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April 2010
weiter zu Teil 2 |
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 . |
In den Kindertagen des
Automobils vor 1900 zählte die Zündung zu den Kernproblemen. Im Bild die
Petrolette mit einem Niederspannungsmagnetzünder. |
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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. |
Hochspannungsmagnetzündung aus dem Jahre 1902 prägte
die Automobilausrüstung bis weit nach Ende des Ersten Weltkrieges |
Die Funktion des
Magnetzünders
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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.
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Die Teile eines Magnetzünders,
der Übersicht wegen etwas auseinandergezogen. Dieser Magnetzünder speist
4 Zündkerzen |
Die Magnetzündung beim
Motorrad
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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
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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).
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Die erste Zündkerze der Welt
wurde 1902 zusammen mit dem Hochspannungsmagnetzünder präsentiert
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Tabelle 1 - Geschichte der Zündung
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1861
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Summerzündung des
Franzosen Etienne Lenoir (Vorläufer der Batteriezündung)
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1879
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Der Amerikaner
E.H. Hall entdeckt den nach ihm benannten elektromagnetischen Halleffekt
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1883
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Niederspannungsmagnetzündung (Abreißzündung) von Siegfried Marcus
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1883
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Glührohrzündung
von Gottlieb Daimler
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1887
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Niederspannungs-Magnetzünder für stationäre Gasmotoren von Robert Bosch
(im Auftrag von Deutz)
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1897
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Magnetzündung
für schnell laufende Motore von Bosch (Automobile )
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1898
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Magnetzünder im
De Dion Bouton-Motordreirad durch Bosch erprobt (Anregung Frederick
Simms/Daimler)
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1898
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Die Gebrüder Packard, Autobauer und spätere Gründer von Delphi Packard
Electric, erfinden das Zündkabel (US-Markt)
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1902
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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
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1902 ff
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Kerzenfertigung
in den ersten Jahren einige hundert Stück jährlich
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1908
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US-Amerikaner
Charles F. Kettering erfindet Elektrische Zündung; Bosch erfindet die
Summerzündspule
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1910
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Bosch
Zündverteiler
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1914
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Bosch gründet
erstes Zündkerzenwerk (Stuttgart)
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1921
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Bosch
Lichtmagnetzündung
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1925
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Bosch
Batteriezündung
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1926
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Bosch
Lichtbatteriezünder
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1927
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Bosch führt
Begriff "Wärmewert" ein, bis heute das Standardmaß für die thermische
Belastbarkeit einer Zündkerze (wichtig für optimale Anpassung an
jeweiligen Motor)
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1932
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Bosch
Lichtanlasszünder, Schwunglichtmagnetzünder und
Schwunglichtanlassbatteriezünder
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1953
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Bosch-Kerze mit
Zweistoff-Mittelelektrode in Serie beim "Flügeltürer" Mercedes Benz 300
SL, Vorteile: sicherer Kaltstart und längere Lebensdauer
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1964
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kontaktgesteuerte Transistorzündung (TSZ)
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1965
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Kontaktgesteuerte Hochspannungs-Kondensatorzündung (HKZ)
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1968
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Werk Bamberg
produziert die einmilliardste Zündkerze
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1968
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Magneti Marelli
entwickelt das elektronischen Zündsystem Dinoplex
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1974
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Wartungsfreie
Kontaktlose Transistorzündung mit Induktivgeber (TSZ-i)
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1976
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Zweistoff-Mittelelektrode in Großserie ("Thermoelastic"-Kerzen)
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1977
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Kontaktlose
Zündung mit Hallgeber
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1979
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Motronic,
digitales System zur Steuerung von Zündung und Einspritzung
(„L-Jetronic“) erstmals im BMW
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1980er
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Anpassung der
Zündkerze an veränderte Kraftstoffe und Aggregatetechnik macht Motoren
sauberer, sparsamer und effizienter (bleifreies Benzin, Katalysator,
Vierventiler, Magermix usw.)
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1982
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Elektronische
Kennfeldzündung
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1983
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Elektronisches
Zündsystem mit Klopfregelung; Platin-Mittelelektrode und
Verbundwerkstoffe mit Edelmetalllegierungen erhöhen
Zündkerzen-Lebensdauer auf weit über 60 000 km
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1987
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Elektronische Zündung mit adaptiver Klopfregelung
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1989
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Motronic mit
16-bit Mikroprozessor; Ruhende Hochspannungsverteilung
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1991
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Luftgleitfunkenkerze von Bosch, verhindert auch bei häufigem
Kurzstreckenbetrieb Verrußung, Zündverschleppung und –aussetzer
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1994
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Ionenstrommessung bei Saab (Trionic
5)
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1995
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Nickel-Yttrium-Elektrodenwerkstoff erhöht Kerzen-Lebensdauer
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1995
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Halbgleitfunken-Zündkerzen von NGK für Volkswagen
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1996
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Motronic in
Mikrohybridbauweise
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1997
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Doppelzündung
von Mercedes
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1998
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Zylinderkopfmodule mit komplettem integriertem Zündsystem
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2000
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Siebenmilliardste Bosch-Zündkerze; Zündkerzen für die erste
Benzin-Direkteinspritzung nach dem Schichtladeprinzip
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2001
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Stabspule
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7. 1. 2002
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Jubiläum 100
Jahre Bosch-Kerze
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2004
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Zündspule Mini
Compact
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2006
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Zündspule Power
Mini Compact
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In
Entwicklung: Die Laserzündung (AVL / CTR)
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Tabelle 2
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Zahlen zur Zündkerze
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Jährliche
Zündkerzenproduktion (bei Bosch):
über 350 Millionen Stück (1902: ca. 300
Stück)
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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
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Gesamtherstellungsmenge Zündkerzen (Bosch) seit 1902:
über 7,5 Milliarden Stück
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Zündkerzen
Größen:
40 mm Länge (z. B. für Rasenmäher) bis 150 mm Länge (z. B. für
Groß-Gasmotoren)
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Leistung
einer Standard-Zündkerze:
50 bis 100 Zündungen/Sekunde, insgesamt ca. 20 Millionen
Zündungen (bei Lebensdauer 20.000 km)
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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
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Lebensdauer von Zündkerzen:
Standard 20.000 bis 30.000 km, spezielle Kerzen bis 100.000 km
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Quellen für Text und
Bild:
Bosch, Wikipedia, NGK, Delphi, AVL, CTR, BMW, ADAC, „Du und dein
Motor“ (Edwin P.A. Heinze, 1939)
Linktipps :
Ende Teil 1
weiter zu Teil 2 |
Dieser Bericht (Teil 1und 2) wurde bereits 2007 im Technik Profi von Auto
Motor und Sport veröffentlicht.
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geändert:
11.08.2011
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