EP2065907A1 - Spulenanordnung - Google Patents

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EP2065907A1
EP2065907A1 EP07021709A EP07021709A EP2065907A1 EP 2065907 A1 EP2065907 A1 EP 2065907A1 EP 07021709 A EP07021709 A EP 07021709A EP 07021709 A EP07021709 A EP 07021709A EP 2065907 A1 EP2065907 A1 EP 2065907A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
core
coil
coil assembly
turns
conductive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07021709A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Heise
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Delphi Technologies Inc
Original Assignee
Delphi Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Delphi Technologies Inc filed Critical Delphi Technologies Inc
Priority to EP07021709A priority Critical patent/EP2065907A1/de
Publication of EP2065907A1 publication Critical patent/EP2065907A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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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
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
    • H01F27/325—Coil bobbins

Definitions

  • the invention relates to a coil arrangement as z. B. in internal combustion engines for generating high voltage for a spark gap is required.
  • the coil arrangement acts as an energy store, wherein previously supplied energy is at least temporarily stored in a magnetic field of the coil assembly and is cyclically converted into electrostatic energy of the coil assembly associated capacity.
  • the coil arrangement is part of a resonator arranged downstream of a generator, wherein both the generator and the resonator each comprise a resonant circuit, that is to say a capacitance coupled to an inductance.
  • a voltage increase the z. B. reaches the multiple of the applied operating voltage.
  • the resonator coupled to the generator there is an increase in voltage which, with a continuous supply of energy from the generator, can reach one hundred to two hundred times the voltage injected by the generator into the resonator.
  • a coil assembly is provided with a layered structure, seen in coaxial arrangement, from the inside out, acting as a carrier, magnetically non-conductive core, coil windings attached thereto, an insulator surrounding this and the insulator surrounding the shield on all sides also not magnetically comprising conductive material.
  • the magnetically non-conductive core essentially acts as a carrier for the coil windings and ensures their desired spatial arrangement and a uniform distribution of the coil windings.
  • the magnetically non-conductive Shielding ensures a shielding of the coil arrangement against any external electromagnetic fields and prevents interference of spatially adjacent objects by the magnetic field associated with the coil arrangement during operation.
  • the core has on its surface guide grooves for adjusting the coil turns, so that a constant distance of the coil turns is ensured with each other, and in the operation of the coil assembly can be formed with respect to its homogeneity optimized magnetic field.
  • the core has at least one end, in particular at both ends, a recess for terminating the respective outer, ie first and / or last coil turn, mechanically simple conditions arise with regard to the attachment of the coil turns to the core.
  • the electromagnetic characteristics associated with the resulting individual coil arrangements are substantially identical, because e.g. B. the number of turns, Thus, the number of coil turns, and the effective length of the coil turns forming conductor is identical.
  • the core has at least one end a uniformly distributed over the circumference of the core plurality of recesses to complete the completion of the coil turns, wherein the at least one recess on one side of the core and one of the plurality of recesses lie on the other side of the core in a plane parallel to the longitudinal axis of the core.
  • the coil turns are all mounted on the core in a same plane, so all the coil windings are on the same lateral surface of an imaginary hollow cylinder, which coincides with the surface of the core. This avoids additional coupling effects of the magnetic field and allows a simpler structure of the insulation.
  • the core is preferably hollow.
  • the core is made of a non-conductive, so electronically and / or magnetically non-conductive material, more preferably made of a high-frequency non-conductive material, ie of a material that does not or does not appreciably change its conductivity properties under high-frequency influence.
  • the non-conductive or high-frequency non-conductive core is also high-voltage and / or temperature-resistant.
  • materials for such a design of the core and / or the insulation between the coil and screen z As polytetrafluoroethylene (PTFE) or derivatives thereof, ie - according to the customary for such compounds brand - Teflon or Teflon derivatives, into consideration.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • a thickness of the insulator increases or decreases along a longitudinal extent of the coil arrangement, in particular increases or decreases continuously.
  • the diameter of the core may vary along its longitudinal extent such that e.g. a smaller diameter is present in one end region of the core than at its other end region or a middle section. In this way can be achieved by a suitable choice of the geometry of the coil assembly and the components thereof to the desired electromagnetic properties on the one hand and isolation properties on the other hand.
