Die gebräuchlichen Automobilsysteme. Von Professor H. Bachner in Stuttgart. (Fortsetzung des Berichtes S. 46 d. Bd.) Die gebräuchlichen Automobilsysteme. IV. Zündung. Das während des Saughubes in den Cylinder beförderte brennbare Gemisch wird beim nächsten Rückgang des Kolbens komprimiert und muss gegen Ende dieses Hubes entzündet werden, und zwar zu einem derartig gelegenen Zeitpunkt, dass der Explosionsstoss sich zeitlich unmittelbar an das Passieren der hinteren Totlage anschliesst. Wäre es möglich, das Gemisch gleichzeitig in allen seinen Teilen zur Entzündung zu bringen, so müsste der Zündmoment mit der Totlage zusammenfallen. Thatsächlich aber erfolgt die Zündung von einer einzigen, gewöhnlich nicht in der eigentlichen Explosionskammer gelegenen Stelle aus; die Flamme, d.h. der chemische Verbrennungsvorgang, wandert sodann mit einer gewissen Geschwindigkeit durch das Gemisch hindurch und es erfordert in allen Fällen eine bestimmte Zeit, bis das Maximum der Verbrennungsintensität und die grösste Gasspannung erreicht ist. Die Grösse dieser Explosionsgeschwindigkeit bewegt sich in solchen Grenzen, dass ihr gegenüber der Einfluss der Kolbengeschwindigkeit schon bei langsamer laufenden stationären Maschinen unter keinen Umständen vernachlässigt werden darf, noch viel weniger natürlich bei den vielfach sehr hohen Geschwindigkeiten der Automobilmotoren. Hieraus erklärt sich die folgende Erscheinung: Während sich der Verbrennungsvorgang von der Zündstelle bis zur Kolbenfläche ausbreitet, bewegt sich der Kolben gleichfalls weiter; soll sich also die eigentliche Explosion unmittelbar an das Passieren der Totlage anschliessen, so muss die Zündung bereits vorher, also noch während der Kompression, erfolgt sein. Es folgt ferner aus dieser Betrachtung, dass bei einer Aenderung der Kolbengeschwindigkeit, also der Umdrehungszahl des Motors, auch der günstigste Zündmoment ein anderer wird. Umgekehrt hat eine Verlegung des Zündmomentes eine Aenderung der Motorleistung zur Folge. War die Zündung vorher auf die günstigste Wirkung eingestellt, so verursacht eine Aenderung unter allen Umständen einen Abfall der Leistung; bei einem zu grossen Voreilen nämlich (Frühzündung) tritt der Explosionsstoss schon vor der Totlage ein, wirkt demnach der Kolbenbewegung entgegen und verursacht heftige Schläge im Cylinder, was unter allen Umständen vermieden werden sollte; erfolgt die Zündung dagegen zu spät, so wird einesteils infolge zu rascher Zunahme des Cylindervolumens während der Explosion die Maximalspannung herabgedrückt, anderenteils die Expansion vorzeitig unterbrochen, also gleichfalls die Arbeitsleistung des wirksamen Kolbenhubes verringert, auch wenn die Zündung immerhin noch vor der Totlage stattfindet. Da diese Verhältnisse sowohl für die Beurteilung der gebräuchlichen Zündungsarten, wie auch bei der Regulierung von Wichtigkeit sind, werden wir wiederholt darauf zurückkommen. Die für Automobilmotoren gebräuchlichen Zündungen sind die Glührohrzündung und die elektrische Zündung.Die ältere Flammenzündung besitzt den in ihrem Wesen begründeten Nachteil, dass die aus der Atmosphäre in die unter relativ hohem Kompressionsdruck stehende Explosionskammer überzuführende Zündflamme, um nicht ausgeblasen zu werden, von ihrer Speisevorrichtung abgeschnitten werden muss. Ihre dabei in kürzester