EP1730754A2 - Transformationsvorrichtung zum erzeugen einer zündspannung für verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Transformationsvorrichtung zum erzeugen einer zündspannung für verbrennungskraftmaschinen

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EP1730754A2
EP1730754A2 EP05730907A EP05730907A EP1730754A2 EP 1730754 A2 EP1730754 A2 EP 1730754A2 EP 05730907 A EP05730907 A EP 05730907A EP 05730907 A EP05730907 A EP 05730907A EP 1730754 A2 EP1730754 A2 EP 1730754A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
transformation device
ferromagnetic core
secondary winding
primary winding
electrode
Prior art date
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EP05730907A
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English (en)
French (fr)
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EP1730754B1 (de
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Tycho Weissgerber
Guido Bayard
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Pulse Electronics GmbH
Original Assignee
Pulse GmbH
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/12—Ignition, e.g. for IC engines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/363—Electric or magnetic shields or screens made of electrically conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/346—Preventing or reducing leakage fields
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens

Definitions

  • Transformation device for generating an ignition voltage for internal combustion engines
  • the present invention relates to a transformation device according to the preamble of claim 1 for generating an ignition voltage for internal combustion engines.
  • a transformation device has a primary winding to which a primary voltage can be applied, a secondary winding in which a secondary voltage can be induced, a ferromagnetic core which is arranged in the primary winding and the secondary winding, and an electrode which faces one end of the ferromagnetic core, which is connected to the secondary winding and which can be connected to a spark gap.
  • Such a transformation device is known for example from DE 101 43 055 A1.
  • the primary and secondary windings, the ferromagnetic core and the electrode are accommodated in a housing and potted with casting compound.
  • the housing is open at one end and can be plugged directly onto a spark plug that is screwed into an engine block.
  • This has the advantage that high-voltage leads to the spark gap and the associated EMC (electromagnetic compatibility) problems can be avoided.
  • Further prior art is disclosed in the patents US 6 522 232 B2, EP 1 284 488 A2, EP 0 827 163 A2, DE 101 02 342 A1, US 6 191 674 B1, GB 725 722 and US 2 107 973.
  • transformation devices are arranged in the engine block, typically in depressions in the cylinder head, they must necessarily be designed to be small and compact.
  • the compactness of such transformation devices is becoming increasingly important, since internal combustion engines for motor vehicles, in particular for passenger cars and in the field of motorsport, are being designed to be smaller and smaller in relation to their performance.
  • the generation of high secondary voltages in a confined space in turn inevitably leads to strong electric fields within the transformation device. So that there is no electrical breakdown between components with different electrical potential, these must be effectively insulated from one another.
  • the invention has for its object to provide a transformation device in which the aging of the insulating materials is slowed down. According to a first aspect of the invention, this object is achieved by the features of claim 1, as will be explained in more detail below. Advantageous further developments are specified in the dependent claims.
  • the inventors identified partial discharge phenomena in small, sometimes microscopic cavities as the main cause of the aging of the insulating materials. Such cavities in the insulating materials can occur in transformation devices of the type mentioned for various reasons. Cavities, so-called blowholes, can occur in casting materials when incompletely degassed casting resins or through chemical side reactions. Furthermore, gaps can occur at interfaces between different insulating materials, for example due to thermo-mechanical stress. Finally, in the case of large electrical loads, so-called “electrical treeing" can produce elongated, branched cavities parallel to the direction of the field.
  • a gas discharge process which interacts with the insulating material is characteristic of partial discharges in cavities.
  • the gas discharge process changes the surface of the insulating material by chemical decomposition and erosion by the associated charge carrier bombardment and UV radiation, which ultimately leads to the aging of the insulating material.
  • the partial discharge is ignited by the presence of a so-called starting electron, provided that the existing electric field strength exceeds a threshold value, the so-called insertion field strength.
  • the invention is based on the knowledge that partial discharges and thus the aging of the insulating material can be suppressed if the electrical field, which is caused by the secondary voltage between the electrode and the opposite end of the ferromagnetic core, is everywhere below the field strength for partial discharges. In the present invention, this is achieved by facing the electrode. i te end of the ferromagnetic core has a continuously curved transition between the lateral surface and the end face.
  • an edge between the lateral surface and the end surface is avoided, and thus a locally increased field strength in the region of such an edge, which is attributable to an increased charge carrier density in the edge region, is also avoided ,
  • the probability of partial discharges occurring in the region of the end of the ferromagnetic core is significantly reduced in practice, and the aging of the insulating material is significantly slowed down.
  • the electrode is preferably concave on its side facing the core. This causes an equalization and homogenization of the electric field between the ferromagnetic core and the electrode and thus also a reduction in the local field strengths, as will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.
  • each of the two features is suitable for reducing the strength of the electric field between the electrode and the ferromagnetic core. Seen in this way, both features enable the task to be solved individually. A particularly good result is obtained by combining both features.
  • the end of the ferromagnetic core described in the characterizing part of the main claim with a continuous transition between the outer surface and the end surface can be obtained by rounding off a cylindrical or angular magnetic core at its end facing the electrode.
  • This rounding of the end of a magnetic core is not known in the prior art.
  • the core consists of layers which are electrically insulated from one another to avoid eddy currents and which would be torn apart when the end of the core was machined by turning or grinding.
  • the inventors have succeeded in connecting the layers of the ferromagnetic core so firmly that machining of the end of the ferromagnetic core is possible without separating the layers.
  • the ends of the ferromagnetic core are formed by permanent magnets.
  • the continuously curved transition between the lateral surface and the end surface described above is achieved by suitable rounding off at least the permanent magnet on the side of the ferromagnetic core facing the electrode.
  • Such rounded permanent magnets are also unusual because permanent magnets are usually produced in a sintering process in extruded profiles and then broken into tablet form.
  • the end face of the ferromagnetic core opposite the electrode is preferably convex.
  • the curvature of the convex end face preferably increases with increasing distance from the central axis of the ferromagnetic core.
  • the curvature of the convex end face in the area of the central axis i.e. in the area which protrudes most towards the electrode, which reduces the surface charge density compared to areas of greater curvature and therefore also reduces the electric field strength in this area.
  • the electrode has a cup-shaped section, the opening of which faces the ferromagnetic core. Due to the cup shape, the electric field between the electrode and the ferro- on the one hand, the magnetic core is distributed over a larger spatial area and thus, to a certain extent, equalized, as a result of which the field strength is reduced, on the other hand, the field strength is spatially homogenized, thereby preventing the occurrence of locally increased field strengths.
  • This effect of the cup-shaped section of the electrode is explained in more detail below using an exemplary embodiment.
  • the cup-shaped section has a bottom section which is arranged transversely to the central axis of the ferromagnetic core and a wall section which surrounds a space located between the bottom section and the end face of the ferromagnetic element, where the distance between each point on the part of the surface of the wall section facing the ferromagnetic core and the ferromagnetic core is 0.5 to 2.5 times, preferably 0.75 to 1.8 times the distance between the bottom section and the intersection of the end face with the central axis of the ferromagnetic core.
  • This arrangement generates a field which is sufficiently homogeneous for practical purposes and which effectively contributes to avoiding partial discharges.
  • the transformation device preferably has a sleeve-shaped secondary winding support on which the secondary winding is arranged and which is closed at one end with the cup-shaped section.
  • the spaces between the components of the transformation device are electrically insulated.
  • potting compound containing a synthetic resin and a filler.
  • the filler has the function, inter alia, of adapting the thermal expansion coefficient of the casting compound to the thermal expansion coefficient of the components, for example the expansion coefficient of the metal of the electrode.
  • the probability of partial discharges occurring in the insulating material, i.e. in this case in the potting compound, according to a second aspect of the invention is substantially reduced in that the dielectric constant of the filler is 0.5 times to 1.5 times, preferably 0.8 times to 1.25 times and is particularly preferably 0.9 times to 1.2 times the dielectric constant of the synthetic resin.
  • the inventors have found that the spatial distribution of the filler in the casting compound is not necessarily homogeneous or not everywhere. For example, an increased filler concentration can occur on the surface of the secondary winding, while only the pure synthetic resin is present between the turns of the secondary winding because the spaces between the turns of the secondary winding are too small for the filler particles to penetrate into them.
  • the secondary winding acts as a filter for the filler.
  • the dielectric constant of the filler differs considerably from that of the synthetic resin in conventional casting compounds, spatial fluctuations in the concentration of the filler lead to spatial fluctuations in the dielectric constant of the casting compound.
  • the spatial fluctuations in the dielectric constant in turn lead to spatial fluctuations in the electrical field which the potting compound penetrates, since the strength of the electrical field is inversely proportional to the dielectric constant of the dielectric which it penetrates.
  • the spatial fluctuations in the electrical field strength have a threefold effect on the aging behavior of the insulating material, ie the casting compound. First, they cause locally increased electrical field strengths, which can lead to partial discharges in cavities. Secondly, mechanical forces occur in places where the field strength also changes suddenly due to a sudden change in the dielectric constant. Since these forces are continuously applied during operation of the transformation device, they stress the material in the long term, and the bond between the materials is gradually weakened, which can cause gaps in which partial discharges can then take place.
  • the inventors have found in experimental studies that the spatial fluctuations in the electric field strength, which are based on an inhomogeneous distribution of the filler, not only cause cavities to form, but also significantly accelerate the growth of existing cavities or defects in the insulating material in practice.
