BOSCH

Autoelektrik Autoelektronik

AKTUALISIERTE AUFLAGE

BOSCH

Autoelektrik Autoelektronik

AKTUALISIERTE AUFLAGE

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Impressum Herausgeber: © Robert Bosch GmbH, 1998 Softcover reprint of the hardcover 4th edition 1998 Postfach 30 02 20 D-70442 Stuttgart Unternehmensbereich Kraftfahrzeug-Ausrüstung, Abteilung Technische Information (KHNDT). Leitung: Dipl.-Ing. (FH) Ulrich Adler.

Chefredaktion: Dipl.-Ing. (FH) Horst Bauer.

Redaktion: Dipl.-Ing. (FH) Anton Beer, Dipl.-Ing. Karl-Heinz Dietsche, Dipl.-Ing. (BA) Jürgen Crepin, Folkhart Dinkler.

Gestaltung: Dipl.-Ing. (FH) Ulrich Adler, Berthold Gauder, Leinfelden-Echterdingen.

Technische Grafik: Bauer & Partner, Stuttgart.

Alle Rechte vorbehalten.

Nachdruck, Vervielfältigung und Übersetzung, auch auszugsweise, nur mit unserer vorherigen schrift­lichen Zustimmung und mit Quellenangabe gestat­tet. Abbildungen, Beschreibungen, Schemazeich­nungen und andere Angaben dienen nur der Er­läuterung und Darstellung des Textes. Sie können nicht als Grundlage für Konstruktion, Einbau und Lieferumfang verwendet werden. Wir übernehmen keine Haftung für die Übereinstimmung des Inhalts mit den jeweils geltenden gesetzlichen Vorschriften. Anderungen vorbehalten.

Imprime en Allernagne. 3., aktualisierte und erweiterte Auflage, Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 1998. Vorauflage erschienen im Springer-Verlag, Berlinl Heidelberg.

Gedruckt auf chlorfreiem Papier.

(3.0 N)

ISBN 978-3-322-91537-5

Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme

Autoelektrik, Autoelektronik 1 Bosch. [Hrsg.: Robert Bosch GmbH, Unternehmensbereich KraftfahrZeug-Ausrüstung, Abteilung Technische Information (KHNDT). Chef-Red.: Horst Bauer. Autoren: F. Drewitz ... ]. - 3., aktualisierte Aufl. - Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, 1998

Autoren Bordnetz und Schaltpläne F. Drewitz, Dipl.-Ing. W. Gansert, Dr.-Ing. T. Bertram.

EMV und Funkentstörung Dr.-Ing. W. Pfaft.

Starterbatterien Dr.-Ing. G. Richter.

Antriebsbatterien Dr.-Ing. KB. Sporckmann, Dipl.-Ing. E. Zander, RWE Energie AG, Essen.

Generatoren Dr.-Ing. K.-G. Bürger.

Startanlagen Dr.-Ing. K. Bolenz.

lichttechnik Dr.-Ing. M. Hamm, Dipl.-Ing. T. Spingier, Dipl.-Ing. D. Boebel, Dipl.-Ing. B. Wörner, Dipl.-Ing H.-J. Lipart.

Reinigungsanlagen Dr.-Ing. J.-G. Dietrich.

Diebstahlschutz Dipl.-Ing. (FH) H. Hennrich.

Komfortsysteme Dipl.-Ing. F. Jonas, Dipl.-Ing. R. Kurzmann, Dr.-Ing. G. Hartz. Dipl.-Ing. G. Schweizer, Behr GmbH & Co.

Informationssysteme Dipl.-Ing. P. Rudolf, Dr. rer. nat. D. Elke, Ing. (grad.) D. Meyer.

Insassen-Sicherheitssysteme Dipl.-Ing. B. Mattes.

Fahrsicherheitssysteme und Triebstrang Dr.-Ing. G. Schmidt, Dipl.-Ing. (FH) D. Graumann.

Soweit nicht anders angegeben, handelt es sich um Mitarbeiter der Robert Bosch GmbH, Stuttgart.

ISBN 978-3-322-91537-5 ISBN 978-3-322-91536-8 (eBook) DOI 10.1007/978-3-322-91536-8

Vorwort

Das vorliegende Fachbuch faßt alle relevanten Hefte der Schriften reihe Bosch Technische Unterrichtung zum Thema "Autoelektrik/Autoelektronik" zu­sammen. Um dem großen Zuwachs an Themen gerecht zu werden, wurden die in den Vorauflagen enthaltenen Steu­erungssysteme für Ottomotoren in dem eigenständigen Fachbuch "Ottomotor­Management" publiziert. Mit der stürmischen Entwicklung elek­trischer und elektronischer Komponen­ten und Systeme hat der Umfang der Fahrzeugausrüstung in den letzten Jah­ren wesentlich zugenommen. Der Generator als Energieerzeuger, die Batterie als Energiespeicher, der Starter und andere Verbraucher, wie z.B. Ma­nagementsysteme für Otto- und Diesel­motoren, müssen gut aufeinander ab­gestimmt sein und zuverlässig funk­tionieren. Moderne Scheinwerfersyste­me wie "Litronic", kombiniert mit auto­matischer Leuchtweitenregelung und Reinigungsanlagen, sorgen für große Leuchtweite und optisch einwandfreie Lichtverteilung. Ausgeklügelte Dieb­stahlschutzsysteme sichern Fahrzeuge gegen Eingriffe oder unbefugte Benut­zung. Komfortsysteme halten die Ermü­dung des Fahrers gering und bieten ein belastungsfreies und behagliches Um­feld. Informations- und Navigationssy­steme helfen bei der Orientierung oder führen mit der automatischen Fahrtrou­tenberechnung ans Ziel. Einparksyste­me erleichtern das Einparken und Ran­gieren. Aktive Fahrsicherheitssysteme (ABS, ASR, ESP) helfen, Unfälle zu vermeiden. I nsassen-Sicherheitssyste­me (z.B. Airbags) senken die Verlet­zungsgefahr und mildern die Unfall­folgen. Mt dieser Themenvielfalt stehen dem an Kfz-Technik interessierten Leser viele leicht verständliche Beschreibungen der wichtigsten elektrischen und elektroni­schen Systeme und Komponenten am Kraftfahrzeug zur Verfügung.

Die Redaktion

Inhalt

Bordnetz und Schaltpläne 4 Bordnetzentwicklung, CAN, Cartronic, Leitungsberechnung, Steckverbindungen, Schaltpläne. Elektromagnetische Verträglichkeit 54 EMV und Funkentstörung, EMV-Bereiche, Störfestigkeit und Funkentstörung. Starterbatterien 70 Auslegung, Arbeitsweise, Aufbau, Ersatzbatterien, Wartung. Antriebsbatterien 108 Elektroantrieb, Batteriesysteme. Generatoren 112 Generator- und Reglerausführungen, Überspannungsschutz, Kühlung, Geräusch, Fahrzeugbetrieb. Startanlagen 164 Grundaufbau, Startertypen, Installation, Betätigung, Wartung. lichttechnik 214 Lichtelemente für Fahrzeugfront, Fahrzeugheck und Innenraum. Reinigungsanlagen 261 Scheiben- und Scheinwerferreinigung. Diebstahlschutz 265 Zentralverriegelung, Diebstahl­Alarmanlagen, Wegfahrsperren. Komfortsysteme 271 Tempomat, Fenster-/Dachantriebe, Lenkrad-/Sitzverstellung, Klimatisierung. Informationssysteme 280 Navigations-/Kfz-Informations-systeme, Einparksysteme. Insassen-Sicherheitssysteme 286 Insassen-Rückhaltesysteme, Überschlagschutzsysteme. Fahrsicherheitssysteme 294 Antiblockiersystem, Antriebsschlupf­regelung, Fahrdynamikregelung, Elektronische Getriebesteuerung. Ottomotor-Management 304 Benzineinspritz-/Zündsysteme, Motormanagement Motronic. Dieselmotor-Management 308 Elektronische Dieselregelung, Bauarten. Stichwortverzeichnis 312

Bordnetz

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Bordnetz

Bordnetzentwicklung Die Bordnetz-Geschichte ist ein Stück Bosch-Geschichte: sie zeigt innerhalb eines Jahrhunderts die von Bosch mit­bestimmte Entwicklung der Elektrik und Elektronik im Kraftfahrzeug - angefan­gen vom Hochspannungsmagnetzünder im Jahre 1902 bis hin zur Fahrdyna­mikregelung (ESP) im Jahre 1995.

Magnetzündsystem Als im Jahre 1902 mit dem Hochspan­nungsmagnetzünder, einem Zündver­teiler, Zündspulen und Zündkerzen der Einzug der Elektrik ins Kraftfahrzeug be­gann (Bild 1), konnte man diese weni­gen elektrischen Leitungen nicht im ent­ferntesten als Bordnetz bezeichnen.

Komplette Kraftfahrzeuganlage Nur elf Jahre später, im Jahre 1913, bietet Bosch schon eine komplette Kraftfahrzeuganlage an (Bild 2). Sie be­steht aus Magnetzündung mit Zündker­zen, Anlasser (Starter), Lichtmaschine (Gleichstromgenerator), Scheinwerfern, Batterie und Reglerschalter. Die Zahl der elektrischen Leitungen wächst in Rich­tung eines Bordnetzes.

Bordnetz-Anfänge Ein Bosch-Schaltplan aus dem Jahre 1958 zeigt den jetzt schon sehr großen Umfang der Elektrik im Kraftfahrzeug (Bild 3). Die Geräte sind noch nicht durch Symbole, sondern durch sche­matisierte Strichbilder dargestellt. Die Anordnung der elektrischen Leitungen erinnert an ein Leitungs- oder Bordnetz. Mit der elektronisch gesteuerten Ben­zineinspritzung D-Jetronic hält die Elek­tronik 1967 Einzug ins Kraftfahrzeug.

Bordnetz heute Die Zahl der Verbraucher ist in den letz­ten Jahren durch die immer umfang­reichere Ausstattung der Fahrzeuge stark angestiegen. Während ursprüng­lich der Starter, die Zündung und die Lichtanlage im Vordergrund standen, wurde die Grundausstattung im Laufe der Jahre durch elektronische Zünd- und Einspritzsysteme, Komfortsysteme mit verschiedenen Antriebsmotoren und Sicherheitssysteme ständig erweitert. Die Elektrik und Elektronik im Kraftfah­zeug ist heute derart umfangreich ge­worden, daß eine Darstellung in der Art eines in Bild 3 gezeigten Schaltplans völlig unübersichtlich wäre. Deshalb wurde - losgelöst von der räumlichen Darstellung - eine Bordnetz-Abbildung in Form von Stromlaufplänen eingeführt, um hiermit trotz der Fülle der einzelnen Systeme und Komponenten einen schematisierten Überblick möglich zu machen (siehe Kapitel "Stromlaufplan eines Pkw mit Ottomotor"). Bei herkömmlichen Bordnetzen erfolgt das Zusammenspiel der einzelnen Sy­stembereiche über die Zuordnung von bestimmten Einzelleitungen zu den Signalen. Die erhebliche Zunahme des Datenaus­tauschs zwischen den elektronischen Komponenten kann mit solchen Verka­belungstechniken nicht mehr bewältigt werden, da der Kabelbaum u.a. bei Oberklassenfahrzeugen wegen seines Umfangs kaum mehr zu handhaben ist und auch zu viele Pins an einigen Steu­ergeräten vorhanden wären. Diese Pro­bleme können durch den Einsatz von CAN gelöst werden, einem speziell für den Kfz-Einsatz von Bosch entwickel­ten seriellen Bussystem.

Beispiele für die Bordnetzentwicklung.

1902 HochspannungsmagnelzOnder 1912 Bosch-Anlasser (StMar) 1913 Ersle komplette

Kra"'ahrzeuganlage aus - Magnelzündung mit

Zündkerzen - Anlasser

Lichtmaschine - Scheinwerfer - Reglerschaller

t921 Sosch-Horn 1922 KraHfahrzeug.Balterie 1925 Batteriezündung (Zandspulen

und Zündkerzen) 1926 Scheibenwischer t 949 Scheinwerler·Einstellgeräte.

Blinkanlagen lOr Klz 1965 konlaktgesteuer1e Transistor­

Zündung 1967 elektronisch gesteuerte Benzin­

einspritzung Jetronic 1974 konlak1los gesteuene

eleklronische Zündanlage 1976 Lambda-Sonde 1978 ABS 10r Pkw 1979 MOlronic (digitales System zur

Steuerung von Benzin­einspritzung und Zündung)

1986 ASR lOr Pkw 1991 Ullonic (Scheinwerfersystem

mil Gasentladungslampe) 1995 Fahrdynamikregelung (ESP)

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Bild 1: Magnetzündsystem (1902).

Bild 3: Bordnetz-Anfänge (1958).

