Lothar, mz-forum.com

Elektrik der

MZ-Zweitakter

(mit Ergänzungen zu den Viertakt-Rotax-Modellen von MZ)

Vers. 2018-12-01

Inhaltsverzeichnis

Vorwort ............................................................................................................. 5

0. Vorbemerkungen

0.1 Benötigte (elektrische) Hilfsmittel.................................................................. 7

0.2 Begriffe, Symbole.......................................................................................... 7

0.3 Wichtige Klemmenbezeichnungen der KfZ-Elektrik...................................... 8

0.4 Messung von Spannung, Strom und Widerstand mit Digitalmultimeter........ 9

A Gleichstromgenerator und 6V-Bordnetz

A.1 Feldgeregelte Gleichstrom-Lichtmaschine für 6-V-Bordnetz........................ 11

A.1.1 Überprüfung der Wicklungswiderstände

A.1.2 Lichtmaschinen – Funktionstest

A.2 Elektromechanischer Regler (6 V)................................................................ 16

A.2.1 Mechanische Justage

A.2.2 Elektrische Justage

A.3 Elektronischer Regler (6 V)........................................................................... 26

A.3.1 Entfernung des Reglerwiderstandes

A.3.2 Elektronischer Regler – Funktionstest

A.4 Kontaktzündanlage (6 V)............................................................................... 29

A 4.1 Überblick

A.4.2 Kontakt, Zündkondensator

A.4.3 Zündspule

A.4.4 Zündkabel, -stecker und –kerze

B Drehstromgenerator und 12-V-Bordnetz

B.1 Feldgeregelte Drehstrom-Lichtmaschine für 12-V-Bordnetz......................... 37

B.1.1 Überprüfung der Wicklungswiderstände

B.1.2 Lichtmaschinen – Funktionstest

B.1.3 Die Feldwicklungssicherung 2A „träge“

B.2 Gleichrichterblock.......................................................................................... 41

B.2.1 Schaltung

B.2.2 Funktionstest

B.3 Elektromechanischer Regler (12 V)............................................................... 44

B.3.1 Mechanische Justage

B.3.2 Elektrische Justage

B.4 Elektronischer Regler (12 V).......................................................................... 49

B.4.1 Ersatz des elektromechanischen durch elektronischen Plus-Regler

B.4.2 Funktionstest für elektronischen Plus-Regler

B.4.3 Gleichrichter / Elektronischer Minus-Regler bei den letzten 2T-Modellen

B.4.4 Funktionstest Gleichrichter / Elektronischer Minus-Regler

B.5 Zündanlage (12 V)........................................................................................ 56

B.5.1 Kontaktzündanlage

B.5.2 Elektronische Zündanlagen mit Hall-Geber

C Permanenterregter 12-V-Drehstromgenerator (Rotax)

C.1 Drehstromgenerator – Funktionstest............................................................ 60

C.2 Gleichrichter/Reglerblock – Funktionstest.................................................... 62

C.3 Elektronischer Drehzahlmesser (eDZM)....................................................... 64

C.4 Elektronische Zündung (CDI, Nippondenso)................................................. 65

V Verschiedenes

V.1 Kabelverbindungen........................................................................................ 67

V.1.1 Kabelwiderstand und Spannungsabfall

V.1.2 Spannungsabfälle im Bordnetz

V.2 Akkumulator................................................................................................... 71

V.2.1 Kennwerte und Eigenschaften

V.2.2 Funktionstest

V.3 Betriebsbedingungen im Bordnetz prüfen …………………………………….. 79

V.4 Einige typische Fehlerbilder......................................................................... 80

V.4.1 Batterie wird nicht ausreichend geladen, Motor geht im Standgas aus

V.4.2 Ladekontrolle geht nicht aus oder glimmt

V.4.3 Zündung setzt aus

V.5 Hupe.............................................................................................................. 83

V.6 Elektronischer Drehzahlmesser..................................................................... 87

V.7 Die Einstellung der Unterbrecherzündung......................................................91

V.8 Fahrzeug-Glühlampen....................................................................................98

Z Anhang

Z.1 Schaltung des elektronischen 6-V-Reglers MZ ELEKTRONIKUS................ 101

Z.2 Elektronischer Regler für permanent-erregte Rotax-LiMa.............................102

Z.3 Permanent-erregte LiMa mit Gleichrichter/Regler und Zündung................. 103

Z.3.1 Regler/Gleichrichter für 2phasige LiMa

Z.3.2 Elektronische Zündung (CDI, ähnlich Vape)

Z.3.3 Rotax: Elektronische Zündung (CDI, Nippondenso)

Z.4 12V-Reglerschaltkreises L 9480 in der ETZ................................................. 112

Z.4.1 Eigenschaften des Reglerschaltkreises L9480

Z.4.2 Messungen am Schaltkreis L9480

Z.4.3 Einbau ins Bordnetz und Verhalten

Z.5 Batterieladegeräte und ihre Eigenschaften................................................. 121

Z.6 Elektronischer Blinkgeber 12V (FER GmbH) ............................................. 126

Z.7 Zündposition: Umrechnung von (° vor OT) in (mm vor OT)......................... 128

Z.8 Veränderung der Regelspannung bei elektronischen Reglern ohne

Einstellmöglichkeit ................................................................................... 131

Z.9 Formular: Messprotokoll Bordnetz 6 V....................................................... 135

Literaturverzeichnis........................................................................................... 136

Vorwort

Im vorliegenden Text werden wichtige Komponenten der Fahrzeugelektrik der MZ-Zweitakter bis 1989 hinsichtlich ihrer Funktion und Testung beschrieben. Einige Themen zur Elektrik der Viertakt-Rotax-Modelle wurden ergänzend aufgenommen. Der Zweck dieser Schrift besteht darin, bei der Analyse von Fehlfunktionen oder der Einstellung bzw. Reparatur „Hilfe zur Selbsthilfe“ zu geben. Dazu ist jedoch ein Mindestmaß an elektrotechnischen bzw. messtechnischen Kenntnissen nötig, welche man sich - sofern der Wille dazu vorhanden ist - selbst im fortgeschrittenen Alter ohne weiteres noch aneignen kann. Wer die Grundlagen zur Messung von Strom, Spannung und Widerstand beherrscht oder sich im Abschnitt 0.4 angeeignet hat, ist für nahezu alle Probleme gewappnet. Besteht jedoch eine unüberwindbare Abneigung gegenüber einfachen physikalischen oder elektrischen Dingen, sollte man besser die Finger davon lassen und fachlich kompetente Fahrer um Hilfe bitten.

Die Darstellungen sind grundsätzlich so aufgebaut, dass jede Baugruppe für sich - unabhängig von der restlichen Bordelektrik - getestet werden kann. Möglicherweise hilft auch der eine oder andere Abschnitt, die Wirkungsweise bestimmter elektrischer Einrichtungen des Fahrzeuges besser zu verstehen.

Eine Verbesserung der eigenen Fertigkeiten erreicht man, wenn die beschriebenen Tests, Messungen oder Justagen zunächst an funktionierenden Komponenten ausprobiert werden. Vielleicht findet sich eine Gleichrichterplatte, eine Lichtmaschine oder ein Regler in der Ersatzteilkiste, die als Objekte, ohne Schaden anzurichten, für Übungsmessungen verwendet werden können.

Die Angabe von Daten, Prüf-, Mess- und Testmethoden geht im Folgenden oft über den aus der Literatur bekannten Umfang hinaus, weil eine Reihe von fehlenden oder ungenauen Angaben durch selbst gewonnene Mess- oder Erfahrungswerte ersetzt werden musste, um den "jungen Fahrzeugelektriker" nicht mit Angaben wie "genügend groß", "üblich" oder "hinreichend klein" im Unklaren zu lassen. Insofern werden wohl hier und da auch künftig kleine Anpassungen nicht ausbleiben. Da keine technologischen Unterlagen aus dem Produktionszeitraum vorliegen, aus denen die Zielparameter der damaligen Produktentwicklung ablesbar wären, mussten zum Teil Messungen an Einzelobjekten durchgeführt werden, in der Hoffnung, dass diese die typischen Werte einigermaßen treffen.

Der Autor freut sich deshalb über jeden kritischen oder ergänzenden Hinweis, Vorschläge zur Verbesserung oder Erweiterung der Ausführungen. Wo ist etwas unverständlich geschrieben oder nicht eindeutig formuliert? Bestätigende Berichte über Messungen sind ebenso willkommen. Je mehr Erfahrungen auf diese Weise zusammenkommen, desto verlässlicher werden die Angaben in diesem Text.

Letztendlich gab das mehrjährige, interessierte Verfolgen von Elektrik-Problemen im MZ-Forum (mz-forum.com) den Anstoß zur Erarbeitung des vorliegenden Textes zu ausgewählten Elektrik-Problemen der Zweitakt-MZs. Fehlerbeschreibungen ratloser MZ-Fahrer, kollektive Fern-Diagnostik, Sach- und Glaubens-Diskussionen sowie wertvolle Hinweise und Ratschläge von MZ-Fahrern, die ich erhielt, erweiterten und vertieften das elektrische Wissen um unsere MZs, wie es ohne das Internet in diesem Ausmaße mit Sicherheit nicht geschehen wäre.

Die vorliegende Arbeit widme ich deshalb dem MZ-Forum: www.mz-forum.com

Alle, denen die hier aufgeschriebenen Tipps und Hinweise bei der Lösung von Problemen hilfreich waren, können sich gern mit einer Spende für den Betrieb des Forumservers revanchieren. Informationen dazu gibt es auf der Portalseite von

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Lothar, 01. Mai 2016

0. Vorbemerkungen

0.1 Benötigte (elektrische) Hilfsmittel

· 3 ½ - stelliges Digitalmultimeter, z.B. HP-760B

· Diverse 6-V- bzw. 12-V-Kfz-Glühlampen als Prüfmittel oder Lastersatz.

· Regelbare Spannungsquelle 0-15V / 0-3A, z.B. Peaktech 6080

In einigen Fällen genügt auch eine Festspannungsquelle, z.B. eine externe 6-V- oder 12-V-Batterie oder die Bordbatterie selbst. Das angegebene Gerät ist wegen der stufenlos einstellbaren Spannungs- und Strombegrenzung auch als ideales Batterieladegerät einsetzbar und demzufolge als Werkstattinventar zu empfehlen.

0.2 Begriffe, Symbole

Nennspannung im 12-V-Bordspannungs-System: 13,2 V

entsprechend im 6-V-Bordspannungssystem: 6,3 V

(die Lebensdauerangabe von Fahrzeugglühlampen in der ECE R37 bezieht sich beispielsweise auf diese Nennspannung)

LiMa = Kürzel für Lichtmaschine oder Spannungsgenerator

Masse = elektrischer Bezugspunkt am Motorgehäuse oder an einem zentralen Massepunkt des Kabelbaumes (Symbole: D-, M oder COM).

Schaltsymbol für Masseanschluss: (für MZ gilt: Masse = Minuspol)

Spannungen werden immer - sofern nichts anderes angegeben ist - gegen Masse gemessen.

Allgemeine Gleich- oder Wechselspannungsquelle (z.B. netzbetriebene Spannungs-versorgungen, Batterien oder Akkus), Polaritätsangabe durch +/- bzw. Pfeilorientierung:

Speziell: elektrochemische Gleichspannungsquelle (Batterie, Akku)

0.3 Wichtige Klemmenbezeichnungen der KfZ-Elektrik

( 1) Zündspule zum Unterbrecherkontakt

(15/54) Geschaltete Plusleitung vom Zündlichtschalter/ Bremslicht

(30) Batterie-Plus (auch nach einer evt. vorhandenen Sicherung)

(31) Batterie-Minus (auch nach einer evt. vorhandenen Sicherung),

gleichbedeutend mit Masse oder D-

(31b) Geschaltete Masse zur Hupe

(49) Eingang eines zweipoligen Blinkgebers (Plus-Seite)

(49a) Ausgang eines zweipoligen Blinkgebers (Minus-Seite)

(51) Reglerausgang nach Batterie-Plus (mitunter auch als B+ bezeichnet)

(56a) Fernlicht

(56b) Abblendlicht

(58) Schlussleuchte, Parklicht

(61) LiMa-seitiger Anschluss der Ladekontrollleuchte

D+ Positiver Pol der Gleichstrom-LiMa bzw. Plusklemme nach

Drehstromgleichrichter

D- Negativer Pol der Gleichstrom-LiMa, allgemein auch für die Bezeichnung

der Fahrzeug-Masse benutzt

DF+ nach außen geführter Anschluss der Erregerfeld-Wicklung zum Regler bei

plusgeregelten Systemen, oft auch nur als DF bezeichnet

DF- zweites Ende der Erregerfeld-Wicklung, bei plusgeregelten Systemen in der

LiMa auf Masse geklemmt

U, V, W Anschlussklemmen der Drehstrom-LiMa

B+ Reglerausgang nach Batterie-Plus bei elektronischen Reglern,

entspricht (51)

0.4 Messung von Spannung, Strom und Widerstand mit Digitalmultimeter

Übliche Bezeichnung der Eingangsbuchsen

COM: Anschluss des Minus-Messkabels

VΩmA: Anschluss des Plus-Messkabels für Spannungs-[V], Widerstands-[Ω] bzw. Strommessung[mA]. Die Zusatzkennzeichnung „FUSED 200mA MAX“ bedeutet, dass der Strommesspfad zum Schutz des Gerätes mit 200 mA intern abgesichert ist.

UNFUSED 20Amax: Anschluss des Messkabels für Strommessung im Bereich von 200 mA bis 20 A. Das Gerät ist in diesem Bereich nicht geschützt, eine Überschreitung des maximalen Stromes (hier z.B. 20 A) führt zur Zerstörung des Gerätes.

Sicherheitsregel: Messung stets mit dem größten Messbereich beginnen!

Spannungsmessung

Die Messung der Spannung erfolgt in der unveränderten Anlage zwischen zwei ausgewählten Kontakt-Punkten. Der Punkt, zu dem das COM-Kabel führt, gilt als Bezugspunkt für die angezeigte Polarität des Spannungswertes. COM ist bei Spannungsmessungen i.d.R. der Masseanschluss. Vertauscht man die Messkabel, wird der gleiche Zahlenwert für die Spannung, lediglich mit umgekehrtem Vorzeichen angezeigt.

Häufig auftretende Fehler:

a) Wurde für eine Spannungsmessung versehentlich die abgesicherte Stromeingangsbuchse benutzt, brennt meist die interne Sicherung des Gerätes durch, was oft für längere Zeit unbemerkt bleibt!

b) Wird Wechselspannung fälschlicherweise im Gleichspannungsbereich gemessen, ist die Anzeige stets nahe Null.

Strommessung

Zur Strommessung muss die Leitung aufgetrennt werden, in der der zu messende Strom fließt. Dies geschieht zweckmäßigerweise an einer Verbindungsstelle.

Ist die Multimetersicherung durchgebrannt, wird immer Null für den Strom angezeigt!

Widerstandsmessung

Zur Widerstandsmessung muss das Element mindestens mit einem Anschluss von der Anlage getrennt sein, andernfalls kommt es zu Fehlmessungen.

Spezielle Messprobleme

Messung großer Widerstände (>10 kΩ): Messanschlüsse während der Messung nicht mit den Fingern überbrücken, weil der parallele Körperwiderstand das Ergebnis verfälscht.

Messung sehr kleiner Widerstände (<10 Ω): Vor der Messung Messkabelenden zusammenzuführen und Wert ablesen (liegt im Bereich von 0 ..0,5 Ω). Der so ermittelte Korrekturwert muss anschließend von jedem Messwert subtrahiert werden. Werden die Messkabel ausgetauscht, muss der Korrekturwert neu bestimmt werden.

Messung kleinster Widerstände (<10 mΩ): Durch den Widerstand wird – sofern das möglich ist - ein bekannter Strom geschickt und der Spannungsabfall direkt(!) am Widerstand gemessen. Der Wert berechnet sich R = U / I. Zur Veranschaulichung: Messstrom 1A, gemessen 1 mV ergibt R = 1 mV/ 1 A = 1 mΩ.

Zappelnde Anzeige oder unglaubwürdige Werte bei Digitalmultimetern

Digitale Messgeräte reagieren flinker als analoge Zeigerinstrumente. Das kann dazu führen, dass kurze Störimpulse (z.B. von der Zündung) erfasst werden und zu zappelnden Anzeigewerten führen. Deshalb müssen die Messleitungen in möglichst großer Entfernung von Kabeln und Einrichtungen der Zündung geführt werden. Bei Gleichspannungsmessungen schafft in hartnäckigen Fällen eine Vorschalteinrichtung wie unten dargestellt Abhilfe. Stör-Frequenzen >30 Hz werden damit unterdrückt. Wenn dies nicht ausreicht, kann der Kondensator vergrößert werden (z.B. 10-facher Wert). Je größer der Kondensator ist, desto wirkungsvoller wird die Unterdrückung von Spannungsschwankungen, umso träger wird allerdings auch die Reaktion der Anzeige bei gleicher Anzeigegenauigkeit.

Gleichspannungsfilter als Vorschalteinrichtung

Derartige Störungen treten normalerweise bei Fahrzeugen mit intakter elektrischer Anlage nicht auf. Es ist deshalb wichtig, dass man sich nicht mit der Beseitigung der Symptome zufrieden gibt, sondern die Ursachen für die Entstehung der Störimpulse sucht. Zu untersuchen sind u.a.: Kerzenstecker (innere Überschläge), Zündkondensator (wirkungslos), Kollektor (Riefen, Scharten, Verzunderung) bzw. Schleifringe (Ausbrüche), Reglerkontakte (Abbrand), Wackelkontakte / angebrochene Kabel, Sicherungskontakte (Korrosion).

A Gleichstromgenerator und 6-V-Bordnetz

A.1 Feldgeregelte Gleichstrom-Lichtmaschine für 6-V-Bordnetz

A.1.1 Überprüfung der Wicklungswiderstände

Bevor die LiMa mit laufendem Motor im Betrieb getestet wird, sollten Wicklungs- und Isolationswiderstände überprüft werden (Sollwerte siehe Tabelle A.1-3). Da die Messung sehr kleiner bzw. sehr großer Widerstandswerte besondere Fehlerrisiken birgt, sind die Hinweise im Abschnitt 0.4 unbedingt zu beachten.

Treten bei bestimmten Rotorstellungen etwas höhere Werte auf, so hilft oft das Abschleifen der Kupferlamellen mit 500er Schmirgelpapier.

Beim Weiterdrehen des Rotors ist es möglich, dass die Multimeteranzeige "verrückt" spielt. Das hängt damit zusammen, dass durch den vorhandenen Restmagnetismus bei Bewegung des Rotors eine Spannung induziert wird, die die Widerstandsmessung durcheinanderbringt. Die Ablesung ist immer nur bei Stillstand des Rotors vorzunehmen!

Die tatsächlichen Isolationswiderstände liegen meist über 20 MΩ.

Bild A.1-1: 6 V / 10 A / 60 W-Gleichstrom-Lichtmaschine einer ES150, Erreger-Vorwiderstand R wurde entfernt (gelbes Symbol R)

Prüf-objekt

Mess-Bedingungen

Widerstandmessung

zwischen

LiMa

6 V /60 W

LiMa*)

6 V /30 W

Rotor-

wicklung

Kupferlitze der Minuskohle lösen

D+ Kabel lösen

D+ seitigen Anschluss von R lösen

Während der Messung Rotor langsam um 360° drehen, sodass alle Segmente des Kollektors überprüft werden.

D+ und gelöster Kupferlitze der Minus-

kohle

(0,2±0,2) Ω

(0,8±0,2) Ω

Rotor-

Isolation

- dito -

D+ und Masse

>1 MΩ

Feld-

wicklung

DF+ seitigen

Anschluss von R lösen

DF Kabel lösen

DF- Wicklungsende von Masse lösen

DF+ und DF-

(1,7±0,3) Ω

(2,6±0,3) Ω

Feld-

Isolation

- dito -

DF+ und Masse

>1 MΩ

Beide Anschlüsse

von R lösen

(4,5±0,5) Ω

nicht vorhanden

R-Isola-tion

- dito -

beliebigen

Anschluss und Metall-körper

>1 MΩ

nicht vorhanden

Tabelle A.1-3: Sollwerte für Wicklungs- und Isolationswiderstände

*) LiMa 6 V / 30 W bei RT125/0-2

Definition von „Plus- bzw. Minus-Regelung“ bei Fahrzeugen mit Minuspol am Fahrgestell nach [5]

Bei der Plus-geregelten LiMa ist der plusseitige Feldwicklungsanschluss (DF+) zum Regleranschluss (DF) geführt.

Der minusseitige Feldwicklungsanschluss (DF-) ist mit Masse (D-) verbunden (s. Bild A.1-2a). Falls ein Erregerfeld-Vorwiderstand R vorhanden ist, ist er zwischen D+ und DF angeschlossen.

Bei der Minus-geregelten LiMa ist der minusseitige Feldwicklungsanschluss (DF-) zum Regleranschluss (DF) geführt.

Der plusseitige Feldwicklungsanschluss (DF+) ist mit D+ verbunden (s. Bild A.1-2b). Falls ein Erregerfeld-Vorwiderstand R vorhanden ist, ist er zwischen DF und D- angeschlossen.

Bild A.1-2: Lichtmaschine, elektrisches Prinzipschaltbild

DF- Minusseitiges Ende der Erregerfeldwicklung,

DF+ Plusseitiges Ende Erregerfeldwicklung

DF Regleranschluss für Feldwicklung

R Vorschaltwiderstand für Erregerfeldwicklung

(entfällt bei Benutzung elektronischer Regler)

D+ positive Kollektorkohlebürste (kurz: Pluskohle)

D- negative Kollektorkohlebürste (kurz: Minuskohle) = Masse

Der Erregerfeld-Vorwiderstand R ist häufig als externer Widerstand (s. Bild A.3-1) ausgeführt, er kann aber auch in der Erregerfeldwicklung selbst (z.B. RT125/3-Serie teilweise) oder im elektro-mechanischen Regler (z.B. IFA RT 125) integriert sein.

Plus- und Minus-Regelung sind völlig gleichrangig, sie besitzen weder Vor- noch Nachteile in Bezug auf die jeweils andere Schaltungsart. Unterschiede hinsichtlich der magnetischen oder elektrischen Polarisierung der LiMa bestehen ebenfalls nicht.

Sind die Wicklungsenden der Erregerfeldwicklung zugänglich, entsteht aus einer minus-geregelten LiMa durch Umklemmen der Feldwicklungsanschlüsse eine plusgeregelte und umgekehrt. Handelt es sich dabei um eine Feldwicklung, bei der der Erregerfeld-Vorwiderstand integriert ist (Merkmal: 3 Anschlüsse treten aus dem Stator), ist er nach dem Umbau nicht mehr wirksam, so dass ein externer Widerstand vorgesehen werden muss.

Ist die Regelungsart vorgegeben, so hat dies Auswirkungen auf die Gestaltung des Reglers. Der Plusregler muss einen positiven Strom in den Anschluss DF+ „hineinschicken“, damit sich die Generatorspannung erhöht, der Minusregler einen positiven Strom aus D- „herausziehen“, um die gleiche Wirkung zu erzielen. Als bildlichen Vergleich kann man sich eine Röhre vorstellen, bei der im ersten Versuch eine Saugpumpe an der linken Seite angeschlossen ist und im zweiten Versuch eine Druckpumpe am rechten Ende. Die Flüssigkeit strömt in beiden Fällen in gleicher Richtung durch die Röhre, die Pumpen sind jedoch konstruktiv von unterschiedlicher Art.

Alle MZ-Zweitakter sind Plus-geregelt, Ausnahmen sind die BK350 und die letzten Serien-ETZs (um 1990) mit Reglerschaltkreis.

Bei der RT125/3 gibt es Irritationen darüber, ob original die Plus- oder die Minusregelung vorgesehen wurde bzw. während der Serie evt. eine Umstellung erfolgte. Für Plus- und Minus-Regelungen wären dann jeweils gesonderte Reglertypen erforderlich. Bislang konnten bei praktisch überprüften Fahrzeugen RT125/3, die augenscheinlich im originalen Zustand waren, nur Plus-geregelte Systeme gefunden werden.

Es kann deshalb mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit angenommen werden, dass die RT125/3 generell Plus-geregelt ist.

Ursache für diese Verwirrung ist möglicherweise ein Fehler im Schaltplan der RT125/3, der sich in der originalen Betriebsanleitung befindet und der auch durch andere Druckschriften geistert. Selbst im Schema auf der Innenseite des Spulenkastendeckels ist der Fehler zu finden. Der Erregerfeld-Vorwiderstand ist dabei fälschlicherweise parallel zur Feldwicklung eingezeichnet, was elektrisch keinen Sinn ergibt.

A.1.2 Lichtmaschinen - Funktionstest

Treten bei den Widerstandsmessungen nach A.1.1 keine Unregelmäßigkeiten auf, kann die LiMa bei laufendem Motor getestet werden. Alle zum Regler führenden Kabel (D+, DF+) sind vorher abzuziehen und zu sichern. Bei diesem Test kann ein Fehler im Rotor (z.B. Wicklungsschluss) erkannt werden, wenn die Spannung an D+ den o.a. Orientierungswert nicht erreicht.

Bild A.1-4: LiMa-Testschaltung mit externer Erregung

Nach Anschluss der Batterie leuchtet die 6-V-Lampe, es wird dabei ein Strom von etwa 1,8 A in die Erregerfeldwicklung eingeprägt. Der Motor wird jetzt normal (auf Batteriezündung) gestartet und das Voltmeter beobachtet. Bei gegenüber Leerlauf erhöhter Drehzahl muss die generierte Gleichspannung bei intakter LiMa rasch auf 10 ... 12 V steigen und die als Last angeschaltete 12-V-Lampe leuchtet. Wird die 18-W-Glühlampe entfernt, verlischt die 60-W-Lampe unabhängig von der Drehzahl.

Vorsicht: Äquivalente Drehzahl nicht über 12 V hinaus erhöhen, Glühlampe kann durchbrennen!

Um ganz sicher zu gehen, kann - wenn alle vorangegangenen Messungen und Tests erfolgreich waren - noch die Selbsterregung überprüft werden. Dazu werden alle Lampen bei Motorstillstand abgetrennt und zwischen DF+ und D+ wird eine Drahtbrücke eingefügt. Der Motor wird wieder gestartet. Dabei muss bei leicht erhöhter Drehzahl eine Spannung von 12 ...15 V zustande kommen. Diese Situation entspricht übrigens der Anschiebestellung des Zündlichtschalters. Da bei diesem Test allerdings der Regler nicht wirksam ist, sollte er höchstens 10 s dauern, um die Feldwicklung nicht zu überlasten.

Die Selbsterregung erfordert einen ausreichend großen Restmagnetismus im Eisenkern der Wicklungen. Falls dieser verlorengegangen ist oder eine magnetische Umpolung vorliegt (z.B. bei langer, unveränderter Lagerung der LiMa im Erdmagnetfeld), kann man davon ausgehen, dass nach der Durchführung des oben beschriebenen Funktionstests genügend Restmagnetismus verbleibt.

Die Magnetisierung bzw. magnetische Richtigpolung kann allerdings auch etwas aggressiver herbeigeführt werden, indem der Pluspol der Batterie (unabgesichert!) für eine Augenblick (0,1 s) mit D+ in Berührung gebracht wird.

A.2 Elektromechanischer Regler (E/M, 6V)

A.2.1 Mechanische Justage

Der Aufbau der elektromechanischen Spannungsregler wurde von der ersten RT des Jahres 1950 bis zu den 12-V-Anlagen der ETZ-Serie der 1990er Jahre nahezu unverändert beibehalten. Abweichungen findet man im Detail, z.B. bei der mechanischen Gestaltung der Biegeelemente.

Bild A.2-1: Bezeichnung der Kontakte und Einstellelemente am elektromechanischen

Regler, links ältere, rechts neuere Bauform

In der Literatur [1] und [2] findet man unterschiedliche Justagemaße. In Anlehnung an diese Angaben wurden im Bild A.2-2 vernünftig erscheinende Orientierungswerte festgelegt (blaue Eintragungen).

Kontrolle der Beweglichkeit der Kontaktankerplatten

Zuerst wird kontrolliert, ob sich die Kontaktzungen leicht bis an den Kern drücken lassen, ohne dass die abgewinkelten unteren Enden der Kontaktankerplatten auf dem Kernfuß aufsitzen. Im entspannten Zustand wird in [1] dafür ein Maß von 0,5 mm angegeben. Klemmt nichts, sollte am aktuellen Abstand nichts verändert werden, auch wenn der Wert nicht genau 0,5 mm ist!

Einstellung des Reglerkontaktes (linke Seite)

Die Einstellung von Magnetspalt (1 mm) und Reglerkontaktabstand (0,4 mm) erfolgt in einem Schritt, da sich – nach Lösen der oberen Zylinderkopfschrauben - beide Festkontakte verschieben lassen. Der Magnetspalt (1 mm) wird durch Verschieben des linken und der Kontaktabstand (0,4 mm) durch Verschieben des rechten Festkontaktes eingestellt.

Bild A.2-2: Orientierungswerte für die einzustellenden Abstände

Bild A.2-3: Bestimmung der Spaltbreite bei vorhandenen Alunieten

in der Kontaktankerplatte

Für diese Einstellung sind Geschick und Geduld nötig. Und es muss am Ende stimmen, wenn die Zylinderkopfschrauben wieder festgezogen sind! Hat man die Sollwerte auf ±0,1 mm getroffen, kann man zufrieden sein.

Einstellung des Rückstromkontaktes (rechte Seite)

Magnetspalt (0,8 mm) und Kontaktabstand (0,4 mm) werden nach dem Lösen der entsprechenden Zylinderkopfschrauben ebenfalls gleichzeitig eingestellt. Mit dem linken Festkontakt lässt sich der Kontaktabstand (0,4 mm) festlegen. Auch hier ist eine Einstellgenauigkeit von ±0,1 mm anzustreben.

Hinweis

Sobald mechanische Veränderungen am Regler vorgenommen werden, sind Veränderungen der elektrischen Einstellwerte zu erwarten, so dass die elektrische Justage im Anschluss daran zwingend notwendig wird!

A.2.2 Elektrische Justage

Für ältere Regler (vgl. Bild A.2-1) mit Schraubanschlüssen gilt die Anschlussfolge:

51 DF D+/61

Die Steckkontaktversion weist folgende Reihenfolge auf:

DF D+ 61 51

wobei D+ und 61 zwar getrennte Kontaktfahnen haben, jedoch miteinander verbunden sind. Der Massekontakt ist bei beiden Reglerversionen jeweils an der Bodenplatte.

Bild A.2-4:

(a)Funktionsschaltbild des elektromechanischen Reglers für die 6V/60W-Lima.

(b) Regler der 6 V / 30 W-LiMa für die RT125/0-2 mit integriertem Erregerwicklungs-Vorwiderstand

Vorprüfung des Reglers mit Hilfe von Widerstandsmessungen

(nicht benutzte Anschlüsse bleiben jeweils offen)

Der Widerstand der Spannungsspule R_SSP wurde aus eigenen Messungen an mehreren Exemplaren von 6 V / 60 W-Reglern unterschiedlichen Produktionsdatums bestimmt. Der letzte gemessene mit 10 Ω Spulenwiderstand war mit 3/76 und der erste mit 20 Ω mit 4.80 gekennzeichnet. Die Umstellung muss demnach zwischen 1977 ... 1980 erfolgt sein.

Der Grund dafür könnte eine angestrebte Verringerung des Drahtquerschnitts der Spannungsspule sein. Neben der Cu-Einsparung reduzierte sich dadurch die Leistungsaufnahme des Reglers von etwa 5 W um 50% auf 2,5 W.

Vor der Messung sind die Kontakte mit einem Streifen eines harten transparenten Zeichenpapiers (Pergament) zu putzen, ansonsten sind die kleinen Übergangswiderstände von 0,2 Ω und weniger kaum erreichbar!