  • FIG. 1 shows a schematically simplified representation of a resonator circuit comprising a coil arrangement 10 and a capacitor 12, which circuit is comprised of a high-frequency ignition device in a manner known per se.
  • a charge flashover in the region of the capacitance 12, ie a plasma formation which is utilized in an internal combustion engine in a manner known per se for igniting an air-fuel mixture.
  • the coil arrangement 10 is represented electrically as a combination of an inductance L and the ohmic resistance R associated with the inductance due to material properties of the conductor used therefor.
  • FIGS. 2a and 2b For example, various embodiments of the coil assembly 10 according to the invention are shown in section through a portion of the coil assembly 10, respectively. Thereafter, the coil assembly 10 in a layered construction in coaxial arrangement, from the inside to Seen outside, acting as a carrier, magnetically non-conductive core 14, attached coil turns 16, a surrounding this insulator 18 and finally a turn the insulator 18 enclosing shield 20, which also consists of a magnetically non-conductive material, for. As aluminum or copper is made.
  • the layered structure can be regarded as a series of concentric hollow cylinders, wherein the core 14 as it were an inner hollow cylinder and the shield 20 forms an outer hollow cylinder, between which is provided as a further hollow cylinder layers on the side of the shield, the insulator 18 and wherein the coil turns 16 in an imaginary hollow cylinder section are arranged, which is located in the region of the transition between the core 14 and insulator 18.
  • the embodiment according to FIG. 2b occur in the place of the hollow cylinder sections truncated cone sections, wherein the respective truncated cone sections in the direction of the coil assembly downstream capacity 12 (see FIG. FIG. 1 ) rejuvenate.
  • Both embodiments have in common that the core 14 has on its surface guide grooves 22 for adjusting the coil turns 16.
  • This facilitates, on the one hand, the application of the coil windings 16 to the core 14, namely at an efficiency exclusive consideration coming automatic production, and on the other hand ensures an always constant distance of the coil turns 16 with each other, so that in the interior of the coil assembly 10 at the Operation forms a optimized with respect to its homogeneity magnetic field. Due to this homogeneity, the actual magnetic field is largely idealized as it is usual mathematical modeling are to be based, so that a control of the coil assembly 10 and thus targeted resonance peak can be controlled optimally.
  • a thickness of the insulating layer 18 toward the tapered end of the coil assembly 10 increases, ie a slope of the lateral surface of the core 14 is smaller than a corresponding slope of a lateral surface of the insulator 18.
  • This is advantageous because the potential of Winding for shielding along the lateral surface increases in the case of resonance and increased insulation resistance is required. Furthermore, results in a more compact space of the entire structure. If no such deviating inclinations are provided, identical gradients are also possible both for a lateral surface of the core 14 and a corresponding lateral surface of the insulator 18. It can also be provided that the ratio of the gradients is reversed, ie that a thickness of the insulator layer 18 decreases in the direction of the tapering end of the coil arrangement 10.
  • FIG. 3 shows a three-dimensional representation of the core 14 with attached coil windings 16.
  • the core 14 has at its two ends in each case a recess 24, 26 for completing the respective outer, ie first or last coil turn 16.
  • the two recesses 24, 26 are at both ends of the core 14 at both ends of the core 14 in a plane parallel to the longitudinal axis of the core 14, so that there is always an integer number of complete coil turns 16 on the core 14.
  • a plurality of recesses 24, 26 can also be provided at one or both ends of the core 14, possibly evenly or regularly distributed over the circumference of the core.
  • Each recess 24, 26 may, as in FIG. 3 shown on the left side, in the sense of an upwardly open recess or, as in FIG. 3 shown on the right, be designed as a bore or closed or closable (eg by adhesive), upwardly open recess.
  • FIG. 4 shows a perspective, partially sectional view of the coil assembly 10 according to the in FIG. 2a shown embodiment. It can be seen the layered sequence of core 14, coil turns 16, insulator 18 and shield 20.
  • the insulator 18 is z. B. as solidifying casting material in a at the introduction of the core 14 with applied coil turns 16 (see FIG. 3 ) remaining gap to the shield 20 filled, so that the insulator 18 for fixing the coil turns 16 on the core 14 is effective.
