Ein Motor bekommt seine Leistung, indem er Benzin verbrennt. Um genau zu sein ein Benzin-Luft-Gemisch. Damit die Verbrennung stattfindet, muss das Benzin aber irgendwie entzündet werden! Dazu benutzt man einen Funken.
Wie entsteht ein Zündfunke?
Ein Funke entsteht immer dann, wenn Strom durch die Luft fließt. Normalerweise fließt Strom ja nur durch Kabel (also durch das Metall im Kabel). Durch Luft kann Strom eigentlich nicht fließen. Vielleicht hast du schon mal von Spannung gehört? Die Spannung wird meistens in VOLT angegeben. Im Stromnetz in Deutschland hat man z.B. ca. 220 Volt. Eine Autobatterie hat meistens 12V.
Die Spannung ist eine Eigenschaft des Stroms. Man könnte die Spannung mit dem Druck vergleichen. Sehr gut merkt man diese Kraft, wenn man eine 12 Volt Batterie mit einer 220 Volt Steckdose vergleicht. Man kann problemlos mit dem Finger an die Batterie fassen und bekommt keinen Stromschlag. Warum?! Weil 12 V einfach sehr wenig Spannung ist. Wenn man die Spannung so stark erhöht, dass es mehrere tausend Volt sind, passiert etwas verrücktes: Der Strom kann einfach durch die Luft fliegen! Er braucht kein Kabel mehr.
Je nachdem wie hoch die Spannung ist, kann der Strom einige Millimeter, oder sogar mehrere Zentimeter durch die Luft fliegen. Und genau dann entsteht ein Funke! Damit wir damit gezielt Benzin entzünden können, muss der Zündfunke aber genau an einer bestimmten Stelle entstehen. Dafür haben wir die Zündkerze! Das ist ein spezielles Bauteil, bei dem der Funke immer an einer festgelegten Stelle entsteht. Die Zündkerze hat zwei Elektroden an ihrer Spitze. Das sind zwei Metallplättchen, zwischen denen ein kleiner Abstand ist.
Jetzt wissen wir also: Um das Benzin-Luft-Gemisch im Motor zu entzünden, brauchen wir einen Funken. Ein Funke entsteht, wenn Strom genug Kraft (Spannung) hat. Damit der Funke an der richtigen Stelle im Motor entsteht, benutzen wir eine Zündkerze. Dort kann der Funke zwischen zwei Elektroden überspringen.
Das heißt: Die Zündung muss es schaffen, einen Zündstrom mit genug Spannung herzustellen. Dieser Zündstrom muss dann im richtigen Moment zur Zündkerze geleitet werden. Aber warum im richtigen Moment? Das liegt daran, dass die Verbrennung im richtigen Moment entstehen muss. Jetzt wo wir verstanden haben, wie das mit dem Zündfunken so abläuft, können wir uns der Zündung widmen.
Aufbau und Funktion einer Zündanlage
Wie genau ist die Zündung (oder Zündanlage) aufgebaut und welche Bauteile sind involviert. Wir fangen wieder ganz vorne an: Zunächst mal muss die Zündung einen Zündstrom erzeugen. Das funktioniert im Grunde wie bei einem Dynamo am Fahrzeug.
Wir haben auf der Zündung eine sogenannte Spule montiert. Eine Spule ist nichts anderes als aufgewickelter Draht. Also wie ein Kabel, das ganz oft um ein Stück Metall gewickelt wurde. Wenn man jetzt einen Magnet an diesem Kabel vorbeizieht passiert etwas fantastisches: Das Magnetfeld von dem Magneten löst in dem Kabel ein Strom aus! Unglaublich oder? Die Kraft des Magnetfeldes wird in Strom umgewandelt. Entsprechend gibt es bei einer Zündung immer einen Teil der feststeht und einen Teil der sich bewegt!
Meistens ist die Spule fest am Motor montiert und der Magnet dreht sich um die Spule herum. Bei der Zündung ist die Spule an der sogenannten Grundplatte befestigt. Die Magneten sind am Polrad (oder Schwungrad, Lüfterrad…) montiert. In dem Moment, wo der Motor gestartet wird, entsteht durch die Rotation des Polrades ein Strom in der Spule.
Der Strom hat allerdings noch nicht genug Spannung. Es fehlt ihm noch an Kraft! Im jetzigen Zustand, würde der Strom noch keinen Funken erzeugen. Er hat zu wenig Kraft um durch die Luft zu fließen. Daher wird der Strom jetzt in eine Zündspule geleitet. Das ist ein Bauteil, welches dem Strom mehr Spannung gibt. Der Strom wird darin transformiert.
