DE2338925A1 - IGNITION COIL, IN PARTICULAR IGNITORS FOR MAGNETIC IGNITORS - Google Patents
IGNITION COIL, IN PARTICULAR IGNITORS FOR MAGNETIC IGNITORSInfo
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Description
R. 16 OOR. 16 OO
l6.7. 1973 Ws/Mal6.7. 1973 Ws / Ma
Anlage zurAttachment to
Patent- und Gebrauchsmusterhilf sanmeldungPatent and utility model registration
Die Erfindung betrifft eine Zündspule, insbesondere einen Zündanker für Magnetzünder von Brennkraftmaschinen,mit einem Eisenkern und einem darauf befestigten Isolationskörper der eine Primär- und eine Sekundärxvicklung trägt, wobei der Anfang der aussenliegenden, aus mehreren Wicklungslagen bestehenden Sekundärwicklung mit dem Ende der Primärwicklung in Reihe geschaltet ist und das Ende der Sekundärwicklung einen Hochspannungsanschluss für ein Zündkabel trägt.The invention relates to an ignition coil, in particular an ignition armature for magneto igniters of internal combustion engines an iron core and an insulation body attached to it, which carries a primary and a secondary winding, wherein the beginning of the outer secondary winding consisting of several winding layers with the end of the Primary winding is connected in series and the end of the secondary winding has a high voltage connection for a Ignition cable carries.
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Die Sekundärwicklung der bekannten Zündspulen und Zündanker für Brennkraftmaschinen besteht aus sehr vielen Windungen dünnen Drahtes, die lagenweise mit Zwischenisolationen gewickelt sind. In ihr wird die zur Zündung der Brennkraftmaschine erforderliche Zündspannung induziert. Je nach Auslegung der Zündspule wird dabei bei jedem Zündvorgang ein Hochspannungsimpuls mit einer Anstiegsgeschwindigkeit von 500 V bis 5 kV je ps auf eine Spannungshöhe von 10 kV bis 15 kV aufgebaut, der beim Überschlag des Zündfunkens an den Elektroden einer Zündkerze innerhalb weniger ns wieder zusammenbricht.The secondary winding of the known ignition coils and armatures for internal combustion engines consists of very many turns of thin wire wrapped in layers with intermediate insulation. In her the Induced ignition voltage required to ignite the internal combustion engine. Depending on the design of the ignition coil a high-voltage pulse with a rate of rise of 500 V is generated with each ignition process up to 5 kV per ps to a voltage level of 10 kV up to 15 kV, which occurs within a few ns when the spark flashes on the electrodes of a spark plug collapses again.
Diese hochfrequenten Spannungsänderungen bewirken eine unterschiedliehe Spannungsbeanspruchung der einzelnen Zwischenisolationen der verschiedenen Wicklungslagen, wobei erfahrungsgemäss besonders die Anfangs- und Endlagen der Sekundärwicklung spannungsmässig sehr hoch beansprucht werden. Bei ausgefallenen Zündspulen wurde ermittelt, dass die Spannungsüberschläge am Anfang bzw. am Ende der Sekundärwicklung aufgetreten waren.These high-frequency voltage changes cause a different voltage stress on the individual Intermediate insulation of the various winding layers, experience has shown that especially the initial and The end positions of the secondary winding are subject to very high stresses. If the ignition coils failed determines that the voltage flashovers occurred at the beginning or at the end of the secondary winding.
Zur Verbesserung der Spannungsfestigkeit solcher Hochspannungspulen ist es bekannt, die Anfangs- und Endlagen mit einer verstärkten Zwischenisolation auszuführen und zur Herabsetzung der Lagenspannung die Anfangs- und Endlage jeweils gesperrt zu wickeln. Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit derartigen Massnahmen eine entscheidende Verbesserung der Spannungsfestigkeit nicht zu erzielen ist.To improve the dielectric strength of such high-voltage coils it is known to carry out the start and end positions with reinforced intermediate insulation and To reduce the layer tension, wrap the start and end positions in a locked manner. It has, however showed that such measures do not lead to a decisive improvement in the dielectric strength is to achieve.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stossspannungsfestigkeit von Zündspulen und ZündankernThe invention is based on the problem of surge voltage resistance of ignition coils and ignition armatures
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durch eine möglichst gleichmässige Hochspannungsverteilung an sämtlichen Lagen der Sekundärwicklung beim Auftreten der Zündspannung zur Auslösung der Zündung an Brennkraftmaschinen wesentlich zu verbessern.through a high voltage distribution that is as even as possible at all positions of the secondary winding when the ignition voltage occurs to trigger the ignition to improve significantly on internal combustion engines.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass bei Spannungsimpulsen mit hoher Anstiegs- und Abfallsgeschwindigkeit die Spannungsverteilung an den Stirnseiten der Wicklungen in erster Linie von den Kapazitäten der Lagen untereinander und zu^em auf Massepotential liegenden Eisenkern abhängig ist bzw. durch sie zu beeinflussen ist.The invention is based on the knowledge that in the case of voltage pulses with a high rate of rise and fall, the voltage distribution on the end faces of the windings primarily from the capacities of the layers to one another and to ^ em to ground potential lying iron core is dependent or can be influenced by it.
