Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zündkerzenstecker, insbesondere für Großmotoren, wie zum Beispiel große Gasmotoren, mit einer induktiven Entstöreinrichtung, welche einen ferromagnetischen Kern mit zumindest einer Wicklung, vorzugsweise einer Spule, und einen ohmschen Gleichstromwiderstand von mindestens 20 Ω bei 20° C aufweist.
Zündkerzenstecker bilden eine im Wesentlichen steife Verbindung zwischen, vor allem bei Großmotoren, tief in Bohrungen im Motorblock versenkten Zündkerzen und den zu zumindest einer Zündspule führenden Zündleitungen. Sie können eine Länge von mehr als einem halben Meter erreichen. Ihre Steifigkeit ist so gewählt, dass einerseits ein Aufstecken auf die Zündkerze, vorzugsweise ohne weiteres Werkzeug, einfach möglich ist. Andererseits weisen die Zündkerzenstecker in der Regel aber eine gewisse Restbiegbarkeit auf. Sie sind also meist nicht vollständig starr.
Des Weiteren ist es beim Stand der Technik bekannt, zur Entstörung von Zündanlagen ohmsche Widerstandselemente zu verwenden. Der Nachteil dieser Entstörwiderstände ist, dass diese zum Dämpfen der hochfrequenten Störungen unnötig viel Nutzenergie verbrauchen. Diese Verlustenergie muss einerseits durch das Zündsystem zur Verfügung gestellt werden und führt andererseits zur Erwärmung der beteiligten Bauteile, wie zum Beispiel des Zündkerzensteckers. Diese Erwärmung ist insofern sehr problematisch, als bedingt durch die elektrische Isolationsfestigkeit, welche unter anderem vom Zündkerzenstecker gefordert wird, Materialien verwendet werden, welche auch schlechte Wärmeleiter sind. Diese Problematik verschärft sich besonders, wenn man, wie bei Großmotoren üblich, mit Zündsystemen arbeitet, die sehr hohe Zündenergien erzeugen. Die
Aufgabe der Erfindung ist es einen Zündkerzenstecker zu schaffen, der dazu beiträgt, die geschilderten Probleme zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird mit einem Zündkerzenstecker, insbesondere für Großmotoren, gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Verwendung einer erfindungsgemäßen induktiven Entstöreinrichtung anstelle der alleinigen Verwendung eines ohmschen Gleichstromwiderstands verbessert die Energiebilanz deutlich, da die Entstöreinrichtung so ausgelegt werden kann, dass sie gleichzeitig für hohe Frequenzen einen hohen Widerstand und für die niederfrequentere Nutzenergie einen sehr geringen Widerstand darstellt. Um ein optimales Entstörverhalten zu erreichen, wird die Induktivität der Windung bzw. Spule in Verbindung mit dem ohmschen Gleichstromwiderstand eingesetzt. Zum Erreichen einer ausreichenden Induktivität muss eine Wicklung mit einem ferromagnetischen Kern verwendet werden. Um die Bauform möglichst klein zu halten, kann die Wicklung bzw. Spule zur Bereitstellung des ohmschen Gleichstromwiderstandes einen Widerstandsdraht aufweisen. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der ferromagnetische Kern aus elektrisch nicht leitendem bzw. sehr hochohmigem Material besteht gemäß der Erfindung ist ein nicht elektrisch leitender Ferritkern sowie ein spezifischer Gleichstromwiderstand der Entstöreinrichtung von mindestens 100 Ω, vorzugsweise von mindestens 500 Ω, bei 20° C, benützt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Aufbau in einer schematischen Schnittdarstellung. Die Zündspule 1 ist stark vereinfacht dargestellt und kann wie beim Stand der Technik bekannt ausgeführt werden. Von der Zündspule 1 führt eine Zündleitung 5 in den Zündkerzenstecker 2, welcher in einer Bohrung 6 im Motorblock 7 angeordnet und auf eine Zündkerze 4 aufgesteckt ist. Üblicherweise befindet sich auf dem von der Zündkerze 4 abgewandten Ende des Zündkerzensteckers 2 ein Steckkontakt, welcher zur Verbindung mit einem externen Zündkabel 5 dient. Dieses Detail ist hier nicht dargestellt, kann aber wie beim Stand der Technik bekannt ausgeführt sein. Der Zündkerzenstecker ist bevorzugt ein von der Zündspule 1 separates Bauteil. Hierdurch werden unnötige Belastungen der Zündspule durch Vibration und Wärme vermieden, da die Zündspule über die Zündleitung 5 mit dem Zündkerzenstecker 2 verbunden an einem entfernten Ort angeordnet sein kann.
