EP0565964A2 - Hochspannungsspule für einen Zündtransformator - Google Patents

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EP0565964A2
EP0565964A2 EP93105438A EP93105438A EP0565964A2 EP 0565964 A2 EP0565964 A2 EP 0565964A2 EP 93105438 A EP93105438 A EP 93105438A EP 93105438 A EP93105438 A EP 93105438A EP 0565964 A2 EP0565964 A2 EP 0565964A2
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EP
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winding
voltage coil
chamber openings
edge
chamber
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EP93105438A
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EP0565964B1 (de
EP0565964A3 (de
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Francesco Tridico
Siegmund Oberer
Angelika Gohle
Manfred Dieterich
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BERU Ruprecht GmbH and Co KG
Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
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BERU Ruprecht GmbH and Co KG
Beru Werk Albert Ruprecht GmbH and Co KG
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/12—Ignition, e.g. for IC engines
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
    • H01F2005/022—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers wound on formers with several winding chambers separated by flanges, e.g. for high voltage applications

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage coil for an ignition transformer of an ignition system of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the chamber openings for connecting the individual winding chambers are arranged approximately centrally in relation to the straight sides of the hollow-cylindrical coil former. Since the ignition voltage collapses within nano or even picoseconds from approx. 15 kV to approx. 800 V, the voltage changes quickly and acts as a shock wave runs into the ignition transformer. The electrical, dynamically running fields result in high field stress in the axial direction of the secondary or high-voltage winding of the ignition transformer.
  • the object underlying the invention is therefore to design the high-voltage coil according to the preamble of claim 1 so that it has a high dielectric strength in the axial direction.
  • the embodiment shown in the drawing of the high-voltage coil according to the invention for an ignition transformer comprises a coil former which is approximately in the form of a hollow cylinder with straight sides and rounded edges.
  • the rounding of the edges is shown in particular in FIG. 2 in a view in the direction of the arrow BB, the rounding radius being denoted by R.
  • Radially protruding, circumferential separating webs 3 are provided to limit winding chambers 1, which accommodate winding groups 6 of the high-voltage winding.
  • the winding groups 6 each consist of a certain number of turns.
  • the separating webs 3 are each provided with chamber openings 4 which connect adjacent winding chambers 1 to one another.
  • the winding groups 6 are electrically connected to one another via a winding wire transition leading through the chamber openings 4.
  • the coil body can consist of a thermoplastic material and a copper wire with impregnating resin can be used as the winding wire, which wire is wound into the winding chambers 1 on the chamber bottom 5.
  • the chamber openings 4 are arranged at a specific point with respect to the rounded edges of the coil body.
  • the chamber openings 4 start in the winding direction from a point at the beginning of the rounding of a coil edge, i.e. start at the zero point of the respective circumferential radius R of the chamber base 5.
  • the design of the chamber openings 4 is chosen in particular so that the winding wire 2 in the area of the wire transition in the chamber openings 4 takes a tangential course on the circular arc of the rounding of the coil body with the radius A. With such a design of the chamber openings 4 within the separating webs 3 and the arrangement on the radius A, the wire is guided to the chamber bottom.
  • a ramp 7 is formed which extends radially and is dimensioned such that the risk of short-circuiting of turns within a winding group 6 is low.
  • the gap angle ⁇ and the associated radii are selected such that the parts of the separating webs 3 delimiting the chamber openings 4 overlap one another in the radial direction from the lower edge to the upper edge of the chamber openings 4.
  • the above-described embodiment of the high-voltage coil for an ignition transformer according to the invention can in particular be designed such that the separating webs 3 have a thickness of 1.0 to 1.7 mm in the case of a coil body made of a thermoplastic material.
  • the chamber openings 4 are formed obliquely to the axial direction according to FIG. 1, there is a longer insulation path in the voltage-resistant material of the coil body and a longer creep path at the interface between the material of the coil body and the casting resin with which the coil body is poured out.
  • the wire transition between adjacent winding chambers 1 thus has an extended creepage distance and the position of the wire transition is on one side, so that a large insulation gap is created between the windings and above the conducted winding wire.
  • the high-voltage coil according to the invention has the further advantage that it is insensitive to defects in the manufacturing process and the related enamelled copper wire and the impregnating resin and that the winding process is simplified.
  • the high-voltage coil according to the invention is characterized in particular by a longer service life when the cooking voltage winding is loaded with a spark gap, particularly at high temperatures.