  • insulating property of the insulator 18 thus also for the mechanical protection of the coil windings 16 in the manufacture of the coil assembly 10 is effective.
  • the core 14 is hollow and that the coil assembly 10 (as shown in FIG. 4 in the lower left area) the capacity 12 (see also FIG. 1 ).
  • the shield 20 continues and functions there as an electrode.
  • the shield 20 acts as a capacitor, so that depending on the vote and the inductance of the coil assembly and the shield 20 is a capacitive component of a vibratory system and contributes to the desired resonance peaking.
  • the shield 20 of the coil arrangement 10 and a shield connected thereto in this order about a generator region 28 is the sections shielding including the shield 20 in the coil assembly 10 as a return conductor to complete a circuit in which the coil assembly 10 acts as a section of a "Hinleiters", effective.
  • a coil arrangement 10 with a layered structure which, viewed from inside to outside, in a coaxial arrangement, acts as a carrier, magnetically nonconductive core 14 in the form of a hollow cylinder or truncated cone attached thereto coil turns 16, about a correspondingly also designed as a hollow cylinder or truncated cone insulator 18 and finally a cylinder jacket or truncated cone-shaped shield 20, which consists of magnetically non-conductive material, eg. As aluminum or copper, and is effective as a shielding of a forming during operation of the coil assembly 10 in the interior magnetic field both to the outside and against external influences.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

Es wird eine Spulenanordnung (10) mit einem geschichteten Aufbau angegeben, der in koaxialer Anordnung, von innen nach außen gesehen, einen als Träger fungierenden, magnetisch nicht leitenden Kern (14) in Form eines Hohlzylinders oder Kegelstumpfs, daran angebrachte Spulenwindungen 16, darüber einen entsprechend ebenfalls als Hohlzylinder oder Kegelstumpf ausgestalteten Isolator (18) und schließlich eine zylindermantel- oder kegelstumpfförmige Abschirmung (20) umfasst, die aus magnetisch nicht leitendem Material, z. B. Aluminium oder Kupfer, gefertigt ist und als Abschirmung eines sich beim Betrieb der Spulenanordnung (10) in deren Innerem ausbildenden Magnetfelds sowohl nach außen als auch gegen äußere Einflüsse wirksam ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Spulenanordnung wie sie z. B. bei Verbrennungsmotoren zur Erzeugung von Hochspannung für eine Funkenstrecke benötigt wird.
  • Derartige Spulenanordnungen sind an sich bekannt und es wird beispielhaft auf die DE 10 2006 037 246 A1 und DE 10 2005 037 420 A1 verwiesen. Die Spulenanordnung fungiert dabei als Energiespeicher, wobei zuvor zugeführte Energie zumindest zeitweise in einem magnetischen Feld der Spulenanordnung gespeichert ist und zyklisch in elektrostatische Energie einer der Spulenanordnung zugeordneten Kapazität umgewandelt wird. Die Spulenanordnung ist Bestandteil eines einem Generator nachgeordneten Resonators, wobei sowohl der Generator als auch der Resonator jeweils einen Schwingkreis, also eine mit einer Induktivität gekoppelte Kapazität, umfasst. Bei Anregung des generatorseitigen Schwingkreises stellt sich bei diesem in an sich bekannter Art und Weise eine Spannungserhöhung ein, die z. B. das Mehrfache der anliegenden Betriebsspannung erreicht. Im mit dem Generator gekoppelten Resonator stellt sich dagegen eine Spannungsüberhöhung ein, die bei kontinuierlicher Energiezufuhr vom Generator das Einhundert- bis Zweihundertfache der vom Generator in den Resonator eingekoppelten Spannung erreichen kann.
