Zündspulen


Erstellt: 2004-11-28Letzte Änderung: 2008-07-21 [vor 8 Jahren, 4 Monaten, 16 Tagen]

Zündspulen Zündspulen (engl. Ignition Coil) dienen, wie ihr Name bereits vermuten lässt, zum Zünden des brennbaren Gasgemisches in Fahrzeugen. Sie sind direkt mit den Zündkerzen im Auto (oder beim Motorrad) verbunden. Die durchschnittliche Ausgangsspannung liegt bei ca. 20kV, doch mit einer besonders kräftigen Ansteuerung kann man ihnen auch mehr als 100kV entlocken.

Die hier aufgeführten Schaltungen bestechen weder durch elektrotechnische Designkunst, noch durch besonders hohe Robustheit oder Sicherheit. Alle Schaltungen entstanden vor vielen Jahren, als ich als Jugendlicher noch nicht über großes Elektronikwissen verfügte.

Die Schaltungen sind jedoch für Anfänger besonders leicht und günstig aufzubauen und funktionieren einfach. Und wenn mal was durchbrennt - Kopf hoch. ;-) It's Hochspannung, baby!

Beschaffung

Ich habe mir meine drei Zündspulen alle bei einem örtlichen Autoverwerter besorgt. 1€ für die Kaffeekasse und die Sache war gegessen. Gewöhnliche Autowerkstätten scheinen Zündspulen jedoch nicht gerne herauszugeben, dennoch ist es natürlich einen Versuch wert, dort anzufragen.

Wenn sich tatsächlich nirgends eine Zündspule auftreiben lässt, wird man dennoch mit höchster Wahrscheinlichkeit bei Ebay fündig werden.

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Funktion

Eine Zündspule hat im Gegensatz zu einem gewöhnlichen Transformator nur einen einzigen Eisenstab als Kern. Außerdem ist das untere Ende der Primärspule mit dem unteren Ende der Sekundärspule verbunden. Das hat zur Folge, dass man die Spule nicht mit gewöhlicher Wechselspannung betreiben kann. Stattdessen muss man einen oder mehrere kurze Impulse an sie anlegen, damit man Blitze bekommt.

Im Folgenden sollen vier verschiedene Arten der Ansteuerung dieser Spulen beschrieben werden.

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Ansteuerung 1: Puls

Dies ist vermutlich die einfachste Ansteuerung einer Zündspule. Mit einer Hochspannungsquelle, ich verwende hier den Elektroschocker, wird ein Kondensator aufgegeladen und auf Knopfdruck in die Zündspule entladen.

Dies liefert einen kurzen, aber sehr kräftigen Blitz, der sich z.B. sehr gut zum Zünden von Gasgemischen oder zum Testen der Durchschlagsfestigkeit eines Stoffes verwenden lässt.

Die Ausgangsspannung liegt bei ca. 20kV, die Blitze sind also ca. 2cm lang.

Schaltplan

Schaltplan
Der Aufbau der Schaltung ist denkbar einfach: Die Ausgangswechselspannung des Elektroschockers wird von einem Brückengleichrichter gleichgerichtet und an den Kondensator angeschlossen. Ich verwende hier vier parallelgeschaltete Kondensatoren, um eine höhere Kapazität und damit mehr Power zu erzielen.

Der Gleichrichter muss natürlich die hohe Spannung des Elektroschockers aushalten. Am besten baut man sich selbst einen aus vier 1N4007-Dioden. Da weiß man, was man hat. ;-)

Vier Kondensatoren parallel, Taster mit Verlängerungskabel.
Die gleiche Schaltung, mit Taster zum Aufladen und auf eine geätze Platine gelötet.

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Ansteuerung 2: Zerhacker

Beschreibung

Diese Ansteuerung ist schon etwas (wenn auch nur ein bisschen) aufwendiger als die vorige. Dafür hat sie allerdings den großen Vorteil, dass sie konstant eine Hochspannung liefert, man also nicht immer den Kondensator laden muss, bevor man mit dem Auslöser einen Blitz erzeugt.