  • the insulating material is eroded by partial discharges in cavities. This erosion leads to a growth of the cavities, which is known, for example, as "electrical treeing". This growth takes place the faster, the more often flat charges occur in the cavity. If the electric field strength fluctuates spatially due to an inhomogeneous filler distribution, locally increased field strengths occur that can ignite partial discharges and accelerate the growth of the cavity.
  • the spatial distribution of the fillers is statistical in nature and is therefore not only inhomogeneous but also microscopically disordered.
  • the disorder or indefiniteness of the distribution of the filler concentration leads to a disordered distribution of locally excessive electrical field strengths, which in turn leads to partial discharges in different sections of a expanding cavity and enables its growth in different directions.
  • the disorderly distribution of locally increased field strengths results in far more possibilities for the growth of cavities due to partial discharges than is the case, for example, with an increase in the electric field occurring along a defined interface between two different dielectrics. As a result, the cavities can spread more easily and quickly due to the disorderly field elevation.
  • the inventors have recognized that the spatial fluctuations in the filler concentration are responsible for the formation of defects in the insulating material, for the occurrence of partial discharges in existing defects and for the accelerated growth of the defects, and thus accelerate the aging of the insulating material.
  • This cause of accelerated aging can be effectively prevented in the manner described above by matching the dielectric constants of the filler and the synthetic resin. If the dielectric constants of the filler and the synthetic resin differ from one another only to the extent described, the dielectric constant of the casting compound as a whole is approximately homogeneous even if the filler is not homogeneously distributed in the synthetic resin. In this way, partial discharges in the casting compound are avoided even when the filler is inhomogeneously distributed, and the formation and growth of defects is suppressed, whereby the aging of the casting compound is effectively delayed.
  • the above-mentioned components, the spaces between which are filled with the sealing compound, can include one or more of the following parts: a primary winding support, a secondary winding support, an electrode which is connected to a secondary winding and can be connected to a spark gap, a ferromagnetic core and / or a metal case.
  • the dielectric constant of the plastic in an advantageous development is 0.5 times to 1.5 times, preferably 0.8 times to 1.25 times and particularly preferably 0.9 -fold up to 1.2 times the dielectric constant of the casting compound. This avoids an excessive jump in the dielectric constant at the interface between the sealing compound and the component together with the negative consequences described above.
  • the synthetic resin is an epoxy resin and the filler quartz.
  • Another aspect of the invention is directed to the electromagnetic compatibility of the transformation device.
  • the inventors have found in simulations and experimental EMC tests that the spark is the primary source of electromagnetic interference.
  • a conductive layer which is connected to the ground potential, is arranged between the primary winding and the secondary winding. This prevents the interference caused by the ignition spark by capacitive coupling between the secondary winding and the primary winding is transmitted to the on-board network of a motor vehicle connected to the primary winding. This effectively prevents malfunctions in electronic control devices which are connected to the on-board network.
  • the conductive layer is preferably arranged directly adjacent to the primary winding. As a result, the conductive layer is at a maximum distance from the secondary winding. The strength of the electric field between the conductive layer and the secondary winding can thereby be kept low.
  • the conductive layer can be formed by a film or applied to a carrier material, in particular vapor-deposited or printed on.
  • the secondary winding is preferably arranged at least partially within the primary winding.
  • This arrangement in which the secondary winding is on the inside and the primary winding is on the outside, leads to a reduced electric field strength in the interior of the transformation device and helps to avoid partial discharges in comparison with the usual, reverse arrangement with the same diameter of the transformation device.
  • the transformation device preferably has a sleeve-like primary winding support on which the primary winding is arranged.
  • the above-mentioned conductive layer is arranged on the outer circumferential surface of the primary winding carrier.
  • the primary winding carrier then serves to space the conductive layer from the secondary winding and to insulate it from the latter.
  • the above-mentioned secondary winding carrier is preferably arranged within the primary winding carrier and the space between the primary winding carrier and the secondary winding carrier is filled with potting compound.
  • the turns of the primary winding can be connected by conductive baking lacquer or conductive adhesive, which form the conductive layer. Then no primary winding carrier is required.
  • 3 is a perspective view of the primary winding and the primary winding carrier in the assembled state
  • 4 shows a longitudinal sectional view of a secondary winding, a secondary winding carrier, a ferromagnetic core, a conductive pin and an electrode in the disassembled state
  • FIG. 5 shows a longitudinal sectional view of the components of FIG. 4 in the assembled state
  • FIG. 6 shows a perspective view of the components of FIG. 4 in the assembled state
  • FIG. 7 shows a longitudinal sectional view of an ignition transformation device according to a development of the invention
  • FIG. 8 shows a perspective view of the ignition transformation device from FIG. 7,
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of the course of the electrical field between an electrode and one end of a ferromagnetic core according to the prior art
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of the course of the electrical field between an electrode and a ferromagnetic core in one exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of a radial section through part of the transformation device from FIG. 7, 12 shows the course of the electrostatic potential in the radial direction in the part of the transformation device shown in FIG. 11 for two casting compounds with different fillers.
  • FIG. 13 shows the course of the electric field corresponding to FIG. 12,
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of the interference path of an interference pulse caused by an ignition spark in an ignition transformer according to the prior art
  • 15 shows a schematic illustration of the interference path of an interference pulse caused by an ignition spark in an ignition transformer according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the primary winding support 10 consists of insulating material and has a sleeve-like shape with an approximately cylindrical cavity 14. At one end of the cavity 14 there is an opening 16, the diameter of which is reduced compared to the diameter of the cavity 14.
  • the peripheral surface of the primary winding carrier 10 is coated with a conductive layer 18, which is formed by a film or is vapor-deposited or printed on the primary winding carrier 10.
  • the conductive layer 18 is connected to the ground potential in the completely assembled transformation device (see FIG. 15).
  • the primary winding 12 has two connections 20 and 22 for applying a primary voltage.
  • Fig.3 are the The primary winding carrier 10 and the primary winding 12 are shown in perspective in the assembled state.
  • FIG. 4 shows a secondary winding carrier 24, a secondary winding 26, a ferromagnetic core 28, a conductive pin 30 and an electrode 32 in the disassembled state in a longitudinal section.
  • the secondary winding carrier 24 like the primary winding carrier 10 from FIGS. 1 to 3, is made of insulating plastic and is sleeve-shaped with a cylindrical cavity 34.
  • the ferromagnetic core 28 consists of a cylindrical soft iron rod 36, which consists of a large number of mutually electrically insulated lamellae, and permanent magnets 38 arranged at the ends of the soft iron rod 36.
  • the permanent magnets 38 magnetize the soft iron rod 36 with a polarity that is opposite to the polarity of the magnetic field that is generated when a primary voltage is applied to the terminals 20, 22 of the primary winding 12.
  • the soft iron rod 36 is magnetized against the polarization of the permanent magnets 38. " If the primary voltage is interrupted to generate the ignition voltage, the soft iron core assumes its output magnetization, and the secondary voltage required for ignition is induced in the secondary winding 26. The premagnetization with the permanent magnets increases the energy stored in the magnetic field, which increases the charge flow the spark gap enables.
  • the electrode 32 has a cup-shaped section 40 with a bottom section 42 and a wall section 44, and a threaded section 46 an electrical connection to a spark plug can be made in the threaded section 46 in a manner not shown here.
  • FIG. 5 shows the components of FIG. 4 in the assembled state in a longitudinal section.
  • the ferromagnetic core 28 is arranged in the cavity 34 of the secondary winding carrier 24.
  • One end of the secondary winding carrier 24 is closed with the cup-shaped section 40 of the electrode 32.
  • the cavity 34 is filled with insulating potting compound 48. So that no air is trapped in the region of the cup-shaped section 44 of the electrode 32 when the cavity 34 is being poured out, air outlet openings 47 and 49 (see FIG. 4) are formed both in the cup-shaped section 44 and in the secondary winding body, through which the air escapes during the pouring out can.
  • the conductive pin 30 is conductively connected to one end of the secondary winding 26 and is intended for connection to the ground potential.
  • the other end of the secondary winding 26 is connected to the electrode 32.
  • Figure 6 shows the assembled components of Figure 5 in a perspective view.
  • FIG. 7 shows a longitudinal sectional view in which the secondary winding carrier 24 including the secondary winding 26 and electrode 32 is arranged in the cavity 14 of the primary winding carrier 10 (see FIGS. 1 and 2).
  • the threaded section 46 of the electrode 32 is inserted through the opening 16 (see FIG. 1) in the primary winding carrier 10.
  • the space between the primary winding carrier 10 and the secondary winding carrier 24 is filled with insulating potting compound 48.
  • the encapsulation can take place in two independent steps: first, the cavity 34 of the secondary winding carrier 24 with the ferromagnetic core 28 located therein can be encapsulated and then the cavity 14 of the primary winding carrier 10 with the secondary winding carrier 24 located therein. In this double-ridged encapsulation it is easier to avoid the formation of voids in which the partial discharges that are largely responsible for aging can take place.
  • FIG. 9 shows a sectional illustration of an electrode 32 'and a ferromagnetic core 28' with a soft iron rod 36 'and a permanent magnet 38' as used in conventional transformation devices from the prior art. Between the electrode 32 'and the end of the ferromagnetic core 28' facing it, which is formed by the permanent magnet 38 ', there is an electric field 50', which is shown schematically by field lines.
  • the permanent magnet 38 ' is cylindrical and thus has a sharp edge 38c' at the transition between its outer surface 38a 'and its end surface 38b'.
  • the charge carrier density is locally increased at this sharp edge and therefore the field line density of the electric field 50 'is also increased.