'" C ...... ....... r ..... -. ---..... - 0 -

Bordnetz­entwicklung

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Bordnetz Datenübertragung zwischen den Systemen

Systemübersicht

Der verstärkte Einsatz von elektronischen Steuerungen im Kraftfahrzeug, wie z. B. - Getriebesteuerung, - elektronische Motorleistungssteuerung

(EGAS), - elektronische Motorsteuerung

(Motronic), - Antiblockiersystem (ABS), - Antriebsschlupfregelung (ASR), - Fahrdynamikregelung (ESP), - Bordcomputer usw., macht eine Vernetzung dieser einzelnen Steuerungen erforderlich. Der Informati­onsaustausch zwischen den Steuerungs­systemen verringert die Anzahl von Sen­soren und verbessert die Ausnutzung der Einzelsysteme.

Die Schnittstellen können in zwei Kate­gorien unterteilt werden: - konventionelle Schnittstelle, z. B.

binäre Signale (Schalteingänge),Tast­verhältnisse (Pulsbreiten-modulierte Signale),

- serielle Datenübertragung, z. B. Controller Area Network (CAN).

Konventionelle Schnittstellen

Die konventionelle Kommunikation im Kraftfahrzeug ist dadurch gekennzeich­net, daß jedem Signal eine Einzelleitung zugeordnet ist. Binäre Signale können nur durch die zwei Zustände" 1" oder ,,0" (Binärcode), z. B. Klimakompressor "Ein" oder "Aus", übertragen werden. Über Tastverhältnisse (Potentiometer) können mehrere Zustände, wie z. B. Stellung der Drosselklappe, übertragen werden. Die Zunahme des Datenaustausches zwischen den elektronischen Kompo-

6 nenten im Kraftfahrzeug kann mit kon-

ventionellen Schnittstellen nicht mehr sinnvoll bewältigt werden. Die "Komple­xität" der Kabelbäume ist schon heute nur mit großen Aufwand beherrschbar, und die Anforderungen an den Daten­austausch zwischen den Steuergeräten steigen (Bild 1). Diese Probleme können durch den Ein­satz von CAN, einem speziell für Kraft­fahrzeuge konzipierten Bussystem (Datensammelschiene), gelöst werden. Sofern die elektronischen Steuergeräte eine serielle Schnittstelle CAN besitzen, können die oben genannten Signale über CAN übertragen werden.

Serielle Datenübertragung (CAN)

Es gibt drei wesentliche Einsatzgebiete für CAN im Kfz: - Steuergerätekopplung, - Karosserie- und Komfortelektronik

(Multiplex), - mobile Kommunikation. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die Steuergerätekopplung.

Steuergerätekoppl ung Bei der Steuergerätekopplung werden elektronische Systeme wie Motronic, elek­tronische Getriebesteuerung usw. mitein­ander gekoppelt. Typische Übertragungs­raten liegen zwischen ca. 125 kBit/s und 1 MBit/s. Sie müssen so hoch sein, daß

Bild 1

Konventionelle Datenübertragung.

GS Getriebesteuerung, EMS elektronische Motorleistungssteuerung, ABS Antiblockier-system, ASR Antriebsschlupfregelung, MSR Motorschleppmomentregelung.

GS Oll Motronic ..

ABS/ASR! EMS .. MSR

Oll

ein gefordertes Echtzeitverhalten garan­tiert werden kann. Ein Vorteil des seriel­len Datenübertragungsmediums gegen­über konventionellen Schnittstellen (z. B. Tastverhältnis, Schaltsignal und Analogsignal) ist auch die höhere Ge­schwindigkeit ohne große Belastung der Steuergeräte-Zentraleinheiten (CPU).

Buskonfiguration CAN arbeitet nach dem "Multi-Master"­Prinzip. Bei diesem Prinzip sind mehrere gleichberechtigte Steuereinheiten durch eine lineare Busstruktur miteinander ver­bunden (Bild 2). Diese Struktur hat den Vorteil, daß das Bussystem bei Ausfall eines Teilnehmers für alle anderen weiterhin voll verfügbar ist. Im Vergleich zu anderen logischen Anordnungen (wie Ring- oder Sternstruk­turen) wird damit die Wahrscheinlichkeit für einen Gesamtausfall wesentlich ver­ringert. Bei Ring- bzw. Sternstrukturen führt der Ausfall eines Teilnehmers bzw. der Zen­traleinheit zum Gesamtausfall.

Inhalts bezogene Adressierung Das Bussystem CAN adressiert Infor­mationen bezüglich ihres Inhalts. Dazu wird jeder "Botschaft" ein fester, elf Bit langer "Identifier" zugeordnet. Der Iden­tifier kennzeichnet den Inhalt der Bot­schaft (z. B. Motordrehzahl). Eine Sta­tion verwertet ausschließlich diejenigen

Bild 2

Lineare Busstruktur.

Daten, deren zugehörige Identifier in der Liste entgegenzunehmender Botschaf­ten gespeichert sind (Akzeptanzprü­fung). Dadurch benötigt CAN keine Stations­adressen für die Datenübertragung, und die Knoten brauchen die Systemkonfigu­ration nicht zu verwalten.

Busvergabe Wenn der Bus frei ist, kann jede Station beginnen, ihre wichtigste Botschaft zu übertragen. Beginnen mehrere Stationen gleichzeitig zu senden, dann wird zur Auflösung der resultierenden Buszugriffskonflikte ein ,,wired-And"- Arbitrierungsschema ver­wendet. Bei diesem Schema setzt sich die Botschaft mit der höchsten Priorität durch, ohne daß ein Zeit- bzw. Bitverlust eintritt. Jeder Sender, der die Arbitrierung ver­liert, wird automatisch zum Empfänger und wiederholt seinen Sendeversuch, sobald der Bus frei ist.

Botschaftsformat Für die Übertragung auf dem Bus wird ein Datenrahmen (Data Frame) auf­gebaut, dessen Länge weniger als 130 Bit beträgt. Damit ist sichergestellt, daß die Wartezeit bis zur nächsten, mögli­cherweise sehr dringlichen Übertragung stets kurz gehalten wird. "Data Frame" besteht aus sieben auf­einanderfolgenden Feldern.

Standardisierung CAN ist bei der internationalen Nor­menorganisation ISO als Standard für den Einsatz im Kfz für Datenreihen über 125 kBitis und zusammen mit zwei weiteren Protokollen für Datenraten bis zu 125 kBitis vorgesehen.

Daten­übertragung

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Bordnetz

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Cartronic

Ordnungskonzept für Systemvernetzungen

Die Weiterentwicklung elektronischer Systeme im Kraftfahrzeug wird be­stimmt durch Forderungen nach wach­sendem Leistungsumfang bezüglich Si­cherheit, Komfort und Kraftstoffver­brauch, durch verschärfte Gesetzesan­forderungen oder durch die Integration von Funktionen aus der Informations­und Unterhaltungstechnik. Hierbei kön­nen die Vernetzung der bisher weitge­hend unabhängig voneinander arbeiten­den Einzelsysteme zu einem fahrzeug­weiten Verbund und die Standardisie­rung der Verbundkomponenten einen wesentlichen Beitrag leisten.

Stand der Technik Ein bereits in heutigen Fahrzeugen exi­stierendes Beispiel für einen System­verbund ist die Antriebsschlupfregelung (ASR). Diese wird erst durch die Kom­munikation des ASR-Steuergeräts mit dem Motorsteuergerät zur Regelung des Antriebsmoments möglich.

Konzept Cartronic ist ein Ordnungskonzept für alle Steuerungs- und Regelungssysteme eines Fahrzeugs. Das Konzept enthält modulare erweiterbare Architekturen für "Funktion", "Sicherheit" und "Elektronik" auf der Basis vereinbarter formaler Strukturierungs- und Modellierungsre­geln.

Architekturen Unter einer Architektur ist hier sowohl die Strukturierungssystematik zu verste­hen als auch deren Umsetzung in eine konkrete Struktur. Die Funktionsarchitektur umfaßt sämtli­che im Fahrzeug vorkommenden Steue­rungs- und Regelungsaufgaben. Die Aufgaben des Systemverbunds werden logischen Komponenten zugeordnet, die Schnittstellen der Komponenten und ihr Zusammenwirken werden festgelegt.

Die Sicherheitsarchitektur erweitert die Funktionsarchitektur um Elemente, die einen sicheren Betrieb des Systemver­bundes garantieren. Schließlich wird für die Elektronik eine Systematik angege­ben, wie der Systemverbund mit be­darfsgerecht optimierten Hardwareto­pologien (Bild 1) zu realisieren ist.

Architekturregeln Die Regeln der Funktionsarchitektur dienen der Organisation des System­verbunds, der unabhängig von einer speziellen Hardwaretopologie ist und sich ausschließlich aus logischen und funktionalen Gesichtspunkten ergibt. Die Regeln definieren Komponenten, die ihnen erlaubten Wechselwirkungen über Kommunikationsbeziehungen und Mo­dellierungsmuster für ähnliche sich wie­derholende Aufgaben.

Funktionsanalyse Ein erster Schritt, um den Nutzen eines Systemverbunds unter technischen Ge­sichtspunkten herauszuarbeiten, ist die Funktionsanalyse der bisher autarken Einzelsysteme. Die Betrachtung der Funktionen auf einer derart abstrakten Ebene ist noch unabhängig von einer Implementierung mittels einer speziellen Hardwaretopologie und führt daher zu ein und derselben Funktionsarchitektur für verschiedene Hardwaretopologien. Dies erlaubt, die Typenvielfalt bezüglich der Soft- und Hardware zu begrenzen und die Elektronikeinheiten für die Grundfunktionen vieler Fahrzeugtypen zu verwenden.

Strukturelemente Die Elemente der Architekturen sind Sy­steme, Komponenten und Kommunika­tionsbeziehungen auf der einen Seite und Strukturierungs- sowie Modellie­rungsregeln auf der anderen Seite.

Systeme, Komponenten Im Rahmen der Strukturierung wird von einem System als einer Zusammen­stellung von Komponenten zu einem Ganzen gesprochen, die über Kommu­nikationsbeziehungen miteinander in

Wechselwirkungen stehen. Der Begriff Komponente meint nicht zwangsläufig eine physikalische Einheit im Sinne ei­nes Bauteils, sondern wird als Funkti­onseinheit verstanden . Bei Cartronic werden drei verschiedene Typen von Komponenten unterschieden: - Komponenten mit überwiegend koor­dinierenden Aufgaben, - Komponenten mit hauptsächlich ope­rativen Aufgaben und - Komponenten, die ausschließlich In­formationen generieren und bereitstel­len.

Strukturierungsregeln Die Strukturierungsregeln beschreiben erlaubte Kommunikationsbeziehungen innerhalb der Architektur des Ge­samtfahrzeugs. Es werden Strukturie­rungsregeln unterschieden, die die Kommunikationsbeziehungen auf der gleichen Ebene und in höhere und tiefe­re Ebenen unter Berücksichtigung ange­gebener Randbedingungen regeln . Fer­ner klären die Strukturierungsregeln die Weiterleitung von Kommunikationen von einem System in ein anderes.

Bild 1 Cartronic: Hardware-Topologie (Beispiel).

Modellierungsregeln Die Modellierungsregeln beinhalten Mu­ster, die Komponenten und Kommuni­kationsbeziehungen für die Lösung spe­zieller, mehrfach vorkommender Aufga­ben zusammenfassen. Diese Muster können dann an verschiedenen Stellen innerhalb der Struktur des Fahrzeugs wiederverwendet werden (Beispiel : Energiemanagement).

Architekturmerkmale Eine nach den Strukturierungs- und Mo­dellierungsregeln entwickelte Struktur zeichnet sich durch folgende Merkmale aus: - vereinbarte, einheitliche Strukturie­rungsregeln und Modellierungsmuster, - hierarchischer Auftragsfluß, - hohe Eigenverantwortung der einzel-nen Komponenten, - Bedienelemente, Sensoren und Schät­zer sind gleichwertige Informationsgeber und - jede Komponente wird für die übrigen Komponenten so sichtbar wie nötig und so unsichtbar wie möglich dargestellt.

Cartronic

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Bordnetz

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Bordnetzschaltungen

Herkömmliches Bordnetz

Die Art der Verkabelung zwischen Ge­nerator, Batterie und Verbrauchern be­einflußt neben anderen Einflußgrößen das Spannungsniveau und damit den Batterieladezustand. Sind alle Verbrau­cher batterieseitig angeschlossen, fließt auf der Ladeleitung der Gesamtstrom IG, der sich aus dem Batteriestrom ls und dem Verbraucherstrom Iv ergibt. Durch den hohen Spannungsfall ist die Ladespannung niedriger. Sind dagegen alle Verbraucher generatorseitig ange­schlossen, ist der Spannungsfall kleiner, die Ladespannung höher. Dabei können Verbraucher, die empfindlich sind gegen Spannungsspitzen oder hohe Span­nungswelligkeit (Elektronik), benachtei­ligt sein. Es wird deshalb Erstausrüstern und Kundendiensten empfohlen, span­nungsunempfindliche Verbraucher mit hoher Leistungsaufnahme am Genera­tor und spannungsempfindliche Ver-

Bild 1

Künftiges Bordnetz.

braucher mit kleinerer Leistungsauf­nahme an der Batterie anzuschließen. Geeignete Leitungsquerschnitte und gute Verbindungsstellen, deren Über­gangswiderstände sich auch nach lan­ger Betriebszeit nicht verschlechtern, halten Spannungsfälle klein.

