Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht aus von einer Stabspule für Zündanlagen, insbesondere als Zündspule
in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, nach der Gattung des Anspruchs 1.
[0002] Durch die DE 199 27 820 C1 ist eine Stabspule bekannt, die ein in der Grundform zylindrisches
Gehäuse aufweist. Innerhalb des Gehäuses ist, jeweils konzentrisch zu einer Gehäuselängsachse,
eine auf einem äußeren Spulenkörper angebrachte erste Wicklung, insbesondere eine
mit Niederspannung versorgte Primärwicklung, eine auf einem inneren Spulenkörper angebrachte
zweite Wicklung, insbesondere eine beim Betrieb der Stabspule Hochspannung führende
Sekundärwicklung, sowie zentral ein zylindrischer weichmagnetischer Kern angeordnet.
[0003] Diese Elemente sind jeweils durch Ringräume voneinander getrennt, die, zur Isolierung
der Elemente, zumindest teilweise mit elektrisch nichtleitendem Gießharz verfüllt
sind. Insbesondere an die Isolierung zwischen dem inneren Spulenkörper und dem Kern
werden aufgrund des großen Spannungsgefälles hohe Anforderungen gestellt. Eine außermittige
Lage des Kerns zum inneren Spulenkörper hätte eine einseitige Reduzierung des Isolationsabstandes
zur Folge, was beim Betrieb der Stabspule zu deren Ausfall führen kann. Dies muß verhindert
werden.
[0004] Vorteile der Erfindung
[0005] Die erfindungsgemäße Stabspule für Zündanlagen mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die zuvor erwähnte Unzulänglichkeit
in zufriedenstellendem Maß vermieden wird. Dazu ist an dem Kern der Stabspule ein
erstes Positionierungselement angebracht, das mit einem zweiten Positionierungselement
an dem inneren Spulenkörper fügbar ist.
[0006] Dadurch kann der Kern gegenüber dem inneren Spulenkörper zentriert werden, was sich
in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise bei der Montage von selbst einstellt.
[0007] Mit einem solchermaßen zentrierten Kern ist dann der Isolationsabstand des Kerns
zu der Hochspannung führenden zweiten Wicklung umlaufend gleichmäßig. Dies ermöglicht
die gleichmäßige Umhüllung des Kerns mit einem Isolierstoff, beispielsweise Gießharz.
Zudem kann der Kern innerhalb eines festgelegten Hüllkreises eine beliebige Außenkontur
haben, wobei Fertigungstoleranzen des Kerns weitgehend ausgleichbar sind.
[0008] In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen für die Realisierung der
Erfindung angegeben.
Zeichnung
[0009] Vier Ausführungsbeispiele einer Stabspule sind in der Zeichnung bereichsweise dargestellt
und in der Figurenbeschreibung näher erläutert. In der Figur 1 ist in einer Schnittdarstellung
der allgemeine Aufbau einer Stabspule abschnittsweise und schematisiert dargestellt.
Das erste Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 2, 3, das zweite Ausführungsbeispiel
ist in den Figuren 4, 5 und das dritte Ausführungsbeispiel ist in Figuren 6, 7 gezeigt.
In der Figur 8 sind 3 Varianten eines ersten Positionierungselementes, wie es bei
dem dritten Ausführungsbeispiel verwendet wird, dargestellt. In den Figuren 9, 10
ist das vierte Ausführungsbeispiel gezeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0010] Eine Stabspule 11 für Zündanlagen, insbesondere als Zündspule in einer Brennkraftmaschine,
ist zur Direktkontaktierung mit einer Zündkerze vorgesehen, die in üblicher und nicht
dargestellter Weise in einen Schacht in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
eingesetzt ist.
[0011] Die Stabspule 11 nach der Figur 1 als weitgehend rotationssymmetrisches Teil weist
ein in der Grundform zylindrisches Gehäuse 12 auf, in dem eine, auf einem äußeren
Spulenkörper 13 angebrachte erste Wicklung 14, eine, auf einem inneren Spulenkörper
16 angebrachte zweite Wicklung 17, sowie in zentraler Lage, ein weichmagnetischer
Kern 18 angeordnet ist.
[0012] Das Gehäuse 12 sowie die beiden Spulenkörper 13, 16 bestehen aus Kunststoff. Die
erste Wicklung 14 ist eine mit Niederspannung versorgte Primärwicklung, während die
zweite Wicklung 17 eine beim Betrieb der Stabspule 11 Hochspannung führende Sekundärwicklung
darstellt.
[0013] Zwischen dem Gehäuse 12, den Spulenkörpern 13, 16 und dem Kern 18 sind Zwischenräume
19 angeordnet, die mit einem aushärtbaren, elektrisch isolierenden Gießharz 21 verfüllt
sind.