  • the intermediate area between the electrode 32 'and the ferromagnetic core 28' is filled with an insulating casting compound (not shown in FIG. 9).
  • the electric field strength in the area of the edge 38c ' is sufficiently large to ignite partial discharges in microscopic cavities in the casting compound, which contribute significantly to their aging.
  • FIG. 9 The conventional arrangement of FIG. 9 is compared in FIG. 10 with the arrangement according to a development of the invention.
  • the permanent magnet 38 (see also FIGS. 4, 5 and 7) is rounded, ie it has a continuously curved transition between an outer surface area 38a and an end face area 38b.
  • the shape of the permanent magnet 38 or, more generally, by the shape of the end of the ferromagnetic core 28 opposite the electrode 32 an edge or tip and a concomitant local field strength increase are avoided. It can thus be achieved that the strength of a field 50 between the ferromagnetic core 28 and the electrode 32 remains below the so-called insertion field strength for partial discharges everywhere.
  • the electrode 32 has a cup-shaped section 40 with a bottom section 42 and a wall section 44.
  • the wall section 44 surrounds the space between the bottom section 42 and the end face of the permanent magnet 38.
  • the cup-shaped shape of the electrode 32 leads to an equalization of the field 50, i.e. to enlarge the space filled by the field 50 and to homogenize the electric field.
  • equalizing the field its average field strength is reduced, while local field strength increases are avoided by homogenizing the field.
  • the strength of the field 50 can be kept anywhere below the field strength for partial discharges.
  • the potting compound 48 consists of a synthetic resin and a filler.
  • the filler has the function, among other things, of the thermal expansion coefficient of the casting compound 48, that of the electrode 32 and the like. equalize.
  • the secondary winding 26 is only indicated schematically in FIG. 11. In reality, it can comprise about 70 layers of wire with a diameter of only about 50 ⁇ m. With such a fine wire, the spaces between the individual turns are so narrow that the filler cannot penetrate into the spaces between the individual turns. Only the pure synthetic resin thus penetrates into the secondary winding 26.
  • the casting compound 48 In a radially outer border of the S un ärwic lu g 26-Befeiebv 4Sa, d-.h. the area between ⁇ and r 2 in FIG. 11, there is accordingly an increased concentration of the filler. In the region 48b between r 2 and r 3 , the casting compound 48 has the usual concentration of the filler, and the primary winding carrier 10 begins radially outside of r 3 .
  • FIG. 12 The radial course of the electrostatic potential along the section of FIG. 11 is shown in FIG. 12, and the corresponding radial course of the electric field strength is shown in FIG. 13.
  • a broken line 52 and 56 shows the course for a conventional potting compound that the filler has a significantly higher dielectric constant than the synthetic resin
  • the solid lines 54 and 58 show the course according to a development of the invention in which the dielectric constants of the synthetic resin and the filler are almost identical.
  • the secondary voltage is constant.
  • the potential decreases with increasing radial distance from the secondary winding.
  • the filler has a different, ie generally higher, dielectric constant than the synthetic resin, at r 2l where the concentration of the filler in the casting compound 48 changes, the dielectric constant of the casting compound 48 changes as whole. This leads to a kink in the potential curve (see graph 52 in Fig. 12) or a jump in the electrical field (see graph 56 in Fig. 13).
  • This jump in the electric field strength at r 2 leads to mechanical stresses and cracks or gaps in the case of prolonged stress, in which the partial discharges which are decisive for the aging of the casting compound can take place.
  • a filler is used whose dielectric constant is almost identical to that of the synthetic resin.
  • an epoxy resin is used for the synthetic resin and quartz is used for the filler.
  • quartz is used for the filler.
  • the dielectric constant of the material of the primary winding support 10 and of the secondary winding support 24 is adapted to that of the synthetic resin. This effectively prevents the formation of a gap between the casting compound on the one hand and the winding carriers 10, 24 on the other.
  • the improved EMC properties of the transformation device are explained below with reference to FIGS. 14 and 15.
  • the conventional firing arrangement of FIG. 14 comprises an external secondary winding 26 'and an internal primary winding 12'.
  • the secondary winding 26 ' is conductively connected to an electrode 32', which in turn is connected to a spark plug 62 via a contact spring 60.
  • the transformation device and the spark plug 62 are accommodated together in a housing 64 connected to the ground potential.
  • the spark plug 62 has an electrode 64 which is at ground potential and forms one end of a spark gap
  • FIG. 14 schematically shows an interference path 66 along which an interference pulse propagates.
  • the fault path begins in the radio kenumble and runs over the spark plug 62, the contact spring 60 and the electrode 62 'to the secondary winding 26'.
  • the interference path 66 runs due to a capacitive coupling between the secondary winding 26 'and the primary winding 12' through the primary winding 12 'and its connection 20' into the on-board network 68 of the motor vehicle, in which it can cause malfunctions in electronic control devices.
  • the interference pulse reaches the ground potential via the on-board network 68 and thus to the electrode 64 of the spark gap, so that the interference path 66 closes.
  • the ignition device contains the transformation device described in connection with FIGS. 1 to 8, which is accommodated here together with a spark plug 62 in a metallic housing or boiler shell 64 connected to ground potential.
  • the electrode 32 is connected to a connection of the spark plug 62 via a schematically illustrated plug connection 70.
  • the voltage drop as a result of the occurrence of an ignition spark 65 propagates as an interference pulse along an interference path 72 via the spark plug 62, the plug connection 70 and the electrode 32 to the secondary winding 26, which is arranged on the inside in the transformation device shown.
  • the conductive layer is formed by conductive adhesive or conductive baked enamel to which the turns of the primary winding (12) are connected and held together. Then no primary coil former is required.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Gezeigt wird eine Transformationsvorrichtung zum Erzeugen einer Zündspannung für Verbrennungskraftmaschinen, mit einer Primärwicklung (12), einer Sekundärwicklung (26), einem ferromagnetischen Kern (28) und einer Elektrode (32), die einem Ende (38) des Kernes (28) gegenübersteht, die mit der Sekundärwicklung (26) verbunden ist und die mit einer Funkenstrecke verbindbar ist. Das genannte Ende (38) des ferromagnetischen Kernes hat einen kontinuierlich gekrümmten Übergang zwischen Mantelfläche und Stirnfläche.

Description

Transformationsvorrichtunα zum Erzeugen einer Zündspannung für Verbrennungskraftmaschinen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transformationsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Erzeugen einer Zündspannung für Verbrennungskraftmaschinen. Eine solche Transformationsvorrichtung hat eine Primärwicklung, an die eine Primärspannung anlegbar ist, eine Sekundärwicklung, in der eine Sekundärspannung induzierbar ist, einen ferromagnetischen Kern, der in der Primärwicklung und der Sekundärwicklung angeordnet ist, und eine Elektrode, die einem Ende des ferromagnetischen Kerns gegenübersteht, die mit der Sekundärwicklung verbunden ist und die mit einer Funkenstrecke verbindbar ist.
Eine derartige Transformationsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 101 43 055 A1 bekannt. Bei der darin beschriebenen Transformationsvorrichtung sind die Primär- und die Sekundärwicklung, der ferromagnetische Kern und die E- lektrode in einem Gehäuse untergebracht und mit Vergußmasse vergossen. Das Gehäuse ist an einem Ende offen und kann unmittelbar auf eine Zündkerze aufgesteckt werden, die in einen Motorblock eingeschraubt ist. Dadurch wird eine kompakte Anordnung geschaffen, bei der die Zündspannung genau dort erzeugt wird, wo sie benötigt wird, d.h. in unmittelbarer Nähe der Zündkerze. Dies hat den Vorteil, daß Hochspannungszuleitungen zur Funkenstrecke und die damit verbundene EMV(elektromagnetische Verträglichkeit)-Problematik vermieden werden. Weiterer Stand der Technik ist in den Patentschriften US 6 522 232 B2, EP 1 284 488 A2, EP 0 827 163 A2, DE 101 02 342 A1, US 6 191 674 B1 , GB 725 722 und US 2 107 973 offenbart.
Da derartige Transformationsvorrichtungen im Motorblock angeordnet sind, typischerweise in Vertiefungen im Zylinderkopf, müssen sie notwendigerweise klein und kompakt ausgelegt sein. Die Kompaktheit derartiger Transformationsvorrichtungen gewinnt zunehmend an Bedeutung, da Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen und im Motorsportbereich in Relation zu ihrer Leistung immer kleiner konstruiert werden. Die Erzeugung von hohen Sekundärspannungen auf engem Raum führt wiederum unvermeidlich zu starken elektrischen Feldern innerhalb der Transformationsvorrichtung. Damit es nicht zu elektrischen Durchschlägen zwischen Komponenten mit unterschiedlichem elektrischen Potential kommt, müssen diese wirksam gegeneinander isoliert sein.