  • Ein Nachteil der im Stand der Technik bekannten Spulenanordnungen besteht vor allem darin, dass elektromagnetische Kenngrößen nicht in einer für eine optimale Erzeugung von Plasma im Bereich der Funkenstrecke erforderlichen Art und Weise bekannt sind. Z. B. ist bei der Lösung gemäß der vorgenannten DE '420 keine räumliche Begrenzung des magnetischen Feldes der dortigen Spulenanordnung gegeben, so dass dieses auch durch in der Umgebung befindliches Material beeinflusst ist. Bei der in der DE '246 beschriebenen Spulenanordnung besteht ein Nachteil auch darin, dass durch die Anschaltung des Generators ein Punkt zwischen Induktivität und Kapazität des Generators auf Massepotential gehalten wird, so dass in ungünstiger Art und Weise die erwünschte Resonanzfrequenz durch externe magnetische Materialien beeinflusst wird, weil das magnetische Feld nicht räumlich begrenzt ist. Darüber hinaus kann sich auch eine Beeinflussung, z. B. eine Erwärmung, von in räumlicher Nähe zu der Spulenanordnung befindlichen Gegenständen ergeben. Schließlich scheinen bekannte Lösungen auch einen Schutz gegen die sich ergebende Hochspannung zu vernachlässigen oder es wird versucht, einen evtl. Schutz durch externe Mittel, z. B. eine Kappe, eine Hülse oder dergleichen, zu erreichen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht entsprechend darin, eine Spulenanordnung anzugeben, mit der die o. g. Nachteile vermieden oder zumindest hinsichtlich ihrer Auswirkungen reduziert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist eine Spulenanordnung mit einem geschichteten Aufbau vorgesehen, der in koaxialer Anordnung, von innen nach außen gesehen, einen als Träger fungierenden, magnetisch nicht leitenden Kern, daran angebrachte Spulenwindungen, einen diese umgebenden Isolator und eine den Isolator allseitig umgebende Abschirmung aus ebenfalls magnetisch nicht leitendem Material umfasst. Der magnetisch nicht leitende Kern fungiert im Wesentlichen als Träger für die Spulenwindungen und gewährleistet deren gewünschte räumliche Anordnung sowie eine gleichmäßige Verteilung der Spulenwindungen. Die magnetisch nicht leitende Abschirmung gewährleistet eine Abschirmung der Spulenanordnung gegenüber evtl. äußeren elektromagnetischen Feldern und verhindert eine Beeinflussung räumlich benachbarter Gegenstände durch das mit der Spulenanordnung im Betrieb assoziierte Magnetfeld.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
  • Bevorzugt weist der Kern auf seiner Oberfläche Führungsrillen zur Justierung der Spulenwindungen auf, so dass ein gleich bleibender Abstand der Spulenwindungen untereinander gewährleistet ist, und sich im Betrieb der Spulenanordnung ein hinsichtlich seiner Homogenität optimiertes Magnetfeld ausbilden kann.
  • Wenn der Kern an zumindest einem Ende, insbesondere an beiden Enden, eine Ausnehmung zum Abschluss der jeweils äußeren, also ersten und / oder letzten Spulenwindung aufweist, ergeben sich mechanisch einfache Verhältnisse hinsichtlich der Anbringung der Spulenwindungen an dem Kern. Zudem ist bei der automatisierten Herstellung einer Mehrzahl solcher Spulenanordnungen gewährleistet, dass die mit den sich ergebenden einzelnen Spulenanordnungen verbundenen elektromagnetischen Kenngrößen im Wesentlichen identisch sind, weil z. B. die Windungszahl, also die Anzahl der Spulenwindungen, sowie die wirksame Länge des die Spulenwindungen bildenden Leiters identisch ist.