Element

Widerstands-

messung

zwischen den Anschlüssen

Bedingung

Wert für

Regler der

6V/60W-

LiMa

Wert für

Regler der

6V/30W-LiMa

RT125/ 0...2

Spannungsspule

D+/61

und Masse

R_SSP

R_SSP (10±0,5) Ω

Reglerkontakt

D+/61

und DF

Ruhelage

Mittelstellung

angedrückt

0...0,2 Ω

unendlich

R_SSP

0...0,2 Ω

R_V (7±0,5) Ω

R_SSP // R_V (4±0,5) Ω

Reglerkontakt

Masse

und DF

Ruhelage

Mittellage

angedrückt

R_SSP

unendlich

0...0,2 Ω

R_SSP (10±0,5) Ω

R_SSP + R_V (17±0,5) Ω

0...0,2 Ω

Rückstromkontakt

D+

und 51

Ruhelage

angedrückt

unendlich

0...0,2 Ω

unendlich

0...0,2 Ω

Tabelle A.2-5: Sollwerte für Widerstandsmessungen am Regler.

R_SSP : Spannungsspulenwiderstand bis Ende 1970er: (10±0,5) Ω ab Anfang 1980er: (21,5±1) Ω,

R_V : Erregerwicklungs-Vorwiderstand

Hinweise zur Messung des RT125/0-2 –Reglerrelais´ im ausgebauten Zustand

Auf der hinteren (im Spulenkasten inneren) Seite entspricht der herausgeführte Anschluss der Klemme 51. Auf der vorderen (im Spulenkasten nach außen gerichteten) Seite des Reglerrelais´ sind 3 Drahtanschlüsse vorhanden. DF ist der erste Anschluss, der zur mittleren Kontaktfeder des Reglerkontaktes führt. DF ist mit dem zweiten, aus der Wicklung kommenden Anschluss zu verbinden! Masse kommt als dritter Anschluss vom inneren festen Reglerkontakt. D+ ist am Boden des metallischen Kerns des Spulenkörpers anzuschließen. Wird der Regler im Spulenkasten am Fahrzeug gemessen, sind alle nach außen führenden Kabel aus den Schraubklemmen zu lösen.

Elektrische Justage des Reglers

Empfohlene Vorgehensweise: Siehe -> S. 22.

Informationen aus der Literatur [2]

Die Angaben zur elektrischen Justage des 6-V-Reglers in der Literatur [2] (s. Tabelle A.2-6) sind leider kaum praktikabel, was im Folgenden begründet wird.

In der Tabelle A.2-6 sind die Angaben aus [2] wiedergegeben. Die Einhaltung der angegebenen Drehzahlen kann bei den TS- und älteren Modellen, die keinen Drehzahlmesser aufweisen, bestenfalls geschätzt werden.

Anzugsspannung Rückstromkontakt	6,5 V ... 6,9 V
Abfallspannung Rückstromkontakt	5,4 V ... 6,2 V

einzustellende Bordspannung für

N = 1800 ... 2200 min-1 und 10 A Last

6,2 V ... 6,8 V

einzustellende Bordspannung für

N = 4000 min-1 für Dauer-Taglichtbetrieb

6,8 V … 7,2 V

Lastfall A: Abblendlicht (40 W) + Rücklicht (5 W) + Stopplicht (18 W) = 63 W,

gibt zusammen 10 A bei 6,3 V und abgeklemmter Batterie

Lastfall B: Nicht näher definiert

Tabelle A.2-6: Spannungswerte zur elektrischen Justage entnommen aus der

Literatur [2]

Die übliche Belastung im Solo-Taglichtbetrieb sind 40 W (Abblendlicht) + 5 W (Rücklicht), was etwa 8 A ausmacht. Dazu kommen im zeitlichen Mittel 2 A für die Zündspule, was zusammen 10 A ergibt. Blinker und Stopplicht sind Verbraucher, die i.d.R. nur kurzzeitig wirken. Die intakte Batterie nimmt im voll geladenen Zustand so gut wie keinen Ladestrom mehr auf. Daraus wird ersichtlich, dass sich die beiden Belastungsfälle A und B eigentlich so gut wie gar nicht unterscheiden.

Für den heute vorgeschriebenen Taglichtbetrieb wären nach der Tabelle 6,8 ... 7,2 V einzustellen. Mit erlaubten 7,2 V läge man aber bei 25 °C bereits an der Gasungsgrenze des Bleiakkus (s. Abschnitt V.2). Bedenkt man, dass die Einstellgenauigkeit beim mechanischen Regler oft schlechter als 0,1 V ist und dass zudem durch Verschleiß der Kontakte im Betrieb noch Veränderungen auftreten, könnte es auf Dauer der Batterie an den Kragen gehen, wenn man gerade die obere Grenze des erlaubten Bereiches träfe.

Zudem lässt die Tabelle zu, dass der Rückstromkontakt im Extremfall auf 6,9 V justiert ist, jedoch die Bordspannung maximal bis 6,8 V kommt. Dies wäre nach Tabelle erlaubt, jedoch fatal, da die LiMa dann niemals ans Bordnetz bzw. die Batterie geschaltet würde.

Aus all diesen oben erwähnten Gründen werden deshalb in den nachfolgenden Arbeitsschritten sinnvolle Einstellwerte vorgeschlagen, die sich praktisch bewährt haben.

Ablauf der Justage und Vorbereitung

Die Reihenfolge der Arbeitsschritte ist unbedingt einzuhalten.

1) Justage der Anzugsspannung des Rückstromkontaktes

2) Kontrolle der Abfallspannung des Rückstromkontaktes

3) Spannungs-Justage des Reglerkontaktes

4) Kontrolle der Ladespannung im Fahrzeug bei üblichen Betriebsbedingungen

Vor der Einstellung sind die Kontakte mit einem Streifen eines harten transparenten Zeichenpapiers oder Pergament zu putzen! In hartnäckigen Fällen ist Schleifpapier mit 500er Korngröße oder feiner anzuwenden.

1) Anzugsspannung des Rückstromkontaktes

Der Rückstromkontakt muss schließen, wenn die Generatorspannung die typische Ruhespannung des Akkus (6,3 V) übersteigt. Damit ergibt sich als sinnvoller Zielbereich für die

Anzugspannung des Rückstromkontaktes: (6,4 V ±0,1) V.

Die Spannung der regelbaren Spannungsquelle wird von Null beginnend langsam und kontinuierlich erhöht (Messschaltung siehe Bild A.2-7) bis der Kontakt anzieht (= Lampe leuchtet auf). Ist die Spannung zu niedrig, muss das zugehörige Biegeelement nach außen gebogen werden, um die Rückstellkraft der Kontakt-Rückstellfeder zu erhöhen bzw. umgekehrt.

Bild A.2-7: Schaltung zur Spannungs-Justage

des Rückstromkontaktes

Da die Biegelemente aus Aluminium oder Messing nach wenigen groben Verbiegungen spröde werden und abbrechen können, sollte man sehr überlegt arbeiten und unnötige Biegungen vermeiden.

Werden mehrere Schaltversuche unter gleichen Bedingungen durchgeführt, wird man in der Regel eine schlechte Reproduzierbarkeit des Schaltpunktes feststellen. Schwankungen von ±0,1...±0,2 V sind erfahrungsgemäß typisch. Gründe dafür sind: Verschleiß der Kontakte, veränderlicher Restmagnetismus im Kern, Änderungen der Eigenschaften durch Erwärmung des Relais während der Justageprozedur.

2) Kontrolle der Abfallspannung des Rückstromkontaktes

Um die Abfallspannung zu kontrollieren, wird der Rückstromkontakt zunächst durch Spannungserhöhung geschlossen (= Lampe leuchtet auf), wobei die Spannung weiter zu erhöhen ist, bis die Kontaktankerplatte bzw. die Alu-Nieten vollständig am Kern anliegen. Erst jetzt wird die Spannung wieder langsam und kontinuierlich verringert, bis der Rückstromkontakt abfällt (= Lampe erlischt). Nach den Angaben

aus [2] (s. Tab. A.2-6) ist der zulässige Bereich für die Abfallspannung 5,4 ...6,2 V. Tiefer als 5,4 V sollte die Spannung nicht liegen, da die Batterie dann bei Leerlaufdrehzahl zunehmend gegen die LiMa zu arbeiten beginnt. Einstellen kann man allerdings nichts, wenn die Abfallspannung tiefer als 5,4 V liegen sollte..

3) Spannungs-Justage des Reglerkontaktes

Die Messschaltung nach Bild A.2-8 unterscheidet sich von der vorhergehenden nur dadurch, dass jetzt die Prüflampe an die Klemme DF angeschlossen wird. Die Spannung der regelbaren Gleichspannungsquelle wird von Null an langsam und kontinuierlich vergrößert. Dabei beobachten wir, dass zuerst der Rückstromkontakt angezogen wird (klick), bei weiterer Erhöhung die Ankerplatte des Rückstromkontaktes an den Kern anschlägt (klack). Beide Vorgänge (klick - klack) können auch fast zum gleichen Zeitpunkt erfolgen.

Bild A.2-8: Schaltung zur Spannungs-Justage des Reglerkontaktes

Mit weiter anwachsender Spannung nimmt die Helligkeit der Glühlampe zu. Ist die Spannung so groß, dass die Reglerkontakt-Ankerplatte angezogen wird, öffnet der Reglerkontakt und die Glühlampe verlischt.

Danach erhöhen wir die Spannung um weitere 0,3...0,5 V und beobachten, wie sich der Reglerkontakt gleichmäßig über die Mittellage hinaus in Richtung zum inneren Festkontakt bewegt. Wird der Reglerkontaktanker jedoch bereits kurz nach dem Abheben schlagartig an den Kern gezogen, müssen die beiden Festkontakte parallel um ein paar Zehntelmillimeter nach außen geschoben werden. Dazu sind die ursprünglich mit Lack gesicherten Schrauben zu lösen. Nach dieser Korrektur wird der Ankerplattenabstand zum Kern etwas größer, als bei der mechanischen Voreinstellung angegeben. Anschließend ist die gleichmäßige Bewegung des Kontaktes über die Mittellage hinaus erneut zu kontrollieren.

Nun wird der Schaltpunkt des Reglerkontaktes durch mehrfaches Vergrößern bzw. Verringern der Spannung (Glühlampe abwechselnd „an“<->“aus“) feinfühlig eingegrenzt, schließlich gemessen und registriert. Bei einer optimalen Ladespannung von 6,9V plus einem Vorhalt von 0,2V (Spannungsabfälle über Kabel, Sicherung usw.) wird als Einstellwert 7,1 V angestrebt.

Ist die Spannung zu niedrig, muss das zugehörige Biegeelement des Reglerkontaktes (siehe Bild A.2-1) nach außen gebogen werden, um die Rückstellkraft der Kontakt-Rückstellfeder zu erhöhen. Bei zu hoher Spannung Biegeelement nach innen biegen.

Von der außerordentlichen Empfindlichkeit der Einstellung sollte man sich vor dem Nachbiegen unbedingt einen Eindruck verschaffen, indem man probeweise ein Stück Papier unter die Rückstellfeder klemmt und die Änderung der Schaltspannung beobachtet. Diese Manipulation führt nämlich erfahrungsgemäß bereits zu Wertänderungen bis zu +0,5 V je nach Papierstreifendicke.

Da die Biegelemente aus Aluminium sind und nach mehrmaligem Biegen spröde werden und abbrechen, sollte man unnötiges Biegen unbedingt vermeiden.

Die Einstellung des RT125/0-2-Reglers für die 6 V / 30 W-LiMa ist mit der angegebenen Schaltung bedingt möglich. Wegen des integrierten Vorwiderstandes verlischt die Glühlampe nicht am Schaltpunkt, sondern wird nur geringfügig dunkler. Der Helligkeitsunterschied am Schaltpunkt ist gering und deshalb schwerer wahrzunehmen.

4) Kontrolle der Ladespannung im Fahrzeug bei üblichen Betriebsbedingungen

Vor der Kontrolle im Fahrzeug ist sicherzustellen, dass die Verkabelung in Ordnung und die Kontakte (besonders an den Sicherungen) in gutem Zustand sind, um Spannungsabfälle klein zu halten.

Der Regler wird in das Fahrzeug eingebaut und der Motor gestartet. „Übliche Betriebsbedingungen“ bedeuten hier: Leicht erhöhte Drehzahl gegenüber Leerlauf (entsprechend etwa 2000 ... 3000min^-1) und Abblendlicht ein. Nun wird die Spannung direkt an den Klemmen der Batterie gemessen. Bei normalen Umgebungstemperatur-bedingungen (15°C ... 25°C) sind 6,9 V der anzustrebende Einstellwert. Da die Stromspule des Reglers jetzt von einigen Ampere Laststrom (Scheinwerfer, Rücklicht, Zündung, Batterieladung) durchflossen wird, sinkt die Regelspannung durch Rückwirkung systematisch um 0,3 ... 0,5 V gegenüber dem ursprünglichen Einstellwert nach Arbeitsschritt 3. Die Korrektur zu höheren Spannungswerten ist leicht durch Unterlegen von Papierstreifen unter die Kontaktfeder möglich, wodurch das Nachbiegen der Biegeelemente vermieden werden kann.

Elektromechanische Regler ändern bei längeren Betriebsdauern ihre Eigenschaften. Demnach empfiehlt es sich, jährlich die Ladespannung an der Batterie wie oben beschrieben zu kontrollieren und evt. nachzugleichen.

Elektromechanische Regler regeln Belastungsschwankungen nicht ideal aus, so dass z.B. beim Ausschalten des Abblendlichtes die Ladespannung um bis zu einem halben Volt nach oben springt.

Wer den Regler nach obiger Vorschrift eingestellt hat, nachher aber meint, der Batterie was Gutes tun zu müssen, indem er ohne Abblendlicht fährt, erreicht genau das Gegenteil. Die höhere Ladespannung überschreitet sehr wahrscheinlich die Gasungsgrenze des Akkus und vermindert dessen Lebensdauer oder führt sogar zur Zerstörung!

A.3 Elektronischer Regler (6 V)

A.3.1 Entfernung des Reglerwiderstandes

Wird der elektromechanische Regler durch einen elektronischen ersetzt, ist es erforderlich, den Erregerwicklungs-Vorwiderstand zu entfernen. Bild A.1-1 zeigt die LiMa bereits mit ausgebautem Reglerwiderstand.

Ebenso ist es möglich, den Vorwiderstand in der LiMa zu belassen und ihn lediglich außer Betrieb zu setzen. Das bietet den Vorteil, dass bei einer Rückrüstung auf elektromechanischen Regler alle Teile vorhanden sind und man nur umklemmen muss. Die beiden Anschlussdrähte des Vorwiderstandes werden dazu gemeinsam unter die Befestigungsschraube des Wickelkörperfußes (Masse) geschraubt (siehe Bild A.3-1).

Bild A.3-1: Deaktivierter Erregerwicklungs-Vorwiderstand

(beide Anschlüsse unter Befestigung geklemmt)

Wird der Regler im Spulenkasten der RT125/0-2 durch eine elektronische Variante ersetzt, sind keine Maßnahmen erforderlich, da der Erregerwicklungs-Vorwiderstand im Reglerrelais integriert ist und somit beim Ausbau entfernt wird. Bei der RT125/3 befindet sich der Vorwiderstand wie üblich in der LiMa und muss ausgebaut oder wirkungslos gemacht werden.

A.3.2 Elektronischer Regler - Funktionstest

Die meisten elektronischen Regler (Analog-Prinzip) können mit der gleichen Testschaltung, wie sie für die elektromechanischen verwendet wurde im ausgebauten (oder "entkabelten") Zustand auf Funktion geprüft werden.

Bild A.3-2: Schaltung zum Funktionstest

des elektronischen Reglers

Beim Hochregeln der Spannung an D+/61 nimmt die Helligkeit der Lampe zunächst im gleichen Maße zu. Beim Erreichen und nach Überschreiten der Abregelspannung verlischt die Glühlampe. Dies kann prinzipbedingt "sanft" geschehen, also im Bereich einiger zehn mV.

Der Schaltpunkt wird deshalb bei mittlerer Helligkeit der Lampe bestimmt. Da die meisten elektronischen Regler als Rückstromsperre einen Halbleiterdiode benutzen, muss der Wert der Abregelspannung bei derartigen Reglern am Schaltpunkt um den Betrag der Dioden-Flussspannung (Si-pn-Dioden: 0,8 V ... 1,0 V, Schottky-Dioden 0,4 V...0,5 V) höher als 6,9 V sein.

Abregelspannungen von 7,3 V... 8,0 V sind demzufolge als unverdächtig einzustufen.

Bild A.3-3: Schaltung zum Test der Rückstromsperre

Im Fall (a) muss die Glühlampe dunkel bleiben. Der dabei vom Multimeter angezeigte Rückstrom soll deutlich unter 1 mA liegen (typischerweise µA-Bereich).

Nimmt man einmal im ungünstigsten Fall 1mA als Wert für den Diodensperrstrom an, dann würde das über einen Monat gerechnet eine schleichende Entladung der Batterie von 30 x 24 h x 1 mA = 0,72 Ah verursachen und wäre gerade noch zu akzeptieren.

Im Fall (b) leuchtet die Glühlampe und es fließen etwa 2 A. Das Multimeter zeigt in diesem Fall die Diodenflussspannung der Rückstromdiode an, die etwa 0,8 ...1,0 V beträgt (bei Schottky-Dioden 0,4 ...0,5 V).

Auf Grund der verschieden gestalteten Produkte ist es beim Einsatz eines elektronischen Reglers sehr wichtig, nach dem erfolgreichen Funktionstest, die Spannung an der Batterie unter realen Last- und Betriebsbedingungen im Fahrzeug zu kontrollieren.

Einstellen lässt sich an kommerziellen elektronischen Reglern meist nichts. Ein paar Möglichkeiten zur geringfügigen Vergrößerung oder Verkleinerung der Regelspannung sind im Anhang Z.8 beschrieben.

A.4 Kontaktzündanlage (6 V)

A.4.1 Überblick

In diesem Abschnitt geht es um die Überprüfung sämtlicher Komponenten des Zündkreises auf ordnungsgemäße Funktion. Hinweise zur Einstellung der Unterbrecherzündung finden sich im Kapitel V.7. Zur Zündanlage gehören der vom Kurbelwellennocken betätigte Unterbrecherkontakt, der Zündkondensator, Zündspule, Zündkabel, Kerzenstecker und Kerze. Fehler in der Zündanlage sind erfahrungsgemäß die häufigste Ursache für den Ausfall des Motors. Fällt nur eine der stark beanspruchten Komponenten aus, so fällt das Gesamtsystem aus.

A.4.2 Kontakt, Zündkondensator

Um die Zuleitung zur Zündspule mit in die Überprüfung des Unterbrecherkontaktes einzubeziehen, wird das Kabel an der Klemme 1 für die Dauer der Messung von der Zündspule gelöst und am Kabelende der Widerstand gegen Masse gemessen.

(a) Kontakt geschlossen : < 0,1 Ω* *) Unbedingt Messtipps

(b) Kontakt offen : > 1 MΩ* im Kapitel 0.4 beachten

Es dauert gewöhnlich eine Weile, bis ein korrekter Widerstandswert bei Messung (b) angezeigt wird, da der parallel zum Kontakt liegende Zündkondensator vom Messgerät umgeladen werden muss.

Treffen die Werte nicht ein, können (unter anderem!) folgende Ursachen vorliegen:

(a) Widerstand größer als 0,1 Ω: Unterbrecherkontakte korrodiert, verschmutzt oder verschlissen, Kabel oder Klemmstellen (s. Abschn. V.1) defekt oder unzuverlässig

(b) Widerstand viel kleiner als 1 MΩ: Kabelisolation defekt, Kondensator hat Plattenschluss

Bild A.4-1: Problemstellen an der Kontaktfeder (A) und Kontaktvernietung (B)

Eine genauere Beurteilung des geschlossenen Unterbrecherkontaktes ist möglich, wenn der Spannungsabfall zwischen der Anschlussfahne des Kondensators und Masse gemessen wird. Bei eingeschalteter Zündung fließt in 6-V-Anlagen ein Kontaktstrom von ca. 4 A, bei 12-V-Anlagen 2,7 A. Der Spannungsabfall über den originalen

MZ-Kontakten beträgt typisch um die 90 mV bzw. 60 mV. Ist er deutlich größer, können die im folgenden geschilderten 3 Maßnahmen u.U. eine Verbesserung bewirken:

1) Erodierte Kontakte mit einer Kontaktfeile glätten.

Einen erheblichen Anteil verursachen die brünierte Drahtfeder sowie die beiden Kontaktierungen A (s. Bild A.4-1).

2) Drahtfeder-Öse unter der M3-Mutter vorsichtig blank feilen oder M3-Zahnscheibe beilegen.

3) Die Vernietung am oberen Kontakt nachnieten. Dazu wird die untere Kontaktplatte auf eine Metallplatte aufgelegt und auf den flachen Kopf B ein Schlagdorn aufgesetzt. Mit ein paar Schlägen wird der obere Kontakt geringfügig weiter aufgepilzt und der Übergangswiderstand dadurch gesenkt.

Das Ergebnis ist durch eine erneute Messung des Spannungsabfalls überprüfbar. Sind keine Verbesserungen möglich, sollte der Kontakt ausgetauscht werden.

Der Kondensator kann für sich im ausgebauten Zustand auf

· Isolation (Widerstand >1 MΩ) und

· Kapazität (0,22 µF +20%/ -10%) geprüft werden.

Sind die Kondensatorwerte bei Raumtemperatur in Ordnung, bedeutet das nicht unbedingt, dass auch bei erhöhter Temperatur im Motorgehäuse die korrekte Funktion gewährleistet ist. Ausfälle, die nur bei Motorbetriebstemperatur auftreten und im kalten Zustand wieder "ausheilen" sind möglich.

Bei defekten Zündkondensatoren (vor 1990) wurde z.B. bei Erwärmung auf 100°C ein starkes Absinken des Isolationswiderstandes (<<1 MΩ) bei gleichzeitiger Vergrößerung der Kapazität (bis zum 5fachen des Nennwertes) festgestellt, was zu Zündaussetzern führte. Um den Kondensator für eine Wärmemessung aufzuheizen, taucht man ihn etwa 1 cm tief für ca. 5 min in kochendes Wasser und misst Widerstand (>1 MΩ) und Kapazität (0,22 µF +30%/ -20%) sofort nach dem Herausnehmen. Es ist darauf zu achten, dass der Vergussspalt am Gehäuse und am Kontakt nicht mit Wasser in Berührung kommt, da es bei der Abkühlung leicht eindringt.

A.4.3 Zündspule

Die Zündspule ist der Funktion nach ein Transformator mit Primär- (Index 1) und Sekundärspule (Index 2). Jede technische Spule ist durch ihre Induktivität L (in H) und ihren Wicklungswiderstand (in Ω) bestimmt. Die Parameter der Ersatzschaltung der 6V-Zündspule wurden experimentell an mehreren Exemplaren bestimmt und gemittelt.

Bild A.4-2: Ersatzschaltung einer 6V-Zündspule

Obwohl zwischen den Klemmen (1) und (15) wie auch zwischen (15) und (K) jeweils eine Reihenschaltung von Widerstand und Induktivität liegt, wird mit dem Digitalmultimeter nur der Widerstand erfasst, weil mit Gleichstrom gemessen wird. Das Multimeter "sieht" bei Widerstandsmessung die Induktivität nicht, ebenso wie bei der Messung von Wicklungswiderständen in der LiMa.

Die Sollwerte für Wicklungs- und Isolationswiderstände sind in Tabelle A.4-3 zusammengestellt. Kurz- und Masseschlüsse sowie Wicklungsunterbrechungen lassen sich in jedem Fall damit auffinden.

Element

Messung zwischen

Widerstand

Zirkawerte für

RT125/0-3

Ohmscher Widerstand der Primärspule

(1) und (15)

(1,5 ± 0,2) Ω

1,3 Ω

Ohmscher Widerstand

der Sekundärspule

(15) und K

(7,5 ± 1) kΩ

3,3 kΩ

Isolationswiderstand

(1) und Gehäuse

sowie

(15) und Gehäuse

sowie

(K) und Gehäuse

jeweils > 1 MΩ

Tabelle A.4-3: Wicklungs- und Isolationswiderstände der 6V-Zündspule

Schlechte Kontaktierung der Wicklungsenden (1) und (15) ist ein Fehler, der mitunter erst bei Erwärmung durch sporadische Zündaussetzer in Erscheinung tritt. Um die Kontaktierung zu verbessern, werden die Kontaktkappen der Zündspule abgeschraubt und deren Innenflächen mit einem Glasfaserpinsel blank gemacht. Die Wicklungsenden werden sehr vorsichtig (bei Bruch kann der Draht nicht nachgesetzt werden!) blank gekratzt, bis Kupferglanz zu sehen ist (Bild A.4-4). Um weiterer Korrosion entgegenzuwirken, kann vor dem Aufsetzen etwas Vaseline-Fett unter die Kappen gegeben werden.

Bild A.4-4: Demontierte Kontaktkappe an der Zündspule

Liegen die Widerstandsmesswerte in der Toleranz, bedeutet dies nicht unbedingt, dass die Zündspule in Ordnung ist. Bereits im kalten Zustand kann es zu inneren Spannungsüberschlägen kommen, wenn sich die Eigenschaften des Isolationsmaterials verändert haben.

Ähnlich wie beim Zündkondensator lauern in der Zündspule oft auch thermische Probleme, die bei der Messung im kalten Zustand auf der Werkbank verborgen bleiben.

Ursachen dafür sind thermische Veränderungen der Wicklungs- bzw. der Isolationseigenschaften sowie chemische Wirkungen nach Eindringen von Feuchtigkeit. In letzterem Fall kann es sogar zur Bildung elektrochemischer Elemente kommen (Kupferwicklung – Wasser - Alugehäuse). An einem fehlerhaften Exemplar konnte nach Erwärmung eine Gleichspannung von bis zu 1000mV zwischen den offenen Klemmen (1) / (15) und dem Alugehäuse festgestellt werden. Bei einwandfreien Spulen liegen die Werte deutlich unter 10mV.

Gute Aussagen lassen sich mit dem im folgenden beschriebenen Testaufbau nach

Bild A.4-4 gewinnen. Die Schaltung entspricht einem außerhalb des Fahrzeuges aufgebauten Minimalzündkreis (vgl. Bild A.4-6), wobei jedoch anstatt der Zündkerze eine verstellbare Funkenstrecke (Zündspannungsprüfer) eingesetzt wird. Die Spannungsquelle (Bleiakku) wird entsprechend der Nennspannung der zu prüfenden Zündspule gewählt. Da bei der Prüfung höhere Zündspannungen erzeugt werden als das im Normalbetrieb der Fall ist, können an Klemme (1) ebenfalls höhere Primärspannungen ( bis zu 500V ) auftreten. Anstelle des üblichen Zündkondensators muss demzufolge ein spannungsfesterer (0,22µF/2000V) eingesetzt werden.

Um reproduzierbare, prellfreie Schaltvorgänge zu erzielen, ist der Einsatz eines Quecksilberschalters (Hg-Schalter, Hg-Neigungsschalter) erforderlich. Alle Komponenten des Testplatzes sind gegenwärtig (2014) noch im einschlägigen Motorradzubehör- bzw. Elektronikhandel erhältlich. Es ist allerdings damit zu rechnen, dass Quecksilberschalter künftig aus dem Angebot verschwinden werden, wie es bei Quecksilberthermometern bereits geschehen ist. Versierte Elektroniker können den Hg-Schalter jedoch auch durch eine spannungsfeste Transistorzündung ersetzen.

Bild A.4-5: Schaltung und praktischer Aufbau zur Prüfung von Zündspulen

Sicherheitshinweis: Insbesondere gesundheitlich beeinträchtigten Menschen wird strikt davon abgeraten, den Testplatz zu betreiben. Ein unbeabsichtigter Funkenüberschlag auf einen Körperteil kann lebensgefährlich sein.

Eine Veränderung des Elektrodenabstandes der Funkenstrecke wird stets bei abgeklemmter Batterie vorgenommen. 6-V-Zündspulen kommen auf 8...10mm maximale Funkenlänge, 12-V-Zündspulen 10 ... 15mm. Hohe Luftfeuchte beeinflusst die erreichbare Funkenlänge stark. Bei trockener Luft rechnet man mit einer Durchschlagsfeldstärke von 3kV/mm. 10mm Funkenlänge bedeuten demnach 30kV Spannung!

Das Aufheizen der Zündspule erreicht man dadurch, dass der Hg-Schalter permanent geschlossen gehalten wird. Der Aufheizvorgang wird dabei gewissenhaft überwacht. Übermäßiges Aufheizen führt zur Zerstörung der Zündspule. Nach 3 bis 5min hat man in der Regel bereits eine Temperatur erreicht, die ein Anfassen des Gehäuses gerade noch so erlaubt. Der Funkentest wird jetzt mit erwärmter Zündspule wiederholt. Nach bisherigen Erfahrungen kann eine Verringerung der maximalen Funkenlänge um 20% als normal angesehen werden. Bei stärkerer Verringerung muss davon ausgegangen werden, dass die erwärmte Zündspule im Fahrzeug Zündprobleme hervorrufen kann.

A.4.4 Zündkabel, Kerzenstecker und Zündkerze

Zündkabel

Beim Zündkabel wird man auf langwierige Messungen verzichten und bei erkennbarem mechanischen Verschleiß der Kupferseele an seinen Enden oder sichtbarer Korrosion den Austausch vornehmen. Wenn es dennoch überprüft werden soll: Die Kupferseele hat einen sehr kleinen Widerstand, der im Rahmen unserer Messgenauigkeit mit (0,0 + 0,1) Ω anzugeben wäre. Es gibt jedoch auch Seelen aus Widerstandsmaterial, wobei das Kabel dann die Funktion des Entstörwiderstandes mit übernehmen soll. Die Kabelwiderstände bei üblichen Längen liegen dann in der Größenordnung, in der auch die Werte für Entstörwiderstände liegen, also 1 kΩ bis einige 10 kΩ. Diese Kabel funktionieren durchaus bei unseren MZs, wenn die Zündanlage keine Schwächen an anderer Stelle hat. Wer sich unsicher ist, macht keinen Fehler, ein solches Kabel gegen eins mit normaler Kupferseele auszutauschen.

Kerzenstecker

Im Kerzenstecker sitzt üblicherweise ein Entstörwiderstand (1 kΩ...10 kΩ). Der Wert ist als Angabe meist auf dem Stecker vermerkt, wobei es auch Stecker ohne Widerstand, also mit Null Ω gibt.

Bei der Durchgangsmessung vom kabelseitigen Steckereingang zum kerzenseitigen Kontakt muss dieser Wert auf ± 20 % nachweisbar sein. Unendlicher Widerstand bedeutet, dass eine Unterbrechung vorliegt, der Stecker muss ausgetauscht werden, auch wenn er seltsamerweise noch funktioniert, weil die Unterbrechung nämlich möglicherweise durch einen Funken-Überschlag im Inneren überwunden wird.

Falls der Stecker metallisch ummantelt ist, muss der Isolationswiderstand zum Blechmantel deutlich über 1 MΩ liegen.

Anhaltende Feuchtigkeit an den Verbindungsstellen Zündkabel - Zündspule und Zündkabel - Kerzenstecker führt oft zum Ausfall der Zündung. Das passiert bekanntlich bei Starkregen plötzlich oder bei morgendlichem Taubelag schleichend. Straff sitzende und nichtporöse Überschiebmuffen schützen davor, halten aber auch die einmal eingedrungene Feuchtigkeit länger drin. Auch der Blechmantel des Kerzensteckers ist in dieser Hinsicht ein Feuchtigkeitssammler. Falls die "Originalität" nicht leidet und sich niemand über Rundfunkstörungen beschwert, sollte man die Blechummantelung des Kerzensteckers mit einer geeigneten Zange entfernen.

Zündkerze

Der Kerze ist messtechnisch kaum beizukommen. Hier hilft wohl nur die althergebrachte Methode, den Funken an den Elektroden nach seiner Stärke subjektiv zu beurteilen. Kräftig muss er sein und bläulich-weiß, von einem gut hörbaren Knacken begleitet. Man spricht ja auch vom knackigen Funken...

Dabei muss allerdings bedacht werden, dass im Zylinder hohe Temperaturen und hoher Druck herrschen, was dazu führen kann, dass die Kerze, die den Sichttest am Straßenrand bestanden hat, dennoch mit "Funkenstille" im Zylinder reagiert. Da hilft dann nur eine (wirklich !!!) frische Kerze. Und wenn die dann zufriedenstellend funktionieren sollte, steht die wichtigste Handlung eigentlich erst noch bevor, die besteht nämlich darin, die defekte Kerze tatsächlich wegzuwerfen! Ehrlich, ich habe es auch nicht immer konsequent getan, und was war die Folge? Dass man dann irgendwann - vergessen ist alle Vorgeschichte - nach Jahren wieder dieselbe Gurke reinschraubt und sich damit selbstverschuldet an den Rand der Verzweiflung bringt.