Schaltplan

Schaltplan

Funktion

Der MOSFET "zerhackt" die Eingangsspannung in dieser Schaltung sprichwörtlich. Der NE555 liefert ein Rechtecksignal

Die Frequenz muss mit dem 2,2k-Poti angepasst werden. Dies ist sehr wichtig, da die Zündspule am meisten Output liefert, wenn sie mit ihrer eigenen Resonanzfrequenz betrieben wird. Diese liegt in den meisten Fällen im Bereich von ca. 10kHz.

Man kann bei Bedarf einen 22µF-Elko (der Wert ist ziemlich unkritisch) parallel zum 100nF-Kondensator schalten. Dies bewirkt, dass die Frequenz drastisch sinkt (auf ca. hundert Hertz) und man richtige, knallende Blitze statt einem zischelnden Lichtbogen erhält.

Die Eingangsspannung kann fast beliebig gewählt werden, je nachdem wie viel der verwendete MOSFET aushält. Ich betrieb diese Schaltung hier mit ca. 30V Gleichspannung aus einem Trafo, den ich vor Jahren mal für 2€ auf einem Flohmarkt ergattert habe. Daraus ist jetzt der Eisbecher entstanden.

Die Kapazität des Kondensators an den beiden Polen der Zündspule ist unkritisch, nur die Spannugsfestigkeit muss stimmen. Es handelt sich dabei um einen sog. Snubberkondensator.

Die Schaltung liefert ca. 20-30kV bei der oben beschriebenen Frequenz von gut 10kHz. Da diese Frequenz noch im hörbaren Bereich liegt, nimmt man sie als ein nvertötendes Fiepen wahr... Aber ein echter Bastler lässt sich durch sowas ja bekanntlich nicht abschrecken! ;-)

Diese Fotos entstanden zwischen 2004 und 2005.

Ansteuerung als Elektroschocker

Ersetzt man die Zündspule durch einen gewöhnlichen, umgepolten Printtrafo und senkt die Frequenz auf einige hundert Hertz - z.B. indem man den Kondensator am NE555 deutlich vergrößert - so lässt sich mit dieser Schaltung auch ein kräftiger Elektroschocker realisieren.



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Ansteuerung 3: Resonanz

Beschreibung

Diese Schaltung habe ich quasi aus der Not heraus gebaut und sie hat auf Anhieb funktioniert. :-)

Mit ihr kann man eine Zündspule in Selbstresonanz betreiben. D.h. die Schaltung schwingt mit der Eigenfrequenz der Zündspule. Und das ganz ohne Taktgeber-IC, nur mit einer Feedbackspule.

Als "Treiberstufe" habe ich seinerzeit zwei 2N3055-Transistoren in Darlingtonschaltung verwendet, da ich keine MOSFETs auftreiben konnte. (Alle gekillt! :-D) Aber in der Not frisst der Teufel ja bekanntlich Fliegen.

Die Feedbackspule mit ca. 4 Windungen normaler, isolierter Kupferlitze wird einfach um die Zündspule selbst gewickelt und über einen Poti und eine Batterie an die Basis der Transistoren geklatscht.

Schaltplan

Schaltplan

Fotos

Und hier der Aufbau (übrigens mit wunderbar heißklebervergossenem Zündspulenkopf xD).

Nachdem die Zündspule einen Blitzimpuls abgegeben hat, wird eine kleine Spannung in der Feedbackspule induziert, welche die Transistoren durchsteuert.

Mit dem Poti muss der Basisstrom angepasst werden. Wenn die Schaltung dann immer noch nicht "anspringt", sollte man versuchen, die Anschlüsse der Feedbackwicklung zu vertauschen.