  • Wenn bei jeweils einer Ausnehmung zum Abschluss der Spulenwindungen an beiden Enden des Kerns diese in einer zur Längsachse des Kerns parallelen Ebene liegen, ergeben sich auf dem Kern vollständige Spulenwindungen, wenn diese nicht auf einer parallelen Ebene liegen ergeben sich technisch realisierbare Teilwindungen, was eine mathematische Modellierung der Spulenanordnung erleichtert und somit eine optimierte Anregung durch den generatorseitigen Schwingkreis ermöglicht. Zum Erhalt definierter Teilwindungen ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kern an zumindest einem Ende eine gleichmäßig über den Umfang des Kerns verteilte Mehrzahl von Ausnehmungen zum Abschluss der Abschluss der Spulenwindungen aufweist, wobei die mindesten eine Ausnehmung auf der einen Seite des Kerns und eine der mehreren Ausnehmungen auf der anderen Seite des Kerns in einer zur Längsachse des Kerns parallelen Ebene liegen. Dadurch, dass auf beiden Seiten des Kerns zumindest jeweils eine Ausnehmung auf der zur Längsachse des Kerns parallelen Ebene liegen, lassen sich bei Verwendung dieser beiden Ausnehmungen zum Abschluss der Spulenwindungen erreichen. Weitere Ausnehmungen auf zumindest einer Seite oder auf beiden Seiten des Kerns ermöglichen bei deren Verwendung den Erhalt definierter Teilwindungen. Dabei ist eine regelmäßige Verteilung der Ausnehmungen hilfreich. Im Falle von z.B. vier Ausnehmungen können diese in einer Art regelmäßig verteilt sein, bei der zwischen je zwei benachbarten Ausnehmungen ein Abstand von 90° eingehalten ist. Eine andere Möglichkeit einer regelmäßigen Verteilung besteht darin, derartige Abstände linear, logarithmisch, exponentiell usw. zu vergrößern oder zu verkleinern. Wenn auf beiden Seiten des Kerns eine Mehrzahl von Ausnehmungen vorgesehen ist, kann die Anzahl der Ausnehmungen und/oder das jeweilige Schema für deren regelmäßige Verteilung unterschiedlich sein, so dass sich ein Maximum an Flexibilität hinsichtlich der Auswahl definierter Teilwindungen ergibt.
  • Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass bei der Spulenanordnung die Spulenwindungen auf dem Kern allesamt in einer gleichen Ebene angebracht sind, also alle Spulenwindungen auf der gleichen Mantelfläche eines gedachten Hohlzylinders liegen, die mit der Oberfläche des Kerns zusammenfällt. Dies vermeidet zusätzliche Kopplungseffekte des magnetischen Feldes und erlaubt einen einfacheren Aufbau der Isolation.
  • Für Spulenanordnungen der eingangs genannten und nachfolgend weiter beschriebenen Art hat sich ergeben, dass eine vergleichsweise geringe Anzahl von Spulenwindungen für die angestrebte Resonanzüberhöhung ausreichend ist, so dass die tatsächliche Anzahl der Spulenwindungen bei bevorzugten Ausführungsformen der Spulenanordnung zwischen zehn und zweihundert liegt.
  • Der Kern ist bevorzugt hohl. Der Kern ist aus einem nicht leitenden, also elektronisch und/oder magnetisch nicht leitenden Material gefertigt, besonders bevorzugt aus einem hochfrequenznichtleitenden Material, also aus einem Material, das seine Leitungseigenschaften auch unter Hochfrequenzeinfluss nicht oder nicht nennenswert ändert. In einer nochmals bevorzugten Ausführungsform ist darüber hinaus vorgesehen, dass der nicht leitende oder hochfrequenznichtleitende Kern auch hochspannungs-und/oder temperaturfest ist. Als Materialien für eine derartige Ausbildung des Kerns und/oder der Isolation zwischen der Spule und Schirm kommt z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Derivate davon, also - entsprechend der für solche Verbindungen gebräuchlichen Marke - Teflon oder Teflonderivate, in Betracht.
  • Bei der Spulenanordnung kann vorgesehen sein, dass eine Dicke des Isolators entlang einer Längserstreckung der Spulenanordnung zunimmt oder abnimmt, insbesondere stetig zu- oder abnimmt. Außerdem kann der Durchmesser des Kerns sich entlang dessen Längserstreckung verändern, derart, dass z.B. in einem Endbereich des Kerns ein geringerer Durchmesser vorliegt als an dessen anderem Endbereich oder einem Mittelabschnitt. Auf diese Weise kann durch eine geeignete Wahl der Geometrie der Spulenanordnung und der davon umfassten Komponenten an die gewünschten elektromagnetischen Eigenschaften einerseits und Isolationseigenschaften andererseits erreicht werden.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie z. B. Herstellverfahren betreffen.
  • Darin zeigen
    • FIG 1
    einen von einer Hochfrequenzzündeinrichtung in an sich bekannter Art und Weise umfassten Resona- torschwingkreis,
    FIG 2a und 2b
    verschiedene Ausführungsformen von Spulenanordnun- gen gemäß der Erfindung.