Der Wert des oder der Entstörwiderstände im Zündkreis

kann in weiten Grenzen variieren, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung der ordnungsgemäßen Funktion kommt, wobei eine insgesamt intakte Zündanlage vorausgesetzt wird.

Schwächelt die Kerze und ist Feuchtigkeit ins Zündkabel gekrochen und die Batterie dazu noch am Ende, kann die Erhöhung des Entstörwiderstandes von 0 auf 100 kΩ unter Umständen das Zünglein an der Waage sein, was keinesfalls bedeutet, dass obige These falsch ist.

Es funkt ja sogar mit einem Grashalm im „Hochohmbereich“ anstelle des Zündkabels und zudem mit einer entstörten Kerze (NGK BR ...) und einem Entstörwiderstand im Stecker! Davon konnten sich die Teilnehmer des Forumtreffens in Sosa 2008 mit eigenen Augen und Ohren überzeugen.

Wer die Erfahrung macht, dass es ohne Widerstand "spürbar" besser zündet, dem soll das um Buddhas oder sonst wessen Willen nicht ausgeredet werden. Wichtig ist doch, dass man persönlich eine positive Erfahrung gewonnen hat und fortan mit ihr glücklich ist. Und falsch sind Nullkommanull Ohm ja nun auch wieder nicht!

Minimaler Zündkreis

Fehlt der Zündfunke völlig oder arbeitet die Zündung unzuverlässig, lohnt der testweise Aufbau eines "minimalen Zündkreises" nach Bild A.4-6. Dabei werden nur die unbedingt erforderlichen Komponenten benutzt, um eventuelle Fehler in der Verkabelung der Maschine sowie Kurzschlüsse, Leitungsunterbrechungen, Sicherungsprobleme und den Zündlichtschalter zunächst einmal auszuklammern.

Bild A.4-6: Aufbau eines minimalen Zündstromkreises

Solange dieser Aufbau nicht funktioniert, hat es wenig Zweck den Fehler an anderer Stelle zu suchen. Funktioniert er jedoch, ist zu beachten, dass sich der Motor nur durch Abtrennen der Batterie wieder anhalten lässt!

Der Zündkreis - Härte-Test

Ob eine Zündanlage "insgesamt intakt" ist, kann man am besten mit einer Funkenstrecke überprüfen. Die Durchschlagsgrenze für trockene Luft liegt etwa bei 3 kV pro Millimeter. Mit einer U-förmigen Kunststoffplatte und einer Kunststoff-Wäscheklammer fixiert man das aus dem Kerzenstecker gelöste Zündkabel. Die Kupferseele muss dabei bündig mit der Schnittfläche der Zündkabelisolation sein, ist das nicht der Fall, ist das Zündkabel mit einen „frischen“ Anschnitt um 2 … 3 mm zu kürzen. Die Gegenelektrode aus massivem Kupferdraht wird mit einer M4-Mutter direkt auf den oberen Kerzenkontakt geschraubt (siehe Bild A.4-5).

Wir beginnen mit 2 mm Abstand und bringen den Motor zum Laufen. Schlägt die Funkenstrecke nicht durch, liegt schon etwas im Argen. Bis 5 mm (entsprechend 15 kV) sollte sich der Abstand auf jeden Fall vergrößern lassen, ohne dass der Motor unrund läuft. Die Test-ETZ150 lief noch bei einem Abstand von 10,5 mm!

Bild A.4-5: Abschätzung der maximalen Zündspannung

mit einer Testfunkenstrecke

Sicherheitshinweis: Insbesondere gesundheitlich beeinträchtigten Menschen wird strikt davon abgeraten, den Test in dieser Weise durchzuführen. Bei modernen, energiereichen Zündanlagen kann ein unbeabsichtigter Funkenüberschlag auf einen Körperteil lebensgefährlich sein.

B Drehstromgenerator und 12-V-Bordnetz

B.1 Feldgeregelte Drehstrom-Lichtmaschine für 12-V-Bordnetz

B.1.1 Überprüfung der Wicklungswiderstände

Bild B.1-1: Prinzipschaltbild der 14V/15A-Drehstrom-LiMa und Spannung

einer LiMa-Phase in Beziehung zur Kurbelwellenrotation

Stator- und Rotorwicklungen sind so gestaltet, dass pro Kurbelwellenumdrehung 4 volle Sinusperioden auf jeder der Phasen U, V und W erzeugt werden (s. Diagramm in Bild B.1-1). Dieser Zusammenhang ist für die Signalgewinnung elektronischer Drehzahlmesser von Bedeutung, die an eine Phasenleitung der LiMa geklemmt sind.

Präzise Aussagen erhält man durch Widerstandsmessungen unmittelbar an der Lichtmaschine (Sollwerte siehe Tabelle B.1-2). Diese sollten generell durchgeführt werden, bevor die LiMa bei Motorlauf nach B.1.2 getestet wird.

Element	Mess-Bedingungen	Messung zwischen	Widerstand

Drehstrom- wicklungen	Kabel an U, V, W abgezogen	U und V V und W W und U	jeweils 0,32 Ω nach [7]
Isolation	dito	U und Masse V und Masse W und Masse	jeweils >1 MΩ
Feldwicklung (Rotor)	Kabel an DF- und DF+ abgezogen Während der Messung Rotor langsam um 360° drehen	DF+ und DF-	(4,2 ± 0,3) Ω nach [2]
Feld-Isolation	dito	DF u. Masse	>1 MΩ

Tabelle B.1-2: Wicklungs- und Isolationswiderstände der 14V/15A-Drehstrom-LiMa

Da die Messung sehr kleiner bzw. sehr großer Widerstandswerte besondere Fehlerrisiken birgt, sind die Hinweise im Abschnitt 0.4 zu beachten.

Bei einem Testobjekt wurden für die Feldwicklung (Rotor) 4,5 Ω gemessen. Je nach Verschleißzustand dürfte alles, was zwischen 4 … 5 Ω liegt wohl in Ordnung gehen. Die Isolationswiderstände lagen generell über 20 MΩ.

B.1.2 Lichtmaschinen - Funktionstest

Die von der LiMa abgezogenen Kabel U, V, W und DF+ sind gegen unbeabsichtigte Kontaktgabe zu sichern.

Entsprechend Bild B.1-3 werden drei Prüflampen direkt an die LiMa-Steckkontakte U, V, W angeschlossen. Die Verwendung von drei 60-W-Scheinwerferglühlampen ist nur erforderlich, wenn die maximale Leistungsabgabe der LiMa erreicht werden soll. Ansonsten reichen auch 3 x 21 W für den Test. Drei Lampen sind jedoch unbedingt erforderlich.

Als Festspannungsquelle 12 V kann entweder die Bordbatterie oder ein externes Netzgerät (mindestens 2 A) für die Erregerstromerzeugung benutzt werden.

Bild B.1-3: LiMa-Testschaltung mit externer Erregung

Sobald die 21 W-Lampe mit dem Pluspol der 12-V-Bordbatterie verbunden wird, beginnt sie zu leuchten. Der eingeprägte Erregerstrom beträgt dabei etwa 1,3 A.

Der Motor wird jetzt auf Batteriezündung normal gestartet und die Motordrehzahl von Leerlaufdrehzahl beginnend langsam erhöht, bis die Wechselspannung am Multimeter

(AC-Bereich wählen!) 12 V~ erreicht hat. Alle 3 Lampen in den Strängen U, V und W müssen gleich hell leuchten, es werden dabei etwa 180 W umgesetzt. Wird die 21-W-Glühlampe entfernt, verlöschen die 3 Lastersatz-Lampen unabhängig von der Drehzahl.

Vorsicht: Bei weiterer Drehzahlerhöhung steigt die Spannung über 12 V~ und es besteht die Gefahr, dass die Glühlampen durchbrennen!

Bild B.1-4: Praktische Ausführung der Lastersatzschaltung mit drei

auf eine Kupferschiene aufgeschraubten H4-Lampen

B.1.3 Die Feldwicklungssicherung 2A „träge“

Die Feldwicklung der 14V/15A-Drehstrom-LiMa ist mit einer Sicherung 2 A „träge“ abgesichert. Im normalen Betrieb bleibt der Feldstrom überwiegend unter 2 A. Je nach Feldwicklungswiderstand (4,3±0,3 Ω) und Bordspannung (max. 14,2 V) sind jedoch Spitzenwerte von 3,4±0,2 A möglich (z.B. bei niedriger Drehzahl und voller Last).

Die 2-A-Sicherung mit der Eigenschaft „träge“ wird diese kurzzeitigen Überlastungen in der Regel überstehen. Tritt jedoch ein Fehlerfall ein (z.B. Diode auf der Gleichrichterplatte durchgeschlagen, Überlastung wegen stark entladener Batterie, Kurzschluss o.ä.), der andauernd den maximalen Feldstrom fordert, wird die Sicherung nach geraumer Zeit durchbrennen und die LiMa vor weiteren Schäden schützen.

Es ist aber offensichtlich, dass in diesem Zusammenhang „gut“ (<2 A) und „böse“ (>2 A) nahe beieinander liegen. Schon die falsche Charakteristik („flink“) würde die Sicherung wahrscheinlich bei der ersten Überschreitung durchbrennen lassen. Ein Sicherungswert >2 A würde dagegen den beabsichtigten Schutzmechanismus absolut wirkungslos machen. Brennt die 2-A-Sicherung öfter durch, sollte man auf jeden Fall LiMa, Gleich-richter, Batterie und Bordnetz einer gründlichen Überprüfung unterziehen. Es ist aber auch denkbar, dass die verwendeten Sicherungen nicht ausreichend „träge“ waren.

Auf Grund der erfahrungsgemäß hohen Betriebssicherheit der Gleichrichter-

platte (200-V-Version), könnte die Absicherung auch ganz entfallen. Sicherheitshalber wäre ein Kondensator 100 µF/63 V wie im Bild B.4-2 vorzusehen.
B.2 Gleichrichterblock

B.2.1 Schaltung

Funktion des Gleichrichterblocks

Die Dioden D1 bis D6 bilden eine übliche Dreiphasen-Drehstrom-Gleichrichter-brücke, deren Wechselspannungseingänge die 3 Generatorphasen U, V, W sind und deren Gleichspannungsausgang der Anschluss D+ ist. Von D+ führt im Fahrzeug der Weg über die niederohmige Strombegrenzerwicklung des elektro-mechanischen Reglers und weiter über die Sicherung direkt zum Pluspol der Batterie. Bei nachgerüstetem elektronischen Regler wird D+ entweder isoliert durch den Regler (je nach Typ) geschleift oder die Verbindung ist extern herzustellen (siehe dazu auch Abschn. B.4.1).

Neben der Wechselspannungsgleichrichtung dienen die Dioden D1, D3, D5 gleichzeitig als Rückstromsperre. Bei niedriger Drehzahl oder Motorstand wird die Batterie nicht über die Drehstromwicklungen entladen, da D1, D3, D5 sperren.

Bild B.2-1: Gleichrichterblock(links) und Ersatzschaltung (rechts)

D1, D3, D5: SY 171/2 bzw. /2 (25A, 100V bzw. 200V, Katode am Gehäuse),

D2, D4, D6: SY 170/1 bzw. /2 (25A, 100V bzw. 200V, Anode am Gehäuse),

D7, D8, D9: SY 351/3 (3A, 300V, Kunststoffgehäuse)

Weil an D+ dauerhaft Batteriespannung anliegt, ist dieser Anschluss nicht geeignet, eine Information über die aktuelle Generatorspannung zu gewinnen, weshalb eine zusätzliche Gleichrichterschaltung, bestehend aus D7, D8 und D9 erforderlich ist. An Klemme 61 kann die drehzahl- und lastabhängige Generatorspannung abgegriffen werden, deren Größe für den Regler maßgebend zur Steuerung des Erregerstroms ist.

Demzufolge ist genaugenommen nicht die Spannung an D+ die geregelte Größe, sondern die Spannung am Anschluss 61. Das führt z.B. zu solchen Effekten, dass eine last- oder temperaturbedingte Spannungsänderung an der Ausgangsklemme D+ vom Diodentrio D7, 8, 9 an der 61 kaum oder gar nicht "bemerkt" und somit nicht ausgeregelt wird. Diese Tatsache ist bei der Fehlersuche zu beachten. Nicht immer ist der Regler defekt, wenn die Spannungswerte an der Batterie nicht stimmen. Der Gleichrichter ist in die Fehleranalyse stets mit einzubeziehen.

Spannungsfestigkeit der Dioden

Die ersten Gleichrichtermodule bis 1986 [2] enthielten Dioden des Typs SY170/1 und SY171/1 mit nur 100V Sperrspannung, so dass Spannungsspitzen im Bordnetz mit einem zusätzlichen Kondensator von 2,5 µF unterdrückt werden mussten.

Die spannungsfestere Variante ist an dem Aufkleber "UR = 200 V" zu erkennen. Sollte der sich abgelöst haben, erkennt man sie an den 200-V-Bauelementen SY170/2 und SY171/2. Unglücklicherweise tragen beide Gleichrichterplatten die gleiche Teilenummer, nämlich 8046.2-300. Wird die Platte ausgewechselt, muss darauf geachtet werden, dass der Kondensator bei der 100-Variante vorhanden ist. Beim 200-V-Gleichrichtermodul kann der Kondensator entfernt werden, er kann jedoch auch verbleiben, ohne dass die Funktion beeinträchtigt wird.

Es ist ohne weiteres möglich, eine defekte Gleichrichterplatte durch einen modernen

3-Phasen-Gleichrichterblock (25 A / >200V) zu ersetzen. Die Hilfsbrücke D7, 8, 9 muss dann in der Regel zusätzlich realisiert werden (3 A / >200V). Zu beachten ist allerdings, dass - je nach Flussspannung der ausgewählten Dioden - Spannungsänderungen von bis zu +/-0,3V an D+ möglich sind (siehe dazu auch Abschn. Z8 c, d).

B.2.2 Funktionstest

Der Funktionstest des Gleichrichterblocks im nicht verbundenen Zustand beschränkt sich auf die Einzelprüfung aller Gleichrichterdioden. Entweder nutzt man die Diodenprüffunktion des Multimeters oder man schafft sich mit einfachen Mitteln einen Durchgangsprüfer, wie in Bild B.2-2 dargestellt.

(a) (b)

Bild B.2-2: (a) Prüfung in Durchlassrichtung (Lampe leuchtet), Anzeige: Flussspannung

(b) Prüfung in Sperrrichtung (Lampe leuchtet nicht), Anzeige: Sperrstrom

	Anode	Katode

D1	U	D+
D2	Masse	U
D3	V	D+
D4	Masse	V
D5	W	D+
D6	Masse	W
D7	U	61
D8	V	61
D9	W	61

Tabelle B.2-3: Zuordnung der Diodenanschlüsse

Es sind grundsätzlich Durchlass- (Lampe muss leuchten) und Sperrverhalten (Lampe bleibt völlig dunkel) zu prüfen.

Die Flussspannung (= Durchlassspannung) jeder Diode beträgt (0,85 ± 0,15) V bei ca. 1 A Durchlassstrom (geringfügig abhängig vom Batteriezustand und der Leistungsaufnahme der verwendeten Glühlampe). Der Sperrstrom muss deutlich unter 1 mA liegen, typischerweise liegt er im µA-Bereich.

B.3 Elektromechanischer Regler (12V)

B.3.1 Mechanische Justage

Die mechanische Justage des 12-V-Reglers unterscheidet sich in folgenden Punkten von der im Abschnitt A.2.1 beschriebenen des 6-V-Reglers:

Am Platz des Rückstromkontaktes befindet sich der sogenannte Strombegrenzungskontakt.

Nach [2] betragen die Kontaktabstände

Strombegrenzungskontakt 1,5 mm

Reglerkontakt 0,3 mm

B.3.2 Elektrische Justage

Wie im Abschnitt B.2.1 zum Gleichrichterblock bereits erläutert wurde, müssen bei der 12-V-Drehstromanlage Reglereingang (61) und Bordnetz (51/ D+) galvanisch voneinander getrennt sein, da an (51) immer – auch bei Motor-Stillstand - die Batteriespannung anliegt.

Bild B.3-1: Elektrisches Funktionsschaltbild des elektromechanischen Reglers.

Der Hauptstrompfad von D+ nach 51 "windet" sich mit großem Querschnitt lediglich einige Male um den Reglerkern. Bei einem zu hohen Strom im Hauptstrompfad oder gar Kurzschluss bewirken die wenigen Windungen ein Öffnen des Strombegrenzer-kontaktes. Öffnet der Strombegrenzer, kann die Feldwicklung nicht mehr mit der maximalen Spannung von der 61 versorgt werden, sondern höchstens über den Erregerwicklungs-Vorwiderstand. Das verhindert zumindest eine extreme Überlastung der LiMa im Fehlerfall (Bild B.3-1).

Bei der Spule-Widerstands-Kombination parallel zur Spannungswicklung handelt es sich um wahrscheinlich um eine Einrichtung zur Temperaturkompensation des Reglers.

Anschlussreihenfolge des elektromechanischen 12-V-Reglers:

Masse DF 61 D+ 51 Masse

Vorprüfung des Reglers mit Hilfe von Widerstandsmessungen

(nicht benutzte Anschlüsse bleiben jeweils offen)

Element	Messung zwischen	Bedingung	Widerstand
Spannungsspule	61 und Masse		R_SSP (18 ± 2) Ω
Strombegrenzer- kontakt und Reglerkontakt zusammen	DF und 61	Ruhelage Strombegr. geöffnet Reglerkontakt in Mittellage	0...0,4 Ω R_V (8,5 ± 2) Ω R_V (8,5 ± 2) Ω
Reglerkontakt	DF und Masse	angedrückt Mittelstellung Ruhelage	0...0,2 Ω R_V + R_SSP (26,5 ± 4) Ω R_SSP (18 ± 2) Ω
Stromwicklung	D+ und 51		0...0,2 Ω

Tabelle B.3-2: Widerstandswerte am 12-V-Regler

Elektrische Justage des Reglers

Im Unterschied zum 6-V-Regler werden für den 12-V-Regler in [2] generell Betriebskennwerte angegeben, die nur im eingebauten Zustand und bei laufendem Motor kontrolliert werden können (siehe Tabelle B.3-3).

Wie beim 6-V-System müssen auch hier Bedenken hinsichtlich der oberen Grenze der Bordspannung von 14,6 V ( = Gasungsgrenze der Batterie bei 25 °C) angemeldet werden, zumal sich die Spannungsangaben auf einen nicht näher angegebenen Punkt im Bordnetz, also möglicherweise auch direkt auf die Batterieklemmen beziehen können.

geregelte Spannung bei Belastung der LiMa mit 3 A

im gesamten Drehzahlbereich

13,8 ... 14,6 V

Höchstlastspannung bei Belastung der LiMa mit 15 A,

N > 3800 min^-1

13,0 ... 13,5 V

Stromregelungsbeginn *)

11,5 ... 14,0 A

*) der Strombegrenzerkontakt beginnt zu arbeiten

Tabelle B.3-3: Angaben zur elektrischen Justage aus [2]

Die folgende Anleitung ermöglicht die Überprüfung des Reglers im ausgebauten Zustand, so dass eine Aussage zur Funktion unabhängig von Motorlauf und restlicher Elektrik möglich ist.

Bild B.3-4: Schaltung zur Spannungs-Justage

des Reglerkontaktes bzw. Funktionsprüfung

Spannungs-Justage des Reglerkontaktes

Die Spannung der regelbaren Gleichspannungsquelle wird langsam und kontinuierlich erhöht, wobei die Helligkeit der Glühlampe im gleichen Maße zunimmt. Bei weiterer Erhöhung der Spannung über 12 V vermindert die Lampe ihre Helligkeit plötzlich etwas. Bei Verminderung der Spannung erreicht man wieder den Punkt, an dem die Glühlampe heller wird. Dieser Schaltpunkt, der durch feinfühlige Variation der Spannung gut eingegrenzt werden kann, soll bei etwa 14,0 V liegen. Zur Festlegung des Wertes wurde eine optimale Ladespannung von 13,8 V für die Batterie und ein Vorhaltewert von 0,2 V für Spannungsabfälle über Kabel und Sicherung berücksichtigt.

Ist die Spannung zu niedrig, muss das Biegeelement nach außen gebogen werden, um die Rückstellkraft der Kontakt-Rückstellfeder zu erhöhen.

Bei zu hoher Spannung Biegeelement nach innen biegen.

Der Bordspannungswert muss nach Einbau des Reglers unbedingt kontrolliert bzw. korrigiert werden (siehe Abschnitt V.3), um eine Anpassung an die speziellen Gegebenheiten zu berücksichtigen. Zu den schwer vorhersagbaren Spannungsabfällen im Bordnetz kommt noch dazu, dass Bordspannung (51) und Regler-Eingangsspannung (61) nicht identisch sind und um einige Zehntelvolt differieren können (vgl. Erläuterungen im Abschnitt zum Gleichrichterblock B.2.1 ).

Kontrolle der Strombegrenzung

Von der im Folgenden geschilderten Prüfung ist eigentlich abzuraten, weil der Aufwand für die Kontrolle der Strombegrenzungsfunktion den Nutzen kaum rechtfertigt. Dennoch soll ein Vorschlag für die Überprüfung außerhalb des Bordnetzes gegeben werden. Zum besseren Verständnis wurde dazu die komplette Innenschaltung des Reglers wiedergegeben (Bild B.3-5).

Bild B.3-5: Schaltung zur Kontrolle des Strombegrenzerkontaktes

Für den Test wird am besten eine externe 12-V-Starter- oder Autobatterie verwendet, weil kurzzeitig ein sehr hoher Strom gefordert wird. Über den Weg:

61 -> Strombegrenzerkontakt -> Reglerkontakt -> DF

erhält die Prüflampe 12 V Betriebsspannung und leuchtet.

An 51 wird kurzzeitig (Vorsicht, hoher Leistungsumsatz!) der Kreis über einen 0,7-Ω-Widerstand geschlossen. Es fließen etwa 17 A von D+ nach 51 durch den Regler. Der Maximalwert des Stromes, bei dem der Begrenzerkontakt (siehe Tabelle B.3-3) öffnet, ist 14 A. Demzufolge sollte er bei 17 A Prüfstrom mit Sicherheit öffnen, was an der verminderten Helligkeit der Prüflampe erkennbar ist, da diese jetzt nicht mehr direkt, sondern über den internen Reglerwiderstand Spannung erhält. Vorsichtshalber sollte geprüft werden, dass der Helligkeitsverlust nicht durch einen Spannungseinbruch der Batterie bei hohem Strom herbeigeführt wird. Dazu kontaktiert man mit dem 0,7-Ω-Widerstand kurzzeitig den Pluspol der Batterie, wobei kein Helligkeitsverlust erkennbar sein darf.

Niedrige Widerstände für hohe Belastungen im Kurzzeitbetrieb kann man provisorisch aus Kupferdraht herstellen (siehe Abschnitt V.1.1 „Kabelwiderstände“).

20 m Cu-Leitung von 0,5 mm² ergeben etwa 0,7 Ω. Als Testdauer reicht 1 s oder weniger, um den Helligkeitsabfall der Prüflampe festzustellen.

Vorsicht: Der Draht heizt sich augenblicklich auf, sodass bei längerer Zeitdauer die Isolation zerstört wird und akute Brandgefahr besteht.

B.4 Elektronischer Regler (12V)

B.4.1 Ersatz des elektromechanischen durch elektronischen Plus-Regler

Bild B.4-0: Vergleich der Einbindung von mechanischem (a) und elektronischen Regler (b) mit kompatiblen Anschlüssen (c) speziell HÜCO 130216

Bei den 12-V-Drehstromanlagen ist der Erreger-Vorwiderstand nicht in der LiMa, wie bei den 6-V-Anlagen untergebracht, sondern befindet sich unter der Grundplatte des elektromechanischen Reglers. Wird dieser Regler ausgebaut, ist automatisch der Vorwiderstand entfernt, und es sind keine weiteren Maßnahmen erforderlich.

Weist der einzusetzende elektronische Regler keine gesonderten Anschlüsse

für D+ und 51 (bzw. B+) auf, so ist D+ von der Gleichrichterplatte direkt mit Batterie-Plus

zu verbinden (s. Bild B.4-0 (c) ). Der Ausgang der Hilfsbrücke 61 muss beim HÜCO 130216 mit dem Reglereingang D+ verbunden werden.

Die meisten elektronischen Nachrüstregler sind noch für Ladespannungen von Blei-Flüssigkeitsbatterien (14,2 V ... 14,4 V) ausgelegt. Insbesondere beim Einsatz moderner Vliesbatterien ist eine Spannungsabsenkung des Reglers auf 13,8 V dringend zu empfehlen, siehe dazu Kapitel Z.8.

12-V-Drehstromanlagen mit elektromechanischem Regler sind Plus-geregelt. Der elektronische Austauschregler muss demzufolge auch ein Plus-Regler sein.

B.4.2 Funktionstest für elektronischen (Plus-)Regler

Bild B.4-1: Schaltung zum Funktionstest

Elektronische (Plus-)Regler können mit der oben angegebenen Schaltung (Bild B.4-1) im ausgebauten (oder "entkabelten") Zustand auf Funktion geprüft werden. Das gilt sowohl für handelsübliche, universell einsetzbare elektronische Regler als auch für Eigenbaulösungen. Beim Hochregeln der Spannung an 61 nimmt die Helligkeit der Lampe im gleichen Maße zu. Beim Erreichen und nach Überschreiten der Abregelspannung verlischt die Glühlampe im Bereich einiger zehn mV.

Der Schaltpunkt für die Abregelung wird bei mittlerer Helligkeit der Lampe bestimmt. Er sollte der optimalen Ladespannung von 13,8V entsprechen. Rechnet man ein paar Zehntelvolt Spannungsabfall über den Leitungen und der Sicherung ein, kann die Abregelspannung auch um diesen Betrag höher sein. Abregelspannungen von 13,8 V... 14,0 V sind demzufolge optimal.

B.4.3 Gleichrichter/Elektronischer (Minus-)Regler bei den letzten 2T-Modellen

Im Zuge der Weiterentwicklung wurde bei den letzten 2T-Modellen Anfang der 1990er Jahre der Reglerschaltkreis (One Chip Car Alternator Regulator) L9480 (Hersteller:

ST.SGS-Thomson Microelectronics) eingesetzt (Bild B.4-2), welcher als Minus-Regler arbeitet. Eine ausführliche Beschreibung der Eigenschaften des Schaltreglers L9480 ist im Anhang Z.4 zu finden.

Bild B.4-2: Schaltung der Gleichrichter-Regler-Baugruppe

Als Gleichrichterdioden wurden Schottky-Dioden eingesetzt, die auf Grund ihrer niedrigen Flussspannung eine geringe Verlustleistung und damit einen besseren Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Si-pn-Dioden ermöglichen.

Von einem der Drehstromanschlüsse U, V, W wird das Eingangssignal für den elektronischen Drehzahlmesser (DZM) abgegriffen. Für die Funktion ist es gleichgültig, welcher benutzt wird.

Danke für Informationen von torbiaz, paule56, TS-Jens (mz-forum.com)

Links: Herkömmliche Variante mit Rechts: Elektronische Gleichrichter-/

elektromechanischem Regler Regler-Baugruppe mit elektronischem

Drehzahlmesser (DZM)

Bild B.4-3: Einbindung der elektronischen Gleichrichter-/Reglerbaugruppe in das Bordnetz der ETZ.

Ebenso wie die DZM- ist auch die LKL-Leitung (Ladekontrollleuchte) eine „heiße“ Verbindung, da sie unabge-sichert durchs Fahrzeug geführt wird. Bei einem eventuellen Masseschluss sind nicht nur die Dioden des Gleich-richters gefährdet, sondern es besteht auch akute Brandgefahr, da die volle LiMa-Leistung dahinter steht. Der zusätzliche Einbau jeweils einer fliegenden Sicherung (500 mA) nahe am Gleichrichter/Regler ist zu empfehlen.

In einer ersten Variante wurde die Gleichrichter-/Reglerbaugruppe unter der Sitzbank anstelle der Gleichrichter-platte angeordnet (Bild B.4-4).

In der späteren Ausführung befindet sich die Gleichrichter-Reglerplatine, welche auf die Wicklungsanschlüsse U, V, W gelötet ist, im LiMa-Gehäuse (Bild B.4-5).

Bild B.4-4: Gleichrichterplatte mit Regler-

schaltkreis L 9489 (Foto:Ysengrin, mz-forum.com)

Bild B.4-5:

Gleichrichter-Reglerplatine an der LiMa LiMa, G/R-Platine ausgelötet und

(Fotos: paule56, mz-forum.com) demontiert

B.4.4 Funktionstest Gleichrichter / Elektronischer (Minus-)Regler

Die Gleichrichterplatte mit Reglerschaltkreis unter der Sitzbank bzw. die Gleichrichter-Reglerplatine an der LiMa sind für den Test aus dem Fahrzeug auszubauen. Die Platine an der LiMa muss vorsichtig von den Drahtanschlüssen U, V, W abgelötet werden, damit Leiterzüge und Wicklungsenden keinen Schaden nehmen. Da das Auslöten der einzelnen Gleichrichterdioden aus der Reglerschaltung vermieden werden soll, ist der Funktionstest aufwändiger als bei der Standard-Gleichrichterplatte (vgl. B.2.2); es sind dazu 4 Messschaltungen (a) ... (d) erforderlich.

Treten bei den Dioden-Prüfungen Unregelmäßigkeiten auf, muss der noch in der Schaltung befindliche Reglerschaltkreis als mögliche Fehlerquelle in die Ursachenforschung mit einbezogen werden!

	Anode	Katode
D1	U	D+
D3	V	D+
D5	W	D+
D7	U	61/DF+
D8	V	61/DF+
D9	W	61/DF+
D2	Masse	U
D4	Masse	V
D6	Masse	W

Bild und Tabelle B.4-6: Prüfung in Durchlassrichtung (a)

Im Testschritt (a) werden alle Dioden in Flussrichtung geprüft. Die Flussspannung beträgt bei den eingesetzten Schottkydioden 0,4…0,5 V. Werden Spannungswerte nahe Null Volt oder größer als 1 V angezeigt, sind mit großer Wahrscheinlichkeit die entsprechenden Dioden ausgefallen.

	Anode	Katode
D1	U	D+
D3	V	D+
D5	W	D+

Bild und Tabelle B.4-7: Prüfung in Sperrrichtung (b)

D1, D3, D5 können im Testschritt (b) in der bekannten Standardschaltung in Sperrrichtung geprüft werden. Im Normalfall liegt der Sperrstrom unter 1mA, typischerweise beträgt er nur wenige µA oder noch darunter. Die zusätzliche Verbindung nach Anschluss (61) bzw. Masse in den Prüfschritten (c) und (d) ist erforderlich, um den Betriebsstrom des Reglerschaltkreises umzuleiten. Wird die Verbindung weggelassen, zeigt das Multimeter statt dem Sperrstrom der Dioden den Betriebsstrom des Reglerschaltkreises L9480 an (ca. 20 mA).

	Anode	Katode
D2	Masse	U
D4	Masse	V
D6	Masse	W

Bild und Tabelle B.4-8:Prüfung in Sperrrichtung (c)

	Anode	Katode
D7	U	61/DF+
D8	V	61/DF+
D9	W	61/DF+

Bild und Tabelle B.4-9: Prüfung in Sperrrichtung (d)

Für den Reglertest (Schaltkreis L9480) ist die Schaltung nach Bild B.4-10 aufzubauen. Die Vorgehensweise ist mit der in Abschnitt B.4.2 beschriebenen identisch.