Wichtig ist eins: Nachdem der Strom in der Zündspule war, hat er richtig Spannung! Wir wissen jetzt, wie der Zündstrom entsteht und wie er genug Spannung bekommt.
Der Zündzeitpunkt
Aber woher genau weiß der Strom, wann er fließen muss? Der richtig Zündzeitpunkt ist ja wichtig! Sonst läuft der Motor nicht vernünftig. Da gibt es jetzt verschiedene Systeme! Klar ist eins: Wir brauchen irgendein Bauteil, dass den Zündstrom im richtigen Moment auf die Reise schickt!
Bei alten Motoren hatte man dafür einen kleinen Schalter. Man nennt ihn Unterbrecher oder Zündkontakt. Dieser Schalter hat genau im richtigen Moment die Zündung „eingeschaltet“. Das wurde erreicht, indem der Unterbrecher/Zündkontakt am Motor angeschlossen war. Das Problem mit Unterbrechern ist leider, dass sie relativ anfällig sind. Stell dir vor, du würdest den Lichtschalter zuhause 100.000 mal am Tag betätigen - er wäre schnell kaputt…
Deswegen wurden irgendwann „digitale Schalter“ entwickelt. Das sind Schalter, die ohne bewegliche Teile arbeiten. Solche digitalen Schalter nennt man Transistoren. Transistoren sind viel zuverlässiger und robuster als Zündkontakte/Unterbrecher. Transistoren werden natürlich nicht durch einen mechanischen Nocken betätigt sondern durch einen Steuerstrom.
Das heißt, man benutzt einen kleinen Stromstoß, um den Transistor einzuschalten. Bei beiden Systemen sind übrigens noch Kondensatoren involviert.
Bestandteile einer Zündanlage
Eine Zündanlage besteht also aus folgenden Bauteilen:
- Erregerspule (Das ist die Spule, die den Zündstrom herstellt)
- Zündspule (Das ist der Transformator, der dem Zündstrom ordentlich Spannung verleiht
- Zündkerze (Dort entsteht der Funke)
- Zündschalter (früher Unterbrecher/Zündkontakt - heute: Transistor)
- Bei Transistorzündung noch eine kleine Spule
Elektronische Zündung vs. Unterbrecherzündung
Für alle die jetzt schon die Antwort wissen wollen: Eine Elektronikzündung ist VIEL BESSER als eine Unterbrecherzündung. Bei einem Verbrennungsmotor ist es wichtig, dass der Zündfunke exakt im richtigen Moment ausgelöst wird. Daher muss es einen speziellen Auslöser geben, der im richtigen Moment den Stromstoß „losschickt“. Dazu kann man einen mechanischen Schalter benutzen, der z.B. über einen Nocken betätigt wird. Dieser Schalter wird als Unterbrecher bezeichnet.
Bei dieser Zündanlage ist kein mechanischer Kontakt mehr vorhanden. Der Zündfunke wird durch einen Sensor ausgelöst. Dieser gibt ein Signal an die elektronisch Zündspule weiter - von dort aus wird der Zündfunke dann zur Zündkerze geschickt. Es ist also alles elektronisch gesteuert.
Eine Unterbrecherzündung benötigt keine Elektronik. Sie benötigt auch keine Halbleitertechnik. Sie besteht aus einfach Bauteilen (Zündspule, Unterbrecher, Kondensator, Erregerspule/Batterie). Diese Bauteile gibt es seit mehreren Jahrhunderten. Daher war es für Fahrzeughersteller relativ einfach, diese Zündungen herzustellen. Leider war es das auch schon mit den Vorteilen.
Der mechanische Zündkontakt (Unterbrecher) verschleißt durch Funkenerosion an den Kontaktplättchen. Er verschleißt auch an der Schleifstelle, wo er durch den Nocken betätigt wird. Daher müssen Zündkontakte regelmäßig ausgetauscht, eingestellt, gefettet oder nachgearbeitet werden. Zündkontakte sind schmutzempfindlich, da die Kontaktstellen offen sind. Dies kann zu Zündaussetzern, Fehlzündungen oder komplettem Funktionsausfall führen.
Bei hohen Drehzahlen können Zündkontakte zu flattern beginnen, wodurch der Zündzeitpunkt nicht mehr stimmt. Der Kondensator (nötig zur Reduktion des Abreißfunkens) geht mit der Zeit kaputt und muss ersetzt werden. Zusätzlich ist er temperaturempfindlich und arbeitet bei hohen Temperaturen schlechter.
