ANORDNUNG ZUR INTEGRATION EINER ZÜNDSPULE UND EINES BANDPASSFILTERS

Beschreibung

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Integration einer Zündspule und eines Bandpassfilters.

[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Einspeisung einer Hochfrequenzspannung in eine Zündspule.

TECHNISCHER HINTERGRUND

[0003] In Automobilen kommen Vorrichtungen zur Zündung eines Kraftstoffgemisches, insbesondere eines Kraftstoff-Luftgemisches, zum Einsatz. Der Stand der Technik lehrt eine Vielzahl von Ausführungen für derartige Vorrichtungen. Hierbei ist der Verbrennungsprozess im Verbrennungsraum des Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors mit Fremdzündung durch Zündkerzen, auch als Ottomotor bekannt, weiter zu verbessern.

[0004] Eine Zündanlage bzw. eine Zündspule transformiert die Batteriespannung eines Fahrzeugs auf die gewünschte Zündspannung, um ein Zündsignal bzw. eine Zündspannung, insbesondere eine Hochvolt-Zündspannung, bereitzustellen.

[0005] Die US 2015/0200051 A1 offenbart mehrere Varianten eines Übertragers, in dem jeweils ein primärseitig erzeugter Zündimpuls zu einem Hochvolt-Zündimpuls auf der Sekundärseite des Übertragers transformiert wird.

[0006] Aus dem Stand der Technik ist es zur Zündung eines Kraftstoff-Luftgemisches auch bekannt, als Alternative zur Erzeugung einer reinen Hochvolt-Zündspannung eine Hochfrequenz-Plasmazündvorrichtung einzusetzen, die eine Hochvolt-Zündspannung mit einer überlagerten Hochfrequenzspannung erzeugt.

[0007] Die DE 10 2015 210 376 A1 und alternativ die DE 10 2013 207 909 A1 offenbaren jeweils beispielsweise eine derartige Hochfrequenz-Plasmazündvorrichtung. Hierin wird ein in einer Zündspule erzeugter Hochspannungsimpuls mit einer in einer Hochfrequenzspannungsquelle erzeugten Hochfrequenzspannung elektrisch gekoppelt.

[0008] Zwischen der Kopplungsstelle und der Hochfrequenzspannungsquelle ist ein Bandpassfilter geschaltet. Dieses Bandpassfilter ist als Serienschwingkreis aus einer Spule und einem Kondensator realisiert. Der Kondensator blockt den Gleichspannungsanteil des Hochspannungsimpulses gegenüber der Hochfrequenzspannungsquelle ab. Der Serienschwingkreis ist so dimensioniert, dass er einerseits für die Hochfrequenzspannung durchlässig ist und andererseits für Oberwellenanteile des Hochspannungsimpulses und für das Zündungsrauschen sperrend ist.

[0009] Spulen und insbesondere Hochfrequenzspulen, wie sie beispielsweise im Bandpassfilter eingesetzt werden, stellen Bauelemente dar, die einen vergleichsweise hohen Platzbedarf benötigen. Der Platz im Motorraum, insbesondere im Bereich oberhalb der Zylinderbank, ist hierfür typischerweise nicht ausreichend. Eine räumliche Trennung der Zündspule und des Bandpassfilters in zwei getrennten Gehäusen erfordert zusätzlich einen erheblichen Aufwand in der Gestaltung der Isolation in der Verbindungsleitung zwischen den beiden Gehäusen und in den erforderlichen Gehäusesteckverbinder im Hinblick auf eine Hochspannungsfestigkeit.

[0010] Dies ist ein Zustand, den es zu verbessern gilt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

[0011] Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst kompakte Zündspule zu schaffen, in der ein Hochspannungsimpuls mit einer überlagerten Hochfrequenzspannung erzeugt wird.

[0012] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anordnung zur Integration einer Zündspule und eines Bandpassfilters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0013] Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis/Idee besteht darin, die Spule des Bandpassfilters möglichst raumsparend in die Zündspule zu integrieren.

[0014] Hierzu ist die sekundärseitig angeordnete Spule der Zündspule, die im Folgenden als zweite Spule bezeichnet wird, mit einer weiteren Spule, die im Folgenden als dritte Spule bezeichnet wird und die Spule des Bandpassfilters darstellt, elektrisch verbunden. Außerdem ist ein Hochfrequenzanschluss, der eine Hochfrequenzspannung empfängt, mit der zweiten Spule und der dritten Spule elektrisch verbunden. Der Hochfrequenzanschluss empfängt eine Hochfrequenzspannung von außerhalb der Spüle, insbesondere von einer mit dem Hochfrequenzanschluss verbundenen Hochfrequenzspannungsquelle, und speist die Hochfrequenzspannung in die Zündspule ein.

[0015] Somit können die Spulen der Zündspule und des Bandpassfilters räumlich nahe zueinander positioniert werden und damit eine Zündspule mit integrierter Spule eines Bandpassfilters mit einem reduzierten Platzbedarf verwirklicht werden. Außerdem ist hiermit eine Zündspule geschaffen, in der eine elektrische Kopplung eines in der Zündspule sekundärseitig erzeugten Hochspannungsimpulses mit einer überlagerten Hochfrequenzspannung realisiert ist. Der somit in der Zündspule erzeugte Hochspannungsimpuls mit überlagerter Hochfrequenzspannung wird an einem Anschluss der dritten Spule aus der Zündspule elektrisch ausgekoppelt. Dieser Anschluss der dritten Spule liegt dem mit der zweiten Spule verbundenen Anschluss der dritten Spule gegenüber.

[0016] Unter Hochfrequenzspannung wird hierbei und im Folgenden eine Wechselspannung mit einer Frequenz ab 100 kHz bis 1 GHz, bevorzugt zwischen 1 MHz und 20 MHz, verstanden. Am Hochfrequenzanschluss zwischen der zweiten und der dritten Spule kann anstelle einer Hochfrequenzspannung alternativ auch ein Hochfrequenzstrom eingespeist werden. Im Folgenden steht die Abkürzung "HF-" für "Hochfrequenz-".

[0017] Ist ein Kondensator zwischen dem HF-Anschluss und der elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Spule und der dritten Spule geschaltet und angeordnet, so ist damit eine Anordnung geschaffen, in der sowohl die Funktion der Zündspule als auch die Funktion der Bandpassfilterung realisiert und integriert ist:
Der Kondensator und die dritte Spule, die einen als Bandpassfilter wirkenden Serienschwingkreis bilden, werden so dimensioniert, dass die Frequenz einer HF-Spannung, die in einem mit dem HF-Anschluss verbundenen HF-Generator erzeugt wird, im Durchlassbereich des Bandpassfilters liegt. Auf diese Weise wird die HF-Spannung vom HF-Generator in die Zündspule additiv eingekoppelt.

[0018] Außerdem werden der Kondensator und die dritte Spule des Bandpassfilters zusätzlich so dimensioniert, dass Zündungsrauschen im Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors im höherfrequenten Spektralbereich des Bandpassfilters, also im Sperrbereich des Bandpassfilters zu liegen kommt. Das Zündungsrauschen wird durch ein entsprechend dimensioniertes Bandpassfilter abgeblockt und gelangt somit nicht vom Verbrennungsraum zum HF-Generator. Die Funktionsweise des HF-Generators wird somit durch Zündungsrauschen nicht gestört.

[0019] Oberwellenanteile des Hochspannungsimpulses, die in der zweiten Spule erzeugt werden und unterhalb der Grenzfrequenz eines Hochpassfilters liegen, werden durch eine geeignete Dimensionierung des Kondensators, der als Hochpassfilter für die Oberwellenanteile des Hochspannungsimpulses wirkt, gedämpft. Somit gelangen die Oberwellenanteile des Hochspannungsimpulses nicht von der zweiten Spule zum HF-Generator und stören die Funktionsweise des HF-Generators nicht.

[0020] Der Gleichanteil des Hochspannungsimpulses wird durch den Kondensator gegenüber dem HF-Generator abgeblockt.

[0021] Der Magnetkern ist aus einem weichmagnetischen Werkstoff mit einer ausreichenden magnetischen Sättigungsflussdichte und einer ausreichenden Permeabilität hergestellt. Dadurch wird der magnetische Fluss, der bei einem Stromfluss durch den elektrischen Leiter der Spule, bevorzugt der primärseitig angeordneten Spule, entsteht, verlustarm gebündelt und geführt. Die primärseitig angeordnete Spule wird im Folgenden als erste Spule bezeichnet. Außerdem wird durch den Magnetkern die Induktivität der ersten Spule und der zweiten Spule erhöht. Aufgrund der hohen Permeabilität der Spulen lässt sich die Baugröße aller Spulen, die primärseitig und sekundärseitig um den Magnetkern gewickelt sind, gegenüber einer Luftspule verkleinern. Somit lässt sich der Platzbedarf einer Zündspule verkleinern.

[0022] Als Werkstoffe für Magnetkerne werden ferromagnetische Metalllegierungen, meist in Form von Blech oder Folie oder gebundenem Pulver, oder oxidkeramische ferrimagnetische Werkstoffe (Ferrite) eingesetzt. Zur Reduzierung von Wirbelströmen, die durch Oberwellenanteile des Hochspannungsimpulses und durch die HF-Spannung im Magnetkern erzeugt werden, setzt sich der Magnetkern bevorzugt aus gestapelten Blechen zusammen, zwischen denen dielektrische Schichten bevorzugt aus Papier oder Kunststoff angeordnet sind.

[0023] Die erste Spule und die zweite Spule sind derart zueinander ausgelegt, dass ein ausreichendes Spannungsübersetzungsverhältnis zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis der Zündspule realisiert ist. Um einen sekundärseitigen Hochspannungsimpuls von typischerweise mehreren 10 kV aus einem primärseitigen Spannungsimpuls von typischerweise mehreren 100 V zu transformieren, ist die Anzahl der sekundärseitigen Windungen typischerweise um den Faktor 10 bis 1000 höher als die Anzahl der primärseitigen Windungen. Um das Volumen der sekundärseitigen Spule ungefähr in der gleichen Größenordnung wie das Volumen der primärseitigen Spule zu gestalten, ist der Durchmesser des elektrischen Leiters der sekundärseitigen Spule typischerweise um den Faktor 10 bis 1000 kleiner als der Durchmesser des zur primärseitigen Spule gehörigen elektrischen Leiters.