Bild B.4-10: Schaltung zum Funktionstest
B.5 Zündanlage (12V)

B.5.1 Kontaktzündanlage

Die Kontaktzündanlage für 12V-Bordnetz unterscheidet sich prinzipiell nicht von der 6-V-Anlage. Insofern kann auf die Abschnitte

A.4.2 Kontakt, Zündkondensator

A.4.3 Zündspule

A.4.4 Zündkabel, -stecker und –kerze

V.7. Die Einstellung der Unterbrecherzündung

hinsichtlich Fehlerdiagnose, Testung und Wartung verwiesen werden. Die Zündspule für 12V weist lediglich andere Widerstandswerte auf. Für die Eingrenzung dieser Parameter stand leider nur eine einzige Spule zur Verfügung, insofern müssen die gemessenen Werte nicht unbedingt typisch sein (siehe Tabelle B.5-1).

Element	Messung zwischen	Widerstand
Ohmscher Widerstand der Primärspule	(1) und (15)	(4,5 ± 0,5) Ω
Ohmscher Widerstand der Sekundärspule	(15) und K	(8,5 ± 1) kΩ
Isolationswiderstand	(1) und Gehäuse sowie (15) und Gehäuse sowie K und Gehäuse	jeweils > 1 MΩ

Tabelle B.5-1: Wicklungs- und Isolationswiderstände der 12-V-Zündspule

B.5.2 Elektronische Zündanlagen mit Hall-Geber

(1) Hermsdorfer Zündung – 1. Generation

Die elektronische Zündanlage (EBZA) besteht aus der an der Kurbelwelle angebrachten Gebereinheit (Bild B.5-2a) mit Hallelement (= magnetfeldempfindlicher Sensor- Schaltkreis B461/B462) und der abgesetzten Signalverarbeitungseinheit (Bild B.5-2b).

Bild B.5-2 (a) Gebereinheit, Permanent- (b) Platine der Signalverarbeitungs-

Ringmagnet abgenommen einheit (Steuerteil)

Bild B.5-3 Schaltung von (a) Gebereinheit (b) Signalverarbeitungseinheit (Steuerteil)

Funktionstest Gebereinheit

Zuerst wird das Anschlusskabel vom Flachsteckanschluss zur Platinenlötstelle auf Durchgang geprüft. Dann werden die Widerstände mit den vorgegebenen Werten entsprechend der Testschaltung nach Bild B.5-4a sowie die 12-V-Spannungsquelle angeschlossen. Die Testung der Z-Diode wird durch Messung der Z-Spannung zwischen 15g und 31g kontrolliert: Zulässiger Bereich ist 4,75 … 5,25 V. Ist die gemessene Spannung größer als 7 V, ist die Z-Diode defekt. Da sie oben auf der Leiterbahn aufgelötet ist (vgl. Bild B.5-2a), ist ein Austausch möglich, jedoch wegen der festen Vergussmasse u.U. schwierig. Auch wenn anstelle des B461 (Betriebsspannung 4,75 … 5,25 V) ein B462 (4,75 … 18 V) eingesetzt ist, ist eine 5-V-Z-Diode erforderlich, weil bei beiden Typen am Pin 3 nur maximal 5,5 V anliegen dürfen.

Wird der Ringmagnet gedreht, wechselt bei intaktem Geber die zwischen 7 und 31g (Bild B.5-4a) gemessene Spannung aller 180° von kleiner 0,4 V auf größer 2,4 V und umgekehrt.

Bild B.5-4 Prüfung von (a) Geber- und (b) Signalverarbeitungseinheit

Funktionstest der Signalverarbeitungseinheit (Steuerteil)

12-V-Batterie und Glühlampe (12 V, 2 W) werden an die Signalverarbeitungseinheit, wie im Bild B.5-4b dargestellt, angeschlossen. Werden die Anschlüsse 7 und 31g durch eine Drahtbrücke miteinander verbunden, leuchtet die Glühlampe. Wird die Brücke wieder entfernt, verlischt die Glühlampe. Die Spannung zwischen (1) und (31) wechselt dabei zwischen <1 V und Batteriespannung (ca. 12V).

Nach [2] und [7] besteht die Gefahr der Zerstörung des Steuerteils, wenn Prüflampen mit größerer Leistung verwendet werden. An den Signalausgang des Gebers darf generell keine Prüflampe angeschlossen werden

Zur Schnellprüfung innerhalb des Fahrzeugs wird das Verbindungskabel am Geber abgezogen und bei eingeschalteter Zündung der Anschluss (7) des Kabels mehrfach kurz mit (31g) verbunden: An der Kerze müssen kräftige Funken zu beobachten sein.

(2) Hermsdorfer Zündung – 2. Generation

Die Weiterentwicklung der Hermsdorfer Zündung enthält im Geber als einziges Element den Hallsensor-Schaltkreis B466. Im Steuerteil werden bis auf wenige Ausnahmen SMD-Bauelemente verwendet. Die Testung von Geber und Steuerteil erfolgt analog zu Bild B.5-4 wie oben beschrieben, wobei der Test der Z-Diode entfällt. Das Verhalten der Prüflampe ist gegenüber dem Steuerteil der ersten Generation umgekehrt!

Eine Mischung von Komponenten (Geber, Magnetscheibe bzw. Steuereinheit) aus beiden Generationen der EBZA führt zu Fehlfunktionen bzw. schiebt den Zündzeitpunkt in nicht korrigierbare Bereiche.

Bild B.5-5 (a) Gebereinheit mit Magnetscheibe und (b) Signalverarbeitungseinheit

Bild B.5-6: Schaltung von Geber- und Signalverarbeitungseinheit (Steuerteil)

(3) PVL / MZ-Zündung

Hallsensor und Signalverarbeitungseinheit der PVL/MZ-Zündung befinden sich in

einem rot oder schwarz vergossenen Funktionsblock direkt auf der LiMa (Bild B.5-7).

Bild B.5-7: Elektronische PVL/MZ-Zündung

Bild B.5-8: Schaltung der elektronischen PVL/MZ-Zündung

Statisch lässt sich die PVL-Zündung im ausgebauten Zustand analog der Testschaltung nach Bild B.5-4b prüfen. Eingangsseitig erfolgt die Betätigung jedoch dadurch, dass ein dünnes Eisenblech als Magnetblende am Sensor vorbeigeführt wird. Bei einer intakten Einheit kommt es dabei zu einem Schaltvorgang, d.h.zum Aufleuchten bzw. Verlöschen der Prüflampe.

Der Nachweis häufig beschriebener, möglicherweise thermisch bedingter Ausfälle der PVL-Zündung ist schwierig. Der einfachere Weg ist ein Austausch der Anlage oder ein Rückbau auf Unterbrecher, um die Situation einschätzen zu können.

Zu Abschnitt B.5.2: Dank für Fotos an Voodoomaster, Welu, specht und Risinghaze; für die Zurverfügungstellung von Analysemustern an IFArista und Mecduese; für förderliche Diskussion an torbiaz (alle mz-forum.com)

C Permanenterregter 12V-Drehstrom-

generator (Rotax)

C.1 Drehstromgenerator – Funktionstest

Genauso wie beim feldgeregelten Drehstromgenerator enthält der Stator die Spannungsinduktionsspulen. Anstelle der Erregerfeldspule ist jedoch ein rotierender Permanentmagnet – ähnlich wie beim Fahrraddynamo - angeordnet. Die Generatorspannung kann somit nicht über das Erregerfeld wie beim feldgeregelten Drehstromgenerator (Kapitel B) beeinflusst werden. Je schneller sich der Rotor dreht, desto größer wird die Generatorspannung. Genauso sind wir es auch vom herkömmlichen Fahrraddynamo gewohnt.

Statorwicklung und Rotor sind so gestaltet, dass pro Kurbelwellenumdrehung 6 volle Sinusperioden auf jeder der Phasen U, V und W erzeugt werden (vgl. Diagramm in Bild C.1-1). Dieser Zusammenhang ist für die Signalgewinnung elektronischer Drehzahlmesser von Bedeutung, die an eine Phasenleitung der LiMa geklemmt sind.

Bild C.1-1: Prinzipschaltbild der 12 V / 190 W permanenterregten Drehstrom-LiMa und

Spannung einer LiMa-Phase in Beziehung zur Kurbelwellenrotation

Wird ein Fehler in der LiMa vermutet, sollten als erstes die Wicklungswiderstände überprüft werden, um Wicklungsschlüsse/Unterbrechungen bzw. Isolationsprobleme zu erkennen. In [4] sind für die einzelnen Drehstromwicklungen unterschiedliche Widerstände bzw. Bereiche angegeben, die sich bei einer exemplarischen Probemessung an einem intakten Fahrzeug nur teilweise bestätigten. Der Widerstand aller drei Stränge lag bei der Messung an einem Fahrzeug einheitlich bei 0,7 Ω

Element	Mess-Bedingungen	Messung zwischen	Widerstand

Drehstrom- wicklungen	Kabel von Verbinderleiste abgezogen	weiß und orange weiß grün grün orange	0,6-0,9 [4], eigene Messung 0,7 Ω 0,54-0,8 Ω [4], eigene Messung 0,7 Ω 0,8-1,6 Ω [4], eigene Messung 0,7 Ω
Isolation	dito	weiß und Masse grün und Masse orange und Masse	>1 MΩ, typisch über 20 MΩ

Tabelle C.1-2: Wicklungs- und Isolationswiderstände der Rotax-LiMa

Lassen sich aus der Widerstandsmessung (siehe Tabelle C.1-2) keine Auffälligkeiten erkennen, kann die LiMa mit einer Ersatzlast (Bild B.1-4) getestet werden. Dazu werden gemäß Bild C.1-3 drei 60-W-Scheinwerferlampen an die Drehstromanschlüsse U, V, W (bzw. Kabelfarben weiß, grün, orange) angeschlossen, der Regler bleibt abgeklemmt. Sicherer wäre es – falls vorhanden – 24-V-Lampen zu verwenden, da die Wechselspannung bereits bei Standgasdrehzahl 12...14 V erreicht. Die Drehzahl darf also keinesfalls erhöht werden! Die Scheinwerferlampen müssen gleich hell leuchten.

Bild C.1-3: LiMa-Testschaltung

Werden anstelle der Glühlampen Leistungswiderstände 12 Ω / ≥60 W eingesetzt, kann die Drehzahl kurzzeitig auf 3000 min^-1 erhöht werden. Die Wechselspannung erreicht dabei einen Wert von etwa 27 V~ (an U, V, W nacheinander messen), wobei der LiMa dabei eine Leistung von etwa 180 W abgenommen wird.

C.2 Gleichrichter/Reglerblock - Funktionstest

Beim Rotaxregler handelt es sich um einen Block, der den üblichen Drehstrom-Brücken-Gleichrichter (Schaltung ähnlich Bild B.2-1, jedoch ohne Dioden D7-D9) und 3 Thyristorschalter enthält (detaillierte Schaltung siehe Anhang Z.2). Bei Erreichen der Sollgleichspannung am Ausgang (schwarzes Kabel) werden die einzelnen (gelben) Drehstromanschlüsse durch Thyristoren für die Dauer einer oder mehrerer Spannungs-Halbwellen gegen Masse kurzgeschlossen, so dass die Ausgangsspannung auf Sollwert bleibt und nicht weiter steigen kann.

Bild C.2-1: Anschlüsse am Gleichrichter/Reglerblock. Die Drehstromanschlüsse (gelb) sind prinzipiell vertauschbar und deshalb am Reglerblock nicht unterschieden

Der Test der Gleichrichterfunktion erfolgt völlig analog zum Test des Gleichrichterblocks im Abschnitt B.2. Durchlass- (a) und Sperrverhalten (b) der einzelnen internen Gleichrichterdioden sind entsprechend Bild C.2-3 zu prüfen.

Anode	Katode

U	B+
Masse	U
V	B+
Masse	V
W	B+
Masse	W

Bild C.2-3: Diodentest Tabelle C.2-2:

(a) Prüfung in Durchlassrichtung (Lampe leuchtet), Anschlussschema

Anzeige: Flussspannung

(b) Prüfung in Sperrrichtung (Lampe leuchtet nicht),

Anzeige: Sperrstrom

Die Flussspannung (= Durchlassspannung) beträgt (0,85 ±0,1) V bei ca. 1 A Durchlassstrom (je nach Batteriezustand und Leistungsaufnahme der Glühlampe). Der Sperrstrom muss deutlich unter 1 mA liegen, typischerweise im µA-Bereich.

Die Funktion der Thyristorschalter kann überprüft werden, indem nach Bild C.2-4 eine regelbare Gleichspannungsquelle an die Drehstromanschlüsse über eine 12 V/10 W- Glühlampe angeschlossen wird. Wird die Spannung der Quelle langsam vergrößert, findet man bei etwa 14 V einen Schaltpunkt, bei dem die Lampe plötzlich zu leuchten beginnt und gleichzeitig die Spannungsanzeige an B+ auf Null springt. Wird die Spannung der Quelle nun wieder verringert, so leuchtet die Lampe weiterhin, wird jedoch mit Verminderung der Quellenspannung dunkler. Ein erneuter Schaltversuch kann erst gestartet werden, nachdem die Lampe kurzzeitig vom Drehstromanschluss abgetrennt wurde.

Bild C.2-4: Test der internen Thyristorschaltfunktion

Praktisch ermittelte Schaltpunkte an B+ für drei Reglerexemplare jeweils an U, V, W waren: 13,95 V-13,89 V-13,96 V; 13,96 V-13,97 V-13,96 V; 13,96 V-14,23 V-13,96 V

Anhand der Beispielmessungen wird man demzufolge Werte im Bereich von 13,7 ...14,4 V bei einem einwandfreien Regler erwarten können.

C.3 Elektronischer Drehzahlmesser (eDZM)

Der eDZM mit der Typbezeichnung 12 P VCC 12 ist mit seinem Eingang an eine der drei von der LiMa kommenden Drehstromphasen (U, V, W) angeschlossen. Nach der Reparaturanleitung [8], S. 38 ist diejenige Phase für den Anschluss auszuwählen, die „in jedem Betriebszustand der Ladeanlage unter Spannung steht“. Um das herauszufinden, soll der Motor laufen, soll die Batterie voll geladen und ansonsten keine Verbraucher eingeschaltet sein. Mit einem Wechselspannungsmesser werden alle drei Phasen nacheinander angetastet. An diejenige Phase, „welche Spannung führt, kommt das Signalkabel grün“.

Die oben wiedergegebene Prozedur ist funktionell nicht nachvollziehbar. Praktisch führen nämlich alle drei Stränge U, V, W Spannung, die mehr oder weniger dem Phasenanschnitt des Schaltreglers unterliegen. Es wird also nie so sein, dass nur eine Phase Spannung führt und die restlichen zwei vollständig auf Null geschaltet sind. Bestenfalls wird man eine Phase finden, deren Spannung größer als die der beiden anderen ist, weil sie gar nicht oder seltener im Vergleich zu den beiden anderen angeschnitten ist. Wählt man die aus, ist damit allerdings auch nicht gesichert, dass bei längerer Fahrt und höherer Drehzahl auch sie über mehr oder weniger Perioden an- oder weggeschnitten wird. Das führt dann bekanntlich zu falschen Anzeigewerten oder chaotischen Schwankungen der Anzeige.

Etwa ein Jahr nach Serienstart gab es deshalb Veränderungen. Der ab 1992 verwendete eDZM des Typs 12 P VCC 2 ist jetzt an der blauen Leitung von Zündgeber zu Zündbox angeschlossen. Damit steht ein stabiles Eingangssignal mit Drehzahlinformation für den eDZM zur Verfügung. Beide eDZM-Typen sind untereinander nicht austauschbar! Der 12 P VCC 2 kann jedoch in die älteren Rotaxmodelle eingebaut werden, wobei sein Eingang an die oben erwähnte blaue Leitung von der Zündbox anzuschließen ist.

Näheres zur Funktionsweise der von MZ verwendeten elektronischen DZM findet man im Abschnitt V.6.

C.4 Elektronische Zündung (CDI, Nippondenso)

Die Zündung des Rotaxmotors 504E arbeitet nach dem CDI-Verfahren (Capacitor Discharge Ignition = Kondensator-Entlade-Zündung). Die Aufladung des in der Amplifier-Box enthaltenen Kondensators erfolgt durch zwei im Stator befindliche Ladespulen, wobei die untere im Bild C.4-1 bei niedrigen und die obere bei höheren Drehzahlen wirksam ist. Der Zündzeitpunkt wird durch zwei Geberspulen bestimmt, wobei der Außengeber bei niedrigen Drehzahlen einen Zündwinkel von 3° vor OT und der Innengeber bei hohen Drehzahlen bis zu 29° vor OT realisiert.

Wird der Stopp-Schalter betätigt, so wird der interne Kondensator kurzgeschlossen und der Zündfunke bleibt augenblicklich weg.

Bild C.4-1: Anschlüsse der CDI-Zündbox (Amplifier-Box, Nippondenso 070000-0780)

Bild C.4-2: Steckerbelegung an der Amplifier-Box

Die Prüfung der Amplifier-Box beschränkt sich nach dem Reparaturhandbuch zum Rotax-Motor [4] S. 45 auf die Messung von Widerständen zwischen allen vollständig abgetrennten Kabelanschlüssen. Sind Eingangselemente „zerschossen“, so wird man das damit herausfinden. Allerdings ist diese Methode kein 100%iger Funktionstest.

Die in [4] angegebene Widerstandsmatrix ist insofern fehlerhaft, dass Plus und Minus auf S. 45 in der Matrix vertauscht wurden. Zum anderen wird ein zeitgenössisches Widerstandsmessgerät (der Motor ging um 1980 in Serie) vorausgesetzt, das mit einer äußeren Prüfspannung von >2 V arbeitet, um Dioden in Flussrichtung prüfen zu können. Das war bei den damaligen Zeigerinstrumenten ohne Elektronik in der Regel der Fall. Moderne Multimeter arbeiten heutzutage oft mit Spannungen unter 0,5 V an den Messbuchsen, so dass es zu Anzeigen kommt, die sich nicht mit denen in der dort angegebenen Matrix decken müssen.

Geeignete Prüfmittel, mit denen der Test heutzutage dennoch durchgeführt werden kann, sind

a) Multimeter, die im Widerstandsmessbereich (20 kΩ) oder in der Betriebsart „Diodenprüfung“ (sofern vorhanden) an den Messbuchsen eine Spannung von mindestens +2 V abgeben (Überprüfung durch Gleichspannungsmessung mit einem zweiten Multimeter möglich) oder

b) die Prüfschaltung nach Bild C.4-2

Bei der Prüfung mit Prüflampe darf es allerdings nicht passieren, dass die Anschlüsse der Amplifier-Box versehentlich direkt und gleichzeitig mit dem Plus- und Minus-Pol der Batterie in Berührung kommen, da dies die Zerstörung interner Bauelemente zur Folge hat. Auch sind größere Leistungen der Prüflampe als 2 W u.U. schädlich.

Bild C.4-2: Prüfmittel für den Test der Amplifier-Box und zugehörige Prüfmatrix

Ist die Amplifier-Box abgesteckt, können auch die Wicklungswiderstände der Lade-, Geber- und Zündspulen überprüft werden, um Wicklungsunterbrechungen oder Masseschlüsse festzustellen (vgl. [4] S. 44). Nach Bild C.4-1 ist dabei zu beachten, dass der Masseanschluss der äußeren Geberspule im abgesteckten Zustand nicht mit den anderen Masseanschlüssen verbunden ist.

Die Kabelfarben rosa – orange – braun sind insbesondere im verschmutzten Zustand nicht immer leicht zu unterscheiden. Man sollte sich deshalb unbedingt vor den Messungen darüber Klarheit verschaffen.

Innenschaltung und Funktion der Amplifier-Box sind im Anhang Z.3.34 näher erläutert.

V Verschiedenes

V.1 Kabelverbindungen

V.1.1 Kabelwiderstand und Spannungsabfall

Für die Beurteilung der Qualität einer Kabelverbindung ist der Widerstand zwischen den beiden Endanschlusspunkten maßgebend. Da diese Widerstände meist kleiner als 100 mΩ sind, ist eine genaue direkte Messung mit einfachen Digitalmultimetern im Widerstandsmessbereich kaum möglich.

Kupferquerschnitt	längenbezogener Widerstand	Spannungsabfall für 1m und 10A Strom

6 mm²	2,9 mΩ / m	30 mV
4 mm²	4,4 mΩ / m	40 mV
2,5 mm²	7,0 mΩ / m	70 mV
1,5 mm²	11,7 mΩ / m	120 mV
1 mm²	17,5 mΩ / m	180 mV
0,75 mm²	23,3 mΩ / m	230 mV
0,5 mm²	35,0 mΩ / m	350 mV

Tabelle V.1-1: Kabelwiderstände und Spannungsabfälle für verschiedene Querschnitte

Praktikabler ist deshalb die Messung des Spannungsabfalls über der Kabelverbindung bei bekanntem Prüfstrom, da selbst einfache Digitalmultimeter eine genügend genaue Spannungsmessung im mV-Bereich bieten.

Bild V.1-2: Messschaltung für Kabel-Spannungsabfall

Die Messschaltung nach Bild V.1-2 ist bezüglich des eingeprägten Stromes, der von der Batteriespannung und der Leistungsaufnahme der Glühlampe bestimmt wird, variabel. Hier im Beispiel werden eine 6 V/18 W-Glühlampe und eine 6-V-Batterie benutzt, das gibt etwa 3 A Prüfstrom durch das Kabel, der vor der eigentlichen Messung mit dem Multimeter genau bestimmt wird. Der Spannungsabfall wird nun mit dem Multimeter innerhalb der beiden Einspeisungspunkte (im Beispiel Kabelschellen mit Augen) abgegriffen, damit die Spannungsabfälle unmittelbar an den Einspeisepunkten nicht mit erfasst werden.

Messbeispiel:

Querschnitt des zu prüfenden Kabels 0,75 mm², Länge 1,3 m

Widerstand pro Meter entsprechend Tabelle V.1-1: 23,3 mΩ/m.

Widerstand für 1,3 m Kabellänge: 23,3 mΩ/m * 1,3 m = 30,3 mΩ

Erwarteter Spannungsabfall für 3 A: U = I * R = 3 A * 30,3 mΩ = 91 mV

Setzt man als praktikable Prüfgenauigkeit 10 % an, so wäre ein Messwert im Bereich von 80 ...100 mV zu erwarten. Übersteigt der Spannungsabfall den Maximalwert um mehr als 50%, liegt sehr wahrscheinlich ein Kabelfehler vor.

V.1.2 Spannungsabfälle im Bordnetz

Besonders kritisch sind Spannungsabfälle im 6-V-Bordnetz mit konventioneller Unterbrecherzündung; es lohnt sich, neuralgische Stellen zu ermitteln. Aussetzende Zündung bei Leerlaufdrehzahl und/oder beim Zuschalten des Scheinwerfers sind in der Regel ein Zeichen dafür, dass die an der Zündspule wirksame Spannung deutlich niedriger als die Klemmenspannung an der Batterie ist. Ursachen sind Teilspannungsabfälle über Kabel- und Steckverbindungen, Sicherungen, Zündlichtschalter sowie dem Unterbrecherkontakt.

Zur systematischen Untersuchung geht man von dem im Bild V.1-3 dargestellten schematischen Stromkreis aus. Die im folgenden dargestellte Vorgehensweise ist ebenso auch auf 12-V-Anlagen oder andere Bereiche des Bordnetzes übertragbar.

Vor der Messung wird sichergestellt,

dass die Messpunkte A bis L frei zugänglich sind,

dass der Unterbecherkontakt geschlossen und

dass die Batterie in Ordnung und voll geladen ist.

Gemessen wird zweckmäßigerweise im 2-V-Gleichspannungs-Messbereich des Digitalmultimeters, da die Spannungen nur einige Zehntelvolt betragen.

(a) (b)

Bild V.1-3: Vollständiger Zündstromkreis zur Ermittlung der Teil-Spannungsabfälle

(Erläuterung: H: Grundplatte des U-Kontaktes, G: Kontaktfahne am Kondensator)

Beginnend mit der Plus-Seite (a) des Stromkreises nach Bild V.1-3 wird die „V“-Buchse des Digitalmultimeters über das Plus-Messkabel mit dem Pluspol der Batterie fest verbunden. Mit der Minus-Messleitung („COM“-Buchse) werden die Messpunkte A bis E der Reihe nach angetastet. Die Prüfspitze wird sicher und fest auf den jeweiligen Messpunkt aufgesetzt. Zur Messung werden Zündung plus Licht kurzzeitig eingeschaltet. Da die Batterie in diesem Moment mit etwa 10 A belastet wird (Scheinwerfer, Rücklicht, Zündspule), müssen 1...2 s zum Ablesen ausreichen. Gemäß dem Beispiel in Tabelle V.1-4 wird der Messwert eingetragen (leerer Vordruck des Messprotokolls: s. Anhang Z.9). Analog dazu erfolgen die Messungen auf der Minus-Seite (b) nach Bild V.1-3. Abschließend werden die Differenzspannungen in der Tabelle errechnet.

Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, sollte die Batteriespannung während der Messung möglichst konstant bleiben (mit Multimeter kontrollieren). In kurzen Pausen zwischen den Messungen erholt sich die Batteriespannung in der Regel, im Bedarfsfall ist nachzuladen.

Liegen die Differenzspannungen um mehr als 50% über den in der Tabelle V.1-4 angegebenen typischen Werten, sind Verbesserungen an den entsprechenden Elementen vorzunehmen (Kabel und Kabelanschlüsse sowie Steckkräfte prüfen, Kontakte putzen, U-Kontakt warten, Sicherungen und Sicherungskontakte prüfen).

Verbesserungen lassen sich generell durch Querschnittsvergrößerung der Kabelverbindungen erzielen. Von Vorteil ist es auch, die Kabelanschlüsse (Flachstecker, Ösen) zu löten bzw. vorhandene Crimpverbindungen im gesamten Stromkreis A bis L nachzulöten. Der Zündlichtschalter besitzt mehrere Kontaktfahnen (15/54), ein Tausch der Steckplätze führt möglicherweise zu einer Verbesserung. Der Umbau von Torpedo- auf Flachsicherungen ist zu empfehlen.

Die Summe E+F (Spannungsverlust über alles) gibt an, um wie viel geringer die an der Zündspule anliegende Spannung gegenüber der Klemmenspannung an der Batterie ist, ein Wert unter 800 mV = 0,8 V ist anzustreben.

Mess- punkt	Spg. in mV		Diff.-Spg. in mV	Verantwortliches Element
		A	24	Kabelverbindung von Batterie-Plus zur Plus-Sicherung Si2
A	24
		B-A	95	Plus-Sicherung Si2 einschließlich Sicherungskontakte
B	119
		C-B	73	Kabelverbindung von Si2 zum Zündlichtschalter (30)
C	192
		D-C	111	Zündlichtschalter zwischen (30) und (15/54)
D	303
		E-D	55	Kabelverb. vom Zündlichtschalter (15/54) zur Zündspule (15)
E	358
				E+F = Spannungsverlust über alles: 640 mV
F	292
		F-G	31	Kabelverbindung von U-Kontakt zur Zündspule (1)
G	261
		G-H	90	U-Kontakt
H	171
		H-K	52	Massekabel von Si1 zum Masseanschluss in der Lichtmaschine
K	119
		K-L	95	Minus-Sicherung Si1 einschließlich Sicherungskontakte
L	24
		L	24	Kabelverbindung von Batterie-Minus zur Minus-Sicherung Si1

Tabelle V.1-4: Beispielhaftes Messprotokoll mit gemittelten Messwerten von drei

Fahrzeugen (ES150, ES150/1, ES175/2). Die Fahrzeuge waren mit

KfZ-Flachsicherungen und teilweise mit Kabeln größeren

Querschnitts ausgerüstet.

Leerer Vordruck des Messprotokolls s. Anhang Z.9

Die Differenzspannungen können auch direkt, wie im Beispiel Bild V.1-5 dargestellt, gemessen werden. Diese Methode empfiehlt sich, wenn der Erfolg von Verbesserungen an einem bestimmten Element messtechnisch verfolgt werden soll.

Bild V.1-5: Differenzspannungsabfall über dem Zündlichtschalter

V.2 Akkumulator (Bleibatterie)

V.2.1 Kennwerte und Eigenschaften

Nach wie vor werden Bleiakkus (dazu zählen Flüssigkeits-, Vlies- und Gel-Akkus) im Fahrzeugbereich häufig eingesetzt. Ein Akkumulator, umgangssprachlich auch als Batterie bezeichnet, speichert elektrische Energie in chemischer Form. Als Elektrolyt enthält der Blei-Akku Schwefelsäure. Im Gegensatz zu einer sogenannten Primärbatterie (z.B. Kohle-Zink-Element) kann er wiederholt auf- und entladen werden.

Wichtige Kenngrößen des Akkus, die im folgenden erläutert werden, sind

Nenn-Spannung

Nenn-Kapazität

Innenwiderstand.

Der Vorsatz "Nenn-" bedeutet, dass es sich um konstruktiv beabsichtigte Eigenschaften handelt. Im Gegensatz dazu bezeichnen z.B. "Spannung" oder "Kapazität" ohne den Zusatz "Nenn-" die Werte, die ein Exemplar abhängig von Ladezustand, Temperatur und Alter momentan aufweist.

Nenn-Spannung [V]

Im Motorradbereich werden vorzugsweise Akkus mit einer Nennspannung U_Nenn = 6V oder 12V eingesetzt.

Nenn-Kapazität [Ah]

Die Kenngröße Kapazität C bezeichnet das Fassungsvermögen des Akkus für elektrische Ladung in Ampere-Stunden [Ah]. Die Akku-Kapazität C gibt an, welchen Strom I in [A] man über welche Zeit t in [h] dem Akku idealerweise entnehmen kann, bis er als entladen gilt: C = I * t.

Beispiel: Bei 6 Ah fließt 1 A über 6 h oder 0,6 A über 10 h oder 2 A über 3 h usw., das Produkt aus Strom und Zeit ist stets 6 Ah.

Es handelt sich hierbei jedoch um eine stark idealisierte Relation, da sich die reale Kapazität bei größeren Strömen und/oder niedriger Temperatur und/oder hohem Batteriealter in der Regel verringert.

Hinweis: Akku-Kapazität und Kapazität eines Kondensators sind verschiedene Größen und dürfen nicht miteinander verwechselt werden!

Innenwiderstand [Ω]

Der Innenwiderstand Ri ist ein Maß dafür, um welche Differenz (DU) sich die Akkuspannung an den Klemmen des Akkus bei einer bestimmten Stromentnahme (I) verringert: DU = I * Ri. Je größer der Innenwiderstand, desto größer ist der Klemmenspannungsabfall. Der Innenwiderstand nimmt in der Regel mit sinkender Temperatur und dem Alter des Akkus zu!

Beispiel: Ein Akku habe eine aktuelle Klemmenspannung von U = 6,47 V. Sein Innenwiderstand wurde bei Raumtemperatur mit 45 mΩ angegeben. Ein angeschlossener Verbraucher zieht einen Strom von I = 10A aus dem Akku.

Der Klemmenspannungsabfall beträgt demnach DU = 10 A * 0,045 Ω = 0,45 V. D.h., die Klemmenspannung des Akkus sinkt bei Anschluss des Verbrauchers um 0,45 V von 6,47 V auf 6,02 V. Bei tiefen Temperaturen wäre der Klemmenspannungsabfall auf Grund des erhöhten Innenwiderstandes noch größer, was übrigens die Hauptursache für den Ausfall von Starterbatterien im Winter ist.

Weitere Spannungs-Parameter des Blei-Akkus, die im folgenden erläutert werden, sind

Ruhespannung

Gasungsgrenze

Optimale Ladespannung

Minimale Entladespannung

Tiefentladungsgrenze

Ruhespannung

Beim intakten Akku sinkt die Spannung einige Stunden nach Beendigung des Ladevorganges auf einen etwa konstant bleibenden Wert, die sogenannte Ruhespannung ab. Zirka-Werte für Bleiakkus sind in Tabelle V.2-1 zu finden. Bei frischen Batterien kann der Wert für die Ruhespannung bis zu 5 % höher als angegeben ausfallen, bei älteren entsprechend niedriger.

Gasungsgrenze

Wird mit einer Spannung an oder über der Gasungsgrenze geladen, so kommt es

- wenn die Kapazität des Akkus „aufgefüllt“ ist – nur noch zur heftigen Zersetzung des Elektrolyts in Wasser- und Sauerstoff (Knallgas!), aber zu keiner weiteren Aufladung mehr. Man sagt, der Akku „kocht“. Nachteilig dabei ist:

- bei offenen Akku-Bauformen wird Elektrolyt (Schwefelsäure) während der Gasung mitgerissen und führt zu erhöhter Korrosion in der Umgebung

- die Lebensdauer des Akkus sinkt

- der Flüssigkeitsstand nimmt ab.