Zeit auf Null abnehmende Zündfähigkeit genügt wohl, wie die Erfahrung gezeigt hat, für das leicht brennbare Leuchtgasgemisch, gibt aber bei den Benzindämpfen schon Betriebsschwierigkeiten, welche sich mit zunehmender Umdrehungszahl steigern und die Verwendbarkeit der Flammenzündung für Automobilzwecke ausschliessen. Die Glührohrzündung besitzt demgegenüber entschiedene Vorzüge. Ihr Wesen besteht darin, dass ein kleines, einseitig geschlossenes Röhrchen von möglichst geringer Wandstärke, bei Automobilen wohl ausnahmslos ein Platinrohr, welches mit der Explosionskammer kommuniziert und eine Verlängerung derselben darstellt (Fig. 36), von aussen durch einen Brenner glühend erhalten wird (vgl. auch die Glührohrzündung Fig. 7 S. 18 d. Bd. oben links neben den Ventilen und Fig. 35 S. 51 d. Bd.). Infolge der Ableitung der Wärme nach den Eisenmassen des weniger heissen Cylinderkopfes ist nur ein beschränkter Teil des Rohres in glühendem Zustand, die sogen. Glühzone. Während nun am Ende des Auspuffhubes Explosionskammer, Ventilkammer und Glührohr mit Verbrennungsgasen gefüllt bleiben, wird beim darauf folgenden Saughub das neue Gemenge zunächst nur in die beiden erstgenannten eintreten und mit dem Rest der Verbrennungsgase sich mischen können (Fig. 36), während im Glührohr die letzteren auch am Ende der Saugperiode noch unvermischt vorhanden sind, also eine Zündung nicht zulassen. Erst wenn während der nun folgenden Kompression der Glührohrinhalt soweit zusammengedrückt ist, dass frisches Gemisch bis zur Glühzone vordringt (Fig. 37), wird die Zündung eingeleitet, kann aber solange nur langsam fortschreiten, bis die entgegengerichtete Kolbengeschwindigkeit unmittelbar vor der Totlage sehr klein wird; daher tritt bei richtiger Anordnung erst jetzt die eigentliche Explosion ein (Fig. 38), während sich das Glührohr bereits wieder mit Verbrennungsgasen gefüllt hat. Hauptsache wird es demnach sein, einen solchen Platz für den Anschluss des Glührohrs ausfindig zu machen, welcher einerseits das Zurückdrängen der Restgase hinter den Rand der Glühzone, andererseits die richtige Fortpflanzungsgeschwindigkeit für den Verbrennungsvorgang ermöglicht. Die Einführung der Glührohrzündung in dieser einfachsten Form ist das Werk von Daimler, und diese Zündungsweise ist bei den Daimler-Motorwagen und ihren Nachbildungen bisher beibehalten worden, hat sich also jedenfalls gut bewährt, was vor allen Dingen in ihrer durch den Fortfall von besonderen Steuerungsteilen bedingten ausserordentlichen EinfachheitGesteuerte Glührohrzündung dürfte für Automobilmotoren kaum benutzt werden, wenigstens ist dem Verfasser kein derartiges Beispiel bekannt geworden., daneben aber auch in der bei sachgemässer Bedienung vorhandenen grossen Zuverlässigkeit begründet liegt. Für die Heizung des Glührohres ist natürlich eine entsprechende Vorrichtung zu treffen; gewöhnlich benutzt man eine gleichfalls mit Benzin gespeiste Lampe (vgl. Fig. 7, S. 18 d. Bd., und 35), in welcher der Brennstoff zunächst unter dem Einfluss der von der Brennermündung nach dem obersten Teil der Lampe abfliessenden Wärme verdampft wird; durch Beimischung der erforderlichen Luftmenge noch vor dem Brenner (vgl. Fig. 36) wird eine stark hitzende, nicht rauchende Flamme wie bei einem Bunsen-Brenner erzeugt. Zur Speisung dieser Lampe dient entweder ein besonderes kleines Benzingefäss, oder es wird der Brennstoff wie bei der Daimler'schen Anordnung (Fig. 35) gleichfalls dem Hauptreservoir entnommen. Textabbildung Bd. 315, S. 81 Glührohrzündung.Fig. 36. SaugperiodeFig. 