Diese einfache, mechanisch angetriebene Energiequelle ist fast 200 Jahre alt und spielt in heutigen Systemen immer noch eine klar definierte, wenn auch begrenzte Rolle.
Was oder wer ist ein Magnetzünder? Nein, ein „Magnetzünder“ ist nicht nur der mächtige Mutant, der die Fähigkeit besitzt, Magnetfelder zu erzeugen und zu kontrollieren und erstmals in der Debütausgabe von erschien Die X-Men .
Stattdessen ist der technische Magnetzünder eine grundlegende elektromechanische Methode, um Bewegung – normalerweise rotierend, kann aber auch linear sein – in elektrische Energie umzuwandeln. Trotz ihres Alters handelt es sich um eine sehr alte Technik, die immer noch in modernen Versionen verwendet wird, von relativ alltäglichen Anwendungen bis hin zu anspruchsvolleren Anwendungen, bei denen die Sicherheit von entscheidender Bedeutung ist. In manchen Fällen könnte man den Einsatz des Magnetzünders sogar als eine Form der Energiegewinnung in Betracht ziehen, da er einen Teil der verfügbaren mechanischen Energie aufnimmt oder „absaugt“ und sie in elektrische Energie umwandelt.
Hinweis: Die Begriffe und Parameter Energie und Leistung sind unterschiedliche Einheiten. Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, und Leistung ist die Geschwindigkeit, mit der Arbeit verrichtet wird. Für unsere Zwecke in dieser FAQ sind die beiden Begriffe jedoch grob austauschbar und es besteht hier keine Notwendigkeit, zwischen ihnen zu unterscheiden.
In dieser FAQ werden die Geschichte, der Aufbau und die Anwendungen des Magnetzünders sowie seine Vorteile und Grenzen untersucht.
F: Beginnen Sie mit den Grundlagen: Was macht ein Magnetzünder?
A: Ein Magnetzünder besteht aus einem Permanentmagneten und einer gewickelten elektrischen Spule (Kupfer). Es handelt sich um eine Quelle für „unbeständigen“ elektrischen Nicht-Gleichstrom, der als einfacher, einfacher und dennoch effektiver Stromgenerator fungiert. Der sich ändernde oder umkehrende Fluss, der von einem Magneten erzeugt wird, der durch oder über die Spule läuft, erzeugt eine Spannungsdifferenz an der Primärspule (Faradaysches Gesetz) (Figure 1). Dieser Spannungsunterschied führt auch dazu, dass ein Strom durch die Spule und zu einer Last fließt und so aus mechanischer Bewegung elektrische Energie entsteht.
F: Gibt es mehr als eine grundlegende Magnetstruktur?
A: Ja. Ein Shuttle-Magnetzünder hat einen festen Magneten, während sich die Spule dreht oder bewegt; Ein Induktormagnet hält die Spule fest, während der Magnet gedreht oder bewegt wird. In der Regel wird die Induktorkonstruktion bevorzugt, da keine Drähte an eine bewegliche oder rotierende Spulenbaugruppe angeschlossen werden müssen und die Konstruktion somit zuverlässiger ist. In jedem Fall sind das zugrunde liegende physikalische Prinzip und die Anwendung des Faradayschen Gesetzes dieselben.
F: Wie sieht die Rohleistung eines Magnetzünders aus? Wie groß ist seine Amplitude?
A: Der Ausgang ist eine sehr nicht-sinusähnliche Wechselstromwellenform (Figure 2). Die Eignung ist eine Funktion von Design, Größe und Geschwindigkeit, mit der der Magnet die Spule passiert, und liegt aktuell zwischen ±15 und ±40 V; Einige größere Magnetzünder können bis zu ±100 V liefern.
F: Was ist der Unterschied zwischen einem Magnetzünder und einem Dynamo?
A: Im Allgemeinen erzeugt ein Dynamo einen sauberen, harmonischen, sinusförmigen Wechselstrom, der sich stark von der verzerrten, „spitzenförmigen“ Wellenform des Magnetzünders unterscheidet.
F: Wie alt ist die Verwendung des Magnetzünders als Stromquelle?
A: Sehr alt. Der französische Instrumentenbauer Hippolyte Pixii baute es 1832 – nur ein Jahr nach Michael Faradays Entdeckung der Prinzipien der elektromagnetischen Induktion. Sein mit einer Handkurbel betriebener Magnetzünder war der erste praktische Generator für elektrischen Strom (Abbildung 3).
Durch Drehen der Kurbel bewegten sich die rechteckigen Magnete (damals relativ schwach) über einen einfachen Dreh-zu-Linear-Bewegungsmechanismus in die gewickelten Spulen hinein und aus diesen heraus und erzeugten so den elektrischen Strom. Dies war das erste batterielose System zur Erzeugung eines zuverlässigen und einigermaßen kontinuierlichen Stromflusses. Auch wenn es nicht kontinuierlich war wie bei einer Batterie, handelte es sich um eine „saubere“ Quelle, die keine Chemikalien enthielt und keine Erschöpfung erlitt.
F: Das klingt alles nach alter und etwas irrelevanter Geschichte. Warum sollten wir uns das jetzt ansehen?
A: Zunächst wurden Magnetzünder für frühe Autos wie das Modell T verwendet und führten zu vielen Entwicklungen in diesem Bereich Technologie der modernen Funkenzündung und des Elektromagnetismus. Noch wichtiger ist, dass sie aufgrund besserer Materialien, mechanischer Komponenten und Magnete immer noch weit verbreitet und effektiver sind.
