DE3620826A1 - Mit einem kerzenstecker integrierte zuendspule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mit einem Kerzenstecker integrierte Zündspule mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 aufgeführten Merkmalen.

Es ist bekannt, bei kapazitiven Zündungen von Verbren­ nungsmotoren jeder einzelnen Zündkerze unmittelbar eine Zündspule zuzuordnen (Zeitschrift "Lenkrad" 3/85, S. 23). Bei derartigen kapazitiven Zündungen lassen sich die Zündspulen allerdings sehr raumsparend reali­ sieren, wie die bei induktiven Transistorzündungen nicht der Fall ist. Der Trend moderner Automobilmotoren geht allerdings eindeutig zur induktiven Transistorspu­ le. Zur Gewährleistung einer möglichst schadstoffreien Verbrennung wird nämlich bei modernen Kraftfahrzeug- Verbrennungsmotoren die Verwendung von Magergemischen angestrebt, die erheblich erhöhte Anforderungen an die Zündenergie stellen, wie sie von kapazitiven Zündungs­ systemen nicht aufgebracht werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einem Kerzenstecker integrierte Zündspule der gattungs­ bildenden Art zu schaffen, die wenig raumaufwendig und vibrationsfest ist und darüber hinaus eine hohe Temperaturbeständigkeit und ein gutes elektrisches Isolationsverhalten aufweist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die napfartige Ausbildung des Außenhüllzylinders wird in der Fertigung die Lunkerfreiheit der die Zwischenräume zwischen Kern, Innenhüllzylinder und Außenhüllzylinder unter Einschluß der Sekundärwicklung ausfüllenden Vergußmasse sichergestellt, was wiederum das angestrebt gute Isolationsverhalten begünstigt. Die geringe Raum-Inanspruchnahme der Zündspule wirkt sich besonders in Radialrichtung aus. Dadurch ist es möglich, die Zündspule in dem Raum unterzubringen, der in herkömmlichen Motorblöcken oberhalb des äußeren Zündkernendes zur Verfügung steht und bisher nur zur Aufnahme des Zündkerzensteckers diente.

Das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 2 stellt eine sichere Kontaktierung zum Kerzenstecker her und benö­ tigt dazu wenig Raum. Dasselbe trifft für das Kenn­ zeichnungsmerkmal des Anspruches 3 zu. Das Kennzeich­ nungsmerkmal des Anspruches 4 und in Weiterbildung das des Anspruches 5 stellen eine sichere Kontaktierung auch unter erhöhten Vibrationseinflüssen zwischen der Sekundärspule und dem Zündkerzen-Steckkontakt her. Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 6 erhält der Hüllkörper eine weitere Funktion: Mit dem Aufsetzen des Kerzensteckkontaktes der Zündspule auf die Zündker­ ze wird die Tülle mit festem, strammen Haftanschluß auf den Kerzenhals aufgeschoben und stellt damit eine feuchtigkeitsdichte Abkapselung des Kontaktes zur Zündkerze her. Diese weitere Funktion des Hüllkörpers wird durch die in den Kennzeichen der Ansprüche 1 und 7 niedergelegten Eigenschaften des Hüllkörperwerkstoffes begünstigt.

Das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 8 fördert zunächst eine rationelle Fertigung der Sekundärwicklung auf dem Umfang des oberen, den Kern umgebenden Hüllzylinderteiles. In Weiterbildung auch durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 9 und 10 wird die Möglichkeit eines radialen Durchtrittes von Verguß­ masse aus dem Zwischenraum zwischen Innenhüllzylinder und Außenhüllzylinder in den Zwischenraum zwischen Innenhüllzylinder und Kern gefördert, wodurch die Einzelteile der Zündspule vibrationssicher festgelegt werden.

Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 11 wird präzise die Soll-Relativlage zwischen Primär- und Sekundärwicklung sichergestellt, was das hohe Lei­ stungsvermögen der Zündspule fördert.

Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 12 wird das volumenmäßige Aufnahmevermögen des Außenhüllzylin­ ders für von oben her eingefüllte Vergußmasse vergrö­ ßert. Bei und nach dem Einfüllen der Vergußmasse, welches wegen der angestrebten Lunkerfreiheit zweckmä­ ßig unter Unterdruck erfolgt, braucht die Zündspule nur aufrechtstehend gelagert zu werden. Die Vergußmasse kann also in aller Ruhe in sämtliche Hohlräume zwischen den Einzelteilen der Zündspule eindringen, wofür oberhalb der Sekundärspule ein ausreichendes Vorratsvo­ lumen zur Verfügung steht. Dies begünstigt wiederum die Sicherstellung eines guten Isolationsverhaltens der fertigen Zündspule ohne großen Fertigungsaufwand. Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 13 dient die Vergußmasse weiterhin dazu, die den Kern nach oben abdeckende Isolierkappe innerhalb der Einheit der Funktionsteile der Zündspule zu fixieren. Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 15 läßt sich der Hüllkörper in einfacher Weise um die Funktionsteile der Zündspule legen und gewährleistet außerdem eine gute Isolation.

Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Figuren beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Außenansicht der Zündspule in schematisch angedeuteter Aufsetzstellung auf die Zündkerze eines Verbrennungsmotors, wobei die Konturen des Motorengehäuses strichpunk­ tiert dargestellt sind,

Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt durch die kom­ plette Zündspule,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Kern mit aufge­ setzter Sekundärspule,

Fig. 3a eine Draufsicht auf die untere Stirnseite des Kerns entsprechend Pfeil a in Fig. 3,

Fig. 3b eine Vergrößerung des Detailausschnitts III in Fig. 3,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die vorgefertigte Primärspule von deren Vereinigung mit dem Kern und der Sekundärspule,

Fig. 5 eine Vergrößerung des Detailausschnitts V in Fig. 4,

Fig. 6 eine Vergrößerung des Detailausschnitts VI in Fig. 4 mit an den Verschlußboden angesetzter Schraubenfeder,

Fig. 7 eine Darstellung analog Fig. 6 mit an die Schraubenfeder angesetztem Kerzensteckkontakt.

Die mit dem Kerzenstecker 1 integrierte Zündspule 2 besteht im wesentlichen aus dem lamellierten, ferromag­ netischen Kern 3, dem den Kern umgebenden Innenhüllzy­ linder 4 aus einem Isolierwerkstoff, auf dessen Umfang die Sekundärwicklung 5 aufgebracht ist, und dem die Sekundärwicklung 5 mit Radialabstand umgebenden, eben­ falls aus Isolierwerkstoff bestehenden Außenhüllzylin­ der 6, der auf seinem Außenumfang die Primärwicklung 7 trägt, wobei die Zwischenräume zwischen Kern 3, Innenhüllzylinder 4 und Außenhüllzylinder 6 mit einer elektrisch isolierenden Vergußmasse 8 ausgefüllt sind.

Der Kern 3 steht mit seinem dem Kerzenstecker 1 zugewandten, unteren Ende aus dem Überdeckungsbereich der Sekundärwicklung 5 um das Maß 9 hinaus. Der Außenhüllzylinder 6 ist unterhalb der Sekundärwicklung 5 bzw. unterhalb auch der Primärwicklung 7 mit einem eine Durchmesserreduzierung 10 bis etwa auf den Kerndurchmesser 11 bewirkenden Absatz versehen. An den Absatz bzw. die Durchmesserreduzierung 10 schließt sich ich Richtung auf den Kerzenstecker 1 ein weiterer Zylinderbereich 12 von reduziertem Durchmesser an, an dessen unterem Ende ein die Stirnseite 13 des unteren Endes des Kernes 3 abdeckender Verschlußboden 14 angeordnet ist. Der Verschlußboden 14 ist ein metalli­ sches Kontaktstück 15 für die elektrische Verbindung zwischen der Sekundärspule 5 und dem Kerzenstecker 1.

Die aus Außenhüllzylinder 6, Innenhüllzylinder 4 (beide jeweils mit ihren Wicklungen) und Kern 3 sowie Kerzenstecker 1 bestehende Funktionseinheit ist in einen Hüllkörper 16 aus einem elastischen, schwingungs­ dämpfenden und feuchtigkeitsdichten Isolierwerkstoff eingebettet. Das Kontaktstück 15 und der Kerzenstecker 16 sind durch eine flexible, elektrisch leitende Verbindung, nämlich die Schraubenfeder 17, miteinander verbunden. Der Hüllkörper 16 steht nach unten über den Kerzenstecker 1 hinaus und bildet dort eine Tülle 18 zum feuchtigkeitsdichten, strammen Aufschieben auf den in der Regel aus Porzellan bestehenden Kerzenhals 19 der Zündkerze 20. Der Hüllkörper 16 besteht aus einem elastomeren Silikonwerkstoff.