[0024] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.

[0025] Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, im durch die Ansprüche definierten Rahmen.

[0026] Um die erste Spule, die zweite Spule, die dritte Spule und den Magnetkern innerhalb der Zündspule jeweils zueinander zu positionieren und zu orientieren, sind die erste Spule, die zweite Spule, die dritte Spule und der Magnetkern vorzugsweise jeweils über ein Abstandselement aus einem elektrisch isolierenden Material miteinander verbunden.

[0027] Als Abstandselement kann beispielsweise ein Abstandshalter, eine Kunststofffolie oder ein Spulenkörper dienen, um den die Spule gewickelt ist. Hierbei sind die einzelnen Abstandselemente zwischen der ersten Spule, der zweiten Spule, der dritten Spule und dem Magnetkern jeweils derart ausgebildet, dass die Zündspule eine möglichst kompakte Bauform aufweist und gleichzeitig möglichst geringe Beeinflussungen zwischen der ersten Spule, der zweiten Spule, der dritten Spule und dem Magnetkern vorliegen.

[0028] Zwischen der ersten Spule, der zweiten Spule, der dritten Spule und dem Magnetkern sowie den dazwischen angeordneten Abstandselementen befindet sich typischerweise eine ausgehärtete Vergussmasse aus einem dielektrischen Material, beispielsweise Kunstharz, bevorzugt ein Gießharz. Die Vergussmasse dient neben der Fixierung der einzelnen Spulen und des Magnetkerns zueinander sowie der elektrischen Isolation, insbesondere der Erhöhung der Hochspannungsfestigkeit, zwischen den einzelnen Spulen.

[0029] In einer ersten Ausführung einer erfindungsgemässen Anordnung ist die dritte Spule mit ihren einzelnen Windungen sekundärseitig um den Magnetkern gewickelt. Somit wird die Sekundärseite der Zündspule durch die serielle Verschaltung der zweiten und der dritten Spule gebildet. Der Hochspannungsimpuls wird somit sowohl in der zweiten Spule als auch in der dritten Spule erzeugt. Die serielle Verschaltung der zweiten und der dritten Spule kann auch als eine einzige Spule mit zwei Spulenbereichen betrachtet werden. Im Übergang zwischen den beiden Spulenbereichen einer derartigen einzigen Spule ist demnach ein elektrischer Kontaktanschluss, ein sogenannter Mittenanschluss, vorgesehen, der mit dem HF-Anschluss elektrisch verbunden ist.

[0030] Der Vorteil der ersten Ausführung ist in der kompakten Bauform der Zündspule zu sehen, da für die Platzierung der dritten Spule neben dem Bauraum der Zündspule kein zusätzlicher Platzbedarf nötig ist. Die dritte Spule erfüllt in der ersten Ausführung somit eine technische Doppelfunktion. Sie dient zur Bandpassfilterung und zur Erzeugung des Hochspannungsimpulses.

[0031] In einer bevorzugten Ausprägung der ersten Ausführungsform ist die dritte Spule hinsichtlich ihrer HF-Übertragungscharakteristik als Bestandteil des Bandpassfilters innerhalb des HF-Pfades optimiert, indem die Abstände zwischen jeweils aufeinander folgenden Windungen der dritten Spule gegenüber jeweils aufeinander folgenden Windungen der zweiten Spule vergrößert sind. Somit werden die parasitären Kapazitäten innerhalb der dritten Spule gegenüber den üblichen parasitären Kapazitäten der zweiten Spule verkleinert. Eine weitere technische Maßnahme, die parasitären Kapazitäten innerhalb der dritten Spule zu verkleinern und damit das HF-Übertragungsverhalten der dritten Spule zu verbessern, wird durch die Anwendung einer für die HF-Übertragung optimierten Wicklung der dritten Spule möglich.

[0032] Alternativ oder in Ergänzung zur Verminderung der parasitären Kapazitäten ist als weitere technische Maßnahme zur Verbesserung der HF-Übertragungscharakteristik in der dritten Spule der Drahtdurchmesser der dritten Spule größer als der Drahtdurchmesser der zweiten Spule ausgelegt. Ein HF-Strom, der durch die HF-Spannung eingeprägt wird, fließt einzig an der Oberfläche der Spule. Bei gegebener frequenzabhängiger Eindringtiefe des HF-Stromes ergibt sich für diesen eine größere Querschnittsfläche in der dritten Spule als in der zweiten Spule. Damit wird der für den HF-Strom relevante ohmsche Widerstand im Oberflächenbereich des Leiters der dritten Spule gegenüber dem Leiter der zweiten Spule verkleinert. Dieser Effekt verbessert die Güte der als HF-Spule ausgebildeten dritten Spule und damit die HF-Übertragungscharakteristik der dritten Spule. Somit wird der HF-Strom verstärkt durch die dritte Spule und vermindert durch die zweite Spule fließen. Ein unerwünschtes elektrisches Einkoppeln der HF-Spannung bzw. des HF-Stroms in die zweite Spule wird auf diese Weise vermindert.

[0033] Somit erfolgt eine induktive Kopplung der HF-Spannung bzw. des HF-Stromes von der Sekundär- zur Primärseite der Zündspule hauptsächlich von der dritten Spule zur ersten Spule. Im Fall eines größeren Abstands zwischen den einzelnen Windungen der dritten Spule ist eine geringere Windungsanzahl in der dritten Spule und damit eine geringere Induktivität für die dritte Spule realisierbar, die eine geringere induktive Kopplung zwischen der dritten und der ersten Spule verursacht.

[0034] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die dritte Spule beschichtet, wobei deren Impedanz geringer als die Impedanz des Grundmaterials ist. Da der von der HF-Spannung getriebene HF-Strom auf der Oberfläche der dritten Spule und damit primär im Bereich der Beschichtung der dritten Spule fließt, wird der HF-Strom im Wesentlichen durch die dritte Spule und nicht durch die zweite Spule fließen, die keine Beschichtung mit einer niedrigeren Impedanz aufweist. Als Beschichtungsmaterial eignet sich Silber, Kupfer, Gold, Zinn, Aluminium, Wolfram, Molybdän, Titan, Zirkonium, Niobium, Tantal, Wismut, Palladium und Blei. Auch Legierungen oder Verbundwerkstoffe aus einem oder mehreren dieser Materialien sind geeignet.

[0035] Bei einer Zündspule sind die primärseitige Spule und die sekundärseitige(n) Spule(n) gemeinsam um einen Hauptschenkel eines Magnetkerns gewickelt. Zur Realisierung eines geschlossenen Eisenpfades für den magnetischen Fluss weist der Magnetkern mindestens einen Rückschlussschenkel und zwei Joche auf, die den Hauptschenkel und den Rückschlussschenkel jeweils verbinden. Der aus dem Hauptschenkel, dem Rückschlussschenkel und den beiden Jochen zusammengesetzte Magnetkern umschließt dabei gemeinsam die primärseitige und die sekundärseitige(n) Spule(n). In einer bevorzugten Ausbildung der Zündspule als Manteltransformator weist der Magnetkern einen Hauptschenkel, zwei Rückschlussschenkel und zwei Joche auf, die den Hauptschenkel und die beiden Rückschlussschenkel jeweils miteinander verbinden. Somit wird über den Hauptschenkel, einen Rückschlussschenkel und zwei Teilbereiche der beiden Joche jeweils ein magnetischer Teilfluss geführt.

[0036] Die primärseitige Spule und die sekundärseitige(n) Spule(n) sind zueinander konzentrisch um den Hauptschenkel gewickelt. Bevorzugt umschließen die zweiten und dritten Spulen die erste Spule. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die erste Spule die zweite und dritte Spule umschließt. Zur elektrischen Isolierung sind zwischen dem Magnetkern, der ersten Spule und der zweiten und dritten Spule jeweils Abstandselemente vorgesehen.

[0037] In einer besonderen Anordnung der ersten Ausführungsform der Erfindung umschließt die dritte Spule die zweite Spule und die erste Spule. Bevorzugt umschließt dabei die zweite Spule die erste Spule. Alternativ kann die erste Spule auch die zweite Spule umschließen.

[0038] Um die magnetische Kopplung zwischen der dritten Spule und der ersten Spule sowie der zweiten Spule zu reduzieren, kann zwischen der dritten Spule und der zweiten Spule eine Folie aus einem leicht magnetisierbaren Material, bevorzugt aus einem Mu-Metall, angeordnet sein. Alternativ kann auch eine Kupferfolie vorgesehen sein, in der Wirbelströme durch den in der dritten Spule fließenden HF-Strom angeregt werden und damit das elektromagnetische Feld zwischen der dritten Spule und der zweiten Spule bzw. der ersten Spule gedämpft wird. Zur elektrischen Isolierung ist zwischen der Folie aus magnetisierbarem Material bzw. der Kupferfolie und der dritten Spule sowie der zweiten Spule jeweils eine Folie aus einem dielektrischen Material angeordnet.

[0039] In einer zweiten Ausführungsform der Zündspule, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, ist die dritte Spule als HF-Spule ausgebildet. HF-Spulen sind nach dem Stand der Technik um einen Magnetkern aus einem Ferrit gewickelt. Da Ferrite typischerweise keine hohe Hitzebeständigkeit aufweisen, sind sie für eine Anwendung in der Umgebung eines Motors mit Temperaturen um 100 °C wenig geeignet. Aus diesem Grund ist die als HF-Spule auszubildende dritte Spule bevorzugt als sogenannte Luftspule, d.h. als Spule ohne Magnetkern, ausgebildet.

[0040] Die dritte Spule ist folglich in der zweiten Ausführungsform der Zündspule derart innerhalb der Zündspule positioniert und orientiert, dass sie den Magnetkern nicht umschließt und dadurch die gesamte Zündspule andererseits möglichst kompakt bleibt. Zusätzlich ist bei der Anordnung der dritten Spule in der zweiten Ausführungsform der Zündspule zu berücksichtigen, dass eine möglichst geringe magnetische Kopplung zwischen der dritten Spule und der ersten und zweiten Spule möglich ist. Außerdem sind durch die HF-Einspeisung in die dritte Spule möglichst geringe HF-Verluste, insbesondere Wirbelstromverluste im angrenzenden Magnetkern, anzustreben.