37. Beginn der ZündungFig. 38. Explosion. Diese natürlich in ein Schutzgehäuse eingeschlossene, aber doch äusseren Einflüssen zugängliche Flamme bildet eine schwache Seite der Glührohrzündung; ein weiterer Nachteil liegt darin, dass das dünne Platinröhrchen bisweilen durch den Explosionsdruck zersprengt wird: beides aber würde nicht genügen, den Wettbewerb der wesentlich komplizierteren elektrischen Zündung erfolgreich erscheinen zu lassen, wenn nicht noch ein Hauptnachteil hinzukäme, der in der Eigenart der Glührohrzündung begründet liegt, nämlich ihre Abhängigkeit von dem Kompressionsdruck und der Kolbengeschwindigkeit. Letzteres, bereits oben begründet, ist weniger bedenklich, weil man in der Regel einen Motor mit Glühzündung nicht mit sehr verschiedenen Umdrehungszahlen laufen lässt; nur beim Anlassen grösserer Motoren ist insofernVorsicht geboten, als durch die hierbei unvermeidlichen Frühzündungen starke Rückdrucke entgegen der richtigen Drehrichtung auf Kolben und Andrehkurbel ausgeübt werden, welche den Fahrer gefährden können. Dagegen werden Undichtheiten, z.B. mangelhaftes Schliessen der beiden Ventile, zur Folge haben, dass sich der für das Zurückdrängen der Restgase im Glührohr erforderliche Kompressionsdruck nicht rechtzeitig oder überhaupt nicht in der richtigen Stärke einstellt, was Spätzündungen mit mangelhafter Leistung bezw. völliges Versagen der Zündung zur Folge hat. Es muss als eine wertvolle Eigentümlichkeit der elektrischen Zündungsarten betrachtet werden, dass sie die eben gerügten Nachteile nicht besitzen, vielmehr einer Veränderung der Tourenzahl in weiten Grenzen nachgeben können und von der Kompressionsspannung unabhängig sind. Doch soll dabei schon hier darauf hingewiesen werden, dass auch diese Zündungsart ihre Nachteile besitzt; auch elektrische Einrichtungen sind bekanntlich nicht unbedingt feuersicher, und ein Kurzschluss oder Bruch der Leitungen wirkt wie ein Verlöschen der Brennerlampe. Deshalb besitzt die Glührohrzündung viele Anhänger; sie wird z.B. von der Daimler-Motorengesellschaft in Cannstatt fast ausschliesslich benutzt, ebenso von der Motoren Daimler'schen Systems bei ihren Wagen benutzenden Motorfahrzeug- und Motorenfabrik Berlin (Marienfelde)Bei dieser Gelegenheit sei dem Verfasser gestattet, einen bedauerlichen Irrtum zu berichtigen. Die Fig. 6, 7, 12, S. 28 d. Bd., und 35 sind dem Instruktionsbuch der Motorfahrzeug- und Motorenfabrik Berlin entnommen. Fig. 6, 7 und 35 S. 51 d. Bd. entsprechen übrigens im allgemeinen dem System Daimler mit gewissen Abweichungen in den Einzelheiten, die in Fig. 12 dargestellte Wasserkühlmethode dagegen ist als eine der Motorfahrzeug- und Motorenfabrik Berlin eigentümliche Konstruktionsform zu betrachten.. Die elektrische Zündung benutzt die energische Wärmewirkung, welche ein zwischen den Kontaktstellen des Zünders überspringender elektrischer Funken hervorruft. Selbstverständlich darf die umzusetzende elektrische Energiemenge nicht zu gering sein, es ist vielmehr bei geringer Spannung eine entsprechend grosse Stromstärke erforderlich. Man könnte diesen Funken