Vorteile der elektronischen Zündung
- Die Elektronikzündung hat keine beweglichen Teile. Dadurch entfällt die Wartung komplett. Es ist kein Einstellen, Fetten, Tauschen oder Säubern von Teilen notwendig.
- Eine Elektronikzündung ist sehr einfach einzubauen, da keine Einstellarbeiten vorgenommen werden müssen.
- Die Zündung ist auch für sehr hohe Drehzahlen geeignet aufgrund des elektronischen Impulses.
- Die Zündungen sind unempfindlich gegen Schmutz, da alle elektronischen Bauteile gekapselt sind.
- Die Zündungen sind weniger temperaturempfindlich.
- Der Zündfunke ist stärker, da die Entladung schlagartiger erfolgt.
Wenn man diese Übersicht sieht, wird man sich fragen: „Warum gibt es überhaupt Unterbrecherzündungen, die sind doch der totale Mist?“ RICHTIG! Genau deswegen werden auch seit Jahrzehnten nur noch Elektronikzündungen verwendet.
Historische Entwicklung
Unterbrecherzündungen wurden hauptsächlich von 1900 - 1970 verwendet. Ab dann begann der Siegeszug der Elektronikzündung. Bei Simson wurde die Unterbrecherzündung noch relativ lange verwendet (Bis ca. 1990). Allerdings eher aus der Not heraus. Bei Vespa gab es ab 1972 die erste Elektronikzündung in der Rally 200. Unterbrecherzündungen sind absolut veraltete Systeme die seit ca. 40-50 Jahren nicht mehr in der Serienfertigung verbaut werden!
Unterbrecherzündungen wurden ca. 1900 entwickelt und sind somit museumsreife Technik. Es gibt nur 3 Gründe, warum heute noch Fahrzeuge mit Unterbrecherzündung unterwegs sind:
- Der Besitzer hat Glück gehabt und wenig Probleme mit seiner Unterbrecherzündung und fährt sie daher noch in seinem Oldtimer.
- Der Besitzer will das Geld für den Umbau auf Elektronikzündung nicht ausgeben und nimmt die vielen Nachteile in Kauf.
- Der Besitzer legt extrem viel Wert auf Originalität bei seinem Oldtimer und nimmt die vielen Nachteile in Kauf.
Nachrüstlösungen für Klassiker
Viele Eigner eines Klassikers oder Youngtimers spielen mit dem Gedanken, die wartungsintensive Kontaktzündung gegen eine elektronische zu tauschen. Eine konventionelle kontaktgesteuerte Zündanlage bietet viele Fehlerquellen. Zu den größten Schwachpunkten einer Kontaktzündung gehören die Unterbrecherkontakte.
„Wenn man diese von den hohen Schaltströmen entlastet, ist bereits viel gewonnen“, erklärt Zweiradmechaniker-Meister Wolfgang Schelbert aus Seeshaupt (www.wolfis-garage.de). „Das verringert die Abnutzung der Kontakte, außerdem bleibt die korrekte Einstellung lange erhalten und HF-Störungen, also Radio-Störungen, sind kein Thema mehr.“ Angenehmer Nebeneffekt: Ohne hohe Schaltströme gibt es keine Abrissfunken an den Kontakten, weshalb man ohne Kondensatoren auskommt. Diese Vorteile ermöglicht ein kontaktgesteuerter Thyristor beziehungsweise Transistor, der zwischen Zündspule und den Unterbrecherkontakten angeschlossen wird.
Thyristorzündung
Im Handel findet man solche Zündanlagen meist unter der Bezeichnung „elektronische kontaktgesteuerte Zündung“. Der sogenannte kontaktgesteuerte Thyristor oder Transistor steuert dabei den Impuls für den Zündfunken. Da der Thyristor (beziehungsweise Transistor) jedoch nicht „weiß“, wann er schalten soll, benötigt er noch den Impuls des Unterbrecherkontakts. Hierfür genügt ein schwacher Schaltstrom aus dem Bordnetz (50 bis 60 mA), der an den Unterbrecherkontakten als niedriger Steuerstrom anliegt.
Solche Zündungen werden von verschiedenen Nachrüst-Anbietern zu Preisen von 50 bis 100 Euro angeboten. Dabei handelt es sich quasi um die erste Stufe von elektronischen Nachrüst-Zündanlagen. Solche Thyristorzündungen bieten neben der Verschleißreduzierung an den Unterbrecherkontakten dank der hohen Schaltgeschwindigkeit des elektronischen Schalters auch den Vorteil einer deutlichen Erhöhung der Spannung in der Zündspule. Das hat einen stärkeren und damit zuverlässigeren Zündfunken zur Folge, der wiederum den Kaltstart erleichtert und für einen runderen Motorlauf sorgt.
