Zündung [3., völlig neubearbeitete Auflage. Reprint 2020] 9783112337264, 9783112337257

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Automobiltechnische

Bibliothek

Band

XIII

Die e l e k t r i s c h e A u s r ü s t u n g des K r a f t f a h r z e u g e s Erster

Teil

Automobiltechnische

Bibliothek

Die Automobiltechnik in Einzeldarstellungen Band

XIII

Die elektrische Ausrüstung des Kraftfahrzeuges Heruiisgein'bi.'ii von I.)r. F r i e d r i c h T r a u t m a n n

I. Teil : Zündung von Erich Klaiber II. Teil: Lichtmaschine und Batterie von Friedrich

Trautinann,

Emil

Blaich,

H alter

Ilärlin

u n d Karl

Hoyer

III. Teil: Stromverbraucher von Johannes

Technischer

liebentisch

mul Karl

Volk

Verlag Herbert Cram / Berlin W 35

Die elektrische des

Ausrüstung

Kraftfahrzeuges Erster Teil

ZÜNDUNG Von

Dipl. Ing. E r i c h K l a i b e r

Dritte, völlig n e u b e a r b e i l e l e

Mit 2 b 9

Auflage

Abbildungen

t 9 5 0

Technischer

V e r l a g H e r b e r t C r a m / B e r l i n W 35

Berichtigung: In der Tafel S. 96 muß die Überschrift von Spalte 5 und 6 lauten: H c X B r X 10-° und (BH) milx X 10-".

Printed

Druck:

in

Germany

A c h i l l e s u. S c h w u l e r a , Berlin S W 61

Inhaltsverzeichnis I.

G r u n d l a g e 11 1. Geschichtliches

1

2. Zündzeilpunkt

. . . .

3. Zündleistung II.

Theorie

23

der

1. Erzeugung

Zündung

der

Hochspannung

43

2. Erzeugung des P r i m ä r s t r o m e s

53

3. Vergleich von Magnet- und Batteriezündung III.

Wesentliche 1. Magnetischer

K o n s tr uk tion s te i1 e

84 des

Zünders

Kreis

91

2. Isolierung

107

3. U n t e r b r e c h e r IV.

Wichtige

und

Kondensator

119

Zü n derb a uarte n

1. Magnetzünder

V.

141

2. B a t t e r i e z ü n d e r

172

3. K o m b i n i e r t e

205

Der

Zünder

Maschinen am

Mo to r

1. W a h l des Zünders und E i n b a u 2. Störungen, b e s o n d e r e Betriebsverhältnisse, Instandsetzung . 3. H i l f s e i n r i c h t u n g e n VI.

13

der

233 .

Zünder

. 276 291

Zündkerzen 1. B e a n s p r u c h u n g und Arbeitsbedingungen der Zündkerze . . . .

323

2. K o n s t r u k t i o n s t e i l e

336

der Zündkerze

3. E i n b a u und W a r t u n g der Zündkerzen

353

Vorwort zur 3- Auflage Die Herausgabe einer Neuauflage des seit längerer Zeit vergriffenen Werkes über die elektrische Ausrüstung des Kraftfahrzeuges hat sich durch den Krieg und seine Folgen sehr verzögert. Da aber zweifellos großer Bedarf für eine aus der Praxis kommende Darstellung des umfangreichen Gebietes besteht, sind wir der Anregung des Verlages, eine neue Auflage zu bearbeiten, gern nachgekommen, zumal die Entwicklung des Kraftfahrzeuges insbesondere im letzten Jahrzehnt beträchtlich vorwärts geschritten ist und bei vielen Teilen der elektrischen Ausrüstung zu neuen Aufgaben und Lösungen geführt hat. Zur Kennzeichnung der Ziele des Werkes und der für die Bearbeitung aufgestellten Grundsätze führen wir aus dem Vorwort zur ersten Auflage folgendes an: „Unsere Arbeit soll helfen, alle, die sich mit dem Bau von Verbrennungsmotoren befassen, besonders klar erkennen zu lassen, welch grundlegende Bedeutung der elektrischen Ausrüstung für Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs zukommt und wie notwendig es ist, die elektrische Ausrüstung schon bei dem Entwurf des Motors richtig zu berücksichtigen; sie soll jedem, der mit Kraftwagen oder deren Zubehör umzugehen hat, sei es in der Fabrik, der Beparaturwerkstätte oder beim Kraftfahrzeugbetrieb, die Möglichkeit geben, die elektrische Ausrüstung des Wagens und ihre Bedeutungkennen zu lernen, und soll ihm praktische Winke vermitteln für das E r k e n n e n und Beheben von Anständen sowie für die zweckmäßige Wahl des Zubehörs; sie soll endlich helfen, allen, die sich mit der Herstellung der elektrischen Ausrüstung befassen, einen Überblick über Entwicklung und heutigen Stand der Technik auf diesem Gebiete als Unterlage für die Weiterentwicklung zu geben. Sollte unsere Arbeit diese Aufgabe erfüllen, so durften wir uns nicht damit begnügen, aus der bis heute vorliegenden Literatur alles Wesentliche herauszuziehen und zusammenzustellen; vielmehr mußte das Buch entstehen in enger Zusammenarbeit mit der Praxis, mit der die elektrische Ausrüstung herstellenden Industrie. Dabei waren in erster Linie deutsche Verhältnisse zu berücksichtigen und die ausländischen heranzuziehen, insoweit