kontinuierlich überspringen lassen, wenn der Zünder ähnlich der Glühzone eines Glührohrs durch geeignete Anordnung dem Bereich des frischen Gemisches bis zum Zündmoment entzogen würde, was ja nach dem Vorbild der Glührohrzündung ohne weiteres möglich ist. Damit wären aber nur die charakteristischen Nachteile derselben adoptiert, ohne Gewinn nach einer anderen Seite. Deshalb musste man sich entschliessen, die elektrische Zündung mit einer Zündsteuerung zu verbinden, welche nur so lange und zu einer solchen Zeit den Zünder in Thätigkeit treten lässt, dass der richtige Verlauf der Explosion gesichert ist. Man hat demnach an den gebräuchlichen elektrischen Zündungen drei Hauptteile zu unterscheiden, die aus der schematischen Darstellung des de Dion et Bouton-Motors (Fig. 1 S. 16 d. Bd.) deutlich zu ersehen sind (Mitte der Figur), den Stromerzeuger mit Zubehör (unten gezeichnet), den Zünder T oben neben den Ventilen und die Zündsteuerung in der Mitte seitlich der Steuerwelle. Jeder Teil findet sich in verschiedenen Ausführungsformen, so dass eine Reihe von Kombinationen entstehen konnten. Für die Stromerzeugung sind sämtliche überhaupt in Frage stehenden Apparate zur Anwendung gekommen: Benz und Co. führen ein Paar Akkumulatoren im Wagen mit, de Dion et Bouton in Paris und Cudell und Co. in Aachen bevorzugen, wenigstens bei ihren Motorrädern, eine kleine Trockenbatterie (vgl. Fig. 1). Vor- und Nachteile der Batterien sind bekannt. Sie besitzen keine bewegten Teile, welche Störungen veranlassen können; andererseits ist aber ihr Energievorrat ein beschränkter, er muss von Zeit zu Zeit erneuert werden. Andere französische und englische Konstrukteure benutzen kleine vom Motor aus ständig angetriebene Dynamomaschinen, die unter Umständen auch noch die Wagenbeleuchtung übernehmen können, oder magnetelektrische Maschinen entsprechender Grösse. In beiden letztgenannten Fällen gibt der Kollektor Anlass zu Störungen, weshalb man gegenwärtig die oscillierende Bewegung bevorzugt. Als Beispiel hierfür kann Fig. 39 dienen, welche die Anordnung der Zündung eines allerdings stationärenSiehe G. Lieckfeld, Die Petroleum- und Benzinmotoren u.s.w. Deutzer Benzinmotors darstellt. Das Schwingen des Ankers wird eingeleitet durch den auf der Steuerwelle sitzenden Daumen c, welcher den zwischen den Polen der Magnete E gelagerten Anker mittels des Hebels a ein wenig verdreht. Sobald a wieder losgelassen wird, zieht eine im Gehäuse j eingeschlossene kräftige Spiralfeder den Anker plötzlich zurück und erzeugt den zur Zündung benutzten Stromstoss. Auch hierbei muss der Strom schleifende Kontakte passieren, welche immer unzuverlässig sind; hauptsächlich aber macht sich bei dieser Anordnung die Massenwirkung des relativ schweren Ankers um so mehr geltend, je grösser die Umdrehungszahl wird; infolge des Trägheitswiderstandes entstehen starke Beschleunigungskräfte, welche Lärm und Stösse verursachen und selbst Brüche in dem Bewegungsmechanismus herbeiführen können. Textabbildung Bd. 315, S. 82 Fig. 39.Anordnung der Zündung an einem Deutzer Benzinmotor. Dem gegenüber bedeutet eine Neuerung von Robert Bosch in Stuttgart (D. R. P. Nr. 99399) einen thatsächlichen Fortschritt. Er legtVgl. auch D. p. J. 1899 314 * 109 und 110, woselbst auch nähere Angaben über die in diesem Fall benutzte Antriebsweise zu finden