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  Elektronik - Einführung



Alles hat irgendwann einmal begonnen. So kann man auch, nicht nur aus persönlicher Sicht, den Einstieg der Elektronik einigermaßen genau festmachen, zwar nicht so exakt zeitlich, aber auf ein bestimmtes System bezogen. Es hat mit der Motorsteuerung zu tun. Die funktioniert von der Vergaserseite und wenigen Einspritzanlagen her bis zur Abgasdiskussion eigentlich recht gut. Wenn ein Motor nicht mehr will, dann schaut man zunächst nach der Zündung.

Das liegt daran, dass zu jener Zeit Dinge mechanisch gelöst werden und da kommt dann meist Reibung bzw. Verschleiß hinzu. Oben sind die Knackpunkte in einem einzigen Bild sichtbar gemacht. Es ist ein aufgeschnittener Verteiler, wobei eigentlich nur in der oberen Etage verteilt wird, die von der sogenannten Verteilerkappe abgedeckt wird.


Und wenn Sie genauer hinschauen, fällt Ihnen ziemlich in der Mitte ein kleines, schwarzes, stempelartiges Gebilde auf. Das ist ein Kohlestift, den eine Feder auf den Mittenkontakt des Verteilers drückt und damit eine Verbindung im Hochspannungsteil herstellt. Der Finger rotiert dann so, dass seine breite Spitze jeweils in der Nähe des Anschlusses ist, dessen Zylinder sich gerade kurz vor dem Arbeitstakt befindet.


Nein, hier ist kein echter Kontakt nötig. Der Strom kann kleine Entfernungen als Funke springend überwinden. Wenn allerdings die Kohle oben verschlissen oder verloren gegangen ist, stellt die Zündung ihren Dienst ein. In der mittleren Etage haben wir die Unterbrecherkontakte, das wohl anfälligste Teil damaliger Zündungen. Sie werden noch heute als 'von Unterbrecherkontakten gesteuert' bezeichnet.


Wegen des mühelosen Überspringens von kleinen Entfernungen können sich die Unterbrecherkontakte nicht im Hochspannungskreis befinden. Man steuert also die Auslösung der Zündung über den Niederspannungsbereich, quasi indirekt. Solange diese Kontakte geschlossen sind, fließt ein sogenannter Primärstrom, durch die entsprechende Wicklung in der Zündspule. Diese lädt durch magnetische Induktion die innen liegende Sekundärwicklung.


Zum Zündzeitpunkt öffnen die Unterbrecherkontakte und die Sekundärspule entlädt sich über den Verteiler und die entsprechende Zündkerze. Damit das ohne Funken-Überschlag an den Kontakten abgeht, ist ein Kondensator parallel geschaltet. Unkritisch ist auch die Aufladephase nicht, weil bis zu 4 A Strom fließen können. Mehr Aufladung für noch kräftigere Zündfunken ist mit diesem System nicht möglich.


Hier noch einmal die Öffnen- und Schließphasen bei den Unterbrecherkontakten für einen Vierzylinder. Bis zu sechs Zylinder sind an einem Verteiler möglich, obwohl es auch Achtzylinder mit nur einem Verteiler gegeben hat. Dabei werden allerdings die so entscheidenden Schließphasen immer größer, obwohl sie grundsätzlich immer schon größer als die Öffnungsphasen angesetzt worden sind.


Dieses Bild zeigt deutlich das mögliche Malheur bei solchen Anlagen. Obwohl mit Wolfram veredelt, hat sich ein Teil vom Hammer gelöst und ist auf dem Amboss geblieben. Damit hat sich der Kontaktabstand verkleinert und die Zündung wird später ausgelöst. Neu einstellen mit der Fühlerlehre kann man den Abstand nur, nachdem man das vorspringende Teil abgefeilt hat, ziemlich mühsam in einem engen, oft auch noch schlecht erreichbaren Verteiler.