[0041] Dabei ist es zweckmäßig, die einzelnen Windungen der als Luftspule realisierten dritten Spule jeweils seitlich beabstandet zu einer Stirnfläche des Magnetkerns zu positionieren. Unter Stirnfläche des Magnetkerns wird die Seitenfläche des Magnetkerns verstanden, dessen Flächenvektor jeweils parallel zur Längsrichtung des Magnetkerns, d.h. zur Längsrichtung der Durchführung(en) des Magnetkerns, verläuft. Außerdem ist die Querschnittsfläche der dritten Spule parallel zur Stirnfläche des Magnetkerns orientiert. Unter Querschnittsfläche der dritten Spule wird die Querschnittsfläche der dritten Spule verstanden, deren Flächenvektor parallel zur Längsrichtung der dritten Spule, d.h. zur Längsrichtung der Durchführung der dritten Spulen, verläuft.

[0042] Schließlich umschließt die dritte Spule mit ihren Windungen zumindest einen Bereich der ersten Spule und/oder der zweiten Spule.

[0043] Indem die dritte Spule mit ihren Windungen zumindest einen Bereich der ersten Spule und/oder der zweiten Spule, nämlich den Bereich der ersten Spule und/oder der zweiten Spule, der aus dem Magnetkern herausragt, umschließt und gleichzeitig seitlich beabstandet zur Stirnfläche des Magnetkerns positioniert ist, nimmt die dritte Spule mit ihren Windungen den noch freien Platz seitlich des Magnetkerns ein, der von der ersten Spule und/oder der zweiten Spule nicht besetzt ist. Somit ist mit der ersten Untervariante der zweiten Ausführungsform der Zündspule eine platzsparende Integration der dritten Spule in die Zündspule realisiert.

[0044] Da die Querschnittsfläche der dritten Spule parallel zur Stirnfläche des Magnetkerns orientiert ist, verlaufen die Magnetfelder einer dritten Spule weitestgehend orthogonal zu den Magnetfeldern der ersten und der zweiten Spule, die als magnetischer Fluss im Magnetkern konzentriert und geführt sind. Auf diese Weise ist als weiterer Vorteil die magnetische Kopplung zwischen der dritten Spule und der ersten bzw. der zweiten Spule minimiert.

[0045] Dabei lässt sich die Gesamtinduktivität der dritten Spule verdoppeln, wenn seitlich zu den beiden Stirnflächen des Magnetkerns jeweils eine dritte Spule positioniert ist, die seriell miteinander verschaltet sind. Die serielle Verschaltung von mehreren dritten Spulen bietet also eine Möglichkeit, die Induktivität des Bandpassfilters zu vergrößern und somit die Kapazität des Bandpassfilters zu verkleinern. Mit einer geringeren Kapazität des Kondensators lässt sich eine hohe Dämpfung für die Oberwellenanteile des Hochspannungsimpulses durch den auch als Hochpassfilter agierenden Kondensator verwirklichen.

[0046] In einer zweiten Untervariante der zweiten Ausführungsform der Zündspule sind die einzelnen Windungen der als Luftspule realisierten dritten Spule jeweils seitlich beabstandet zu einer Stirnfläche des Magnetkerns positioniert sind. Die dritte Spule ist hierbei mit ihren Windungen zu einem der beiden Rückschlussschenkel oder zu einem der beiden Joche seitlich beabstandet. Außerdem ist die Querschnittsfläche der dritten Spule senkrecht zur Stirnfläche des Magnetkerns orientiert.

[0047] Durch die Positionierung der dritten Spule seitlich beabstandet zu einer Stirnfläche des Magnetkerns, insbesondere seitlich beabstandet zu einem der beiden Rückschlussschenkel oder zu einem der beiden Joche, wird somit von der dritten Spule der noch freie Platz seitlich des Magnetkerns eingenommen, der von der ersten Spule und/oder der zweiten Spule nicht besetzt ist. Somit wird eine kompakte Bauform realisiert.

[0048] Die magnetische Kopplung zwischen der dritten Spule und der ersten bzw. der zweiten Spule ist reduziert, da mit Ausnahme des Übergangsbereiches zwischen dem Hauptschenkel und den beiden Jochen das Magnetfeld der dritten Spule orthogonal zu den Magnetfeldern der ersten und der zweiten Spule orientiert ist. Da der Übergangsbereich zwischen dem Hauptschenkel und den beiden Jochen vergleichsweise klein ist und nicht im Maximum der magnetischen Feldlinien der dritten Spule liegt, ist die magnetische Kopplung zwischen der dritten Spule und der ersten sowie der zweiten Spule gering.

[0049] Dabei ist es insbesondere zweckmäßig, wenn mehrere seriell miteinander verschaltete dritte Spulen seitlich beabstandet zu einer Stirnfläche des Magnetkerns positioniert sind. Die Querschnittsflächen aller seriell verschalteten dritten Spulen sind jeweils senkrecht zur Stirnfläche des Magnetkerns orientiert.

[0050] Da zu jedem der beiden Rückschlussschenkel und zu jedem der beiden Joche des Magnetkerns und zu jeder der beiden Stirnflächen des Magnetkerns seitlich beabstandet jeweils eine dritte Spule positionierbar ist, können somit bis zu acht dritte Spulen seriell verschaltet werden. Gegenüber einer einzigen dritten Spule ergibt sich durch die serielle Verschaltung von mehreren dritten Spulen eine Erhöhung der Gesamtinduktivität. Da die dritte Spule der zweiten Untervariante vor allem wegen ihrer geringeren Querschnittsfläche und ihrer geringeren Windungsanzahl eine geringere Induktivität als die dritte Spule der ersten Untervariante aufweist, kann durch die serielle Verschaltung von mehreren dritten Spulen in der zweiten Untervariante dieser Nachteil ausgeglichen und unter Umständen sogar noch gegenüber der ersten Untervariante verbessert werden.

[0051] In einer dritten Untervariante der zweiten Ausführungsform der Zündspule ist die dritte Spule seitlich beabstandet zur Mantelfläche der ersten und/oder der zweiten Spule positioniert. Außerdem ist die Querschnittsfläche der dritten Spule senkrecht zur Stirnfläche des Magnetkerns orientiert. Die Zündspule weist somit zwar eine geringere Kompaktheit auf, bedingt aber aufgrund des größeren Abstandes der dritten Spule zum Magnetkern geringere Wirbelstromverluste im Magnetkern, d.h. geringere HF-Verluste. Auch die magnetische Kopplung zwischen der dritten Spule und der ersten bzw. der zweiten Spule ist vermindert, da der Abstand zwischen der dritten Spule und dem Magnetkern vergleichsweise größer ist.

[0052] Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn zwischen dem HF-Anschluss und der zweiten Spule eine weitere Spule geschaltet ist, die als HF-Spule, bevorzugt als Drosselspule, ausgebildet ist. Diese weitere Spule wird im Folgenden als vierte Spule bezeichnet.

[0053] Eine HF-Spule, insbesondere eine Drosselspule, dämpft eine HF-Spannung bestmöglich und minimiert gleichzeitig die durch die HF-Spannung erzeugten Wirbelströme im Magnetkern.

[0054] Zur Dämpfung der HF-Spannung weist eine Drosselspule einen induktiven Widerstand, d.h. eine Impedanz mit einem gegenüber dem kapazitiven Anteil deutlich höheren induktiven Anteil, auf. Die Dämpfung innerhalb der Drosselspule ist abhängig von der Querschnittsfläche, der Windungsanzahl und der Spulenlänge der Drosselspule auszulegen. Um HF-Verluste zu reduzieren, ist die Drosselspule bevorzugt als Luftspule ausgebildet. Durch die Dämpfung der HF-Spannung wird ein elektrisches Einkoppeln der am HF-Anschluss eingeprägten HF-Spannung in die zweite Spule reduziert. Dieser vorteilhafte Effekt tritt deutlicher bei Vorliegen von parasitären Kapazitäten zwischen der Sekundärseite der Zündspule und dem typischerweise aus einem elektrisch leitenden Material hergestellten Gehäuse der Zündspule auf.

[0055] Die vierte Spule kann wie die dritte Spule seitlich beabstandet zu einer Stirnfläche des Magnetkerns positioniert sein. Die Querschnittsfläche der vierten Spule kann wie die dritte Spule parallel oder senkrecht zur Stirnfläche des Magnetkerns orientiert sein. Auch eine Serienschaltung von mehreren vierten Spulen zur Erhöhung der Induktivität ist denkbar.

[0056] Mit der Beschaltung eines ohmschen Widerstandes zwischen der zweiten Spule und dem HF-Anschluss kann das Einkoppeln der HF-Spannung in die Zündspule reduziert werden. Dieser ohmsche Widerstand dämpft bei geeigneter Dimensionierung die HF-Spannung in Richtung der Zündspule. Der ohmsche Widerstand dämpft zusätzlich den durch den HF-Impuls getriebenen Zündkerzenstrom. Dieser Zündkerzenstrom, der eine Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer verursacht, ist mit einem durch den Zündvorgang verursachten höherfrequenten Störstrom überlagert. Der im Zündkerzenstrom überlagerte höherfrequente Störstrom wird als EMV-Störung aus der Zündkerze ausgekoppelt und über die Zuleitung der Zündkerze abgestrahlt. Da der Pegel des höherfrequenten Störstroms vom Pegel des Zündkerzenstroms abhängig ist, kann durch die Dämpfung des Zündkerzenstroms mittels des ohmschen Widerstands die EMV-Abstrahlung wirksam vermindert werden. Schließlich existiert eine dritte Ausführungsform einer Zündspule, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, in der die dritte Spule seitlich beabstandet zur ersten und zur zweiten Spule beabstandet ist und die Querschnittsfläche der dritten Spule bevorzugt senkrecht zu einer Stirnfläche des Magnetkerns orientiert ist. Zusätzlich ist die dritte Spule in einem Verbindungsschacht innerhalb eines Motorblocks angeordnet. Auf diese Weise beschränkt sich das Bauvolumen der Zündspule außerhalb des Motorblocks auf die erste Spule, die zweite Spule und den Magnetkern und reduziert somit dem Platzbedarf für die Zündspule erheblich.