F: Wo werden sie verwendet? Was ist ihre Rolle?
A: Sie kommen sowohl in „Low-End“-Anwendungen wie benzinbetriebenen Rasenmähern oder Kettensägen als auch in Kleinflugzeugen zum Einsatz. Der elektrische Niederspannungsausgang des Magnetzünders wird in eine Spannung/einen Strom umgewandelt, der zum Zünden der Zündkerze des kolbenbasierten Benzinmotors mit innerer Verbrennung geeignet ist. Diese funkenbezogenen Anwendungen sind die dominierenden für Magnetzünder, bei denen sie keinen kontinuierlichen Stromfluss, sondern nur periodische Stromstöße bereitstellen müssen.
Sie wurden auch in den frühen Tagen der Telefonie verwendet, wo der Benutzer eine Kurbel an der Seite des Telefons drehte, um die höhere Spannung (50 bis 100 V) zu erzeugen, die für den Klingelton (Klingel) benötigt wurde, während dies bei einer Niederspannungsbatterie der Fall war für den eigentlichen Gesprächskreis verwendet werden (Figure 4).
F: Wird die Magnetausgangsspannung direkt verwendet?
A: Im Allgemeinen ist es nicht direkt nützlich. Es kann „wie es ist“ verwendet werden, wenn es nur einen Stromkreis mit niedrigerer Spannung wie den Telefonklingel (etwa 20–40 V, manchmal bis zu 80–100 V) mit Strom versorgt. Allerdings ist die Spannung viel zu niedrig, um in einem Gasmotor, wo etwa 10 kV benötigt werden, einen Funken zu zünden. In diesen Fällen werden verschiedene Spannungserhöhungsschemata mit einem Doppelwicklungstransformator eingesetzt, bei dem die Magnetspannung die Primärspannung ist und der Transformator diese um zwei Größenordnungen (10 V auf 1000 V) erhöht.
F: Warum werden heutzutage überhaupt Magnetzünder verwendet? Schließlich verfügen wir mittlerweile über leistungsstarke, leichte Batterien.
A: Einer der Vorteile eines Magnetzündsystems besteht darin, dass keine externe Stromquelle wie etwa eine Batterie erforderlich ist; Es ist ein völlig eigenständiges, sich selbst versorgendes System. Dies macht es zu einer guten Wahl für Anwendungen, bei denen eine Batterie als primäre Gleichstromquelle nicht verfügbar oder machbar ist, wie z. B. kleine Motoren (Rasenmäher, Kettensägen). Darüber hinaus sind Magnetzündsysteme relativ einfach und verfügen über wenige bewegliche Teile, was sie langlebig und wartungsfreundlich macht.
F: Das macht Sinn, aber welchen Nutzen haben sie in Flugzeugen?
A: Es gibt mehrere Gründe dafür, dass selbst moderne Flugzeuge mit Propeller-/Kolbenmotor und Batterien immer noch Magnetzünder verwenden, um die Zylinder mit Hochspannungsfunken zu versorgen. Sie sind wie folgt:
- Magnetzünder sind nicht vom elektrischen System des Flugzeugs, von Batterien oder anderen Bordstromquellen abhängig. Wenn das elektrische System des Flugzeugs offline geht und vollständig an Strom verliert, laufen die Motoren des magnetbetriebenen Flugzeugs weiter.
- Magnetzünder sind zuverlässig. Wie bereits erwähnt, handelt es sich um eine der ältesten Zündtechnologien in der Luft- und Raumfahrtindustrie, die in den ersten Flugzeugen eingesetzt wurde. Sie sind bewährt und zuverlässig
- Unter drastischen Umständen, beispielsweise bei einem elektrischen Brand, kann es sein, dass Piloten das gesamte elektrische System des Flugzeugs absichtlich abschalten müssen, um dessen Ausbreitung zu verhindern. Durch die Verwendung von Magnetzündern für das Zündsystem laufen die Motoren auch dann weiter, wenn das elektrische System abgeschaltet ist.
Der nächste Teil geht detaillierter auf den Einsatz von Magnetzündern in Zündsystemen ein.
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Forscher erforschen aggressive, hocheffiziente, zündkerzenfreie Benzinautomotoren
Bibliographie
Hemmings Motor News, „Magnetzündsysteme“
Nationale MagLab Magnet Academy, „Magneto – 1832“
Mechanischer Dschungel, „Was ist ein Magnetzündungssystem?“
Monroe Aerospace, „Was ist ein Magnetzünder und warum verwenden Flugzeuge ihn?“
AOPA News, „Wie es funktioniert: Magneto“
Fliegen, „So funktioniert es: Magneto“
Antique Auto Electrics (Australien), „Magneto History“
Wikipedia, „Magneto“
Wikipedia, „Magnetzündung“
Buzz Pound, „Model T Ford Magnetos and Timing“
Modell T Ford Club of America, „Magneto Output Waveform“
Model T Ford Club of America, „Das Model T Ford Zündsystem und der Zündzeitpunkt“
Gas Engine Magazine, „Magnetspannungswert: So verwenden Sie ein Voltmeter“
Verns alte Telefone, „Magneto-Telefonschaltungen“
Marvel Publications, „Max Eisenhardt & Magneto“