Transparant

De bobine is in feite niets anders dan een samenstel van twee over elkaar gewikkelde spoelen.  De kern van de spoelen is van een speciale ijzersoort met een lage hysterese. De buitenste spoel heet de primaire spoel en bevat (ong.) 250 wikkelingen. De binnenste spoel is de secundaire spoel en heeft ongeveer 11000 wikkelingen. Het aantal wikkelingen in de secundaire spoel is zo’n vijftig maal hoger dan in de primaire spoel. De bobine is eigenlijk een transformator! Als we een wisselstroom op de primaire spoel zetten wordt de ijzeren kern wisselend gemagnetiseerd (steeds wisseling van plus- en minpool). Door het wisselende magneetveld ontstaat er een inductiespanning in de secundaire spoel (als in de dynamo van je fiets). Deze inductiespanning is ook zo’n vijftig maal hoger dan de spanning in de primaire spoel. Als we 12 volt wisselspanning gebruiken in de primaire spoel zal er in de secundaire 12 x 50 = 600 volt ontstaan. Dit is bij lange na niet de hoogspanning die nodig is voor de vonkvorming. Er moet dus iets meer aan de hand zijn. Bovendien gaan we niet uit van wisselstroom maar gelijkstroom en een transformator werkt niet op gelijkstroom. Wat is dzn wel aan de hand?

 De uitvoering van de bobine schematisch
Nogmaals maar dan open gezaagd.

<een bobine open gezaagd> foto in process

De meeste bobines zijn met olie gevuld vandaar de iet wat vieze binnenzijde.

Een stukje theorie
Voor een bobine en het genereren van hoogspanning zijn drie eigenschappen van groot belang:

  • De zelfinductie L
  • De inductiespanning U
  • De opgeslagen energie

Zonder diepgaande berekeningen uit te voren geef ik de formules met enige toelichting om begrip te krijgen over de invloedsfactoren die de kwaliteit van een bobine en zijn werking bepalen.

De zelfinductie L
Op het moment dat de contactpuntjes worden verbroken is er een plotselinge wijziging van de spanning en stroom. De primaire spoel van bobine reageert hierop door zelf een spanning te genereren. De (coëfficiënt van) zelfinductie L van de primaire spoel van bobine is de drijvende kracht bij het genereren van en aanzienlijk hogere spanning dan de 12V die wordt aangeboden. De zelfinductie laat zich (in de eerste orde benadering) definiëren  als:

L  =  n2/Rm

Daarin is
L       de zelfinductie in henry
n       het aantal windingen van de spoel
Rm    door de spoel geziene magnetische weerstand in AV-1s-1 (A = ampère, V = volt en s = seconde)

Voor de meeste bobines ligt de waarde tussen 4 en 10 mhenry.

Daarnaast is het goed voor te stellen dat de wijze waarop de spoel in de bobine gewikkeld is, de aanwezigheid van een magnetiseerbare kern en een diëlectricum (olievulling) ook een invloed heeft op de zelfinductie. Deze invloeden zijn niet in de formule opgenomen.


Voor de inductiespanning U geldt:
De spanning die bij het loskomen van de contactpuntjes wordt gegenereerd is

U = -L dI/dt

Waarin:
U         de zelfinductiespanning in volt is.
dI/dt     de verandering van de stroom per tijdseenheid in ampère per sec is
L          de evenredigheidsfactor, de coëfficiënt van zelfinductie in henry is.

Aan deze formule is goed te zien dat elektronische ontsteking voordelen heeft t.o.v. een conventionele ontsteking met contactpuntjes. De stroomverandering is veel sneller en niet vervuild door vonkvorming over de puntjes. De bobine genereert derhalve een hogere en mooiere hoogspanning
Het minteken in het rechterdeel van de vergelijking, geeft aan, dat de inductiespanning U een zodanige richting heeft, dat zij de oorzaak van haar ontstaan tegenwerkt. De zelfinductie L kan waarden aannemen tussen 0 henry (de geleider omvat z'n eigen veld niet) en ~ henry (de geleider omvat z'n eigen veld voor de volle 100%). In de praktijk treden beide uitersten natuurlijk niet op. Om een zo groot mogelijke zelfinductie te verkrijgen, is het zaak te zorgen dat de geleider z'n eigen veld zo goed mogelijk omvat. Dit wordt gewoonlijk bereikt door de geleider tot een spoel te wikkelen, eventueel om een kern van magnetiseerbaar materiaal.