Vorwort

VII

sie von den deutschen wesentlich abweichen. Die einzelnen Teile des vielverzweigten Gebietes waren von F a c h l e u t e n zu bearbeiten, die über ihre Abschnitte besondere E r f a h r u n g e n a u s ihrer Tätigkeit gesammelt hatten. Die Bearbeiter der einzelnen Abschnitte sind sämtlich Ingenieure der Firma Robert Bosch G . m . b . H . in Stuttgart. Alle an diesem Buche arbeitenden H e r r e n h a b e n sich bemüht, aus ihrer E r f a h r u n g u n d aus den von zahlreichen F i r m e n des In- u n d Auslandes zur V e r f ü g u n g gestellten Unterlagen hera u s z u n e h m e n u n d zu verarbeiten, was i m m e r den W e r t des Buches f ü r den Leser erhöhen kann. Freilich m u ß t e n wir u n s von Anfang an d a r ü b e r klar sein, daß es nicht möglich ist, jede Einzelheit in dem uns zur Verfügung stehenden R a h m e n zu berücksichtigen. Vor allem widersprach es dem Zweck des Buches, f ü r irgendeine B a u a r t in einer über die rein sachliche Darstellung ihrer Vorzüge u n d Nachteile h i n a u s g e h e n d e n Weise einzutreten, und wir h a b e n uns bemüht, jede Reklame von vornherein auszuschalten. W i r glaubten auch, ähnliche B a u a r t e n verschiedener F i r m e n n u r einmal besprechen zu sollen, u n d haben in diesem Falle d i e A u s f ü h r u n g s f o r m z u g r u n d e gelegt, die uns entweder besonders beachtenswert erschien, oder, wenn in dieser Beziehung ein Urteil nicht zu fällen war, d i e Ausf ü h r u n g s f o r m , die als erste an die Öffentlichkeit k a m . " Das W e r k erscheint wieder in drei Teilen: I. Z ü n d u n g ; II. Lichtmaschine u n d Batterie: III. Stromverbraucher. F ü r den hiermit in dritter Auflage vorgelegten I. Teil „ Z ü n d u n g " w u r d e die f r ü h e r e Gliederung, die es dem Leser ermöglicht, das ihn besonders interessierende Gebiet leicht h e r a u s z u f i n d e n , je n a c h d e m er sich m e h r die Grundlagen, die Theorie, die Bauelemente, die Z ü n d e r b a u a r t e n oder die mit dem Motor z u s a m m e n h ä n g e n den Fragen ansehen will, beibehalten u n d noch s t ä r k e r h e r a u s gearbeitet. W i r glaubten, der Verwendung des Zünders a m Motor, dem Einbau, der W a r t u n g , der Fehlerermittlung u n d den Z ü n d z e i t p u n k t f r a g e n noch m e h r Beachtung schenken zu sollen als bisher, u n d h a b e n den Abschnitt V u n t e r der Überschrift ,,Der Zünder a m Motor" erheblich erweitert, u m d o r t diese Fragen geschlossen behandeln zu können. Die Z ü n d k e r z e n h a b e n w i r wieder im Abschnitt VI z u s a m m e n f a s s e n d besprochen. W i r k o n n t e n dabei d u r c h das E n t g e g e n k o m m e n des Verlags f a r b i g e Darstellungen des Kerzengesichts einfügen, die von d e r Robert

Vili

Vorwort

Bosch G. m. b. H. zur Verfügung gestellt w u r d e n u n d noch m e h r zum Verständnis der f ü r die Beurteilung des Zündkerzenaussehens m a ß g e b e n d e n Gesichtspunkte beitragen werden. Der B a t t e r i e z ü n d u n g . w u r d e der ihr gebührende R a u m zugeteilt, o h n e allerdings die Darstellung der grundsätzlichen Gesichtspunkte der Magnetzündung zu vernachlässigen, die auf vielen Sondergebieten nach wie vor erhebliche Bedeutung hat. Dagegen w u r d e n ältere Einzelkonstruktionen ausgeschieden u n d n u r noch solche Bauarten besprochen, die charakteristische Vertreter ihrer Gattung sind oder infolge besonders starker Verbreitung n o c h heute im Betrieb häufiger a n g e t r o f f e n werden. Entsprechend der Bedeutung des billigen Kleinfahrzeugs w u r d e n Schwunglichtmagnetzünder und Schwunglichtbatteriezünder ausführlich behandelt. Auch sonst w a r e n m a n c h e n e u e n Gesichtsp u n k t e zu beachten, so z. B. die Steigerung des Verdichtungsgrades u n d die k ü n f t i g e Weiterentwicklung in dieser Richtung, die Oktanzahlfrage, der Generatorgasbetrieb sowie die n e u e n Zünder- u n d Zündkerzenbauarten, die insbesondere d u r c h die W e r k s t o f f e n t w i c k l u n g (Alnislahl, Aluminiumoxydstein, Quarzvergußmassen u. dgl.) angeregt w u r d e n . So w u r d e das Buch nicht n u r umgestaltet, sondern in Umf a n g u n d Bildzahl wesentlich erweitert. Daß dies möglich war, und daß das Buch in einer guten A u f m a c h u n g h e r a u s k o m m e n kann, erfüllt uns mit Dank gegen den Verlag. W i r möchten erneut a u c h allen F i r m e n unsern Dank aussprechen, die u n s d u r c h Überlassung von Unterlagen schon bei den f r ü h e r e n Auflagen des Buches u n d zum Teil auch jetzt wieder unterstützt haben. Durch die Kriegsfolgen ist es leider noch nicht möglich gewesen, die Mithilfe der Industrie, besonders der ausländischen, im f r ü h e r e n Umfange f ü r das W e r k n u t z b a r zu machen. W i r glauben aber doch, daß es gelungen ist, die wesentlichen Neuentwicklungen a u c h des Auslandes in der großen Linie a u f z u zeichnen. W i r hoffen, daß auch diese dritte Auflage eine gleich günstige A u f n a h m e finden wird wie die beiden ersten u n d ein weiterer Beitrag zur Höherentwicklung der K r a f t f a h r z e u g technik sein wird. F ü r jeden Hinweis u n d jede Anregung, die zur weiteren Vervollständigung k ü n f t i g e r Auflagen dienen k a n n , sind wir herzlich d a n k b a r . Herausgeber u n d Verfasser.

I. Grundlagen 1. Geschichtliches Die Zündung: der Herzschlag des V e r b r e n n u n g s m o t o r s ! — In der Tat: Das Arbeiten des V e r b r e n n u n g s m o t o r s ist nicht denkb a r ohne die rechtzeitige E n t f l a m m u n g des Gasgemisches, sei es, daß der rechtzeitig eingespritzte B r e n n s t o f f n e b e l sich selbst an der hoch verdichteten u n d erhitzten L u f t f ü l l u n g des Zylinders entzündet — D i e s e l p r i n z i p —, sei es, daß eine explosible Zylinderfüllung d u r c h irgendeine Zündvorrichtung rechtzeitig e n t f l a m m t wird — O t t o m o t o r . Daß der r a s c h l a u f e n d e Dieselmotor neben dem Ottomotor im K r a f t f a h r z e u g erscheinen konnte, verdankt m a n wesentlich der Lösung seines Zündproblems, der Einspritzung. Im R a h m e n der e l e k t r i s c h e n Ausrüstung des K r a f t f a h r z e u g s wird jedoch hier n u r von den e l e k t r i s c h e n Zündvorrichtungen, der Zündung des Ottomotors die Rede sein. Die geschichtliche Entwicklung dieser Zündung 1 ) ist grundlegend f ü r die E n t w i c k l u n g des Ottomotors u n d damit f ü r die Entwicklung des K r a f t f a h r z e u g m o t o r s ü b e r h a u p t geworden. Ihre Marksteine sollen hier k u r z verzeichnet sein. Der f r a n z ö sische Mechaniker L e n o i r schuf den ersten b r a u c h b a r e n Verb r e n n u n g s m o t o r , betrieben mit Steinkohlengas, u n d machte mit ihm die ersten K r a f t f a h r v e r s u c h e auf der Straße Paris—Joinville—Le Pont im J a h r e 1860. Es ist b e m e r k e n s w e r t , daß schon bei diesem ersten V e r b r e n n u n g s m o t o r , der zugleich der erste K r a f t f a h r z e u g m o t o r genannt werden d a r f , d e r elektrische F u n k e z u r Z ü n d u n g benutzt wurde. Der F u n k e w u r d e erzeugt von ') Ausführlicher dargestellt in: G. Lieckfeld: Die Petroleum- und Benzinmotoren, Aufl., München und Berlin 1913; Baudry de Saunier: L'Allumage dans les Moteurs ä Explosions, Paris 1905; M. Sainturat, Allumage Electrique des Moteurs, Paris 1910; G. Yseboodt: L'Allumage des Moteurs ä Explosions, Paris und Brüssel 1909; Robert Bosch A. G.: 50 Jahre Bosch, Stuttgart 1936; Theodor Heuß: Robert Bosch, Stuttgart 1946. Zündung