Bei gasdichten Bauformen kann es sogar zum Platzen des Akkus kommen.

Bei manchen Produkten ist mitunter bereits in Ruhe eine sehr schwache Gasentwicklung (Ruhegasung) zu beobachten. Stand der Akku längere Zeit in unveränderter Lage und kippt man ihn dann etwas zur Seite, sieht bzw. hört man Gasbläschen aufsteigen, was als normal angesehen werden kann. Oberhalb der Gasungsgrenze kommt es im Vergleich zur schwachen Ruhegasung zu einer sehr heftigen Gasentwicklung.

Optimale Ladespannung

Die optimale Ladespannung sichert eine vollständige Aufladung bei gleichzeitig geringst möglicher Gasung. Die optimale Ladespannung beträgt bei Raumtemperatur (25°C) beim 6-V- bzw. 12-V-Bleiakku 6,9 V bzw. 13,8 V.

Minimale Entladespannung

Bei Entladung sinkt die Klemmenspannung kontinuierlich. Wird die minimale Entladespannung erreicht, gilt die Batterie als vollständig entladen. Sie beträgt bei Raumtemperatur (25°C) beim 6-V- bzw. 12-V-Bleiakku 5,6 V bzw. 11,2 V. Für die Messung der realen Batterie-Kapazität wird diese Spannung im Übrigen als Abbruchkriterium für die kontrollierte Entladung zugrunde gelegt.

Tiefentladungsgrenze

Wird die Entladung nach Erreichen der minimalen Entladespannung fortgesetzt, so muss bei Unterschreitung der Tiefentladungsgrenze mit irreversiblen Beschädigungen des Akkus gerechnet werden. Durch das mit der Entladung verbundene Absinken der Schwefelsäurekonzentration kann der Elektrolyt bereits bei wenigen Graden unter Null gefrieren und den Akku dabei mechanisch zerstören. Bei tiefen Temperaturen sollte generell auf einen guten Ladezustand geachtet werden. Außerdem besteht bei Tiefentladung die Gefahr der Zellen-Umpolung.

Werte für 25 °C	Einzelne Zelle	6-V-Akku	12-V-Akku
Gasungsgrenze	2,40 V	7,20 V	14,4 V
optimale Ladespannung	2,30 V	6,90 V	13,8 V
Ruhespannung, etwa	2,10 V	6,30 V	12,6 V
minimale Entladespannung	1,87 V	5,60 V	11,2 V
Tiefentladungsgrenze	1,75 V	5,25 V	10,5 V

Tabelle V.2-1: Typische Spannungswerte des Bleiakkus bei Raumtemperatur [3]

Je nach Produkt können abweichende Werte des Herstellers gelten

Zellen-Umpolung

Im Verlauf des Batterielebens können einzelne Zellen durchaus unterschiedlich altern, d.h. die realen Kapazitäten der in Reihe geschalteten Zellen (6V Akku 3 Zellen, 12V-Akku 6 Zellen) sind nicht mehr so gleich, wie sie unmittelbar nach dem Herstellungsprozess waren.

Angenommen, 5 Zellen einer 12-V-Batterie haben noch 5Ah, die sechste ist im Laufe der Zeit auf 3 Ah "heruntergealtert". Wird diese Batterie jetzt belastet, fließt durch alle Zellen derselbe Entladestrom (Reihenschaltung!). Haben die gesunden - mal angenommen – inzwischen 3 Ah abgegeben, haben sie noch 2 Ah "drauf", aber unsere Problemzelle ist bereits leer, denn sie hatte ja nur 3Ah. Fließt der Entladestrom jetzt weiter, wird sie unter die Tiefentladungsgrenze entladen, ihre Zellenspannung geht gegen Null. Äußerlich kann das unbemerkt bleiben, da ihre 5 Schwestern vielleicht noch 5 * 2,2 V = 11,0 V an die Außenanschlüsse bringen. Fließt der Entladestrom weiter, sinkt die Spannung über der Problemzelle sogar unter Null, d.h. sie wird umgepolt. Die chemischen Reaktionen verändern dabei das Stoffgefüge der Platten und bewirken in der Regel einen starken Anstieg des Innenwiderstandes der umgepolten Zelle und damit der gesamten Batterie.

Nach außen tritt dies so in Erscheinung, dass bei korrekter Batterieladespannung nur ein sehr kleiner Ladestrom fließt, was eine Vollladung vortäuscht. Bei Belastung bricht die Klemmenspannung des Akkus aber sofort wieder auf weit unter 12 V zusammen. Der Akku ist praktisch unbrauchbar geworden und eine Reanimation mit extrem kleinen Ladestrom über lange Zeit ist selten noch möglich.

Angabe von Lade- oder Entladestrom in Relation zur Batteriekapazität C

Für die elektrochemische Wirkung bei der Ladung oder Entladung ist letztlich die Größe des Stromes pro innerer Plattenfläche, d.h. die Stromdichte S = I / A entscheidend. Vergrößert man nämlich die Plattenfläche, um eine größere Nennkapazität zu erzielen, können Lade- und Entladeströme im gleichen Maße vergrößert werden, wobei die Stromdichte und damit die elektrochemische Wirkung auf den Platten die gleiche bleiben.

Es erscheint deshalb sinnvoll, Lade- und Entladeströme generell auf die Plattenfläche zu beziehen. Da die Plattenfläche jedoch keine praktikable Größe ist, weicht man auf die Nenn-Kapazität aus, die ja praktisch proportional zur Plattenfläche ist. Stillschweigend wird dabei vorausgesetzt, dass die konstruktiven Daten der Akkus (z.B. Plattendicke) gleich oder zumindest ähnlich sind. Für quantitative Angaben sind deshalb folgende Schreibweisen zur Angabe eines Lade- oder Entladestromes üblich:

Faktor * C [in Ah] = Strom [in A]

Beispiele:

0,1C bei 11Ah-Akku bedeuten: 0,1 * 11 = 1,1 -> 1,1 A

0,1C bei 14Ah-Akku bedeuten: 0,1 * 14 = 1,4 -> 1,4 A

0,05C bei 4,5Ah-Akku bedeuten: 0,05 * 4,5 = 0,225 -> 225 mA

3C bei 14Ah-Akku bedeuten: 3 * 14 = 42 -> 42 A

Der Vollständigkeit halber muss erwähnt werden, dass in anderen technischen Darstellungen anstelle des C-Symbols mitunter ein I-Symbol mit Index verwendet wird, dabei bedeuten z.B. I₁₀ = 0,1C oder I₂₀ = 0,05C usw.

Ladestrom in A nicht größer als 1/10 der Ah-Zahl wird als „Goldene Lade-Regel“ auf Beipackzetteln oder in Betriebsanleitungen oft angegeben. Ein kleinerer Ladestrom schont das chemische System und führt zu einem höheren Wirkungsgrad der Ladung. Eine Begründung dafür, warum ausgerechnet ein Zehntel der Kapazitätszahl (oder mit der oben eingeführten Schreibweise 0,1C) optimal ist und nicht ein anderer Bruchteil von C konnte bislang nicht gefunden werden.

Dennoch wird man sich sicherlich bei der externen Aufladung – also außerhalb des Fahrzeuges mit Ladegerät – daran halten, so man es denn kann. Denn dies setzt voraus, dass man ein Ladegerät mit einstellbarem Stromlimit zur Verfügung hat. Andererseits muss man sich auf die „Intelligenz“ moderner oder den „eingebauten Pragmatismus“ älterer Geräte verlassen. Schäden, die auf die Verletzung dieser Regel zurückzuführen sind, sind nicht bekannt.

Die Regel wird eher noch zur Farce, wenn man das hauptsächliche Dasein des Akkus im Fahrzeug betrachtet. Ist die Batterie nämlich stark entladen, kümmert sich der Regler in unserer MZ einen Kehricht um die Einhaltung einer solchen Regel, denn er ist ein Konstantspannungsregler. Bei stark entladenem Akku (z.B. unbeabsichtigte „Übernachtung“ mit Parklicht) wird die optimale Ladespannung (siehe Tabelle V.2-1) vom ersten Augenblick an wirksam, und es fließt ein Vielfaches des empfohlenen Ladestromes, also vielleicht 0,5C ... 2C! Glücklicherweise dauert dieser Zustand oft nur wenige Sekunden oder Minuten. Denn dann sorgt die Chemie im Inneren des Akkus dafür, dass sich der Strom mit zunehmender Ladung verringert. Man sollte dies wissen, weil ein mitunter beobachtetes unerklärliches Sicherungssterben unmittelbar nach Fahrtbeginn eine stark entladene Batterie als Ursache haben kann.

Temperaturabhängigkeit der Akku-Parameter

Fast alle Kennwerte des Akkus sind stark von der Temperatur abhängig.

Mit steigender Temperatur

- steigt die reale Kapazität

- sinkt der Innenwiderstand

- verringern sich die Werte für Gasungsgrenze, optimale Ladespannung sowie minimale Entladespannung und Tiefentladungsgrenze

Gefährlich ist dabei vor allem das Absinken der Gasungsgrenze mit steigender Temperatur. Aus verschiedenen Quellen [3] resultiert ein mittlerer Wert von -4 mV / K für den Temperaturgang einer einzelnen Zelle. Die Gasungsgrenze einer 6-V-Batterie (3 Zellen) sinkt so z.B. bei einer Temperaturerhöhung von 20 K um 3*(4 mV/K*20K)=0,24V, d.h. sie liegt jetzt bei 7,2 V – 0,24 V = 6,96 V. Arbeitet der Regler unabhängig von der Temperatur mit einer Ladespannung von 6,9V, käme man bei dieser Temperatur der Gasungsgrenze bereits bedenklich nahe, oder hätte sie bei höheren Reglerspannungen mit allen nachteiligen Folgen bereits überschritten.

Optimale Ladespannung in V Akku-Temperatur	Einzelne Zelle	6-V-Akku	12-V-Akku
40°C	2,24 V	6,72 V	13,44 V
25°C	2,30 V	6,90 V	13,80 V
10°C	2,36 V	7,08 V	14,16 V
-10°C	2,44 V	7,32 V	14,64 V

Tabelle V.2-2: Optimale Ladespannung in Abhängigkeit von der Temperatur

Je nach Produkt können abweichende Werte des Herstellers gelten

Leider verfügen nahezu alle Laderegler trotz der offenkundigen Notwendigkeit nicht über eine derartige temperaturabhängige Spannungsanpassung. Daraus ergibt sich eine wichtige Schlussfolgerung:

Für den überwiegenden Sommerbetrieb sollte die Ladespannung um einige Zehntelvolt niedriger als für 25°C eingestellt werden, also 6,7 V bzw. 13,4 V,

dann liegt man in der Badewetterperiode auf der sicheren Seite und erreicht auf keinen Fall die Gasungsgrenze! Das geht natürlich nur, wenn der Regler über eine Einstellmöglichkeit verfügt oder die im Abschnitt Z.8 vorgeschlagenen Möglichkeiten realisiert werden.

Bauformen: Flüssigkeits-Akku – Vlies-Akku (AGM) – Gel-Akku

Vlies- und Gel-Akkus unterscheiden sich im Aufbau von den üblichen Flüssigkeitsakkus dadurch, dass die Schwefelsäure in Glas-Vlies-Matten (engl. Absorbent Glass Mat - AGM) aufgesaugt bzw. in Kieselsäure (Gel) gebunden ist. Leider hat es sich im populären Sprachgebrauch eingebürgert, die Vliesbatterie fälschlicherweise auch als Gelbatterie zu bezeichnen. Vlies- und Gelbatterien sind wartungsfrei (auslaufdicht), meist auch lageunabhängig betreibbar. Die Gelbatterie hat einen etwas höheren Innenwiderstand als die Vliesbatterie, was beim Einsatz als Starterbatterie nachteilig ist. Hervorzuheben ist die geringe Selbstentladungsrate von Vlies- und Gel-Akkus, was sie für den Einsatz in "winterruhenden" oder wenig bewegten Oldtimern prädestiniert. Da Vlies- und Gel-Akkus weitestgehend gasdicht sind, muss eine Überladung an der Gasungsgrenze unbedingt vermieden werden.

Beispieldaten für Vliesakku VISION CP450 (6 V / 4,5 Ah)

Die großen „Markenfirmen“ halten sich mit technischen Angaben zu ihren Produkten ziemlich bedeckt, was nicht gerade für eine erwartete Seriosität spricht. Den Willen zur Offenlegung von technischen Daten findet man dagegen eher bei vielen neuen Marken aus Fernost. Das folgende Beispiel einschließlich der Diagramme V.2-3 ... V.2-6 wurde aus [6] übernommen.

Vliesakku VISION CP450

Einbaulage: beliebig

Konstante Ladespannung: 6,8 ... 6,9 V

Temperaturgang -10 mV/K

Max. Ladestrom: 0,4C = 1,8 A

Max. Entladestrom: 15C = 67,5 A für 5 s

Innenwiderstand: 22 mΩ

Selbstentladungsrate bei 20 °C: etwa 3 % pro Monat

Kapazitätsmessung mit

Entladestrom: 0,05C = 0,225 A

bis min. Entladespannung: 5,25V

Bild V.2-3: OptimaleLadespannung Bild V.2-4: Kapazität in Abhängigkeit von

in Abhängigkeit der Temperatur Temperatur und Entladestrom

Bild V.2-5: Kapazitätsverlust durch Bild V.2-6: Maximaler Kapazitäts-

Selbstentladung über 6 Monate verlust durch Alterung
Nenn-Kapazität und verfügbare Kapazität

Am Anfang dieses Abschnittes wurde bereits darauf hingewiesen, dass es sich bei der Nenn-Kapazität eines Akkus lediglich um einen konstruktiv beabsichtigten Wert handelt. Dieser Wert ist in der Regel Bestandteil der Handelsbezeichnung oder auf dem Gehäuse des Akkus aufgedruckt. Die aktuell verfügbare Kapazität hängt jedoch von mehreren Faktoren wie Ladezustand, Temperatur, Akku-Alter und Größe des Laststromes ab. In Bild V.2-4 ist dieser Zusammenhang an einem praktischen Beispiel anschaulich dargestellt. Da die relevanten Stromwerte auf die Kapazität bezogen sind (0,05C ... 2C), können die Verläufe näherungsweise auch auf Akkus mit andere Nenn-Kapazitäten übertragen werden.

Beipiel für CP450:

Nennkapazität des Akkus 4,5 Ah, Alter: 3 Jahre. Welche Kapazität steht nach Vollaufladung bei einem konstanten Laststrom von 9 A und bei einer Umgebungstemperatur von 0°C zur Verfügung?

Das Alter des Akkus vermindert die verfügbare Kapazität lt. Diagramm V.2-6 um 28%, d.h. 4,5Ah - 28% = 3,24Ah.

Ein Laststrom von 9A entspricht der 2C-Kennlinie im Diagramm V.2-4 und die liefert bei 0°C einen Kapazitätsrückgang auf 30%, d.h. 3,24Ah * 0,30 = 0,97 Ah.

Ergebnis: Unter den angegebenen Umgebungs-Bedingungen stehen beim voll geladenen 4,5-Ah-Akku nur noch 0,97 Ah zur Verfügung.

V.2.2 Funktionstest

Bestimmung der Ruhespannung

Der zu prüfende Akku wird (möglichst) nach Vorschrift mit einem geeigneten Ladegerät aufgeladen. Während des Ladevorganges wird gelegentlich die Spannung an den Akkuklemmen gemessen. 6,9 V bzw. 13,8 V dürfen bei Raumtemperatur nicht über-schritten werden (vgl. Tabelle V.2-2), um unterhalb der Gasungsgrenze zu bleiben. Wird ein Stromversorgungsgerät mit einstellbarer Spannung (6,9 V bzw. 13,8 V) verwendet, gilt der Ladevorgang als beendet, wenn der Ladestrom auf 0,02C abgesunken ist.

Nach der Abtrennung vom Ladegerät bleibt der Akku einige Stunden oder besser noch über Nacht unbelastet stehen. Danach erfolgt die Messung der Ruhespannung. Liegt sie entsprechend Tabelle V.2-1 bei 6,3 V bzw. 12,6 V oder darüber, ist das in Ordnung. Werte darunter weisen in der Regel auf eine fortgeschrittene Alterung hin. Mit 5,9 V bzw. 11,9 V oder weniger ist der Akku kaum noch einsetzbar.

Bestimmung der Kapazität

Sind keine speziellen Messbedingungen des Herstellers bekannt, geht man wie folgt vor:

Durchführung bei Raumtemperatur

1. Voll-Aufladung

2. Ruhezeit (einige Stunden oder über Nacht)

3. Realisierung eines Entladestromes von 0,05C

4. Bestimmung der Entladezeit bis zum Erreichen der minimalen Entladespannung

Die Entladung geschieht behelfsweise mit einer einzelnen oder einer Kombination aus parallel geschalteten Glühlampen, die einen Entladestrom von 0,05C bewirken. Die erforderliche Glühlampenleistung ergibt sich als Produkt von Entladestrom und Akku-Nennspannung. Durch Kombination von Glühlampen geeigneter Leistung versucht man, der berechneten Leistung möglichst nahe zu kommen. Danach wird die Entladezeit in Stunden bis zum Erreichen der Schlussspannung von 5,6 V bzw. 11,2 V

(vgl. Tab. V.2-2) ermittelt.

Erreicht der Akku während der Entladung eine Spannung von 6,0V bzw. 12,0V, wird der Strom durch die Lampenkombination gemessen, um einen tatsächlichen, mittleren Wert für den Entladestrom I_E (in A) zu erhalten. Dieser ergibt, multipliziert mit der Entladedauer t_E (in h), schließlich die Kapazität des Akkus: C = I_E * t_E

Beispiel:

12-V-Akku, Nenn-Kapazität 14 Ah

Entladestrom 0,05C = 0,05 * 14 = 0,7 -> 0,7 A

Entladeleistung: 0,7 A * 12 V = 8,4 W.

Realisierung mit verfügbaren Glühlampen: 5 W + 2W + 1,2 W = 8,2 W

Die Lampen werden angeschlossen und von diesem Augenblick an läuft die Zeit.

Erreicht die Entladespannung 12,0 V, wird der tatsächliche Entladestrom I_E (z.B. 0,65 A) gemessen und notiert. Die Entladung wird abgebrochen, wenn die Entladespannung 11,2 V erreicht, die Entladezeit t_E wird notiert (z.B. 17 h).

Die aktuelle Kapazität des Akkus ist demnach 0,65 A * 17 h = 11,05 Ah

Der gemessene Kapazitätswert erlaubt die Beurteilung der Dauerlastfähigkeit des Akkus bei Raumtemperatur. Unterschreitet die Kapazität 50 % der Nenn-Kapazität sollte ein Ersatz ins Auge gefasst werden.

Bestimmung des Innenwiderstandes

Entscheidend für die Brauchbarkeit eines Akkus ist neben dem Ruhespannungswert (nach Vollaufladung) und der Kapazität - insbesondere für Fahrzeugen mit Elektrostarter - der Innenwiderstand. Spannung und Kapazität mögen ausreichen, dennoch kann es bei hoher Stromentnahme zu einer inakzeptablen Spannungsabsenkung kommen, wenn sich der Innenwiderstand des Akkus alters- oder temperaturbedingt vergrößert hat. Bei Kickstarterfahrzeugen wird anfangs nur Energie für den Betrieb der Zündung benötigt. Die Stromaufnahme bei konventioneller Batterie-Zündung liegt bei etwa 4 A (6-V-Anlage) bzw. 2,5 A (12-V-Anlage). In diesem Fall ist ein moderat gestiegener Innenwiderstand weniger kritisch.

Zur näherungsweisen Bestimmung des Innenwiderstandes wird ein Spannungsmessgerät direkt an die Klemmen des Akkus angeschlossen und der Akku periodisch belastet. Im Fahrzeug ca. 2s Zündung an, dann 2s Zündung aus usw. Der Lastwechsel wird solange durchgeführt, bis eine stabile Differenz DU aus beiden Spannungen (ohne Last – mit Last) festgestellt wird. Schließlich wird der Laststrom I_L (bei Zündung an) gemessen und der Innenwiderstand ist somit Ri = DU / I_L .

Die Spannungsdifferenz sollte in 6-V-Anlagen nicht größer als 0,3 V (bei ca. 4 A Zündspulenstrom) bzw. in 12-V-Anlagen nicht größer als 0,5 V (bei ca. 2,5 A Zündspulenstrom) sein, was 75 mΩ bzw. 200 mΩ entspricht. Sinnvoll ist es, diesen Test einmal im Jahr (z.B. vor der Winterpause) zu machen und die Spannungsdifferenz zu notieren. Die Vergrößerung des Innenwiderstandes mit zunehmenden Akkualter ist ein guter Indikator für die verbliebene Leistungsfähigkeit des Akkus.
V.3 Betriebsbedingungen im Bordnetz prüfen

3 Messungen mit großer Aussagekraft werden direkt an den Batterieklemmen im Fahrzeug vorgenommen. Die Batterie sollte voll aufgeladen sein und mindestens einen halben Tag unbelastet stehen. Die angegeben Orientierungswerte gelten bei Temperaturen von 20 ... 25 °C.

a) Messung der Ruhespannung. Sollwerte: 6,3 V oder höher bzw. 12,6 V oder höher.

(siehe dazu auch Abschnitt V.2.1 Funktionstest -> Ruhespannung).

Die Ruhespannungsmessung liefert eine Aussage darüber, inwieweit der Alterungsprozess der Batterie fortgeschritten ist.

b) Einschalten der Zündung. Die Batterie wird (Kontrolllämpchen mal außer Acht gelassen) vor allem durch die Zündspule belastet, wenn der Unterbrecherkontakt geschlossen ist (evt. muss durch langsames Bewegen des Kickstarters dieser Zustand herbeigeführt werden). In der 6-V-Anlage wird die Batterie dabei mit etwa 4 A und in der 12-V-Anlage mit 2,5 A belastet. Die Batteriespannung sinkt dabei schlagartig und danach durch chemische Prozesse bedingt weiter langsam ab. Nach etwa 30 s sollte die Spannung einen stabilen Wert annehmen, der nicht tiefer als 6,0 V bzw. 12,0 V ist.

Liegen die Werte wesentlich tiefer als 5,9 V oder 11,8 V, kann daraus geschlossen werden, dass die Batterie entweder nicht ausreichend geladen wurde oder die Batterie ihre maximale Einsatzdauer überschritten hat. Die Folge kann sein, dass Zündprobleme bei Leerlaufdrehzahl und eingeschaltetem Licht (z.B. Ampelstopp) auftreten.

c) Motor starten. Bei einer Drehzahl, die etwa 50 km/h im Stadtverkehr entspricht, liefert die LiMa genügend Spannung, um Verbraucher (Scheinwerfer ein!) und Batterie mit Strom zu versorgen. Wir messen jetzt unter diesen typischen Betriebsbedingungen die Ladespannung an den Batterieklemmen, die optimal bei 6,9 V (+0 -0,2) V bzw. 13,8 V (+0 -0,4)V liegen sollte (vgl. Tabelle V.2-2).

Ladespannungen über 7,0 V bzw. 14,0 V vermindern die Lebensdauer der Batterie, da keine weitere Aufladung zustande kommt und die Gefahr übermäßiger Gasung besteht.

Bei elektro-mechanischen Reglern können Abweichungen vom optimalen Bereich erforderlichenfalls durch eine Feinjustage der Ladespannung am Reglerkontakt ausgeglichen werden (siehe Abschnitt A.2.2 bzw. B.3.2). Da sich die Bordspannung auf Grund des Funktionsprinzips der elektro-mechanischen Regler im Drehzahlbereich um einige Zehntelvolt ändern kann, sollte man bei der Feineinstellung die üblichen Betriebsbedingungen (sportliche oder verhaltene Fahrweise) bestmöglich berücksichtigen.

Übliche elektronische Reglern sind in der Mehrzahl nicht einstellbar. Mit zusätzlichen Maßnahmen lässt sich jedoch eine batterie-schonende Ladespannung erreichen (vgl. Abschnitt Z.8, S. 135).

V.4 Einige typische Fehlerbilder

V.4.1 Batterie wird nicht ausreichend geladen, Motor geht im Standgas aus

Messung der Batterieladespannung im Betrieb nach Abschnitt V.3 c. Entspricht sie nicht dem optimalen Wert, sind Regler, Kabel und LiMa auf korrekte Funktion zu prüfen (siehe entsprechende Abschnitte unter A für 6-V-Anlagen und B für 12-V-Anlagen).

Ist die Ladespannung in Ordnung, geht die Batteriespannung aber bei Standgas und Licht trotzdem jedes Mal in die Knie, so ist die Batterie sehr wahrscheinlich am Ende, weil sie keine Ladung mehr speichern kann. Dies geht u.U. so weit, dass dann die Spannung für die Zündung nicht mehr ausreicht und der Motor bei Standgas ausgeht, und das gerade, wenn die Ampel wieder auf Grün schaltet. Wer kennt das nicht...

V.4.2 Ladekontrolle geht nicht aus oder glimmt

Die Ladekontrolllampe ist generell zwischen Batterie-Plus und Erzeuger-Plus „aufgehängt“.

Bild V.4-1: Die Funktion der Ladekontrolllampe

Ob die LKL leuchtet oder dunkel bleibt, hängt von der Spannung U_lkl ab, die über ihr zustande kommt. U_lkl ist die Differenzspannung zwischen Batteriespannung U_b und aktueller Erzeugerspannung U_g:

U_lkl = U_b - U_g.

Ist die LKL eine Glühlampe, so ist es ihr egal, ob die Spannung U_lkl am Ende positiv oder negativ ist, die sie zum Leuchten bringt. Dies trifft nicht zu, wenn für die LKL z.B. eine LED eingesetzt wurde, bei der die Polarität von Bedeutung ist!

Beispiel 1: Motor steht, Erzeugerspannung U_g ist demzufolge Null, Batteriespannung U_b ist 6 V.

Ulkl = 6 V – 0 V = 6 V -> LKL leuchtet.

Beispiel 2: Motor läuft, Erzeugerspannung U_g ist 6,9 V, Batteriespannung U_b ist 6,9 V.

Ulkl = 6,9 V - 6,9 V = 0 V -> LKL leuchtet nicht.

Hat man dieses Funktionsprinzip der LKL einmal verstanden, wird die systematische Suche nach der Ursache einer Fehlfunktion nicht schwer sein.

Aus den Beispielen kann die Ursache für ein beunruhigendes Dauerleuchten der LKL schon geschlossen werden: Die Erzeugerspannung an D+/61 bleibt im Betrieb wie auch im Stand Null. Fehler sind in LiMa, Regler und Verkabelung zu suchen. Um genau diesen Fehlerzustand zu signalisieren, ist die LKL ja eigentlich da!

Kommt die LiMa an D+/61 auf einige Volt Spannung, die jedoch niedriger als die Batteriespannung ist, wird die Batterie natürlich auch nicht geladen und die LKL leuchtet andauernd schwach auf Grund der bestehenden geringeren Spannungsdifferenz.

Glimmt die LKL andauernd und die Batterie wird mehr schlecht als recht geladen, kann ein zu großer Spannungsabfall (marode Kontakte, Sicherung, Leitungen, Zündlichtschalter) die Ursache sein. Der Betreiber hat evt. - anstatt die Ursachen dafür zu suchen - einfach den Regler hochgedreht, um die Spannungsabfälle wieder auszugleichen. An D+/61 liegen z.B. 7,7 V, aber an der Batterie kommen nur 6,9 V an:

U_lkl = 6,9 V - 7,7 V = -0,8 V.

Da der Glühlampe die Polarität der Spannung egal ist, können -0,8 V u.U. schon ausreichen, um die kleine Kontrolllampe zu einem sichtbaren Glimmen zu bringen.

Glimmt die LKL und wird mit steigender Drehzahl sogar heller, kann auch ein Fehler im Regler vorliegen, der die Bordspannung nicht mehr im genügenden Maße zurückzuregeln in der Lage ist.

Schlussfolgerung: Ursachen für die unzulässige Spannungsdifferenz zwischen D+/61 und Batterie-Plus im Normalbetrieb suchen!

Beim elektronischen Regler in der 6-V-Anlage ist die Erscheinung des Glimmens jedoch normal, weil wegen der enthaltenen Rückstromdiode die Spannung an D+/61 funktionsbedingt immer ca. 0,8 V höher als die Batteriespannung ist. Bei elektronischen 12-V-Reglern ist dies jedoch nicht der Fall, da sie normalerweise keine Rückstromdiode haben.

Interessante Einzelfälle – loser Nietkontakt

Trotz korrekter Einstellung eines elektromechanischen Reglers kam es nach dessen Einbau zu einem Glimmen der Ladekontrollleuchte (LKL). Beim Ausbau des Reglers (dankenswerterweise von Lastnesel /mz-forum.com für die Untersuchung zur Verfügung gestellt) hatte man das Gefühl, dass der Steckkontakt (51) etwas wärmer als beim korrekt funktionierenden Austausch-Regler war. Da aber auf dem ersten Blick nichts zu erkennen war, wurde der Regler abermals durchgemessen und die korrekte Justage bestätigt. Durch Zufall wurde festgestellt, dass sich der angenietete Flachkontakt des Reglers etwas bewegen ließ. Durch eine Widerstandmessung konnte der schlechte elektrische Kontakt bei Bewegung der Kontaktfahne schnell nachgewiesen werden. Durch den dadurch bedingten erhöhten Übergangswiderstand an der Kontaktfahne war die Ladespannung einige 100mV niedriger als die Spannung an D+. Dies reichte, die LKL zum Glimmen zu bringen. Die Nietungen wurden nachgepresst und der Fehler war beseitigt.

V.4.3 Zündung setzt aus

Schwache Batterie: Mögliche Ursache beim Starten oder bei Standgas siehe dazu Erläuterung in Abschnitt V.4.1

Als Einstieg in die zielgerichtete Suche misst man die Spannungen an Klemme 1 und 15 der Zündspule:

15 gegen Masse: Bei eingeschalteter Zündung und geschlossenem Unterbrecherkontakt muss nahezu die volle Bordspannung >6,0 V bzw. >12,0 V anliegen. Kommen hier nur noch 5,5 V oder weniger bzw. 11 V oder weniger an, muss nach gravierenden Spannungsabfällen gesucht werden (siehe Beispiel im Abschnitt V.1.2)

1 gegen Masse: Unterbrecherkontakt geschlossen: 0,0 ...0,1 V – werden höhere Spannungen gemessen, sind der Zündkontakt bzw. die dahin führenden Kabel zu untersuchen.

Unterbrecherkontakt offen: Es liegt Bordspannung an (>6,0 V bzw. >12,0 V)

Sind die Spannungswerte in Ordnung und die Trivialversuche (z.B. wirklich neuwertige Kerze einsetzen) gescheitert, bleibt nur noch die Untersuchung aller zum Zündsystem gehörigen Einzelkomponenten (siehe Abschnitt A.4 bzw. B.5).

Der Betriebstest mit einer minimalen Zündungsbeschaltung ist ratsam, um Fehlerquellen auszuschließen, die das Zündsystem im engeren Sinne nicht betreffen. Für 6-V- und 12-V-Anlagen siehe dazu Abschn. A.4.4.

V.5 Hupe

Die bei MZ verwendeten Hupenmodelle arbeiten generell mit Gleichspannung (6 V oder 12 V) und funktionieren nach dem Prinzip des „Wagnerschen Hammers“.

Bild V.5-1: Blick in das Innere einer 6-V-Hupe älterer Bauart, von

der Zierblende und Membran abgenommen wurden

Bild V.5-2: Einzelteile der Membraneinheit von außen (1) nach innen (9)

In Ruhelage der Membran ist der Kontakt in Bild V.5-3 (K) geschlossen und die an den Anschlüssen der Hupe anliegende Spannung treibt einen Strom durch die Magnetspule. Das dabei entstehende Magnetfeld zieht das an der Membran befestigte Eisenjoch Bild V.5-2 [8] nach innen und drückt dabei gleichzeitig den auf der Pertinaxplatte befestigten Kontakt [K] nach unten. Der Stromkreis wird unterbrochen, die Zugkraft wird Null und die Membran federt wieder nach außen. Dabei schließt der Kontakt (K) erneut und das Spiel beginnt von vorn. Die Schwingungen erfolgen so schnell, dass ein hörbarer, lauter Ton entsteht, der von der Membran wie bei einem Lautsprecher abgestrahlt wird.

