Die Drehstromlichtmaschine im Trabant 601

Weitere wichtige Infos

Seit Oktober 1983 wird der P 601 mit 12-V-Anlage ausgeliefert. Herzstück des 12-V-Bordnetzes ist die Drehstromlichtmaschine (DLM) mit elektronischem Regler, auf deren Eigenschaften und Besonderheiten hier etwas ausführlicher eingegangen werden soll. Zum Einsatz kommt die weiterentwickelte Type 8042.421/6 mit elektronischem Regler 8142.5/1 (Bild 1), die folgende technischen Parameter aufweist:

Der Wert von 14,1 V ergibt sich aus der optimalen Batterieladespannung von 2,35 V/Zelle. Änderungen durch Temperaturschwankungen am Regler können vernachlässigt werden. Durch Belastungs- und Drehzahländerung sind Spannungsänderungen von bis zu -300mV möglich. Damit sind am DLM - Ausgang gemessene Spannungswerte zwischen 14,3 und 13,6 als normal anzusehen. Mess- und Ablesegenauigkeit der Geräte sind dabei nicht berücksichtigt. Zum Vergleich: Die Abweichungen des elektronischen Reglers, der bis Juni 1981 serienmäßig im Wartburg 353 eingesetzt war und für einen Kontaktregler bereits einen eingeschränkten Toleranzbereich hatte, betrugen -0,4 V bis +0,8 V bei 13,7 V geregelter Spannung und 5 A Generatorstrom.

Bedingt durch die andere Anbauanlage (Bild 2) unterscheidet sich die für den Trabant vorgesehene Type von der im Wartburg 353 eingesetzten DLM 8042.401/2. Sie ist an drei statt an zwei Punkten befestigt, am zusätzlichem Befestigungspunkt zusätzlich mit einer Silentbuchse. Durch die gewählte Ausführung werden Schwingungen und Stöße wirksam gedämpft sowie eine einwandfreie Keilriemenflucht und damit eine hohe Keilriemenlebensdauer sichergestellt. Sie hat eine Staubkappe und eine verstärkte antriebsseitige Lagerung mit speziellen Abdichtungsmaßnahmen (maximale Fettfüllung mit SWC 423 und abnehmbare mitdrehende Abdeckscheibe aus Blech), da die DLM starkem Einflüssen von Spritz- und Tropfwasser ausgesetzt ist. Auf Grund dieser Ausführung sind das antriebsseitige Schildlager und der Rotor nicht mit denen anderer DLM - Typen austauschbar! Sie hat auch eine niedrigere Leerlaufdrehzahl (Drehzahl, bei der die Generatorspannung erreicht wird), die auf die niedrigere Motorleerlaufdrehzahl des Trabant abgestimmt wurde, um die Batterieladung bei Stadtfahrt unter allen Witterungs- und damit Belastungsbedingungen zu sichern.

Gegenüber der bisher im Trabant 601 eingesetzten6-V-Gleichstromlichtmaschine bietet die 12-V-DLM folgende Vorteile: Bei 20 Prozent weniger Masse steht etwa die doppelte Maximalleistung gegenüber der Gleichstromlichtmaschine zur Verfügung. Damit sind Voraussehungen für den störungsfreienBetrieb energieintensiver Dauerverbraucher wie Zusatzscheinwerfer und Heckscheibenheizung unter allen denkbaren Betriebsbedingungen gegeben. Erscheinungen von Batterieunterladung sind unter diesen Bedingungen als Hinweise auf einen Defekt in der Stromversorgungsanlage zu betrachten. Die Leerlaufdrehzahl der Lichtmaschine ist nahezu um die Hälfte geringer, so dass bereits bei Motorleerlauf mehr elektrische Energie zur Verfügung steht, als die Batterie als Restladestrom aufnehmen kann.

Durch ein anderes Konstruktionsprinzip (Spannung wird im ruhenden Teil der Maschine induziert und Leistung dort abgenommen), ist das hochbelastete Kommutierungssystem nicht mehr vorhanden. Da nur der verhältnismäßig geringe Erregerstrom von maximal 2,5 A über Bürsten und Schleifringe übertragen werden muss, erhöhen sich die Lebensdauer dieser Bauteile und damit die wartungsfreie Zeit für die DLM.

