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Geschichte der Zündung - Teil 1

April 2010

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Die Anfänge der Zündung

So lange ein Motor läuft, macht sich niemand Gedanken um die sie. Erst wenn der Anlasser den Motor zwar durchdreht, das Auto aber trotzdem nicht anspringen will, denkt man daran, die zu prüfen. Gemeint ist die Zündanlage. Und glücklicherweise passiert das auch wirklich nicht sehr oft. Seit es Verbrennungsmotoren gibt, galt es ein Kraftstoff-Luftgemisch zu entzünden. Der als Selbstzünder bekannte Dieselmotor verwendet hierzu die Wärme der komprimierten Luft, die bei der dieseltypischen hohen Verdichtung entsteht.Ottomotoren mit Benzin als Kraftstoff schied dieses Prinzip aus. Eine Fremdzündung musste her.

Batteriezündungen sind bereits seit 1861 bekannt (s. a. Tabelle 1). Damals baute der Franzose Etienne Lenoir eine so genannte Summerzündung. Dass diese Zündung sich nicht durchsetzte, hatte vor allem zwei Gründe. Erstens erzeugte sie mehrere Funken während eines Verbrennungstaktes und konnte keine effektive Verbrennung bei hohen Umdrehungszahlen gewährleisten. Sie eignete sich allenfalls für die Motoren aus den Kindertagen des Automobilbaus, die kaum mehr als 300 Umdrehungen pro Minute erreichten. Zweitens gab es noch keine Möglichkeit, den erforderlichen Zündstrom während der Fahrt zu erzeugen.

Andere Zündungsarten, wie die von Gottlieb Daimler 1883 patentierte Glührohrzündung, setzten sich erst recht nicht durch. Denn die Glührohrzündung eignete sich bauartbedingt nur für Drehzahlen bis 1000 U/min und barg erhebliche Brandgefahr. Sie basierte nämlich auf dem Prinzip, ein Metallrohr, das in den Brennraum ragte, durch einen kleinen Brenner permanent glühen zu lassen, um den Verbrennungsvorgang in Gang zu halten. Nicht umsonst verfasste Wilhelm Maybach 1897 eine Denkschrift, in der er von der These ausging, dass jedes Automobil mit Glührohrzündung irgendwann einmal abbrennen müsse. Die Zündung war damit, wie es Karl Benz einmal formulierte, „das Problem der Probleme“, und nicht umsonst wünschten sich französische Herrenfahrer der Jahrhundertwende nicht „Gute Fahrt!“, sondern „Gute Zündung“ („Bon Allumage!“).

Die Magnetzündung

Im Fahrzeugbau setzte sich zunächst die Magnetzündung durch, da sie einen entscheidenden Vorzug hatte: Sie benötigte keinen Strom aus einer externen Quelle. Bei der Niederspannungs-Magnetzündung, die 1882/83 Siegfried Marcus zum Patent angemeldet hatte, ragte ein Unterbrechermechanismus in den Verbrennungsraum des Zylinders. Der Spulen-Strom wurde dort bei der Umdrehung des Magnetankers "abgerissen", daher auch der Name AbreißzündungRobert Bosch baute 1887 auf Wunsch von Deutz einen Niederspannungs-Magnetzündapparat für einen Stationärmotor, ein Erzeugnis, das später im Automobil eine wichtige Rolle spielte. Der Zündapparat half der kleinen Werkstatt zu einem stetig besseren Geschäftsverlauf. Der 1.000ste Magnetzünder konnte 1896 gefeiert werden. 1897 montierte Bosch einen solchen Apparat an einem Kraftfahrzeug, einem Motordreirad der Marke De Dion-Bouton: Ziel des Versuchs: eine alltagstaugliche Zündung für Kraftfahrzeuge, denn ein solche gab es bislang noch nicht. Der Versuch war erfolgreich und ließ die Verkaufszahlen klettern: Mehr als eine Million waren es schon bis 1912 .  Petrolette
In den Kindertagen des Automobils vor 1900 zählte die Zündung zu den Kernproblemen. Im Bild die Petrolette mit einem Niederspannungsmagnetzünder.
Die Hochspannungs-Magnetzündung, von Gottlob Honold, einem Mitarbeiter von Bosch, wurde 1902 entwickelt. Sie prägte die Automobilausrüstung bis weit nach Ende des Ersten Weltkrieges. Der wuchtige Apparat ist ein Schlüsselprodukt des Unternehmens. Er machte Bosch zum Autozulieferer, zum Lenker eines Großunternehmens, und seine Firma zu einem international tätigen Konzern. Gleichzeitig war die Magnetzündung ein Schrittmacher für die Motorisierung. Symbolisch tritt er noch heute in Erscheinung: Der Doppel-T-Anker, der Kern des Magnetzünders, ist heute noch Bildmarke der Robert Bosch GmbH.  Hochspannungsmagnetzünder
Hochspannungsmagnetzündung aus dem Jahre 1902 prägte die Automobilausrüstung bis weit nach Ende des Ersten Weltkrieges