De opslag van energie
Op het moment dat de spanning van 0 naar 12 Volt gaat door het sluiten van de puntjes, gaat er stroom lopen in de primaire spoel.
De energie per tijdseenheid is dan :


Energie = ½ x L x I2  Joule, waarin

L    De coëfficiënt van zelfinductie
I     De stroom (op moment t) in ampère.
De stroom bouwt zich op gedurende de laadtijd en heeft het volgende verloop
 
 
Deze vorm wordt bepaald door de tijdconstante τ = L/R. Op het tijdstip t = τ  is de stroom tot 0,632 Imax  gestegen. Op t =5 τ  is de eindwaarde praktisch bereikt, waarna de stroomsterkte niet meer verandert.

In de praktijk heeft de spoel 10 - 15 milliseconden nodig om volledig op te laden en Imax te bereiken
De totale energie die in de bobine is opgeslagen is (wiskundig gezien) de integraal van 0 tot t van bovenstaande formules en stelt in praktische zin het oppervlak onder de kromme voor.
Dit plaatje is bijzonder belangrijk voor de bobine in de auto. Bij een laag toerental krijgt de bobine voldoende tijd om de maximale stroom te bereiken en daarmee de energie op te slaan. Naarmate het toerental hoger wordt zal de beschikbare tijd afnemen en komt de stroom niet meer tot het maximum aan stroom en energie. Als deze waarden beneden de vereiste waarden voor vonkvorming komen is er een probleem.

De situatie wordt in onderstaand plaatje weergegeven.
 De stromen in het primaire circuit bij verschillende toerentallen. ch = contacthoek en oh = openingshoek
Duidelijk is te zien dat het oppervlak onder de kromme steeds kleiner wordt naarmate het toerental groter wordt. het gevolg is dat de beschikbare energie voor vonkvorming ook kleiner wordt.
Voor het laten zien van een dergelijk stroomverloop is een scope nodig.

Duidelijk zal zijn dat de maximale spanning die een bobine in een stroomloze situatie levert slechts een deel van de criteria is voor de keuze van een bobine. Het lastige is wel dat de leveranciers niet scheutig zijn met het geven van de eigenschappen anders dan de piekspanning.

Hoe werkt dit geheel nu samen?
De contactpuntjes zijn gesloten en er loopt een stroom door de bobine. De bobine wordt opgeladen met een hoeveelheid energie. Deze energie is in essentie beschikbaar voor de vonkvorming.  De contactpuntjes komen los en er is een plotselinge verandering van de spanning en de stroom. Dit genereert in de primaire spoel een inductiespanning van 250 – 500 volt. Deze spanning zou leiden tot ernstige vonkvorming aan de contactpuntjes en verlies van de energie voor vonkvorming. Hier komt de condensator in beeld. De condensator neemt zeer snel de energie op en voorkomt de vonkvorming en daarmee het verlies aan energie. De inductiespanning in de primaire spoel genereert in de secundaire spoel ook een inductiespanning maar nu ter grootte van 20.000 – 30.000 volt. De waarde is afhankelijk van de primaire inductiespanning en het aantal wikkelingen in de primaire en secundaire spoel. De hoge spanning veroorzaakt bij de bougie de vonk. Onder normale bedrijfsomstandigheden gebeurt dit al bij ongeveer 8000 volt. Het energieverlies van een vonk bij 8000 volt is maar een fractie van de hoeveelheid beschikbare energie. Er ontstaan derhalve een reeks van vonken (10- 15) net zolang totdat de spanning gedaald is beneden de vereiste vonkspanning dan wel er te weinig energie ter beschikking is. Bij iedere cilinder verloopt dit spel op deze manier.