In der Praxis tritt das Problem auf, daß die Isolierstoffe innerhalb der Transformationsvorrichtung relativ rasch altern. Unter dem Begriff der Alterung wird laut einer lEC-Richtlinie für die Bewertung und Kennzeichnung von Isoliersystemen elektrischer Betriebsmittel von 1953 (IEC 505) die "nicht umkehrbare, schädliche Änderung der Betriebsfähigkeit von Isojiersystemen" verstanden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transformationsvorrichtung anzugeben, bei der die Alterung der Isolierstoffe verlangsamt ist. Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wie im folgenden näher erläutert wird. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Erfinder haben in experimentellen Untersuchungen Teilentladungsphänomene in kleinen, zum Teil mikroskopischen Hohlräumen als Hauptursache für die Alterung der Isolierstoffe identifiziert. Derartige Hohlräume in den Isolierstoffen können bei Transformationsvorrichtungen der eingangs genannten Art aus unterschiedlichen Gründen auftreten. In Vergußwerkstoffen können bei Verwendung unvollständig entgaster Giesharze oder durch chemische Nebenreaktionen Hohlräume, sogenannte Lunker auftreten. Ferner können an Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Isolierstoffen beispielsweise durch thermome- chanische Belastung Spalte entstehen. Schließlich können bei großer elektrischer Belastung durch sogenanntes "electrical treeing" langgestreckte verästelte Hohlräume parallel zur Feldrichtung entstehen.
Die Theorie der Teilentladungsprozesse in Hohlräumen ist beispielsweise in der Dissertationsschrift "Bewertung von Teilentladungen in spaltförmigen Isolierstoffdefekten" von Katrin Engel, Universität Dortmund (1998) ausführlich erläutert und beschrieben. Kennzeichnend für Teilentladungen in Hohlräumen ist ein Gasentladungsprozeß, der mit dem Isolierstoff wechselwirkt. Dabei verändert der Gasentladungsprozeß durch damit einhergehendes Ladungsträgerbombardement und UV-Strahlung die Oberfläche des Isolierstoffs durch chemische Zersetzung und Erosion, was letztlich zur Alterung des Isolierstoffes führt. Die Teilentlad ng wird durch das Vorliegen eines sogenannten Startelektrons gezündet, sofern die vorliegende elektrische Feldstärke einen Schwellenwert, die sogenannte Einset∑feldstärke übersteigt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Teilentladungen und somit die Alterung des Isolierstoffs unterdrückt werden können, wenn das elektrische Feld, das zwischen der Elektrode und dem ihr gegenüberstehenden Ende des ferromagnetischen Kernes durch die Sekundärspannung hervorgerufen wird, überall unterhalb der Einsetzfeldstärke für Teilentladungen liegt. Dies wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß das der Elektrode zugewand- i te Ende des ferromagnetischen Kernes einen kontinuierlich gekrümmten Übergang zwischen Mantelfläche und Stirnfläche hat.
Gemäß dem ersten Merkmal dieser Lösung wird eine Kante zwischen der Mantelfläche und der Stirnfläche, wie sie bei bekannten ferromagnetischen Kernen üblich ist, vermieden und damit eine lokal erhöhte Feldstärke im Bereich einer derartigen Kante, die auf eine erhöhte Ladungsträgerdichte im Kantenbereich zurückzuführen ist, ebenfalls vermieden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Teilentladungen im Bereich des Endes des ferromagnetischen Kernes in der Praxis deutlich verringert, und die Alterung des Isolierstoffs wird signifikant verlangsamt.
Vorzugsweise ist darüber hinaus die Elektrode an ihrer dem Kern zugewandten Seite konkav ausgebildet. Dies bewirkt eine Entzerrung und Homogenisierung des elektrischen Feldes zwischen dem ferromagnetischen Kern und der Elektrode und somit ebenfalls eine Verringerung der lokalen Feldstärken, wie unten anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert wird.
Es wird betont, daß jedes der beiden Merkmale geeignet ist, die Stärke des e- lektrischen Feldes zwischen der Elektrode und dem ferromagnetischen Kern zu verringern. So gesehen ermöglichen beide Merkmale jeweils für sich die Lösung der Aufgabe. Ein besonders gutes Ergebnis wird jedoch durch die Kombination beider Merkmale erhalten.
Das im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs beschriebene Ende des ferromagnetischen Kernes mit kontinuierlichem Übergang zwischen Mantelfläche und Stirnfläche kann dadurch erhalten werden, daß ein zylindrischer oder eckiger Magnetkern an seinem der Elektrode zugewandten Ende abgerundet wird. Dieses Abrunden des Endes eines Magnetkernes ist im Stand der Technik un- üblich, da der Kern zur Vermeidung von Wirbelströmen aus gegeneinander e- lektrisch isolierten Schichten besteht, die bei der Bearbeitung des Endes des Kernes durch Drehen oder Schleifen auseinandergerissen würden. Insoweit besteht ein technisches Vorurteil gegen diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des ferromagnetischen Kernes. Es ist den Erfindern jedoch gelungen, die Schichten des ferromagnetischen Kernes so fest miteinander zu verbinden, daß eine Bearbeitung des Endes des ferromagnetischen Kernes ohne Trennung der Schichten möglich ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Enden des ferromagnetischen Kerns durch Permanentmagneten gebildet. In diesem Fall wird der oben beschriebene kontinuierlich gekrümmte Übergang zwischen Mantelfläche und Stirnfläche durch geeignete Abrundung zumindest des Permanentmagneten an der der Elektrode zugewandten Seite des ferromagnetischen Kernes erreicht. Derartig abgerundete Permanentmagneten sind ebenfalls unüblich, da Permanentmagneten üblicherweise in einem Sinterprozeß in Strangprofilen hergestellt und dann in Tablettenform gebrochen werden.
Vorzugsweise ist die der Elektrode gegenüberstehende Stirnfläche des ferromagnetischen Kernes konvex. Dabei nimmt vorzugsweise die Krümmung der konvexen Stirnfläche mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse des ferromagnetischen Kernes zu. Somit ist die Krümmung der konvexen Stirnfläche im Bereich der Mittelachse, d.h. in dem Bereich, der am weitesten in Richtung auf die Elektrode vorsteht, am geringsten, wodurch die Flächenladungsdichte gegenüber Bereichen stärkerer Krümmung verringert wird und daher die elektrische Feldstärke in diesem Bereich ebenfalls verringert wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung hat die Elektrode einen becherförmigen Abschnitt, dessen Öffnung dem ferromagnetischen Kern zugewandt ist. Durch die Becherform wird das elektrische Feld zwischen der Elektrode und dem ferro- magnetischen Kern einerseits auf einen größeren Raumbereich verteilt und damit gewissermaßen entzerrt, wodurch die Feldstärke verringert wird, andererseits wird die Feldstärke räumlich homogenisiert, wodurch das Auftreten lokal erhöhter Feldstärken vermieden wird. Diese Wirkung des becherförmigen Abschnittes der Elektrode wird unten anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Für eine möglichst homogene Gestaltung des Feldes zwischen dem becherförmigen Abschnitt und dem ferromagnetischen Kern wäre eine Anordnung ideal, bei der die Innenfläche des becherförmigen Abschnittes parallel zur Oberfläche des ihm zugewandten Endes des ferromagnetischen Kernes ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird diese ideale Anordnung insoweit angenähert, als der becherförmige Abschnitt einen Bodenabschnitt hat, der quer zur Mittelachse des ferromagnetischen Kernes angeordnet ist, und einen Wandabschnitt hat, der einen zwischen dem Bodenabschnitt und der Stirnfläche des ferromagnetischen Elementes befindlichen Raum umgibt, wobei der Abstand zwischen einem jeden Punkt auf dem dem ferromagnetischen Kern zugewandten Teil der Oberfläche des Wandabschnittes und dem ferromagnetischen Kern das 0,5- bis 2,5-fache, vorzugsweise das 0,75- bis 1 ,8-fache des Abstandes zwischen dem Bodenabschnitt und dem Schnittpunkt der Stirnfläche mit der Mittelachse des ferromagnetischen Kernes beträgt. Durch- diese Anordnung wird ein für praktische Zwecke ausreichend homogenes Feld erzeugt, das zur Vermeidung von Teilentladungen wirksam beiträgt.
Vorzugsweise hat die Transformationsvorrichtung einen hülsenförmigen Sekundärwicklungsträger, auf dem die Sekundärwicklung angeordnet ist und der an einem Ende mit dem becherförmigen Abschnitt verschlossen ist.
Bei bekannten Transformationsvorrichtungen sind die Zwischenräume zwischen den Komponenten der Transformationsvorrichtung mit einer elektrisch isolie- renden Vergussmasse gefüllt, die ein Kunstharz und einen Füllstoff enthält. Der Füllstoff hat dabei u.a. die Funktion, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Vergussmasse dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Komponenten, z.B. dem Ausdehnungskoeffizient des Metalls der Elektrode anzupassen.
Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Teilentladungen im Isolierstoff, d.h. in diesem Fall in der Vergussmasse, wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung dadurch wesentlich verringert, dass die Dielektrizitätskonstante des Füllstoffes das 0,5-fache bis 1,5-fache, vorzugsweise das 0,8-fache bis 1,25- fache und besonders bevorzugt das 0,9-fache bis 1 ,2-fache der Dielektrizitätskonstante des Kunstharzes beträgt.
Die Erfinder haben festgestellt, dass die räumliche Verteilung des Füllstoffes in der Vergussmasse nicht notwendigerweise bzw. nicht überall homogen ist. Beispielsweise kann an der Oberfläche der Sekundärwicklung eine erhöhte Füll- stoffkonzentration auftreten, während zwischen den Windungen der Sekundärwicklung nur das reine Kunstharz vorliegt, weil die Zwischenräume zwischen den Windungen der Sekundärwicklung zu klein sind, als dass die Füllstoffparti- kel in sie eindringen könnten. In diesem Beispielsfall wirkt die Sekundärwicklung gewissermaßen als Filter für den Füllstoff.