Künftige Bordnetze

Im 12-V-Bordnetz von Serienfahrzeugen ist die Batterie ein Kompromiß zwischen sich zum Teil widerspechenden Anforde­rungen: sie muß sowohl für den Startvor­gang als auch für die Bordnetzversor­gung dimensioniert sein. Während des Startvorganges wird die Batterie mit hohen Strömen (300 ... 500 A) belastet. Der damit verbundene Span­nungseinbruch wirkt sich nachteilig für bestimmte Verbraucher aus (z.B. Geräte mit Mikroprozessoren). Bei Fahrbetrieb fließen dagegen nur noch geringe Ströme, wofür nur die Ka­pazität der Batterie maßgebend ist. Beide Eigenschaften lassen sich in einer Batterie nur schwer miteinander verein­baren.

1 Lichtanlage (Bordnetz), 2 Starter, 3 Motormanagement (Bordnetz) , 4 Startbatterie, 5 weitere Bordnetz­verbraucher (z.B. Schiebedachbetätigung), 6 Versorgungsbatterie, 7 Generator, 8 Lade-fTrennmodul.

2 3 4 5 6

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Bei künftigen Bordnetzausführungen, z. B. im "Bordnetz 2000", mit zwei Batte­rien (eine Batterie als Startbatterie und eine Batterie als Versorgungsbatterie) werden die Batteriefunktionen "Bereit­stellung hoher Leistung für den Startvor­gang" und "Versorgung des Bordnetzes" getrennt. Der Spannungseinbruch im Bordnetz beim Start wird vermieden und ein sicherer Kaltstart auch bei einem Ladezustand der Versorgungsbatterie von 30 % gesichert.

StartbaUerie Die Startbatterie muß nur für eine be­grenzte Zeit (Startvorgang) einen hohen Strom liefern. Weil sie ein kleines Volu­men hat, kann sie in der Nähe des Star­ters eingebaut werden und mit diesem über eine kurze Zuleitung verbunden sein. Die Kapazität ist ebenfalls redu­ziert. Damit sie immer gut geladen ist, hat sie eine Nennspannung von 10 V. Der Spannungsunterschied zu 12 V gibt die Ladepriorität für die Startbatterie.

Lade-/Trennmodul Das Lade-/Trennmodul trennt die Start­batterie und den Starter während des Motorstillstandes und des Startvorgan­ges vom restlichen Bordnetz und verhin­dert so den Spannungseinbruch beim Startvorgang und eine Entladung der Startbatterie durch eingeschaltete Ver­braucher bei Motorstillstand.

VersorgungsbaUerie Die Versorgungsbatterie ist ausschließ­lich für das Bordnetz (ohne Starter) vor­gesehen. Sie liefert relativ geringe Ströme (z. B. ca. 20 A für das Motorma­nagement), ist aber stark "zyklisierbar", d. h. sie kann bei entsprechend hoher Kapazität und der zulässigen Entlade­tiefe große Energiemengen bereitstellen und wieder speichern. Die Dimensionie­rung richtet sich im wesentlichen nach der Kapazitätreserve für eingeschaltete Verbraucher (z. B. Parklicht, Warnblink­licht), den Ruhestromverbrauchern und der zulässigen Entladetiefe.

Ausbauvarianten Ausbauvarianten sind für Fahrzeuge mit sehr hohen Verbraucherleistungen vor­gesehen. Varianten dieses Bordnetzes können sein: - Die Startbatterie versorgt das Motor­

management anstelle der Versor­gungsbatterie oder die Anlage ist um­schaltbar.

- Die Startbatterie hat ebenfalls 12 V, was jedoch einen höheren Aufwand zum Erreichen der Ladepriorität mit sich bringt.

- Nennspannung höher als 12 V. - Mehrspannungsnetze, die parallel zum

Versorgungskreis mit +12 V einen Kreis mit -12 V (bzw. -24 V) aufwei­sen, so daß an den Außenleitern der beiden Kreise zusätzlich 24 V (bzw. 36 V) verfügbar sind.

- Einsatz von zwei Generatoren. Die zu wählende Ausführung hängt von dem Ziel ab, das man mit dem Bordnetz­konzept erreichen möchte (z. B. Vermei­dung des Spannungseinbruchs beim Starten, oder Gewichtsverminderung, oder hohe Startsicherheit).

Bordnetz­schaltungen

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Bordnetz Leitungsberechnung

Größen und Einheiten

Größe Benennung Einheit A Leiterquerschnitt mm2

/ Stromstärke A I Leitungslänge m P Leistungsbedarf W

des Verbrauchers R Widerstand Q

(Verbraucher) S Stromdichte in Almm2

der Leitung UN Nennspannung V Uvl zulässiger V

Spannungsfall der isolierten Leitung

Uvg zulässiger V Spannungsfall im gesamten Stromkreis

p spezifischer Q'mm2/m elektrischer Widerstand

Tabelle 1

Berechnung

Beim Festlegen des Leiterquerschnitts ist der Spannungsfall und die Erwär­mung zu berücksichtigen.

Berechnungsschritte 1. Stromstärke / des Verbrauchers er­mitteln: / = P I UN = UN I R 2. Leiterquerschnitt A mit Uvl-Werten aus Tabelle 2 (für Kupfer p = 0,0185 Q. mm2/m) ausrechnen: A = / . p . I I Uvl 3. Leiterquerschnitt A aufrunden auf den nächsthöheren Wert entsprechend Ta­belle 1. Einzelleitungen unter 1 mm2 Querschnitt sind wegen zu geringer mechanischer Festigkeit nicht zu empfehlen. 4. Tatsächlichen Spannungsfall Uvl aus­rechnen: Uvl =/. p'l/ A 5. Stromdichte S überprüfen zur Ver­meidung unzulässiger Erwärmung (bei Kurzzeitbetrieb S < 30 Almm2, Werte für Nennleiterquerschnitte und zulässigen Dauerstrom bei Dauerbetrieb siehe Ta­belle 1). S = /IA.

Elektrische Kupferleitungen für Kraftfahrzeuge. Einadrig, unverzinnt, PVC-isoliert. Zulässige Betriebstemperatur 70°C.2) Nenn- Ungefähre Maximaler Maximaler Nennwand- Maximaler Zulässiger Dauerstrom leiter- Anzahl der Widerstand Leiter- dicke der Leitungs- (Richtwert) 2) bei Um-quer- Einzel- je Meter 1) durch- Isolation 1) außen- gebungstemperatur schnitt drähte' ) bei+20°C messer durch- bei bei

messer 1) +30 oe +50 oe mm2 mQ/m mm mm mm A A 1 32 18,5 1,5 0,6 2,7 19 13,5 1,5 30 12,7 1,8 0,6 3,0 24 17,0 2,5 50 7,60 2,2 0,7 3,6 32 22,7 4 56 4,71 2,8 0,8 4,4 42 29,8 6 84 3,14 3,4 0,8 5,0 54 38,3 10 80 1,82 4,5 1,0 6,5 73 51,8 16 126 1,16 6,3 1,0 8,3 98 69,6 25 196 0,743 7,8 1,3 10,4 129 91,6 35 276 0,527 9,0 1,3 11,6 158 112 50 396 0,368 10,5 1,5 13,5 198 140 70 360 0,259 12,5 1,5 15,5 245 174 95 475 0,196 14,8 1,6 18,0 292 207 120 608 0,153 16,5 1,6 19,7 344 244

12 ') Nach DIN ISO 6722, Teil 3. 2) Nach DIN VDE 0298, Teil 4.

Die in der Tabelle 2 angegebenen Werte für Uvl dienen zur Berechnung der Plus­leitung. Der Spannungsfall der Masse­rückführung bleibt unberücksichtigt. Bei isolierter Masseleitung ist jedoch in der Regel als Leitungslänge Hin- und Rück­leitung einzusetzen.

Tabelle 2

Empfohlener maximaler Spannungsfall.

Die angegebenen Uvg-Werte sind Prüf­werte und können zur Leitungsberech­nung nicht verwendet werden, da sie außer den Leitungen auch Kontaktwider­stände von Schaltern, Sicherungen usw. einbeziehen.

Art der Leitung Spannungsfall Spannungsfall Bemerkungen der Plus- im gesamten Leitung Stromkreis lfvl Uvg

Nennspannung UN 12 V 24 V 12 V 24 V Lichtleitungen von Lichtschalter Klemme 30 0,1 V 0,1 V 0,6 V 0,6 V Strom bei

bis Leuchten< 15 W Nennspannung bis Anhängersteckdose I und

von Anhängersteckdose Nennleistung bis Leuchten

von Lichtschalter Klemme 30 0,5 V 0,5 V 0,9 V 0,9 V bis Leuchten> 15 W bis Anhängersteckdose

von Lichtschalter Klemme 30 0,3 V 0,3 V 0,6 V 0,6 V bis Scheinwerfer

Ladeleitung von Drehstromgenerator Klemme B+ 0,4 V 0,8 V - - Strom bei

bis Batterie Nennspannung und Nennleistung

Starterhauptleitung 0,5 V 1,0 V - - Starterkurz-schlußstrom bei+20°C (Anm. 1 und 2)

Startersteuerleitung von Startschalter bis Starter Klemme 50 Maximaler Einrückrelais mit Einfachwicklung 1,4 V 2,0 V 1,7 V 2,5 V Steuerstrom Einrückrelais mit Einzugs- und Halte- 1,5 V 2,2 V 1,9 V 2,8 V (Anm. 3 und 4) wicklung Sonstige Steuerleitungen Strom bei von Schalter bis Relais, Horn usw. 0,5 V 1,0 V 1,5 V 2,0 V Nennspannung

Anmerkungen 1. In Sonderfällen mit sehr langer Starterhauptleitung kann bei verminderter Startgrenztemperatur der Uvl-Wert gegebenenfalls überschritten werden. 2. Bei isolierter Rückführung der Starterhauptleitung soll der Spannungsverlust in der Rückleitung den der Hinleitung nicht übersteigen, zulässig sind jeweils 4 % der Nennspannung, zusammen 8 %. 3. Die Uvl-Werte gelten für Einrückrelaistemperaturen von 50 bis 80 oe.

Leistungs­berechnung

4. Leitung vor dem Startschalter gegebenenfalls mit berücksichtigen. 13

Bordnetz

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Steckverbindungen

Aufgaben und Anforderungen

Elektrische Steckverbindungen müssen eine zuverlässige Verbindung zwischen verschiedenen Systemkomponenten schaffen und damit die sichere Funktion der Systeme unter allen Einsatzbedin­gungen gewährleisten. Sie sind so ge­staltet, daß sie den vielfältigen Belastun­gen während der gesamten Lebens­dauer des Kraftfahrzeuges gewachsen sind. Beispiele für solche Belastungen sind: - Schwingbeschleunigungen, - Temperaturschwankungen, - hohe und tiefe Temperaturen, - Feuchtebelastung, Schwallwasser, - aggressive Flüssigkeiten und Schad-

gase, sowie - Mikrobewegungen der KontaktsteIlen

mit daraus folgender Reibkorrosion. Diese Belastungen können die Über­gangswiderstände der Kontakte er­höhen bis hin zu totaler Unterbrechung. Auch die Isolationswiderstände können sich verringern und dadurch zum Kurz­schluß benachbarter Leitungen führen. Elektrische Steckverbindungen müssen somit folgende Eigenschaften aufwei­sen : - geringe Übergangswiderstände der

stromführenden Teile, - hohe Isolationsfestigkeit zwischen

den stromführenden Teilen verschie­denen Spannungspotentials,

- hohe Dichtheit gegen Wasser, Feuchte und Salznebel.

Zusätzlich zu den physikalischen Eigen­schaften müssen Steckverbindungen für den Anwendungsbereich noch weitere Anforderungen erfüllen, wie: - leichte, fehlerfreie Handhabung in der

Kfz-Montage, sicherer Verpolschutz, - sichere und spürbare Verriegelung,

leichte Entriegelung, - Robustheit und Automatenfähigkeit

bei der Kabelbaumfertigung sowie des­sen Transport.

Aufbau und Bauarten

Für die unterschiedlichen Einsatzgebiete der Bosch-Steckverbindungen gibt es verschiedene Typenreihen. In diesen sind je nach Einsatzbedingungen die speziell dafür geeigneten Kontakte ein­gesetzt. Hierzu an zwei Beispielen deren Eigenschaften.