Eine gewünschte, die Anfangs- und Endlage der Sekundärwicklung entlastende Spannungsverteilung wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Kapazität der Anfangsund der Endlage der Sekundärwicklung mindestens so gross ist, wie die Kapazität der dazwischen befindlichen Lagen.A desired voltage distribution that relieves the load on the start and end positions of the secondary winding is achieved according to the invention achieved in that the capacitance of the start and end positions of the secondary winding is at least as large is like the capacity of the layers in between.
Dadurch ist sichergestellt, dass beim Auftreten der hochfrequenten Zündspannungsimpulse die Anfangs- und Endlage nicht mehr auf eine höhere Spannung aufgeladen wird, als die zwischen ihr liegenden Lagen. Die erfindungsgemässen Zündanker und Zündspulen weisen daher eine extrem hohe Impulsspannungsfestigkeit auf.This ensures that when the high-frequency Ignition voltage pulses the start and end positions are no longer charged to a higher voltage than the layers lying between it. The ignition armatures and ignition coils according to the invention therefore have an extremely high Impulse withstand voltage.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zur Erhöhung der Kapazitäten an der Anfangs- und Endlage der Sekundärwicklung wird dadurch erreicht, dass am Anfang und am Ende der Sekundärwicklung eine isoliert überlappte Metallschicht angeordnet ist, die über mindestens einen Teil der Lagenbreite der Sekundärwicklung reicht. An advantageous embodiment of the invention for increasing the capacitances at the start and end positions of the secondary winding is achieved in that an isolated, overlapped metal layer is arranged at the start and end of the secondary winding, which extends over at least part of the layer width of the secondary winding.
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Einzelheiten der Erfindung sind in einem Ausführungs- : beispiel dargestellt. Es zeigt:Details of the invention in an exemplary: exemplarily. It shows:
Pig. 1 einen Zündanker für einen Magnetzünder mit einer Primär- und Sekundärwicklung,Pig. 1 an ignition armature for a magneto with a Primary and secondary winding,
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild der Lagenkapazitäten und der Zündkerzen-Funkenstre cke,2 shows an equivalent circuit diagram of the layer capacitances and the spark plug spark gap,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Anfangslage der Sekundärwicklung mit einer Metallfolie,Fig. 5 is a schematic representation of the initial position the secondary winding with a metal foil,
Fig. 4 die isolierte Überlappung dieser Metallfolie undFig. 4 shows the isolated overlap of this metal foil and
Fig. 5 die Endlage der Sekundärwicklung mit einer weiteren Metallfolie.5 shows the end position of the secondary winding with a further one Metal foil.