1

2

I. G r u n d l a g e n

d e m damals schon b e k a n n t e n R u h m k o r f f s c h e n F u n k e n i n d u k t o r mit Hilfe einer B a t t e r i e galvanischer Elemente u n d s p r a n g im Zylinderinnern an der sogenannten Z ü n d k e r z e über. Schon der erste V e r b r e n n u n g s m o t o r arbeitete also mit Hochspannungszündung. Die heute weitverbreitete Batteriezündung unterscheidet sich grundsätzlich in keiner Weise von der Z ü n d u n g dieses Lenoirschen Gasmotors. Freilich stellte damals die Notwendigkeit, galvanische Elemente m i t z u f ü h r e n u n d instandzuhalten, eine recht erhebliche Schwierigkeit dar, wogegen heute in Lichtmaschine u n d Akkumulatoren - Batterie jedem K r a f t f a h r z e u g recht zuverlässige Stromquellen zur Verfügung stehen. So k a m es, daß diese Ziind u n g s a r t sich in jener Zeit nicht allgemein durchsetzte, u n d daß die erste wirklich wirtschaftlich arbeitende Gaskraftmaschine von O t t o (1867) nicht mit elektrischer Zündung ausgerüstet war. Beim Ottoschen Gasmotor w u r d e dem Gemisch d u r c h einen vom Motor gesteuerten Schieber Zutritt zu einer Z i i n d 1" 1 a m m e gestattet und dadurch die V e r b r e n n u n g eingeleitet. Die Z ü n d f l a m m e hatte mancherlei Nachteile; vor allem gestattete sie nicht die Verwendung höheren Verdichtungsdrucks, da sie hierbei leicht ausgeblasen wurde. So k a m m a n in den 80er J a h r e n des letzten J a h r h u n d e r t s zu dem d u r c h D a i m l e r e i n g e f ü h r t e n G 1 ü h r o h r , einem hohlen Metall- oder Porzellankörper, der den Zylindermantel durchsetzt u n d von außen her d u r c h eine F l a m m e ständig glühend gehalten wird. Das Glührohr ist gegen das Zylinderinnere offen, a m entgegengesetzten E n d e geschlossen. Das Gemisch wird beim Verdichtungsh u b in das Gliihrohr gepreßt und e n t f l a m m t sich dort, sobald es bis z u r glühenden Zone des Glührohrs vorgedrungen ist. Der Zündzeitpunkt k a n n dabei einigermaßen d u r c h Vor- oder Zurückverlegen der Glühzone eingestellt werden, ist aber doch sehr abhängig von den Eigenschaften des Gemisches u n d recht unzuverlässig. Dazu k o m m t ein weiterer Nachteil dieser Zünd u n g s a r t : Die geringe Betriebssicherheit des Glührohres selbst. In s p ä t e r e n J a h r e n hat m a n a u c h elektrisch d u r c h Batterien geheizte Glühkörper verwendet. Diese elektrische Glühz ü n d u n g k o n n t e sich jedoch auf die D a u e r ebenso wenig wie das Glührohr halten. Eine Abart des Glührohrs findet sich allerdings heute noch in den n a c h dem Halbdieselprinzip arbeitenden Motoren (haupt-

1. Geschichtliches

3

sächlich landwirtschaftliche Motoren und Bootsmotoren). Es ist der G 1 ü h k o p f , ein nicht gekühlter, eiserner Hohlkörper im Zylinderdeckel, der bei Inbetriebnahme des Motors von außen mit einer Lötlampe solange erhitzt wird, bis er den eingespritzten Brennstoff zu zünden vermag. Bei weiterem Betrieb des Motors wird der Glühkopf von selbst auf Rotwärme erhalten. Der Zündzeitpunkt ist bei diesen Motoren wie bei allen Dieselmotoren durch den Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung gegeben. Schon vor Einführung des Glührohrs waren aber noch andere Wege zur Lösung des Zündungsproblems beschritten worden. Der Erbauer des ersten Benzinkraftwagens (1864), Siegfried M a r k u s , ein in Wien lebender Mecklenburger, erfand auch die erste m a g n e t - e l e k t r i s c h e Zündvorrichtung und verwendete sie im Jahre 1875 zum Betrieb eines Fahrzeugs. Der elektrische Strom wird dabei durch die Bewegung einer Kupferdrahtwicklung im Feld permanenter Magnete erzeugt, durch den Zylindermantel geleitet und innerhalb des Zylinders durch eine mechanische Vorrichtung, die sogenannte A b r e i ß v o r r i c h t u n g , unterbrochen. Der hierbei auftretende Öffnungsfunke zündet das Gemisch. Die Bewegung der Wicklung und die des Unterbrechungsorgans im Zylinder werden vom Motor selbst gesteuert, so daß der Strom rechtzeitig auftritt und rechtzeitig unterbrochen wird. Markus machte sich durch diese Vorrichtung frei von den Nachteilen der galvanischen Elemente, der Zündflamme und des Glührohrs. Freilich hat diese sogenannte Niederspannungs- oder Abreißzündung erst eine Reihe von Jahren später Verbreitung gefunden. Im Jahre 1880 begann die Gasmotorenfabrik Deutz Versuche mit Niederspannungsmagnetzündern zu machen — auch Siemens & Halske lieferte solche Apparate —, hauptsächlich aber gfiff Robert B o s c h in Stuttgart im Jahre 1887 die Herstellung von Niederspannungsmagnetzündern in etwas abgeänderter Form auf und eröffnete damit die Entwicklung einer selbständigen Zünderindustrie, die dann schon um die Jahrhundertwende Tausende von Niederspannungszündern gebaut hatte. Eine der verschiedenen Bauarten des Niederspannungsmagnetziinders zeigt Bild 1. Zwischen dem Bügelmagneten und den Polschuhen befindet sich der doppel-T-förmige Anker aus I*

4

I.