sind. (Fig. 40) den Anker A selbst fest und lässt nur zwei verhältnismässig leichte Hohlcylindersektoren G aus weichem Eisen die schwingende Bewegung ausführen. Bei der in der Figur gezeichneten Stellung gehen verhältnismässig wenig Kraftlinien von Pol zu Pol; in der oberen bezw. unteren Endlage hingegen vermitteln die Sektoren einen besseren Eisenweg, wodurch die Feldstärke ansteigt. Ausserdem entspricht der einen Endstellung gegenüber der andern auch eine umgekehrte Richtung der Kraftlinien im Innern der Wickelung, so dass durch die Oscillationen der Sektoren gleichzeitig Stärke und Richtung des Feldes verändert werden, was kräftige Stromstösse zur Folge hat. Textabbildung Bd. 315, S. 82 Fig. 40.Magnetelektrischer Zündapparat von Bosch. Es ist klar, dass hierdurch die bewegten Massen auf einen nicht mehr störenden Betrag reduziert werden können, während andererseits der Einfluss gleitender Kontakte ganz fortfällt, da ja die Ankerwickelung fest liegt. Die Strecke, auf welche die Funken am Zünder mit Sicherheit überspringen, ist wesentlich von der elektrischen Spannung abhängig, deshalb muss man in all den Fällen,in denen bei Beginn der Zündung schon eine merkliche Funkenstrecke vorhanden ist, die in der Regel nur wenige Volt betragende Spannung des Stromerzeugers künstlich steigern, wozu man einen kleinen Transformator, gewöhnlich noch nach der älteren Bezeichnungsweise „Induktionsrolle“ genannt, verwendet. Dieselbe besitzt bekanntlich zwei um einen unterteilten Eisenkern konzentrisch aufgewickelte Lagen isolierten Kupferdrahtes; durch die wenigen starken Windungen fliesst der gering gespannte Strom der Stromquelle und induziert in der grossen Zahl dünner Windungen den für die Zündung geeigneten hochgespannten Strom. Die Induktionswirkung tritt aber nur so lange ein, als sich die primäre Stromstärke ändert. Benutzt man also eine Gleichstrom liefernde Dynamo- oder magnetelektrische Maschine, Elemente oder Akkumulatoren, so muss man dafür sorgen, dass eine derartige Aenderung der Stromstärke mindestens bei jedem Zündmoment eintritt. Das einfachste Mittel hierzu ist die Unterbrechung eines geschlossenen oder die Schliessung eines offenen Stromkreises, die beide einen sogen. Stromstoss zur Folge haben, dessen induzierende Wirkung um so stärker ausfällt, je rascher sein Verlauf ist. Gewisse hierbei auftretende magnetische Nachwirkungen äussern nun einen Einfluss auf den Vorgang derart, dass sie den Stromstoss bei der Schliessung abschwächen, beim Unterbrechen des Stromkreises dagegen verstärken, infolgedessen erscheint der sogen. Oeffnungsstrom für die Induktion besonders geeignet; er wird indessen in seiner Wirkung dadurch behindert, dass der infolge einer gewissen Trägheit des Stromes, welcher das Bestreben hat, trotz der Unterbrechung weiter zu fliessen, auftretende Funken noch eine, wenn auch sehr kurze Zeit hindurch die völlige Unterbrechung verzögert, ihre Wirkung also abschwächt. Man bietet daher den zur Unterbrechungsstelle noch hinströmenden Elektrizitätsmengen durch die mit den beiden Teilen des Unterbrechers verbundenen Belegungen eines elektrischen Kondensators die Möglichkeit, seitlich abzufliessen, wodurch der Oeffnungsfunken fast zum Verschwinden gebracht, der Stromstoss beim Unterbrechen also nochmals verstärkt wird. Die Art, wie die Stromstösse zu