BMK (Bosch-Mikro-Kontakt) Dieser zinn- oder goldbeschichtete Kon­takt, passend auf einen 0,6 mm Kontakt­stift, wurde speziell für ein Rastermaß von 2,5 mm, hohe Temperaturbeständig­keit (155 °C) und hohe Schüttelfestigkeit entwickelt. Er eignet sich für hochpolige Steckverbindungen, weil er eine sehr platzsparende Bauart ermöglicht. Der Kontakt besteht aus zwei Teilen. Ein Teil für die Stromleitung und ein zweites Teil (Stahlüberfeder) für die Erzeugung der Kontaktanpreßkraft (Kontaktnormal­kraft) . Durch die Stahlüberfeder (Bild 1) bleibt die Kontaktanpre ßkraft auch bei hohen Temperaturen und während der gesam­ten Fahrzeuglebensdauer erhalten. Die dadurch zwangsläufig entstehenden größeren Betätigungskräfte werden bei der Steckverbindung durch eine beson­dere Einziehhilfe reduziert. Diese sorgt auch für eine exakte axiale Führung der Steckverbindung, so daß keine Kontakt-

Bild 1

Mikro-Kontakt

1 Stahlüberteder, 2 Rastfeder (Primärteder). 3 Einzelader (Litze) . 4 Einlaufradius. 5 Kontakt­körper. 6 Leitercrimp. 7 Isolationscrimp.

oder Stiftbeschädigungen durch Kippen oder Verkanten vorkommen können. Die gesamte Steckverbindung ist zur Stiftleiste des zugehörigen Steuergerä­tes durch eine umlaufende Radialdich­tung im Steckergehäuse abgedichtet. Sie sorgt mit drei Dichtlippen für eine si­chere Funktion am Dichtkragen des Steuergerätes. Der Schutz der Kontaktsteile gegen ein­dringende Feuchtigkeit entlang des Ka­bels erfolgt durch eine Dichtungsplatte, durch welche die Kontakte mit ange­crimmter Leitung geführt werden (Bild 2) . Hierfür wird eine Silikongelplatte einge­setzt, die eine handelsübliche Einzel­aderabdichtung ersetzt, gleichzeitig aber auch wesentlich kleinere Bauformen und Varianzen in der Belegung (unterschied­liche ausgenutzte Polzahl) erlaubt. Die Dichtplatte schließt sich innig an die Isolation der Leitung an und dichtet da­durch zuverlässig ab. Bei der Montage des Steckers werden Kontakt und Leitung durch die im Stecker vormontierte Dichtplatte geschoben und der Kontakt gleitet in seine Endposition im Kontaktträger. Hier verriegelt er sich selbsttätig durch die Rastfeder. Sind alle Kontakte in der Endposition, wird über einen Schiebestift eine sogenannte Se­kundärverriegelung geschaffen. Dies ist eine zusätzliche Sicherung und erhöht den Widerstand gegen ungewolltes Her­ausreißen des Kabels samt Kontakt.

Bild 2

Vielpolige Steckverbindung mit Mikro-Kontakten (Schnitt)

1 Druckplatte, 2 Dichtplatte, 3 Radialdichtung, 4 Schiebestift (Sekundärverriegelung) , 5 Kontaktträger, 6 Kontakt.

2~~ 3 ---H+FHIII 4

5

6---~

BSK (Bosch-Sensor/Steller-Kontakt) Der BSK (Bild 3) wird eingesetzt für 2 ... 7polige Kompaktsteckverbindungen, welche die Komponenten im Motorraum (Sensoren und Steiler) mit dem Steuer­gerät verbinden. Das Rastermaß von 5 mm ermöglicht die hierfür erforderliche mechanische Robustheit. Der BSK verhindert durch seine interne mäanderförmige Gestaltung zuverlässig die Schwingungsübertragung aus dem Kabelbereich in die Kontaktzone. Damit ist sichergestellt, daß keine Relativbe­wegungen an den Kontaktoberflächen entstehen und zu Korrosion führen. Die Kompaktsteckverbindung hat Einzel­aderabdichtungen, die das Eindringen von Feuchte in die Kontaktzone verhin­dern. Drei Dichtlippen am Stecker­gehäuse gewährleisten durch die An­preßkraft Dichtheit bei Schwallwasser und sonstigen Feuchteeinwirkungen. Die selbstrastenden Schnappverbindun­gen mit zusätzlicher Entriegelungsfunk­tion sorgen für eine leichte Handhabung bei Kraftfahrzeugmontage und Kunden­dienstarbeiten. Die Entriegelung ge­schieht durch Drücken eines durch eine geriffelte Oberfläche gekennzeichneten Punktes. Zu den typischen Anwendungen zählen Steckverbindungen an den Komponen­ten eines Dieselmotors (z.B. Raildruck­sensor, Injektorventile) oder eines Otto­motors (z.B. Einspritzventile, Klopfsensor) .

Bild 3

Sensor-Kontakt

1 Stahlüberfeder, 2 Einzelader (Litze), 3 Leitercrimp, 4 Isolationscrimp, 5 Mäander.

Steck­verbindungen

15

Schaltzeichen und

Schaltpläne

16

Schaltzeichen und Schaltpläne

Die elektrischen Anlagen in modernen Kraftfahrzeugen enthalten neben der Beleuchtung eine große Zahl von elek­trischen und elektronischen Geräten für Steuerung und Regelung des Motors sowie für Sicherheits- und Komfortsy­steme. Eine Übersicht über die komplexen Bordnetzschaltungen ist nur mit aussa­gefähigen Schaltzeichen und Schaltplä­nen möglich. Schaltpläne als Stromlauf­pläne und Anschlußpläne helfen bei der Störungssuche, erleichtern den Einbau zusätzlicher Geräte und ermöglichen das fehlerfreie Anschließen beim Umrü­sten oder Ändern der elektrischen Aus­stattung von Fahrzeugen.

Schaltzeichen

Die nachfolgend dargestellten Schalt­zeichen sind dem Abschnitt "Stromlauf­plan eines Pkw mit Ottomotor" entnom­men. Diese Schaltzeichen bilden eine Aus­wahl genormter Schaltzeichen, die für Bild 1

die Kraftfahrzeugelektrik geeignet sind. Sie entsprechen bis auf wenige Aus­nahmen den Normen der Internationa­len Elektrotechnischen Kommision (IEC).

Bei einigen DIN-Normen wurden Schalt­zeichen den IEC-Normempfehlungen angepaßt, z.B. die Schaltzeichen für In­duktivitäten und elektrische Maschinen. Da wahlweise Vollrechteck- und Halb­kreisdarstellungen zugelassen sind, fin­det man beide Darstellungen. Im Hin­bl ick auf internationale Verständlichkeit und die Möglichkeit moderner Zeichen­und Vervielfältigungstechnik sollte zum jetzigen Zeitpunkt die Halbkreisdarstel­lung bevorzugt werden.

Anforderungen

Schaltzeichen sind die kleinsten Bau­steine eines Schaltplanes und die verein­fachte zeichnerische Darstellung eines elektrischen Gerätes oder eines Teiles davon. Die Schaltzeichen lassen die Wir­kungsweise eines Gerätes erkennen und stellen in Schaltplänen die funktionellen

Beispiel für den Aufbau eines Schaltzeichens: die Lambda-Sonde.

Element Kennzeichen physikalische Schaltzeichen Einflußgröße, Formelzeichen

galvanische + nichtlineare + Luftverhältnis, Lambda-Sonde Meßzelle Veränderbarkeit Temperatur

[3EJ [2] ~ [% [

Zusammenhänge eines technischen Ab­laufs dar. Schaltzeichen berücksichtigen nicht die Form und Abmessungen des Gerätes und die Lage der Anschlüsse am Gerät. Allein durch die Abstraktion ist eine aufgelöste Darstellung im Strom­laufplan möglich. Ein Schaltzeichen soll folgende Eigen­schaften besitzen : es soll einprägsam, leicht verständlich, unkompliziert in der zeichnerischen Darstellung und eindeutig innerhalb einer Sachgruppe sein. Schaltzeichen bestehen aus Schalt­zeichenelementen und Kennzeichen (Bild 1). Als Kennzeichen dienen Buchstaben, Ziffern, Symbole, mathematische Zei­chen, Formelzeichen, Einheitenzeichen, Kennlinien u.ä. Wird ein Schaltplan durch die Darstel­lung der Innenschaltung eines Gerätes

Bild 2

Schaltplan eines Drehstromgenerators mit Regler.

a mit Innenschaltung, b Schaltzeichen.

zu umfangreich, oder sind zum Erkennen der Funktion des Gerätes nicht alle De­tails der Schaltung notwendig , so kann der Schaltplan für dieses spezielle Ge­rät durch ein einziges Schaltzeichen (ohne Innenschaltung) ersetzt werden (Bilder 1 und 2b) .

Bei integrierten Schaltkreisen, die einen hohen Grad von Raumausnutzung auf­weisen (dies ist gleichbedeutend mit ho­hem Integrationsgrad von Funktionen in einem Bauteil) , wird eine vereinfachte Schaltungsdarstellung bevorzugt. Für Binär- und Digitalschaltungen geI­ten Schaltzeichen nach DIN 40900, Teil 12 und Teil 13, die sowohl die Schaltung wie die Funktion darstellen. Bei Analog­schaltungen für Rechner- und Rege­lungstechnik verwendet man Schaltzei­chen nach DIN 40900, Teil 13.

W D+ B+ a

b

! '_ '_ '_ '_ '_ '_ '_ '_ '! I I · . I I · . I I · . I I · . I I

!D- I I I i I · . L._._ ._._._._._._.~

B-

Im Schaltzeichen sind neben dem Symbol für den Generator G noch die Symbole für die drei Wicklungen (Phasen) 3 "-' die Sternschaltung y die Dioden-+Ej-und den Regler ID[] vorhanden.

Schaltzeichen

17

Schaltzeichen und

Schaltpläne

18

Darstellung

Die Schaltzeichen sind ohne Einwirkung einer physikalischen Größe, d.h. in strom- und spannungslosem und me­chanisch nicht betätigtem Zustand dar­gestellt. Ein von dieser Regeldarstel­lung (Grundstellung) abweichender Be­triebszustand eines Schaltzeichens wird durch einen danebengesetzten Doppel­pfeil gekennzeichnet (Bild 3) .

Schaltzeichen und Verbindungslinien (sie stellen elektrische Leitungen und

Von der Grundstellung abweichender Betriebszustand des Schaltzeichens.

Grundstellung Abweichung

Schließer

\ fii Elektro-

c? irc? mechanischer-Antrieb

mechanische Wirkverbindungen dar) ha- Bild 4 Bild 3

ben die gleiche Linienbreite, im Hinblick auf die Mikroverfilmung mindestens 0,25 mm.

Um unnötige Knicke und Kreuzungen bei den Verbindungslinien zu vermeiden, können Schaltzeichen in Stufen von 90° gedreht oder spiegelbildlich angeordnet werden, sofern sie dadurch ihre Bedeu­tung nicht verändern. Die Richtung der weiterführenden Leitungen ist frei wähl­bar. Ausgenommen sind die Schaltzei­chen für Widerstände (Anschlußzeichen sind hier nur an den Schmalseiten zu­gelassen) und Anschlüsse für elektro­mechanische Antriebe (hier dürfen sich Anschlußzeichen nur an den Breitseiten befinden, Bild 4).

Verzweigungen werden sowohl mit als auch ohne Punkt dargestellt, Kreuzun­gen ohne Punkt, d.h. hier ist keine elek­trische Verbindung vorhanden (Bild 5). Anschlu ßstellen an Geräten sind mei­stens nicht besonders dargestellt. Nur an den für Ein- und Ausbau notwendigen Stellen werden Anschlußstelle, Stecker, Buchse oder Schraubverbindungen durch ein Schaltzeichen kenntlich ge­macht. Sonstige Verbindungsstellen sind einheitlich als Punkt gekennzeichnet.

Schaltglieder mit gemeinsamem Antrieb sind bei zusammenhängender Darstel­lung so gezeichnet, daß sie beim Betäti­gen einer Bewegungsrichtung folgen, die durch die mechanische Wirkverbin­dung (- - -) festgelegt ist (Bild 6).

