Unsere Kohlen...

"Wie lange halten eigentlich unsere Kohlen im Dynastart?“ Eine Frage, die wohl jeder Heinkler schon einmal gestellt oder gehört hat.

Man möchte also wissen, nach wie vielen gefahrenen Kilometern diese Kohlebürsten ausgetauscht werden sollten oder müssten. Vermutlich wird in diesem Zusammenhang vorwiegend an die ‚Rote Lampe’, unsere Ladekontrollleuchte, gedacht. Also an plötzlich leere Bordakkus.

Ich betrachte hier unsere BOSCH-Anlagen. Etwas näher hingeschaut, bringt das nicht oder zu spät erkannte ‚Ende-der Kohle’ auch eine sehr unschöne Folge für die Technik mit sich. Die eingepresste Stromlitze beginnt auf den Kollektor zu drücken und wird ihn damit beschädigen. Der Kollektor lässt sich jedoch nicht beliebig oft abdrehen. Die Stärke der Lamellen an der Lauffläche beträgt nur etwa 3 mm.

Kollektor-/Rotorschnitt
Bild: Kollektor-/Rotorschnitt

In diesem Stadium wird die Ladekontrolle noch nicht leuchten und die Batterieladung funktioniert immer noch.

Zum Schutz des Kollektors bietet sich nun eine Federwegbegrenzung an. Im Vorwege hatte ich eine Anzahl Druckfedern der alten, originalen Kohlebürsten ausgemessen. Es sind dies die Originalkohlen mit einer noch textilartigen Ummantelung der Stromlitze.

Das Ausmessen auch der neuen, heute üblichen, Druckfedern zeigte, dass zwischen beiden ein nicht unerheblicher Unterschied besteht. Im Drahtdurchmesser und damit verbunden auch in der Federkraft.

  • Druckfeder alt-original: Pianodraht 0,45 mm Drm
  • Druckfeder neu: Pianodraht 0,5 mm Drm

Es waren also verschiedene Federkonstanten ‚R’ zu erwarten. Mit einer simplen Vergleichsvorrichtung und einer neuen Kohle, 16,5 mm lang, konnte ich folgende mechanischen Kräfte bzw. Druck auf die Unterlage grob ermitteln:

Feder alt-original:

  • ~ 3 mm über Kohlehalter herausstehend: ~ 640 gramm
  • ~ 10 mm ü. Kohlehalter herausstehend: ~ 280 gramm

Feder neu:

  • ~ 3 mm über Kohlehalter herausstehend: ~ 750 gramm
  • ~ 10 mm ü. Kohlehalter herausstehend: ~ 220 gramm

Die Zwischenwerte ergaben eine relativ lineare Kennlinie.

Im Normalzustand / Normalbetrieb sind die oben genannten ~3 Millimeter der durchschnittliche Abstand zwischen Kohlehalter und dem -nicht abgedrehten- Kollektor.

Die o.g. ~10 mm sind das Maß, an dem die Stromlitzeneinpressung gerade etwa 1 mm über der Kante des Kohlehalters zu erkennen ist.

Also sind’s noch ca. ‚Zwei Millimeter bis Buffalo’.

Da der frühere geringere Federdruck - die minimale Alterung lass ich hier einmal unter die Heinkel-Werkbank fallen - offenbar für einen Normalbetrieb ausreichte, kann stark vermutet werden, dass er zu einem geringeren Verschleiß der Bürsten sowie des Kollektors beigetragen haben könnte. 
Es mögen noch viele Original-Rotoren hier und da herumliegen zum Austausch eines defekten. Aber auch diese Menge ist leider endlich.

Vor Monaten hatte mir eine sehr zugängliche Fachfirma freundlicherweise bereits einige Muster nach meinen Vorgaben hergestellt. Diese noch mit den Druckfedern der 0,5 mm Drahtstärke.

Erstes Muster
Bild: Erstes Muster

Einer dieser Sätze hat als Testobjekt in der Lima meiner LUZI im letzten Jahr bereits die Loreley besucht. Diese Bürsten sind noch mit Druckfedern aus 0,5 mm Draht bestückt. Wie gern hätte ich hier eine minicam installiert, im Bereich der Kohlebürsten.

Die Länge der eingepressten Hilfslitze, am Ende in einem Ms-Hohlniet verlötet, ist derart bemessen, dass sie sich bei ‚Kohle-Ende’ spannt, den Federweg begrenzt und somit die Andruckkraft der Kohle auf den Kollektor erst vermindert, dann aufhebt.