Der elektronische Regler mit Hybridschaltkreis (Hersteller: VEB Elektrosch Altgeräte Dresden) erreicht gegenüber dem bisher verwendeten elektromechanischen System etwa die zweifache Lebensdauer. Gleichzeitig entfallen alle Wartungs- und Justierarbeiten, da keine Schaltkontakte mehr vorhanden sind. Die optimale Batterieladespannung von 14,1 V, die vom elektronischen Regler alterungsbeständig vorgegeben wird, gewährleistet bei ordnungsgemäßer Pflege im Durchschnitt eine um 30 Prozent höhere Batterielebensdauer.

Zur Funktion der DLM

Die Drehstromlichtmaschine ist ein dreiphasiger Innenpolsysnchrongenerator mit nachgeschaltetem Siliziumgleichrichter in Drehstrombrückenschaltung, der die in den Wicklungen des Stators induzierte Wechselspannung in eine Gleichspannung mit geringem Oberwellengehalt umformt. Die Erregerleistung wird über Schleifringe der rotierenden Erregerwicklung des Klauenpolläufers (Rotor) zugeführt. Als Energiespannung wird bei dieser DLM die Außenleiterspannung verwendet, die über die drei zusätzlichen Dioden SY 360 abgenommen wird. Diese Dioden bilden mit den drei minusseitigen Hauptdioden eine zweite Gleichrichterbrücke. Es ist eine Eigenart des Synchrongenerators, dass sowohl die induzierte Spannung, als auch der induktive Widerstand der Wicklungen linear mit der Drehzahl steigen. Dieser Eigenart verdankt die DLM ihre für den praktischen Einsatz vorteilhafte Strombegrenzung.

Die Zusammenschaltung von DLM und Regler einschließlich der Ladekontrolle ist in Bild 3 dargestellt. Da die DLM bei wechselnden Last- und Drehzahlverhältnissen allein nicht in der Lage ist, eine konstante Ausgangsspannung abzugeben, kann sie nur mit einem Spannungsregler betrieben werden, der über den Erregerstrom die Ausgangsspannung der DLM beeinflusst. Beim elektronischen Spannungsregler wird von einem Schwellenwert ein Leistungstransistor angesteuert, der den Erregerstrom periodisch zu- und abschaltet. Bei einem solchen Schalterbetrieb wird gleichzeitig die Wärmeentwicklung im Regler gering gehalten.

Bei geöffnetem Anlagenschalter (Zündschalter) ist der Regler und damit auch die Erregerwicklung der DLM von der Batterie getrennt. Schließt man den Anlagenschalter, wird der Leistungstransistor des Reglers angesteuert, und die Kontrolllampe leuchtet auf, da ein Strom zur Vorerregung von der Batterie über Kontrolllampe, Leistungstransistor und Erregerwicklung fließt. Dreht sich der Rotor der DLM, so wird in der Statorwicklung eine Spannung induziert, und die Spannung an Klemme 30 steigt an. Der Regelvorgang geht wie folgt vonstatten (Bild 4):

Erreicht die Ausgangsspannung des oberen Schwellwert, unterbricht im Regler der Schwellwertschalter den Basisstrom des Leistungstransistors. Der Transistor sperrt bzw. unterbricht den Stromfluss durch die Erregerwicklung. Damit beim Abschalten des Erregerstroms die in der Erregerwicklung gespeicherte Energie keine induktiven Spannungsspitzen hervorruft, ist parallel zur Erregerwicklung eine sogenannte Freilaufdiode geschaltet. Sinkt die Ausgangsspannung auf den unteren Schwellwert, steuert der Schwellwertschalter den Lastungstransistor auf, womit wieder ein Erregerstrom fließt und die Ausgangsspannung der DLM bis zum oberen Schwellwert ansteigt, wo dieser Zyklus von neuem einsetzt.