Dabei hat man in dem oben gezeigten Fall schon eine gewisse Vorsorge gegen zu hohen Verschleiß betrieben, indem man den Amboss deutlich größer als den Hammer ausgelegt hat. Durch eine zusätzliche Verschiebung beim Öffnen/Schließen wird die größere Fläche auch genutzt. Aber die Unterbrecherkontakte bleiben auch wegen ihrer kurzen Austauschintervalle ein Ärgernis.


Das ist ein erster Ansatz zur Lösung des Problems, noch nicht vollkommen, aber schon mit rudimentärer Elektronik versehen. Gemeint ist der Transistor, für die Elektronik so wichtig wie der Generator für die Elektrik oder die Antenne für den Funk. Ganz wichtig ist der Widerstand zur Basis hin, hier von rechts kommend. Der Unterbrecher als Schalter ist zwar noch vorhanden, aber er muss nicht mehr so hohe Ströme verwalten.


Hier kommt jetzt eine Möglichkeit, die Unterbrecherkontakte vollständig zu ersetzen. In diesem Fall ist es ein Blendenrotor für einen Vierzylinder, der den Vierfachnocken ersetzt. Er rotiert gemeinsam mit dem Verteilerfinger, wobei seine senkrechten Metallflächen mit genau definierten Aussparungen berührungsfrei einen Spalt zwischen einem Magneten innen und einem Hall-IC außen durchlaufen.


Links die Prinzipskizze mit dem Blick von oben, rechts das bei Drehung entstehende Signal. Es sind drei Anschlüsse an das Hall-IC (leerer Kasten unten im Bild) erforderlich, Plus und Minus zur Spannungsversorgung und die meist grüne Signalleitung, aus der ein kleines Steuergerät die Stellung des Kolbens im jeweiligen Zylinder erkennen und die Zündung zeitgerecht einleiten kann.


Oben jetzt das (erste) Steuergerät, meist auf der metallenen Rückseite mit Wärmeleitpaste am Innenkotflügel befestigt. Die Konstruktion zeigt auch schon die ersten Empfindlichkeiten elektronischer Schaltungen, kann Kurzschluss und Bordspannung zum Hall-IC nicht vertragen, quittiert sofort ihren Dienst.


Ohne Versorgungsspannung arbeiten diese Sensoren nach dem Prinzip der magnetischen Induktion und erzeugen ihre Spannung selbst. Allerdings muss diese in diesem Fall durch vierfache Auslegung und Schaltung in Reihe verstärkt werden. Rechts oben wieder der Spannungsverlauf an den beiden Anschlüssen. Während die magnetische Induktion natürlich auch in der Elektrik (E-Motor, Generator) längs bekannt ist, kommt zur Auswertung des Signals erstmals Digitalelektronik zum Einsatz.


Hier ist ein sogenannter Schmitt-Trigger am Werk. Oben das Eingangssignal aus dem Induktivsensor, unten ein mögliches rechteckiges Ausgangssignal. Wenn also im Signal oben ein bestimmter Spannungswert überschritten wird, steigt diese schlagartig auch im Ausgang. Umgekehrt fällt sie genauso ab, wenn ein ebenfalls beliebig festzulegender zweiter Wert unterschritten wird.


Das ist natürlich nur ein Teilschritt hin zur vollelektronischen Zündung. Oben in der Verteilerkappe bleibt der federbelastete Kohlestift und eine Etage tiefer unter den vormaligen Kontakten arbeitet immer noch die auf dem Prinzip der Fliehkraft beruhende Zündverstellung (Bild oben) mit steigender Drehzahl. Abhängig vom Unterdruck im Saugrohr wird noch eine pneumatisch-mechanische Verstellung (Bild unten) beibehalten.

Späterer Zündzeitpunkt bei wenig Unterdruck um Saugsystem . . .


Früherer Zündzeitpunkt bei viel Unterdruck um Saugsystem . . .








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