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Abstract

Hochspannungssspule für einen Zündtransformator einer Zündanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Spulenkörper, der etwa in Form eines Hohlzylinders mit geraden Seiten und abgerundeten Kanten ausgebildet ist. Der Spulenkörper weist Trennstege 3 auf, die Wicklungskammern 1 begrenzen und mit Kammerdurchbrüchen 4 versehen sind. Die Wicklung ist gruppenweise in die Wicklungskammern 1 gewickelt. Die Wicklungsgruppen 6 sind über Wickeldrahtübergänge miteinander verbunden, die durch die Kammerdurchbrüche 4 führen. Die Kammerdurchbrüche 4 sind von einer Stelle in Wicklungsrichtung am Anfang der Abrundung einer Spulenkörperkante ausgehend ausgebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsspule für einen Zündtransformator einer Zündanlage einer Brennkraftmaschine nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei einer derartigen Hochspannungsspule, die beispielsweise aus der DE-3504298A1 oder der DE-3937828C1 bekannt ist, sind die Kammerdurchbrüche zur Verbindung der einzelnen Wicklungskammern bezüglich der geraden Seiten des hohlzylinderförmigen Spulenkörpers etwa mittig angeordnet. Da beim Zündvorgang die Zündspannung innerhalb von Nano- oder sogar Picosekunden von ca. 15kV auf ca. 800V zusammenfällt, ergibt sich eine schnell veränderliche Spannung, die als Stoßwelle in den Zündtransformator hineinläuft. Durch die elektrischen, dynamisch verlaufenden Felder tritt eine hohe Feldbeanspruchung in axialer Richtung der Sekundär- oder Hochspannungswicklung des Zündtransformators auf.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, die Hochspannungsspule nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 so auszugestalten, daß sie eine hohe Spannungsfestigkeit in axialer Richtung hat.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben ist.
  • Besonders bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hochspannungsspule sind Gegenstand der Patentansprüche 2-4.
  • Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Hochspannungsspule und
    • Fig. 2 eine vergrößerte Teilseitenansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 sowie Ansichten in Richtung der Pfeile A-A und B-B jeweils.
  • Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochspannungsspule für einen Zündtransformator umfaßt einen Spulenkörper, der etwa in Form eines Hohlzylinders mit geraden Seiten und abgerundeten Kanten ausgebildet ist. Die Abrundung der Kanten ist insbesondere in Fig. 2 in einer Ansicht in Richtung des Pfeiles B-B dargestellt, wobei der Abrundungsradius mit R bezeichnet ist. Radial vorstehende, umlaufende Trennstege 3 sind dazu vorgesehen, Wicklungskammern 1 zu begrenzen, die Wicklungsgruppen 6 der Hochspannungswicklung aufnehmen. Die Wicklungsgruppen 6 bestehen jeweils aus einer bestimmten Anzahl von Windungen.
  • Die Trennstege 3 sind mit Kammerdurchbrüchen 4 jeweils versehen, die benachbarte Wicklungskammern 1 miteinander verbinden. Die Wicklungsgruppen 6 sind über einen durch die Kammerdurchbrüche 4 führenden Wickeldrahtübergang elektrisch miteinander verbunden.
  • Der Spulenkörper kann aus einem thermoplastischen Material bestehen und als Wicklungsdraht kann ein Kupferlackdraht mit Imprägnierharz verwandt werden, der in die Wicklungskammern 1 auf den Kammerboden 5 jeweils gewickelt ist.
  • Wie es insbesondere in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Kammerdurchbrüche 4 an einer bestimmten Stelle bezüglich der abgerundeten Kanten des Spulenkörpers angeordnet. Die Kam merdurchbrüche 4 gehen in Wickelrichtung von einer Stelle am Anfang der Abrundung einer Spulenkante aus, d.h. beginnen am Nullpunkt des jeweiligen Umfangsradius R des Kammerbodens 5.
  • Die Ausbildung der Kammerdurchbrüche 4 ist insbesondere so gewählt, daß der Wickeldraht 2 im Bereich des Drahtüberganges in den Kammerdurchbrüchen 4 einen tangentialen Verlauf an den Kreisbogen der Abrundung des Spulenkörpers mit dem Radius A nimmt. Bei einer derartigen Ausbildung der Kammerdurchbrüche 4 innerhalb der Trennstege 3 und der Anordnung am Radius A wird der Draht auf den Kammerboden geführt.
  • Im Bereich der Kammerdurchbrüche 4 ist eine Rampe 7 ausgebildet, die radial verläuft und so dimensioniert ist, daß die Gefahr eines Kurzschließens von Windungen innerhalb einer Wicklungsgruppe 6 gering ist. Um die einzelnen Wicklungsgruppen 6 voneinander zu trennen, sind der Spaltwinkel α sowie die zugehörigen Radien so gewählt, daß die die Kammerdurchbrüche 4 begrenzenden Teile der Trennstege 3 einander von der Unterkante bis zur Oberkante der Kammerdurchbrüche 4 in radialer Richtung überlappen. Durch diese Ausbildung werden elektrische Überschläge im Drahtübergangsbereich ausgeschlossen, da der Draht so geführt ist, daß sich der Isolierabstand analog zur Eintauchtiefe vergrößert.
  • Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochspannungsspule für einen Zündtransformator kann insbesondere so ausgebildet sein, daß bei einem Spulenkörper aus einem thermoplastischen Material die Trennstege 3 eine Dicke von 1,0 bis 1,7 mm haben.
  • Da gemäß Fig. 1 die Kammerdurchbrüche 4 schräg zur axialen Richtung ausgebildet sind, ergibt sich ein längerer Isolierweg im Spannungsfesten Material des Spulenkörpers und ein längerer Kriechweg an der Grenzfläche zwischen dem Material des Spulenkörpers und dem Gießharz, mit dem der Spulenkörper ausgegossen ist. Der Drahtübergang zwischen benachbarten Wicklungskammern 1 hat somit einen verlängerten Kriechweg und die Lage des Drahtübergangs befindet sich auf einer Seite, so daß eine große Isoliestrecke zwischen den Wicklungen und über dem geleiteten Wickeldraht entsteht.
  • Die erfindungsgemäße Hochspannungsspule hat weiterhin den Vorteil, daß sie gegenüber Mängeln im Fertigungsprozeß und des verwandten Kupferlackdrahts und des Imprägnierharzes unempfindlich ist und daß der Wickelprozeß vereinfacht ist.
  • Die erfindungsgemäße Hochspannungsspule zeichnet sich jedoch insbesondere durch eine längere Lebensdauer bei Belastung der Kochspannungswicklung mit einer Funkenstrecke insbesondere bei hohen Temperaturen aus.