Da bei herkömmlichen Vergussmassen die Dielektrizitätskonstante des Füllstoffes erheblich von derjenigen des Kunstharzes abweicht, führen räumliche Schwankungen in der Konzentration des Füllstoffes zu räumlichen Schwankungen der Dielektrizitätskonstante der Vergussmasse. Die räumlichen Schwankungen in der Dielektrizitätskonstante führen wiederum zu räumlichen Schwankungen im elektrischen Feld, das die Vergussmasse durchsetzt, da die Stärke des elektrischen Feldes invers proportional zu der Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums ist, das es durchsetzt. Die räumlichen Schwankungen der elektrischen Feldstärke wirken sich in dreifacher Weise negativ auf das Alterungsverhalten des Isolierstoffes, d.h. der Vergussmasse aus. Erstens bewirken sie lokal erhöhte elektrische Feldstärken, die zu Teilentladungen in Hohlräumen führen können. Zweitens treten an Orten, an denen sich die Feldstärke infolge einer sprunghaften Änderung der Dielektrizitätskonstante ebenfalls sprunghaft ändert, mechanische Kräfte auf. Da diese Kräfte im Betrieb der Transformationsvorrichtung kontinuierlich anliegen, beanspruchen sie auf längere Sicht das Material, und der Verbund des Materials wird nach und nach geschwächt, wodurch Spalte auftreten können, in denen dann wiederum Teilentladungen stattfinden können.
Drittens haben die Erfinder in experimentellen Untersuchungen festgestellt, dass die auf einer inhomogenen Verteilung des Füllstoffes beruhenden räumlichen Schwankungen der elektrischen Feldstärke nicht nur das Entstehen von Hohlräumen bewirken, sondern darüber hinaus das Wachstum von bestehenden Hohlräumen bzw. Fehlstellen im Isolierstoff in der Praxis signifikant beschleunigen. Wie oben bereits erläutert wurde, wird der Isolierstoff durch Teilentladungen in Hohlräumen erodiert. Diese Erosion führt zu einem Wachstum der Hohlräume, das beispielsweise als „electrical treeing" bekannt ist. Dieses Wachstum findet umso schnefler statt, je öfter Teilenfladungen im Hohlraum auftreten. Wenn die elektrische Feldstärke aufgrund einer inhomogenen Füllstoffverteilung räumlich stark schwankt, treten lokal erhöhte Feldstärken auf, die Teilentladungen zünden können und das Wachstum des Hohlraumes beschleunigen.
Im hier beschriebenen Fall kommt erschwerend hinzu, dass die räumliche Verteilung der Füllstoffe statistischer Natur ist und somit nicht nur inhomogen, sondern auch mikroskopisch ungeordnet ist. Die Unordnung oder Undefiniertheit der Verteilung der Fül Istoff konzentration führt zu einer ungeordneten Verteilung von lokal überhöhten elektrischen Feldstärken, die wiederum zu Teilentladungen in unterschiedlichen Abschnitten eines sich ausbreitenden Hohlraumes führt und dessen Wachstum in unterschiedliche Richtung ermöglicht. Durch die Ungeordnete Verteilung lokal erhöhter Feldstärken ergeben sich weitaus mehr Möglichkeiten für das Wachstum von Hohlräumen durch Teilentladungen, als es beispielsweise bei einer entlang einer definierten Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Dielektrika auftretenden Überhöhung des elektrischen Feldes der Fall ist. Somit können sich die Hohlräume aufgrund der Ungeordneten Feldüberhöhung leichter und schneller ausbreiten.
Zusammenfassend haben die Erfinder erkannt, dass die räumlichen Schwankungen in der Füllstoffkonzentration ursächlich für die Entstehung von Fehlstellen im Isolierstoff, für das Auftreten von Teilentladungen in bereits existierenden Fehlstellen und für das beschleunigte Wachstum der Fehlstellen sind, und somit die Alterung des Isolierstoffes beschleunigen.
Diese Ursache für beschleunigte Alterung kann auf die oben beschriebene Weise durch die Angleichung der Dielektrizitätskonstanten des Füllstoffes und des Kunstharzes wirksam unterbunden werden. Wenn nämlich die Dielektrizitätskonstanten des Füllstoffes und des Kunstharzes nur in dem beschriebenen Maße voneinander abweichen, ist die Dielektrizitätskonstante der Vergussmasse als Ganzes selbst dann annähernd homogen, wenn der Füllstoff nicht homogen in dem Kunstharz verteilt ist. Somit werden selbst bei inhomogener Verteilung des Füllstoffes Teilentladungen in der Vergussmasse vermieden und das Entstehen und das Wachstum von Fehlstellen unterdrückt, wodurch die Alterung der Vergussmasse wirksam verzögert wird.
Die beschriebene Angleichung der Dielektrizitätskonstanten des Füllstoffes und des Kunstharzes gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung trägt also zur Lösung der gleichen Aufgabe bei, wie es die Merkmale des Anspruchs 1 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung tun. Es wird aber betont, dass der zweite Aspekt auch unabhängig vom ersten Aspekt realisiert werden kann.
Zu den oben genannten Komponenten, deren Zwischenräume mit der Vergussmasse gefüllt sind, kann eines oder mehrere der folgenden Teile gehören: ein Primärwicklungsträger, ein Sekundärwicklungsträger, eine Elektrode, die mit einer Sekundärwicklung verbunden ist und mit einer Funkenstrecke verbindbar ist, ein ferromagnetischer Kern und/oder ein Metallgehäuse.
Sofern die genannten Komponenten aus Kunststoff bestehen, beträgt die Dielektrizitätskonstante des Kunststoffs in einer vorteilhaften Weiterbildung das 0,5-fache bis 1,5-fache, vorzugsweise das 0,8-fache bis 1 ,25-fache und besonders vorzugsweise das 0,9-fache bis 1 ,2-fache der Dielektrizitätskonstante der Vergussmasse. Dadurch wird ein übermäßiger Sprung in der Dielektrizitätskonstante an der Grenzschicht zwischen der Vergussmasse und der Komponente zusammen mit den oben beschriebenen negativen Folgen vermieden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Kunstharz ein Epoxydharz und der Füllstoff Quarz.
Eine weiterer Aspekt der Erfindung ist auf die elektromagnetische Verträglichkeit der Transformationsvorrichtung gerichtet. Die Erfinder haben in Simulationen und experimentellen EMV-Tests festgestellt, daß der Zündfunke die wichtigste Quelle elektromagnetischer Störungen ist.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung eine leitende Schicht angeordnet, die mit dem Massepotential verbunden ist. Dadurch wird verhindert, daß die durch den Zündfunken bewirkte Störung durch kapazitive Kopplung zwischen der Sekundärwicklung und der Primärwicklung auf das mit der Primärwicklung verbundene Bord-Netz eines Kraftfahrzeuges übertragen wird. Dadurch können Störungen elektronischer Steuerungseinrichtungen, die mit dem Bord-Netz verbunden sind, wirksam vermieden werden.
Es wird betont, dass die Verwendung einer leitenden, mit Massepotential verbundenen Schicht zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung bei einer Transformationsvorrichtung auch unabhängig von den oben beschriebenen Merkmalen der Transformationsvorrichtung möglich und vorteilhaft ist. Dieses Merkmal stellt auch für sich genommen einen wesentlichen und vorteilhaften Beitrag zum Stand der Technik dar.
Die leitende Schicht ist vorzugsweise unmittelbar an die Primärwicklung angrenzend angeordnet. Dies hat zur Folge, dass die leitende Schicht maximal weit von der Sekundärwicklung entfernt ist. Dadurch kann die Stärke des elektrischen Feldes zwischen der leitenden Schicht und der Sekundärwicklung gering gehalten werden.
Die leitende Schicht kann durch eine Folie gebildet sein oder auf ein Trägerma- terral aufgebracht, insbesondere aufgedampft oder aufgedruckt sein.
Vorzugsweise ist die Sekundärwicklung zumindest teilweise innerhalb der Primärwicklung angeordnet. Diese Anordnung, bei der die Sekundärwicklung innen und die Primärwicklung außen liegt, führt im Vergleich zur üblichen, umgekehrten Anordnung bei gleichem Durchmesser der Transformationsvorrichtung zu einer verringerten elektrischen Feldstärke im Inneren der Transformationsvorrichtung und trägt zur Vermeidung von Teilentladungen bei. Die Transformationsvorrichtung hat vorzugsweise einen hülsenartigen Primärwicklungsträger, auf dem die Primärwicklung angeordnet ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die oben genannte leitende Schicht auf der Außenumfangsfläche des Primärwicklungsträgers angeordnet. Der Primärwicklungsträger dient dann dazu, die leitende Schicht von der Sekundärwicklung zu beabstanden und gegenüber dieser zu isolieren. Vorzugsweise ist der oben genannte Sekundärwicklungsträger innerhalb des Primärwicklungsträgers angeordnet und der Zwischenraum zwischen dem Primärwicklungsträger und dem Sekundärwicklungsträger mit Vergußmasse ausgefüllt.
