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Startseite Ratgeber Fahrzeuge Fahrzeugteile-Lexikon: Zündspule

 

markt.de-Fahrzeugteile-Lexikon

Zündspule

Glossar

Bezug zum Kraftfahrzeug

Induzierte Spannung
Elektrik, Elektronik
Spannungsumwandlung

 

Allgemeine Beschreibung

Um in Fahrzeugen, die mit einem Ottomotor ausgerüstet sind, den Kraftstoff für den konstruktiv bestimmten Zweck umsetzen zu können, sind mehrere Bedingungen notwendig:

  • Der Kraftstoff selbst und die Grundbedingung, dass sich der Kraftstoff explosionsartig entzünden lässt. Es muss die chemische Energie des Kraftstoffs, um diese effektiv nutzen zu können, schlagartig umgesetzt werden, damit im Brennraum ein hoher Druck entsteht, der zu einer Wärmeausdehnung und in Folge dessen zu der Bewegung des Kolbens führt. Erreicht wird das durch das richtige Verhältnis von Luft bzw. Sauerstoff und Kraftstoff; jedes Molekul, das an der Verbrennung beteiligt sein soll, muss einen Reaktionspartner im Brennraum finden können. Das angestrebte Verhältnis wird als stöchometrisch bezeichnet.
    Die Aufgabe das richtige Mischungsverhältnis herzustellen obliegt dem bzw. den Vergasern oder der Einspritzanlage mit den entsprechenden zusätzlichen Komponenten.
  • Die zweite Bedingung ist die Zündung des Kraftstoffs. Es reicht hier nicht aus lediglich eine beliebige Zündquelle zu installieren. Die Zündanlage soll mit ihren Komponenten das vorbereitete Kraftstoffluftgemisch an einem exakten Punkt zu einem exakten Zeitpunkt des Bewegungsablaufs des Motors möglichst vollständig entzünden, um eine bestmögliche Ausnutzung des eingesetzten Kraftstoffs zu erlangen.
    In Kraftfahrzeugen bietet sich als sehr gut praktikable Möglichkeit die elektrische Zündung an. Um bei den gegebenen Umständen eine bestmögliche Zündung zu erreichen ist eine möglichst hohe elektrische Spannung notwendig. Hierbei ist auf der anderen Seite ein hoher Strom nicht notwendig. Diese beiden Eckpunkte lassen sich sehr gut vereinigen, da die Umsetzung eines hohen Stroms bei niedriger Spannung in einen kleinen Strom bei sehr hoher Spannung ohne größere Probleme möglich ist. Diese Aufgabe übernimmt die Zündspule. Heutige Zündspulen mit der entsprechenden elektrischen Einrichtung sind in der Lage eine Zündspannung von ca. 30kV zu erzeugen.

 

Einzelteile

Das Beispiel zeigt eine Zündspule älterer Bauart; das Prinzip ist jedoch auch bei den modernsten immer noch gleich geblieben. Lediglich die Bauform und die Abmessungen haben sich geändert.
Wichtig für die Funktion sind die gekennzeichneten Merkmale:

  • Klemme 15
    Die Klemme 15 oder Zündung ist der Pluspol der Zündspule. Der Name der Klemme kommt von diesem Anschluss, da er der eigentliche Bestimmungszweck für die Klemme 15 ist. Bei dieser Bauform ist der Zündspule in der Regel ein Vorwiderstand vorgeschaltet. Die Zündspule soll eine niedrige Spannung in eine sehr hohe umsetzen; dafür ist auf der anderen Seite ein hoher Strom notwendig, der durch die Spule fließen muss. Ließe man die Zündung eine längere Zeit eingeschaltet, ohne dass der Motor läuft, nähme die Zündspule relativ schnell Schaden, da sie aufgrund des hohen fließenden Stroms durchbrannte. Um das zu verhindern, ist der Vorwiderstand installiert, der den Strom durch die Spule begrenzt.
  • Klemme 1
    Die Klemme 1 ist der Anschluss für den Unterbrecherkontakt. Unabängig davon, wie der Unterbrecherkontakt realisiert ist, liegt hier bei geschlossenem Kontakt Massepotential an. Diese Klemme ist das korrespondierende Gegenstück zur Klemme 15.
  • Klemme 4
    Die Klemme 4 ist der Hochspannungsanschluss, also der Anschluss, an dem letzten Endes die Zündkerze(n) angeschlossen werden.
  • Primärwicklung
    Die Primärwicklung ist eine elektrische Spule, die um den Eisenkern gewickelt ist. Sie verbindet die an ihren Enden angeschlossenen Klemmen 15 und 1 miteinander. Durch sie fließt der Primärstrom, der durch den Vorwiderstand begrenzt ist. Ihre Windungszahl ist 50 bis 150 mal größer als die der Sekundärwicklung.
  • Sekundärwicklung
    Die Sekundärwicklung ist ebenfalls eine elektrische Spule, die um den gleichen Eisenkern wie die Primärwicklung gewickelt ist. Sie verbindet an ihren Enden die Klemme 4 mit der Klemme 1. Durch sie fließt der Sekundärstrom, der über die Zündkerze wieder abgeleitet wird. Ihre Windungszahl ist 50 bis 150 mal kleiner als die der Primärwicklung.
  • Vergussmasse
    Die beiden Wicklungen sind in einem Gehäuse um den Eisenkern untergebracht. Um sie gegen Vibrationen und unbeabsichtigte Berührung zu schützen, sind sie in dem Gehäuse miteinander in einer Vergussmasse die elektrisch nicht leitfähig ist, vergossen.