Claims (4)

  1. Hochspannungsspule für einen Zündtransformator einer Zündanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Spulenkörper, der etwa in Form eines Hohlzylinders mit geraden Seiten und abgerundeten Kanten ausgebildet ist und radial vorstehende, umlaufende Trennstege aufweist, die Wicklungskammern begrenzen und mit Kammerdurchbrüchen versehen sind, und einer Wicklung, die gruppenweise mit einer bestimmten Anzahl von Windungen in die Wicklungskammern jeweils gewickelt ist, wobei die Wicklungsgruppen über einen Wickeldrahtübergang miteinander verbunden sind, der durch die Kammerdurchbrüche führt, dadurch Gekennzeichnet, daß die Kammerdurchbrüche (4) in Wickelrichtung von einer Stelle am Anfang der Abrundung einer Spulenkörperkante ausgehen.
  2. Hochspannungsspule nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Wickeldrahtübergang im wesentlichen tangential zur Abrundung der Spulenkörperkante verläuft.
  3. Hochspannungsspule nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Kammerdurchbrüche (4) jeweils radial verlaufende Rampen (7) ausgebildet sind.
  4. Hochspannungsspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die die Kammerdurchbrüche (4) begrenzenden Teile der Trennstege (3) von der Unterkante bis zur Oberkante der Durchbrüche (4) in radialer Richtung einander überlappen.
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EP0565964A3 EP0565964A3 (de) 1993-11-03
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DE59302011D1 (de) 1996-05-02
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