Die Funktion des Magnetzünders

Beim Hochspannungs-Magnetzünder handelt es sich um eine magnetelektrische Maschine, bei welcher in den Ankerleitern bei der Drehung des Läufers im Magnetfeld eine elektrische Spannung entsteht. Der Anker enthält zwei Wicklungen. Die primäre Wicklung besteht aus wenigen Windungen eines dicken Drahtes, ihr Stromkreis ist über den Unterbrecher geschlossen. In der zweiten Wicklung, die aus vielen Windungen des dünnen Drahtes besteht, entsteht infolge Induktionswirkung im Augenblick der Unterbrechung des Stromkreises und dem Zusammenbrechen des Magnetfeldes eine Hochspannung von ca. 20.000 V, die einen Funkenüberschlag an der Zündkerze zur Folge hat. Die Unterbrechung des Spulenstromes, sprich Zündauslösung, erfolgt durch einen Zwangs-Mechanismus, der mit der Drehbewegung des Motors gekoppelt ist. Magnetzünder, früher auch als Zündmagnete bezeichnet, waren somit eine geniale Vereinigung von Stromerzeuger, Transformator, Zündauslöser und Zündverteiler.

 Magnetzünder
Die Teile eines Magnetzünders, der Übersicht wegen etwas auseinandergezogen. Dieser Magnetzünder speist 4 Zündkerzen

Die Magnetzündung beim Motorrad

Standard waren Magnetzündungen bei Motorrädern seit den Anfängen des 20. Jahrhunderts bis in die 1960er Jahre. Die Verwendung von Magnetzündungen ist heutzutage unüblich geworden, jedoch wurden bis in die 1980er Jahre kleine Motorräder und Mopeds mit Magnetzündanlagen betrieben, um auf eine schwere Batterie verzichten zu können. Jedoch wurden auch große Motorräder mit Magnetzündanlagen betrieben, zuletzt in Deutschland bis 1969 die BMW-Motorräder.Magnetzündungen an Motorrädern kann man meist an ihren walzenförmigen Gehäusen in unmittelbarer Nähe des oder der Zylinder erkennen. In den Anfangsjahren wurden die Magnetzündungen oftmals vor dem Zylinder angeordnet, was sie aber störanfällig durch Steine und Schmutz machte, in späteren Jahren war oft eine Anordnung hinter den Zylindern üblich.

Magnetzündungen besitzen in der Regel eine drehzahlabhängige Verstelleinrichtung für das Vorverlegen des Zündzeitpunktes mit steigender Drehzahl mittels eines Fliehkraft-Reglers. Dieser Winkelverstellung wurde teils ein handbeeinflusster Verstellwert vom Lenker über Seilzug aufgeschaltet, zur manuellen Anpassung des Zündzeitpunktes oder zur Erleichterung der Startprozedur. Das letzte Motorrad aus deutscher Produktion mit dieser aufwendig zu bedienenden Verstellung war die BMW R 68-Sportmaschine bis Baujahr 1955. Neben dem normalen rechten Gasdrehgriff war zur Zündverstellung auch der linke Griff als Drehgriff ausgebildet.