Grundlagen

weichem Eisen, der die Wicklung trägt. Der Anker wird durch die Feder in einer bestimmten Stellung, der Ruhelage, gehalten und durch den auf der Steuerwelle des Motors sitzenden Nocken ein Stück aus dieser Ruhelage verdreht, bis er wieder in die Ruhelage zurückschnappt. Durch diese rasche Schnappbewegung wechselt der magnetische Fluß, der den Anker durchsetzt, rasch seine Richtung und erzeugt so in der Wicklung eine elektrische Spannung, die einen kräftigen Stromstoß durch Zündstift und Zündhebel des Zündflansches schickt.

Zündflarstf:

Winkelhebel

Steuerwelle

Bild

1.

Abreißzündung

Die Zuleitung zum Zündflansch ist in Bild 1 durch das Kabel angedeutet, die Rückleitung des Stromes erfolgt durch die Motormasse. Die Abreißvorrichtung ist so eingestellt, daß ihre Kontakte (am Zündhebel und Zündstift) gerade in dem Augenblick geöffnet werden, in dem der Strom seinen höchsten Wert besitzt, so daß ein kräftiger Abreißfunke entsteht. Bild 2 zeigt den Zündflansch deutlicher. Der Zündstift muß isoliert durch den Flansch geführt werden, der Zündhebel beweglich im Zündflansch gelagert sein. Die Massewirkung des pendelnden Systems stand einer Steigerung der Motordrehzahlen lästig entgegen. Die Firma Bosch stellte deshalb im Jahre 1896 Versuche mit I n f l u e n z - M a -

1. Geschichtliches

5

s c h i n e n an, die vom Motor betrieben wurden und Funken an Hochspannungs-Zündkerzen überschlagen ließen. Da aber diese Maschinen zu sehr von den Witterungsverhältnissen abhängig waren, kehrte Bosch nochmals zur NiederspannungsZündung zurück und verwandte an Stelle des pendelnden Ankers eine mit Fenstern versehene eiserne Hülse, die zwischen dem feststehenden Anker und den Polschuhen des Magnets drehbar gelagert war. Die Schnappbewegungen dieser Hülse erzeugten im Anker einen ähnlichen Flußwechsel wie die Schnappbewegungen des Ankers, die Hülse wies aber wesentlich ge-

Bild 2.

Zündflansch

ringe re Masse als der Anker auf. Bald ging dann Bosch von dem Schnappsystem zu dem o s z i l l i e r e n d e n System über, bei dem sich der Anker oder die Hülse, durch einen Exzenter vom Motor angetrieben, gleichmäßig hin- und herbewegte. In dieser Ausführung erlangte der Niederspannungsmagnetzünder weite Verbreitung, bis endlich der u m l a u f e n d e A n k e r und die u m l a u f e n d e H ü l s e aufkamen, wobei die Unterbrechungsorgane mit einem besonderen Abreißgestänge gesteuert wurden. Lästig blieb noch immer dieses Abreißgestänge und hauptsächlich die Durchführung des Zündhebels durch den Zündflansch, die die Abdichtung des Zylinders bei hohen Verdichtungsdrücken sehr erschwerte. Man versuchte später diese Mängel dadurch zu beseitigen, daß man die Abreißorgane elektromagnetisch steuerte. Eine brauchbare Vorrichtung dieser Art, die sogenannte M a g n e t k e r z e , wurde aber erst im Jahre 1907 geschaffen und k a m nicht mehr zu großer Verbreitung, da inzwischen die Niederspannungszündung beim Kraftfahrzeugmotor durch die Hochspannungszündung verdrängt worden war.

6

I. Grundlagen

Die Niederspannungszündung ist heute noch bei langsam laufenden ortsfesten Motoren vereinzelt im Gebrauch, teilweise als Pendeltyp, teilweise auch mit umlaufendem Anker; als Zündvorrichtung des Kraftfahrzeugmotors gehört sie aber der Geschichte an. Man erkannte bald, daß der Zylinder eines schnellaufenden Verpuffungsmotors frei sein muß von jeder mechanisch betätigten Zündvorrichtung, und wurde dadurch veranlaßt, zur Hochspannungszündung, zur Entflammung des Gemisches mit dem elektrischen Überschlagfunken zurückzukehren. Es galt, die Vorteile der H o c h s p a n n u n s z ü n d u n g : genauer Zündzeitpunkt und Entstehung des Zündfunkens im Zylinder an nicht bewegten Teilen, auszunützen, ohne den Nachteil einer galvanischen Batterie in Kauf zu nehmen. Schon im Jahre 1882 benutzte Karl Benz erstmals an Stelle von galvanischen Batterien D y n a m o m a s c h i n e n zur Speis u n g des die Hochspannung erzeugenden Induktors und machte sich damit unabhängig von der Batterie. Nun erregen sich aber selbsterregende Dynamomaschinen bekanntlich erst bei verhältnismäßig hoher Drehzahl, wodurch für die Zündung beim Anwerfen und bei niederer Motordrehzahl Schwierigkeiten entstehen. Benz half sich durch eine große Übersetzung zwischen Kurbelwelle und Dynamomaschine, mußte aber, um die Dynamomaschine nicht zu hoch zu beanspruchen, bei höheren Drehzahlen auf eine geringere Übersetzung umschalten. Es wird später gezeigt werden, daß die Zweckmäßigkeit derartiger Anordnungen von Dynamomaschine und Spule unter dem Schlagwort: „batterielose Dynamozündung" in neuerer Zeit wieder in Erwägung gezogen wurde, daß aber heute wie damals dieser Zündungsart grundsätzlich der Nachteil ungenügender Leistung bei geringer Drehzahl anhaften muß. — Über „batterielose Dynamozündung" beim Kraftrad siehe Abschnitt II, 3, Seite 88. Auch Benz behielt, um das Kraftfahrzeug nicht zu kompliziert zu gestalten, für den Kraftfahrzeugmotor die Batteriezündung bei. Die Zündspule arbeitete mit einem Neefschen Hammer und wurde von einem vom Motor betriebenen Steurer sekundärseitig bis zum Zündungszeitpunkt kurzgeschlossen. Infolge des hohen Stromverbrauchs dieser Zündung mußten für größere Fahrten — als solche galten in damaliger Zeit Fahrten über 10 km — mehrere Batterien mitgenommen werden, damit