[0057] Unter einem Verbindungschacht innerhalb eines Motorblockes wird eine von der Außenoberfläche des Motorblockes in den Innenbereich des Motorblockes verlaufende Ausnehmung verstanden. Diese Ausnehmung weist ein geeignetes Querschnittsprofil, beispielsweise ein rundes Querschnittsprofil, und eine bestimmte Längserstreckung auf. Die Längserstreckung des Verbindungschachtes kann geradlinig, gekrümmt oder gewinkelt verlaufen. Der Verbindungschacht ermöglicht ein elektrisches Verbindungselement zwischen einer im Innenbereich des Motorblockes befestigten Zündkerze und einer Zündspule zu führen, die typischerweise außerhalb des Motorblockes oder unmittelbar benachbart zur Außenoberfläche des Motorblockes innerhalb des Motorblockes positioniert ist.

[0058] Durch die bevorzugt senkrechte Orientierung der Querschnittsfläche der dritten Spule zu einer Stirnfläche des Magnetkerns verläuft das Magnetfeld der dritten Spule orthogonal zu den Magnetfeldern der zur Zündspule gehörigen ersten und zweiten Spule. Somit ist die magnetische Kopplung zwischen der dritten Spule und der ersten bzw. zweiten Spule reduziert.

[0059] Da innerhalb des Verbindungsschachtes eine dritte Spule mit einer hohen Anzahl von Windungen positionierbar ist, lässt sich durch die dritte Ausführungsform der Zündspule eine dritte Spule mit einer hohen Induktivität realisieren.

INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG

[0060] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

Fig. 1A

ein Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform der Anordnung, gemäß der Erfindung,

Fig. 1B

ein Schaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer Anordnung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 2A

eine dreidimensionale Darstellung der Zündspule der ersten Ausführungsform der Anordnung der Erfindung,

Fig. 2B

eine dreidimensionale Darstellung einer weiteren Ausprägung der Zündspule der ersten Ausführungsform der Anordnung,

Fig. 2C

eine dreidimensionale Darstellung einer in einem Gehäuse integrierten Anordnung aus Zündspule und Bandpassfilter,

Fig. 3A

eine dreidimensionale Darstellung einer Zündspule einer ersten Untervariante der zweiten Ausführungsform der Anordnung,

Fig. 3B

eine dreidimensionale Darstellung einer Zündspule einer zweiten Untervariante der zweiten Ausführungsform der Anordnung,

Fig. 3C

eine dreidimensionale Darstellung einer Zündspule einer Erweiterung der zweiten Untervariante der zweiten Ausführungsform der Anordnung,

Fig. 3D

eine dreidimensionale Darstellung einer dritten Untervariante der zweiten Ausführungsform,

Fig. 4A

eine dreidimensionale Darstellung einer Zündspule, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, mit einer ersten Ausprägung zur Minimierung des elektrischen Einkoppelns der HF-Spannung in die Primärseite der Zündspule,

Fig. 4B

eine dreidimensionale Darstellung Zündspule, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, mit einer zweiten Ausprägung zur Minimierung des elektrischen Einkoppelns der HF-Spannung in die Primärseite der Zündspule,

Fig. 4C

eine dreidimensionale Darstellung einer Zündspule, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, mit einer dritten Ausprägung zur Minimierung des elektrischen Einkoppelns der HF-Spannung in die Primärseite der Zündspule und

Fig. 5

eine Querschnittsdarstellung eines Motorblockes mit einer integrierten Zündspule, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.

[0061] Die beiliegenden Figuren der Zeichnung sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.

[0062] In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

[0063] Im Folgenden werden die Figuren zusammenhängend und übergreifend beschrieben.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

[0064] Bevor die geometrische Anordnung der einzelnen Komponenten in einer Zündspule einer Anordnung gemäss der Erfindung anhand der Figuren 2A, 2B, 2C und in einer Zündspule einer Anordnung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, anhand der Figuren 3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C und 5 im Detail erläutert werden, wird im Folgenden die elektrische Verschaltung der einzelnen Komponenten einer Zündspule bzw. einer Anordnung zur Integration einer Zündspule und eines Bandpassfilters der Erfindung anhand der Schaltungsdiagramme in Fig. 1A (gemäss Erfindung) und 1B (nicht Teil der vorliegenden Erfindung) vorgestellt:
Im Schaltungsdiagramm der Fig. 1A ist eine Anordnung zur Integration einer ersten Ausführungsform einer Anordnung mit Zündspule und Bandpassfilter gemäss der Erfindung dargestellt:
Die erste Spule 1 ist an einem Ende über einen Gleichspannungsanschluss 2 der Zündspule, einen Schalter 3 mit der Elektrode einer Gleichspannungsquelle 4, bevorzugt einer Batterie, verbunden. Die andere Elektrode der Gleichspannungsquelle 3 ist mit einem Massepotenzial verbunden. Auch die weitere Elektrode der ersten Spule 1 ist über einen Masseanschluss 5 der Zündspule mit einem Massepotenzial verbunden. In der Phase vor dem Zünden der mit der Zündspule verbundenen Zündkerze 6 ist der Schalter 3 geschlossen. Durch die erste Spule 1 der Zündspule fließt ein Gleichstrom, der durch die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 5 getrieben ist.

[0065] Zum Zünden der Zündkerze 5 wird der Schalter 3 geöffnet und damit der Stromfluss durch die erste Spule 1 unterbrochen. Dieser Abbruch des Stromflusses induziert in der ersten Spule 1 einen Spannungsimpuls. Der Spannungspegel des Spannungsimpulses ist von der Induktivität der ersten Spule 1 und der Stromänderung in der ersten Spule 1 und damit indirekt vom Spannungspegel der Gleichspannungsquelle 4 abhängig. Der Spannungspegel des Spannungsimpulses liegt somit in der Größenordnung von einigen 100 V und ist somit für das Zünden des Brennstoff-Luft-Gemisches innerhalb der Brennkammer durch die Zündkerze 6 nicht ausreichend. Zur Verstärkung des in der ersten Spule 1 induzierten Spannungsimpulses ist in der Zündspule ein Transformator bzw. Übertrager mit einem Magnetkern 7 vorgesehen, um den primärseitig die Windungen der ersten Spule 1 und sekundärseitig die Windungen einer zweiten Spule 8 und einer und einer dritten Spule 9 gewickelt sind.

[0066] Ist die Anzahl der Windungen in den beiden sekundärseitig angeordneten Spulen ein Vielfaches der Anzahl der Windungen in der primärseitig angeordneten Spule, so wird der in der ersten Spule 1 induzierte Spannungsimpuls in einen Hochspannungsimpuls in den beiden sekundärseitig angeordneten Spulen transformiert. Um aus dem primärseitigen Spannungsimpuls in Höhe von einigen 100 V einen sekundärseitigen Hochspannungsimpuls von einigen 10 kV zu erzeugen, ist typischerweise ein Verhältnis zwischen den Windungen der ersten Spule 1 und den Windungen der zweiten Spule 8 und der dritten Spule 9 zwischen 10 Windungen und einigen 100 Windungen vorzusehen.

[0067] Die Ausbildung des Magnetkerns 7 und die Anordnung der ersten Spule 1, der zweiten Spule 8 und der dritten Spule 9 wird weiter unten noch detailliert erläutert.

[0068] Das eine Ende der zweiten Spule 8 und das eine Ende der dritten Spule 9 sind miteinander elektrisch verbunden. Das andere Ende der zweiten Spule 8 ist über einen weiteren Masseanschluss 10 der Zündspule mit einem Massepotenzial verbunden.

[0069] Das andere Ende der dritten Spule 9 ist über einen Hochspannungsanschluss 11 der Zündspule mit einer Elektrode der Zündkerze 6 elektrisch verbunden. Die andere Elektrode der Zündkerze 6 ist an das Massepotenzial angeschlossen.

[0070] Zur Erzeugung eines Hochspannungsimpulses mit einer überlagerten HF-Spannung ist ein zur Zündspule gehöriger HF-Anschluss 12 zur Einspeisung einer HF-Spannung mit der zweiten Spule 8 und der dritten Spule 9 elektrisch verbunden. Diese HF-Spannung überlagert sich additiv mit dem in die zweite Spule 8 und in die dritte Spule 9 transformierten Hochspannungsimpuls. Anstelle einer HF-Spannung kann am HF-Anschluss 12 auch ein HF-Strom eingeprägt bzw. eingespeist werden. Die HF-Spannung wird in einer HF-Spannungsquelle 13 erzeugt.

[0071] Zur Ausbildung eines Bandpassfilters 14, der als Serienschwingkreis aus einer Spule und einem Kondensator realisiert ist, ist zwischen der HF-Quelle 13 und dem HF-Anschluss 12 ein Kondensator 15 geschaltet. Als Spule des Serienschwingkreises bzw. des Bandpassfilters 15 dient die dritte Spule 9.

[0072] Der Kondensator 15 dient gleichzeitig als Hochpassfilter. Seine Kapazität wird so dimensioniert, dass die Oberwellenanteile des in der zweiten Spule 8 erzeugten Hochspannungsimpulses im niederfrequenten Sperrbereich des Hochpassfilters zu liegen kommen und somit vor der HF-Spannungsquelle 13 abgeblockt werden. Schließlich ist der Kondensator 15 auch für den Gleichanteil des in der zweiten Spule 8 erzeugten Hochspannungsimpulses sperrend. Im zweiten Parametrierungsschritt wird die Induktivität der dritten Spule 9 so ausgelegt, dass in Kombination mit der im ersten Parametrierungsschritt festgelegten Kapazität des Kondensators 15 eine Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises und damit eine Mittenfrequenz des Bandpassfilters 14 vorliegt, in der die Frequenz der erzeugten HF-Spannung zu liegen kommt. Auf diese Weise ist das Bandpassfilter 14 für die erzeugte HF-Spannung durchlässig, während es für das höherfrequente Zündrauschen sperrend wirkt.