Anschlüsse

Am Widerstand

--c:=I-

Elektro-

e? mechanischer-Antrieb

Bild 5

Verzweigungen und Kreuzungen.

a Verzweigung mit elektrischer Verbindung, b Kreuzung mit elektrischer Verbindung, c Kreuzung ohne elektrische Verbindung.

a

Bild 6

Mechanische Wirkverbindung am Mehrstellenschalter

0121~ , ,5f '+~~----\

0,1 r 30

Schaltzeichenauswahl

(siehe auch Stromlaufplan)

Verbindungen

Leitung ; Leitungskreuzun­gen (ohne/ mit Verbindung)

-++ Geschirmte Leitung

' .. )

Mechanische Wirkverbin­dung; elektrische Leitung (nachträglich verlegt)

Kreuzungen (ohne / mit Verbindung)

I I -+- -+-

I I

Verbindung, allgemein ; lösbare Verbindung (wenn Darstellung notwendig)

• o

Steckverbindung; Buchse; Stecker; 3fach-Steckver­bindung

~ttJ Masse (Gehäusemasse, Fahrzeugmasse)

Mechanische Funktion

Schaltstellungen (Grundstellung : ausgezogene Linie)

o 1 2

\ ' 1 ,

1 ,

I'

o

I

2 I 1 1 1 I

Betätigen von Hand, durch Fühler (Nocken), thermisch (Bimetall)

~--- 0--- ~---

Raste; nicht selbsttätiger / selbsttätiger Rückgang in Pfeilrichtung (Taste)

---v--- ----{>---

Betätigung, allgemein (mech., pneum., hydraul.) ; Kolbenantrieb

0--- [B---

Betätigung durch Dreh­zahl n, Druck p, Menge Q, Zeit t, Temp. tO

0-- [B- [ID-0--0--

Veränderbarkeit, nicht eigen (von außen) , allgemein

/ Veränderbarkeit eigen, unter dem Einfluß einer physik. Größe, linear / nichtlinear

// EinsteIlbarkeit, allgemein

/ halter

Tastschalter, Schließer / Öffner

\ ( Stellschalter, Schließer / Öffner

Wechsler, mit/ohne Unterbrechung schaltend

\ \

Schaltzeichen

19

Schaltzeichen und

Schaltpläne

20

Schalter

Zweiwegschließer mit drei Schaltstellungen (z.B. Blinkerschalter)

Schlie ßer -Offner

\--( Zwillingsschließer

Mehrstellenschalter

Nockenbetätigter Schalter (z.B. Unterbrecher)

o--t Thermoschalter

~--t Auslöser

Verschiedene Bauelemente

Antriebe mit einer Wicklung

Antrieb mit zwei gleichsin­nig wirkenden Wicklungen

~ Antrieb mit zwei gegensin­nig wirkenden Wicklungen

Elektrothermischer Antrieb, Thermorelais

Elektrothermischer Antrieb, Hubmagnet

Magnetventil, geschlos-sen

Relais (Antrieb und Schal­ter) , Beispiel: unverzöger­ter Öffner und verzögerter Schließer

~)~

Widerstand

---l'--_-->f--

Potentiometer (mit drei Anschlüssen)

Heizwiderstand, Glüh­kerze, Flammkerze, Heiz­scheibe

---1 I I I f--

Antenne

r Sicherung

Dauermagnete

I I

Wicklung, induktiv

Heißleiter (NTC)-Wider­stand

Diode, allgemein, Strom­durchlaß in Richtung der Dreieckspitze

PN P-Transistor NPN-Transistor

E = Emitter (Pfeil zeigt in Durchlaßrichtung)

C = Kollektor, positiv B = Basis (waagerecht),

negativ

yy Leuchtdiode (LED)

Hallgenerator

Geräte im Kraftfahrzeug

Strich-Punkt-Linie zur Abgrenzung oder Umrahmung zusammen­gehöriger Schaltungsteile

r-'-'-'~

i i L._._.~

Geschirmtes Gerät, Umrahmung mit Masse verbunden

r--- --~

I I

L--=c-~

Regler, allgemein

Steuergeräte

Anzeigeelement allge­mein; Spannungsmesser; Uhr.

Drehzahlanzeige; Tempe­raturanzeige; Geschwin­digkeitsanzeige.

008

Batterie

Steckanschlu ß

Leuchte, Scheinwerfer

Signalhorn, Fanfare

Heizbare Heckscheibe (allgemein Heizwider­stand)

Schalter, allgemein ohne Anzeigelampe

Schalter, allgemein mit Anzeigelampe

Schaltzeichen

21

Schaltzeichen Geräte im Kraftfahrzeug und

Schaltpläne Druckschalter Zündkerze Motor mit Gebläse, Lüfter

~ [TI [®J Relais, allgemein Zündspule Startermotor mit Einrück-

relais (ohne/mit Innen-

~ 00 schaltung

[@] Magnet-, Einspritz-, Kalt- Zündverteiler, allgemein startventil

[!] [8J ~ Thermozeitschalter Spannungsregler Wischermotor (eine/zwei

Wischgeschwindigkeiten)

~ EJ [©] Drosselklappenschalter Drehstromgenerator mit

BJ Regler (ohne / mit Innen-

[@] schaltung).

~ Drehsteller Wischintervallrelais

[!] ~ lli -Q-Zusatzluftventil mit elek- Elektrokraftstoffpumpe, Autoradiogerät trothermischem Antrieb Motorantrieb tür Hydrau-

likpumpe

C6J B [®J 22

Geräte im Kraftfahrzeug

Lautsprecher

Spannungskonstanthalter, Stabilisator

I co~st l Induktiver Sensor, mit Bezugsmarke gesteuert

Blink-, Impulsgeber, Intervallrelais

Lambda-Sonde (nicht beheizt / beheizt)

Piezoelektrischer Sensor

Widerstands­steIlungsgeber

Luftmengenmesser

Luftmassenmesser

Mengensensor, Kraftstoff­standsensor

Temperaturschalter, Temperatursensor

Kombi-Gerät (Armaturenbrett)

Geschwindigkeitssensor

ABS-Drehzahlsensor

Hallgeber

Umsetzer, Umformer (Menge, Spannung)

Induktiver Sensor

I co~sl . 1 ®0@0 n ®®®®® P2 P3 P4 P5 Y H1 H2 H3 H4 H5 H6 N1

Schaltzeichen

23

Schaltzeichen und

Schaltpläne

24

Schaltpläne

Der Schaltplan ist die zeichnerische Dar­stellung elektrischer Geräte durch Schaltzeichen, gegebenenfalls durch Ab­bildungen oder vereinfachte Konstrukti­onszeichnungen (Bild 1). Er zeigt die Art, in der verschiedene elek­trische Geräte zueinander in Beziehung stehen und miteinander verbunden sind. Tabellen, Diagramme und Beschreibun­gen können den Plan ergänzen. Die Art des Schaltplanes wird bestimmt durch seinen Zweck (z.B. Darstellung der Funktion einer Anlage) und durch die Art der Darstellung. Damit ein Schaltplan "lesbar" ist, muß er folgende Forderungen erfüllen: - Er muß normgerecht dargestellt sein,

Abweichungen sind zu erläutern. - Die Stromwege müssen vorzugs­

weise so angeordnet sein, daß die Wirkung bzw. der Signalfluß von links nach rechts und/oder von oben nach unten verläuft.

Bild 1

Einteilung der Schaltpläne.

In der Kraftfahrzeugelektrik dienen Über­sichtsschaltpläne in meist einpoliger Darstellung ohne gezeichnete Innen­schaltung dem schnellen Überblick über die Funktion einer Anlage oder eines Gerätes. Der Stromlaufplan in verschiedenen Dar­stellungsarten (Anordnung der Schalt­zeichen) ist die ausführliche Darstellung einer Schaltung zum Erkennen der Funktion und zur Ausführung von Re­paraturen. Der Anschlußplan (mit Anschlußpunkten der Geräte) dient dem Kundendienst bei Austausch oder Nachrüstung von Ge­räten. Nach Art der Darstellung wird unter­schieden zwischen: - ein- oder mehrpoliger Darstellung

und (entsprechend der Anordnung der Schaltzeichen),

- zusammenhängender, halbzusam­menhängender, aufgelöster und la­gerichtiger Darstellung, die in ein und demselben Schaltplan kombiniert werden können.

I Schaltpläne der Kraftfahrzeugelektrik (nach DIN 40 719/1) I

Einteilung nach dem Zweck I Einteilung nach Art der Darstellung

I I I I Schaltpläne zur Schallpläne zur Ein-oder Anordnung lagerichtige Erläuterung der Erläuterung der mehrpolige der Schall- Darstellung Funktion Verbindung Darstellung zeichen

1 I I Meist mit Darstellung der Innenschaltung I

I I I I Übersichts- Stromlauf- Anschluß- zusammen- halb- aufgelöst schaltplan plan plan hängend zusammen-

hängend

i i i t t t t i i I

Übersichtsschaltplan

Der Übersichtsschaltplan, früher Block­diagramm oder Blockschaltplan genannt, ist die vereinfachte Darstellung einer Schaltung, wobei nur die wesentlichen Teile berücksichtigt sind (Bild 2). Er soll einen schnellen Überblick über Auf­gabe, Aufbau, Gliederung und Funktion

Bild 2

Übersichtsschaltplan Motronic-Steuergerät.

A1 Steuergerät D2 Adreßbus

einer elektrischen Anlage oder eines Teiles davon geben und als Wegweiser für ausführlichere Schaltungsunterlagen (Stromlaufplan) dienen. Die Geräte sind dargestellt durch Quadrate, Rechtecke oder Kreise mit eingezeichneten Kennzeichen ähnlich DIN 40 900 Teil 2, die Leitungen sind meist einpolig gezeichnet.

B1 Sensor für Drehzahl D3 Arbeitsspeicher (RAM) M1 Elektrokraftstoffpumpe N1 ... N3 Leistungsendstufen S1 Zündstartschalter B2 Sensor für Bezugsmarke D4 Programm-Datenspeicher

B3 Sensor für Luftmenge (ROM) B4 Sensor für Ansaugluft- D5 Eingang - Ausgang

temperatur D6 Datenbus B5 Sensor für Motortemperatur D7 Mikrocomputer B6 Drosselklappenschalter G1 Batterie D1 Recheneinheit (CPU) K1 Pumpenrelais

~+---------' D7

S2 Kennfeldumschalter T1 Zündspule U1 und U2 Impulsformer U3 ... U6 Analog-Digital-

Umsetzer Y1 Einspritzventil

A1

Schaltpläne

25

Schaltzeichen und

Schaltpltine

26

Stromlaufplan

Der Stromlaufplan ist die ausführliche Darstellung einer Schaltung in ihren Einzelheiten. Er zeigt durch übersichtli­che Darstellung der einzelnen Strom­wege die Wirkungsweise einer elektri­schen Schaltung. Im Stromlaufplan darf die übersichtliche, das Lesen der Schal­tung erleichternde Darstellung der Funktion durch die Wiedergabe geräte­technischer und räumlicher Zusammen­hänge nicht beeinträchtigt werden. Bild 3 zeigt den Stromlaufplan eines Starter­motors in zusammenhängender und aufgelöster Darstellung.

Bild 3

Der Stromlaufplan muß enthalten: - Schaltung, - Gerätekennzeichnung

(DIN 40719 Teil 2) und Anschi u ßbezeichn u ng (DIN 72552, DIN 42400).

- Er muß mikroverfilmbar sein (Mindest-Linienbreite 0,25 mm).

Der Stromlaufplan kann enthalten: - Vollständige Darstellung mit Innen­

schaltung, um Prüfung, Fehlerortung, Wartung und Austausch (Nachrü­stung) zu ermöglichen;

- Hinweisbezeichnungen dienen zum besseren Auffinden von Schaltzei­chen und Zielorten, insbesondere bei aufgelöster Darstellung.

Stromlaufplan eines Startermotors Typ KB für Parallelbetrieb in zwei Darstellungsarten.

a Zusammenhängende Darstellung. b Aufgelöste Darstellung, K1 Steuerrelais, K2 Einrückrelais. Haltewicklung und Einzugswicklung, M1 Startermotor mit Reihenschluß und Nebenschlußwicklung.

a 50 30 50b 30f

Il ---- --- - --m I,J I

K1

I

~ ~ 31

b 30

)K1 )K1 )K1

30

301

50 II~ 50b

M1 K1 K2

31 ---'---'--~~~~~-------31

Darstellung der Schaltung Im Stromlaufplan wird meist die mehr­polige Leitungsdarstellung verwendet. Für die Anordnung der Schaltzeichen gibt es nach DIN 40 719 Teil 1 folgende Darstellungsarten, die im gleichen Schalt­plan kombiniert werden können.

Zusammenhängende Darstellung Alle Teile eines Gerätes sind unmittelbar beieinander zusammenhängend darge­stellt und durch Doppelstrich oder unter­brochene Verbindungslinien zur Kenn­zeichnung der mechanischen Wirkver­bindung miteinander verbunden. Diese Darstellung kann für einfache, nicht sehr umfangreiche Schaltungen verwendet werden, ohne daß die Übersichtlichkeit verloren geht (Bild 3a).

Bild 4

Massedarstellung.

a einzelne Massezeichen. b durchgehende Masseverbindung, c mit Massesammelpunkt.

a +ilF b

c + ----<~---<~--

Aufgelöste Darstellung Schaltzeichen von Teilen elektrischer Geräte sind getrennt dargestellt und so angeordnet, daß jeder Stromweg mög­lichst leicht zu verfolgen ist. Auf die räumliche Zusammengehörigkeit einzel­ner Geräte oder deren Teile wird keine Rücksicht genommen. Eine möglichst geradlinige, klare und kreuzungsfreie Anordnung der einzelnen Stromwege hat den Vorrang. Hauptzweck: Erkennen der Funktion einer Schaltung.

Die Zusammengehörigkeit der einzelnen Teile ist mit Hilfe eines Kennzeich­nungssytems nach DIN 40 719 Teil 2 zu erkennen. An jedem einzelnen, getrennt dargestellten Schaltzeichen eines Ge­rätes befindet sich die dem Gerät zuge­hörige Kennzeichnung. Aufgelöst darge­stellte Geräte sind an einer Stelle des Schaltplanes einmal vollständig und zu­sammenhängend anzugeben (Bild 3b), wenn es zum Verständnis der Schaltung erforderlich ist.