    FIG 3
    einen von der Spulenanordnung umfassten Kern mit daran angebrachten Spulenwindungen und
    FIG 4
    eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung einer Ausführungsform einer Spulenanordnung.
  • FIG 1 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung eines von einer Hochfrequenzzündeinrichtung in an sich bekannter Art und Weise umfassten Resonatorschwingkreises, der eine Spulenanordnung 10 und eine Kapazität 12 umfasst. Bei Resonanzüberhöhung kommt es im Bereich der Kapazität 12 zu einem Ladungsüberschlag, also einer Plasmabildung, die in einem Verbrennungsmotor in an sich bekannter Art zur Zündung eines Luftkraftstoffgemisches ausgenutzt wird. Die Spulenanordnung 10 stellt sich elektrisch als Kombination aus einer Induktivität L und dem mit der Induktivität aufgrund von Materialeigenschaften des dafür verwendeten Leiters verbundenen ohmschen Widerstand R dar.
  • In FIG 2a und 2b sind verschiedene Ausführungsformen der Spulenanordnung 10 gemäß der Erfindung jeweils in einem Schnitt durch einen Teil der Spulenanordnung 10 gezeigt. Danach umfasst die Spulenanordnung 10 in einem geschichteten Aufbau in koaxialer Anordnung, von innen nach außen gesehen, einen als Träger fungierenden, magnetisch nicht leitenden Kern 14, daran angebrachte Spulenwindungen 16, einen diese umgebenden Isolator 18 und schließlich eine wiederum den Isolator 18 einschließende Abschirmung 20, die ebenfalls aus einem magnetisch nicht leitenden Material, z. B. Aluminium oder Kupfer, gefertigt ist.
  • Der Unterschied zwischen den in FIG 2a und 2b dargestellten Ausführungsformen besteht ersichtlich darin, dass bei der Ausführung gemäß FIG 2a der geschichtete Aufbau als eine Abfolge konzentrischer Hohlzylinder aufgefasst werden kann, wobei der Kern 14 gleichsam einen inneren Hohlzylinder und die Abschirmung 20 einen äußeren Hohlzylinder bildet, zwischen denen als weitere Hohlzylinderschichten auf der Seite der Abschirmung der Isolator 18 vorgesehen ist und wobei die Spulenwindungen 16 in einem gedachten Hohlzylinderabschnitt angeordnet sind, der sich im Bereich des Übergangs zwischen Kern 14 und Isolator 18 befindet. Bei der Ausführungsform gemäß FIG 2b treten an die Stelle der Hohlzylinderabschnitte Kegelstumpfabschnitte, wobei sich die jeweiligen Kegelstumpfabschnitte in Richtung auf die der Spulenanordnung nachgeordnete Kapazität 12 (vgl. FIG 1) verjüngen.
  • Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, dass der Kern 14 auf seiner Oberfläche Führungsrillen 22 zur Justierung der Spulenwindungen 16 aufweist. Dies erleichtert zum Einen das Aufbringen der Spulenwindungen 16 auf den Kern 14, namentlich bei einer aus Effizienzgründen ausschließlich in Betracht kommenden automatischen Fertigung, und gewährleistet zum Anderen einen stets gleich bleibenden Abstand der Spulenwindungen 16 untereinander, so dass sich im Innern der Spulenanordnung 10 bei deren Betrieb ein hinsichtlich seiner Homogenität optimiertes Magnetfeld ausbildet. Aufgrund dieser Homogenität entspricht das tatsächliche Magnetfeld weitestgehend idealisierten Verhältnissen, wie sie einer üblichen mathematischen Modellierung zugrunde zu legen sind, so dass eine Ansteuerung der Spulenanordnung 10 und die damit angestrebte Resonanzüberhöhung optimal beherrschbar sind.