Bild V.5-3: Von der Membran bewegter Kontakt (K) und externe Stellschraube (S)

Versagt die Hupe ihren Dienst, liegt fast immer ein Kontakt- oder Justageproblem vor, was sich in der Regel leicht beheben lässt. Dazu werden zuerst Zierblende (falls vorhanden) und Membran abgenommen. Die Membraneinheit besteht aus sehr vielen Einzelteilen (vgl. Bild V.5-2), deren Montagefolge man sich auf jeden Fall aufzeichnen sollte.

Der Kontakt (K) muss bei abgenommener Membran geschlossen sein. Ist er sichtbar geöffnet, liegt ein grober Justagefehler vor. Die Stellschraube (S) ist dann an der äußeren Unterseite der Hupe im Uhrzeigersinn solange zu drehen, bis der Kontakt sicher(!) schließt.

An den gereinigten Anschlussklemmen wird nun mit dem Multimeter der Widerstand gemessen. Liegt er deutlich über 0,6 Ω (6-V-Hupe) bzw. 1,2 Ω (12-V-Hupe), muss der Kontakt (K) geputzt werden. Die Widerstandswerte sind Erfahrungswerte, sie können je nach Modell abweichen. Der Kontakt wird kräftig (die Rückstellkraft ist relativ groß!) nach unten gedrückt und beide Kontaktflächen werden mit einem Streifen harten Pergamentpapiers geschliffen. Nur im Falle hartnäckiger Korrosion/Erosion darf ausnahmsweise mit Sandpapier (500er oder feiner) nachgeholfen werden. Vom Erfolg der Aktion kann man sich sofort durch eine erneute Widerstandsmessung überzeugen.

Wird der Kontakt während der Widerstandsmessung geöffnet, springt die Anzeige auf „unendlich“. Ist das nicht der Fall – was außerordentlich selten vorkommt - liegt möglicherweise ein Kurzschluss wegen Isolationsschadens oder defektem Entstörkondensators vor. Der Entstörkondensator ist bei dem in Bild V.5-3 dargestellten Hupenmodell unter der kleinen Pertinaxplatte mit dem Kontakt (K) zu finden.

Konnten bis zu diesem Punkt alle Unregelmäßigkeiten beseitigt werden, wird die Hupe - einschließlich Zierblende mit Papp- oder Pertinaxscheibe – vollständig montiert. Die Befestigungsschrauben sind endfest anzuziehen, bei loser Verschraubung sind weder ein sauberer Ton noch eine sichere Funktion zu erreichen.

Bevor Spannung angelegt wird, muss die Hupe unbedingt vor-justiert werden, sonst wird die Einstellung zu einem einzigen „Blindflug“. Man geht dazu wie folgt vor: Das Multimeter wird angeschlossen und der Widerstandswert beobachtet. Je nach Situation gehen wir nach Fall 1 bzw. Fall 2 vor:

Fall 1: Anzeige „unendlich“. Die Membran hat beim Zusammenschrauben der Hupe den Kontakt geöffnet. Mit der Stellschraube am Hupenboden wird im Uhrzeigersinn der Punkt gesucht, bei dem die Anzeige auf den niedrigen Widerstandswert umspringt. Um sicher zu gehen und den niedrigen Widerstandswert beizubehalten, drehen wir eine Vierteldrehung weiter.

Fall 2: Anzeige „niedriger Widerstandswert- ca. 0,5 Ω“. Die Stellschraube wird entgegen dem Uhrzeigersinn an den Punkt gebracht, wo die Anzeige auf „unendlich“ umspringt. Anschließend wird die Stellschraube wieder zurückgedreht, bis der niedrige Widerstandswert angezeigt wird, zur Sicherheit drehen wir eine Vierteldrehung weiter, um den niedrigen Wert beizubehalten.

Nun wird letztmalig getestet, ob die Voreinstellung korrekt ist (vgl. Bild V.5-4). Im Ruhezustand wird der niedrige Widerstandswert - im Beispiel 0,5 Ω - angezeigt. Wir drücken beherzt mit dem Daumen die Membran nach innen - die Anzeige springt augenblicklich auf „unendlich“ um.

Bild V.5-4 links: Membran in Ruhelage (0,5Ω), rechts: Membran eingedrückt (Widerstand unendlich)

Für die Klangeinstellung bzw. den Betriebstest unbedingt einen gut geladenen Fahrzeugakku benutzen.

Die Abschätzung des Spitzenstromes für die oben abgebildete 6-V-Hupe ergibt

I = 6V / 0,5 Ω = 12 A. Damit ist klar, dass Gleichspannungsnetzteile, die deutlich weniger Strom zu liefern imstande sind, für die Inbetriebnahme absolut untauglich sind, auch wenn der sich tatsächlich einstellende mittlere Betriebsstrom deutlich darunter liegt (bei 6-V-Hupen 2...5 A, bei 12-V-Hupen ca. 1...2 A). Gleichermaßen untauglich sind Ladegeräte, die vielleicht den Strom liefern könnten, jedoch wegen des in der Regel ungeglätteten, pulsierenden Gleichstromes die Einstellung eines sauberen Tones nicht zulassen.

Schließen wir die Spannung an, ertönt entweder schon ein Dauerton oder aber wenigstens ein kräftiger „Plopp“ der Membran. Durch gefühlvolles Verdrehen der Einstellschraube in 1/8-Schritten sucht man den lautesten und saubersten Ton. Er wird am Ende kaum weiter als eine Umdrehung vom Vorjustagepunkt entfernt liegen.

Da der Leistungsumsatz der Hupen mit 15...30 W recht üppig ist, sollte die Huperei während des Einstellens nicht allzu lange währen, um die innere Spule nicht zu überheizen und die Nerven der Nachbarn zu schonen.

Für die beschriebene Einstellprozedur wurde vorausgesetzt, dass die Hupe im Originalzustand vorliegt, also Teile weder fehlen, noch in falscher Reihenfolge zusammengesetzt wurden.

Ein weiterer Freiheitsgrad bei der Einstellung der Hupe ist der Abstand des Eisenjochs der Membran Bild V.5-2 (8) zum eisernen Spulenkern (Luftspalt in Ruhelage). Je nach konstruktiver Gestaltung der Hupe lässt er sich mit dem Membranstift (9) und der Membranmutter (1) oder durch Beilegen von Distanzscheiben verändern. Ist der Abstand zu groß, bleibt die Lautstärke gering. Vermindert man den Abstand, muss gewährleistet sein, dass das Eisenjoch der Membran frei schwingen kann, ohne auf den inneren Eisenkern aufzusetzen. Nach Abstandsveränderungen muss die Hupe mit der Stellschraube (S) erneut justiert werden.

Aus dem Text wird sicher deutlich, dass die „Intonation“ des Signalhorns nicht ganz so trivial ist, wie es auf den ersten Blick erscheint. Die häufigsten Fehler sind planloses „Leiern“ an der Stellschraube, korrodierte Kontakte (außen und innen), nichtoptimaler Luftspalt und untaugliche Spannungsquellen. Schon oft konnte ich mich eines Schmunzelns nicht erwehren, wenn nach der ersten Überprüfung mir anvertrauter Hörner offenkundig wurde, an welcher Stelle der letzte Testpilot seinen Blindflug frustriert abgebrochen hatte...

V.6 Elektronischer Drehzahlmesser (eDZM)

Als Messwerk wurde für die Drehzahlanzeige ein Drehmagnet-System (engl.: air-core meter) eingesetzt. Im Gegensatz zum klassischen Kreuzspulmesswerk sind die um 90° versetzten Spulen als Stator und der drehbare Magnet als Rotor im inneren Luftraum der Spulen angeordnet (siehe Bild V.6-1).

Bild V.6-1: Prinzipieller und realer Aufbau (Zeiger und Skale abgenommen)

eines Drehmagnet-Messwerkes

Die Ströme I1 und I2 erzeugen in den Spulen 1 bzw. 2 die Magnetfeldkomponenten H1 bzw. H2, die sich im inneren Luftraum zum resultierenden Magnetfeld H überlagern. Der Drehmagnet dreht sich dabei wie die Nadel eines Kompasses in die resultierende Richtung von H und verharrt in dieser Stellung.

Bemerkenswert ist,

· dass dieses Messwerkprinzip ohne Rückstellfeder auskommt (= robuster mechanischer Aufbau)

· dass bei Ausnutzung beider Strompolaritäten praktisch eine Anzeige in allen 4 Quadranten, d.h. bis zu 360° möglich ist

· dass die Anzeige unabhängig von der Absolutgröße der Ströme ist. Nur das Verhältnis beider Ströme bestimmt den Anzeigewinkel.

Es ist offensichtlich, dass die Erzeugung der beiden Spulenströme im richtigen Verhältnis zueinander aus der Messgröße (z.B. aus einer drehzahlproportionalen Frequenz) einer relativ komplizierten Signalverarbeitung bedarf. Für die Ansteuerung dieses Messwerkes wurde deshalb der Schaltkreis LM1819N verwendet, der alle erforderlichen Komponenten in integrierter Form enthält.

Bild V.6-2: Drehzahlmesser-Platine mit Ansteuerschaltkreis LM1819N

(Foto: MZ Werner/mz-forum.com)

Die von der Platine ausgelesene Schaltung (Bild V.6-4) deckt sich weitgehend mit der im Datenblatt des Schaltkreises LM1819N (National Semiconductors, Ausgabe 1995) veröffentlichten typischen Applikation. D2 dient als Verpol- und D1 als Überspannungsschutz. Mit D3 wird ein Bezugspotential von etwa 5V an (A) erzeugt, so dass darauf bezogen, negative und positive Spannungen an (B) und (C) möglich sind. Vor dem internen Signaleingang an Pin10 sorgt eine mehrstufige Tiefpassschaltung für die Formung des Signals und bewirkt gleichzeitig eine wirksame Unterdrückung von Störspitzen. Diese RC-Kombination kann verschieden gestaltet sein, je nachdem, ob das Drehzahlsignal von der Zündung oder den Phasen der Drehstrom-LiMa abgenommen wird. Die Elemente an den Pins 5, 6, 8, 9 bestimmen die Empfindlichkeit der Ablenkung des Zeigers in Abhängigkeit von der Messgröße. Mit R5 kann daher die Anzeige in gewissen Grenzen variiert werden.

N [min^-1]	600	1200	1800	2400	3000	3600	4200	4800	5400
Signalfrequenz [Hz]
Zündbox (ETZ, Rotax) 1 Impuls/ KWU*)	10	20	30	40	50	60	70	80	90
LiMa-Phase (ETZ) 4 Perioden/ KWU	40	80	120	160	200	240	280	320	360
LiMa-Phase (Rotax) 6 Perioden/ KWU	60	120	180	240	300	360	420	480	540

*) KWU = Kurbelwellen-Umdrehung

Tabelle V.6-3: Anzeigewert in Abhängigkeit von der Signalfrequenz bei verschiedenen DZM-Einsatztypen

Bild V.6-4: Von der Platine ausgelesene Schaltung (entspricht der typischen Applikation des LM1819N als Drehzahlmesser)

Bild V.6-5: Gemessene Spannungen (a) an den Kreuzspulen und berechneter Drehwinkel (b) in Abhängigkeit von der Signalfrequenz (Einsatztyp: ETZ LiMa-Phase)

Für einen DZM (Einsatztyp: ETZ LiMa-Phase) wurden die Spannungen über den Kreuzspulen (U_CA, U_BA) gemessen und im Bild V.6-5 (a) dargestellt. Obwohl die Kurve stark von der Kreisform abweicht, zeigt die Rückrechnung der resultierenden Winkel eine erstaunlich gute Anzeige-Linearität (s. Bild V.6-5).

Der Zusammenhang zwischen Drehzahlanzeige in min^-1 und eingespeister Signalfrequenz in Hz kann aus der Tabelle V.6-3 entnommen werden.

(Referenz: 3000 min^-1 - 200 Hz).

Um die Funktion des Messwerkes für sich zu überprüfen, wird eine Gleichspannungsquelle von etwa 3 V benötigt. Der Test geschieht nach Bild V.6-6. Das Anschlussschema entspricht der Draufsicht auf die Gewindestifte an der Rückseite des Messwerkes (wie im Bild V.6-2).

Bild V.6-6: Test des Drehmagnet-Messwerkes auf Funktion

Die Funktionsprüfung der Platine wird sich auf die Kontrolle der Betriebspotentiale am Schaltkreis nach Zuführung der Betriebsspannung an die Anschlüsse +12 V und Masse beschränken müssen: Pin 7 und 14 jeweils Null Volt, Pin 13 etwa +11,4 V, Pin 1 etwa +5 V.

Im kompletten Zustand kann die Funktion des eDZM überprüft werden, indem nach Anschluss der Betriebspannung eine Wechselspannung an den Signaleingang von ≥20 Vpp angelegt wird. Bei 50 Hz wird sich je nach Einsatztyp des DZM eine Anzeige von 3600 min^-1, 900 min^-1 oder 600 min^-1 ergeben.

Tests zeigten, dass eine Rechteck-Signalform im Gegensatz zur Sinusform die korrekte Anzeige auch für kleinere Signalspannungen gewährleistet.

Dank an mzkay/mz-forum.com für die Überlassung von

DZM-Geräten, an denen messtechnischen Untersuchungen vorgenommen werden konnten.

V.7 Die Einstellung der Unterbrecherzündung

Die Schritte zur Einstellung der Zündung werden am Beispiel der MZ-Einheitslicht-maschine 6V/60W dargestellt und sind sinngemäß auf die RT-Lichtmaschine 6V/30W bzw. die ETZ-Drehstromlichtmaschine 14V/15A übertragbar.

Vorbemerkung: Hat die Kurbelwelle ein fühlbares radiales Spiel am Nocken oder „eiert“ der Kurbelwellenstumpf mit Rotor und Nocken fühlbar (>0,1mm), ist eine präzise Einstellung der Zündung unmöglich bzw. kann es zu drehzahlabhängigen Fehlfunktionen kommen. Eine Neulagerung oder Generalüberholung des Motors ist in einem solchen Fall unumgänglich!

Bild V.7-1: Lichtmaschine 6V/60W mit Unterbrecherzündung

(1) Steckkontakt für Kabel zur Zündspule Klemme (1)

A: Befestigungsschraube Unterbrecherkontakt

B: Exzenter-Verstellschraube

K: Unterbrecherhammer / Kontaktabstand

C: Befestigungsschrauben Unterbrecherplatte

F: Schmierfilz in Metalleinfassung

Prü : Anschlusspunkte für Prüflampe

Vorbereitung: Nocken und Unterbrecherkontakt werden gereinigt und auf mechanische Unversehrtheit geprüft.

Die Kontakte können im Bedarfsfall mit einer Kontaktfeile (sehr flache Feile mit speziellem Hieb) bearbeitet werden, so dass sie im geschlossenen Zustand wieder vollflächig aufliegen. In den Reparaturanleitungen wird empfohlen, für diese Arbeit den Unterbrecherhammer auszubauen. Es ist jedoch praktischer, die Feile zwischen beide Kontakte einzuführen und diese beim Feilen leicht aufeinander zu drücken, so dass die Parallelität der Kontaktflächen automatisch gewahrt bleibt. Feilspäne sind nach der Bearbeitung sorgfältig zu entfernen!

Sind die Krater unrettbar tief, muss der Unterbrecher erneuert werden. Der Unterbrecherhammer wird auf die mit wenig Unterbrecheröl (z.B. ADDINOL U 1500) benetzte Achse aufgeschoben und fixiert.

Starker Kontaktabbrand in kurzer Zeit kann seine Ursache u.a. in einem defekten Zündkondensator haben. Mit Hilfe eines geeigneten Digital-Multimeters können Kapazität (Soll: 0,22 µF +20/-10%) und Isolationswiderstand (Soll: >20 MW) überprüft werden.

Einstellung Kontaktabstand K: Kurbelwelle mit 14er bzw. 13er Ringschlüssel (im Uhrzeigersinn) so drehen (Kerze ausgeschraubt), dass der Nocken an seiner höchsten Stelle (Nockenberg) den Unterbrecherkontakt am weitesten öffnet.

Der Kontakt darf an keiner Stelle des Nockenberges rückläufig sein („Nockenberg mit Sattel“) oder gar schließen. Das kann u.U. Ursache für eine verstärkte Neigung zur Drehrichtungsumkehr des Motors bei niedriger Drehzahl sein. Der Nocken muss in diesem Fall durch einen einwandfreien mit konstantem Radius „auf dem Berg“ ersetzt werden.

Schraube A (s. Bild V.7-1) nur so weit lösen, dass sich der Kontakt mit der Exzenterschraube B ohne übermäßigen Kraftaufwand bewegen lässt.

Bei Unterbrecherplatten ohne Exzenterschraube kommen Unterbrecherkontakte mit sogenannter Kerbverstellung zum Einsatz. Mit einem geeigneten Schraubenzieher greift man in eine Kerbe ein und bewegt den Kontakt, indem man vorsichtig mit einem Holzstück auf den Griff des Schraubenziehers klopft.

Das Einstellmaß wird in der Regel mit 0,4 mm angegeben. Die Kontrolle erfolgt mit einer entsprechenden Fühllehre. Abstandslehren 0,3/0,6 bzw. 0,4/0,6 sind im originalen Bordwerkzeugsatz enthalten. Lässt sich der Abstand nicht einstellen, kann ein abgenutzter Fuß des Unterbrecherhammers die Ursache sein. Der Kontakt ist dann unbrauchbar und muss erneuert werden.

Zur abschließenden Kontrolle drehen wir die Kurbelwelle um 360° in Motorlaufrichtung (Uhrzeigersinn) und kontrollieren den Abstand mit der Fühllehre. Oft verändert sich der Kontaktabstand beim Festziehen der Befestigungsschraube A wieder. Dann muss die Prozedur solange wiederholt werden, bis man im fixierten Zustand den vorgegebenen Unterbrecherabstand trifft.

Hilfsmittel zur Einstellung der Zündposition:

· Prüflampe 12V (kann ebenso gut für 6-V-Systeme eingesetzt werden)

· Zündeinstelllehre zur Ermittlung der Kolbenstellung OT (oberer Totpunkt) bzw. der Zündposition vor OT.

In [2] 1. Aufl. S. 205, Bild 4.33 und 4.34 sind einfache Einstellehren für senkrechtes bzw. schräges Kerzenloch dargestellt.

Außerdem wird in verschiedenen MZ-Reparaturanleitungen auf Spezialwerkzeug, wie die Zündeinstelllehre H8-2104-3 (s. Bild V.7-2) bzw. H8-1408-3 (s. Bild V.7-3) verwiesen. Diese sind allerdings gesuchte Sammlerstücke und eher für die Vitrine als Schaustücke bestimmt, denn sie werden mittlerweile zu astronomischen Preisen gehandelt.

Bild V.7-2: Zündeinstelllehre H8-2104-3 Bild V.7-3: Zündeinstelllehre H8-1408-3

für schräges Kerzenloch für senkrechtes Kerzenloch

(Fotos: Christof, mz-forum.com)

Praktikabler und leichter zu beschaffen sind Einstellwerkzeuge mit Messuhr und Kerzengewinde-Adapter (Bild V.7-4) für senkrechtes Kerzenloch. Für schräge Kerzenlöcher bleiben nur die selbstgebaute Gradscheibe oder vergleichbare Hilfsmittel.

Im Bild V.7-5 ist eine einfache Eigenbaulösung gezeigt. Eine alte Steckschlüssel-Nuss (SW 13 bzw. SW 14) wird so hergerichtet, dass sie mit zwei kleinen Schrauben auf dem Sechskantkopf der M7-Rotorschraube geklemmt werden kann. An diesem Klemmstück wird ein entsprechend abgewinkelter Zeiger (Fahrradspeiche) befestigt. Auf das Gehäuse der Lichtmaschine wird ein Papierstreifen gelegt, der die Markierungen für OT und die Vorzündung - in der Abbildung beispielsweise für 3 ± 0,5mm v.OT - aufweist. Die Maße für die Teilung können den Tabellen für den entsprechenden Motortyp im Anhang Z.7 entnommen werden.

Bild V.7-4: Messuhr mit Kerzen-adapter und Fühlstiftverlängerung für senkrechtes Kerzenloch

Bild V.7-5: Auf den Sechskantkopf geklemmter Zeiger und aufgelegter Markierungsstreifen (Beispiel für ES150, Soll: 3 mm v.OT)

Einstellung der Zündposition

Die Zündposition wird umgangssprachlich oft als Zündzeitpunkt (ZZP) bezeichnet, obwohl es sich streng genommen nicht um eine Zeitgröße handelt.

Nachdem die Kerze herausgeschraubt wurde, werden die Komponenten der vorhandenen Zündeinstelllehre montiert.

Die beiden Schrauben C der Unterbrecherplatte (Bild V.7-1) werden nur so weit gelöst, dass sich die Platte bewegt, wenn zarte Schläge auf die zwischen den Schrauben befindliche Nase (mit Holzstück auf Schraubenzieher klopfen) gegeben werden.

Die Prüflampe wird zwischen dem Kondensatoranschluss (1) und Masse

(siehe Anschlusspunkte Prü in Bild V.7-1) angeklemmt.

Die Zündung wird mit dem Zündlichtschalter eingeschaltet, Leerlauf- und Ladekontrolllampe leuchten auf. Allerdings wird jetzt auch die Zündspule vom Strom durchflossen (3 ... 4 A), wenn der Unterbrecherkontakt geschlossen ist. Der Einstellvorgang sollte deshalb nicht zu lange dauern, um die Zündspule nicht übermäßig aufzuheizen und die Batterie zu schonen.

Durch Drehen der Kurbelwelle wird der obere Totpunkt (OT) gesucht. Er ist erreicht, wenn die eingeschraubte Messuhr ein Maximum anzeigt oder der Fühlstab am weitesten aus dem Kerzenloch ragt. Der Unterbrecherkontakt ist jetzt geöffnet und die Prüflampe leuchtet.

Der OT ist Null- oder Bezugspunkt (= 0 mm vor OT bzw. = 0° vor OT) für die Zündeinstellung. Auf ihn wird die Vorzündung in mm vor OT bzw. der Vorzündwinkel in ° vor OT stets bezogen.

(a) Grobe Voreinstellung:

Die Kurbelwelle wird entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, bis der erforderliche Wert der Vorzündung auf Messuhr, Fühllehre bzw. Gradscheibe oder Markierungsstreifen erreicht ist. Die genauen Werte sind motorabhängig und müssen in jedem Fall der zutreffenden Betriebsanleitung entnommen werden. Größenordnungsmäßig liegen sie bei etwa 3 mm bzw. 22° vor OT.

Sofern der Unterbrecher mit einer Fliehkraftverstellung (vor 1970) ausgerüstet ist, sind die Fliehgewichte mit einer dafür vorgesehenen Einrichtung während der gesamten Einstellung vollständig nach außen zu drücken.

Durch Verschieben der Unterbrecherplatte in Richtung „früh“ oder „spät“ (s. Bild V.7-1) ist die Stellung zu finden, bei der die Prüflampe gerade den Schaltpunkt durch den Wechsel “Leuchten“<->“Nicht-Leuchten“ signalisiert. Dieser Schaltpunkt entspricht der Position, an der der Zündfunke ausgelöst wird.

Auf dem Nockenberg ist der Kontakt geöffnet und die Prüflampe leuchtet,

im Nockental ist er geschlossen und die Prüflampe bleibt dunkel.

(b) Feineinstellung, Korrektur:

Die Kontrolle der Zündposition erfolgt stets durch Drehen der Kurbelwelle in Motorlaufrichtung (Uhrzeigersinn) über den Schaltpunkt hinweg bei gleichzeitiger Beobachtung von Einstelllehre und Prüflampe. Ist die Unterbrecherplatte fixiert, sind die Einstellwerte nochmals zu überprüfen und notfalls zu korrigieren.

Abschließend ist der Kontaktabstand nochmals zu prüfen. Hat er sich beim Verschieben der Unterbrecherplatte unbeabsichtigt verändert (was leider oft der Fall ist), bleibt nichts anderes übrig, als die gesamte Einstellprozedur zu wiederholen, wobei die Korrekturen immer kleiner werden und man sich nach mehreren solcher „Zyklen“ mit großer Wahrscheinlichkeit einem zufriedenstellenden Zustand nähern wird.

Verschiedene Tipps und Hinweise zur Zündungseinstellung

Bei der Montage des Unterbrecherkontaktes ist darauf zu achten, dass der Führungszapfen Z unbedingt in das dafür vorgesehenen Loch der Unterbrecherplatte kommt (s. Bild V.7-6).

Bild V.7-6: Führungszapfen Z des Unterbrecherkontaktes und Unterbrecherplatte

Die Wartungsintervalle für die Unterbrecherzündung (Kontaktabstand, Zündposition) wurden bei den RT-Typen mit 2000 km, bei den ES-Typen mit 2500 km und ab TS bis ETZ mit 5000 km angegeben. Eine Kontrolle zu Saisonbeginn ist auf jedem Fall zu empfehlen.

Nach Einbau eines neuen Unterbrecherkontaktes ist der Kontaktabstand bereits nach ca. 500km zu kontrollieren, da sich die Auflagefläche (Hammerfuß) des Unterbrecherhammers am Anfang erfahrungsgemäß rasch auf dem Nocken einschleift.

Der Schmierfilz F (Bild V.7-1) wird so justiert, dass er den Nocken nur an der höchsten Erhebung (Nockenberg) streift. Nach Einstellung oder Kontrolle sind alte Schmiermittelreste vom Nocken zu entfernen und 2...3 Tropfen Unterbrecheröl (z.B. ADDINOL U 1500) auf den Schmierfilz F zu geben.

Der Filzstreifen unter dem Unterbrecherhammer verhindert, dass vom Nocken abgeschleudertes Unterbrecheröl die Kontakte verunreinigt. Er muss unbedingt vorhanden sein!

Da der Kontaktabstand bei fixierter Unterbrecherplatte im Betrieb durch Abnutzung des Unterbrecherhammers auf dem Nocken kleiner wird, verschiebt sich der ZZP in Richtung „spät“.

Kontaktabbrand vergrößert den Kontaktabstand und verschiebt den ZZP in Richtung „früh“. Dieser Einfluss wird jedoch durch die Abnutzung des Unterbrecherhammers über-kompensiert, d.h. der ZZP wandert nach längerer Betriebszeit stets in Richtung „spät“.

Tipp: Um Batterie und Zündspule zu schonen, kann das Kabel am Kondensator (1) abgezogen und die Prüflampe zwischen Batterie-Plus und Kondensatorkontakt (1) angeschlossen werden. Die Zündung bleibt dabei ausgeschaltet. Die Signalisierung der Prüflampe ist jetzt umgekehrt: Bei geschlossenem Kontakt (Nockental) leuchtet sie, bei geöffneten Kontakt (Nockenberg) bleibt sie dunkel.

Warum Vorzündung?

Die Vorzündung bewirkt grundsätzlich, dass die Entflammung des Gemischs bereits vor Erreichen des oberen Totpunktes eingeleitet wird. Damit soll es zu einem optimalen Verlauf des Verbrennungsdrucks nach OT-Überschreitung des Kolbens kommen. Da jedoch die Zeit für die Vor-Entflammung bei fest eingestellter Zündposition mit steigender Drehzahl immer kürzer wird, schrumpft die Zeit für den Entflammungsvorlauf im gleichen Maße. Bei einem Vorzündwinkel von beispielsweise 22° beträgt die Vorzündzeit bei 1000min^-1 knapp 4ms, jedoch nur noch 0,6ms bei 6000min^-1. Das Beispiel soll verdeutlichen, dass eine übertriebene Präzision bei der Einstellung einer fixen Vorzündposition eigentlich nicht gerechtfertigt ist. Mit einer drehzahlabhängigen Vorzündung (Zündkurve) kann diesem Effekt mehr oder weniger entgegengewirkt werden. Die MZ-Zweitakter – auch die mit Fliehkraftverstellung - haben jedoch generell eine feste Zündposition bei Betriebsdrehzahl.

Welche Bedeutung hat der Kontaktabstand?

Während des Öffnens nimmt die Spannung über dem Kontakt rasch zu und kann einige Zehn bis Hundert Volt erreichen, bis der ausgelöste Funke an der Kerze den Spannungsanstieg beendet. Die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit wird dabei von der Kapazität des Zündkondensators bestimmt, je kleiner die Kapazität, desto größer die Anstiegsgeschwindigkeit.

Ist der Kontaktabstand zu klein, kann es zu Spannungsüberschlägen zwischen den Kontakten kommen, was zu erhöhten Verschleiß führt. Die Spannungs-Überschlagsgrenze in Luft liegt bei etwa 3000 V/mm, d.h. bei voll geöffneten Kontakt (0,4 mm) kommt es zu keinem Überschlag, solange die Spannung unter 1200 V bleibt. Ist der Kontakt aber in der Bewegung beispielsweise gerade erst 1/30 mm geöffnet, liegt die Überschlagsgrenze zu diesem Zeitpunkt nur bei etwa 100V.

Problem: ZZP ist im Verstellbereich der Grundplatte nicht einstellbar

Der Zuordnung von Kolbenposition und Nockenstellung ist toleranzbehaftet. Verant-wortlich dafür ist die tatsächliche Lage der Passnuten auf dem Kurbelwellenstumpf, dem LiMa-Rotor und dem Nocken. Insbesondere dann, wenn ein neuer Nocken aus Nachfertigung oder unbekannten Lagerbeständen eingebaut wird, kann das oben bezeichnete Problem auftreten.

Ist ein Montagefehler innerhalb der LiMa sicher ausgeschlossen, kann der Rotor leicht verdreht aufgesetzt werden. Dazu ist die Passfeder auf dem Kurbelwellenstumpf vorher zu entfernen. Ein Versatz in Uhrzeigerrichtung bewirkt eine Verschiebung des ZZP nach „früh“ und umgekehrt.

V.8 Fahrzeug-Glühlampen

Unter der Prüfspannung einer Glühlampe versteht man die Betriebsspannung, für die sie konstruktiv ausgelegt ist, d.h. auf die sich elektrische (z.B. Leistung), fotometrische (z.B. Helligkeit) und Lebensdauer-Angaben beziehen. Die Werte wurden in der Regelung ECE R 37 festgelegt.

Nennspannung	Prüfspannung nach ECE R37

6 V	6,3 V
12 V	13,2 V (13,5 V für Zusatzlichtlampen)
24 V	28 V

Zwischen tatsächlicher Betriebsspannung im Fahrzeug und statistisch zu erwartender Lebensdauer bzw. Helligkeit besteht ein Zusammenhang, der im Bild V.8-1 dargestellt ist. Als Faustregel gilt, dass 5% dauerhafte Spannungserhöhung die Lebensdauer halbieren und 10% demzufolge vierteln.

Bild V.8-1: Zusammenhang zwischen Lebensdauer, Helligkeit und Betriebsspannung

von Fahrzeugglühlampen (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Glühlampe,

Primärquelle nicht angegeben)

Da die üblichen Bordspannungen bei 6,8 ... 7,0 V bzw. 13,8 ... 14,0 V liegen, werden die Glühlampen bereits mit etwa 10% bzw. 5% Überspannung betrieben. Entsprechend dem obigen Diagramm kann demzufolge von vornherein nur mit einem Viertel bzw. der Hälfte der vom Hersteller angegebenen statistischen Lebensdauern gerechnet werden, da sich diese ja auf die Prüfspannungen von 6,3 V bzw. 13,2 V beziehen.

Die Glühfadentemperatur erreicht im Betrieb Werte von über 2000 K. Demzufolge sind auch die Unterschiede zwischen Kalt- und Heißwiderstand des Glühfadens sehr groß, sie unterscheiden sich etwa um den Faktor 10 (s. Bild V.8-2).

Bild V.8-2: Stromaufnahme (I), Glühfadenwiderstand (R) und Leistung (P),

gemessen an einem Exemplar einer 6V/45W Scheinwerferlampe.