Dies eben dann, wenn das Einpressauge der dicken Stromlitze etwa 1 mm über dem Kohlehalter erkennbar ist.

Einpressauge der Stromlitze
Bild: Einpressauge der Stromlitze

Die ersten Anzeichen des vorübergehend reduzierten, dann aufgehobenen Kohleanpressdrucks wird entweder ein Flackern / Glimmen der Ladekontrolle, oder ein nicht mehr sicher funktionierendes elektrisches Starten sein.
Der E-Start des Standardmotors möchte schließlich etwa 45 Ampere über die Bürsten fließen lassen.

Bei Neubestückung mit bisher üblichen Kohlebürsten ist vielen sicher aufgefallen, dass einige davon im Kohlehalter klemmen. Dies ist meist bedingt durch die ‚aufgeschraubte’ und damit aufgedehnte Feder auf einem oft nicht zentrisch sitzenden Aufnahmenippel.
Auch der bisherige dickere Draht der Druckfeder hat hieran seinen Anteil.

Die neue Ausführung mit Wegbegrenzung hat nun eine unverlierbare Feder, die auch noch mit dünnerem Draht daherkommen wird. Sie muss nicht mehr ‚aufgeschraubt’ werden, der Durchmesser bleibt also stabil.
Auch konnte ich den Musterhersteller dazu bewegen, zusätzlich den Aufnahmenippel auf 4,0 mm Drm zu verringern.
Die Folge: Die Federn stehen nicht mehr seitlich über und die Bürsten klemmen nicht mehr im Halter.
Übrigens ist es sinnvoll, bei Bürstenerneuerung die Messing-Kohlehalter soweit in den Aufnahmemaßen zu regulieren, dass das Spiel, die Luft zwischen Kohle und Kohlehalter, minimiert wird.
Auch soll die Bürste senkrecht zum Kollektor stehen und sich frei bewegen können, aber nicht ‚klappern’.
Eine Flach- oder Spitzzange zum Nachrichten der Ms-Halter reicht für diesen Zweck.

So ganz nebenbei ergibt der Verschleiß von 4 Stück Kohlebürsten, ausgehend von den o. g. Maßen, Kupfer-Graphit-Staub von ca. 1,6 cm³ Bürstenmaterial. Dieser muss, spätestens beim Erneuern der Bürsten, pingeligst aus Rotor wie Stator entfernt werden.

Damit wir erahnen, was unsere Kohlebürsten so alles über sich ergehen lassen müssen, wenn wir am Gasgriff spielen, hier ein paar Überlegungen:

Die lange Seite der Kohle-Lauffläche misst 10mm und sieht im äusseren Radius der Kollektorlauffläche von 38,5 mm bei ~1000 U/min der Kurbelwelle einen Kollektor mit seinen Kupferlamellen und der Geschwindigkeit von ~14,5 km/h unter sich entlang flitzen.
Bei einer Drehzahl von 5600 U/min sausen die Lamellen schon mit ~81 km/h vorbei.

Im inneren Radius der Lauffläche, ~28,5 mm, wird bei einer Drehzahl von ~1000 U/min der Kollektor mit gemütlichen 10,7 km/h vorbeiziehen.
Bei einer Drehzahl von 5600 U/min aber auch schon mit ~60 km/h unsere tägliche Cruise-Geschwindigkeit erreichen.

Es lässt sich bei dieser Überlegung gut erkennen, dass auf die vier Kohlebürsten auch eine gewisse ‚Schräg- und Diagonalziehung’ einwirkt.

Schön also, wenn der Kollektor sich in einem guten Zustand befindet und die Kohlen sich relativ klapperarm in ihrem Zuhause befinden.

Noch sind einige Kontakte mit verschiedenen Federherstellern nötig, bis auch die Kalkulation für dieses Neuteil greifen kann.

Passen also die technischen Erfordernisse und die kaufmännischen Vorstellungen tatsächlich einmal zusammen, so werden die Kohlebürsten dieser neuen Art wohl in diesem Jahr verfügbar sein.

Es muss noch berichtet werden, dass diese Idee bereits in zwei Sorten Muster umgesetzt war, als mir auffiel, dass die Kohlebürsten der frühen SIBA-Anlagen sehr ähnlich produziert worden waren.

Und dabei hatte ich ja nun auch bereits einige SIBA Dynastarts auf der Werkbank gehabt! Tja.

(Klaus, HCD-3072, Jan. 2020)