[0014] Der in der Grundform zylindrisch ausgebildete Kern 18 besteht aus geschichteten Lamellen
22 aus kornorientiertem Eisenblech nach den Figuren 6, 9, die zu einem Lamellenpaket
entsprechend den Figuren 2, 10 zusammengefaßt sind. Auf diese Weise läßt sich ein
zylindrischer Kern 18 durch das Zusammenfügen unterschiedlich breiter Lamellen 22
wegen der noch vorhandenen Dicke der Lamellen 22 nur in angenäherter Form erreichen.
Durch das Lamellenpaket ist ein Kern 18 gebildet, der eine gestufte Außenkontur 23
aufweist. Eine Zentrierung des Kerns 18 innerhalb des inneren Spulenkörpers 16 ist
dadurch erschwert.
[0015] Um dennoch einen möglichst gleichmäßigen Zwischenraum 19 zwischen einer inneren Mantelfläche
24 des inneren Spulenkörpers 16 und der Außenkontur 23 des Kerns 18 erzielen zu können,
sind an dem Kern 18 ein erstes Positionierungselement 26 und an dem inneren Spulenkörper
16 ein zweites Positionierungselement 27 angebracht, welche Positionierungselemente
26, 27 zueinander fügbar sind.
[0016] In einem ersten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2, 3 ist in einem Endbereich
28 des Kerns 18, ausgehend von einer Stirnseite 29 des Kerns 18 als erstes Positionierungselement
26, eine zentrisch angeordnete quaderförmige Ausnehmung 31 ausgebildet. Die Ausnehmung
31 ist an mehreren zentrisch angeordneten Positionierungslamellen 32 verkörpert, die
entsprechende Ausstanzungen aufweisen. Alternativ könnte die Ausnehmung 31 auch an
einer einzigen Positionierungslamelle 32 ausgebildet sein. An dem inneren Spulenkörper
16 ist, der Stirnseite 29 des Kerns 18 gegenüberliegend, ein im Wesentlichen radial
gerichteter Boden 33 ausgebildet. Alternativ könnte der Boden 33 auch durch einzelne
Stege gebildet sein, die die innere Mantelfläche 24 in einer Ebene überbrücken.
[0017] Zentrisch an dem Boden 33 befindet sich das in der Grundausrichtung axial verlaufende
zweite Positionierungselement 27 als eine Ausbuchtung 34, das, wie auch die zweiten
Positionierungselemente 27 der weiteren Ausführungsbeispiele, eine Querschnittsfläche
aufweist, die sich zu einem freien Ende 36 hin vermindert.
[0018] Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das zweite Positionierungselement 27 als Kegel
37 ausgebildet, der den Kern 18 bei dessen axialer Zuführung über dessen Ausnehmung
31 in dem inneren Spulenkörper 16 zentriert.
[0019] Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4, 5 ist das erste Positionierungselement
26, wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel, als quaderförmige Ausnehmung 31 in dem
Kern 18 ausgebildet.
[0020] Das zweite Positionierungselement 27 ist als Ausbuchtung 34 in Form eines Zapfens
38 dargestellt, der an seinem freien Ende 36 eine Anfasung 39 als Fügehilfe mittels
der Ausnehmung 31 des Kerns 18 aufweist.
[0021] Der Zapfen 38 ist zweifach geschlitzt, so dass sich vier freistehende, axial gerichtete
Federstege 41 ergeben, die beim Fügen mit der quaderförmigen Ausnehmung 36 rückfedernd
radial ausweichen können, so dass sich ein spielfreier Sitz des Kerns 18 am inneren
Spulenkörper 16 ergibt.
[0022] In kinematischer Umkehr zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen ist bei dem dritten
Ausführungsbeispiel nach den Figuren 6 bis 8 das erste Positionierungselement 26 als
Ausbuchtung 34 und das zweite Positionierungselement 27 als Ausnehmung 31 ausgebildet.
[0023] Das erste Positionierungselement 26 nach der Figur 6 tritt mit halbkreisförmiger
Querschnittsfläche aus der Stirnseite 29 heraus und ist in Varianten nach der Figur
8 als Ausbuchtung 34 in Form eines zylindrischen Zapfens, der endseitig angefast ist,
in Form eines Kegels und in Form eines zylindrischen Zapfens, der innenseitig kuppenförmig
ist, ausgebildet.
[0024] Das zweite Positionierungselement 27 nach der Figur 7 ist als eine Hülse 42 ausgebildet,
die in zentraler Lage lotrecht auf dem Boden 33 des inneren Spulenkörpers 16 aufsteht
und am gegengerichteten Ende zur Aufnahme des ersten Positionierungselements 26 offen
ist und hier die Ausnehmung 31 bildet.