Der in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Zündanker ist Teil eines nicht dargestellten Magnetzünders für Brennkraftmaschinen. Er wird auf einer Ankerplatte innerhalb eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Polrades des Magnetgenerators befestigt. Er besteht aus einem lamellierten Eisenkern 11 mit zwei Polschuhen 12 zum Ein- und Austritt des vom umlaufenden Polrad ausgehenden Magnetflusses. Auf dem Eisenkern 11 ist ein Spulenrahmen 1? aus Isolierstoff angeordnet, der eine Primärwicklung 14 und eine Sekundärwicklung 15 trägt. Die Primärwicklung 14 ist unmittelbar auf den Spulenrahmen IJ gewickelt. Sie besteht aus wenigen Lagen isolierten Drahtes 16, der im Verhältnis zum Draht 17 (s.Fig.3) der Sekundärwicklung 15 einen relativ grossen Querschnitt aufweist. Die aussenliegende, auf der Primärwicklung 15 angeordnete Sekundärwicklung 16 besteht aus vielen LagenThe ignition armature denoted by 10 in FIG. 1 is part of a magneto (not shown) for internal combustion engines. It is located on an armature plate within a magnet generator driven by the internal combustion engine attached. It consists of a laminated iron core 11 with two pole pieces 12 for the entry and exit of the rotating one Pole wheel outgoing magnetic flux. On the iron core 11 is a coil frame 1? arranged from insulating material, which carries a primary winding 14 and a secondary winding 15. The primary winding 14 is directly on the Coil frame IJ wound. It consists of a few layers insulated wire 16, which in relation to the wire 17 (see Fig. 3) of the secondary winding 15 has a relatively large cross-section having. The outer one on the primary winding 15 arranged secondary winding 16 consists of many layers
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sehr dünnen, isolierten Drahtes 17, die jeweils durch eine Zwischenisolation 19 aus Papier voneinander isoliert sind. Primärwicklung 1J5 und Sekundärwicklung 16 sind elektrisch in Reihe geschaltet, indem das Ende des Primärwicklungsdrahtes 16 mit dem Anfang des Sekundärwicklungsdrahtes 17 verbunden ist (Fig. 3). Das Ende des Sekundärwicklungsdrahtes 17 ist mit einem Hochspannungsanschluss 20 verbunden (Fig. 5), der zum Anschluss eines nicht dargestellten Zündkabels dient. Die Primär- und Sekundärwicklung des Zündankers 10 ist mit Isolierstoff getränkt und gemeinsam mit dem Hochspannungsanschluss 20 von einem Kunststoffmantel 21 umgeben.very thin, insulated wire 17, each insulated from one another by an intermediate insulation 19 made of paper are. Primary winding 1J5 and secondary winding 16 are electrically connected in series by the end of the primary winding wire 16 is connected to the beginning of the secondary winding wire 17 (Fig. 3). The end of the secondary winding wire 17 is connected to a high-voltage connection 20 (FIG. 5), which is used for Connection of an ignition cable, not shown, is used. The primary and secondary windings of the ignition armature 10 are Impregnated with insulating material and, together with the high-voltage connection 20, by a plastic jacket 21 surround.
Die Wirkungsweise des Zündankers 10 ist bei Betrieb der Brennkraftmaschine derart, dass die vom umlaufenden Polrad im Eisenkern 11 erzeugte Flussänderung in der Primär- und Sekundärwicklung eine Spannung induziert, die bei geschlossenem Primärstromkreis durch die Primärwicklung einen Primärstrom treibt. Zum Zündzeitpunkt wird nun der Primärstrom in der Primärwicklung 14 durch einen nicht dargestellten mechanischen oder elektronischen Unterbrecher schlagartig abgeschaltet. Diese sehr grosse Stromänderung bewirkt im Zündanker 10 eine starke Änderung des Magnetflusses, wodurch nun in der Sekundärwicklung 15 mit der grossen Windungszahl kurzzeitig ein Hochspannungsimpuls bis zu 30 kV auftritt, der an den Elektroden der nicht dargestellten Zündkerze einen Zündfunken erzeugt. Beim Überschlag des Zündfunkens bricht die Zündspannung abrupt zusammen und die Zündenergie entlädt sich anschliessend in einer hochfrequenten Schwingung wobei der Zündfunken u.U. über mehrere ms aufrecht erhalten wird.The mode of operation of the ignition armature 10 during operation of the internal combustion engine is such that that of the rotating pole wheel Flux change generated in the iron core 11 in the primary and secondary windings induces a voltage which, when the Primary circuit drives a primary current through the primary winding. At the ignition point, the Primary current in the primary winding 14 through a not shown mechanical or electronic interrupter switched off suddenly. This very large change in current causes a strong change in the magnetic flux in the ignition armature 10, which is now also in the secondary winding 15 Due to the large number of turns, a high-voltage pulse of up to 30 kV occurs briefly, which is applied to the electrodes of the Spark plug, not shown, generates an ignition spark. When the ignition spark flashes over, the ignition voltage breaks abruptly together and the ignition energy is then discharged in a high-frequency oscillation, the Spark is maintained over several ms.