bewerkstelligen, und wie Stromerzeuger und eventuell Unterbrecher und Transformator zu kombinieren seien, gab den Konstrukteuren Gelegenheit zu sehr verschiedenartigen Ausführungen. Die Anordnung eines schwingenden Ankers bezw. schwingenden Kraftlinienfeldes bei Magnetinduktoren, durch welche, wie bereits oben erwähnt, an sich schon Stromstösse erzeugt werden, macht die Benutzung eines besonderen Unterbrechers überflüssig. Bei der Zündung mit dem Magnetinduktor von Bosch (Fig. 40), welcher bei den Motoren System Loutzky der Gesellschaft für Automobilwagenbau Verwendung findet, unterbleibt auch die Spannungstransformation, ähnlich wie bei den Deutzer Benzinmotoren (Fig. 39), was allerdings eine besondere Konstruktion des Zünders erfordert, wie weiter unten erläutert wird. Dagegen wird in all den Fällen, wo der Stromerzeuger konstanten Gleichstrom liefert, und die Spannungstransformation benutzt werden soll, die Anwendung eines besonderen Unterbrechers erforderlich. Sehr häufig begegnet man dem elektromagnetischen Unterbrecher, welcher bei den elektrischen Läutewerken und als „Neef'scher Hammer“ bei den Funkeninduktorien so vielfach Verwendung findet. Diese Anordnung wurde in Verbindung mit Akkumulatoren und Transformator bei den Benz-Wagen und den sonstigen Konstruktionen Benz'schen Systems, z.B. der Voiturette von Georges Richard, und vielen anderen benutzt. Manche Konstrukteure ziehen indes einen mechanischen Unterbrecher vor, wie die bekannte Firma De Dion et Bouton in Paris. Ihr Unterbrecher besteht in einer Blattfeder c (Fig. 41), welche um einen festen Punkt e schwingen kann, sobald die an ihrem freien Ende befestigte Nase b in die Einkerbung der auf die Steuerwelle des Motors aufgesetzten Scheibe a einfällt. Da die Einkerbung tiefer reicht als die Nase, liegt die den Platinkontakt d leise berührende Feder sonst frei und vibriert infolge ihres Anschlagens gegen den Kontakt so stark, dass sie eine Reihe von Unterbrechungen, also Stromstössen erzeugt, welche nunmehr in der Induktionsspule auf höhere Spannung transformiert werden. Textabbildung Bd. 315, S. 83 Fig. 41.Unterbrecher von de Dion et Bouton. Ein anderes Beispiel für mechanische Unterbrechung bietet d der Zündapparat von E. Houpied in Paris (Fig. 42). Houpied entnimmt den Strom dem vom Motor mitbetriebenen Anker einer kleinen magnetelektrischen Maschine ab, welche mittels eines zweiteiligen Kollektors Gleichstrom abgibt. Derselbe wird von der einen Bürste durch die Kontaktschraube l, die Feder e, deren Befestigungsstelle g hindurch nach dem Transformator A geführt, von hier dann zur anderen Bürste zurück. Ein in das vorstehende Wellenende des Ankers exzentrisch eingesetzter Stift m stösst die Kontaktfeder bei jeder Umdrehung der sehr rasch laufenden Maschine einmal zur Seite und erzeugt dadurch eine grosse Anzahl sekundlicher Unterbrechungen. Bei dieser Konstruktion hat zur Steigerung der Intensität der induziertenStromstösse auch ein Kondensator d Anwendung Seine Zuleitungen u und f sind je mit einer Seite der Unterbrechungsstelle, nämlich mit l und g verbunden. Das Ganze ist in ein kompendiöses Gehäuse eingeschlossen, welches ausser den Klemmen für die Zündleitung auch solche für den Anschluss einer kleinen Glühlampe trägt. Textabbildung Bd. 315, S. 83 Fig. 42.Zündapparat von Houpied. (Fortsetzung folgt.)