Der Innenhüllzylinder 4 besteht aus zwei in Axialrich­ tung des Kerns 3 untereinander liegenden Hüllzylinder­ teilen, nämlich dem oberen Hüllzylinder 21 und den unteren Hüllzylinder 22. Der obere Hüllzylinderteil 21 trägt die Sekundärwicklung 5, der untere Hüllzylin­ derteil 22 bildet ein den Kern 3 umgebendes Hüllteil. Dabei ist der Außenhüllzylinder 6 mit seinem unteren Ende von reduziertem Innendurchmesser, nämlich mit dem Zylinderbereich 12, auf das untere Hüllzylinderteil 22 aufgeschoben. Der elektrische Verbindungsdraht 23 zwischen Sekundärwicklung 5 und Kontaktstück 15 ist zwischen dem Kern 3 und dem unteren Hüllzylinderteil 22 axial durchgeführt. In derTeilfuge 24 zwischen oberem 21 und unterem Hüllzylinderteil 22 sind radiale Durchlässe für die Vergußmasse 8 vorgesehen. Der Außenhüllzylinder 6 ist auf seinem Außenumfang mit zwei radial nach außen vorstehenden Ringflanschen 25, 26 zur beidseitigen Begrenzung der Axialerstreckung 27 des Wicklungsraumes für die Primärwicklung 7 versehen. Diese Axialerstreckung 27 überdeckt die Axialer­ streckung der Sekundärwicklung 5.

Die Axialerstreckung des Außenhüllzylinders 6 steht nach oben über die Axialerstreckung der Wicklungen 5, 7 hinaus. Das obere Ende 28 des Kerns 3 steht über die Sekundärwicklung 5 hinaus und ist auch in diesem Überstehbereich von dem oberen Hüllzylinderteil 21 des Innenhüllzylinders 4 umgeben. Auf das obere Kernende 28 ist eine Isolierstoffkappe 29 aufgeschoben. Sie umgibt mit einer in Richtung auf die Sekundärwicklung 5 bis in die Vergußmasse 8 zwischen Innenhüllzylinder 4 und Außenhüllzylinder 6 reichenden Ringhülse 30 den Innen­ hüllzylinder 4. Der Kern 3 steht in Axialrichtung nach oben über den Außenhüllzylinder 6 hinaus.

Der Hüllkörper 16 ist ein vorgefertigtes, nur am kerzenseitigen Ende (Tülle 18) offenes Formteil, welches zum von oben her erfolgenden Hinüberstülpen über die Funktionseinheit unter Überdruck aufgeblasen wird.

Der konstruktive Aufbau der Zündspule 2 läßt sich am besten in der Reihenfolge seiner Fertigungsschritte anschaulich erläutern: Zur Herstellung der Sekundär­ wicklung 5 wird der obere Hüllzylinderteil 21 des Innnenhüllzylinders 4 mit der Sekundärwicklung 5 be­ wickelt. Danach wird das den Kern 3 bildende Lamellen­ paket in den oberen Hüllzylinderteil eingebracht. Das untere Ende des Kerns 3 steht aus dem oberen Hüllzylin­ derteil 21 hervor. Sodann wird das untere Hüllzylinder­ teil 22 auf das untere Ende des Kerns 3 in Axialrich­ tung aufgeschoben, bis es an das obere Hüllzylinderteil 21 axial anstößt. Dabei liegt der Verbindungsdraht 23 zwischen Sekundärspule 5 und Kontaktstück 15 zwischen dem unteren Hüllzylinderteil 22 und dem Kern 3 ein. Zwischen dem oberen Hüllzylinderteil 21 und dem unteren Hüllzylinderteil 22 sind axiale Durchtritte für die später eingefüllte Vergußmasse 8 vorgesehen.