Die bei dieser Regelung noch vorhandenen Schwankungen der DLM - Ausgangsspannung bleiben ohne Bedeutung für die Batterie und die angeschlossene Verbraucher. Die Kontrolllampe verlischt, wenn die Potentiale der Anschlussklemmen D+ und 30 gleich sind, also in dem Moment, wenn die DLM - Ausgangsspannung das Batteriepotential erreicht hat. Bereits ein Glimmen der Ladekontrollleuchte deutet auf Ausgleichsströme zwischen Klemme D+ und Klemme 30 und damit auf fehlerhaftes Arbeiten der Anlage hin.

Obwohl an die DLM wegen ihrer selbstbegrenzenden Drehzahlcharakteristik eine beliebig große Batterie bzw. beliebig viele andere Verbraucher angeschaltet werden können, ohne ein Überlastung der Lichtmaschine befürchten zu müssen, ist es im Interesse der vollen Wirksamkeit der Stromversorgungsanlage unbedingt nötig, die Lichtmaschine mit dem Regler, die Batterie und installierte Dauerverbraucher aufeinander abzustimmen. So ist in jedem Belastungszustand eine bestimmte Drehzahl erforderlich, damit die Generatorspannung (14 V) erreicht wird. Dieser Zusammenhang kann für jeden Belastungsfall experimentell ermittelt werden und in der Strom-Drehzahl-Kennlinie dargestellt werden (Bild 5).

Wartungsarbeiten

Da die Wartungsintervalle von den Bürstenstandzeiten bestimmt werden, ist eine Verschleißkontrolle in Abständen von etwa 50000 km zu empfehlen. Bei Unterschreitung der Bürstenrestlänge von 9 mm sind die Bürsten auszutauschen. Die Lager erreichen die Nutzungsdauer der DLM wartungsfrei. Das Lager 6303-Z der DLM 8042.42/6 kann nachgefettet werden, da die antriebsseitige Dichtscheibe abnehmbar ist. Zur Bewertung der Bürstenrestlänge sind die zwei Muttern M 5 und die Federscheibe, mit denen der Regler befestigt ist, zu entfernen und der Regler nach der Abnahme des flexiblen Anschlusses (D+) von der Flachsteckfahne der DLM abzuziehen. Danach werden die Muttern M 5 auf den Stiftschrauben gelockert und die Stiftschrauben mit Unterlegscheiben und Muttern demontiert. Der Bürstenhalter ist dabei auszudrücken, damit ein Verkanten durch den Bürstendruck beim anschließenden Herausnehmen des Bürstenhalters vermieden wird. Darauf ist ebenfalls beim Wiedereinbau besonders zu achten. Nach dem Herausnehmen wird durch die seitlichen Schlitze des Bürstenhalters die Bürstenrestlänge beurteilt. Für die Schleifringrundung ist etwa 1 mm abzuziehen, für eine exakte Messung müssen die Bürsten ausgelötet werden. Der Einbau erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Vor dem Aufsetzen des Reglers ist zu prüfen, ob die Bürsten beim Einbau nicht durch die Federn aus den Führungen herausgedrückt worden sind.

Bei Pflegemaßnahmen ist eine Abdeckung der DLM zu empfehlen, damit keine Pflegemittel eindringen und sich an den Schleifringen und Bürsten ablagern können. Auf keinen Fall soll der Wasserstrahl direkt auf die DLM gerichtet werden. Bei Fahrzeugdurchsichten sollten auch der Festsitz der elektrischen Anschlüsse, der Halterung der DLM und die elektrischen Leitungen auf mechanische Beschädigung kontrolliert werden.

Treten Geräusche auf, müssen zunächst die DLM, ihre Halterung, die Keilriemen- und Lüfterscheibe auf Festsitz geprüft werden. Liefern diese Untersuchungen kein Ergebnis, ist der Keilriemen abzunehmen und die DLM mehrfach von Hand zunächst langsam, dann beschleunigt nach beiden Richtungen durchzudrehen. Dabei ist ein harter Lauf der Kugellager oder Bürstengeräusche einwandfrei feststellbar. Zur weiteren Fehleranalyse kann der Motor max. 10 s ohne DLM und sonstige Aggregate betrieben werden. Liefern alle diese Untersuchungen keine Ergebnisse bzw. treten offensichtlich magnetische Geräusche auf, ist der DLM elektrisch zu überprüfen. Ein Lagerwechsel darf grundsätzlich nur in einer Werkstatt bzw. mit geeigneten Werkzeugen (Abzieher, Aus- und Einpressvorrichtung) vorgenommen werden.

