Aktuelle Termine

Nov
3

03.11.2017 um 19:00 Uhr - Stammtisch im THW-Heim

Dez
1

01.12.2017 um 19:00 Uhr - Stammtisch im THW-Heim

Wetter in Kiel

 

Besucher

Heute 12
Gestern 27
Monat 607
Insgesamt 68874

Unser kleines (Bosch-) Kraftwerk, hier die Erregerwicklung…

…rechts unten an der Kurbelwelle, kann hier und da schon einmal die Lust am unentwegten Strom-Produzieren verlieren. Lässt man alles ausserhalb Liegende, also Regler, Kabel usw., vorerst unberücksichtigt, reduziert sich die Anzahl der möglichen Fehlerquellen recht erheblich.
In dieser kleinen Beschreibung will ich einen Weg zur einfachen Überprüfung der Erregerwicklung am ausgebauten Stator, bzw. dieser sechs Spulen mit dem dünnen Kupferlackdraht, zeigen.

Ein raumwarmer und intakter Stator zeigt, mit einem Multimeter gemessen, einen Widerstand von ca. 4,8 Ohm der Erregerwicklung; zwischen ‚D+’ und ‚DF’.
Von ‚DF’ oder ‚B+’ gegen Masse gemessen, sollte ein hoher Meg-Ohm Wert erscheinen. Ein Austrocknen / Ausheizen kann diesen Wert verbessern. Bleibt er im niedrigen Ohm- oder kiloOhm-Bereich, liegt ein Masseschluss vor und die Spule, bzw die Spulen müssen ausgebaut und repariert werden.

Etwas aufwändiger bzw weitreichender geht folgender Weg, für den allerdings ein sog. Labor-Netzgerät (mind. 15V= / 3 Amp) mit einstellbarer Spannung und einstellbarer Strombegrenzung, sowie ein Digitalthermometer mit abgesetztem Oberflächenfühler benötigt werden. Vernünftige Messkabel sowie gute Klemmen sind ebenfalls Voraussetzung.
Auf diesem Wege lassen sich eventuelle thermisch bedingte Windungsschlüsse entdecken und ganz nebenbei werden die Wicklungen ausgetrocknet.
Auch die intern im gelben Isolierschlauch versteckten Lötverbindungen müssen dabei einen Härtetest bestehen.

Am Netzgerät wird mit der einstellbaren Strombegrenzung der max Strom von ca. 3 Amp eingestellt. Nun werden 14,0 Volt= an ‚DF’ und ‚D+’ gelegt. Die 14,0 Volt bleiben stabil, da der zu erwartende Strom bei 2,9 Amp liegt. Dies gilt jedoch nur, wenn kein -erheblicher- Windungsschluss vorliegt. Die Erregerfeldspulen und damit der kpl Stator erwärmen sich nun. 

Bei 20°C wird ein Strom von ca. 2,93 Amp fliessen

Bei 30°C     „       „       „       „          2,64   „       „

Bei 40°C     „       „       „       „          2,55   „       „

Bei 50°C     „       „       „       „          2,49   „       „

Bei 60°C     „       „       „       „          2,41   „       „

 

WS 2017-03 Spulen_2  

Bild 1: Netzteil

Hier fängt’s nun an, lecker elektrisch zu duften, also werden die 70°C gar nicht erst versucht. Die Werte korrelieren gut mit dem offenbar immer noch gültigen Ohmschen Gesetz. Verschiedene Messvorrichtungen werden hier jeweils zu kleinen Abweichungen führen.
Der Spulen-Widerstand ist also bei einer Temperaturerhöhung von ~20°C auf ~60°C von ca. 4,8 Ohm auf ca. 5,8 Ohm gestiegen.

Treten nun innerhalb der temperierten Messungen sprungartige Strom-Veränderungen auf, lässt sich von zeitweiligem Windungsschluss ausgehen.
Auch, wenn der eingestellte Strombegrenzungswert von ca. 3 Amp nicht ausreicht, um die 14,0 Volt stabil zu halten, ist das Feld zu niederohmig, hat also Windungsschluss.