Lagerichtige Darstellung Bei dieser Darstellung entspricht die Lage des Schaltzeichens ganz oder teil­weise der räumlichen Lage innerhalb des Gerätes oder Teiles.

Massedarstellung Im Kraftfahrzeug wird in den meisten Fällen das Einleitersystem, bei dem die Masse (Metallteile des Fahrzeugs) als Rückleitung dient, wegen seiner Ein­fachheit bevorzugt. Ist die Gewähr für einwandfrei leitende Verbindung der ein­zelnen Masseteile nicht gegeben oder handelt es sich um Spannungen über 42 V, so verlegt man auch die Rücklei­tung isoliert von Masse. Alle in einer Schaltung dargestellten Massezeichen (1.) sind über die Geräte­oder Fahrzeugmasse elektrisch mitein­ander verbunden. Sämtliche Geräte, die ein Massezeichen enthalten, müssen elektrisch leitend auf der Fahrzeugmasse montiert sein. Bild 4 zeigt verschiedene Möglichkeiten der Massedarstellung.

Schaltpläne

27

Schaltzeichen und

Schaltpläne

28

Stromwege und Leitungen Die Stromkreise sind so angeordnet, daß sich eine klare und übersichtliche Darstellung ergibt. Die einzelnen Strom­wege, mit Wirkrichtung vorzugsweise von links nach rechts und/ oder von oben nach unten, sollen möglichst geradlinig, kreuzungsfrei und ohne Richtungs­änderung im allgemeinen parallel zum Schaltplanrand verlaufen. Bei einer Häufung paralleler Leitungen werden diese gruppiert, jeweils drei li­nien zusammen, dann folgt ein Abstand zur nächsten Gruppe usw.

Begrenzungslinien, Umrahmungen Strichpunktierte Trenn- oder Umrah­mungslinien grenzen Teile von Schal­tungen ab, um die funktionelle oder konstruktive Zusammengehörigkeit der Geräte oder Teile zu zeigen. Diese Strich-Punkt-Linie stellt in der Kfz-Elektrik eine nichtleitende Umrah­mung von Geräten oder Schaltungsteilen dar, sie entspricht nicht immer dem Schaltungsgehäuse und wird nicht als Gerätemasse verwendet. In der Stark­stromelektrik wird diese Umrahmungs­linie oft mit dem ebenfalls strichpunk­tierten Schutzleiter (PE) verbunden. Bild 5

Kennzeichnung der AbbruchsteIlen.

a durch Klemmenbezeichnung, z.B. K1.15, b durch Zielhinweis, z.B. in Abschnitt 8 und 2.

a

30------ - - - - ---- 30

-S1 15

-H10

151 15

-S16t 31----------+---31

AbbruchsteIlen, Kennung, Zielhinweis Verbindungslinien (Leitungen und me­chanische Wirkverbindungen), die über eine größere Strecke des Strom lauf­planes verlaufen, können zur Verbesse­rung der Übersichtlichkeit unterbrochen werden. Es werden nur Anfang und Ende der Verbindungslinie dargestellt. Die Zusammengehörigkeit dieser Ab­bruchstellen muß eindeutig erkennbar sein. Hierzu dienen Kennung und/oder Zielhinweis.

Die Kennung an zusammengehörigen AbbruchsteIlen stimmt überein. Als Ken­nung dienen:

- Klemmenbezeichnungen (DIN 72552, DIN 42400), Bild 5 links,

- Angabe der Wirkungsweise, - Angaben in Form alphanumerischer

Zeichen.

Der Zielhinweis wird in Klammern ge­setzt, um eine Verwechslung mit der Kennung zu vermeiden; er besteht aus der Abschnittsnummer des Zieles (Bild 5 rechts).

b

12 Zündung 18 Beleuchtung

~:'1 r~X:m:: 50 -F2r

-S16t -H10

31 31

Abschnittskennzeichnung Zum Auffinden von Schaltungsteilen dient die am oberen Rand des Planes angegebene Abschnittskennzeichnung (früher Stromweg genannt). Für diese Kennzeichnung gibt es drei Möglich­keiten: - Fortlaufende Zahlen in gleichen Ab­

ständen von links nach rechts (Bild 6a), - Hinweise auf den Inhalt der Schal­

tungsabschnitte (Bild 6b), - oder eine Kombination von beiden

(Bild 6c).

In den Stromlaufplänen dieses Heftes ist die Abschnittskennzeichnung nach Bild 6b angewendet worden.

Beschriftung Geräte, Teile oder Schaltzeichen sind in Schaltplänen mit einem Buchstaben und einer Zählnummer nach DIN 40 719, Teil 2 gekennzeichnet. Diese Kenn­zeichnung wird links bzw. unterhalb des Schaltzeichens angebracht.

Die in der Norm angegebenen Vorzei­chen für die Art der Geräte kann ent­fallen, wenn sich dadurch keine Zwei­deutigkeit ergibt.

Bild 6

Möglichkeiten der Abschnittskennzeichnung.

a mit umlaufenden Zahlen, b mit Hinweisen auf die Abschnitte, c mit einer Kombination aus a und b.

a

I' 2 3 4 5 6 7 8 ...

b

1 Stromversorgung 12 Startanlage I 3 Zünd

c

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stromversorgung IStartanlage I Zünd

Gerätekennzeichen

Beispiel: Starter - M 1

Vorzeichen für die Art des dJ Gerätes ------- -Kennbuchstabe des Gerätes Zählnummer --------~

Anschlußkennzeichen

Beispiel: Klemme 30 : 30

Vorzeichen für T T Anschluß -------~ Bezeichnung des Anschlusses

Bei geschachtelten Geräten ist ein Gerät Bestandteil eines anderen, z.B. Starter M1 mit eingebautem Einrückrelais K6. Das Gerätekennzeichen ist dann: - M1 - K6. Kennzeichen von zusammengehörigen Schaltzeichen bei aufgelöster Darstel­lung: Jedes einzelne getrennt darge­stellte Schaltzeichen eines Gerätes er­hält die dem Gerät gemeinsame Kenn­zeichnung. Anschlu ßbezeichnungen (zum Beispiel nach DIN 72552) sind außerhalb des Schaltzeichens, bei Umrahmungslinien vorzugsweise außerhalb der Umrahmung zu schreiben.

Bei horizontalem Verlauf der Stromwege gilt: Die den einzelnen Schaltzeichen zuge­ordneten Angaben werden unter die be­treffenden Schaltzeichen geschrieben. Die Anschlußkennzeichnung steht un­mittelbar außerhalb des eigentlichen Schaltzeichens oberhalb der Verbin­dungslinie. Bei vertikalem Verlauf der Stromwege gilt: Die den einzelnen Schaltzeichen zuge­ordneten Angaben werden links neben die betreffenden Schaltzeichen geschrie­ben. Die Anschlußkennzeichnung steht unmittelbar außerhalb des eigentlichen Schaltzeichens, bei horizontaler Schreib­weise rechts und bei vertikaler Schreib-

Schaltpläne

weise links neben der Verbindungslinie. 29

Schaltzeichen und

Schaltpläne

30

Anschlußplan

Der Anschlußplan zeigt die Anschluß­punkte elektrischer Geräte und die daran angeschlossenen äußeren und - wenn nötig - inneren leitenden Verbindungen (Leitungen).

Darstellung Die einzelnen Geräte sind durch Qua­drate, Rechtecke, Kreise und Schaltzei­chen oder auch bildlich dargestellt und können lagerichtig angeordnet sein. Als Anschlußstellen dienen Kreis, Punkt, Steckverbindung oder nur die herange­führte Leitung. Folgende Darstellungsarten sind in der Kraftfahrzeugelektrik üblich: - zusammenhängend, Schaltzeichen ent­

sprechen DIN 40 900 (Bild 7a), - zusammenhängend, bildliche Geräte­

darstellung (Bild 7b), - aufgelöst, Gerätedarstellung mit Schalt­

zeichen, Anschlüsse mit Zielhinweisen; Farbkennung der Leitungen möglich (Bild Ba),

- aufgelöst, bildliche Gerätedarstellung, Anschlüsse mit Zielhinweisen; Farbken­nung der Leitungen möglich (Bild Bb).

Farbkennung für elektrische Leitungen (nach DIN 47002)

bl blau I gn grün sw br braun or orange tk ge gelb rs rosa vi gr grau rt rot ws

Bild?

schwarz türkis violett weiß

Anschlußplan, zusammenhängende Darstellung.

a Mit Schaltzeichen, b mit Geräten.

Beschriftung Kennzeichnung der Geräte nach DIN 40719, Teil 2. Anschlußklemmen und Steckverbindungen werden mit den am Gerät vorhandenen Klemmenbezeich­nungen bezeichnet (Bild 7). Bei aufgelöster Darstellung entfallen die durchgehenden Verbindungsleitungen von Gerät zu Gerät. Alle von einem Gerät abgehenden Leitungen erhalten einen Zielhinweis (DIN 40719, Teil 2), bestehend aus dem Kennzeichen des Zielgerätes und dessen Anschluß­bezeichnung und - wenn notwendig -der Angabe der Leitungsfarbe nach DIN 47002 (Bild 9).

Gerätekennzeichen

Beispiel: Generator - G1

Vorzeichen für die Art des~ Gerätes (kann entfallen) Kennbuchstabe und Zählnummer des Gerätes (Generator)

Zielhinweis: Beispiel: Leitung - G2: + / rt

~~B~~~~~~ G1 J J Vorzeichen für die Art des Gerätes (kann entfallen) Kennbuchstabe und Zählnummer (Batterie) Vorzeichen für Anschluß--~ Klemmenbezeichnung des Zielanschlusses ----~ Leitungsfarbe (Rot) -------

Anschlußplan, aufgelöste Darstellung.

a Mit Schaltzeichen und Zielhinweisen, b mit Geräten und Zielhinweisen, G1 Drehstromgenerator mit Regler, G2 Batterie, H1 Generatorkontrolleuchte, M1 Startermotor, S2 Zündstartschalter, XX Gerätemasse auf Fahrzeugmasse, YY Anschlußklemme für Masseverbindung, :15 Leitungspotential, z. B. Klemme 15.

G21 + I

H1

Bild 9

a

G1:B+ + oE S2:30

M1:30 o-j

30 0- G2:+ 50 0- S2:50a

.-.j

0- S2:15 0- G1:D+

15 0- H1 30 0- G2:+ 50ao- M1:50

Gerätekennzeichen. Beispiel: Generator.

a Gerätekennzeichen (Kennbuchstabe und Zählnummer) b Klemmenbezeichnung am Gerät c Gerät an Masse

G1

G2

b

O D+o-H1 B+ 0- G2:+ B- o-j

u: /G1:B+ ~ S2:30

M1:30 o-j

Mq 30 50

0- G2:+ 0- S2:50a .-.j

H1

S2

0- S2:15 0- G1:O+

UJ 150-H1 \J 30 0- G2:+

50ao- M1:50

d Zielhinweis (Kennbuchstabe und Zählnummer/Klemmenbezeichnung/Leitungsfarbe)

Gerätedarstellung Zielhinweis

~ 0+ 0- H1/sw B+ 0- G2:+/rt B- ..-J

G1

a b c d

Schaltpläne

Bild 8

31

Schaltzeichen und

Schaltpläne

32

Kennzeichnung von elektrischen Geräten

Beispiel: Generator - G2, Klemme 15 Kennzeichnung laut Norm: - G 2:15

(kann entfallen, wenn keine Die Kennzeichnung nach DIN 40719 Teil 2 dient zur eindeutigen, international ver­ständlichen Identifizierung von Anlagen, Teilen usw., die durch Schaltzeichen in einem Schaltplan dargestellt sind. Sie erscheint neben dem Schaltzeichen und besteht aus einer Folge von festgelegten Vorzeichen, Buchstaben und Zahlen.