In einer alternativen Ausführungsform können die Windungen der Primärwicklung durch leitfähigen Backlack oder leitfähigen Klebstoff verbunden sein, welche die leitfähige Schicht bilden. Dann wird kein Primärwicklungsträger benötigt.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert wird. Darin zeigen:
Fig.1 eirre Längsschrrittsansicht einer Primärwicklung und eines Primärwicklungsträgers im auseinandergenommenen Zustand,
Fig.2 eine Längsschnittsansicht der Primärwicklung und des Primärwicklungsträgers im zusammengesetzten Zustand,
Fig.3 eine perspektivische Ansicht der Primärwicklung und des Primärwicklungsträgers im zusammengesetzten Zustand, Fig.4 eine Längsschnittsansicht einer Sekundärwicklung, eines Sekundärwicklungsträgers, eines ferromagnetischen Kernes, eines leitenden Stiftes und einer Elektrode im auseinandergenommenen Zustand,
Fig.5 eine Längsschnittsansicht der Komponenten von Fig.4 im zusammengesetzten Zustand,
Fig.6 eine perspektivische Ansicht der Komponenten von Fig.4 im zusammengesetzten Zustand,
Fig.7 eine Längsschnittsansicht einer Zündtransformationsvorrichtung nach einer Weiterbildung der Erfindung,
Fig.8 eine perspektivische Ansicht der Zündtransformationsvorrichtung von Fig.7,
Fig.9 eine schematische Darstellung des Verlaufes des elektrischen Feldes zwischen einer Elektrode und einem Ende eines ferromagnetischen Kernes nach dem Stand der Technik,
Fig.10 eine schematische Darstellung des Verlaufes des elektrischen Feldes zwischen einer Elektrode und einem ferromagnetischen Kern bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig.11 eine schematische Darstellung eines radialen Schnittes durch einen Teil der Transformationsvorrichtung von Fig.7, Fig.12 den Verlauf des elektrostatischen Potentials in radialer Richtung in dem in Fig.11 gezeigten Teil der Transformationsvorrichtung für zwei Vergussmassen mit unterschiedlichen Füllstoffen.
Fig.13 den der Fig.12 entsprechenden Verlauf des elektrischen Feldes,
Fig.14 eine schematische Darstellung des Störpfades eines durch einen Zündfunken hervorgerufenen Störimpulses bei einem Zündtransformator nach dem Stand der Technik und
Fig.15 eine schematische Darstellung des Störpfades eines durch einen Zündfunken hervorgerufenen Störimpulses bei einem Zündtransformator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Fig.1 sind ein Primärwicklungsträger 10 und eine Primärwicklung 12 im auseinandergenommenen Zustand im Längsschnitt gezeigt, und in Fig.2 sind der Primärwicklungsträger 10 und die Primärwicklung 12 im zusammengesetzten Zustand im Längsschnitt gezeigt. Der Primärwicklungsträger 10 besteht aus isoliere-nde-m Ki-inststoff und hat eine hülsenartige Form mit einem annähernd zylindrischen Hohlraum 14. An einem Ende des Hohlraums 14 befindet sich eine Öffnung 16, deren Durchmesser gegenüber dem Durchmesser des Hohlraums 14 verringert ist.
Die Umfangsfläche des Primärwicklungsträgers 10 ist mit einer leitenden Schicht 18 beschichtet, die durch eine Folie gebildet ist oder auf dem Primärwicklungsträger 10 aufgedampft oder aufgedruckt ist. Die leitende Schicht 18 wird bei der vollständig zusammengesetzten Transformationsvorrichtung mit dem Massepotential verbunden (siehe Fig.15). Die Primärwicklung 12 hat zwei Anschlüsse 20 und 22 zum Anlegen einer Primärspannung. In Fig.3 sind der Primärwicklungsträger 10 und die Primärwicklung 12 im zusammengesetzten Zustand perspektivisch dargestellt.
In Fig.4 sind ein Sekundärwicklungsträger 24, eine Sekundärwicklung 26, ein ferromagnetischer Kern 28, ein leitender Stift 30 und eine Elektrode 32 im auseinandergenommenen Zustand im Längsschnitt gezeigt.
Der Sekundärwicklungsträger 24 besteht ebenso wie der Primärwicklungsträger 10 von den Fig.1 bis 3 aus isolierendem Kunststoff und ist hülsenförmig mit einem zylindrischen Hohlraum 34. Der ferromagnetische Kern 28 besteht aus einem zylindrischen Weicheisenstab 36, der aus einer Vielzahl von gegeneinander elektrisch isolierten Lamellen besteht, und Permanentmagneten 38, die an den Enden des Weicheisenstabes 36 angeordnet sind. Die Permanentmagneten 38 magnetisieren den Weicheisenstab 36 mit einer Polarität, die der Polarität des Magnetfeldes, das beim Anlegen einer Primärspannung an die Anschlüsse 20, 22 der Primärwicklung 12 erzeugt wird, entgegengesetzt ist.
Durch das Anlegen der Primärspannung an den Anschlüssen 20, 22 der Primärwicklung 12 wird demnach der Weicheisenstab 36 entgegen der Polarisierung der Permanentmagneten 38 magnetrsiert. "Wenn zum Erzeugen der Zündspannung die Primärspannung unterbrochen wird, nimmt der Weicheisenkern seine Ausgangsmagnetisierung an, und die zum Zünden benötigte Sekundärspannung wird in der Sekundärwicklung 26 induziert. Durch die Vormagnetisierung mit den Permanentmagneten wird die im Magnetfeld gespeicherte Energie erhöht, was einen erhöhten Ladungsfluss über die Funkenstrecke ermöglicht.
Die Elektrode 32 hat einen becherförmigen Abschnitt 40 mit einem Bodenabschnitt 42 und einem Wandabschnitt 44, und einen Gewindeabschnitt 46. Über den Gewindeabschnitt 46 kann auf hier nicht gezeigte Weise eine elektrische Verbindung mit einer Zündkerze hergestellt werden.
In Fig.5 sind die Komponenten von Fig.4 im zusammengesetzten Zustand im Längsschnitt dargestellt. Der ferromagnetische Kern 28 ist im Hohlraum 34 des Sekundärwicklungsträgers 24 angeordnet. Ein Ende des Sekundärwicklungsträgers 24 ist mit dem becherförmigen Abschnitt 40 der Elektrode 32 verschlossen. Nach dem Einsetzen des ferromagnetischen Kerns 28 in den Hohlraum 34 des Sekundärwicklungsträgers 24 wird der Hohlraum 34 mit isolierender Vergußmasse 48 ausgegossen. Damit beim Ausgießen des Hohlraumes 34 im Bereich des becherförmigen Abschnittes 44 der Elektrode 32 keine Luft eingeschlossen wird, sind sowohl im becherförmigen Abschnitt 44 als auch im Sekundärwicklungskörper 24 Luftaustrittsöffnungen 47 bzw. 49 (siehe Figur 4) ausgebildet, durch die die Luft beim Ausgießen entweichen kann.
Der leitende Stift 30 ist mit einem Ende der Sekundärwicklung 26 leitend verbunden und ist zur Verbindung mit dem Massepotential bestimmt. Das andere Ende der Sekundärwicklung 26 ist mit der Elektrode 32 verbunden. Fig.6 zeigt die zusammengesetzten Komponenten von Fig.5 in einer perspektivischen Darstellung.
Fig.7 zeigt eine Längsschnittsansicht, bei der der Sekundärwicklungsträger 24 inklusive Sekundärwicklung 26 und Elektrode 32 im Hohlraum 14 des Primärwicklungsträgers 10 (siehe Fig.1 und 2) angeordnet ist. Dabei ist der Gewindeabschnitt 46 der Elektrode 32 durch die Öffnung 16 (siehe Fig.1) im Primärwicklungsträger 10 gesteckt. Der Zwischenraum zwischen dem Primärwicklungsträger 10 und dem Sekundärwicklungsträger 24 ist mit isolierender Vergußmasse 48 gefüllt. Man beachte, daß der Verguß in zwei unabhängigen Schritten erfolgen kann: Zunächst kann der Hohlraum 34 des Sekundärwicklungsträgers 24 mit dem darin befindlichen ferromagnetischen Kern 28 vergossen werden und dann der Hohlraum 14 des Primärwicklungsträgers 10 mit dem darin befindlichen Sekundärwicklungsträger 24. In diesem zweisch rittigen Verguß ist es einfacher, die Bildung von Lunkern zu vermeiden, in denen die für die Alterung maßgeblich verantwortlichen Teilentladungen stattfinden können.
Die Transformationsvorrichtung mit dem in den Fig.1 bis 8 gezeigten Komponenten ist im besonderen Maße alterungsbeständig, wie im folgenden näher erläutert wird. In Fig.9 ist eine geschnittene Darstellung einer Elektrode 32' und eines ferromagnetischen Kerns 28' mit einem Weicheisenstab 36' und einem Permanentmagneten 38' gezeigt, wie sie in herkömmlichen Transformationsvorrichtungen aus dem Stand der Technik verwendet werden. Zwischen der Elektrode 32' und dem ihr zugewandten Ende des ferromagnetischen Kernes 28', das durch den Permanentmagneten 38' gebildet wird, liegt ein elektrisches Feld 50' vor, das durch Feldlinien schematisch dargestellt ist. Der Permanentmagnet 38' ist zylindrisch und hat somit am Übergang zwischen seiner Mantelfläche 38a' und seiner Stirnfläche 38b' eine scharfe Kante 38c'. An dieser scharfen Kante ist die Ladungsträgerdichte lokal erhöht und daher auch die Feldlinien- dichte des elektrischen Feldes 50' erhöht. Somit -Hegt -im Bereich der Kante 38c' ein verhältnismäßig starkes elektrisches Feld vor. Der Zwischenbereich zwischen der Elektrode 32' und dem ferromagnetischen Kern 28' ist mit einer isolierenden Vergußmasse (in Fig.9 nicht gezeigt) gefüllt. Die elektrische Feldstärke im Bereich der Kante 38c' ist ausreichend groß, um Teilentladungen in mikroskopischen Hohlräumen in der Vergußmasse zu zünden, die maßgeblich zu deren Alterung beitragen.