WS 2017-03 Spulen_3

Bild 2: Vier Spulen in unterschiedlichen Röstgraden: 
Zweites Ohmsches Gesetz: je gerösteter, desto niederohmiger.

Wer ganz sicher gehen möchte, trennt die unter dem Isolierschlauch liegenden Lötverbindungen auf und misst jede Spule einzeln aus. Die ermittelten Werte lassen sich gut für einen Vergleich miteinander verwenden, als absoluten Messwert darf man sie nicht so ernst nehmen. Es ist in diesem Niederohm-Bereich nicht leicht, mit einem Standard-Messeisen seriöse Messwerte zu bekommen. Diverse Übergangs- und Leitungswiderstände wollen hier auch mitreden.

Leider können wir mit dem nassen Finger den magnetischen Fluss der einzelnen Spulen, bzw. ihrer Eisenkerne, nicht messen. (Hierzu gibt’s gegen Endes dieses Berichtes noch einen Hinweis.)
Aber ein gleichmäßiger Temperaturanstieg dieser Kerne, während der kleinen Messreihe, weist auf intakte Wicklungen hin.

Ein interessanter Nebeneffekt des steigenden Widerstandes bei Erwärmung der Erregerfeldspulen ist eine damit verbundene ‚elektrische Nachgiebigkeit’ unseres Stromlieferanten.
,Nachgiebig’ im Sinne einer gewissen Strombegrenzung.
Da wir auch einen elektrisch rel. nachgiebigen Regler verbaut haben, kann Beides zusammen als guter Überlastschutz unseres Stromers gelten. Die sog. Verlustwärme nehme ich dann gerne hin.

Das obige Spiel kann man auch am eingebauten Stator mit montiertem Rotor spielen, nur lässt sich dann keine Temperatur direkt feststellen. Indirekt kann jedoch von der Höhe des fliessenden Stromes, bei gleichbleibender Spannung, auf die herrschende Temperatur geschlossen werden.
Die Temperatur wird allerdings viel langsamer ansteigen, da das kalte Gehäuse die Wärme gut ableitet.
Die 14,0 Volt= werden in diesem Fall ebenfalls an ‚DF’ und ‚D+’ gelegt. Eine Messung des Isolationswiderstandes ist im Falle des eingebauten Ankers / Rotors nicht möglich. Über die Kohlebürsten und den Kollektor wird dann nämlich gegen Masse der Feldwiderstand plus des Widerstandes der Bürsten und der Ankerwicklung gemessen, ist also nur etwa 0,7 Ohm grösser als der Feldspulen-Widerstand; wenn, ja wenn die Bürsten noch gut anliegen…!

Für die wirklich Besessenen und Beinharten (...ohne Flaschbier...), die sich diese Spule(n) neu wickeln möchten, hier ein paar Daten:

  • Kupferlackdraht, doppelt isoliert, 0,68mm Drm, ohne Lack gemessen
  • Windungen: 130 / Spule, den Wickelsinn beachten
  • Drahtlänge benötigt: ~15,8 m / Spule

Diese Daten, zurückgerechnet, weisen dann auch auf eine gewisse Stimmigkeit hin:

  • Spezif. Widerstand ‚rho’ von Reinkupfer: 0,0171 Ohm * mm² / m       
  • der errechnete Querschnitt von 0,68 mm Drm: 0,363168 mm²
  • der zu findende Widerstand:    R = 0,0171 * (l in m / Querschnitt in mm²)
  • also: 0,0171 * (15,8 m/ 0,363168 mm²) => 0,7439 Ohm
  • Gesamt-R:  0,7439 Ohm x 6 (Spulen) => 4,46 Ohm

Kleine Abweichungen in der Praxis können auch bedingt sein durch minimalste Drahtdurchmesser-Abweichungen oder einer etwas schlechteren Kupferqualität, für die Zeit ‚Mitte und Ende der 1950er Jahre’ sicherlich nicht unmöglich.