Unabhängig vom Innenhüllzylinder 4 ist der Außenhüll­ zylinder 6 zwischen seinen beiden Ringflanschen 25, 26 mit der Primärwicklung 7 bewickelt. Der Außenumfang der Primärwicklung 7 ist durch eine gesonderte Isolier­ stoffschicht 31 abgedeckt bzw. von der Vergußmasse benetzt bzw. bedeckt. Der mit der Primärwicklung 7 bewickelte Außenhüllzylinder 6 wird von unten auf das untere Ende des Kerns 3 bzw. auf das untere Hüllzylin­ derteil 22 aufgeschoben. Dabei wird gleichzeitig das aus der Stirnseite 13 zwischen Kern 3 und unterem Hüllzylinderteil 22 hinausstehende Ende des Verbin­ dungsdrahtes 23 in ein zentrales Durchgangsloch 32 des Kontaktstückes 15 eingeschoben und mit diesem stoff­ schlüssig und elektrisch leitend verbunden, beispiels­ weise eingelötet. Sodann wird die derart gebildete Einheit von Kern 3, Innenhüllzylinder 4 und Außenhüll­ zylinder 6 in ein Tauchbad von Vergußmasse 8 einge­ stellt. Um ein höchstmögliches Maß vonLunkerfreiheit zu gewährleisten, kann das Tauchbad zusätzlich unter Vakuumeinfluß gesetzt werden. Wichtig ist, daß die elektrisch isolierende Vergußmasse die Primärwicklung 7, den Zwischenraum zwischen Außenhüllzylinder 6 und Innenhüllzylinder 4 mit der Sekundärwicklung 5 und den Zwischenraum zwischen Kern 3 und Innenhüllzylinder 4 vollständig und lunkerfrei ausfüllt, isoliert und mechanisch stabilisiert. Die mechanische Stabilisierung ist deswegen so wichtig, weil durch das unmittelbare Aufsetzen der Zündspule 2 auf die Zündkerze 20 die gesamte Motor-Vibrationen auf die Zündspule einwirken. Nach dem Herausnehmen der Funktionseinheit aus dem Tauchbad kann die im Außenhüllzylinder 6 einstehende Vergußmasse in Ruhe aushärten und gegebenenfalls in weitere Hohlräume nachfließen.

Dies geschieht bei aufrechtstehender Zündspule beliebig lange, ohne daß besondere Vorkehrungen für die Verhin­ derung eines Auslaufens od. dgl. getroffen werden müssen.

Der Zündkerzenstecker 1 wird elektrisch leitend durch die Schraubenfeder 17 mit dem am Boden des Hüllkörpers 16 angeordneten Kontaktstück 15 verbunden. Vor dem Aufbringen des Hüllkörpers 16 wird die Schraubenfeder 17 leicht komprimiert, um im späteren Betrieb sowohl Dehnungs- als auch Stauchungsbewegungen ohne Gefährdung des guten elektrischen Kontaktes zwischen Kontaktstück 15 und Kerzenstecker 1 ausgleichen zu können.

Bezugszeichenliste

• 1 Kerzenstecker
  2 Zündspule
  3 Kern
  4 Innenhüllzylinder
  5 Sekundärwicklung
  6 Außenhüllzylinder
  7 Primärwicklung
  8 Vergußmasse
  9 Maß
  10 Durchmesserreduzierung
  11 Kerndurchmesser
  12 Zylinderbereich
  13 Stirnseite
  14 Verschlußboden
  15 Kontaktstück
  16 Hüllkörper
  17 Schraubenfeder
  18 Tülle
  19 Kerzenhals
  20 Zündkerze
  21 oberer Hüllzylinderteil
  22 unterer Hüllzylinderteil
  23 Verbindungsdraht
  24 Teilfuge
  25 Ringflansch
  26 Ringflansch
  27 Axialerstreckung
  28 oberes Ende
  29 Isolierstoffkappe
  30 Ringhülse
  31 Isolierstoffschicht

Claims (18)

1. Mit einem Kerzenstecker (1) integrierte Zündspule (2) für Verbrennungsmotoren mit

• - einem ferromagnetischen Kern (3),
• - einem den Kern umgebenden Innenhüllzylinder (4) aus einem Isolierwerkstoff,
  • - auf dessen Umfang die Sekundärwicklung (5) aufgebracht ist, und
• - einem die Sekundärwicklung (5) mit Radialabstand umgebenden, ebenfalls aus Isolierstoff beste­ henden Außenhüllzylinder (6),
  • - der auf seinem Außenumfang die Primärwicklung (7) trägt,