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Bei dem sehr raschen SparinungsZusammenbruch beim Überschlag des Zündfunkens werden die zwischen den einzelnen Lagen der Sekundärwicklung.15 auftretenden Spannungen im wesentlichen durch die Kapazitäten zwischen diesen Lagen bestimmt. In Fig. 2.i8t das Ersatzschaltbild für die Spannungsverteilung an der Sekundärwicklung 15 mit einer daran angeschlossenen Zündkerze dargestellt. Die Kapazitäten CL zwischen den einzelnen Lagen 18 der Sekundärwicklung 15 sind dabei in Reihe geschaltet. Parallel dazu liegt die Funkenstrecke F einer Zündkerze. Die Lage. 18a mit dem Anfang der Sekundärwicklung 15 hat dabei die Kapazität Cj. und die Lage 18e mit dem Ende der Sekundärwicklung 15 die Kapazität Ctj,. Bei bekannten Zündankern ist die Kapazität CL. am Anfang und die Kapazität CL-g am Ende der Sekundärwicklung kleiner als die Lagenkapazität CL» weil dort die Windungen gesperrt - d.h., mit Abstand voneinander - gewickelt sind und mehrere Zwischenisolationen aufweisen. Durch die Reihenschaltung dieser Kapazitäten ergibt sich bei ihrer Umladung während des Zündvorganges keine gleichmässige Spannungsverteilung. Die Spannung an den Kapazitäten CLA und CL-, ist dabei wesentlich höher als an den dazwischenliegenden Kapazitäten CL, so dass beim Ausfall solcher Zündanker ein Funkenüberschlag am Anfang oder am Ende der Sekundärwicklung zu erkennen ist.In the very rapid collapse of savings when the ignition spark flashes over, the voltages occurring between the individual layers of the secondary winding.15 are essentially determined by the capacitances between these layers. In Fig. 2.i8t the equivalent circuit diagram for the voltage distribution on the secondary winding 15 is shown with a spark plug connected to it. The capacitances CL between the individual layers 18 of the secondary winding 15 are connected in series. The spark gap F of a spark plug lies parallel to this. The location. 18a with the beginning of the secondary winding 15 has the capacitance Cj. and the layer 18e with the end of the secondary winding 15 the capacitance Ctj ,. In known ignition armatures, the capacitance is CL. at the beginning and the capacitance CL-g at the end of the secondary winding less than the layer capacitance CL »because the windings there are blocked - that is, wound at a distance from one another - and have several intermediate insulations. The series connection of these capacitances does not result in a uniform voltage distribution when they are recharged during the ignition process. The voltage at the capacitances CL A and CL- is significantly higher than at the capacitances CL in between, so that if such ignition armatures fail, a sparkover can be seen at the beginning or at the end of the secondary winding.
Bei dem Zündanker 10 wird ein solcher Funkenüberschlag erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass die Kapazitäten CL. und CL-, der Anfangslage 18a und der Endlage 18e der Sekundärwicklung 15 mindestens so gross sind, wie die Kapazitäten CL der dazwischenbefindlichen Lagen 18. Die Anhebung der Kapazitäten der Anfangs- und Endlage der Sekundärwicklung wird dadurch erreicht, dass am Anfang und am Ende der Sekundärwicklung 15 eine isoliert überlappte MetallschichtIn the case of the ignition armature 10, such a sparkover is provided according to the invention thereby avoided that the capacities CL. and CL-, the starting position 18a and the end position 18e of the secondary winding 15 are at least as large as the capacities CL of the intermediate layers 18. The increase in the Capacities of the start and end positions of the secondary winding are achieved by the fact that at the beginning and at the end of the secondary winding 15 an isolated overlapped metal layer
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eingelegt ist, die über mindestens einen Teil der Lagenbreite der Sekundärwicklung 15 reicht.is inserted, which extends over at least part of the layer width of the secondary winding 15.
In Fig. 3 sind die ersten Lagen der über der Primärwicklung 14 angeordneten Sekundärwicklung 15 dargestellt. Der Anfang des relativ dünnen Sekundärwicklungsdrahtes 17 ist mehrfach um das Ende des relativ dicken Primärwicklungsdrahtes 17 gewickelt und mit ihm elektrisch verbunden. Anschliessend wird eine als Metallschicht verwendete freitragende Metallfolie 22a zusammen mit dem Anfang der Sekundärwicklung 15 und einer Papierfolie 23ain einer überlappten Lage auf die Primärwicklung 14 aufgebracht.In Fig. 3, the first layers are over the primary winding 14 arranged secondary winding 15 is shown. The beginning of the relatively thin secondary winding wire 17 is wound several times around the end of the relatively thick primary winding wire 17 and with it electrically connected. A self-supporting metal foil 22a used as a metal layer is then applied together with the beginning of the secondary winding 15 and a paper film 23 in an overlapped position the primary winding 14 applied.