Etwas aufwendiger gebaute Thyristor-Zündanlagen bestimmen den Schließwinkel automatisch. Dieser hängt dann nicht mehr vom Abstand des Unterbrecherkontakts ab, sondern wird von der Elektronik geregelt. Vorteil: Ändert sich der Kontaktabstand des Unterbrechers durch Verschleiß, bleibt das ohne Einfluss auf den Schließwinkel. Einzig der Zündzeitpunkt verändert sich leicht. Weil der Kontaktabstand nicht mehr entscheidend ist für die Aufladezeit der Zündspulen, erfordern solche Thyristorzündungen nur noch eine korrekte Einstellung des Zündzeitpunkts.
Dank des stark reduzierten Verschleißes an den Unterbrecherkontakten versprechen die Anbieter der elektronisch gesteuerten Kontaktzündungen bis zu 50 000 Kilometer Laufleistung ohne Kontrolle der Kontakte. Die Umrüstung auf eine Thyristorzündung ist zudem ohne tiefgreifende Änderungen am vorhandenen Zündsystem möglich, da die vorhandene Zündspule und die Unterbrecherkontakte samt mechanischer Zündzeitpunktverstellung weiterverwendet werden. Die Schaltboxen sind kaum größer als eine Schachtel Streichhölzer oder eine kleinere Zigarettenpackung.
Elektronische Kontakte statt mechanischer Unterbrecher
Um die Nachteile mechanischer Unterbrecherkontakte zu eliminieren, werden sie bei vielen Nachrüstzündungen durch elektronische Kontakte ersetzt. Hierbei gibt es zwei Varianten: „Entweder kommen Licht-, Laser- oder Infrarot-Sensoren (IR-Sensoren) zum Einsatz. Oder alternativ sogenannten Hallgeber“, erklärt der erfahrene Zweiradmechaniker die unterschiedlichen Nachrüstlösungen. Die bessere als Ersatz für den Unterbrecherkontakt ist ohne Zweifel jene mit Hallgeber, da dieser unempfindlich gegen Schmutz ist.
Unabhängig von der Verwendung des Sensortyps ist ein Umbau des Nockens zur Betätigung des Unterbrecherkontakts nötig. Anstatt des Nockens kommt bei Lichtsensoren meist eine Scheibe mit Schlitzen oder Nasen zum Einsatz, bei Hallgebern eine mit umlaufenden Magneten beziehungsweise Nasen.
Wie bei der ersten Ausbaustufe der elektronischen Zündung mit Unterbrecherkontakt-Steuerung sorgt auch bei jenen mit elektronischen Schaltern ein Steuergerät für den korrekten Zündzeitpunkt. Bei einigen kostengünstigeren elektronischen Zündungen bleibt weiterhin die mechanische Zündverstellung der originalen Zündung in Funktion. Diese Art der elektronischen Zündung kann man daher auch als zweite Ausbaustufe bezeichnen.
Vollelektronische Zündungen
Empfehlenswerter erscheint daher die Nachrüstung mit einer Zündanlage, bei der auch noch die Zündzeitpunktverstellung elektronisch geregelt wird. Erst diese vollelektronischen Nachrüstzündungen sind völlig wartungsfrei. Hier berechnet ein Microcomputer für jeden Betriebszustand den korrekten Zündzeitpunkt. Solche Elektronikzündungen funktionieren erfahrungsgemäß besser als jene mit einer mechanischen Ansteuerung über Verteiler oder Zündzeitpunktversteller.
Die von der Elektronik vorgegebene Zündverstellung sollte jedoch der originalen entsprechen. „Ein Abgleich des Zündverlaufs zwischen Standgas und maximaler Frühzündung ist Pflicht beim Einbau einer vollelektronischen Zündung“, sagt Wolfgang. Die Montage der meist zwischen 150 und 450 Euro kostenden Nachrüst-Zündanlagen birgt selbst für Laien keine Probleme, sofern eine ausführliche, gut verständliche Anleitung beiliegt.
Problemlösungen und Fehlersuche
Hinsichtlich der Zuverlässigkeit sollte man wissen, dass im Falle einer Störung eine Fehlersuche oder Reparatur von elektronischen Nachrüstzündungen mit einfachen Mitteln meist nicht möglich ist. Die Vielzahl der möglichen Fehlerursachen macht spezielle Messgeräte erforderlich. Hinzu kommt, dass Ersatzteile modellspezifisch sind und damit nur beim jeweiligen Zündanlagen-Hersteller bezogen werden können.
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