1. Geschichtliches

7

bei Erschöpfung einer Batterie auf eine zweite umgeschaltet werden konnte. Den Nachteil der Dynamozündung: ungenügende Leistung bei niederer Drehzahl, hatte bis zu einem gewissen Grad die Niederspannungszündung dadurch vermieden, daß sie nicht Elektromagnete, sondern permanente Magnete zur Erzeugung des Erregerfeldes benutzte, daß also der Anker sich auch bei kleinster Geschwindigkeit in dem Erregerfeld voller Stärke bewegte. Erst um die Jahrhundertwende aber kam man auf den Gedanken, die Dynamomaschine durch einen Niederspannungsmagnetzünder zu ersetzen, d. h. eine niedere Spannung im N i e d e r s p a n n u n g s m a g n e t z ü n d e r zu erzeugen u n d sie in einem Transformator, der von der Batteriezündung bekannten Z ü n d s p u l e , in Hochspannung zu verwandeln, die dann im Zylinder an der Zündkerze zum Überschlag führt. Hauptsächlich die Firmen Bosch und Eisemann brachten solche Anordnungen heraus. Bei der Firma Bosch wurden aber bald grundsätzlich neue Wege eingeschlagen: G o t t l o b H o n o l d schuf im Jahre 1901 die Zünderform, die es in ein und demselben mit zwei Wicklungen versehenen Anker ermöglicht, Niederspannung zu erzeugen und in Hochspannung umzuformen 1 ). Diese Anordnung, der Hochspannungsmagnetziindcr, setzte sich rasch durch und förderte die Entwicklung des schnellaufenden Kraftfahrzeugmotors wesentlich. Zuerst wurde der neue Gedanke beim Zünder mit umlaufender Hülse durchgeführt; schon im Jahre 1902 wandte man ihn auch beim umlaufenden Anker an. Noch im selben Jahre ging die Firma Bosch dazu über, die Wicklungen, den Kondensator und den noch zu besprechenden Unterbrecher zu einer Einheit, dem umlaufenden Hochspannungszündanker, zusammenzubauen, ein Schritt, der den neuen Zünder lebensfähig machte. Später stellte sich heraus, daß der Grundgedanke des Hochspannungsmagnetzünders schon vor Honold von P a u l W i n a n d in Deutz angegeben wurde. Winand ließ als Erster die Erzeugung der Hochspannung in einer Spule schützen, deren Primär- und Sekundär-Wicklung vom Fluß des permanenten Magneten durchsetzt werden 2 ). Auffallenderweise wurde dieser ') Lichtbogenzündung. DRP. 156117 v o m 7 . 1 . 1 9 0 2 . ) DRP. 45 161 vom. 17. 4. 1887.

2

8

I. G r u n d l a g e n

Erfindung damals nicht die genügende Beachtung geschenkt, so daß das Patent in Vergessenheit geraten war. Ehe der Hochspannungsmagnetzünder näher betrachtet wird, muß ein Wort über Verteiler und Unterbrecher nachgetragen werden. Als man um die Jahrhundertwende mit dem Bau von Mehrzylindermotoren begann, hatte man bei der Batteriezündung eine Summer - Zündspule für jeden Zylinder vorgesehen und diesen Zündspulen den Primärstrom durch einen N i e d e r s p a n n u n g s v e r t e i l e r abwechslungsweise zugeführt. Der Schleifkontakt dieses Verteilers bewegte sich (siehe Bild 3) mit

Bild 3.

S c h a l l b i l d der B a l t e r i c z ü n d u n g mit lind N e e f ' s c h e m

Niederspannungsverteiler

Hammer

der Geschwindigkeit der Steuerwelle auf den an die Zündspule angeschlossenen Segmenten. Das Auflaufen des Schleifkontaktes auf ein Segment bestimmte gleichzeitig den Zündzeitpunkt. Das Schaltbild einer derartigen Vierzylinder - Batteriezündung zeigt Bild 3. Bald führte man an Stelle des Neefschen Hammers den schon lange bekannten U n t e r b r e c h e r ein. Ein solcher Unterbrecher ist im Grunde genommen dasselbe wie die Abreißvorrichtung des Niederspannungszünders. Der Strom wird durch zwei mittels Federkraft aneinander gedrückte, im übrigen aber elektrisch isolierte Körper geleitet, deren einer durch einen von

9

1. Geschichtliches

der Motorwelle bewegten Nocken von dem anderen kurzseitig abgehoben wird. Dadurch wird jedesmal, wenn der Nocken den Unterbrecher berührt, der Primärstromkreis unterbrochen. Ebenso wie dem Neefschen Hammer jedes Funkeninduktors muß dem Unterbrecher ein Kondensator parallel geschaltet werden, damit an der Öffnungsstelle kein Lichtbogen entsteht, da

Zündkerzen

Bild 4. Schaltbild d e r B a t t e r i e z ü n d u n g mit H o c h s p a n n u n g s v e r t e i l e r und Unterbrecher

der bei dei Abreißzündung erwünschte Lichtbogen bei der Hochspannungsziindung dem Hochspannungsfunken die Energie wegnehmen würde. Der Unterbrecher erzeugt f ü r jede Zündung einen Einzelfunken an Stelle der vom Neefschen Hammer gelieferten Funkenreihe, von der in der Regel nur der erste Funke f ü r die Zündung in Frage kommt. Der Zeitpunkt, in dem dieser Einzelf u n k e entsteht, ist durch den Öffnungsaugenblick des Unterbrechers genau bestimmt. Die Schleifbahn des Verteilers ist nicht mehr der schädlichen Funkenbildung ausgesetzt, die beim Schließen und ö f f n e n des Stromkreises durch den Verteilerarm vorhanden war, und eine bisher nicht gekannte Genauigkeit des Zündzeitpunktes ist erreichbar. Einen weiteren Schritt vorwärts brachte die Anwendung des H o c h s p a n n n u n g s V e r t e i l e r s . Die in der Zündspule

10

I.

Grundlagen

oder der Ankerwicklung erzeugte Hochspannung wird auf die einzelnen Zylinder in ähnlicher Weise wie zuvor der Primärstrom auf die Zündspulen verteilt. Dabei erübrigt sich die Anwendung mehrerer Spulen und im Primärstromkreis ist nur noch e i n e der mit Rücksicht auf die Betriebssicherheit so gefürchteten Kontaktstellen, nämlich der Unterbrecher, vorhan-

Bild

5.