In Fig. 4 1st dabei in einem vergrösserten Querschnitt dargestellt* wie die sich überlappenden Bereiche der Metallfolie 22a zur Vermeidung einer sogenannten Kurzschlusswindung durch die Papierfolie 23avoneinander Isoliert sind. Die Metallfolie 22a bildet zusammen mit der ersten Windung die Anfangslage 18a der Sekundärwicklung 15. Da die Metallfolie 22a über die volle Lagenbreite der Sekundärwicklung 15 reicht, ist ihre Kapazität Cr. mindestens genau so gross, wie die darüber angeordneten weiteren Lagen 18 der SekundärwicklungIn Fig. 4 is an enlarged cross-section shown * like the overlapping areas of the Metal foil 22a to avoid a so-called short-circuit winding through the paper foil 23a from one another Are isolated. The metal foil 22a, together with the first turn, forms the starting layer 18a of the secondary winding 15. Since the metal foil 22a extends over the full layer width of the secondary winding 15, its Capacity Cr. at least as large as the further layers 18 of the secondary winding arranged above it
In Fig. 5 sind die letzten Lagen 18 mit dem Ende der Sekundärwicklung 15 und dem daran befestigten Hochspannungsanschluss 20 schematisch dargestellt. Durch die vorgegebene Windungszahl der Sekundärwicklung 15 ist die letzte Lage l8e nur teilweise bewickelt. Zur Erhöhung der Endlagenkapazität (Vg wird auch hier eine über die volle Lagenbreite reichende Metallfolie 22b zusammen mit einer Papierfolie 2Jb verwendet, welche - in gleicher Weise wie' die Metallfolie 22a am Anfang der Sekundärwicklung ■ 15 - isoliert überlappt ist. Das Ende des Sekundärdrahtes 17 wird mit dem Hochspannungsanschluss 20 kontaktiert,In FIG. 5, the last layers 18 with the end of the secondary winding 15 and the high-voltage connection 20 attached to it are shown schematically. Due to the predetermined number of turns of the secondary winding 15, the last layer 18e is only partially wound. To increase the end position capacity (Vg, a metal foil 22b extending over the full layer width is used together with a paper foil 2Jb which - in the same way as the metal foil 22a at the beginning of the secondary winding 15 - is insulated and overlapped is contacted with the high-voltage connection 20,
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der aus einem Blechstreifen 20a und einem Metallstift ς 20b mit einem Holzsehraubengewinde besteht.which consists of a sheet metal strip 20a and a metal pin ς 20b with a wooden screw thread.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte AusfUhrungsbeispiel beschränkt, da anstelle einer selbsttragenden Metallfolie auch andersartige Metallschichten verwendet werden können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Metallschicht auf einer Seite der Papierfolie 2^a bzw. 23b aufgebracht, vorzugsweise aufgedampft ist. Auch können Kunststoffolien verwendet werden, auf welche die Metallschicht auf einer Seite aufgebracht ist, sofern ein geeignetes Tränkmittel verwendet wird. Die beschriebenen Massnahmen zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit lassen sich sowohl bei Magnetzündanlagen, als auch bei Batteriezündanlagen verwirklichen. Dabei ist es auch unerheblich, ob es sich um Zündspulen bzw. um Zündtransformatoren mit offenem oder mit geschlossenem Eisenkern handelt. Erfindungswesentlich ist, dass die Lagenkapazität am Anfang und am Ende der Sekundärwicklung mindestens annähernd so gross ist, wie die Kapazität der dazwischenliegenden Lagen.The invention is not limited to the exemplary embodiment shown limited, as other types of metal layers are used instead of a self-supporting metal foil can be. It is particularly advantageous if the metal layer is on one side of the paper foil 2 ^ a or 23b is applied, preferably vapor-deposited. Even Plastic films can be used to which the metal layer is applied on one side, provided a suitable impregnating agent is used. The measures described to increase the dielectric strength can be implemented with magneto ignition systems as well as with battery ignition systems. It is there too It does not matter whether the ignition coils or ignition transformers are open or closed Iron core acts. It is essential to the invention that the layer capacitance at the beginning and at the end of the secondary winding is at least approximately as large as the capacity of the intermediate layers.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHW | Rejection |