Der herkömmlichen Anordnung von Fig.9 ist in Fig.10 die Anordnung nach einer Weiterbildung der Erfindung gegenübergestellt. Diese unterscheidet sich im wesentlichen durch zwei Merkmale von derjenigen aus dem Stand der Technik. Zum einen ist der Permanentmagnet 38 (siehe auch Fig.4, 5 und 7) abgerundet, d.h. er hat einen kontinuierlich gekrümmten Übergang zwischen einem Mantelflächenbereich 38a und einem Stirnflächenbereich 38b. Somit wird durch die Formgebung des Permanentmagneten 38 oder allgemeiner ausgedrückt, durch die Formgebung des der Elektrode 32 gegenüberstehenden Endes des ferromagnetischen Kernes 28 eine Kante bzw. Spitze und eine damit einhergehende lokale Feldstärkenerhöhung vermieden. Damit kann erreicht werden, daß die Stärke eines Feldes 50 zwischen dem ferromagnetischen Kern 28 und der E- lektrode 32 überall unterhalb der sogenannten Einsetzfeldstärke für Teilentladungen bleibt.
Zum anderen hat die Elektrode 32 einen becherförmigen Abschnitt 40 mit einem Bodenabschnitt 42 und einem Wandabschnitt 44. Der Wandabschnitt 44 umgibt den Raum zwischen dem Bodenabschnitt 42 und der Stirnfläche des Permanentmagneten 38.
Wie anhand der Feldlinien des Feldes 50 von Fig.10 zu erkennen ist, führt die becherförmige Gestalt der Elektrode 32 zu einer Entzerrung des Feldes 50, d.h. zu einer Vergrößerung des vom Feld 50 gefüllten Raumes und zu einer Homogenisierung des elektrischen Feldes. Durch die Entzerrung des Feldes wird dessen durchschnittliche Feldstärke abgesenkt, während durch die Homogenisierung des Feldes lokale Feldstärkenerhöhungen vermieden werden. Dadurch kann die Stärke des Feldes 50 überall unterhalb der Einsatzfeldstärke für Teilentladungen gehalten werden.
Ein ideal homogenes Feld 50 würde sich ergeben, wenn die Oberfläche des Permanentmagneten 38 und die Innenfläche des becherförmigen Abschnittes 40 der Elektrode 32 zueinander parallel wären. Bei der gezeigten Elektrode 32 beträgt der Abstand zwischen einem beliebigen Punkt auf dem dem Perma- nentmagneten 38 zugewandten Teil der Oberfläche des Wandabschnittes 44 und dem ferromagnetischen Kern das 0,75- bis 1 ,8-fache des Abstandes zwischen dem Bodenabschnitt 42 und dem Schnittpunkt zwischen der Stirnfläche 38b des Permanentmagneten 38 und einer Mittelachse 51 des ferromagnetischen Kernes 28. Bei einer derartigen Dimensionierung des becherförmigen Abschnittes 40 läßt sich eine zum Zwecke der Vermeidung von Teilentiadungen ausreichend homogene Verteilung des Feldes 50 erreichen.
In Fig.11 ist ein radialer Schnitt durch den Sekundärwicklungsträger 24, die Sekundärwicklung 26, den mit Vergußmasse 48 gefüllten Zwischenraum zwischen Sekundärwickiungsträger 24 und Primärwicklungsträger 10 und den Primärwicklungsträger 10 gezeigt. Die Vergußmasse 48 besteht aus einem Kunstharz und einem Füllstoff. Der Füllstoff hat u.a. die Funktion, den thermischen Ausdehnungskoeffizient der Vergußmasse 48 demjenigen der Elektrode 32 u.dgl. anzugleichen. Die Sekundärwicklung 26 ist in Fig.11 nur schematisch angedeutet. In Wirklichkeit kann sie etwa 70 Lagen Drahtes mit einem Durchmesser von nur etwa 50 μm umfassen. Bei einem so feinen Draht sind die Zwischenräume zwischen den einzelnen Windungen so eng, daß der Füllstoff nicht in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Windungen eindringen kann. In die Sekundärwicklung 26 dringt somit nur das reine Kunstharz ein. In einem an die S un ärwic lu g 26- radial außen angrenzenden -Befeiebv 4Sa, d-.h. dem Bereich zwischen η und r2 in Fig.11 , liegt demnach eine erhöhte Konzentration des Füllstoffes vor. Im Bereich 48b zwischen r2 und r3 hat die Vergußmasse 48 die gewöhnliche Konzentration des Füllstoffes, und radial außerhalb von r3 beginnt der Primärwicklungsträger 10.
In Fig.12 ist der radiale Verlauf des elektrostatischen Potentials entlang des Schnittes von Fig.11 , und in Fig.13 der entsprechende radiale Verlauf der elektrischen Feldstärke gezeigt. In beiden Diagrammen 12 und 13 zeigt eine gebrochene Linie 52 bzw. 56 den Verlauf für eine herkömmliche Vergußmasse, bei der der Füllstoff eine wesentlich höhere Dielektrizitätszahl hat als das Kunstharz, und die durchgezogenen Linien 54 bzw. 58 den Verlauf gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, bei der die Dielektrizitätskonstanten des Kunstharzes und des Füllstoffes nahezu identisch sind. Für Radien < r-i, d.h. im Feldschatten der Sekundärwicklung 26, liegt konstant die Sekundärspannung vor. Zwischen r-i und r3, d.h. in dem mit der Vergußmasse 48 gefüllten Raum zwischen der Sekundärwicklung 26 und dem Primärwicklungsträger 10 nimmt das Potential mit zunehmender radialer Entfernung von der Sekundärwicklung ab. Wenn, wie beim Stand der Technik, der Füllstoff eine andere, d.h. in der Regel höhere, Dielektrizitätskonstante hat als das Kunstharz, ergibt sich bei r2l wo sich die Konzentration des Füllstoffes in der Vergußmasse 48 ändert, eine Änderung der Dielektrizitätskonstante der Vergußmasse 48 als Ganzes. Dies führt zu einem Knick im Potentialverlauf (siehe Graph 52 in Fig.12) bzw. einem Sprung im elektrischen Feld (siehe Graph 56 in Fig.13). Dieser Sprung in der elektrischen Feldstärke bei r2 führt zu mechanischen Spannungen und bei längerer Beanspruchung zu Rissen oder Spalten, in denen wiederum die für die Alterung der Vergußmasse maßgeblichen Teilentladungen stattfinden können.
Um dieses Problem zu umgehen wird ein Füllstoff verwendet, dessen Dielektrizitätskonstante mit derjenigen des Kunstharzes nahezu identisch ist. Beispielsweise, wird-für das -Kunstharz ein Epoxydharz verwendet und- ür de Füllstoff Quarz. Dann ergibt sich ein glatter Verlauf des Potentials zwischen r<\ und r3 (siehe Graph 54 in Fig.12) bzw. ein Verlauf der elektrischen Feldstärke zwischen r-i und r3 ohne Sprünge (siehe Graph 58 in Fig.13). Dadurch wird die Spaltenbildung im Bereich der Füllstoffkonzentrationsänderung wirksam vermieden. Außerdem wird die maximale Feldstärke (s. Graph 58 bei r3) im Vergleich zum Stand der Technik (s. Graph 56 bei r3) verringert, wodurch das Auftreten von Teilentladungen weiterhin erschwert wird. Im Potentialverlauf der Fig.12 ergibt sich ein weiterer Knick bei r3, verbunden mit einem Sprung in der elektrischen Feldstärke (siehe Fig.13), der auf eine unterschiedliche Dielektrizitätskonstante der Vergußmasse 48 und des Materials des Primärwicklungsträgers 10 zurückzuführen ist. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung wird auch die Dielektrizitätskonstante des Materials des Primärwicklungsträgers 10 und des Sekundärwicklungsträgers 24 derjenigen des Kunstharzes angepaßt. Dadurch wird eine Spaltbildung zwischen der Vergußmasse einerseits und den Wicklungsträgern 10, 24 andererseits wirksam vermieden.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Fig.14 und 15 die verbesserten EMV-Eigenschaften der Transformationsvorrichtung erläutert. Zunächst wird unter Bezugnahme auf Fig.14 eine herkömmliche Zündanordnung beschrieben. Die herkömmliche Zündanordnung von Fig.14 umfaßt eine außenliegende Sekundärwicklung 26' und eine innenliegende Primärwicklung 12'. Die Sekundärwicklung 26' ist leitend mit einer Elektrode 32' verbunden, die wiederum über eine Kontaktfeder 60 mit einer Zündkerze 62 verbunden ist. Die Transformationsvorrichtung und die Zündkerze 62 sind gemeinsam in einem mit dem Massepotential verbundenen Gehäuse 64 untergebracht. Die Zündkerze 62 hat eine auf Massepotential befindliche Elektrode 64, die ein Ende einer Funkenstrecke bildet
Der zeitliche Anfang eines Zündfunkens 65 stellt sich als sprunghafte Abnahme der Sekundärspannung von einem höheren Wert, der zur Ionisierung der Funkenstrecke benötigt wird, auf eine niedrigere, sogenannte Brennspannung dar, unter der der Stromfluß entlang der Funkenstrecke stattfindet. Dieser sprunghafte Spannungswechsel, der innerhalb einiger Nanosekunden stattfindet, ist nach Untersuchungen der Erfinder die Hauptursache für EMV-Probleme bei Zündvorrichtungen. In Fig.14 ist ein Störpfad 66, entlang dem sich ein Störimpuls ausbreitet, schematisch dargestellt. Der Störpfad beginnt in der Fun- kenstrecke und verläuft über die Zündkerze 62, die Kontaktfeder 60 und die Elektrode 62' zur Sekundärwicklung 26'. Von dieser verläuft der Störpfad 66 aufgrund einer kapazitiven Kopplung zwischen der Sekundärwicklung 26' und der Primärwicklung 12' durch die Primärwicklung 12' und deren Anschluss 20' in das Bord-Netz 68 des Kraftfahrzeuges, in dem sie Funktionsstörungen elektronischer Steuerungseinrichtungen hervorrufen kann. Der Störimpuls gelangt ü- ber das Bord-Netz 68 zum Massepotential und damit zur Elektrode 64 der Funkenstrecke, so daß sich der Störpfad 66 schließt.