[0073] Mit der Zündspule gemäß Fig. 1A ist somit eine Zündspule geschaffen, die einen Hochspannungsimpuls mit einer überlagerten HF-Spannung erzeugt und gleichzeitig die Spule des Bandpassfilters aufwandsarm integriert. In der in Fig. 1A dargestellten ersten Ausführungsform einer Zündspule der Erfindung ist die Spule des Bandpassfilters als Teil der sekundärseitigen Wicklung einer Zündspule realisiert. Die sekundärseitige Wicklung der Zündspule setzt sich somit aus der seriellen Verschaltung der zweiten Spule 8 und der dritten Spule 9 zusammen. Die Erfindung deckt auch den alternativen Fall ab, dass die sekundärseitige Wicklung der Zündspule als eine einzige sekundärseitig angeordnete Spule umfassend zwei seriell miteinander verbundene Spulenbereiche realisiert ist. Hierbei ist im Verbindungsbereich zwischen den beiden Spulenbereichen ein sogenannter Mittenkontakt oder Mittenanschluss zur Einspeisung der HF-Spannung vorgesehen. Die Integration der Spule des Bandpassfilters in die sekundärseitige Wicklung der Zündspule bedingt vorteilhaft auch eine Reduzierung des Bauvolumens der Anordnung aus Zündspule und Bandpassfilter.

[0074] In einer zweiten Ausführungsform die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist befindet sich die dritte Spule 9 außerhalb des Magnetkerns 7 der Zündspule. Um den Magnetkern 7 sind nur die Windungen der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 8 gewickelt. Der magnetische Fluss ist im Magnetkern 7 zwischen der primärseitig angeordneten ersten Spule 1 und der sekundärseitig angeordneten zweiten Spule 8 geführt und konzentriert. Ein Großteil der induktiven Kopplung ist somit lediglich zwischen der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 8 realisiert. Die dritte Spule 9 ist in der zweiten Ausführungsform der Zündspule vielmehr in unmittelbarer Nachbarschaft zum Magnetkern 7 und zur ersten und zweiten Spule 1 und 8 angeordnet. Die induktive Kopplung zwischen der ersten Spule 1 und der dritten Spule 9 ist somit gegenüber der ersten Ausführungsform deutlich reduziert. Die induktive Kopplung zwischen der ersten Spule 1 und der dritten Spule 9 erfolgt hierbei lediglich über den Streufluss.

[0075] Die zweite Ausführungsform der Zündspule unterscheidet sich in den übrigen Details nicht von der ersten Ausführungsform.

[0076] Auf eine wiederholte Beschreibung der zur ersten Ausführungsform identischen Merkmale und identischen Komponenten wird deshalb an dieser Stelle verzichtet.

[0077] Aus Fig. 2A geht eine Anordnung einer Zündspule einer ersten Ausführungsform der Anordnung hervor:
Der Magnetkern 7 ist hierbei aus geschichteten Blechen aufgebaut, zwischen denen jeweils Schichten aus elektrisch isolierendem Material angeordnet sind. Die geschichteten Bleche sind aus einem weichmagnetischen Material, bevorzugt aus Eisen hergestellt. Durch die Schichtung der Bleche werden Wirbelströme in Längsrichtung des Magnetkerns 7 verhindert.

[0078] Der Magnetkern 7 setzt sich aus einem Hauptschenkel 16, zwei Rückschlussschenkeln 17₁ und 17₂ und zwei Jochen 18₁ und 18₂ zusammen, die die beiden Rückschlussschenkel 17₁ und 17₂ mit dem Hauptschenkel 16 verbinden. Um den Hauptschenkel 16 sind die Windungen der ersten Spule 1, der zweiten Spule 8 und der dritten Spule 9 gewickelt. Die Windungen der ersten Spule 1, der zweiten Spule 8 und der dritten Spule 9 sind somit jeweils durch zwei Durchführungen im Magnetkern 7 hindurchgeführt, die jeweils zwischen dem Hauptschenkel 16, einem der beiden Rückschlussschenkel 17₁ und 17₂ und jeweils einem Bereich der beiden Joche 18₁ und 18₂ in Längsrichtung des Magnetkerns 7 angeordnet sind.

[0079] Neben dieser bevorzugten Ausbildung der Zündspule, die auch als Manteltransformator bezeichnet wird, ist auch eine Ausbildung der Zündspule denkbar, in der der Magnetkern 7 lediglich einen einzigen Rückschlussschenkel aufweist. Eine höhere Kompaktheit der Zündspule wird in dieser Ausbildung aber auf Kosten eines höheren Streuflusses realisiert. Die Realisierung der Zündspule als Kerntransformator mit zwei Hauptschenkeln und zwei die beiden Hauptschenkel miteinander verbindenden Jochen ist auch denkbar. Die Windungen der ersten Spule 1 werden hierbei um den einen Hauptschenkel und die Windungen der zweiten und dritten Spule 8 und 9 werden um den anderen Hauptschenkel gewickelt. Eine kompaktere Wicklung der primärseitig angeordneten Windungen und der sekundärseitig angeordneten Windungen um den zugehörigen Hauptschenkel und damit eine geringere Längserstreckung der Zündspule erfordert hierbei aber aufgrund des Vorsehens von zwei Hauptschenkeln eine größere Quererstreckung der Zündspule.

[0080] Bevorzugt umschließen die Windungen der ersten Spule 1, wie in Fig. 2A angedeutet ist, nächst benachbart zum Hauptschenkel 16 den Hauptschenkel 16, während die Windungen der zweiten und dritten Spule 8 und 9 die Windungen der ersten Spule 1 umschließen. Die Windungen der zweiten und der dritten Spule 8 und 9 sind in der in Fig. 2A dargestellten ersten Ausprägung in ihrer Längserstreckungsrichtung benachbart zueinander angeordnet. Die Quererstreckung der zweiten und der dritten Spule 8 und 9 und damit auch die Quererstreckung der Zündspule ist in dieser Ausprägung minimiert.

[0081] Die erste Spule 1, die zweite Spule 8 und die dritte Spule 9 sind jeweils um einen Wicklungskörper aus einem elektrisch isolierenden Material gewickelt, der in Fig. 2A aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist. Jeder dieser Wicklungskörper dient jeweils als Abstandselement zwischen dem Magnetkern 7, der ersten Spule 1, der zweiten Spule 8 und der dritten Spule 9. Bevorzugt sind die einzelnen Wicklungskörper miteinander verbunden. Auf diese Weise können der Magnetkern 7, die erste Spule 1, die zweite Spule 8 und die dritte Spule 9 jeweils zueinander positioniert und zueinander orientiert sein. Insbesondere eine abstandsminimierte und damit bauraumminimierte Anordnung ist mit derartigen Wicklungskörpern bzw. Abstandselementen möglich.

[0082] Aus Fig. 2A ist die elektrische Verbindung zwischen der zweiten Spule 8 und der dritten Spule 9 ersichtlich, die mit dem HF-Anschluss 12 verbunden ist. Auch die beiden Massenanschlüsse 5 und 10 der ersten Spule 1 bzw. der zweiten Spule 8, der mit der ersten Spule 1 verbundene Gleichspannungsanschluss 2 und der mit dem Ausgang der dritten Spule 9 verbundene Hochspannungsanschluss 11 sind in Fig. 2A zu erkennen.

[0083] Die Zündspule ist bevorzugt gemäß Fig. 2C in einem Gehäuse 19 angeordnet. Dieses Gehäuse 19, das in Fig. 2C gestrichelt angedeutet ist, ist bevorzugt aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Aluminium, hergestellt, um eine gute elektromagnetische Schirmwirkung zu erzielen. Auf diese Weise dringt die in die Zündspule eingekoppelte HF-Spannung nicht in den Außenraum des Gehäuses 19 und führt damit nicht zu einer negativen Beeinflussung bzw. Zerstörung einer im Motorraum eines Fahrzeuges angeordneten Elektronik. Andererseits hat durch das Schirmungsgehäuse eine im Motorraum eines Fahrzeugs angeordnete HF-Elektronik keine negativen Auswirkungen auf den in der Zündspule erzeugten Hochspannungsimpuls und die in Fig. 2C nicht dargestellte Steuerelektronik der Zündspule.

[0084] In das Gehäuse 19 der Zündspule ist der Kondensator 15 und damit vollständig das Bandpassfilter 14 integriert. Dies führt zu einer kompakten Bauform einer Anordnung zur Integration von Zündspule und Bandpassfilter. Zur besonders platzsparenden Positionierung innerhalb des Gehäuses 19 ist der Kondensator 15, wie in Fig. 2C angedeutet ist, in einem noch nicht besetzten Raum innerhalb des Gehäuses 19 seitlich beabstandet zu einer Stirnfläche des Magnetkerns 7 angeordnet. Alternativ kann der Kondensator 15 aber auch außerhalb des Gehäuses 19 angeordnet sein.

[0085] Alle Anschlüsse der Zündspule sind, wie in Fig. 2C angedeutet ist, aus dem Gehäuse 19 herausgeführt. Bevorzugt können für die einzelnen Anschlüsse der Zündspule jeweils geeignete Steckverbinder, bevorzugt Gehäusesteckverbinder, ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass der HF-Anschluss 12 der Zündspule, der mit der zweiten Spule 8 und der dritten Spule 9 elektrisch verbunden ist, aufgrund der Integration des Kondensators 15 in das Gehäuse 19 an den anderen Anschluss des Kondensators 15 versetzt und damit als HF-Anschluss 12' aus dem Gehäuse 19 herausgeführt ist.