Vorzeichen c=J3

Zweideutigkeit entsteht) Kennbuchstabe für Art (hier Generator) aus Tabelle 1 Zählnummer _______ -----..J

Anschluß -----------' (hier Klemme 15) als genormte oder am Gerät angebrachte Bezeichnung

Tabelle 1 Kennbuch- Art Beispiele stabe

A Anlage, Baugruppe, ABS-Steuergerät, Autoradio, Autosprechfunk, Teilegruppe Autotelefon, Diebstahlalarmanlage,

Gerätebaugruppe, Schaltgerät, Steuergerät, Tempomat

B Umsetzer von Bezugsmarkengeber, Druckschalter, Fanfare, nichtelektrischen auf Horn, Lambda-Sonde, Lautsprecher, elektrische Größen Luftmengenmesser, Mikrofon, Öldruckschalter, oder umgekehrt Sensoren aller Art, Zündauslöser

C Kondensator Kondensatoren aller Art

D Binäres Element, Bordcomputer, Digitale Einrichtung, integrierter Speicher Schaltkreis, Impulszähler, Magnetbandgerät

E Verschiedene Geräte Heizeinrichtung, Klimaanlage, Leuchte, und Einrichtungen Scheinwerfer, Zündkerze, Zündverteiler

F Schutzeinrichtung Auslöser (Bimetall), Polaritätsschutzgerät, Sicherung, Stromschutzschaltung

G Stromversorgung, Batterie, Generator, Ladegerät Generator

H Kontrollgerät, Akustisches Meldegerät, Anzeigelampe, Meldegerät, Blinkkontrolle, Blinkleuchte, Bremsbelagkontrolle, Signalgerät Bremsleuchte, Fernlichtanzeige,

Generatorkontrolle, Kontrollampe, Meldegerät, Öldruckkontrolle, optisches Meldegerät, Signallampe, Warnsummer

K Relais, Schütz Batterierelais, Blinkgeber, Blinkrelais, Einrückrelais, Startrelais, Warnblinkgeber

L Induktivität Drosselspule, Spule, Wicklung

Kennbuch- Art Beispiele Schaltpläne stabe

M Motor Gebläsemotor, Lüftermotor, Pumpen motor für ABS-/ASR-/ESP-Hydroaggregate, Scheibenspüler-/Scheibenwischermotor, Startermotor, Stellmotor

N Regler, Verstärker Regler (elektronisch oder elektromechanisch), Spannungskonstanthalter

P Meßgerät Amperemeter, Diagnoseanschlu ß, Drehzahlmesser, Druckanzeige, Fahrtschreiber, Meßpunkt, Prüfpunkt, Tachometer

R Widerstand Glühstiftkerze, Flammkerze, Heizwiderstand, Hei ßleiter, Kaltleiter, Potentiometer, Regelwiderstand, Vorwiderstand

S Schalter Schalter und Taster aller Art, Zündunterbrecher

T Transformator Zündspule, Zündtransformator

U Modulator, Umsetzer Gleichstromwandler

V Halbleiter, Röhre Darlington, Diode, Elektronenröhre, Gleichrichter, Halbleiter aller Art, Kapazitätsdiode, Transistor, Thyristor, Z-Diode

W Übertragungsweg, Autoantenne, Abschirmteil, geschirmte Leitung, Leitung, Antenne Leitungen aller Art, Leitungsbündel,

Masse(sammel)leitung

X Klemme, Stecker, Anschlußbolzen, elektrische Anschlüsse aller Art, Steckverbindung Kerzenstecker, Klemme, Klemmenleiste,

elektrische Leitungskupplung, Leitungsverbinder, Stecker, Steckdose, Steckerleiste, (Mehrfach-)Steckverbi ndung, Verteilerstecker

y elektrisch betätigte Dauermagnet, Einspritz(magnet)ventil, mechanische Elektromagnetkupplung, Einrichtung elektromagnetische Bremse,

Elektroluftschieber, Elektrokraftstoffpumpe, Elektromagnet, Elektrostartventil, Getriebesteuerung, Hubmagnet, Kick-down-Magnetventil, Leuchtweiteregler, Niveauregelventil , Schaltventil, Startventil, Türverriegelung, Zentralsch lie ßeinrichtu ng, Zusatzluftschieber

Z elektrisches Filter Entstörglied, Entstörfilter, Siekette, Zeituhr

33

Schaltzeichen und

Schaltpläne

34

Klemmenbezeichnungen nach DIN 72 552

Das in der Norm für die elektrische An­lage im Kraftfahrzeug festgelegte System der Klemmenbezeichnungen soll ein mög­lichst fehlerfreies Anschließen aller Lei­tungen an den Geräten, vor allem bei Reparaturen und Ersatzeinbauten mög­lich machen. Die Klemmenbezeichnungen sind nicht gleichzeitig Leitungsbezeichnungen, da an beiden Enden einer Leitung Geräte mit unterschiedlicher Klemmenbezeich-

Klemme Bedeutung

1 Zündspule, Zündverteiler Niederspannung

Zündverteiler mit zwei getrennten Stromkreisen

1 a zum Zündunterbrecher I 1 b zum Zündunterbrecher II

2 Kurzschlie ßklemme (Magnetzündung)

Zündspule, Zündverteiler 4 Hochspannung

Zündverteiler mit zwei getrennten Stromkreisen

4a von Zündspule I, Klemme 4 4b von Zündspule 11, Klemme 4

15 Geschaltetes Plus hinter Batterie (Ausgang Zünd-(Fahrt)-Schalter)

15 a Ausgang am Vorwiderstand zur Zündspule und zum Starter

Glühstartschalter 17 Starten 19 Vorglühen

30 Eingang von Batterie Plus (direkt)

Batterieumschaltrelais 12/24 V 30 a Eingang von Batterie II Plus

1) Polaritätswechselklemme 32/33 möglich

nung angeschlossen sein können. Die Klemmenbezeichnungen brauchen infol­gedessen nicht an den Leitungen ange­bracht zu werden. Neben den aufgeführten Klemmenbe­zeichnungen können auch Bezeichnun­gen nach DIN-VDE-Normen bei elektri­schen Maschinen verwendet werden. Mehrfach-Steckverbindungen, bei denen die Klemmenbezeichnungen nach DIN 72 552 nicht mehr ausreichend sind, er­halten fortlaufende Zahlen oder Buch­stabenbezeichnungen, die keine durch die Norm festgelegte Funktionszuord­nung haben.

Klemme Bedeutung

31 Rückleitung ab Batterie Minus oder Masse (direkt)

31 b Rückleitung an Batterie Minus oder Masse über Schalter oder Relais (geschaltetes Minus)

Batterieumschaltrelais 12/24 V 31 a Rückleitung an Batterie II Minus 31 c Rückleitung an Batterie I Minus

Elektromotoren 32 Rückleitung 1) 33 Hauptanschluß 1) 33 a Endabstellung 33 b Nebenschlu ßfeld 33 f für zweite kleinere Drehzahlstufe 33 g für dritte kleinere Drehzahlstufe 33 h für vierte kleinere Drehzahlstufe 33 L Drehrichtung links 33 R Drehrichtung rechts

Starter 45 Getrenntes Startrelais, Ausgang

Starter: Eingang (Hauptstrom)

Zwei-Starter-Parallelbetrieb Startrelais für Eirückstrom

45 a Ausgang Starter I Eingang Starter I und II

45 b Ausgang Starter 11

Klemme Bedeutung Klemme Bedeutung Schaltpläne

48 Klemme am Starter 55 Nebelscheinwerfer und am Startwiederholrelais Überwachung des Startvorgangs 56 Scheinwerferlicht

56 a Fernlicht und Fernlichtkontrolle

Blinkgeber (Impulsgeber) 56 b Abblendlicht

49 Eingang 56d Lichthupenkontakt

49 a Ausgang

49 b Ausgang zweiter Blinkkreis 57 Standlicht für Krafträder

49 c Ausgang dritter Blinkkreis (im Ausland auch für Pkw, Lkw usw.)

Starter 57 a Parklicht

50 Startersteuerung (direkt) 57L Parklicht links 57 R Parklicht rechts

Batterieumschaltrelais 50 a Ausgang für Startersteuerung 58 Begrenzungs-, Schluß-,

Kennzeichen- und

Startersteuerung Instrumenten leuchten

50 b Parallelbetrieb von zwei Startern 58 b Schlußlichtumschaltung bei mit Folgesteuerung Einachsschleppern

58c Anhänger-Steckvorrichtung Startrelais für Folgesteuerung für einadrig verlegtes und des Einrückstroms bei Parallel-betrieb von zwei Startern

im Anhänger abgesichertes Schlußlicht

50 c Eingang in Startrelais für Starter I 50 d Eingang in Startrelais für Starter 11

58 d Regelbare Instrumenten-beleuchtung, Schluß- und Begrenzungsleuchte

Startsperrelais 58 L links

50 e Eingang 58 R rechts, Kennzeichenleuchte

50 f Ausgang Wechselstromgenerator

Startwiederholrelais (Magnetzünder-Generator)

50 g Eingang 59 Ausgang Wechselspannung

50 h Ausgang Eingang Gleichrichter 59 a Ausgang Ladeanker

Wechselstromgenerator 59 b Ausgang Schlußlichtanker

51 Gleichspannung am Gleichrichter 59c Ausgang Bremslichtanker

51 e Gleichspannung am Gleichrichter mit Drosselspule für Tagfahrt 61 Generatorkontrolle

Anhängersignale Tonfolgeschaltgerät 52 Weitere Signalgebung vom 71 Eingang

Anhänger zum Zugwagen 71 a Ausgang zu Horn 1 und 2 tief 71 b Ausgang zu Horn 1 und 2 hoch

53 Wischermotor, Eingang (+) 53a Wischer (+), Endabstellung 72 Alarmschalter 53 b Wischer (Nebenschlu ßwicklung) (Rundumkennleuchte) 53 c Elektr. Scheibenspülerpumpe 53 e Wischer (Bremswicklung) 75 Radio, Zigarettenanzünder 53 i Wischermotor mit Permanent-

magnet und dritter Bürste 76 Lautsprecher (für höhere Geschwindigkeit) 35

Schaltzeichen und

Schaltpläne

36

Klemme

77

54

54 g

81 81 a 81 b

82 82 a 82 b 82 z 82 y

83 83 a 83 b 83 L 83 R

84

84 a 84 b

85

86 86 a

86 b

Bedeutung

Türventilsteuerung

Anhängersignale Anhänger-Steckvorrichtungen und Leuchtenkombinationen Bremslicht Druckluftventil für Dauerbremse im Anhänger, elektromagnetisch betätigt

Schalter, Offner und Wechsler Eingang erster Ausgang Öffnerseite zweiter Ausgang Öffnerseite Schließer Eingang erster Ausgang zweiter Ausgang erster Eingang zweiter Eingang Mehrstellenschalter Eingang Ausgang (Stellung 1) Ausgang (Stellung 2) Ausgang (Stellung links) Ausgang (Stellung rechts)

Stromrelais Eingang Antrieb und Relaiskontakt Ausgang Antrieb Ausgang Relaiskontakt

Schaltrelais Ausgang Antrieb (Wicklungsende Minus oder Masse) Eingang Antrieb Wicklungsanfang Wicklungsanfang oder erste Wicklung Wicklungsanzapfung oder zweite Wicklung

Klemme Bedeutung

Relaiskontakt bei Offner und Wechsler

87 Eingang 87a erster Ausgang (Öffnerseite) 87 b zweiter Ausgang 87 c dritter Ausgang 87 z erster Eingang 87 y zweiter Eingang 87 x dritter Eingang

Relaiskontakt bei Schließer 88 Eingang

Relaiskontakt bei Schließer und Wechsler (Schließerseite)

88 a erster Ausgang 88 b zweiter Ausgang 88 c dritter Ausgang

Relaiskontakt bei Schließer 88 z erster Eingang 88 y zweiter Eingang 88 x dritter Eingang

Generator und Generatorregler

B+ Batterie Plus B- Batterie Minus D+ Dynamo Plus D- Dynamo Minus DF Dynamo Feld DF 1 Dynamo Feld 1 DF 2 Dynamo Feld 2

Drehstromgenerator U,V,W Drehstromklemmen

Fahrtrichtungsanzeige (Blinkgeber)

C erste Kontrollampe CO Hauptanschluß für vom

Blinkgeber getrennte Kontrollampe

C2 zweite Kontrollampe C3 dritte Kontrollampe (z.B. beim

Zwei-Anhänger-Betrieb) L Blinkleuchten links R Blinkleuchten rechts

Stromlaufplan eines Pkw mit Ottomotor

Aufgabe Eine Übersicht über die komplexe elek­trische Anlage im Kraftfahrzeug mit ihren vielen Verbindungen und Anschlüssen (Bild 1) ist nur mit Schaltplänen möglich; denn neben der Beleuchtung gibt es eine große Zahl von elektrischen und elektronischen Geräten für Steuerung und Regelung des Motors sowie für Si­cherheits- und Komfortsysteme.

Aufbau Oie folgenden Stromlaufpläne zeigen Beispiele von Fahrzeugschaltungen. Sie dienen zur Erläuterung des Textes und sind nicht zur Grundlage für Kon­struktion oder Einbau gedacht.

Beispiele für Bezeichnungen Al Gerätekennzeichnung (OIN 40719) 15 Klemmenbezeichnung (OIN 72552) 1 Abschnittskennzeichnung (01 N 40719) Bild 2

t Starten, Stromversorgung.