Der Zündkerzenstecker 2 weist einen Träger 10 aus Polytetrafluorethylen mit einer zentralen Bohrung 11 auf. Durch diese Bohrung ist die Zündleitung 5 im Inneren des Zündkerzensteckers 10 zur induktiven Entstöreinrichtung 3 geführt. Wie dargestellt, wird der Zündkerzenstecker 2 auf die Zündkerze 4, wie beim Stand der Technik bekannt, aufgesteckt, wobei eine elektrische Kontaktierung über den Anschlusskontakt 12 hergestellt wird. Der in sich im Wesentlichen steife Träger 10 des Zündkerzensteckers ermöglicht es, dass das Aufstecken auf die Zündkerze 4 zur Befestigung des Zündkerzensteckers ausreicht. Zusätzlich kann aber auch noch eine Fixiereinrichtung 8 vorgesehen sein, die den Zündkerzenstecker 10 am Motorblock 7 befestigt. Hierzu können Schraub-, Steck- oder andere Klemmverbindungen vorgesehen sein. Um die größte Wirkung der induktiven Entstöreinrichtung 3 mit möglichst geringen Verlusten zu erhalten, sollte die Entstöreinrichtung 3 möglichst nahe der Hauptstörquelle angebracht werden. Die Störquelle ist hierbei der Funkenüberschlag an den Elektroden der Zündkerze 4. Da die Anordnung der induktiven Entstöreinrichtung 3 in der Zündkerze aus mechanischen und thermischen Gründen sowie unter Berücksichtigung der Baugröße des induktiven Stärelementes 3 praktisch nicht möglich ist, sollte das induktive Entstörelement 3 elektrisch, möglichst nahe, vorzugsweise im Wesentlichen unmittelbar, an den Anschlusskontakt 12 angeschlossen sein. Dies ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Durch das induktive Entstörelement 3 ist die gesamte Zündleitung 5 auf der von der Zündkerze abgewandten Seite der Einrichtung 3 entstört. Dies ist besonders bei entfernt angeordneten Zündspulen günstig, da ansonsten die vor allem bei Großmotoren sehr langen Zündleitungen 5 als Antennen für die von der Zündkerze produzierten Störsignale wirken würden.
Die induktive Entstöreinrichtung 3 sollte grundsätzlich so ausgelegt werden, dass Störungen vor allem im Frequenzbereich zwischen 1 MHz und 1 GHz, vorzugsweise zwischen 30 MHz und einem GHz, besonders gut unterdrückt werden. Hierzu ist es günstig, dass die induktive Entstöreinrichtung eine Induktivität zwischen 200 µH und 500 µH, vorzugsweise zwischen 300 µH und 400 µH, aufweist. Die Spannungsfestigkeit des Zündkerzensteckers 2 sollte insgesamt bei mehr als 10 KV, vorzugsweise bei mehr als 30 KV, liegen. Zusammen mit den bereits oben angegebenen ohmschen Gleichstromwiderständen der induktiven Entstöreinrichtung 3 ermöglicht dies die Übertragung hoher Zündenergien bei sehr geringen Verlusten und damit sehr geringer Wärmeentwicklung. In der Praxis können damit Zündenergien von mehr als 200 mJ bis 1 J mit einer Zündfrequenz bzw. einer Anzahl von Zündungen pro Zeiteinheit von 12.5 Hz bis 15 Hz problemlos übertragen werden. Bei Verwendung von Widerstandsdraht kann dieser vorzugsweise aus einer Nickel-Chromlegierung bestehen. Beispiele für solche Legierungen werden unter dem Handetsnamen ISA-CHROM vertrieben.
Günstige Varianten des Zündkerzensteckers sehen vor, dass er eine Länge von mindestens 10 cm, vorzugsweise zwischen 40 cm und 70 cm aufweist. Bezogen auf die Lage der induktiven Entstöreinrichtung 3 kann aber auch vorgesehen sein, dass das vom Anschlusskontakt 12 abgewandte Ende des Zündkerzensteckers 2 vom vom Anschlusskontakt 12 abgewandten Ende der induktiven Entstöreinrichtung 3 mindestens 10 cm, vorzugsweise zwischen 40 cm und 70 cm, entfernt ist.