Hochspaiinungsmagnelziiiuler,

.schemalisch

den. Das Schaltbild einer Batteriezündung mit Hochspannungsverteiler zeigt Bild 4. Entsprechend erfolgt die Verteilung auch beim Hochspannungsmagnetzünder. An Hand der schematischen Darstellungen in Bild 5 und 6 soll kurz der G r u n d g e d a n k e d e s H o c h . s p a n n u n g s -

a ) kurz nach UnterbrecherSchließung Bild

6.

Flußverzerrung

magnet. zünders werden.

1)) kurz v o r UnterbrecheröiTnung durch

die

c ) kurz nach UnterbrecherÖffnung

kurzgeschlossene

Wicklung

in allgemein verständlicher F o r m gezeigt

Auf die Gesetze des Hochspannungszünders wird da-

1. Geschichtliches

11

gegen in Abschnitt II, auf die Konstruktionsteile in Abschnitt III näher eingegangen. Der Hochspannungsmagnetzünder besteht in seiner ursprünglichen Gestalt aus dem vom Niederspannungsmagnetzünder bekannten Magneten mit Polschuhen, dem umlaufenden Anker — das Pendelsystem eignet sich f ü r hohe Drehzahlen nicht —, endlich dem von der Batteriezündung bekannten Unterbrecher, der bei umlaufender Wicklung ebenfalls umläuft, und dem soeben erwähnten Hochspannungsverteiler. Der Ankersteg trägt eine Primärwicklung mit wenig Windungen und eine Sekundärwicklung mit vielen tausend Windungen. Der den Ankersteg durchsetzende Magnetfluß wechselt bei jeder Ankerumdrehung seine Richtung zweimal. Die Primärwicklung wird durch den Unterbrecher immer in dem Augenblick kurzgeschlossen, in dem der Fluß des Magneten den Ankersteg voll durchsetzt (Bild 6 links), und erst geöffnet bei der Ankerstellung, bei der der Fluß den Ankersteg schon wieder in umgekehrter Richtung durchsetzen sollte (Bild 6 Mitte). Die kurzgeschlossene Wicklung hat die Eigenschaft, jeder Änderung des Flusses im Ankersteg entgegenzuwirken, und hält den Fluß dementsprechend bis zum Öffnungsmoment fest. Bild 6 Mitte zeigt den ungefähren Flußverlauf vor der Unterbrechung, Bild 6 rechts den Flußverlauf nach der Unterbrechung. Im Augenblick der Öffnung erfolgt so ein außerordentlich rascher Flußwechsel im Ankersteg; dieser Fluß Wechsel erzeugt in der vieldrähtigen Sekundärwicklung einen Hochspannungsstoß, der vom Anker abgenommen und über den Verteiler der Zündkerze zugeführt wird. Wie aus Bild 5 deutlich ersichtlich ist, wird n u r das eine Ende der Sekundärwicklung isoliert zur Zündkerze geführt; die Rückleitung erfolgt — ähnlich wie es beim Niederspannungsmagnetzünder bereits gezeigt wurde — durch den Motor- und Magnetzünderkörper, die sogenannte „Masse". Der hier in seiner Grundform dargestellte Hochspannungsmagnetzünder wird von deutschen und seit dem ersten Weltkrieg auch von ausländischen Spezialfirmen in dieser Urform und verschiedenen Abwandlungen gebaut. Er hat über zwei Jahrzehnte lang den europäischen Kraftfahrzeugmarkt fast ausschließlich beherrscht und hat heute noch als Zündvorrichtung des Ottomotors auf Traktoren, Omnibussen, Rennwagen und Krafträdern uneingeschränkte Bedeutung. Im zweiten Weltkrieg

12

I.

Grundlagen

ist er in vielen Sondertypen bei allen Nationen als Panzer- und Flugzeugmotorenzünder eingesetzt worden. Erst lange Zeit nach dem Aufkommen des Magnetzünders ließ die wesentliche Verbesserung der Akkumulatorenbatterien die Batteriezündung in der in Bild 4 dargestellten Form erneut aufleben und zunächst in Amerika weite Verbreitung finden, zumal nachdem die Einführung der elektrischen Beleuchtung und des elektrischen Anlassers Lichtmaschine und Batterie ohnehin im Kraftfahrzeug erforderlich machten. Dem amerikanischen Vorbild folgend wandte man sich später auch

Bilcl

7.

Batteriezündung,

Slromwege

in Europa mehr und mehr der Batteriezündung zu, die vor allem wegen ihres niedrigen Preises etwa in den Jahren 1925 bis 1930 auch den europäischen Personenwagen völlig eroberte. Bild 7 zeigt, wie bei der neueren Batteriezündung im Gegensatz zum Magnetzünder zwei räumlich getrennte Einheiten vorhanden sind: die sogenannte Zündspule mit den unbewegten Teilen, den Wicklungen, dem Eisenkreis und dem Hochspannungsanschluß, und der sogenannte Zündverteiler mit den vom Motorantrieb abhängigen Teilen, dem Unterbrecher mit Kondensator und dem eigentlichen Hochspannungsverteiler. Die Batteriezündung und die Magnetzündung sind weiterhin in ihrer grundsätzlichen Wirkungsweise unverändert geblieben. In Aufbau, Werkstoffauswahl und Leistung wurden sie vielfach abgewandelt unter dem Einfluß der wechselnden Bedingungen der Konstruktion und der Betriebsanforderungen des Ottomotors, der Kraftstoffe sowie der für den Zünderbau zur Ver-

2.