 

Funktionsbeschreibung

Bei eingeschalteter Zündung, d.h. wenn Klemme 15 mit Klemme 30 über den Zündanlassschalter verbunden ist, ist die erste Grundvoraussetzung zur Funktionsfähigkeit der Zündspule gegeben. Auf der Minusseite wird der Stromfluss über die hinter Klemme 1 geschalteten Komponenten unterbrochen. Hier stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung:

  • Kontaktgesteuert
    Die ersten Hochleistungszündanlagen hatten bis in die 1970'er Jahre eine kontaktgesteuerte Zündung. Hierzu war ein federbelasteter Unterbrecherkontakt in den Zündverteiler eingebaut. Über Nocken auf der Verteilerwelle wird dieser geöffnet. Der Anschluss ist an die Klemme 1 angeschlossen, das Gehäuse, bzw. der Leiter hinter dem Kontakt liegt auf Masse.
  • Impulsgeber
    Die nächste Stufe der Entwicklung war der Ersatz des Unterbrecherkontakts durch einen Induktivgeber, der eine Spannung induziert und sie an ein Zündschaltgerät weitergibt. Das Signal wechselt immer bei Motorlauf zwischen positiven und negativen Potential, wobei als Referenzmarke ein Nulldurchgang genutzt wird. Da es in jeder Periode zwei Nulldurchgänge gibt, haben sich je nach Hersteller beide Methoden etabliert. Der Vorteil in dieser Entwicklung liegt in der Verschleißfreiheit; der Unterbrecherkontakt musste in regelmäßigen Abständen gewechselt werden, da er durch das Öffnen und den dadurch entstehenden Abreissfunken keine nutzbare Kontaktfläche mehr aufwies.
  • Hall-Geber Der Übergang vom Impulsgeber zum Hall-Geber fand im Bereich der Zündanlagen zuerst statt. Heute finden sich aufgrund der größeren Fehlermöglichkeiten so gut wie keine Impulsgeber mehr im Kraftfahrzeugbereich; hier hat der Hall-Geber die Oberhand gewonnen, weil er wesentlich weniger anfällig für Fehler ist und darüber hinaus ein klares digital verwertbares Rechtecksignal liefert. Er ist nicht mehr durch ein analoges Magnetfeld angewiesen, sondern hat als Bezugsmarke eine Scheibe mit definierten Blenden, die ähnlich das Prinzip einer Lichtschranke nutzt und ebenso wirkt.
    Grade im Bereich der Zündanlage ist höchste Präzision gefragt, so dass mit der Ausführung mit einem Hall-Geber noch bessere Ergebnisse erzielt werden können. Auch hier ist ein Zündschaltgerät notwendig, das das Signal auswertet und den Kontakt zur Fahrzeugmasse an Klemme 1 öffnet bzw. schließt.
  • (Voll-)Elektronische Zündung
    Die letzte Konsequenz der Entwicklung ist zunächst der Weggang von einem im Zündverteiler untergebrachten und von jenem abhängigen Geber, der den Zündzeitpunkt bestimmt. Bei der elektronischen Zündung wird die Position der Kolben, also die Stellung des Motors, ermittelt und das Motorsteuergerät kann anhand verschiedener Daten, Last, Drehzahl, Verbrennungsverhalten, Temperatur etc., den optimalen Zündzeitpunkt bestimmen und die Zündung auslösen.
    Die vollständige Weiterentwicklung liegt in der ruhenden Zündverteilung, bei der in der Regel eine Zündspule auf jede oder zwei Zündkerzen kommt. Hierdurch kann die Zündenergie weiter gesteigert werden, da zwischen den einzelnen Zündungen für das Aufladen mehr Zeit zur Verfügung steht und somit auch die Zündspannung wesentlich höher ist. Ruhend bedeutet, dass auch kein Zündverteiler mehr vorhanden ist. Wie bei der elektronischen Zündung auch, wird die Motorposition über Geber ermittelt und entsprechend der vorliegenden Ist-Werte und der Soll-Werte der optimale Zündzeitpunkt vom Motorsteuergerät bestimmt.
    In jedem Fall steuert das Motorsteuergerät über entsprechend leistungsfähige Endstufen das Öffnen und Schließen der Klemme 1 gegen Masse.

Ist nun der Stromfluss durch die Zündspule gegeben und nicht unterbrochen, fließt durch die Primärwicklung Strom, der durch die Eckdaten der Zündspule einen festgelegten Wert hat. Die Zündspule wird in dieser Zeit aufgeladen. Wird jetzt der Kontakt zur Fahrzeugmasse geöffnet, über Klemme 1, dann findet eine sehr schnelle Stromänderung innerhalb der Spule statt, wodurch sich das eigene Magnetfeld schlagartig ändert. Durch das Zusammenbrechen des Magnetfelds wird ein Spannungsimpuls induziert, der durch die Sekundärspannung in eine Hochspannung transformiert wird. Erreicht werden kann das dadurch, dass beide Wicklungen um den selben Eisenkern gewickelt sind. Dieser Spannungsimpuls ist im Gegensatz zu der notwendigen Ladezeit der Zündspule sehr kurz; dennoch lang genug, um über die Zündkerze entladen werden zu können und einen den Verhältnissen entsprechend ausreichenden Zündfunken zu liefern.
Um die Qualität der Zündfunken weiter steigern zu können, ist oftmals noch ein Zündkondensator parallel geschaltet, der einerseits Funkenbildung verringert, aber auf der anderen Seite in der Primärwicklung einen Schwingkreis entstehen lässt, der die gleiche Resonanzfrequenz der Sekundärwicklung hat und somit die Energieübertragung von der Einen auf die andere Wicklung erleichtert.

 

 
 
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