[0086] Bei der Montage der Zündspule in das Gehäuse 19 wird zwischen dem Gehäuse 19 und der Zündspule und deren Zwischenräumen eine flüssige Vergussmasse 20 aus einem elektrisch isolierenden Material, bevorzugt ein Gießharz 20, insbesondere bevorzugt Polyurethan, eingeführt. Nach dem Aushärten der Vergussmasse 20 ist der Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 19 und der Zündspule vollständig mit der ausgehärteten Vergussmasse 20 ausgefüllt. Auf diese Weise wird die Hochspannungsfestigkeit der Zündspule zwischen ihren einzelnen Komponenten - Magnetkern 7, erste Spule 1, zweite Spule 8 und dritte Spule 9 - und auch zwischen den einzelnen Komponenten der Zündspule und dem elektrisch leitenden Gehäuse 19 zusätzlich erhöht. Außerdem ist die Beabstandung zwischen der als HF-Spule ausgebildeten dritten Spule 9 und dem elektrisch leitenden Gehäuse 19 und zwischen der dritte Spule 9 und dem typischerweise geerdeten Magnetkern 7 durch die Vergussmasse 20 so auszulegen, dass sich die parasitären Kapazitäten der dritten Spule 9 auf einem geringen Niveau befinden. Die Hochspannungsfestigkeit der als HF-Spule ausgebildeten dritten Spule 9 kann neben der Isolierung durch die Vergussmasse 20 durch eine isolierte HF-Spule, beispielsweise durch eine mit einem Kupferlackdraht hergestellte HF-Spule, zusätzlich verbessert werden. Auch die erste Spule 1 und die zweite Spule 8 kann zur Erhöhung der Hochspannungsfestigkeit mit einem Kupferlackdraht gewickelt sein.

[0087] In einer zweiten Ausprägung der Zündspule ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2B ist die dritte Spule 9 nicht in Längserstreckungsrichtung benachbart zur zweiten Spule 8 angeordnet, sondern umschließt die zweite Spule 8. Die dritte Spule 9 ist also in Quererstreckungsrichtung benachbart zur zweiten Spule 8 angeordnet. Die dritte Spule 9 kann hierbei auf einem Wicklungskörper gewickelt sein. Um die magnetische Kopplung zwischen der dritten Spule 9 und der ersten Spule 1 sowie der zweiten Spule 8 zu reduzieren, ist zwischen der dritten Spule 9 und der zweiten Spule 8 eine Folie 26 aus einem leicht magnetisierbaren Material, bevorzugt aus einem Mu-Metall, angeordnet. Alternativ kann auch eine Kupferfolie angeordnet sein, in der Wirbelströme durch den in der dritten Spule 9 fließenden HF-Strom angeregt werden und damit das elektromagnetische Feld zwischen der dritten Spule 9 und der zweiten Spule 8 bzw. der ersten Spule 1 gedämpft wird. Zur elektrischen Isolierung ist zwischen der Folie 26 aus magnetisierbarem Material bzw. der Kupferfolie und der dritten Spule 9 sowie der zweiten Spule 8 jeweils eine Folie aus einem dielektrischen Material, bevorzugt aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polyurethan, angeordnet.

[0088] Auch in der ersten Ausprägung der Zündspule der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2A kann im Hinblick auf eine kompaktere Bauform anstelle von Wicklungskörpern zwischen der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 8 bzw. der dritten Spule 9 jeweils eine dielektrische Kunststofffolie angeordnet sein.

[0089] In beiden Ausprägungen der ersten Ausführungsform gemäß der Figuren 2A und 2B kann die dritte Spule 9 hinsichtlich ihrer Übertragungscharakteristik, insbesondere ihrer HF-Übertragungscharakteristik, wie die zweite Spule 8 ausgelegt sein. Da die dritte Spule 9 aber von einem durch die angelegte HF-Spannung angetriebenen HF-Strom möglichst optimal durchflossen werden soll, während ein elektrisches Einkoppeln des HF-Stroms in die zweite Spule 8 möglichst minimiert werden soll, ist eine hochfrequenztechnischen Optimierung der dritten Spule 9 anzustreben, wie im Folgenden aufgezeigt wird:
In einer ersten technischen Maßnahme werden hierzu die Abstände von jeweils aufeinanderfolgenden Windungen der dritten Spule 9 größer als die Abstände von jeweils aufeinanderfolgenden Windungen der zweiten Spule 8 ausgelegt. Somit sind die parasitären Kapazitäten, die insbesondere zwischen zwei aufeinanderfolgenden Windungen auftreten, in der dritten Spule 9 gegenüber der zweiten Spule 8 minimiert und damit die HF-Übertragungscharakteristik der dritten Spule 9 gegenüber der zweiten Spule 8 optimiert.

[0090] In einer zweiten technischen Maßnahme werden die parasitären Kapazitäten in der dritten Spule 9 durch eine besondere Wickelung des elektrischen Leiters minimiert. Die dritte Spule 9 wird beispielsweise zu einer Waben-, Korbboden-, Sternoder Flachspule gewickelt. Auf diese Weise lässt sich das HF-Übertragungsverhalten der dritten Spule 9 gegenüber der zweiten Spule 8 optimieren. Eine zusätzliche Verbesserung des HF-Übertragungsverhalten für die dritte Spule 9 wird durch die Wicklung einer HF-Litze als elektrischer Leiter für die dritte Spule 9 erzielt.

[0091] In einer dritten technischen Maßnahme wird der Drahtdurchmesser, d.h. der Durchmesser des elektrischen Leiters, der dritten Spule 9 größer als der Drahtdurchmesser der zweiten Spule 8 ausgelegt. Der HF-Strom fließt aufgrund des Skin-Effekts einzig an der Oberfläche des elektrischen Leiters einer Spule und dringt ausgehend von der Oberfläche des elektrischen Leiters nur bis zu einer bestimmten Eindringtiefe, die u.a. von der Frequenz des HF-Stroms und von Materialparametern des elektrischen Leiters abhängt, in den elektrischen Leiter der Spule ein. Somit ist bei einem elektrischen Leiter mit einem größeren Durchmesser bei gleicher Eindringtiefe die Querschnittsfläche des elektrischen Leiters der Spule, in der der HF-Strom fließt, aufgrund des größeren Umfanges größer als bei einem elektrischen Leiter mit einem kleineren Durchmesser. Somit ist die elektrische Impedanz der dritten Spule 9, die auf den HF-Strom wirkt, durch die zweite technische Maßnahme kleiner als bei der zweiten Spule 8. Die HF-Übertragungscharakteristik ist somit in der dritten Spule 9 gegenüber der zweiten Spule 8 verbessert.

[0092] In einer vierten technischen Maßnahme wird die dritte Spule 9 beschichtet, während die zweite Spule 8 unbeschichtet bleibt. Die Beschichtung der dritten Spule 9 weist eine geringere elektrische Impedanz als das Grundmaterial der dritten Spule 9 auf. Somit wird die Beschichtung aus einem Beschichtungsmaterial hergestellt, das eine höhere elektrische Leitfähigkeit und/oder eine geringere Permeabilität als das Grundmaterial aufweist. Der HF-Strom, der aufgrund des Skin-Effekts im Oberflächenbereich des elektrischen Leiters der Spule fließt, trifft folglich in der dritten Spule 9 auf eine bessere HF-Übertragungscharakteristik als in der zweiten Spule 8.

[0093] An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Induktivität des Grundmaterials der zweiten Spule 2 um ein Vielfaches größer als die Gesamtinduktivität aus Grund- und Beschichtungsmaterial der dritten Spule 9 ist, so dass der HF-Strom wegen der deutlich höheren Impedanz der zweiten Spule 8 bevorzugt durch die dritte Spule 9 fließt.

[0094] In der Zündspule der zweiten Ausführungsform der Anordnung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, die im Folgenden anhand der Figuren 3A, 3B, 3C und 3D vorgestellt wird, weist die dritte Spule 9 keinen Magnetkern auf und ist somit als Luftspule realisiert. Bei einer geeignet gewählten Orientierung der dritten Spule 9 zum Magnetkern 7 ist es möglich, die magnetische und induktive Kopplung zwischen der dritten Spule 9 und der ersten Spule 1 über den im Magnetkern 7 geführten und konzentrierten magnetischen Fluss deutlich zu minimieren. Eine magnetische und induktive Kopplung mit der ersten Spule 1 existiert nur noch über den deutlich schwächer ausgeprägten Streufluss. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform einer Zündspule ist das magnetische und induktive Einkoppeln der HF-Spannung von der Sekundärseite in die Primärseite der Zündspule deutlich minimiert.

[0095] In der Zündspule der ersten Untervariante der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 3A ist die als Luftspule realisierte dritte Spule 9 seitlich beabstandet zu einer Stirnfläche 21 des Magnetkerns 7 positioniert. Außerdem umschließt die dritte Spule 9 mit ihren Windungen zumindest einen Bereich der ersten Spule 1 und der dritten Spule 8, der dem aus dem Magnetkern 7 herausragenden Bereich der ersten Spule 1 und der dritten Spule 8 entspricht.

[0096] Somit nimmt die dritte Spule 9 den noch unbenutzten Raum seitlich des Magnetkerns 7 ein, der von der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 8 nicht benutzt ist. Im Hinblick auf eine kompakte Bauform der Zündspule ist die dritte Spule 9 aber nah am Magnetkern 7 und an der ersten und zweiten Spule 1 und 8 positioniert. Auf diese Weise wird eine kompakte Bauform für die Zündspule realisiert. Selbstverständlich kann die dritte Spule 9 in der in Fig. 3A dargestellten Anordnung einer Zündspule nicht nur oberhalb des Magnetkerns 7, sondern auch unterhalb des Magnetkerns 7 angeordnet sein.

[0097] Schließlich ist die Querschnittsfläche der dritten Spule 9 parallel zur Stirnfläche 21 des Magnetkerns 7 orientiert. Durch diese Orientierung der dritten Spule 9 zum Magnetkern 7 verläuft das Magnetfeld der dritten Spule 9 orthogonal zur Richtung des magnetischen Flusses der ersten und der zweiten Spule 1 und 8 innerhalb des Magnetkerns 7. Einzig im Übergangsbereich zwischen dem Hauptschenkel und den beiden Jochen des Magnetkerns 7 ist die Orthogonalität in der Orientierung des Magnetfeldes der dritten Spule 9 zum Magnetfluss innerhalb des Magnetkerns 7 geringfügig nicht gegeben. Da dieser Übergangsbereich aber sehr klein ist und nicht im Maximum der magnetischen Feldstärke der dritten Spule liegt, ist eine magnetische und induktive Kopplung zwischen der dritten Spule 9 und den beiden anderen Spulen der Zündspule, insbesondere der ersten Spule 1, weitest möglich minimiert.