In Fig.15 ist eine Zündvorrichtung mit der Transformationsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Zündvorrichtung beinhaltet die im Zusammenhang mit den Fig.1 bis 8 beschriebene Transformationsvorrichtung, die hier gemeinsam mit einer Zündkerze 62 in einem mit Massepotential verbundenen metallischen Gehäuse bzw. Kesselmantel 64 untergebracht ist. Die Elektrode 32 ist mit einem Anschluß der Zündkerze 62 über eine schematisch dargestellte Steckverbindung 70 verbunden. Der Spannungsabfali infolge des Entstehens eines Zündfunkens 65 breitet sich als Störimpuls entlang eines Störpfades 72 über die Zündkerze 62, die Steckverbindung 70 und die Elektrode 32 auf die Sekundärwicklung 26 aus, die bei der gezeigten Transformationsvorrichtung innen angeordnet ist. Da zwischen der Sekundärwicklung 2& und- der -Primärwicklun -8-eine leitende Schient τ8- ngeordnet ist, ύe mit dem Kesselmantel 64, d.h. dem Massepotentiai verbunden ist, liegt hier keine kapazitive Kopplung zwischen der Sekundärwicklung 26 und der Primärwicklung 18 vor. Der Störimpuls wird somit nicht auf das Bord-Netz 68 übertragen. Statt dessen fließt er niederimpedant über den Kesselmantel 64 zum Massepotential ab. Experimente und Simulationen der Erfinder haben gezeigt, daß mit Hilfe der leitenden Schicht 18 in der Tat der mit Abstand größte Teil der Störungen unterbunden werden kann. In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) wird die leitende Schicht durch leitfähigen Klebstoff oder leitfähigen Backlack gebildet, mit dem die Windungen der Primärwicklung (12) verbunden sind und zusammengehalten werden. Dann wird kein Primärspulenkörper benötigt.
Bezugszeichenliste
Primärwicklungsträger
Primärwicklung
Hohlraum
Öffnung im Primärwicklungsträger 10 leitende Schicht
Anschluß
Anschluß
Sekundärwicklungsträger
Sekundärwicklung ferromagnetischer Kern leitender Stift
Elektrode
Hohlraum
Weicheisenstab
-Permanentmagnet becherförmiger Abschnitt
Bodenabschnitt
Wandabschnitt
Anschlußabschnitt
Luftaustrittsöffnung
Vergussmasse
Luftaustrittsöffnung elektrisches Feld Mittelachse des ferromagnetischen Kernes Potentialverlauf nach dem Stand der Technik Potentialverlauf nach einer Weiterbildung der Erfindung Verlauf der elektrischen Feldstärke beim Stand der Technik Verlauf der elektrischen Feldstärke bei einer Weiterbildung der Erfindung Kontaktfeder Zündkerze Elektrode Zündfunke Störpfad beim Stand der Technik Bord-Netz Steckverbindung Störpfad bei einer Weiterbildung der Erfindung

Claims

Ansprüche
1. Transformationsvorrichtung zum Erzeugen einer Zündspannung für Verbrennungskraftmaschinen,
mit einer Primärwicklung (12), an die eine Primärspannung anlegbar ist, einer Sekundärwicklung (26), in der eine Sekundärspannung induzierbar ist,
einem ferromagnetischen Kern (28), der in der Primärwicklung (12) und der Sekundärwicklung (26) angeordnet ist, und
einer Elektrode (32), die einem Ende (38) des ferromagnetischen Kernes (28) gegenübersteht, die mit der Sekundärwicklung (26) verbunden ist und die mit einer Funkenstrecke verbindbar ist,
wobei zwischen dem genannten Ende (38) des ferromagnetischen Kernes (28) und der Elektrode (32) durch die Sekundärspannung ein elektrisches Feld (50) hervorgerufen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Ende (38) des ferromagnetischen Kernes (28) einen kontinuierlich gekrümmten Übergang zwischen Mantelfläche (38a) und Stirnfläche (38b) hat.
2. Transformationsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (32) an ihrer dem ferromagnetischen Kern (28) zugewandten Seite konkav ausgebildet ist.
3. Transformationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des ferromagnetischen Kernes (28) durch Permanentmagneten (38) gebildet sind.
4. Transformationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Elektrode (32) gegenüberstehende Stirnfläche (38a) des ferromagnetischen Kernes (38) konvex ist.
5. Transformationsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der konvexen Stirnfläche (38b) mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse (51) des ferromagnetischen Kernes (28) zunimmt.
Transformationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (32) einen becherförmigen Abschnitt (40) hat, dessen Öffnung dem ferromagnetischen Kern (28) zugewandt ist.
Transformationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der becherförmige Abschnitt (40) einen Bodenabschnitt (42) hat, der quer zur Mittelachse (51) des ferromagnetischen Kernes (28) angeordnet ist,
und einen Wandabschnitt (44) hat, der einen zwischen dem Bodenabschnitt (42) und der Stirnfläche (38a) des ferromagnetischen Elementes (28) befindlichen Raum umgibt, wobei der Abstand zwischen einem jeden Punkt auf dem dem ferromagnetischen Kern (28) zugewandten Teil der Oberfläche des Wandabschnittes (44) und dem ferromagnetischen Kern (28) das 0,5-fache bis 2,5-fache, vorzugsweise das 0,75-fache bis 1 ,8-fache des Abstandes zwischen dem Bodenabschnitt (42) und dem Schnittpunkt zwischen der Stirnfläche (38a) und der Mittelachse (51 ) des ferromagnetischen Kernes (28) beträgt.
8. Transformationsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen hülsenförmigen Sekundärwicklungsträger (24), auf dem die Sekundärwicklung (26) angeordnet ist und der an einem Ende mit dem becherförmigen Abschnitt (40) verschlossen ist.
9. Transformationsvorrichtung zum Erzeugen einer Zündspannung für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der Zwischenräume zwischen Komponenten der Transformationsvorrichtung mit einer Vergußmasse (48) gefüllt sind, die ein Kunstharz und einen Füllstoff enthält,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante des Füllstoffes das 0,5-fache bis 1,5-fache, vorzugsweise das 0,8-fache bis 1,25-fache und besonders vorzugsweise das 0,9-fache bis 1 ,2-fache der Dielektrizitätskonstante des Kunstharzes beträgt.
10. Transformationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Komponenten eines oder mehrere der folgenden Teile umfassen: einen Primärwicklungsträger (10), einen Sekundärwicklungsträger (24), eine Elektrode (32), die mit einer Sekundärwicklung (26) ver- bunden ist und mit einer Funkenstrecke verbindbar ist, einen ferromagnetischen Kern (28), ein Metallgehäuse (64).
11. Transformationsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der mindestens eine der genannten Komponenten (10, 24) aus Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante des Kunststoffs das 0,5-fache bis 1 ,5-fache, vorzugsweise das 0,8-fache bis 1 ,25-fache und besonders vorzugsweise das 0,9-fache bis 1 ,2-fache der Dielektrizitätskonstante der Vergussmasse (48) beträgt.
12. Transformationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff geeignet ist, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Vergussmasse demjenigen der genannten Komponenten anzupassen.
13. Transformationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein Epoxydharz ist.
14. Transformationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Quarz ist.
15. Transformationsvorrichtung zum Erzeugen einer Zündspannung für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einer Primärwicklung (12), an die eine Primärspannung anlegbar ist, und einer Sekundärwicklung (26), in der eine Sekundärspannung induzierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Primärwicklung (12) und der Sekundärwicklung (26) eine leitende Schicht (18) angeordnet ist, die mit dem Massepotential verbunden ist.
16. Transformationsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (18) unmittelbar an die Primärwicklung (12) angrenzend angeordnet ist.
17. Transformationsvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (18) durch eine Folie gebildet ist.
18. Transformationsvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (18) auf ein Trägermaterial aufgedampft oder aufgedruckt ist.
19. Transformationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (26) zumindest teilweis innerhalb derPrimärwtekiung (t2 angeordnet ist.
20. Transformationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformationsvorrichtung einen hülsenartigen Primärwicklungsträger (10) hat, auf dem die Primärwicklung (12) angeordnet ist.
21. Transformationsvorrichtung nach den Ansprüchen 19, 20 und einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (18) auf der Außenumfangsfläche des Primärwicklungsträgers (10) angeordnet ist.
22. Transformationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Schicht durch leitfähigen Klebstoff oder leitfähigen Backlack gebildet wird, mit dem die Windungen der Primärwicklung (12) verbunden sind.
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