Fig. 2 zeigt im Detail die in Fig. 1 nur schematisch dargestellte induktive Entstöreinrichtung 3. Sie hat günstigerweise eine Maximallänge von 80 mm und einen Maximaldurchmesser von 12 mm. Im gezeigten Beispiel ist um einen ferromagnetischen Kern 14, zum Beispiel aus nicht elektrisch leitendem Ferrit, eine Wicklung 13 aus Widerstandsdraht 16 angeordnet. In Fig. 2 sind Kem und Wicklung im oberen Bereich in einer Schnittdarstellung und im unteren Bereich in einer Seitenansicht gezeigt. Anstelle des Widerstandsdrahtes 16 kann auch normaler Draht mit-einem geringeren ohmschen Widerstand verwendet werden, wenn dann ein zusätzlicher ohmscher Widerstandsbauteil mit der Wicklung 13 in Reihe geschaltet wird. Die Wicklung 13 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel auf einen zusätzlichen Wicklungsträger 15 aufgewickelt. Dieser kann jedoch in anderen Ausführungsbeispielen auch weggelassen werden. In diesen Fällen wird die Wicklung 13 des Drahtes bzw. des Widerstandsdrahtes direkt auf den Kern 14 aufgewickelt. Durch entsprechende. Auswahl des Materials des Kerns 14 und der Isolierung des Drahtes bzw. Widerstandsdrahtes kann auch hier eine Spannungsfestigkeit des Zündkerzensteckers, vorzugsweise zwischen beiden Anschlüssen 17 und 12, von mehr als 10 kV, vorzugsweise mehr als 30 kV, erreicht werden. Für diese Variante bieten sich vor allem hochohmige Ferritkerne an. Günstig ist es jedenfalls, wenn der Kern 14 innenliegend bezüglich der Wicklung 13 angeordnet ist. Aus den oben angeführten Gründen ist bevorzugt direkt am unteren Ende der Wicklung 13 der Anschlusskontakt 12 für die Zündkerze 4 angeordnet. An dem entgegengesetzten Ende der Wicklung 13 ist eine Steck-, Klemm- oder Schraubeinrichtung 17 vorgesehen, welche der Kontaktierung der Zündleitung 5 dient. Günstig sind hier Verbindungen die durch Einschieben der Zündleitungen 5 in die Bohrung 11 herstellbar und vorzugsweise anschließend nicht mehr lösbar sind. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die Zündleitung 5 direkt mit dem Widerstandsdraht 16 verbunden wird, wobei das Bauteil 17 entfallen kann. Das induktive Entstörelement 3, wie auch die Zündleitung 5, kann in der Bohrung 11 des Trägers 10 eingeklemmt aber auch mit diesem vergossen werden.
In der Fig. 3 ist eine weitere Variante der Entstöreinrichtung 3 gezeigt. Diese; weist einen Keramikkörper 18 auf, welcher den ferromagnetischen Kern 14, die Wicklung 13 mit dem ohmschen Gleichstromwiderstand sowie in diesem Ausführungsbeispiel auch den Anschlusskontakt 12 umgibt. Wenn das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 in den Zündkerzenstecker integriert ist, umgibt der Träger 10 wiederum den Keramikkörper 18. Der Zwischenraum zwischen der Wicklung 13 und dem Keramikkörper 3 kann zum Beispiel mit Polyesterharz oder dergleichen ausgegossen werden.
Fig. 4 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild für die Anordnung von Zündspule 1, Zündkerzenstecker 2 mit induktiver Entstöreinrichtung 3 und der Zündkerze 4, Die Zündspule 1 und der dazu separat angeordnete Zündkerzenstecker 2 sind über die Zündleitung 5 miteinander elektrisch verbunden. Die induktive Entstöreinrichtung 3 umfasst sowohl die Induktivität 3b als auch den ohmschen Gleichstromwiderstand 3a. Der ohmsche Gleichstromwiderstand von 20 Q bei 20° C kann durch ein in Reihe geschaltetes zusätzliches Widerstandsbauteil 3a hervorgerufen und/oder vervollständigt bzw. ergänzt werden, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Günstiger ist es jedoch, dass der Gleichstromwiderstand durch Verwendung von Widerstandsdraht für die Spule bzw. Wicklung 13, vorzugsweise vollständig, bereitgestellt wird.
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