[0025] Bei einem vierten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 9, 10 ist abweichend von dem
dritten Ausführungsbeispiel nur das erste Positionierungselement 26 hinsichtlich seiner
Lage geändert. Mit gleicher Formgebung ist es nun innerhalb der Hauptgeometrie des
Kerns 18 in einer Senkung 43 des Kerns 18 angebracht. Die Senkung 43 ist so dimensioniert,
dass sie die Hülse 42 aufnehmen kann. Das erste Positionierungselement 26 schließt
mit seinem freiliegenden Ende an der Stirnseite 29 ab.
[0026] Der spezielle Vorteil des vierten Ausführungsbeispiels liegt in der Reduzierung des
Stoffverbrauchs bei der Herstellung der Positionierungslamellen 32, da hier der Stanzabfall
gering ist.
[0027] Alle anderen Geometrien des Kerns 18 nach den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 bieten
hingegen den Vorteil, dass an der Stirnseite 29 ein Magnet angebracht werden kann,
der zur Erhöhung der speicherbaren magnetischen Energie des Kerns 18 dient. Der Magnet
muß hierbei ein konzentrisches Loch aufweisen, das den Durchgriff des zweiten Positionierungselements
27 erlaubt.
[0028] Alle vorgeschlagenen Ausführungen der Positionierungselemente 26, 27 der vier Ausführungsbeispiele
erlauben durch den axialen Montagevorgang des Kerns 18 eine selbstständige Zentrierung
des Kerns 18 in dem inneren Spulenkörper 16, so dass sich zwischen der Außenkontur
23 des Kerns 18 und der inneren Mantelfläche 24 ein gleichmäßiger Zwischenraum 19
ergibt. Der Zwischenraum 19 ist mit dem Gießharz 21 verfüllt, um den Kern 18 in dem
inneren Spulenkörper 16 mechanisch zu stabilisieren und um eine elektrische Isolationstrecke
zwischen der auf dem inneren Spulenkörper 16 aufgebrachten zweiten Wicklung 17 und
dem Kern 18 zu schaffen. Durch das verfestigte Gießharz 21 kann diese elektrische
Isolationsstrecke nicht durch Verunreinigungen geschwächt werden, sondern bleibt in
der ursprünglichen Güte erhalten.
[0029] Ein solchermaßen in dem inneren Spulenkörper 16 positionierter und fixierter Kern
18 ist gegenüber der in der zweiten Wicklung 17 auftretenden Hochspannung geschützt,
so dass mit dieser Anordnung eine betriebssichere Stabsspule 11 verwirklicht ist.
1. Stabspule für Zündanlagen, insbesondere als Zündspule in Brennkraftmaschinen, mit
einem in der Grundform zylindrischen Gehäuse (12), in dem eine auf einem äusseren
Spulenkörper (13) angebrachte erste Wicklung (14), insbesondere eine mit Niederspannung
versorgte Primärwicklung, eine auf einem inneren Spulenkörper (16) angebrachte zweite
Wicklung (17), insbesondere eine beim Betrieb der Stabspule (11) Hochspannung führende
Sekundärwicklung, sowie ein länglicherer weichmagnetischer Kern (18) angeordnet ist,
wobei zwischen dem Gehäuse (12), den Spulenkörpern (13, 16) und dem Kern (18) Zwischenräume
(19) vorliegen, von denen zumindest einer mit aushärtbarem Gießharz (21) verfüllt
ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kern (18) ein erstes Positionierungselement (26) und an dem inneren Spulenkörper
(16) ein zweites Positionierungselement (27) angebracht ist und diese Positionierungselemente
(26, 27) zur Zentrierung des Kerns (18) gegenüber dem inneren Spulenkörper (16) zueinander
fügbar sind.
2. Stabspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Positionierungselement (26) an einem Endbereich (28) des Kerns (18) verkörpert
ist und in diesem einen Endbereich (28) das höchste Spannungsgefälle zu der zweiten
Wicklung (17) auftritt.
3. Stabspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Positionierungselement (26) an einer Stirnseite (29) des Kerns (18) angeordnet
ist und sowohl vertieft als eine Ausnehmung (31) als auch erhaben als eine Ausbuchtung
(34) zu dieser ausgeführt sein kann.
4. Stabspule nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (18) aus geschichteten zusammengefügten Lamellen (22) besteht, und das erste
Positionierungselement (26) an wenigstens einer Lamelle (22) verkörpert ist und diese
eine Positionierungslamelle (32) bildet.
5. Stabspule nach einem der vorstehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Spulenkörper (16) einen zumindest annähernd radial verlaufenden Boden
33 aufweist, an dem sich das in der Grundausrichtung axial verlaufende zweite Positionierungselement
(27) befindet.
6. Stabspule nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Positionierungselement (27) eine Querschnittsfläche aufweist, die sich
zu einem freien Ende (36) hin vermindert.
7. Stabspule nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Positionierungselement (27) als Kegel (37) oder als Zapfen (38) ausgebildet
ist.
8. Stabspule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (38) geteilt ausgeführt ist und rückfederungsfähige Federstege (41) aufweist.