wobei die Zwischenräume zwischen Kern (3), Innen­ hüllzylinder (4) und Außenhüllzylinder (6) mit einer elektrisch isolierenden Vergußmasse (8) ausgefüllt sind,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Kern (3) mit seinem dem Kerzenstecker (1) zugewandten, unteren Ende aus dem Überdeckungsbe­ reich der Sekundärwicklung (5) hinaussteht,
• - daß der Außenhüllzylinder (6) unterhalb der Sekundärwicklung (5) mit einer Durchmesserreduzie­ rung (10) bis etwa auf den Kerndurchmesser (11) versehen ist und an seinem unteren Ende mit einem Verschlußboden (14) die Stirnseite (13) des unteren Kernendes abdeckt und,
• - daß die aus Außenhüllzylinder (6), Innenhüllzylin­ der (4) und Kern (3) sowie dem Kerzenstecker (1) bestehende Funktionseinheit in einen Hüllkörper (16) aus einem elastischen Isolierwerkstoff einge­ bettet ist.

2. Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußboden (14) ein Kontaktstück (15) für die elektrische Verbindung zwischen der Sekun­ därspule (5) und dem Kerzenstecker (1) trägt.

3. Zündspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußboden (14) des Außenhüllzylinders (6) durch das Kontaktstück (15) selbst gebildet ist.

4. Zündspule nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine flexible, elektrisch leitende Verbindung, insbesondere eine Federverbindung, zwischen Kontakt­ stück (15) und Kerzenstecker (1).

5. Zündspule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federverbindung durch eine Schraubenfeder (17) gebildet ist.

6. Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllkörper (16) nach unten über den Kerzenstecker (1) hinaussteht und eine Tülle (18) zum feuchtigkeitsdichten Aufschieben auf den (Por­ zellan-)Kerzenhals (19) der Zündkerze (20) bildet.

7. Zündspule nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllkörper (16) aus einem elastomeren Silikonwerkstoff besteht.

8. Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenhüllzylinder (4) aus zwei in Axialrich­ tung des Kerns (3) untereinanderliegenden Hüllzylin­ derteilen besteht,

• - dessen oberer (21) die Sekundärwicklung (5) trägt und
• - dessen unterer (22) ein Hüllteil für den Kern (3) bildet,

wobei der Außenhüllzylinder (6) mit seinem unteren Ende von reduziertem Innendurchmesser (12) auf das untere Hüllzylinderteil (22) aufgeschoben ist.

9. Zündspule nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Verbindungsdraht zwischen Sekun­ därwicklung (5) und Kontaktstück (15) zwischen Kern (3 ) und unterem Hüllzylinderteil (22) axial durchge­ führt ist.

10. Zündspule nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch radiale Durchlässe in der Teilfuge (24) zwischen oberem (21) und unterem Hüllzylinderteil (22).

11. Zündspule nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Außenhüllzylinder (6) auf seinem Außenum­ fang mit zwei radial nach außen vorstehenden Ringflanschen (25, 26) zur beidseitigen Begrenzung der Axialerstreckung (27) des Wicklungsraumes für die Primärwicklung (7) versehen ist und
daß die Axialerstreckung (27) des Wicklungsraumes für die Primärwicklung mit der Axialerstreckung der Sekundärwicklung (5) übereinstimmt.

12. Zündspule nach einem oder mehreren der vohergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialerstreckung des Außenhüllzylinders (6) nach oben über die Axialerstreckung der Wicklungen (5, 7) hinaussteht.

13. Zündspule nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das obere Ende (28) des Kerns (3) über die Sekundärwicklung hinaussteht und auch in diesem Überstehbereich von dem oberen Hüllzylinderteil (21) des Innenhüllzylinders (4) umgeben ist und
daß eine Isolierstoffkappe (29) auf das obere Kernende (28) aufgeschoben ist und mit einer in Richtung auf die Sekundärwicklung (5) bis in die Vergußmasse (8) zwischen Innen- (4) und Außenhüll­ zylinder (6) reichenden Ringhülse (30) den Innen­ hüllzylinder (4) umgibt.

14. Zündspule nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) in Axialrichtung nach oben über den Außenhüllzylinder (6) hinaussteht.

15. Zündspule nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllkörper (16) ein vorgefertigtes, nur am kerzenseitigen Ende offenes Formteil ist, welches zum von oben her erfolgenden Hinüberstülpen über die Funktionseinheit unter Überdruck aufgeblasen ist.