Nachträgliche Einbauten

Die DLM schützt sich gegen elektrische Überlastung selbst, so dass diese - oftmals zunächst unbemerkt - zu Lasten der Batterieladung geht. Bei Einhaltung der StVZO bezüglich An- und Einbau bz. Betrieb zusätzlicher elektrischer Verbraucher ist eine elektrische Überlastung nicht zu befürchten. Werden jedoch Zusatzverbraucher mit starken Induktivitäten (Elektromagneten) nachgerüstet,die nicht im Angebot des Kombinates Fahrzeugelektrik Ruhla enthalten sind, kann der elektronische Regler durch Induktivstöße zerstört werden. In solchen Fällensollten diesem Verbraucher ebenfalls eine Gleichrichterdiode (Freilaufdiode) parallel geschaltet werden.

Beim nachträglichen Einbau eines Autosupers ist der Anschluss 30 der DLM mit einem Entstörkondensator 2.5 ¾F zu beschalten. Zur Befestigung desKondensators befindet sich ein Gewindeloch M 4 im schreifringseitigen Schildlager.

Mögliche Störungen

Fehler in der Ladeanlage machen sich zum größten Teil im Verhalten der Ladekontrolllampe und beim Ladezustand der Batterie bemerkbar. Die Tabelle gibt einen Überblick über die Fehlererscheinungen und nennt die dafür in Frage kommenden Störungsursachen. Einige Defekte lassen sich auch ohne Demontage mit einem Durchgangsprüfer (Prüffix oder Prüflampe mit Fahrzeugbatterie als Spannungsquelle) oder einem Widerstandsmessgerät (z.B. Vielfachmesser mit Widerstandsmessbereich) erkennen. Eine Prüfung mitVielfachmesser und Spannungsquelle ist ebenfalls möglich.

Bei einer Unterbrechung im Erregerkreis bzw. bei einem Reglerdefektsind Durchgangsprüfungen zwischen dem Anschluss D+ und Masse ratsam. Leuchtetdabei die Prüflampe nicht auf, kann der Regler demontiert und der Durchgangzwischen den Steckfahnen geprüft werden. Leuchtet jetzt die Prüflampe, ist derRegler zu wechseln, ansonsten wird der Bürstenhalter demontiert und überprüft.Dann kann der direkte Durchgang zwischen den Schleifringen bzw. den Lötanschlüssender Erregerwicklung kontrolliert werden.

Nach der Demontage der DLM lassen sich nach Lösen der und Auftrennender elektronischen Verbindungen an den Schrauben U, V, W des schleifringseitigenSchildlagers folgende Prüfungen vornehmen:

Prüfung des Stators auf Durchgang bzw. Masseschluss; Prüfen derErregerdioden SY 360 auf Durchlass- und Sperrverhalten; Prüfen der Dioden SY170 auf Durchlass- und Sperrverhalten; Prüfen der Dioden SY 171 auf Durchlass-und Sperrverhalten.

Zur Prüfung des Durchlass- und Sperrverhaltens wird nacheinander derStromfluss in beiden Richtungen kontrolliert. Mit diesen einfachen Mittelnlassen sich die häufigsten Fehler ermitteln. Steht ein Widerstandsmessgerätzur Verfügung, kann auf diese Weise (oder durch Strom- und Spannungsmessung)noch der Widerstand der Erregerwicklung überprüft werden. Ein Windungsschlussdes Stators ist nur mit einem speziellen Prüfgerät oder durchOszillographieren im Betrieb festzustellen. Ein Phasenschluss kann nachAuftrennen des Sternpunktes mit einer Durchgangsprüfung zwischen zwei Phasenermittelt werden.