Wenn alles klappt, kann man auch schon loslegen.
Brutal wird's allerdings, wenn man die Hochspannung an das Gehäuse der Zündspule selbst anlegt. Korona bis nach Meppen und zurück (Bild leider unscharf, aber man erkennt, was ich meine).
Auf einen Kühlkörper geschraubt halten die Transistoren die Belastung aber trotzdem tapfer durch.
Ein wunderbarer Störsender übrigens - im Umkreis von einigen Metern haben alle PC-Monitore verrückt gespielt.

Ein weiterer interessanter Effekt ist , dass die Schaltung auch ohne 9V-Block Schwingt. Dabei wird allein die induzierte Spannung in der Feedbackspule genutzt, doch diese reicht nicht aus, um den Transistor voll durchzusteuern. Die Schaltung oszilliert dann nur so lange, wie der HV-Ausgang einen Kontakt zu GND hat.

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Ansteuerung 4: Antiparallel

Beschreibung

Verschaltet man zwei Zündspulen antiparallel (Plus von Spule 1 an Minus von Spule 2 und umgekehrt), so lässt sich zwischen beiden Zündspulenausgängen eine sehr hohe Spannung im Bereich um ca. 50 kV (ca. 5 cm Funkenstrecke) erzeugen.

Schaltplan

Schaltplan
Der Aufbau ist recht simpel, die Teile habe ich mir aus meinem Elektroschrott zusammengefischt.

Um eventueller, zerstörerischer Selbstinduktion in der Primärspule entgegenzuwirken, sind dem Transistor ein 7,5nF/2kV-Kondensator (als Snubber), eine 1N4007-Diode (der Pfeil zeigt nach Plus) und zwei parallele VDRs parallelgeschaltet.

Da ich keine Leistungstransistoren (mal wieder alle MOSFETs gekillt xD) mehr in meiner Bastelkiste hatte, wurde eine alte Monitorplatine ausgeschlachtet. Den darauf gefundenen Transistor mit der Bezeichnung "C4237" habe ich dann verwendet. Im Prinzip sollte auch jeder andere N-Channel MOSFET funktionieren.

Die Taktimpulse übernimmt hier eine niederfrequenze (ein paar hundert Hertz) NE555-Schaltung. Dabei kann die gleiche NE555-Beschaltung wie bei Ansteuerung 2 benutzt werden. Da die Schaltung am besten bei Niedrigen Frequenzen arbeitet, sollte man den 100nF-Kondensator an Pin 1 und 2 des NE555 dann einfach durch einen Elko von z.B. 22µF (Wert unkritisch) ersetzen.

Im Betrieb läuft der Transistor leider auch mit einem großen Kühlkörper, den ich genau wie die beiden VDRs einem PC-Netzteil entliehen habe, nach einer Minute sehr heiß und braucht dann eine kleine Auszeit. Ein kleiner Lüfter wäre hier vielleicht ganz angebracht.

Fotos

So sieht die Schaltung aufgebaut aus.
Über die Ausbeute kann man nicht meckern, was auch die LED auf dem rechten Bild findet. :-D
Kleine Spielereien...

Bizarre Linienmuster auf einer Lochrasterplatine. Interessant finde ich, dass nur die Lötaugen selber leuchten, zwischen den einzelnen Lötpunkten sind keine Funkenüberschläge zu sehen! Eigentlich müsste es doch genau anders herum sein!? :-O

Es ist übrigens immer nur eine einzelne "Funkenbahn" zu sehen, die "Belichtungszeit" der Kamera ist nur zu lang und so scheint es, als ob mehrere Blitze gleichzeitig erscheinen.

Dieses Gerät hier nenne ich liebevoll "Kammer des Schreckens"... ;-)



Alternatives Batterie-Ladegerät: :-D

Und als Abschluss einmal der Unterschied der Frequenzen von Funkenstrecken.

Links: Niederfrequente HV (ein paar hundert Hz)

Rechts: Hochfrequente HV (mehrere kHz)

Spaßeshalber wurden auch einmal zwei MOSFETs parallel geschaltet, was aber an der Funkenlänge nicht viel geändert hat.

Zum Abschluss noch ein kleines Video:



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