Die Zündkerze

 

Ohne ein bestimmtes Bauteil hätte der zuvor beschriebene Hochspannungs-Magnetzünder nicht so einen Erfolg gehabt: die Zündkerze.

Vor über 100 Jahren präsentierte Bosch nämlich zusammen mit dem Hochspannungs-Magnetzünder erstmals auch eine Zündkerze. Das Unternehmen erhielt am 7. Januar 1902 ein Patent auf dieses epochale System (Bild 3). Die zuverlässige Zündung für immer höher drehende Motoren löste endgültig das "Problem der Probleme" (Carl Benz über die Zündung) der frühen Automobiltechnik. So brachte die Zündkerze zusammen mit industriellen Fertigungstechniken den Durchbruch zur stark wachsenden Kraftfahrzeugproduktion der der folgenden Jahrzehnte. Damit wurde das Automobil erschwinglich für Jedermann.

Heute trägt die stetig weiterentwickelte Zündkerze als wichtige Systemkomponente wesentlich zur sparsamen, sauberen und effizienten Kraftstoffverbrennung sowie zur sicheren Funktion von Motor und Katalysator bei. Dabei ist trotz ihres großen Leistungszuwachses die Lebensdauer von normalen Zündkerzen heute mit circa 20.000 bis 30.000 km etwa 20 bis 30 Mal höher als bei Zündkerzen vor etwa neunzig Jahren – spezielle Ausführungen halten sogar 100.000 km (s. a. Tabelle 2).

 
Die erste Zündkerze der Welt wurde 1902 zusammen mit dem Hochspannungsmagnetzünder präsentiert
Zündkerze

Tabelle 1 - Geschichte der Zündung

1861

Summerzündung des Franzosen Etienne Lenoir (Vorläufer der Batteriezündung)

1879

Der Amerikaner E.H. Hall entdeckt den nach ihm benannten elektromagnetischen Halleffekt

1883

Niederspannungsmagnetzündung (Abreißzündung) von Siegfried Marcus

1883

Glührohrzündung von Gottlieb Daimler

1887

Niederspannungs-Magnetzünder für stationäre Gasmotoren von Robert Bosch (im Auftrag von Deutz)

1897

Magnetzündung für schnell laufende Motore von Bosch (Automobile )

1898

Magnetzünder im De Dion Bouton-Motordreirad durch Bosch erprobt (Anregung Frederick Simms/Daimler)

1898

Die Gebrüder Packard, Autobauer und spätere Gründer von Delphi Packard Electric, erfinden das Zündkabel (US-Markt)

1902

Bosch erhält für die Kombination einer neuartigen Zündkerze mit dem Hochspannungs-Magnetzünder Gottlob Honold) am 7. Januar 1902 ein Patent. Lieferung erster Systeme am 24. September 1902 an die Daimler-Motorengesellschaft Bad Cannstatt

1902 ff

Kerzenfertigung in den ersten Jahren einige hundert Stück jährlich

1908

US-Amerikaner Charles F. Kettering erfindet Elektrische Zündung; Bosch erfindet die Summerzündspule

1910

Bosch Zündverteiler

1914

Bosch gründet erstes Zündkerzenwerk (Stuttgart)

1921

Bosch Lichtmagnetzündung

1925

Bosch Batteriezündung

1926

Bosch Lichtbatteriezünder

1927

Bosch führt Begriff "Wärmewert" ein, bis heute das Standardmaß für die thermische Belastbarkeit einer Zündkerze (wichtig für optimale Anpassung an jeweiligen Motor)

1932

Bosch Lichtanlasszünder, Schwunglichtmagnetzünder und Schwunglichtanlassbatteriezünder

1953

Bosch-Kerze mit Zweistoff-Mittelelektrode in Serie beim "Flügeltürer" Mercedes Benz 300 SL, Vorteile: sicherer Kaltstart und längere Lebensdauer

1964

kontaktgesteuerte Transistorzündung (TSZ)

1965

Kontaktgesteuerte Hochspannungs-Kondensatorzündung (HKZ)