  • In FIG 2b ist außerdem noch gezeigt, dass eine Stärke der Isolationsschicht 18 in Richtung auf das sich verjüngende Ende der Spulenanordnung 10 zunimmt, d. h. eine Steigung der Mantelfläche des Kerns 14 ist kleiner als eine entsprechende Steigung einer Mantelfläche des Isolators 18. Dies ist vorteilhaft da das Potential von Windung zur Abschirmung längs der Mantelfläche im Fall der Resonanz zunimmt und erhöhte Isolationsfestigkeit gefordert ist. Weiterhin ergibt sich ein kompakterer Bauraum der gesamten Struktur. Sind keine derartig abweichenden Steigungen vorgesehen, kommen auch identische Steigungen sowohl für eine Mantelfläche des Kerns 14 wie auch eine entsprechende Mantelfläche des Isolators 18 in Betracht. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Steigungen umgekehrt ist, dass also eine Stärke der Isolatorschicht 18 in Richtung auf das sich verjüngende Ende der Spulenanordnung 10 abnimmt.
  • FIG 3 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Kerns 14 mit daran angebrachten Spulenwindungen 16. Der Kern 14 weist an seinen beiden Enden jeweils eine Ausnehmung 24, 26 zum Abschluss der jeweils äußeren, also ersten bzw. letzten Spulenwindung 16 auf. Bei der dargestellten Ausführungsform liegen die beiden Ausnehmungen 24, 26 zum Abschluss der Spulenwindungen 16 an beiden Enden des Kerns 14 in einer zur Längsachse des Kerns 14 parallelen Ebene, so dass sich auf dem Kern 14 stets eine ganzzahlige Anzahl vollständiger Spulenwindungen 16 ergibt. Nicht dargestellt ist in FIG 3, dass an einem oder beiden Enden des Kerns 14 auch eine Mehrzahl von Ausnehmungen 24, 26 vorgesehen sein kann, ggf. gleich- oder regelmäßig über den Umfang des Kerns verteilt.
  • Jede Ausnehmung 24, 26 kann, wie in FIG 3 auf der linken Seite dargestellt, im Sinne einer nach oben offenen Aussparung oder, wie in FIG 3 rechts dargestellt, als Bohrung oder verschlossene oder verschließbare (z.B. durch Klebstoff), nach oben offene Aussparung ausgebildet sein.
  • Außerdem ist in FIG 3, im Übrigen aber auch bereits in FIG 2a oder FIG 2b, ersichtlich, dass alle Spulenwindungen 16 auf dem Kern 14 in einer gleichen Ebene angebracht sind, mit anderen Worten alle Spulenwindungen 16 liegen auf demselben (gedachten) Zylindermantel, der im Wesentlichen mit einer Oberfläche des Kerns 14 zusammenfällt. Wie FIG 3 ebenfalls zeigt, ist die Anzahl der Spulenwindungen 16 auf dem Kern vergleichsweise gering, wobei die tatsächliche Zahl von Spulenwindungen 16 zwischen zehn und zweihundert liegt.
  • FIG 4 zeigt eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung der Spulenanordung 10 gemäß der in FIG 2a gezeigten Ausführungsform. Man erkennt die schichtartige Abfolge von Kern 14, Spulenwindungen 16, Isolator 18 und Abschirmung 20. Der Isolator 18 wird z. B. als sich verfestigende Gussmasse in einen sich bei Einführung des Kerns 14 mit aufgebrachten Spulenwindungen 16 (vergleiche FIG 3) verbleibenden Zwischenraum zur Abschirmung 20 eingefüllt, so dass auch der Isolator 18 zur Fixierung der Spulenwindungen 16 am Kern 14 wirksam ist. Neben seiner im Betrieb relevanten isolierenden Eigenschaft ist der Isolator 18 damit auch zum mechanischen Schutz der Spulenwindungen 16 bei der Fertigung der Spulenanordnung 10 wirksam.
  • In FIG 4 ist auch erkennbar, dass der Kern 14 hohl ist und dass sich an die Spulenanordnung 10 (in der Darstellung in FIG 4 im unteren linken Bereich) die Kapazität 12 (vgl. auch FIG 1) anschließt. Im Bereich der Kapazität 12 setzt sich die Abschirmung 20 fort und fungiert dort als Elektrode. Auch im Bereich der Spulenanordnung 10 wirkt die Abschirmung 20 als Kapazität, so dass je nach Abstimmung auch die Induktivität der Spulenanordnung und die Abschirmung 20 einen kapazitiven Anteil eines schwingfähigen System darstellt und zur angestrebten Resonanzüberhöhung beiträgt. Bei einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer Abschirmung im Bereich der Kapazität 12, der Abschirmung 20 der Spulenanordnung 10 und einer sich in dieser Reihenfolge daran anschließenden Abschirmung um einen Generatorbereich 28 (in FIG 4 noch teilweise im oberen rechten Bereich dargestellt) ist die abschnittsweise Abschirmung inklusive der Abschirmung 20 im Bereich der Spulenanordnung 10 auch als Rückleiter zur Vervollständigung eines Stromkreises, in dem die Spulenanordnung 10 als Abschnitt eines "Hinleiters" fungiert, wirksam.