Praktische tips voor het aanschaffen van een bobine
Bij het aanschaffen van een bobine moet je weten of in het systeem van de auto een voorschakelweerstand is ingebouwd. De bobine heeft dan zelf een lagere weerstandswaarde dan als er geen voorschakelweerstand in het systeem zit.
De orde grootte van de weerstanden van de primaire spoel is:
Met voorschakelweerstand        1,5 - 2 Ω
Zonder voorschakelweerstand    3 Ω

De voorschakelweerstand heeft een functie bij het starten. Tijdens het starten kan de spanning van de accu dalen. Een normale bobine die op 12V werkt zal het dan moeilijk hebben. Sommige auto’s werden daarom uitgevoerd met een voorschakelweerstand tussen de accuspanning en de aansluitpool van de bobine. De spanning over de bobine zal, als de motor loopt, ongeveer 9 volt bedragen. Tijdens het starten wordt de voorschakelweerstand overbrugd en krijgt de bobine de lagere startspanning aangeboden. Bij het continu aansluiten van een bobine op 12V, die bedoeld is te werken met voorschakelweerstand, zal deze door de hogere stroom doorbranden.
 
Als elektronische ontsteking wordt ingebouwd moet de minimale weerstand 3Ω zijn. De maximale stroom door de bobine is dan max 4A. Het gebruik van een voorschakelweerstand is dan niet mogelijk. Deze moet dan uit het systeem verwijderd worden. Bij de moderne accu’s heeft een voorschakelweerstand ook geen functie meer . Tijdens het starten zal de spanning niet meer zoveel dalen en genereren de bobines toch nog wel een voldoende vonk.

Bij het kopen van een bobine moet je ook letten op de polariteit. De moderne bobines gaan uit van de min aan de massa. Engelse auto’s waren oorspronkelijk uitgerust met de plus aan de massa. Op de bobine staat aangeven welke pool van de primaire spoel de plus en min is. Als bij restauratie de polariteit wordt gewijzigd dan kun je het beste ook de bobine vervangen naar een die geschikt is voor min aan de massa.

Het testen van de bobine
De eerste test die we uit kunnen voeren is een weerstandmeting (met multimeter). De waarde die daarbij verkregen wordt moet vergeleken worden met de specificatie van de fabrikant (zie werkplaatshandboek). Bij modernere bobines (12V installaties) heeft het primaire circuit een weerstand van ong. 3 Ω dan wel 1,5 - 2 Ω. Als de bobine 1,5 - 2 Ω weerstand heeft is er in het circuit nog een voorschakelweerstand aanwezig.  Bij 6V installaties kan dit 1,5 Ω zijn (zonder voorschakelweerstand). Het secundaire circuit heeft een weerstand van ong. 10.000 Ω.

Het komt voor dat een bobine als deze koud is goede waarden geeft maar als deze warm is foutief is en b.v. interne doorslag heeft. Het heeft de voorkeur de test met een warme bobine uit te voeren. Om de bobine op te warmen wordt gebruik gemaakt van wisselstroom op zowel het primaire als secundaire circuit (speciaal apparaat).
Eenvoudige proeven met belasting zien er zo uit:
 Het testen van de bobine

Heeft de primaire wikkeling inwendig sluiting dan zal de stroom hoger zijn dan normaal. Voor het controleren van de secundaire wikkeling wordt gebruik gemaakt van een voltmeter. De secundaire spoel is hierbij een voorschakelweerstand van de voltmeter geworden.

De spanning (in kV) die een bobine afgeeft is eenvoudig te meten met het scope. Als een kabel van de bougie wordt losgetrokken ontstaat er een open en onbelaste spanning. Deze spanning zal, afhankelijk van de bobine, tussen 20 en 30 kV liggen.

Transparant