[0098] In der Zündspule einer zweiten Untervariante der zweiten Ausführungsform ist die dritte Spule 9 ebenfalls seitlich beabstandet zu einer Stirnfläche 21 des Magnetkerns 7 positioniert. Die dritte Spule 9 ist hierbei entweder zu einem der beiden Joche oder zu einem der beiden Rückschlussschenkel des Magnetkerns 7 seitlich benachbart angeordnet. Somit nimmt die dritte Spule 9 auch in der zweiten Untervariante den noch unbenutzten Raum seitlich des Magnetkerns 7 ein, der von der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 8 nicht benutzt ist. Auch in diesem Fall wird eine kompakte Bauform für die Zündspule erzielt.

[0099] Die Querschnittsfläche der dritten Spule 9 ist in der zweiten Untervariante senkrecht zu einer Stirnfläche 21 des Magnetkerns 7 positioniert. Auch in der zweiten Untervariante ist das Magnetfeld der dritten Spule 9 innerhalb des Magnetkerns 7 orthogonal zur Richtung des im Magnetkern 7 geführten Magnetflusses der ersten und der zweiten Spule 1 und 8 orientiert. Einzig im Übergangsbereich zwischen dem Hauptschenkel und den beiden Jochen des Magnetkerns 7 ist die Orthogonalität zwischen dem Magnetfeld der dritten Spule 9 und dem im Magnetkern geführten Magnetfluss der ersten und der zweiten Spule 1 und 8 geringfügig nicht gegeben. Da die Spulenlänge typischerweise größer als der Drahtdurchmesser der dritten Spule 9 ist, ist die Orthogonalität zwischen dem Magnetfeld der dritten Spule 9 und dem im Magnetkern geführten Magnetfluss der ersten und der zweiten Spule 1 und 8 im Übergangsbereich zwischen dem Hauptschenkel und den beiden Jochen des Magnetkerns 7 in der zweiten Untervariante geringfügig schlechter ausgeprägt als in der ersten Untervariante. Da aber auch hier der Übergangsbereich vergleichsweise sehr klein ist und sich nicht im Maximum der magnetischen Feldstärke der dritten Spule 9 befindet, ist auch in der zweiten Untervariante der zweiten Ausführungsform die magnetische Kopplung zwischen der dritten Spule 9 und der ersten sowie der zweiten Spule 1 und 8 reduziert.

[0100] Die dritte Spule 9 weist in der zweiten Untervariante eine geringere Querschnittsfläche als in der ersten Untervariante auf und besitzt somit eine geringere Induktivität. Für die Auslegung des Bandpassfilters 14 ist, wie weiter oben schon erwähnt wurde, bei gegebener Frequenz der HF-Spannung und bei einer vergleichsweise geringen Kapazität des Kondensators 15 eine vergleichsweise hohe Induktivität für die dritte Spule 9 erforderlich ist.

[0101] Hierzu werden in einer Erweiterung der zweiten Untervariante der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 3C mehrere dritte Spulen 9₁, 9₂, 9₃ und 9₄ seriell geschaltet. Mit jeder zusätzlich seriell verschalteten dritten Spule erhöht sich die Gesamtinduktivität einer derartigen seriellen Verschaltung von dritten Spulen um die Induktivität einer einzelnen dritten Spule.

[0102] Da an jedem Joch und an jedem Rückschlussschenkel des Magnetkerns 7 und an jeder der beiden Stirnflächen 21 des Magnetkerns 7 jeweils eine dritte Spule 9 seitlich beabstandet positioniert werden kann, sind bis zu acht dritte Spulen in der Zündspule positionierbar und verschaltbar. Auf diese Weise lässt sich die Gesamtinduktivität einer derartigen seriellen Verschaltung von dritten Spulen um den Faktor acht gegenüber der Induktivität einer einzelnen dritten Spule vervielfachen.

[0103] Auch in der ersten Untervariante lässt sich die Induktivität der dritten Spule 9 verdoppeln, wenn seitlich beabstandet zu den beiden Stirnflächen 21 des Magnetkerns 7 jeweils eine dritte Spule positioniert ist und beide dritte Spulen zueinander seriell verschaltet sind.

[0104] In der Zündspule einer dritten Untervariante der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 3D ist die dritte Spule 9 seitlich zur Mantelfläche der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 8, bevorzugt seitlich zur Mantelfläche der außenseitigen angeordneten zweiten Spule 8, positioniert. Aufgrund der seitlichen Positionierung der dritten Spule 9 zur ersten und zur zweiten Spule 1 und 8 ist die Bauform der Zündspule in der dritten Untervariante der zweiten Ausführungsform gegenüber allen bisher vorgestellten Untervarianten und Ausführungsformen zwar geringfügig verschlechtert. Auf Kosten der geringeren Kompaktheit der Zündspule sind in der dritten Untervariante aber aufgrund des größeren Abstandes der dritten Spule 9 zum Magnetkern 7 geringere Wirbelstromverluste im Magnetkern 7, d.h. geringere HF-Verluste der von einem HF-Strom durchflossenen dritten Spule 9, realisierbar. Auch die magnetische und induktive Kopplung zwischen der dritten Spule 9 und den beiden Spulen der Zündspule, insbesondere der ersten Spule 1, ist aufgrund des größeren Abstandes zwischen der dritten Spule 9 und dem Magnetkern 7 reduziert. Schließlich ist in der dritten Untervariante eine höhere Induktivität für die dritte Spule 9 verwirklichbar, da Freiräume zur Verlängerung der dritten Spule 9 und zur Vergrößerung der Querschnittsfläche der dritten Spule 9 gegeben sind.

[0105] Neben der Minimierung der magnetischen Kopplung zwischen der dritten Spule 9 und den beiden anderen Spulen der Zündspule, insbesondere der ersten Spule 1, ist zusätzlich das elektrische Einkoppeln der HF-Spannung vom HF-Anschluss 12 in die zweite Spule 8 zu minimieren. Die Minimierung des elektrischen Einkoppelns der HF-Spannung vom HF-Anschluss 12 in die zweite Spule 8 wird im Folgenden anhand der Figuren 4A bis 4C im Detail erläutert:
In einer ersten Variante zur Minimierung des elektrischen Einkoppelns der HF-Spannung vom HF-Anschluss 12 in die zweite Spule 8 gemäß Fig. 4A ist zwischen dem HF-Anschluss 12 und der zweiten Spule 8 ein ohmsche Widerstand 22 geschaltet. Um eine möglichst kompakte Bauform für die Zündspule zu erzielen, ist der ohmsche Widerstand 22 bevorzugt in einem von der ersten Spule 1, der zweiten Spule 8 und der dritten Spule 9 noch nicht benutzten Raum seitlich von einer der beiden Stirnflächen 21 des Magnetkerns 7 zu positionieren.

[0106] Der ohmsche Widerstand 22 ist so dimensioniert, dass ein von der HF-Spannung am HF-Anschluss 12 getriebener HF-Strom derart gedämpft wird, dass durch die zweite Spule 8 nur ein vergleichsweise geringer HF-Strom fließt. Der ohmsche Widerstand 22 ist außerdem in Relation zum ohmschen Widerstand innerhalb der zweiten Spule 8 so zu dimensionieren, dass der HF-Spannungspegel am Übergang zwischen der zweiten Spule 8 und dem ohmschen Widerstand 22 deutlich niedriger als am HF-Anschluss 12 ist.

[0107] Der ohmsche Widerstand 22 dämpft als zusätzlichen positiven Effekt auch den durch den Hochspannungsimpuls getriebenen Zündkerzenstrom. Dieser Zündkerzenstrom, der eine Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer verursacht, ist mit einem durch den Zündvorgang verursachten höherfrequenten Störstrom überlagert. Der im Zündkerzenstrom überlagerte höherfrequente Störstrom wird nachteilig als EMV-Störung aus der Zündkerze ausgekoppelt und in der Zuleitung der Zündkerze abgestrahlt. Da der Pegel des höherfrequenten Störstroms vom Pegel des Zündkerzenstroms abhängig ist, kann durch die Dämpfung des Zündkerzenstroms mittels des ohmschen Widerstands 22 die EMV-Abstrahlung wirksam vermindert werden.

[0108] In einer zweiten Variante zur Minimierung des elektrischen Einkoppelns der HF-Spannung vom HF-Anschluss 12 in die zweite Spule 8 gemäß Fig. 4B ist eine weitere Spule 23, die im Folgenden als vierte Spule 23 bezeichnet wird, zwischen dem HF-Anschluss 12 und der zweiten Spule 8 geschaltet. Diese vierte Spule 23 ist als HF-Spule ausgebildet und somit im Hinblick auf eine Minimierung der HF-Verluste als Luftspule realisiert. Bevorzugt ist die vierte Spule 23 als Drosselspule ausgebildet und dämpft mit ihrer induktiven Impedanz die am HF-Anschluss 12 eingespeiste HF-Spannung. Am Übergang zwischen der vierten Spule 23 und der zweiten Spule 8 liegt folglich ein HF-Spannungspegel an, der gegenüber dem Spannungspegel der HF-Spannung am HF-Anschluss 12 reduziert ist.

[0109] Im Hinblick auf eine kompakte Bauform der Zündspule ist die als Luftspule realisierte vierte Spule 23 in Analogie zur dritten Spule 9 in der ersten Untervariante der zweiten Ausführungsform einer Zündspule seitlich beabstandet zu einer Stirnfläche 21 des Magnetkerns 7 positioniert und umschließt den aus dem Magnetkern 7 herausragenden Bereich der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 8. Gemäß Fig. 4B sind die dritte Spule 9 und die vierte Spule 23 jeweils seitlich beabstandet zu zwei verschiedenen Stirnflächen 21 des Magnetkerns 7 positioniert, sodass eine Zündspule mit höchster Kompaktheit realisiert ist.

[0110] Die Querschnittsfläche der vierten Spule 23 ist in Analogie zur Querschnittsfläche der dritten Spule 9 parallel zu einer Stirnfläche 21 des Magnetkerns 7 orientiert. Auf diese Weise sind die Magnetfelder sowohl der dritten Spule 9 als auch der vierten Spule 23 jeweils orthogonal zur Richtung des Magnetflusses der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 8 innerhalb des Magnetkerns 7 orientiert. Somit ist die magnetische und induktive Kopplung der dritten Spule 9 und auch der vierten Spule 23 zur ersten Spule 1 und zur zweiten Spule 8 reduziert.