Um Fehler von vornherein zu vermeiden und den hohen Gebrauchswert möglichstlange zu erhalten, ist es notwendig, im praktischen Umgang die Besonderheitender DLM zu berücksichtigen, die vor allem aus den Eigenschaften dereingesetzten Halbleiter-Bauelemente resultieren, Manche Arbeiten am Fahrzeugoder an der elektrischen Anlage, die eine Gleichstromlichtmaschine und ihrenelektromechanischen Regler in keiner Weise beeinflussen, können dieGleichrichterdioden der DLM und die Transistoren des elektronischen Reglersbereits zerstören. Deshalb sind bestimmte Betriebsvorschriften einzuhalten (gemäßApplikationsschrift des VEB Elmo Großenhain).

Betriebsvorschriften

Das System der DLM - Regler darf grundsätzlich nur mit angeschlossenerBatterie betrieben werden. Bleibt die DLM gering belastet (I<= 5 A) und sindSchalthandlungen ausgeschlossen (z.B. Notbetrieb bzw. Prüfarbeiten), könnenAusnahmen zugelassen werden. Beim Austausch oder Einbau von Batterien istunbedingt auf die richtige Polarität zu achten.

Ein Polarisieren nach dem Einbau ist bei der DLM nicht erforderlich.Gibt die DLM nach der Inbetriebsetzung auch bei Drehzahlerhöhung keinen Stromab, kann verloren gegangene Remanenz die Ursache sein. Durch Herstellen einerprovisorischen Verbindung zwischen den Anschlüssen 30 und D+ wird die DLM indiesem Falle kurzzeitig fremderregt. Zeigt diese Maßnahme keinen Erfolg, isteine elektrische Prüfung erforderlich.

Bei stehendem Motor und eingeschalteter Zündung tritt keinerlei Beschädigungvon DLM und Regler ein, denn die thermische Belastung durch den von derLadekontrollleuchte begrenzten Strom ist vernachlässigbar klein.

Bei geringen Drehzahlen schaltet der elektronische Regler mit kleinerFrequenz und größerer Amplitude, so dass Helligkeitsschwankungen auftreten können,die jedoch bei Drehzahlerhöhungen (normaler Betrieb) verschwinden und keineFunktionsstörung darstellen.

Der Spannungsabfall zwischen DLM und Batterie darf eine Größe von 0,3V bei 2/3 Imax. (28 A) nicht überschreiten. Bei Verdacht auf zu hoheRegelspannung kann nach Abziehen des flexiblen Anschlusses D+ des Reglers vonder DLM die Fahrt auf Batteriebetrieb fortgesetzt werden.

Beim Nachladen von Batterien im Eingebauten Zustand sind bei Verwendungvon Ladegeräten typgeprüfter Bauart keine zusätzlichen Maßnahmenerforderlich. Bei der Ladung über die Handlampensteckdose ist der Ladestromentsprechend dem verlegten Querschnitt und der vorhandenen Sicherung (in derRegel maximal 8 A) zu dimensionieren. Anlasshilfen dürfen nur dann eingesetztwerden, wenn die DLM auf eine Batterie arbeitet.

Bei Elektroschweißarbeiten ist die Batterie vom Bordnetz zu trennen.Der Anschluss D+ soll vorsichtshalber von der DLM entfernt werden.

Bei Kontrollarbeiten an der DLM und am Regler sind die Messinstrumentemit festen Verbindungen anzuschließen. So genannte Klips sollten nicht verwendetwerden, da sie beim Abfallen Lichtmaschine und Regler gefährden können. Ein Prüfenauf anliegende Spannung durch Berühren des Massepotentials mit einer spannungsführendenLeitung ist nicht zulässig. Für Isolationsprüfungen im Fahrzeug dürfen nurPrüfgeräte mit Gleichspannungen bis 20 V verwendet werden. Ein Einsatz vonWechselstrom - Kurbelinduktoren ist nicht zulässig.

Zur Sicherung eines stabilen Motorleerlaufes unter allenBetriebsbedingungen ist zur Leelaufeinstellung des Vergasers die DLM elektrischzu belasten (Zündung plus Hauptscheinwerfer).

Dipl. Phys. Ulrich Tittmann VEB Elektromotorenwerk Großenhain

Quelle: DER DEUTSCHE STRASSENVERKEHR 1/1984

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