1968

Werk Bamberg produziert die einmilliardste Zündkerze

1968

Magneti Marelli entwickelt das elektronischen Zündsystem Dinoplex

1974

Wartungsfreie Kontaktlose Transistorzündung mit Induktivgeber (TSZ-i)

1976

Zweistoff-Mittelelektrode in Großserie ("Thermoelastic"-Kerzen)

1977

Kontaktlose Zündung mit Hallgeber

1979

Motronic, digitales System zur Steuerung von Zündung und Einspritzung („L-Jetronic“) erstmals im BMW

1980er

Anpassung der Zündkerze an veränderte Kraftstoffe und Aggregatetechnik macht Motoren sauberer, sparsamer und effizienter (bleifreies Benzin, Katalysator, Vierventiler, Magermix usw.)

1982

Elektronische Kennfeldzündung

1983

Elektronisches Zündsystem mit Klopfregelung; Platin-Mittelelektrode und Verbundwerkstoffe mit Edelmetalllegierungen erhöhen Zündkerzen-Lebensdauer auf weit über 60 000 km

1987

Elektronische Zündung mit adaptiver Klopfregelung

1989

Motronic mit 16-bit Mikroprozessor; Ruhende Hochspannungsverteilung

1991

Luftgleitfunkenkerze von Bosch, verhindert auch bei häufigem Kurzstreckenbetrieb Verrußung, Zündverschleppung und –aussetzer

1994

Ionenstrommessung bei Saab (Trionic 5)

1995

Nickel-Yttrium-Elektrodenwerkstoff erhöht Kerzen-Lebensdauer

1995

Halbgleitfunken-Zündkerzen von NGK für Volkswagen

1996

Motronic in Mikrohybridbauweise

1997

Doppelzündung von Mercedes

1998

Zylinderkopfmodule mit komplettem integriertem Zündsystem

2000

Siebenmilliardste Bosch-Zündkerze; Zündkerzen für die erste Benzin-Direkteinspritzung nach dem Schichtladeprinzip

2001

Stabspule

7. 1. 2002

Jubiläum 100 Jahre Bosch-Kerze

2004

Zündspule Mini Compact

2006

Zündspule Power Mini Compact

In Entwicklung: Die Laserzündung (AVL / CTR)

Tabelle 2

Zahlen zur Zündkerze

  • Jährliche Zündkerzenproduktion (bei Bosch):
    über 350 Millionen Stück (1902: ca. 300 Stück)
  • Materialmengen für die Tagesproduktion von über einer Million Stück:
    29 t Stahl, 1,8 t Nickel, 0,7 t Kupfer, 15 km Nickeldraht und 2,5 kg Platin für Kerzengehäuse und Elektroden sowie 20 t Tonerde für Isolatorkörper
  • Gesamtherstellungsmenge Zündkerzen (Bosch) seit 1902:
    über 7,5 Milliarden Stück
  • Zündkerzen Größen:
    40 mm Länge (z. B. für Rasenmäher) bis 150 mm Länge (z. B. für Groß-Gasmotoren)
  • Leistung einer Standard-Zündkerze:
    50 bis 100 Zündungen/Sekunde, insgesamt ca. 20 Millionen Zündungen (bei Lebensdauer 20.000 km)
  • Arbeitsbedingungen der einer Zündkerze:
    Spannungen bis 30.000 V, Temperaturen bis 1.000 ºC, Drücke bis 100 bar (= Druck in 1.000 m Wassertiefe); heißes, extrem aggressives Gemisch von Benzindämpfen, Verbrennungsgasen sowie Kraftstoff-Öl-Rückständen
  • Lebensdauer von Zündkerzen:
    Standard 20.000 bis 30.000 km, spezielle Kerzen bis 100.000 km

Quellen für Text und Bild:

Bosch, Wikipedia, NGK, Delphi, AVL, CTR, BMW, ADAC, „Du und dein Motor“ (Edwin P.A. Heinze, 1939)

Linktipps

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Dieser Bericht (Teil 1und 2) wurde bereits 2007 im Technik Profi von Auto Motor und Sport veröffentlicht.

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Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 19.02.2015

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