[0111] Gemäß Fig. 4C kann die vierte Spule 23 in Analogie zur dritten Spule in der zweiten Untervariante der zweiten Ausführungsform seitlich beabstandet zu einer Stirnfläche 21 des Magnetkerns 7 positioniert sein und gleichzeitig mit ihrer Querschnittfläche senkrecht zu einer Stirnfläche 21 des Magnetkerns 7 orientiert sein. Die dritte Spule 9 und die vierte Spule 23 können gemäß Fig. 4C jeweils seitlich beabstandet zu zwei verschiedenen Stirnflächen 21 des Magnetkerns 7 positioniert sein.

[0112] In Analogie zur Erweiterung der zweiten Untervariante der zweiten Ausführungsform können im Hinblick auf eine Erhöhung der Induktivität der vierten Spule 23 mehrere vierte Spule 23 seriell verschaltet sein und platzoptimiert innerhalb der Zündspule angeordnet sein.

[0113] In einer dritten Ausführungsform einer Anordnung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist und die in Fig. 5 dargestellt ist, ist im Hinblick auf eine kompakte Bauform die dritte Spule 9 im Verbindungsschacht 24 eines Motorblockes 25 angeordnet. Die dritte Spule 9 ist hierbei seitlich zur Mantelfläche der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 8, bevorzugt seitlich zur Mantelfläche der außenseitig angeordneten zweiten Spule 8, positioniert.

[0114] Die Querschnittsfläche der dritten Spule 9 ist hierbei parallel zu einer Stirnfläche 21 des Magnetkerns 7 orientiert. Auf diese Weise ist das Magnetfeld der dritten Spule 9 orthogonal zum Magnetfluss der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 8 orientiert, der im Magnetkern 7 geführt ist. Somit ist die magnetische und induktive Kopplung zwischen der dritten Spule 9 und der ersten Spule 1 mit Ausnahme der Kopplung durch den Streufluss minimiert.

[0115] Das Gehäuse 19 der Zündspule, das in Fig. 5 gestrichelt angedeutet ist, ist so ausgelegt, dass es alle Komponenten der Zündspule enthält und in den Verbindungsschacht 24 des Motorblockes 25 einführbar ist.

[0116] Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar, innerhalb des durch die Ansprüche definierten Schutzumfangs.

Bezugszeichenliste

[0117] 

1

erste Spule

2

Gleichspannungsanschluss

3

Schalter

4

Gleichspannungsquelle

5

Masseanschluss

6

Zündkerze

7

Magnetkern

8

zweite Spule

9

dritte Spule

9₁, 9₂, 9₃, 9₄

dritte Spule

10

Masseanschluss

11

Hochspannungsanschluss

12, 12'

Hochfrequenzanschluss

13

Hochfrequenzspannungsquelle

14

Bandpassfilter

15

Kondensator

16

Hauptschenkel

17₁, 17₂

Rückschlussschenkel

18₁, 18₂

Joch

19

Gehäuse

20

Vergussmasse

21

Stirnfläche

22

ohmsche Widerstand

23

vierte Spule

24

Verbindungschacht

25

Motorblock

26

Folie

Ansprüche

1. Anordnung zur Integration einer Zündspule und eines Bandpassfilters (14) umfassend

einen Kondensator (15) und eine Zündspule zur Erzeugung eines Hochspannungsimpulses mit einer überlagerten Hochspannungsfrequenz, wobei die Zündspule

eine primärseitig angeordnete erste Spule (1),

eine sekundärseitig angeordnete zweite Spule (8),

eine sekundärseitig angeordnete dritte Spule (9) und einen Magnetkern (7) aufweist,

wobei Windungen der ersten Spule (1), der zweiten Spule (8) und der dritten Spule (9) um den Magnetkern (7) gewickelt sind,

wobei ein Anschluss der zweiten Spule (8), ein Anschluss der dritten Spule (9) und ein Anschluss (12) des Kondensators (15) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wobei der Anschluss (12) ein Hochfrequenzanschluss (12) der Zündspule ist,

wobei ein weiterer Anschluss des Kondensators (15), auf der dem genannten Anschluss (12) des Kondensators entgegengesetzten Kondensatorseite, eingerichtet ist, eine Hochfrequenzspannung zu empfangen,

wobei ein weiterer Hochspannungsanschluss (11) der dritten Spule (9), an einem dem genannten Anschluss der dritten Spule (9) entgegengesetzten Ende der dritten Spule (9), eingerichtet ist, mit einer Zündkerze (6) elektrisch leitend verbindbar zu sein,

wobei das Bandpassfilter (14) den Kondensator (15) und die dritte Spule (9) der Zündspule aufweist.

2. Anordnung gemäß Patentanspruch 1,
wobei zwischen der ersten Spule (1), der zweiten Spule (8), der dritten Spule (9) und dem Magnetkern (7) jeweils ein Abstandselement aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet ist, durch das die erste Spule (1), die zweite Spule (8), die dritte Spule (9) und der Magnetkern (7) jeweils zueinander positioniert und orientiert sind.

3. Anordnung gemäß Patentanspruch 1 oder 2,
wobei jeweils aufeinander folgende Windungen der dritten Spule (9) jeweils einen größeren Abstand und/oder einen größeren Drahtdurchmesser als jeweils aufeinander folgende Windungen der zweiten Spule (8) aufweisen.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die dritte Spule (9) die erste Spule (1) und die zweite Spule (8) umschließt und von der zweiten Spule (8) durch eine Folie (26) aus einem magnetisierbaren Material getrennt positioniert ist.

5. Anordnung zur Einspeisung einer Hochfrequenzspannung in eine Zündspule umfassend

die Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 und

eine Hochfrequenzspannungsquelle (13), wobei ein Anschluss der Hochfrequenzspannungsquelle (13) mit dem weiteren Anschluss des Kondensators (15) verbunden ist.

Claims

1. An arrangement for the integration of an ignition coil and a bandpass filter (14) comprising a capacitor(15) and an ignition coil for generating a high voltage pulse with a superimposed high voltage frequency, wherein the ignition coil has

a first coil (1) arranged on the primary side,

a second coil (8) arranged on the secondary side,

a third coil (9) arranged on the secondary side

and a magnetic coil (7),

wherein windings of the first coil (1), the second coil (8) and the third coil (9) are wound around the magnetic core (7),

wherein a connection of the second coil (8), a connection of the third coil (9) and a connection (12) of the capacitor (15) are electrically conductively connected to each other, wherein the connection (12) is a high frequency connection (12) of the ignition coil,

wherein a further connection of the capacitor (15) is set up on the capacitor side opposite said connection (12) of the capacitor, in order to receive a high frequency voltage,

wherein a further high voltage connection (11) of the third coil (9), is set up on an end of the third coil (9) opposite said connection of the third coil (9), to be electrically conductively connectable to an ignition plug (6),

wherein the bandpass filter (14) has the capacitor (15) and the third coil (9) of the ignition coil.

2. The arrangement according to patent claim 1,
wherein between the first coil (1), the second coil (8), the third coil (9) and the magnetic core (7) in each case a spacer element made of electrically insulating material is arranged, by means of which the first coil (1), the second coil (8), the third coil (9) and the magnetic core (7) are each positioned and oriented in respect to each other.

3. The arrangement according to patent claim 1 or 2,
wherein successive windings of the third coil (9) each have a greater spacing and/or a greater wire diameter than each of the successive windings of the second coil (8).

4. The arrangement according to claims 1 to 3,
wherein the third coil (9) encloses the first coil (1) and the second coil (8) and is positioned separated from the second coil (8) by a film (26) made of a magnetizable material.

5. An arrangement for feeding a high frequency voltage into an ignition coil comprising the arrangement according to any one of claim 1 to 4 and a high frequency voltage source (13), wherein a connection of the high frequency voltage source (13) is connected to the further connection of the capacitor (15).

Revendications

1. Dispositif pour l'intégration d'une bobine d'allumage et d'un filtre passe-bande (14) comprenant

un condensateur (15) et une bobine d'allumage pour la production d'une impulsion à haute tension avec une fréquence de haute tension superposée, dans lequel la bobine d'allumage comprend

une première bobine (1) disposée côté primaire,

une deuxième bobine (8) disposée côté secondaire,

une troisième bobine (9) disposée côté secondaire

et un noyau magnétique (7),

dans lequel les spires de la première bobine (1), de la deuxième bobine (8) et de la troisième bobine (9) sont enroulées autour du noyau magnétique (7),

dans lequel une borne de la deuxième bobine (8), une borne de la troisième bobine (9) et une borne (12) du condensateur (15) sont reliées électriquement entre elles, dans lequel la borne (12) est une borne à haute fréquence (12) de la bobine d'allumage,

dans lequel une autre borne du condensateur (15), sur le côté du condensateur opposé à la borne (12) mentionnée du condensateur, est conçue pour recevoir une tension à haute fréquence,

dans lequel une autre borne à haute tension (11) de la troisième bobine (9), à une extrémité de la troisième bobine (9) opposée à la borne mentionnée de la troisième bobine (9), est conçue pour être reliée électriquement à une bougie d'allumage (6),

dans lequel le filtre passe-bande (14) comprend le condensateur (15) et la troisième bobine (9) de la bobine d'allumage.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel, entre la première bobine (1), la deuxième bobine (8), la troisième bobine (9) et le noyau magnétique (7), est disposé respectivement un élément d'écartement constitué d'un matériau électriquement isolant grâce auquel la première bobine (1), la deuxième bobine (8), la troisième bobine (9) et le noyau magnétique (7) sont respectivement positionnés et orientés les uns par rapport aux autres.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel des spires successives de la troisième bobine (9) présentent respectivement une distance plus grande et/ou un diamètre de fil plus grand que des spires successives de la deuxième bobine (8).

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la troisième bobine (9) entoure la première bobine (1) et la deuxième bobine (8) et est positionnée de manière séparée de la deuxième bobine (8) grâce à un film (26) constitué d'un matériau magnétisable.

5. Dispositif d'alimentation d'une bobine d'allumage avec une tension à haute fréquence, comprenant le dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 et une source de tension à haute fréquence (13), dans lequel une borne de la source de tension à haute fréquence (13) est reliée avec l'autre borne du condensateur (15).

Zeichnung