  • Zusammenfassend lässt sich die vorliegende Erfindung damit kurz wie folgt beschreiben: Es wird eine Spulenanordnung 10 mit einem geschichteten Aufbau angegeben, der in koaxialer Anordnung, von innen nach außen gesehen, einen als Träger fungierenden, magnetisch nicht leitenden Kern 14 in Form eines Hohlzylinders oder Kegelstumpfs, daran angebrachte Spulenwindungen 16, darüber einen entsprechend ebenfalls als Hohlzylinder oder Kegelstumpf ausgestalteten Isolator 18 und schließlich eine zylindermantel- oder kegelstumpfförmige Abschirmung 20 umfasst, die aus magnetisch nicht leitendem Material, z. B. Aluminium oder Kupfer, gefertigt ist und als Abschirmung eines sich beim Betrieb der Spulenanordnung 10 in deren Innerem ausbildenden Magnetfelds sowohl nach außen als auch gegen äußere Einflüsse wirksam ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Spulenanordnung
    12
    Kapazität
    14
    Kern
    16
    Spulenwindungen
    18
    Isolator
    20
    Abschirmung
    22
    Führungsrillen
    24
    Ausnehmung
    26
    Ausnehmung
    28
    Generatorbereich

Claims (11)

  1. Spulenanordnung (10) mit einem geschichteten Aufbau, der in koaxialer Anordnung, von innen nach außen gesehen, einen als Träger fungierenden, magnetisch nicht leitenden Kern (14), daran angebrachte Spulenwindungen (16), einen Isolator (18) und eine Abschirmung aus ebenfalls magnetisch nicht leitendem Material (20) umfasst.
  2. Spulenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Kern (14) auf seiner Oberfläche Führungsrillen (22) zur Justierung der Spulenwindungen (16) aufweist.
  3. Spulenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kern (14) an zumindest einem Ende, insbesondere an beiden Enden, eine Ausnehmung (24, 26) zum Abschluss der Spulenwindungen (16) aufweist.
  4. Spulenanordnung nach Anspruch 3, wobei bei jeweils einer Ausnehmung (24, 26) zum Abschluss der Spulenwindungen (16) an beiden Enden des Kerns (14) diese in einer zur Längsachse des Kerns (14) parallelen Ebene liegen.
  5. Spulenanordnung nach Anspruch 3, wobei der Kern (14) an zumindest einem Ende eine gleichmäßig über den Umfang des Kerns (14) verteilte Mehrzahl von Ausnehmungen zum Abschluss der Abschluss der Spulenwindungen (16) aufweist, wobei die mindesten eine Ausnehmung auf der einen Seite des Kerns (14) und eine der mehreren Ausnehmungen auf der anderen Seite des Kerns (14) in einer zur Längsachse des Kerns (14) parallelen Ebene liegen.
  6. Spulenanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spulenwindungen (16) auf dem Kern (14) allesamt in einer gleichen Ebene angebracht sind.
  7. Spulenanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl der Spulenwindungen (16) zwischen zehn und zweihundert liegt.
  8. Spulenanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche mit einem hohlen, zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Kern (14).
  9. Spulenanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche mit einem nicht leitenden, insbesondere hochfrequenznichtleitenden Kern (14).
  10. Spulenanordnung nach Anspruch 9, wobei der nicht leitende oder hochfrequenznichtleitende Kern (14) auch hochspannungs- und/oder temperaturfest ist.
  11. Spulenanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche wobei eine Dicke des Isolators (18) entlang einer Längserstreckung der Spulenanordnung zunimmt oder abnimmt und/oder ein Durchmesser des Kerns (14) sich entlang dessen Längserstreckung verändert.
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