Gesagt sollte hier noch werden, wie schlechte Isolationswerte gegen Masse meist zustande kommen. 

Die Erregerfeldspulen sind oft nicht sehr gut mit dem Eisenkern / Polschuh in ihrer Lage eingespannt / festgehalten. Sie schaffen sich so durch die Vibrationen des Motors immer mehr Lose und scheuern letztendlich ihre Isolierung gegen Masse durch.

Die Starterspulen mit ihrem Profilkupfer hingegen werden von ihrem Eisenkern derart stark verpresst, daß hier leider zu oft die Isolierung gegen Masse regelrecht zerquetscht wird.
Sämtliche Spulen sind insbesondere durch rosten der Eisenkerne oder des zyl. Innenteiles gefährdet. Eisenrost nimmt ein Vielfaches des Eisenvolumens an und schafft als Oxyd eine schleichende elektrische Verbindung von den Wicklungen durch die Isolation zur Masse. 

WS 2017-03 Spulen_4

Bild 3a: Rost an den Eisenkernen

 

WS 2017-03 Spulen_5

Bild 3b: nach dem Glasperlen 

Am Bild 3b des geperlten Teiles sind die ‚Brutzelspuren’ zu sehen, hier floss ein Strom zwischen Spule und Masse für geraume Zeit.)
Oft lässt es sich nicht umgehen, die Spulen / Kerne per Schlagschrauber abzunehmen, den Rost zu entfernen und ein gutes Rostschutzöl aufzutragen.
Eine Lackschicht zwischen Eisenkern und zylindrischem Innenteil ist zu vermeiden. Ein Luft- bzw. Lackspalt würde hier den ungestörten magnetischen Fluss im Eisen nicht zulassen.
Die Spulen selber, nach evtl Isolationsreparaturen, werden von mir mit klarem PU-Lack, z.B. von Kontakt-Chemie, mehrfach lackiert.
Selbstverständlich erst, wenn sie vollkommen ölfrei und trocken sind.

WS 2017-03 Spulen_6

Bild 4: Stator

Dieser Stator, unser Magnetfeld, war völlig zerlegt und hat eine zusätzliche Isolation mit Nomex-Mylar 0,3mm bekommen. 

Wer das Glück hat, ein Schmaatfohn oder Tablet mit magnetischem Sensor zu besitzen, kann sich fast alles oben Gesagte ersparen und mit einer kostenlosen ‚Gauss-Meter-App’ die relative magn. Feldstärke direkt feststellen.

WS 2017-03 Spulen_7

Bild 5: Gauss-Meter-App

Allerdings muss jeweils die genau gleiche Stellung am Polschuh gefunden werden. Für den Test bzw. Versuch ist eine stabilisierte Spannung sinnvoll.

Will man hier mit unserer Akku-Spannung von 12 Volt arbeiten, etwa 2,5 Amp werden dann fliessen, ergibt sich das Problem der langsam abfallenden Spannung und eines sich damit stetig verändernden Magnetfeldes. Probiert’s doch einfach aus, macht Spaß.

Das war’s ersteinmal, mal sehen, was mir noch einfällt. Sehr freuen würde ich mich über Rückmeldungen, seien sie pro oder contra; haut also rein.

Allen Heinkelfreunden Gute Fahrt

ohne Windungs- & Masse- und sonstigem Schluss,

wünscht Klaus (HCD-3072)

 

 

Sämtliche Inhalte, Fotos, Texte und Grafiken sind urheberrechtlich geschützt. Sie dürfen ohne vorherige schriftliche Genehmigung des jeweiligen
Autors weder ganz noch auszugsweise kopiert, verändert, vervielfältigt oder veröffentlicht werden. © Heinkelfreunde Kiel und drumrum