Die Zündspule erzeugt den Funken

Soweit weiss das fast jeder. Doch weshalb gibt es so viele unterschiedliche Ausführungen?

Die Zündspule ist nichts Anderes als ein Trafo.
Ist der „Unterbrecherkontakt“ geschlossen, so fliesst Strom durch die Primärspule und es baut sich ein Magnetfeld in ihr auf. Das ist in jeder Spule so und das Feld wird grösser wenn man sie nicht „um Luft“ sondern um einen Eisenkern wickelt. Der Aufbau des Magnetfeldes dauert umso länger, je kleiner der Primärstrom ist und je mehr Windungen die Primärspule hat.

Ein sich aufbauendes Magnetfeld, ist ein sich veränderndes Magnetfeld. Dieses veränderliche Magnetfeld induziert eine Spannung, die nach der Lenzschen Regel der Ursache ihrer Entstehung entgegenwirkt. Die Induktion der Spule behindert also den Stromfluss. Die Spule stellt somit nicht nur einen ohmschen Widerstand, sondern auch einen induktiven Widerstand dar. Da der induzierte Strom stets kleiner sein muss als der Induktionsstrom, (sonst wäre es ein Perpetuum mobile) nimmt der Strom langsam zu, bis er nach einiger Zeit seinen Maximalwert erreicht hat. Je stärker das Magnetfeld, desto langsamer vollzieht sich sein Aufbau. (zuend02)

Wird der Unterbrecherkontakt (zum „Zündzeitpunkt“) geöffnet, also der durch die Spule fließende Gleichstrom ab(!)geschaltet, baut sich das Magnetfeld im Eisenkern ab. Wenn diese Energie nicht in Form eines Stroms abfließen kann (der Schalter ist offen!), dann entsteht kurzzeitig eine viel höhere Spannung (300…400V) als vorher an der Spule angelegt war. Der Effekt der kurzzeitigen Spannungserhöhung durch die Stromkreisunterbrechung nennt man Selbstinduktion. Die Selbstinduktionsspannung wirkt immer der Änderung des elektrischen Stroms entgegen.

Nachdem ein Trafo nur mit Wechselspannung funktioniert tut sich nichts solange nur Gleichstrom fliesst. Wenn sich allerdings die, zudem relativ hohe, Selbstinduktionsspannung aufbaut betrachtet er das als „Wechsel“ und sie wird im Verhältnis seiner Wicklungszahlen transformiert. Ist die so erreichte Spannung an der Sekundärseite genügend hoch, so schlägt sie am, am wenigsten gut isolierten Punkt, der Kerzenelektrode, gegen Masse über.


Der Klassiker unter den Zündspulen.

Eine normale Zweifachzündspule der 11x0
„Zweifach“ hat nichts mit DZ zu tun! Es werden zwar 2 Funken erzeugt aber an unterschiedliche Zylinder abgegeben.
Eingespart wird dadurch ein Verteiler

Behördenzündspule:
Um Störeinflüsse auf Funkgeräte zu minimieren ist das Ding durch ein Metallgehäuse abgeschirmt und hat andere Zündkabel. Ob das heutzutage noch sinnvoll ist oder nur ein Relikt aus dem Forderungskatalog vor 50 Jahren weiss ich nicht. Bereits die alten BOS-Funken FuG7b von 1967 funktionierten auch in normalen Fahrzeugen tadellos.

Die DKW „Munga“ der BW hatten voll geschirmte Zündanlagen (auch die Zündkabel!). Wenn die Isolation eines Kabels „etwas älter“ war schlug der Funke, statt an der Kerze, bereits durch die Kabelisolierung auf die Schirmung und aus dem Dreizylinder wurde ein Zweizylinder :-).


Je eine ZS pro Zylinder ist übrigens keine neue Entwicklung. Bei den DKW KFZ gab es das bereits 1954 (bis 1966)! Man sparte dadurch, genau wie bei den modernen Motoren, den Zündverteiler, benötigte dafür jedoch 3 Unterbrecherkontakte.



Legt man die Primärseite einer Zündspule an Spannung, so steigt der Strom zuerst rasch an und nähert sich dann nur langsam einem Maximalwert.
Bei maximaler Drehzahl kann es zu lange dauern bis die ZS „voll geladen“ ist und deshalb werden die Dinger so ausgelegt, dass ein zuverlässiger Funke bereits abgegeben werden kann wenn sie noch gar nicht ganz „geladen“ ist.
Bei 7200 1/min wird pro 8 ms ein Doppelfunke benötigt.
Die meisten Zündanlagen für 4-Zylinder sind auf bis zu 10000 1/min (also 5ms) ausgelegt.



Wie viel Zündenergie steht zur Verfügung
Lässt man Verluste, Anlaufkurven und andere Dinge der Praxis einfach mal unbeachtet, dann ergibt sich:
Die Bordspannung ist 12V, der Innenwiderstand der Zündspule (es ist nur eine!!) beträgt 0,5 Ohm. Folglich kann der fliessende Strom (I=U/R) maximal 24A sein. Das ist eine Leistung von maximal (P=U*I) 12*24=288 [W]. In der Praxis brennt da bei Motorstillstand nach kürzerer Zeit die Zündspule durch weil sie den hohen Dauerstrom nicht verkraftet. Daher soll man (bei älteren Fahrzeugen) die Zündung nicht anlassen. Die modernen mit Zündelektronik „wissen“ das und „regeln das intern“ :-). Ist der Motor in Betrieb, wird der Stromfluss im Takt zur Drehzahl unterbrochen.
Fliessen beim Laden 24A bei 12V, dann sind es bei angenommener Selbstinduktionsspannung von 360V noch 0,8A (Die Leistung 24A x 12V=288VA=360V x 0,8A bleibt gleich!) Transformiert um den Faktor 100 stehen dann 36 000V für den Funken zur Verfügung. Dabei kann ein maximaler Strom von 0,008A fliessen.
Watt ist aber nur die Leistung (VA oder W), die Energie bemisst sich in Ws (Wattsekunden)!

Nehmen wir die Information von „oben“, so wissen wir, dass pro 1 Umdrehung der Kurbelwelle 1x gezündet werden muss weil pro KW-U zwar nur ein Zylinder einen Arbeitstakt macht aber die Zündung ohne Verteiler nicht weiss welcher und folglich mal für beide einen Funken zur Verfügung stellt. Ausserdem ist bekannt, dass nur ungefähr die Hälfte der Umdrehung (=Schliesswinkel) zum Aufbau des Magnetfeldes zur Verfügung steht.
Im besten Fall stehen also ca. 130ms, im übelsten Fall gerade mal 5ms zur Verfügung um ein ausreichendes Magnetfeld aufzubauen.
Daher ist die zur Verfügung stehende Energie variabel. Im Leerlauf stehen theoretisch bis zu 288 VA x 0,066s = 38 VAs zur Verfügung. Bei maximaler Drehzahl mit minimal kalkulierten 5 ms, errechnen sich dabei theoretisch 1,44Ws pro Funkenpaar. In der Praxis ist es, durch den Ladekurvenverlauf, weit weniger.