13

Ziindzeitpunkt

fügung stehenden Werkstoffe. Die Entwicklung und Erprobung der Zündvorrichtungen wurde zu einem umfassenden Sondergebiet der Elektrotechnik, ihre Herstellung zur Aufgabe von Werken der feinmechanischen und elektrotechnischen Mengenfertigung in vielen Ländern. Die Tatsache, daß es sich um elektrische Vorrichtungen höchster Genauigkeit handelt, mit denen der Kraftfahrer und auch der Kraftfahrzeugfachmann zumeist nicht vertraut sind, führte zur Entstehung besonderer weltweiter Kundendienstorganisationen. 2. Ziindzeitpunkt Im folgenden soll zunächst über die Vorrichtungen gesprochen werden, die die Hochspannung rechtzeitig erzeugen und auf die Zylinder verteilen. Wir wollen sie kurz Zünder nennen, und zwar je nach der Energiequelle Magnetzünder oder Batteriezünder. Die Vorrichtung, die die Hochspannung durch den

£ ^ i0) ~3

Bild 8.

x

52

N ^ =

r* N u. w -j =

*0

3

L.

o

N ^

=

"c

D r u c k d i a g r a m m d e s O t t o m o t o r s bei v e r s c h i e d e n e n

Zündzeitpunkten

Zylindermantel führt und an der der Uberschlag entsteht, die sogenannte Zündkerze, bedarf besonderer Beachtung und wird in Abschnitt VI ausführlich behandelt. Vor allem ist die Frage zu erörtern: Welche A n f o r d e r u n g e n stellt der moderne K r a f t f a h r z e u g m o t o r a n d e n Z ü n d e r hinsichtlich Leistung, Drehzahl und Einstellung des Zündzeitpunktes? Wir dürfen die Wirkungsweise des Vier- und Zweitaktmotors als bekannt voraussetzen, weisen jedoch hier besonders

14

I. Grundlagen

auf die Wichtigkeit des r i c h t i g e n Zeitpunkts für d i e E n t f l a m m u n g des Gemisches hin. Erfolgt die völlige Entflammung zu früh, das heißt vor dem Totpunkt, so erhält der Kolben eine rücktreibende Kraft, der Motor arbeitet stoßweise und überhitzt sich, die Leistung sinkt und beim Anwerfen erfolgen Rückschläge. Erfolgt die völlige Entflammung zu spät, das heißt nach dem Totpunkt, so ist die Verdichtung ungenügend, häufig sogar die Verbrennung unvollständig; der Motor wird ebenfalls überhitzt, der Höchstdruck und die Leistung sinken, und der Motor arbeitet unwirtschaftlich. Bild 8 zeigt die Indikatordiagramme eines Verpuffungsmotors mit zu früher, rechtzeitiger und zu später Gemischzündung. Die Zündung soll so erfolgen, daß der Höchstdruck unmittelbar nach der Totpunktstellung des Kolbens auftritt. Die Gesetze, nach denen die Entflammung und Verbrennung eines Gasgemisches vor sich gehen, sind heute noch nicht restlos erforscht. Immerhin gibt eine Reihe wichtiger Untersuchungen aus neuerer Zeit Aufschluß über die Probleme der Zündgeschwindigkeit, der Vollständigkeit der Verbrennung, des sogenannten Klopfens, der Selbstzündungsgrenze und Anhaltspunkte über zweckmäßige Wahl von Zylinderform, Ventilanordnung, Zündkerzensitz, Verdichtung und Gemischzusammensetzung 1 ). Ein näheres Eingehen auf diese interessanten und für die Zündung sehr wichtigen Fragen fällt aus dem Rahmen ') Zum Beispiel: Professor Dr. E . W i r t h : Die Verbrennungsvorgänge im Explosionsmotor. Automobil-Rundschau 1920, Heft 7—14 (zusammenfassende Darstellung). Dr.-Ing. O. E n o c h : Die W e r t u n g der Ricardosclien Versuche. Motorwagen, 1923, Heft 18 und 19. Dr.-Ing. Ludwig Richter: Das Klopfen der Zündungsmotoren. Motorwagen, 1925, Heft 32. W . A. W h a t m o u g h : Detonation, The Automobile Engineer, 1927, Bd. XVII, Heft 225—233, 235, 236. Dr.-Ing. W . Lindner: Entzündung und Verbrennung von Gas- und Brennstoffgemischen. Berlin, VDI.-Verlag 1931. K. Schnaufer: Verbrennungsgeschwindigkeiten von Benzin- und Benzol-Luftgemischen in raschlaufenden Zündermiotoren. Diss. T. H., Berlin 1931. H. R. R i c a r d o : Schnellaufende Verbrennungsmaschinen, übersetzt und bearbeitet von W e r n e r und F r i e d m a n n , 2. Aufl., Berlin, Springer 1932. E . Seiler: Elektrische Zündung, Licht und Anlasser der Kraftfahrzeuge. Halle 1948. S. 17 ff. C. Cipriani and L. H. Middleton: A Modern Approach to Ignition. SAE. Summer Meeting, F r e n c h Lick, 10. 6. 1948. S. a. L i t e r a t u r a n g a b e n Seite 21, F u ß n o t e .

2. Ziindzcitpunkt

15

u n s e r e r Betrachtungen h e r a u s ; wer sich n ä h e r damit befassen will, sei hingewiesen auf die u m f a n g r e i c h e n Versuche von R i c a r d o u n d die klare U n t e r s u c h u n g dieser F r a g e n d u r c h ihn, hauptsächlich auf die sehr gute deutsche Bearbeitung des Ricardoschen Werkes durch W e r n e r u n d Friedmann, endlich auf den hierher gehörigen Inhalt der übrigen Literatur u n d der Fachzeitschriften. Rechtzeitige E n t f l a m m u n g des Gemisches e r f o r d e r t r e c h t z e i t i g e s A u f t r e t e n d e s Z ü n d f u n k e n s in b e z u g a u f d i e K o l b e n S t e l l u n g . D a h e r ist nötig: 1. ein ganz bestimmtes, unveränderliches Übersetz u n g s v e r h ä l t n i s zwischen Motorachse u n d u m l a u f e n d e m Teil des Zünders — also Antrieb d u r c h unmittelbare Kupplung, Z a h n r a d oder Kette, nicht d u r c h Riemen! 2. beim E i n b a u genaue Kolbenstellung des Motors;

Einstellung

des

Zünders

zur

3. beim Zünder unbedingte G e n a u i g k e i t d e s Z ü n d z e i t p u n k t e s in bezug auf die Stellung der u m l a u f e n d e n Teile u n d Unveränderlichkeit des Zündzeitpunktes w ä h r e n d langer Betriebszeit; endlich 4. die Möglichkeit, den Z ü n d z e i t p u n k t w ä h r e n d des Betriebes zu v e r ä n d e r n , u m ihn den wechselnden Drehzahlen anzupassen. Auf die F r a g e des Antriebs u n d des E i n b a u s von Z ü n d e r n ( F o r d e r u n g 1 u n d 2) m u ß gegen E n d e u n s e r e r Betrachtungen ohnedies n ä h e r eingegangen werden. Hier sei n u r darauf hingewiesen, daß bekanntlich beim Einzylinder-Viertaktmotor e i n e Z ü n d u n g bei jeder Steuerwellenumdrehung, also bei jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung zu erfolgen hat. Bei Mehrzylindermotoren erhöht sich die Zahl der auf eine Kurbelw e l l e n u m d r e h u n g erforderlichen Z ü n d u n g e n proportional der Zylinderzahl, wie aus den ersten vier Spalten der Tafel, Bild 9, einfach zu e n t n e h m e n ist. Die Tafel zeigt gleichzeitig die Antriebsdrehzahl, die f ü r Magnetzünder u n d Batteriezünder, von Sonderfällen abgesehen, gewählt werden m u ß , u n d zwar gesondert f ü r den sogenannten Zweiabrißtyp, bei dem bei einer U m d r e h u n g der Zünderachse zwei F u n k e n entstehen, u n d f ü r die Vier-, Sechs-, Acht-, Zwölf- u n d Mehrabrißtypen, bei denen bei einer U m d r e h u n g der Zünderachse 4, 6, 8, 12 u n d m e h r

16

I.