Der oszillografisch gemessene Einschaltstrom eines Fernlichtfadens ist im Bild V.8-3 dargestellt. Um die erforderliche Stromergiebigkeit der Spannungsquelle zu erreichen, wurden dazu mehrere 6-V-Vliesakkus parallel geschaltet, der Strom wurde indirekt als Spannungsabfall über einem Messwiderstand von 1,5 mΩ bestimmt.

Um die Einschaltstromspitze von über 50 A zu erreichen, muss der innere Aufbau der Glühlampe vor dem Einschalten völlig erkaltet sein, mehrmaliges Einschalten kurz hintereinander heizt das Innere der Glühlampe rasch auf und vermindert die Einschaltstromspitze auf die Hälfte oder weniger. Ebenso ergeben sich deutlich geringere Stromspitzen im aufgeheizten Fadensystem, wenn lediglich zwischen Fern- und Abblendlicht umgeschaltet wird.

Der Einschaltstromstoß dauert etwa ein bis zwei Zehntelsekunden. Für diese Zeit kann die Bordspannung durchaus „einknicken“, was sich in einem kurzen Zündaussetzer äußern kann.

Bild V.8-3: Zeitlicher Verlauf des Einschaltstromes einer 6V/45W-Scheinwerfer-

Glühlampe

Z Anhang

Z.1 Schaltung des elektronischen 6-V-Reglers MZ ELEKTRONIKUS

Bild Z.1-1: Gehäuse und Platine des ELEKTRONIKUS-Reglers

Aussage ohne Gewähr: Die Metallgrundplatte kann mit Masse verschraubt werden, da die Schaltung, Diodenblock und Leistungstransistor isoliert angeordnet sind.

Bild Z.1-2: Schaltung des ELEKTRONIKUS-Reglers

Die Schaltung des ELEKTRONIKUS entspricht der klassischen Lösung eines diskret aufgebauten Analogreglers für Gleichstrom-LiMas.

Die BZX55C-Z-Diode bildet zusammen mit einer Basis-Emitter-Flussspannung (rechter BC212B) und dem Spannungsabfall über 1k//15k* die Spannungsreferenz im Regler. Steigt die Generatorspannung an D+/61, so beginnt der rechte BC212B Strom zu ziehen und gleichzeitig den linken BC212B zu sperren. In Folge sinkt das Basispotential am BD243C und der Feldstrom an DF wird abgesenkt, so dass dem Spannungsanstieg an D+/61 entgegengewirkt wird.

Der 15k*-Widerstand dient als Abgleichelement, mit dem die Reglerspannung in geringen Grenzen variiert werden kann. Für gröbere Spannungsanpassungen muss die Z-Diode geändert werden.

Die Testung des Reglers außerhalb des Fahrzeuges kann nach der im Abschnitt A.3.2 beschriebenen Vorgehensweise durchgeführt werden. Eine Reparatur des Reglers ist im Bedarfsfall leicht möglich, da die Bauelemente frei zugänglich sind.

Fotos und Schaltungsrekonstruktion des ELEKTRONIKUS: TeEs (mz-forum.com)

Z.2 Elektronischer Regler für permanent-erregte Rotax-LiMa

Bild Z.2-1: Gleichtichter/Regler für Rotax-LiMa

Der vergossene Gleichrichter/Regler für die permanent-erregte Drehstrom-LiMa des Rotax-Motors befindet sich in einem mit Kühlrippen versehenen Alu-Gehäuse.

Durch die glasklare Vergussmasse sind die Leiterzüge auf der eingelassenen Platine gut zu erkennen. Der Regler arbeitet nach dem Kurzschlussprinzip. Wird die Ausgangsspannung an der Klemme (30) zu groß, beginnen die beiden Transistoren Strom zu führen, so dass schließlich über die Spannungsteiler 270 Ω, 100 Ω einer oder mehrere der Thyristoren S4020 die jeweilige Phase für eine oder mehrere Halbwellen in Folge auf Masse schalten. Ein Teil der nichtabgenommenen Leistung wird dabei in den stromdurchflossenen Dioden bzw. Thyristoren umgesetzt, der größere Teil jedoch in den Generatorwicklungen der LiMa. Die nicht unbeträchtliche Verlustleistung ist der Grund, weshalb dieser LiMa/Reglertyp nur für relativ kleine Leistungen (Nennleistung hier: 190 W) im Moped- und Motorradbereich eingesetzt werden kann. Für große elektrische Leistungen in Fahrzeugen behauptet sich nach wie vor die feldgeregelte Drehstrom-LiMa.

Bild Z.2-2: Schaltung des Gleichrichter/Reglerblocks für die Rotax-LiMa

Z.3 Permanent-erregte LiMa mit Gleichrichter/Regler und Zündung

Z.3.1 Regler/Gleichrichter für 2phasige LiMa

Wartungsarme und leistungsstarke permanent-erregte Lichtmaschinen erfreuen sich zunehmend auch bei älteren Motorrädern wachsender Beliebtheit, indem die traditionellen 6-V-Gleichstrom- oder 12-V-Drehstrom-LiMas ersetzt werden.

Die unten (Bild Z.3-1) dargestellte spezielle Reglerschaltung wird zur Gleichrichtung und Stabilisierung einer 2-phasigen Wechselspannung eingesetzt. Die Gleichrichtung erfolgt mit Hilfe einer (steuerbaren) Brückenschaltung, die aus den fett gezeichneten Dioden bzw. Thyristoren besteht.

Bild Z.3-1: Schaltung des elektronischen 12-V-Reglers für 2-phasige permanent-erregte LiMa

Im Gegensatz zu der im Motorradbereich verbreiteten Methode, Wechselspannungs- bzw. Drehstromwicklungen bei Spannungsüberangebot rabiaterweise durch Thyristor-Schalter kurzzuschließen, bleibt in dieser Schaltung die Gleichrichterbrücke in der gleichen Situation halbseitig unwirksam, da die Thyristoren sperren. Wirken sie jedoch im gezündeten Zustand als Dioden, so arbeitet die Generatorwicklung über die Gleichrichterbrücke auf den Gleichspannungsausgang, d.h. auf Batterie und/oder Verbraucher im Bordnetz.

Im Gegensatz zur Drehstrom-LiMa mit 3-Phasen-Gleichrichterbrücke (vgl. Abschn. B) weist die hierbei entstehende Gleichspannung nach der Zweiweg-Gleichrichtung systematisch bedingt einen relativ großen pulsierenden Anteil auf. Ein angeschlossener Bleiakku oder ein optionaler Kondensator sollen außerhalb des Reglers für eine hinreichende Glättung der Bordspannung sorgen, so dass empfindliche Verbraucher in ihrer Funktion nicht beeinträchtigt werden.

Das interne Spannungsnormal (Referenz) wird auf herkömmliche Weise durch die untere 6,8V-Z-Diode Z5W im Zusammenwirken mit der Basis-Emitterstrecke des npn-Transistors 1B gebildet. Es kann daher von einer temperaturstabilen Referenz ausgegangen werden. Elemente, die auf eine Anpassung der Akku-Ladespannung bei unterschiedlichen Temperaturen hindeuten (vgl. Bild V.2-3), sind offensichtlich nicht vorhanden.

Die folgenden Oszillogramme (Bild Z.3-2), die an einem Komplettsystem LiMa/Regler/Zündung in einer TS250/1 aufgenommen wurden, zeigen die Spannungsverläufe am Reglerausgang bei verschiedenen Belastungen.

Bild Z.3-2: Spannungsverläufe am Reglerausgang bei verschiedenen Lastfällen

(a) Bei Motorstillstand liest man zunächst eine Ruhespannung des Akkus (Vlies, 12 V / 11 Ah) von etwa 12,8 V ab.

(b) Ohne Last (2000 min^-1) klettert die Bordspannung auf 14,4 V, wobei dieser in regelloser Folge noch Pulse von bis zu 0,5 V Spitze aufgesetzt sind. Gut zu erkennen ist, dass wegen zu geringer Leistungsabnahme nur jede 2. oder 3. gleichgerichtete Halbwelle ins Bordnetz durchgeschaltet wird.

(c) Bei einer Last von 4x21 W und einer Drehzahl von 3000 min^-1 sinkt die Spannung auf 13,0 V mit einem Pulsanteil von 0,6 V Spitze ab. Im Mittel entspricht das etwa 13,4 V. Es wird lückenlos jede Halbwelle ins Bordnetz durchgeschaltet, es gibt nichts mehr zu regeln.

(d) Bei weiterer Lasterhöhung auf 8x21 W sinkt die Bordspannung demzufolge erwartungsgemäß weiter - trotz erhöhter Drehzahl (ca. 5000 min^-1) - auf 11,4 V mit einem Pulsanteil von 0,6 V Spitze ab.

Der Teil rechts der gestrichelten Linie in der Schaltung dient der Ansteuerung der Ladekontrolle. Solange die erzeugte Spannung unter der Batteriespannung liegt, schickt der pnp-Transistor 2D einen Strom – vervielfacht durch den npn-Transistor 1D – zum Leistungstransistor TIP47, d.h. die LKL leuchtet. Durch die Spannungsrückführung auf den Transistor 1B wird sichergestellt, dass der Strom am LKL-Ausgang auf einige 100mA begrenzt bleibt.

Wird eine Batterie zusammen mit diesem Reglertyp benutzt, so fließt auch bei Motorstillstand stets ein geringer Strom in den Regler hinein. Ursache sind Strecken über interne Widerstände und Restströme von pn-Übergängen. An einem Exemplar wurden bei 12V praktisch 0,8mA gemessen. Das saugt in 2 Monaten Winterpause reichlich 1 Ah aus der Batterie. Diese Entladung ist keinesfalls kritisch, man sollte sich jedoch der Tatsache bewusst sein, gerade, wenn Batterien mit kleinen Amperestundenzahlen zur Stützung eingesetzt werden.

Testung des Reglers

Die Möglichkeiten der Testung des Reglers außerhalb des Fahrzeuges sind sehr eingeschränkt. Wenn überhaupt, sollten sie auch nur von erfahrenen Personen vorgenommen werden, die sich bewusst sind, was sie bei jedem Testschritt genau tun.

Zwischen jeweils einem Wechselspannungseingang und dem +Batterie-Ausgang kann die Funktion der beiden Gleichrichterdioden CQ735 überprüft werden (analog zur Messschaltung in Bild B.2-2 in Sperr- und in Durchlassrichtung).

Die erwähnte Ruhestromaufnahme ist messbar, wenn zwischen +Batterie und Masse eine 12-V-Batterie angeschlossen wird. Obwohl dies der normale Betriebsfall bei Batterieeinsatz ist, sollte zur Strombegrenzung vorher vorsichtshalber eine 12V/21W-Glühlampe eingeschleift werden. Ein Messwert um 1 mA oder darunter wird in Ordnung gehen.

Die Funktion der Ladekontrolle ist extern prüfbar. Beide Wechselspannungseingänge werden miteinander verbunden (entspricht der Situation bei Motorstillstand). Eine an LKL angeschlossene Kontrolllampe gegen +12V muss leuchten. Wird die Verbindung der Wechselspannungseingänge aufgetrennt und ein beliebiger von beiden mit dem +Batterie-Eingang verbunden, wird die LKL verlöschen.

Eine externe Überprüfung der Stabilisierungsfunktion des Reglers ist möglich, erscheint jedoch wenig sinnvoll, da eine regelbare Wechselspannungsquelle mit einer LiMa-vergleichbaren Leistung erforderlich ist. Einfacher ist es, den Regler am sicher funktionierenden Wechselspannungsgenerator (vorherige Überprüfung mit einer Scheinwerferlampe als Ersatzlast analog Bild B.1-3) im Fahrzeug zu betreiben und die Klemmenspannung an Batterie oder Verbraucher zu messen. Bei dieser Messung kann es jedoch leicht zu Fehlanzeigen kommen, da es sich um eine Gleichspannung mit mehr oder weniger pulsierendem Anteil handelt und diese Signalform gerade von einfachen Digitalmultimetern oftmals nicht als korrekter Mittelwert angezeigt wird. Der sicherste Weg ist – so anachronistisch es klingen mag – ein herkömmliches Drehspul-Zeigerinstrument für diese spezielle Messung zu verwenden. Um dessen Anzeigegenauigkeit zu verbessern, sollte man es vorher an einer 12V-Batterie im Vergleich mit einer Digitalmultimeter-Anzeige kalibrieren.

Z.3.2 Elektronische Zündung (CDI, ähnlich Vape)

Bei der herkömmlichen Unterbrecherkontakt-Zündung entsteht die sehr hohe Zündspannung durch die schlagartige Unterbrechung des Primär-Zündspulen-Stromes durch den Unterbrecherkontakt.

Bei der sogenannten CDI (Capacitor Discharge Ignition = Kondensator-Entlade-Zündung) wird dagegen ein auf mehrere 100 V aufgeladener Kondensator plötzlich mit Hilfe eines elektronischen Schalters an die Primärseite des Zündtrafos gelegt (s. Bild Z.3-3). Dieser transformiert den Spannungssprung auf einige kV hoch, so dass schließlich ein Funke an der Kerze überspringt. Die CDI hat einen sehr guten Wirkungsgrad, da ein unnütz lange fließender Primärgleichstrom (einige A für jeweils 180° KW-Drehung) wie bei der Unterbrecherkontakt-Zündung nicht erforderlich ist. Für die Erzeugung der Kondensatorladespannung reicht die Spannung der Generatorwicklung der LiMa in der Regel nicht aus, so dass man dafür eine gesonderte Ladespule (L) vorsieht. Das hat gleichzeitig den Vorteil, dass die Zündung unabhängig von Generator und Batterie arbeiten kann.

Bild Z.3-3: Schaltung der elektronischen CDI (Ladespule (L) und Sensorspulen (S) befinden auf dem Stator der LiMa)

Im unten abgebildeten Oszillogramm (Bild Z.3-4) stellt die türkisfarbene Kurve die Ladespulenspannung dar. Bei etwa 1500 min^-1 erreicht sie bereits Spitzenwerte von über 500V. Pro KW-Umdrehung bewirken die jeweils um 30° versetzt angeordneten Nord- und Südpole auf der Rotorinnenseite 6 vollständige Perioden der Ladespannung (gilt gleichermaßen auch für die Generatorwicklung der LiMa).

Die beiden Sensorspulen sind um 30° gegeneinander versetzt, so dass sich über der einen ein magnetischer Südpol befindet, wenn die andere gerade von einem Nordpol überstrichen wird bzw. umgekehrt. Das führt zu gegensinnigen Spannungen, die sich in der Reihenschaltung beider Spulen (praktisch nahezu) aufheben. Im Innenkreis des Rotors ist jedoch ein 30°-Segment nicht mit einem Permanentmagneten bestückt. Überstreicht diese „Lücke“ die Sensorspulen, so fehlt die Kompensation in der ersten Spule und danach in der zweiten. Die Folge ist, es ensteht ein positiver Impuls, gefolgt von weiteren, bis die „Rotor-Anomalie“ weitergewandert ist. Der erste, große positive Impuls führt zur Zündung des Thyristors MCR708AG, der – plötzlich leitend geworden – bewirkt, dass die Ladung des 2-uF-Kondensator in die Primärseite des Zündtrafos „geschüttet“ wird (im Oszillogramm jeweils rot markierte Zeitpunkte).

Die folgende positive Ladespulenwelle schaltet den Thyristor über den Transistor 6BW wieder sicher aus, so dass das Spiel erneut beginnen kann.

Bild Z.3-4: Spannungs-Zeitverlauf am Sensor- (orange) und Ladespulenanschluss (türkis). Ablenkung orange: 5V/Teil, türkis: 200V/Teil und Zeit: 10ms/Teil. Rot:: Markierung der Zündzeitpunkte

Von einer speziellen Testung der CDI-Baugruppe außerhalb des Fahrzeuges wird wegen der erforderlichen aufwändigen Testumgebung abgeraten.

Der besondere Dank gilt allen Foristi, die am Zustandekommen der Beschreibungen im Abschnitt Z.3. in praktischer und/oder theoretischer Weise mitgewirkt haben!

Z.3.3 Rotax: Elektronische Zündung (CDI, Nippondenso)

Bild Z.3-5: Innenschaltung und Anschluss der Nippondenso Zündbox (Amplifier-Box).

Schaltungsrekonstruktion: dösbaddel (mz-forum.com)

Messpunkte (MP):

(1): Außensensor, (2): Innensensor, (3): Ladespannung, (4): CDI-Impuls

Bild Z.3-6: Ladespannungsverlauf (MP 3) und CDI-Impuls (MP 4)

In den Statorspulen L3, L4 wird eine Ladespannung generiert, deren positive Halbwellen den Kondensator C3 über D4, D3 auf etwa +170 V aufladen (s. Bild Z.3-6).

Um auch schon bei niedrigen Drehzahlen eine ausreichend hohe Ladespannung zu erzeugen, ist L3 entsprechend groß gewählt. Mit zunehmender Drehzahl bzw. Frequenz nimmt deren Wechselstromwiderstand jedoch stetig zu, was eine rasche Aufladung von C3 verhindert. Bei höheren Drehzahlen übernimmt deshalb L4 die Aufladung.

Wird der Thyristor T1 eingeschaltet, entlädt sich C3 im Bruchteil einer Millisekunde und erzeugt einen schmalen CDI-Impuls von etwa -170 V an der Primärwicklung der Zündspule, welcher entsprechend hoch transformiert den Zündspannungsimpuls auf der Sekundärseite bewirkt.

Der Schaltpunkt des Thyristors wird von zwei Geberspulen gesteuert. Die Außengeber-Spule ist 3° vor OT angeordnet. Sie erzeugt pro KW-Umdrehung eine steile positive Flanke, die bei etwa 1,8 V den Thyristor einschaltet (vgl. Bild Z.3-7). Mit zunehmender Drehzahl wird jedoch die flach ansteigende Spannung des Innengebers größer, so dass sie die Schaltschwelle des Thyristors früher erreicht, wodurch der Zündzeitpunkt nach vorn geschoben wird.

Bild Z.3-7: Geberspannungen (MP1, MP2) bei niedriger und höherer Drehzahl.

Wird der CDI-Zündimpuls als Zeitbezug gewählt, erkennt man in Bild Z.3-8, wie sich mit wachsender Drehzahl der Außengeberimpuls vom Zündimpuls entfernt.

Bei 3530min-1 kommt der CDI-Zündimpuls etwa vor dem Außengeber, d.h. insgesamt 24° vor OT.

R3* in der Amplifier-Box könnte als Abgleichelement vorgesehen sein, um den Übernahme-punkt von Außen- und Innengeber zu beeinflussen

Bild Z.3-8: Drehzahlabhängige Verschiebung des CDI-Zündimpulses gegenüber dem

Steuerimpuls des Außengebers

Mit Betätigung des „stop“-Schalters wird der Ladespannungseingang (MP 3) über die Diode D5 an Masse gelegt. Der Kondensator kann nicht mehr aufgeladen werden und der Zündfunke bleibt augenblicklich weg.

Z.4 12V-Reglerschaltkreises L 9480 in der ETZ

Z.4.1 Eigenschaften des Reglerschaltkreises L9480

Anfang der 1990er Jahre wurde der Reglerschaltkreis L 9480 von SGS-THOMSON Microelectronics in den letzten 2-Takt-MZs mit der Drehstromlichtmaschine 14V/15A eingesetzt.

Der L 9480 arbeitet digital als Schaltregler. Seine Funktionsweise ist gut mit der eines elektromechanischen Reglers vergleichbar, wobei die Arbeit des mechanischen Reglerkontaktes natürlich von einem elektronischen Schalter übernommen wird.

Lt. Datenblatt ist der Regler sehr robust, er verfügt über einen thermischen Überlastschutz, übersteht Batterieverpolung, Kurzschluss sowie Überspannung (bis 80V).

Als Nennregelspannung werden 14,4V±1% bei 25°C angegeben. An anderer Stelle im Datenblatt findet man jedoch eine Streuung von 14,1V bis 14,7V, was etwa ±2% entspricht.

Die Regelspannung hat einen Temperaturkoeffizienten von -10mV/K. Dies kommt dem Temperaturverhalten von 12V-Bleiakkus entgegen, wenngleich auch für eine volle Kompensation -24mV/K erforderlich wären.

Die im Bild Z.4-1 dargestellte Applikation des Schaltkreises im TO220-Gehäuse mit drei Anschlüssen ist denkbar einfach.

Bild Z.4-1: Applikation des Reglerschaltkreises L 9480

Aus der Beschaltung nach Bild Z.4-1 geht hervor, dass es sich hier – im Gegensatz zum originalen elektromechanische Regler in der 12V-MZ - um eine minusregelnde Applikation handelt. Anschluss (1) wird mit der Klemme (61) ( = LiMa-Spannung nach dem Hilfs-Gleichrichter) verbunden, Anschluss (2) geht zum Feldwicklungsanschluss DF- . Die Metallfahne des Gehäuses und Anschluss (3) sind Masse, d.h. der Schaltkreis kann ohne elektrische Isolation auf den Fahrzeugrahmen aufgeschraubt werden.

Obwohl der Regler interne Filter besitzt, wird im Datenblatt eingangsseitig ein Kondensator von 0,1 ... 1µF von (1) gegen (3) zur Begrenzung von Störspitzen empfohlen. Dieser Kondensator wäre dann auch das einzige Zusatzelement für die Anwendung.
Z.4.2 Messungen am Schaltkreis L9480

Bestimmend für den Erregerstrom durch die Feldwicklung ist die Spannung U_FW über der Feldwicklung (Bild Z.4-1), genauer gesagt, ihr Mittelwert, da es sich um einen impulsförmigen Spannungs-Zeitverlauf handelt. Der Zusatz „avg“ steht im Folgenden jeweils für die Bildung des zeitlichen Mittelwertes: avgU_FW = U₆₁ - avgU_OUT.

Bild Z.4-2: Schaltspannung an (2) OUT des Reglers L 9480

Da U₆₁ im geregelten Betrieb nur wenig um 14V schwankt, kann man davon ausgehen, dass bei größer werdendem Mittelwert der Spannung am Schaltkreisausgang avgU_OUT , obige Differenz geringer wird, also avgU_FW abnimmt, wodurch der Erregerstrom der LiMa heruntergeregelt wird. Die an einem Exemplar L9480 aufgenommenen Oszillogramme in Bild Z.4-2 verdeutlichen dies. Als Ersatz für die Feldwicklung wurde dabei der Einfachheit halber eine 12V/ 4W-Glühbirne verwendet.

Bei kleiner Eingangsspannung U₆₁<13,6V wird DF- spannungsmäßig gegen Masse gezogen (es bleibt eine Restspannung von etwa 1,75V), d.h. es fließt der maximal mögliche Erregerstrom.

Steigt U₆₁ über 13,6V, so beginnt der Reglerausgang zu schalten. Da die schmalen Impulse noch relativ weit voneinander entfernt sind, ist der Mittelwert nur wenig über Null. Je größer jedoch U₆₁ wird, desto dichter rücken die Impulse zusammen und bei 14,06V sind jeweils Impuls und Impulspause gleich groß, d.h. der zeitliche Mittelwert beträgt die Hälfte von U₆₁, also etwa 7V.

Bild Z.4-3: Die Schaltimpulse bei verschiedenen Tastverhältnissen

Steigt U₆₁ noch weiter an, rücken die jetzt negativen Nadeln voneinander weg und der Mittelwert steigt weiter bis er schließlich den maximalen Wert, nämlich U61 erreicht. Dann liegen über der Feldwicklung Null V, d.h. die Erregung ist ebenfalls Null.

Die Oszillogramme in Bild Z.4-3 zeigen die Schaltimpulse bei verschiedenen Eingangsspannungen, jedoch zeitlich feiner aufgelöst.

Die positiven Nadeln weisen eine konstante Breite von etwa 0,6...0,65ms auf, währendessen die negativen sich auf etwa 0,35ms auch bei größeren Tastverhältnissen einpegeln. Die höchste Schaltfrequenz wurde beim Tastverhältnis k=50% mit 715Hz erreicht

Im Bild Z.4-4 ist der zeitliche Mittelwert der Spannung über der Feldwicklung (grüne Kurve) dargestellt. Dieser zeitliche Mittelwert bestimmt den Erregerstrom durch die Feldwicklung. Wie erwartet, fällt die Kurve mit steigender Generatorspannung (61) ab. Um den Feldstrom vom Maximalwert auf Null zurückzuregeln ist eine Generatorspannungsänderung an (61) von über 1V erforderlich. Diese geringe Regelsteilheit ist die Ursache für eine merkliche Nachgiebigkeit der Bordspannung bei Änderungen der elektrischen Belastung.

Bild Z.4-4: Gemessene mittlere Spannung avgU_FW über der Feldwicklung (grün)

und Periodendauer T der Impulsfolge in Abhängigkeit der

Eingangsspannung U₆₁

Z.4.3 Einbau ins Bordnetz und Verhalten

Der Reglerschaltkreis L9480 wurde ins Bordnetz einer ETZ150 eingefügt. Der Umbau ist aus Bild Z.4-5 ersichtlich.

Bild Z.4-5: Umrüstung von elektromechanischem Plus-Regler auf Minus-regelnden Schaltkreis L9480 bei der ETZ.(a) Originalschaltung, (b) integr.elektron. Schaltregler

Die gemessenen Spannungswerte (s. Tabelle Z.4-6) mit eingebautem Reglerschaltkreis unmittelbar an den Klemmen der Gleichrichterplatte (61) und (D+) sind relativ hoch. Sie bestätigen die Werte aus dem Datenblatt. Bei 10°C wären 14,0V die optimale Ladespannung für einen Bleiakku, so liegt der Wert im normalen Fahrbetrieb mindestens 0,4V darüber.

Umgebungs-Temp. 10°C

2000min-1

4000min-1

ohne Licht

(61) 14,67V

(D+) 14,52V

(61) 14,80V

(D+) 14,63V

mit Licht

(61) 14,53V

(D+) 14,32V

(61) 14,64V

(D+) 14,38V

Tabelle Z.4-6: Spannungswerte in Abhängigkeit von Last und Drehzahl für L9480

Die beiden in Bild Z.4-7 dargestellten und im Bordnetz aufgenommenen Oszillogramme für gleiche Motordrehzahl jedoch bei unterschiedlichen Lastverhältnissen verdeutlichen noch einmal die Funktion des integrierten Schaltreglers L9480: Die Schaltfrequenz bleibt annähernd gleich bei 400Hz. Ohne Licht sind jedoch die positiven Impulse breit, mit Licht schmaler. Der zeitliche Mittelwert ist damit bei Last niedriger, d.h. die mittlere Spannung über der Feldspule und damit auch der Strom durch die Feldspule sind größer. Dies entspricht dem erwarteten Verhalten, da der Generator bei konstanter Drehzahl aber höherer Last eine höhere Erregung braucht.

Welche Auswirkungen die Schaltimpulse auf die Spannung im Bordnetz haben, zeigt das obere Oszillogramm in Bild Z.4-8 (Wechselanteil). Die steilen Schaltflanken übertragen sich offensichtlich wie bei einem Transformator vom Primärkreis (Rotor) in den Sekundärkreis (Stator). Es sind sowohl positive als auch negative Nadeln mit einer Impulshöhe von bis zu mindestens 2V zu erkennen. Für die Fahrzeugbeleuchtung hat dies sicher keinen nachteiligen Einfluss, für elektronische Komponenten (elektronische Zündung, Navi o.ä.) könnte es kritisch werden, auch ist mit einer erheblichen Störaussendung zu rechnen.

Bild Z.4-7: Schaltimpulse an DF- bei unterschiedlichen Lastverhältnissen

Zum Vergleich ist die Bordspannung (Wechselanteil) beim Einsatz eines üblichen elektronischen Analogreglers im unteren Oszillogramm von Bild Z.4-8 dargestellt. Der Verlauf ist deutlich glatter, die Schwankungen um +/- 0,5V sind keine Regelschwingungen, sie sind bezüglich des Zeitverlaufs drehzahlabhängig und haben allem Anschein nach ihre Ursache in Magnetfeldinhomogenitäten der LiMa oder in Unterschieden der einzelnen Drehstromwicklungen.

Bild Z.4-8: Wechselanteil der 12-V-Bordspannung für L9480 (oben) und elektronischen

Analog-Regler (unten)

Zusammenfassung

Der Schaltkreis L9480 stellt sowohl von der Baugröße als auch von den Kosten eine günstige Alternative zu den handelsüblichen elektronischen Analog-Reglern für 12V dar. Dem steht lediglich seine abnehmende Verfügbarkeit gegenüber, da der IC nicht mehr im Produktionsprogramm ist.

Als nachteilig sind die hohe Nennspannung und die Verseuchung des Bordnetzes mit kräftigen Störnadeln zu vermerken. Die Spannung sollte insbesondere bei Verwendung von dichten Akkus (Gel, Vlies) durch eine Zusatz-Diode in der Leitung von D+ nach 51 um ca. 0,5V … 0,8V abgesenkt werden, wobei mit einer Dioden-Verlustleistung von 5 … 8W zu rechnen ist.

Z.5 Batterieladegeräte und ihre Eigenschaften

Im folgenden Text geht es darum, den Zusammenhang von Laderegime (Strom, Spannung, Zeit) und Eigenschaften von Ladegerät und Akkumulator verständlich zu machen.

Wann muss ein Akku überhaupt geladen werden?

Sind Fahrzeugelektrik und Batterie intakt, ist ein Nachladen nur in Ausnahmefällen erforderlich, nämlich

wenn der Akku durch Selbstentladung bei langer Standzeit merklich an Ladung verloren hat. Bei Flüssigkeits-Bleiakkus rechnet man bei 20°C mit etwa 8% Selbstentladung pro Monat, bei Vlies- oder Gel-Batterien mit 3%.
wenn Energie ohne eine ausreichende Nachladung entnommen wurde.

Lässt sich der Ladungsverlust nicht allein durch die beiden genannten Situationen erklären, wird die Batterie sehr wahrscheinlich verschlissen sein.

Kennwerte des Akkus

Die elektrischen Eigenschaften einer Batterie werden (idealisiert) durch 2 Parameter beschrieben (vgl. Bild Z.5-1):

die Leerlaufspannung U_B, die an den äußeren Klemmen der Batterie als Spannung U messbar ist, wenn nur das Spannungsmessgerät angeschlossen ist und keine weiteren Verbraucher. Die Leelaufspannung wird mitunter auch als „innere Spannung“ bezeicnet.
den Innenwiderstand R_B, der für ein Absinken der Klemmenspannung U verantwortlich ist, wenn eine Last angeschlossen wird.

Bild Z.5-1: Elektrisches Modell eines Akkus bzw.einer Batterie (Begriff: Technische Spannungsquelle)

Sind Akku und Messgerät zur Hand, können beide Parameter übungsweise bestimmt werden. Die Messvorschrift für U_B wurde bereits Punkt 1 (s.o.) angegeben.

Der Innenwiderstand R_B lässt sich nur indirekt messen. Dazu muss ein Verbraucher an die Batterie angeschlossen werden(Glühlampe), der etwa eine Stromaufnahme von 1/5 der Amperestundenzahl (gleichbedeutend mit 0,2C) bewirkt.

Beispiel: Akku 6 V / 4,5 Ah -> 4,5[Ah] / 5 = 0,9[A].

Erforderliche Leistung der Glühlampe: 0,9 A* 6 V= 5,4 W.

Auswahl einer geeigneten Glühlampe mit annähernden Daten: 6 V / 5 W

Die Glühlampe wird angeschlossen und die Batteriespannung beobachtet. Sie wird anfangs möglicherweise langsam absinken. Erreicht sie einen stabilen Wert, messen wir den Lampenstrom (I_L). und die Spannung. Dann klemmen wir die Lampe ab. Die Batteriespannung springt dabei um einen kleinen Spannungsbetrag nach oben. Diese Differenz halten wir fest (ΔU).

Der Innenwiderstand berechnet sich jetzt zu

Die Leerlaufspannung liegt je nach Ladezustand und Alterungsgrad bei 5,6...6,5 V (bzw. 11,2 ... 13,0 V). Der Innenwiderstand R_B ist sehr niedrig und liegt bei Motorradbatterien bei einigen Zehn mΩ. Für die 6 V / 4,5 Ah-Vliesbatterie CP645 werden beispielsweise 22 mΩ im Datenblatt angegeben.