W -'ri

Zünderwelle

a S i

Uebersetzung

H

1 S

Verteilerwelle zi

wj i CD ^ B s

Zünderwelle

£

« h •S ^ o

•D


nicht n a c h der

Bild 28.

Primärstromkreis des Magnetzünders bei geschlossenem Unterbrecher

Bild 27. Fluß im Ankersteg abhängig von der Ankerstellung bei geschlossenem Unterbrecher

Magnetisierungslinie, sondern linear mit dem Strom J z u n i m m t , u n d daß f e r n e r die magnetische Leitfähigkeit A f ü r sämtliche von uns betrachteten Ankerstellungen a dieselbe bleibt. Die erste A n n a h m e bringt keinen wesentlichen Fehler, da wir u n s e r e Betrachtungen nicht auf das Gebiet hoher Eisensättigungen ausdehnen, die zweite A n n a h m e wird mit Rücksicht auf die im folgenden Abschnitt zu besprechende Schwächung des Magneten n a c h Möglichkeit verwirklicht u n d t r i f f t , wie Messungen zeigen, bei vielen Magnetzündern h e u t e p r a k t i s c h zu.

2. Erzeugung

des

Primärstromes

61

Der tatsächlich für die Erzeugung der Primärspannung maßgebende r e s u l t i e r e n d e

Fluß

ist nun:

$ = $ + < £ > = $ e + - L LJ10 8 , r e ' a z und demnach wird die r e s u l t i e r e n d e Primärspannung d -8 d$ ~8 dJ E r = — ztu —z—--10 = — z w — — L o j ^ - . (16) da da da * ' Bild 27 zeigt den Verlauf der Flüsse, wie er ungefähr zur Veranschaulichung obiger Ableitungen dargestellt werden kann. W i r fragen uns nun: wie wirkt diese Spannung

Er

in

dem

„aufgedrückte"

Primärkreise

des

Ankers?

W i r haben es, solange der Unterbrecher geschlossen ist, zu tun mit einer elektromotorischen K r a f t E r , einer Induktivität L und dem Primärwiderstand r. Diese Größen können sämtlich als in Reihe geschaltet betrachtet werden (Bild 28).

Es gilt also für

jeden Augenblick die Gleichung E

=Lu4J +rJ da oder, wenn die W e r t e von E r in Gleichung 16 eingesetzt werden: r

dJ d$> _s 2Liu - - f rJ + zcu-— e 10 = 0. da da W i r suchen in dieser D i f f e r e n t i a l g l e i c h u n g

(17) J und

setzen zu ihrer Lösung J = u v, so daß man die Differentialgleichung zerspalten kann in die beiden Teile 2Leu

da

+ ru = 0 und

dv —8 - -F zw - R - 5 10 =0. da da Die Lösungen dieser beiden Gleichungen sind 2Luju

r

u = Kj

C 1 d$

e ~

2Lw

a

und

zlO 10 —=— / r — d a + K-, w o K, und K , Konstanten sind 1 1 1 2L J u da Setzt man u in die Gleichung von v ein, so wird - 8

r

zlO-8 f 2 L

d$e „ 2 L ^ a K d a

,

, „ , K 2 und

,

.

r j

J = uv =

zlO

—¡—e 2L

2 L o)

I——e

J

da

2 Li»

v

da + K e

2Lw

.

(18)

62

II. Die Theorie der Zündung

Dies ist die v o l l s t ä n d i g e G l e i c h u n g f ü r J, in der lediglich die vereinfachende Voraussetzung L = Konst. über den Bereich des betrachteten a enthalten ist. Allerdings ist das Integral n u r lösbar, w e n n der Verlauf von b e k a n n t ist. Dieser ist im wesentlichen abhängig von der Polschuh- u n d A n k e r f o r m des Magnetzünders 1 ). In Bild 29 ist

Bild 29. Errogerfluß abhängig von der Ankerslellung, Messung an Magnetzündern grundsätzlich verschiedener P o l s c h u h f o r m e n

der F l u ß v e . r l a u f v o n M a g n e t z ü n d e r n sehr verschiedener P o l s c h u h f o r m e n bei P r i m ä r s t r o m J = 0 dargestellt. Um übersichtliche Beziehungen zu erhalten, b e t r a c h t e n wir in Bild 26 den F l u ß ü b e r e i n e n g e w i s s e n W i n k e l (a4 bis a0 u n d a2 bis a 3 ) als k o n s t a n t u n d über einen gewissen Winkel (a 0 bis a2) als s i n u s f ö r m i g . Diese A n n a h m e t r i f f t nicht genau zu, ist a b e r berechtigt, solange wir eine b e s t i m m t e P o l s c h u h f o r m im Auge haben, da wir ja eine derartige Flußlinie p r a k t i s c h ohne weiteres herstellen k ö n n t e n . J ) Streng g e n o m m e n ist der Flußverlauf auch abhängig von dem Primärstrom J selbst, da die entmagnetisierende W i r k u n g des Ankerflusses die Induktion des permanenten Magneten schwächt. Näheres hierüber findet sich in Abschnitt III. Im folgenden soll die Induktion des permanenten Magneten als v o m Primärstrom unabhängig angesehen werden.

2. Erzeugung des Primärstromes

63

Wir schreiben also f ü r a ö bis a 2 3>e = $ e m cos c a,

(19)

TT

wo c =

, wenn wir a.Q als Anfangspunkt der cos-Linie 2 a0 festlegen, in dem 3>e = i>em gleich dem maximalen, den Ankersteg durchsetzenden Erregerfluß ist. a

Das Integral der Gleichung 18 f ü r J wird nun: r a 2 L10

d $e

/

——5

da

e

r

r 2L(0

d a = — c e m / e s i n c a da J r r — — sin c a — c cos c a -a 2 L«> 2 L o) ' — e C $ era ~ r2z " 2 + c2

4L