Kennwerte des Ladegerätes

Das Konstant-Spannungs-Ladegerät kann ebenso wie der Akku als technische Spannungsquelle mit Leerlaufspannung U_L und Innenwiderstand R_L beschrieben werden (s. Bild Z.5-2). Die Messung der Parameter erfolgt in gleicher Weise wie beim Akku. Als Test-Last kann wieder eine Glühlampe verwendet werden, die einen gut messbaren Spannungseinbruch an den Klemmen des Ladegerätes bewirkt.

Dieses einfache elektrische Modell gilt nicht Ladegeräte, die ihre Parameter während des Ladeprozesses durch „Beobachtung“ des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größen an ihren Klemmen ändern oder für Geräte, die keine geglättete („reine“) Gleichspannung, sondern eine mit pulsierenden Anteilen liefern.

Bild Z.5-2: Elektrisches Modell eines konventionellen Gleichspannungs-Ladegerätes

Für den Ladevorgang wird das Ladegerät mit der Batterie verbunden, und zwar Plus mit Plus und Minus mit Minus.

Bild Z.5-3: Batterie-Ladung mit einem Gleichspannungs-Ladegerät

Dabei entsteht der einfachste Stromkreis, den die Elektrotechnik zu bieten hat. Unsere 4 Parameter und Strom I und Spannung U am Ladekabel sind durch folgende Gleichungen miteinander verknüpft:

Sind alle Parameter von Ladegerät und Batterie bekannt, lassen sich mit obiger Gleichung Strom und Spannung leicht berechnen. Die Ergebnisse lauten:

und

Aus der Formel wird die allseits bekannte Tatsache ersichtlich, dass stets U_L > U_B sein muss, damit ein positiver Ladestrom I in der angegebenen Richtung fließt. Oder im Beispiel: Mit einem 6-V-Ladegerät kann kein 12-V-Akku geladen werden.

Beispielrechnung zum Ladestrom

Das 6-V-Ladegerät habe eine Leerlaufspannung von 7,0 V, der Akku sei ziemlich runter, er hat nur noch 5,9 V. Sein Innenwiderstand ist 0,05 Ω und der Innenwiderstand des Ladegerätes wurde mit 0,2 Ω bestimmt.

Wird der Akku angeschlossen, fließen nach Formel

Es ist jetzt völlig ohne Belang, ob das Ladegerät 15A oder 60A maximal abgeben kann, bevor seine Sicherung kommt oder was auch immer auf der Frontplatte für Werte aufgedruckt sind. Der Ladestrom wird schlicht und ergreifend durch die Spannungsdifferenz im Zähler und der Summe der im Kreis liegenden Widerstände im Nenner der Formel bestimmt.

Hat die innere Spannung des Akkus nach einer bestimmten Ladezeit z.B. 6,9 V erreicht, so fließen nur noch:

Wir halten fest, dass sich der Ladestrom auf Grund der langsam mit dem Ladezustand ansteigenden inneren Akkuspannung im gleichen Maße vermindert. Würde die innere Akku-Spannung gar 7 V erreichen können, würde der Ladestrom praktisch Null werden und die Ladung zum Stillstand kommen. Dazu wäre jedoch eine sehr, sehr lange Zeit nötig, weil die Änderungen immer langsamer vonstatten gehen, je näher wir diesem Ziel kommen.

Konstantladung mit optimaler Spannung

Stimmt die Leerlaufspannung des Ladegerätes mit der (für die jeweilige Temperatur optimalen) Ladespannung des Akkus überein, so kann offensichtlich niemals eine Überladung eintreten, da der Ladevorgang – wie im obigen Beispiel gezeigt wurde - am Ende praktisch von selbst „versiegt“.

Bild Z.5-4 Zeitverlauf bei spannungs- und strombegrenzter Ladung für das betrachtete Beispiel

Diesen schonenden und ungefährlichen Ladebetrieb kann man sehr gut mit einem regelbaren Gleichstromversorgungsgerät (z.B. Peaktech 6080 o.ä. Geräte) durchführen. Dazu stellt man zuerst die optimale Lade-Endspannung des Akkus am Versorgungsgerät ein (s. Bild V.2-3).

Dann – sofern das Gerät über die Strombegrenzungsfunktion verfügt – den maximal zulässigen Ladestrom, indem die Spannungsausgangsbuchsen des Gerätes für die Dauer der Einstellung mit einem Kabel kurzgeschlossen werden. Ist nichts angegeben, gilt als Richtwert ein Zehntel der Amperestundenzahl (gleichbedeutend mit 0,1C), also z.B. 0,5 A bei einer 5 Ah-Batterie.

So „programmiert“ wird das Verorgungsgerät mit dem Akku verbunden. Das Versorgungsgerät mit Strombegrenzungsfunktion senkt die Ladespannung am Anfang automatisch ab, dass das eingestellte Stromlimit gerade nicht überschritten wird. Klettert die Ladespannung schließlich auf den Zielwert, beginnt nun der Ladestrom zu sinken (vgl. Bild Z.5-4). Der Ladevorgang kann beendet werden, wenn der Ladestrom auf etwa 1/50 (gleichbedeutend mit 0,02C) der Amperestundenzahl des Akkus abgesunken ist.

Eine unbegrenzte Weiterführung des Ladevorganges würde jedoch zu keiner Überladung führen.

Konstantladung mit Überspannung (Schnellladung)

Um die Ladezeit abzukürzen, wird bei simplen Ladegeräten die innere Spannung U_L höher als die optimale Ladeendspannung des Akkus gewählt. Dabei fließt von Anfang an ein größerer Ladestrom, die Ladung geht schneller vonstatten, jedoch überschreitet die Ladespannung nach einiger Zeit den optimalen Wert, der Ladestrom geht nicht mehr auf Null zurück. Wird der Ladevorgang bei Erreichen des Lade-Endes weder automatisch noch manuell abgebrochen, kommt es zu einer ernsten, bleibenden Schädigung des Akkus, da die Gasungsgrenze überschritten wird.

Bild Z.5-5 Zeitverlauf bei Schnellladung

In dieser Ladebetriebsart ist unbedingt die Batteriespannung zu überwachen und bei Erreichen der optimalen Ladeendspannung der Ladevorgang abzubrechen. Die mitunter an einfachen Ladegeräten wählbaren Betriebsarten "Motorrad" / "Auto" sind ein Hinweis darauf, dass es sich um Schnellladegeräte handelt, deren Leerlaufspannung für Autobatterien nochmals angehoben wurde, um bei Akkus mit großer Kapazität einen noch größeren Anfangsstrom zu realisieren. Verfügen diese Geräte über keine automatische Abschaltung, ist der Ladevorgang unbedingt mit einem Spannungsmesser zu verfolgen und rechtzeitig manuell abzubrechen.

Erhaltungsladung

Wie der Name schon ausdrückt, geht es darum, der Selbstentladung von Akkus über längere Zeiträume entgegenzuwirken. Geht man von höchstens 10% Selbstentladung pro Monat aus, so entspricht das einem andauernden Entladestrom 0,1C / (24h * 30d) = 0,00014C oder anders ausgedrückt 0,14 mA pro 1 Ah Batteriekapazität. Bei motorradüblichen Akkukapazitäten von 5 ... 15 Ah sind das äquivalente Entladeströme von 0,7 mA ... 2,1 mA.

Um die Selbstentladung mit Sicherheit auch bei einem schlechten Ladewirkungsgrad zu kompensieren, kann man einen höheren Wert wählen. Üblicherweise gilt als ungefährlicher Dauerladestrom I < 0,01C, also maximal 50 mA für die 5Ah-Batterie und 150 mA für die 15Ah-Batterie.

Ein Erhaltungsladegerät mit U_L = 50 V und einem R_L = 3,6 kΩ würde diesen Zweck gut erfüllen. Wir überprüfen die Erhaltungs-Ladeströme

für eine 6V-Batterie

und eine 12V-Batterie

Dieses Erhaltungsladegerät ist somit für beide Akkuspannungen geeignet, unabhängig von der Akkuspannung speist es einen unschädlichen Ladestrom von etwa 10...12 mA in den Akku und kompensiert damit sicher die Selbstentladung. Erhaltungsladegeräte können demzufolge unbegrenzt mit der Batterie verbunden bleiben.

Ladegeräte mit pulsierender Gleichspannung

Es handelt sich hierbei um sehr einfache, allerdings bezüglich des Laderegimes nicht ganz unproblematische Geräte. Meist enthalten sie nur den Netztrafo und eine oder mehrere Gleichrichterdioden zur Ein- bzw. Zweiweggleichrichtung der herab-transformierten Netzwechselspannung. Ein historischer Vertreter ist z.B. der noch oft anzutreffende „Ladefix“ (TYP GL-3-E12-6/6,3Bu), umschaltbar für 6V- und 12V-Akkus.

Im Bild Z.5-6 sind Spannungs- und Stromverläufe qualitativ dargestellt. Im 6V-Regime wurde am Gerät eine Spitzenspannung von Û = 10,4 V gemessen. Beim Anschluss des zu ladenden Akkus kommt es nur dann zu einem Stromfluss, wenn die Spannung des Gerätes die Akkuspannung übersteigt. Die ursprüngliche Spitzenspannung vermindert sich dabei durch die Strombelastung gegenüber dem Leerlauffall (Bild Z.5-6(b)). Eine Überladung ist prinzipiell möglich, da es auch dann noch zu einem Stromfluss kommt, wenn der Akku seine Ladeendspannung erreicht hat.

Bild Z.5-6 (a) Spannungsverlauf ohne angeschlossene Batterie, (b) Spannungs- und Stromverlauf bei angeschlossenem Akku

Das Ladeende muss deshalb unbedingt durch Messung der Akkuspannung kontrolliert werden. Da jedoch einfache Multimeter bei Gleichspannung mit pulsierendem Anteil oft falsche Anzeigen liefern, trennt man besser den Akku für die Messung kurzzeitig vom Ladegerät ab. Ist die optimale Ladeendspannung erreicht, wird der Ladevorgang beendet, ansonsten wird er fortgesetzt. Es ist nicht zu empfehlen, ein solches Ladegerät auf Dauer am Akku zu lassen, weil nicht sicher ist, dass der mittlere Ladestrom nach Ladeende auf eine unschädlichen Wert zurückgeht. In den Betriebsanleitungen angegebene feste Ladezeiten sind mit äußerster Vorsicht zu genießen, da der aktuelle Ladezustand des Akkus dabei völlig unberücksichtigt bleibt.

Ladegeräte mit 2-Punkt-Regelung

Ein Vertreter dieses Typus ist z.B. der UNILADER VOLTCRAFT TYP 18410, welcher u.a. 6- und 12V-Ladung zulässt. Bei ihm kann der Ladestrom zwischen 20 mA und 1,4 A stufenlos vorgegeben werden. Üblicherweise stellt man 0,1C, also ein Zehntel der Amperestundenzahl ein, d.h. das Gerät ist für Akkus mit Kapazitäten zwischen 0,2 Ah und 14 Ah ausgelegt. Akkus mit einer Kapazität >14 Ah können natürlich ebenso geladen werden, es ist lediglich mit einer längeren Ladedauer zu rechnen. Im Bild Z.5-7 ist die Funktion anhand der Zeitverläufe dargestellt. Mit dem voreingestellten Strom wird der Akku zügig bis zur Ladeendspannung U_o aufgeladen, danach wird der Ladestrom elektronisch abgeschaltet. Erst wenn die Klemmenspannung am Akku selbsttätig bis auf eine unteren Spannungsgrenze U_u abgesunken ist, wird der Ladestrom wieder

Bild Z.5-7 (a) Spannungsverlauf ohne angeschlossene Batterie, (b) Spannungs- und Stromverlauf bei angeschlossenem Akku

zugeschaltet. Bei dem untersuchten Gerät wurden gemessen:

U_o = 6,98 V, U_u = 6,35 V bzw. U_o = 13,94 V, U_u = 12,93 V

Da die oberen Schaltpunkte sicher unter der Gasungsgrenze bei Raumtemperatur liegen, kann dieses Gerät beliebig lange am Akku bleiben, ohne dass eine schädliche Wirkung befürchtet werden muss.

Z.6 Elektronischer Blinkgeber 12V (FER GmbH)

Der in den neunziger Jahren von MZ eingesetzte Blinkgeber (Bild Z.6-1) der Firma Fahrzeugelektrik Ruhla GmbH (FER) basiert auf dem speziell für Fahrtrichtungsanzeiger produzierten Temic/Telefunken-Schaltkreis U243B.

Bild Z.6-1 Platine des FER-Blinkgebers

Die Schaltung (Bild Z.6-2) ist als Standardapplikation im Datenblatt des Schaltkreises U243B angegeben und kommt geringfügig abgeändert zum Einsatz.

Bild Z.6-2 Schaltung des FER-Blinkgebers 2/4x10W

Die Kombination C0, R0 bestimmt die Blinkfrequenz. Eine Erhöhung des Widerstandes R0 um x Prozent führt zur Absenkung der Blinkfrequenz um etwa den gleichen Prozentwert und umgekehrt.

Mit Hilfe des Spannungswertes über dem Widerstand R3 wird der Lampenausfall detektiert. Fällt eine der beiden Blinkerlampen (vorn oder hinten) aus, sinkt der Lampenstrom – und damit auch der Spannungsabfall über R3 - zwangsläufig auf 50% des nominellen Wertes. R3 ist nun so bemessen, dass bereits bei einem Wert von weniger als 75% des nominellen Lampenstromes der Taktgenerator die doppelte Blinkfrequenz erzeugt. Da dann auch die Blinkerkontrolllampe mit der doppelten Frequenz blinkt, erhält der Fahrer eine Information über den Fehlerzustand. Diese Signalisierungsfunktion ist aber nur gewährleistet, wenn Glühlampen mit der vorgeschriebenen Leistung 2x10W je Seite eingesetzt werden. Für veränderte Lampenleistung müsste der Widerstand R3 abweichend dimensioniert werden. Die Signalisierungsschwelle ist Schaltkreis-intern mit 80mV vorgegeben.

Der Blinkgeber funktioniert zwar nicht bei verpoltem Anschluss (31 <-> 49), bleibt jedoch intakt. Ebenso führt ein Kurzschluss von 49a nach 31 (Masse) nicht zur Zerstörung des Gebers, so dass eine – wie bei thermo-elektrischen Blinkgebern übliche –

Extra-Absicherung des Blinkkreises nicht notwendig ist.

Die Platine mit teilweise stehend bestückten Bauelementen wird kaum allzu beständig gegen stärkere Fahrzeugvibrationen (z.B. MZ500R o.ä.) sein. Eine nachträgliche Fixierung der Widerstände und des Elektrolytkondensators mit nicht-leitendem Zweikomponentenkleber ist deshalb empfehlenswert.

Z.7 Zündposition: Umrechnung von (° vor OT) in (mm vor OT)

Sind Kolbenhub H und Pleuellänge L bekannt, lassen sich die Werte des Winkels in

° vor OT und die Zündposition in mm vor OT ineinander umrechnen.

In den nachstehenden Formeln bedeuten

H : Kolbenhub in mm (Kurbelwellenradius R = H/2)

L : Pleuellänge in mm ( = Mittelpunktabstand unteres - oberes Pleuelauge)

a : Zündwinkel in °

X : Zündposition vor OT in mm

Zündposition X[mm] in Zündwinkel a[°] umrechnen:

(X ist als positiver Wert einzusetzen!)

Zündwinkel a[°] in Zündposition X[mm] umrechnen:

Für die MZ-Typen ist der Zusammenhang zwischen Vorzündposition und Zündwinkel in den nachfolgenden Tabellen dargestellt. Die jeweils dritte Spalte mit der Bezeichnung

“Abstand auf LiMa-Gehäuse (D=105mm) v.OT“ gibt die Teilungsmaße für den Papierstreifen nach Bild V.7-5 an, wobei ein Lichtmaschinen-Außendurchmesser von D=105mm zu Grunde gelegt wurde..

Hub 58mm Pleuellänge 125 mm IFA RT 125, RT 125/1, MZ 125/2, MZ 125/3 MM 125/1 (ES 125), MM 150 (ES 150) MM 125/2 (ES 125/1, TS 125, ETS 125) MM 150/2 (ES 150/1, TS 150, ETS 150) MM 125/3 (TS 125), MM 150/3 (TS 150) EM 125 (ETZ 125), EM 150.1, EM 150.2 (ETZ 150)
ZZP in mm v.OT	ZZP in ° v.OT	Abstand auf LiMa-Gehäuse (D=105mm) mm v.OT

2.5	21.6	19.8
2.75	22.7	20.8
3	23.7	21.8
3.25	24.7	22.7
3.5	25.7	23.5
3.75	26.6	24.4
4	27.6	25.2
4.25	28.4	26.0
4.5	29.2	26.8

Hub 65mm Pleuellänge 130 mm BK350, MM 175 (ES175), MM 250 (ES250) MM 175/1 (ES175/1), MM 250/1 (ES250/1) MM 175/2 (ES 175/2), MM 250/2 (ES 250/2, ETS 250) MM 250/3 (TS250), MM 250/4 (TS250/1) EM 250 (ETZ250), EM 251 (ETZ251), EM 301 (ETZ301)
ZZP in mm v.OT	ZZP in ° v.OT	Abstand auf LiMa-Gehäuse (D=105mm) mm v.OT

2.5	20.3	18. 6
2.75	21.3	19.5
3	22.2	20.4
3.25	23.2	21.2
3.5	24.1	22.0
3.75	24.9	22.8
4	25.8	23.6

Hub 72mm Pleuellänge 145 mm ES300
ZZP in mm v.OT	ZZP in ° v.OT	Abstand auf LiMa-Gehäuse (D=105mm) mm v.OT

2,6	19,6	18,0
2,8	20,4	18,7
3,0	21,1	19,3
3,2	21,8	20,0
3,4	22,5	20,6

Beim Rotaxmotor Typ 504 wird die drehzahlabhängige Zündposition von der festen Lage zweier Sensorspulen in der LiMa bestimmt. Die Angabe des Zusammenhanges zwischen Zündposition und Zündwinkel hat hier somit rein informativen Charakter.

Hub 79,4 mm Pleuellänge 140 mm Rotax Typ 504 (MZ 500R)
ZZP in mm v.OT	ZZP in ° v.OT	ZZP in mm v.OT	ZZP in ° v.OT

0,03	2	2,2	17
0,07	3	2,5	18
0,12	4	2,7	19
0,2	5	3,0	20
0,3	6	3,3	21
0,4	7	3,7	22
0,5	8	4,0	23
0,6	9	4,3	24
0,8	10	4,7	25
0,9	11	5,1	26
1,1	12	5,5	27
1,3	13	5,9	28
1,5	14	6,3	29
1,7	15	6,7	30
2,0	16	7,1	31

Z.8 Veränderung der Regelspannung bei elektronischen Reglern ohne

Einstellmöglichkeit

Hinweis: Die im Folgenden vorgestellten Varianten zur Spannungserhöhung bzw. -absenkung funktionieren nicht bei allen Typen von elektronischen Reglern. Das betrifft z.B. solche, die Batteriespannung für ihre Funktion benötigen oder ein anderes Anschlussschema aufweisen.

a. Absenkung im 6-V-System (Gleichstrom-LiMa)

Die Leistungsdiode D1 im Bild Z.8-1 senkt die Bordspannung um ihre sogenannte Flussspannung ab, welche bei Si-pn-Dioden etwa 0,9 V und bei Schottkydioden etwa 0,5 V beträgt. Mit Scheinwerfer, Rücklicht, Zündung und etwas Ladestrom für die Batterie kommt man in 6-V-Systemen auf rund 10 A Strom, den die LiMa im Mittel liefern muss. Die abzuführende Wärme von Diode D1 beträgt bei10 A demzufolge 9 W bzw. 4 W, was eine gut leitende thermische, aber elektrisch isolierte Montage der Diode an einem geeigneten Rahmenteil erfordert.

Es gibt eine Vielzahl von Dioden, die für diesen Zweck geeignet sind, z.B.:

Si-pn-Diode: MUR3020PT (0,9 V bei 10 A, max. Strom 30 A)

Schottky-Diode : MBR6045WT (0,5 V bei 10 A, max. Strom 60 A)

Bild Z.8-1: Spannungsabsenkung mit Diode D1 im 6-V-System

Sieht man über der Diode D1 einen Schalter S vor, kann sie für den Winterbetrieb bei Minusgraden kurz geschlossen werden. Man erhält dann wieder die ursprüngliche, höhere Reglerspannung.

b. Anhebung im 6-V-System (Gleichstrom-LiMa)

Eine Spannungserhöhung ist möglich, wenn der Regler eine verringerte LiMa-Spannung „sieht“, so dass er die Bordspannung um genau diesen Betrag erhöht. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten, die in Bild Z.8-2 a) und b) dargestellt sind.

Variante a) - nach einem Vorschlag von torbiaz (MZ-Forum.com) - kommt mit einer Zusatzdiode D1 in der Masseleitung aus. Voraussetzung ist, dass der Regler isoliert montiert ist, d.h. die Reglermasse darf nicht mit Fahrzeugmasse verbunden sein.

Variante a) ist verlockend einfach, jedoch nicht ganz unproblematisch, da die LiMa zum Start eine um die Flussspannung von D1 höhere Spannung mit dem in ihr verbliebenen (remanenten) Magnetismus erzeugen muss, um den Regler zu initialisieren. Evt. tritt die Initialisierung erst nach einer kurzen Drehzahlerhöhung ein. Verlischt die Ladekontrolle jedoch nicht, ist die Spannungsanhebung mit dieser Methode nicht möglich. Die praktische Erprobung muss zeigen, ob es im konkreten Einsatzfall Probleme gibt oder nicht. Für D1 wird eine 3-A-Diode in den meisten Fällen ausreichend sein.

Bild Z.8-2: Spannungserhöhung mit Diode D1 im 6-V-System

Bei Variante b) bleiben Regler- und Fahrzeugmasse verbunden. Nachteilig ist allerdings, dass die im Regler enthaltene Rückstromdiode DR durch eine externe Diode D2 ersetzt werden muss.

D2 muss den Bordstrom verkraften, sie ist demzufolge sicherheitshalber für 30 A (oder mehr) auszulegen. Durch D1 fließen Regler-Betriebsstrom plus Feldstrom, also 2 ... 4 A, so dass ein 10-A-Diodentyp ausreichend ist. Welche Spannungserhöhung zustande kommt, hängt von den eingesetzten Dioden D1, D2 und der außer Betrieb gesetzten DR ab. War die interne Rückstromdiode z.B. ein pn-Typ, so bewirkt allein ihr externer Ersatz durch einen Schottkytyp eine Erhöhung um etwa 0,5 V. Insofern ist es am einfachsten, die gewünschte Spannungserhöhung durch „intelligentes Probieren“ mit verschiedenen Diodentypen (pn- bzw. Schottkydioden) zu ermitteln.

c. Absenkung im 12-V-System (Drehstrom-LiMa)

Prinzipiell lässt sich eine Absenkung wie bei der 6-V-Gleichstrom-LiMa durch eine Leistungsdiode zwischen B und dem Pluspol der Batterie erreichen.

Eine interessante Lösung geht auf eine Idee von beres (MZ-Forum.com) zurück (s. Bild Z.8-3). Über die 3 Dioden der Gleichrichterplatte, die mit ihren Katoden zur Klemme 61 zeigen, werden „Huckepack“ die Schottkydioden D1, D2 und D3 aufgelötet.

Bild Z.8-3: Spannungsabsenkung mit zusätzlichen Schottkydioden (rot) auf der

Gleichrichterplatte des 12-V-Systems

Hinsichtlich der Baugröße und der Eigenschaften eignet sich der Typ SBM1045VSS (0,30 V bei 1 A) sehr gut. Die überbrückten Dioden SY351 (0,88 V bei 1 A) sind danach wirkungslos und können verbleiben.

Man muss wissen, dass in der originalen ETZ-Elektrik der 12-V-Regler die Spannung an der Klemme 61 regelt und nicht (!) an D+/B! Die geringeren Flussspannungen der drei zusätzlichen Schottkydioden bewirken somit bei unveränderter Spannung an der (61) ein Absinken der Spannung an D+, so dass - grob gerechnet - eine Differenz von

0,88 V – 0,30 V = 0,58 V zustande kommt. Im praktischen Test sank die Spannung nur um 0,45 V, was daran liegt, dass die Dioden in der Wechselstrombrücke von stark veränderlichen Strömen durchflossen werden aber die angegebenen Flussspannungen für reinen Gleichstrombetrieb gelten.

Der Vorteil dieser Schaltung ist, dass keine speziellen thermischen Maßnahmen für die ergänzten Bauelemente nötig sind und der Umbau denkbar einfach ist. Allerdings lassen sich Spannungsabsenkungen um mehr als ein halbes Volt mit diesem Prinzip nicht erreichen, da die Flussspannung der SBM1045VSS höchstens noch um 0,1 V von anderen Diodentypen unterboten wird, deren Bauform allerdings wesentlich unhandlicher ist. Für stärkere Absenkungen empfiehlt sich die Kombination dieser mit der eingangs erwähnten Methode.

Werden die Katoden von D1, D2 und D3 zunächst für sich zusammengeführt, besteht auch hier die Möglichkeit, die Verbindung zur Klemme 61 der Gleichrichterplatte über einen Schalter nach Bedarf herzustellen und so praktisch zwischen Sommer- und Winterbetrieb umzuschalten.

d. Anhebung im 12-V-System (Drehstrom-LiMa)

Prinzipiell lässt sich eine Anhebung der Spannung genauso wie bei der 6-V-Gleichstrom-LiMa entweder durch eine zusätzliche Diode D1 vor der Klemme 61 des

12-V-Reglers (s. Bild Z.8-4) oder in dessen Masseleitung realisieren. Dies erfordert einen 10-A- bzw. 1-A-Typ. Da die oberen Dioden der Wechselstrom-Gleichrichterbrücke gleichzeitig als Rückstromdioden dienen, sind keine weiteren Elemente erforderlich. Für D1 können zum Erreichen der gewünschten Spannungserhöhung pn- oder Schottkydioden oder Kombinationen daraus in Reihenschaltung eingesetzt werden. Über D1 kann auch hier ein Schalter zum Wechsel zwischen Normalbetrieb und Betrieb mit erhöhter Spannung vorgesehen werden.

Bild Z.8-4: Spannungsanhebung mit Diode D1 im 12-V-System (Variante b)

Praktische Tipps für die Auswahl der Dioden

Bei der Auswahl von Dioden aus dem unüberschaubaren Produktspektrum für die oben vorgestellten Modifikationen kann man davon ausgehen, dass die Flussspannung bei gegebenem Strom desto kleiner ausfällt, je größer der maximal zulässige Strom für die Diode ist. Dieses Verhalten liegt in der unterschiedlichen Chipfläche begründet.

Mit ansteigender maximaler Sperrspannung ist innerhalb eines Typs tendenziell ein Ansteigen der Flussspannung bei gegebenem Strom verbunden. Eine Ursache dafür ist die üblicherweise schwächere Dotierung, welche eine breitere Sperrschicht und hochohmigere Bahnwiderstände bewirkt. Werden kleine Flussspannungen gefordert, sollte die maximale Sperrspannung so klein wie möglich gewählt werden. Werden Dioden unter 200 V Sperrspannung eingesetzt, sollte für den sicheren Betrieb zwischen D+ und Masse ein Glättungskondensator von 2,2 ... 3,3 µF /250V vorgesehen werden, um zu sichern, dass Spannungsspitzen im Bordnetz keinen Schaden an den Dioden anrichten.

Halbleiterdioden besitzen im Durchlassbereich eine exponentielle Kennlinie. Eine Stromverdopplung bewirkt eine Spannungserhöhung um 18 mV, eine Verzehnfachung des Stromes stets um 60 mV. Umgekehrt bedeuten Halbierung bzw. ein Zehntel des Stromes eine Spannungssenkung um 18 mV bzw. 60 mV.

Z.9 Messprotokoll Bordnetz 6 V

Fahrer: MZ/Bj.: Datum:

Messpunkte A bis L frei zugänglich?

Unterbecherkontakt geschlossen?

Batterie in Ordnung und voll geladen?

(a) (b)

MP	[mV]		[mV]	Verantwortliches Element
		A		Kabelverbindung von Batterie-Plus zur Plus-Sicherung Si2 (Ziel: <40mV)
A
		B-A		Plus-Sicherung Si2 einschließlich Sicherungskontakte (Ziel: <150mV)
B
		C-B		Kabelverbindung von Si2 zum Zündlichtschalter (30) (Ziel: <100mV)
C
		D-C		Zündlichtschalter zwischen (30) und (15/54) (Ziel: <150mV)
D
		E-D		Kabelverb. vom Zündlichtschalter (15/54) zur Zündspule (15) (Ziel: <80mV)
E
			%%%%	E+F = Spannungsverlust über alles: mV (Ziel: <800mV)
F
		F-G		Kabelverbindung von U-Kontakt zur Zündspule (1) (Ziel: <50mV)
G
		G-H		U-Kontakt (Ziel: <150mV)
H
		H-K		Massekabel von Si1 zum Masseanschluss in der Lichtmaschine (Ziel: <80mV)
K
		K-L		Minus-Sicherung Si1 einschließlich Sicherungskontakte (Ziel: <150mV)
L
		L		Kabelverbindung von Batterie-Minus zur Minus-Sicherung Si1 (Ziel: <40mV)

Literaturverzeichnis

[1]

Autorenkollektiv: Reparaturhandbuch für die MZ-Motorräder ES125 und ES150

2. Auflage, VEB Fachbuchverlag Leipzig, Redaktionsschluss 15. 2. 1967

[2]

Neuber, Heinz; Müller, Karlheinz: Wie helfe ich mir selbst? MZ-Motorräder

1. Auflage, VEB Verlag Technik Berlin, 1981

3. Auflage, VEB Verlag Technik Berlin, 1988 (ISBN 3-341-00472-6)

[3]

http://www.elweb.info/projekte/dieterwerner/AKKU1A1.pdf

http://www.elektrotec-berlin.de/download/de/A200dt.pdf

sowie weitere im Juli 2008 bereits nicht mehr aktive Links

[4]

Reparaturhandbuch Type 348

Bombardier-Rotax GmbH, Motorenfabrik, Gunskirchen (Österreich), Ausgabe 1988

[5]

Blöcker, Joachim; Neyderek, Franz: Kfz-Elektrik

6. bearbeitete Auflage, transpress VEB Verlag für Verkehrswesen Berlin, 1988

[6]

Quelle: www.vision-batt.com

[7]

Reparaturhandbuch für die MZ-Motorräder ETZ125, ETZ150 und ETZ251

Fachbuchverlag Leipzig 1989 bzw. Reprint als 1. Auflage im Welz-Verlag Berlin 1998

[8]

Reparaturanleitung (Fahrgestell) Saxon 500, Fun, Tour, Country, Silverstar

Motorrad- und Zweiradwerk GmbH, Juli 1995

Z.4.1 Eigenschaften des Reglerschaltkreises L9480

Z.4.3 Einbau ins Bordnetz und Verhalten

Bild V.7-1: Lichtmaschine 6V/60W mit Unterbrecherzündung

Prüfspannung nach ECE R37

Z.4.3 Einbau ins Bordnetz und Verhalten

Bild Z.4-5: Umrüstung von elektromechanischem Plus-Regler auf Minus-regelnden Schaltkreis L9480 bei der ETZ.(a) Originalschaltung, (b) integr.elektron. Schaltregler

Tabelle Z.4-6: Spannungswerte in Abhängigkeit von Last und Drehzahl für L9480

Zusammenfassung

Z.5 Batterieladegeräte und ihre Eigenschaften

Bild Z.5-1: Elektrisches Modell eines Akkus bzw.einer Batterie (Begriff: Technische Spannungsquelle)

Bild Z.5-2: Elektrisches Modell eines konventionellen Gleichspannungs-Ladegerätes

Bild Z.5-3: Batterie-Ladung mit einem Gleichspannungs-Ladegerät

Bild Z.5-4 Zeitverlauf bei spannungs- und strombegrenzter Ladung für das betrachtete Beispiel

Bild Z.5-5 Zeitverlauf bei Schnellladung

Bild Z.5-6 (a) Spannungsverlauf ohne angeschlossene Batterie, (b) Spannungs- und Stromverlauf bei angeschlossenem Akku

Bild Z.5-7 (a) Spannungsverlauf ohne angeschlossene Batterie, (b) Spannungs- und Stromverlauf bei angeschlossenem Akku

Z.6 Elektronischer Blinkgeber 12V (FER GmbH)