Bild 1

30----------,--------r-----------------r-------r----------30

~ 15

G1

'-"T---,!!..J G2

P1

31----------~------~------------------------~----------31 2 3 4 5 67 8 9 10 11 g

o

~

Schaltpläne

37

Schaltzeichen und

Schaltpläne

38

2 Beleuchtung, SIgnalanlage.

30--~------~----------------------------------~-'~~'-30

15 15

56

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ~ iii <{ ::l

Bild 4 Bild 3

2 Beleuchtung, 5lgnalanlage.

Fortsetzung

30-'~~~~~--~--------~--~--------------~----------30

15 15

L ______ ,

E38

E36 r - --, , I I ,

J

31 --------~-------+--------+---~-+~~~~--~~-+------31

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

2 Beleuchtung, SIgnalanlage.

Fortsetzung 30~------------------~~----~------------------------t-30

15 15

S 21 -I ' -I ,I '

_I' _I 520

49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72

~ fl :>

Bild 5 Bild 6

3 Radio. 4 Anzelgegeriit (Kombllnstrument).

30~---------------30 30--------------------------------30

15 -+------...... -------15 15 ------------------------------~ 15

F F

I co~st. 1 ®C0@0 rlH® ® ® ® ® N1 P2 P3 P4 P5 4 H2 H3 H4 H5 H6

P6

I --; r-

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~1 11 itt ,oii [fl I gJ ~ L ~-

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X18 811 812

88 89 810 S3 S5

31 ...... -<~+----------31 2 345678 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Schaltpläne

39

Schaltzeichen und

Schaltpläne

40

5 ABS mit CAN-Bus.

3o----------------------------------,--r----~----------- 30

15 15 VR VL HR HL I-i '-i I-i I-i r--=-:"'"'-i-::,..,.-,

B1 I 11 I I 11 I I 11 I I 11 I ~..,....,.:;:---' . I I I I

F2 F3 X22

F4 25 9

I I I

17 '---rL.J

X91

16

10

__ . _________ . __ J 8 24

Yl ~ ~

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Bild 7 Bild 8

6 Motronic M.

0 3

15

Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 r---I r---I r---I r---I r---I r---I i i ' i ~> i;&> i;& ' i ~> ii ' , ! ' ! ' ! ' ! ' ! ' ! l_jl_jl_jl_jl_jl_j 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1

I ~4 3 26 4 25 2 7 55 56 67 68 Xl 44

c= ~r- --

1 2 3 3 2 1

I Dü I I c:::}

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3 1

Y7 30 Kl Y8 r---I ,- --, r---I

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2 1 87 85 1 2

31( ( 23 9 27 53~ 42 20 Xl 28

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~ _ ~ L_ _ ______ 3 2 30 K2

__ 29 B3 K3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

30

15

6 Motronlc M.

Fortsetzung 3o------~--------------------------------------------~-------30

15 15

86 30 K3 ~-~

65

X2 2

43

X3

37 39 57

66

X4 X5

Q , , , , , , , , , ,

11 18 22 51 33 14 36

--,

J __ J 69

31 --~----------------~-------+--------------------+------- 31 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

Bild 9 Bild 10

6 Motronlc M.

Fortsetzung 30----------------------------------------------------------------30

~ ~

610

F2

R1

r I r'--'-----'-::::;--~ I I Tl

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I • I I J

Y9

46

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J

68

23

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45 li~~ 31 ----------~~----~~~=============-----~-----------------

49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 6364 65 66 67 68 69 70 71 72 31 ~

~ iii « ::>

Schaltpläne

41

Schaltzeichen und

Schaltpläne

42

7 VerteIlereinsprItzpumpe VE / EDC.

0 3

15

F 1

r

~ K 1

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~Q ~o I p-

J 85 87

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I 42 65

Xl

------- -- - -- ----, Y1 1.4 r- rr----y ~ j I [~ ~

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29 '- _J

Irr- Xl Y2

51 4 5 49 29 7 52 63 28 62 57 55 15 12 11 1 2446 Xl

L

r ~il I [ '--_J

Y3

47 8

23 45 6~( 19 13

25

30

15

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4 5 2 3 1 . --- I

j- -- F-- - =- f-=- 1 r-~ I ..., __ L ____ y I I .tv- I L --=--=- 1 - _-.J i <--.Jj 82 2 5 8 4

8 1 1 3 31

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 >-

Bild 12

7 VerteIlereinsprItzpumpe VE / EDC.

~ ~

Bild 11

Fortsetzung

~-----------------------~-~r-- 30

15 15

X10 I-------~

25 33

66 35 34 58 64 12 20

85 86

In ;J In ;j I L I . L 1 L .

R5 .•. 7

L

6 17 53

, J

F2

I J K4

. I ' L . .i S2

R1 . •• 4

'r -q 'r I L .J L .J L J L J

31 ----------------~-~~-~-~-~--31

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

7 Vertellerelnspr!tzpumpe VE I EDC.

Fortsetzung 30 --~---------------------------------------------------- 30

15 ---;----~---r-------------------------------------------- 15

F4

S5 I .,

L . J F5

H1

38

L

, ~J H2

48 61

K X2

Xl

23 X3 X4 X5 X6

32 18 39 31 43 2 9

X7 X8 X9 46

31~--------------------------------------------------------31

Bild 13 Bild 14

8 Starthilfsanillge. Diesel.

0 3

15

I ~

X22

l I

I

X21

I i" . ~ ! ~ __ . __ . r.Jl = j R3 R4 R5 R6 R7 R

31 M1 86

9 Autoalenn.

30 304r~-------------------T---r30

15 15 15

- -----_., F F 86

I

8 ~~ 1 3 ~ 31~----~~--------------------~

, 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 34 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16 ~ ~ ~

Schaltpläne

43

Schaltzeichen und

Schaltpläne

44

10 Wisch- und Spülanlage. 11 Gebläse, LÜftung, Heizung.

~--------------------------~

~ ~

30-r~--~------------------30

15 15

F

Y5 .~

JI

.4.-------------..................... --+----'"'--31 -4-~ _____ _'_ ............... __ ---1--11__~_31

1 2 3 4 5 6 7 8 910 11121314 15 1 2 34 5 6 7 8 9 10 11 12

Bild 15 Bild 16

12 Klimaautomatik Climatronic.

30---------------------------------------------------------- 30

15 15

-- r-

A1 ~ A2 3 A3 ~ E1 ,--.-- -- r ------ n r-- ---- I " I~····- 1 r--: l- I 1 ~-.? l- I 1 (M)- - ·:,,:,,:-

l . r-" j L ~ L ____ I:- J W1 -~ - '4 '1'- 2 ~'41 5 4 1 2

A9 A7 A1 A4 A6 A10A8 A2 B5 B4 B1 B2 B3 ( C21 C19 C22 C25C24 C18 C23C17 X53 A5

35 Y1

-~ r· ,....... r ·--~

~~ 3 1 4 2 1 1

I H~ a I!:. -, ' 1rf'-"""" -, ~ ~ ' -

tj L __ ----..! o~ ~ __ I L ______ __ I

31 B1 B2 B3 A4 B4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

12 KlImaautomatIk Cllmatronlc.

Fortsetzung

3o --------~------------------------------------------------ 30

15 15

Fl F2

31 ------~----~--~S=2~---------3------~Y~I~~~----~~~~--31 25 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 ~

Bild 18

12 KlImaautomatik Cllmatronlc.

Fortsetzung

2 ~ :0

Bild 17

30--~------------------------------------------------------30

15 ffi

F4 X53

B ~ "

~ ~ ~

49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 l:;

2 <ii :!i

Schaltpläne

45

Schaltzeichen und

Schaltpläne

46

13 Getriebesteuerung AG 4.

3o----------------------------------------------~------~----- 30

15 15 F2 K1

F1

2 ~ -, B11C1089 81 C11 .J '-----'--'---'X-11-'------'

1 54

X92

45 24 31

31--------------~~--~--~------------------------------~--- 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 >-

~ ~ ::>

Bild 19 Bild 20

13 Getriebesteuerung AG 4.

Fortsetzung

30 30

15 ------------------------------------------------------------15

81 r--'-' , ~ I I . . I

57

82 r--'-' . liiI I I I

2

X34 47 9 54

A3S

X92

55 6

X34 23

3' ------~-----------------------------------------------------31 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

Abschnittsbezeichnungen Kenn- Gerät Abschnitt Schaltpläne

und Gerätezuordnung zeichen

In Tabelle 2 sind alle Abschnittsbezeich- 81 Kühlmittel-Temperatursensor 12

nungen aus dem Kapitel "Pkw-Strom- 81,2 Fahrgeschwindigkeitssensor 13,6

laufpläne" aufgeführt. Die Abschnitte be- 82 Nadelbewegungssensor 7

zeichnen definierte Bereiche innerhalb 82 Au ßentemperatursensor 12

der Stromlaufpläne, in denen eine be- 82 Getriebeeingangs- 13

stimmte Anlage untergebracht ist. Drehzahlsensor

Tabelle 3 enthält Geräte und ihre Kenn- 83 Lambda-Sonde 6

zeichen mit zugehöriger Abschnittsnum- 83 Drehzahl-I Bezugsmarken- 7

mer den Pkw-Stromlaufplan. sensor

83 Ansaugluft- 12

Tabelle 2 Temperatursensor

Abschnitte 84 Luftmassenmesser 6,7

Ab- Anlage 84 Fotosensor 12 schnitt 85 Klopfsensor 1 6

85,7 Kühlmittel-Temperatursensor 7,6 1 Starten, Stromversorgung 86 Klopfsensor 2 6 2 Beleuchtung, Signalanlage 86 Kraftstoff-Temperatursensor 7, 8 3 Uhr, Radio 88 Geschwindigkeitssensor 4 4 Anzeigegerät (Kombiinstrument) 88 Ansaugluft-Temperatursensor 6 5 ABS mit CAN-Bus 89 Kraftstoffstandsensor 4 6 Motronic M 89 Drosselklappenpotentiometer 6 7 Verteilereinspritzpumpe VE/EDC 810 Kühlmittel-Temperatursensor 4 8 Starthilfsanlage, Diesel 810 Zylindererkennungssensor 6 9 Autoalarm 811,12 Lautsprecher 3

10 Wisch- und Spülanlage 813 Helligkeitsregler Instrumenten- 2 11 Gebläse, Lüftung, Heizung beleuchtung

12 Klimaautomatik Climatronic 814,15 Starktonhorn 2 13 Getriebesteuerung AG4 816 Signalhorn 2 9

817 Innenraum- 11

Tabelle 3 Temperatursensor

Gerätezuordnung 818 Sollwerteinsteller 11

Kenn- Gerät Abschnitt E1 Anzeigeeinheit Climatronic 12 zeichen E2,3 Nebelschlußleuchte L, R 2

E4,5 Fernscheinwerfer L, R 2 A1 Anzeige-Einheit Warnlampe 5 E6, 7 Nebelscheinwerfer L, R 2 A1 Stell motor für Zentralklappe 12 E8,9 Abblendscheinwerfer L, R 2 A2 Radio 3 E10,11 Standlicht L, R 2 A2 Stell motor für Staudruckklappe 12 E12,13 Kennzeichenleuchte L, R 2 A3 Zündung mit 9 E14,17 Bremsleuchte L, R 2

Klopfregelung (EZ-K) E15, 16 Schlußleuchte L, R 2 A3 Stellmotor für 12 E18 Heckklappenleuchte 2

Temperaturklappe E19 Gepäckraumleuchte 2 A4 Schalttafeltemperatur- 12 E20 Handschuhfachleuchte 2

sensor mit Gebläse E21 Motorraumleuchte 2 A5 Gebläse-Steuergerät 12 E22, 23 Rückfahrscheinwerfer L, R 2 A6 Kühlerlüfter 12 E24, 26 Blinkleuchte VL, HL 2 A35 Getriebeeinheit, elektrisch 13 E25, 28 Zusatzblinkleuchte L, R 2 81 Drehzahl-I Bezugsmarken- 5,6 E27,29 Blinkleuchte VR, HR 2

sensor E30, 31 Aschenbecherleuchte 2 81 Pedalwertgeber 7 vorne, hinten 47

Schaltzeichen Kenn- Gerät Abschnitt Kenn- Gerät Abschnitt und zeichen zeichen

Schaltpläne E32, 33 Fußraumleuchte HL, VL 2 M2 Kühlgebläsemotor 11 E34,35 Fußraumleuchte VR, HR 2 M4 Wischermotor 10 E36, 38 Fondsleseleuchte R, L 2 M5 Scheibenspülermotor 10 E37 Innenleseleuchte 2 M6 Motorlüfterrelais 10 E39 Leuchte Kosmetikspiegel 2 M7 Heckscheibenspülermotor 10 E40 Instrumentenbeleuchtung 2 N1 Spannungskonstanthalter 4 E41 Armaturenbrettbeleuchtung 2 P1 Kombiinstrument 4 E42 Heckscheibenheizung 11 P2 Elektrischer Tachometer 4 F.. Sicherungen P3 Drehzahlmesser 4 G1 Batterie P4 Kraftstoffanzeige 4 G2 Generator P5 Motortemperaturanzeige 4 H1 Generatorkontrolleuchte 4 P6 Zeituhr 3 H1 ABS-Warnlampe 5 R1 Heizwiderstand 6 H1 Glühkontrollampe 7 R1 .. 4 Glühstiftkerzen 7 H2 Öldruckwarnleuchte 4 R1 Gebläsewiderstand 11 H2 Bremslicht 7 R5 .. 7 Zusatzheizung 7 H3 Handbremskontrolleuchte 4 (bei Schaltgetriebe)

H3 Wählhebelbeleuchtung 13 R3 .. 8 Glühstiftkerzen 8 H4 Bremsbelagverschlei ß- 4 S1 Zünd-Start-Schalter 1

warn leuchte S1 Bremslichtschalter 5 H5 Fernlichtkontrolleuchte 4 S1 Bedienteil Fahr- 7 H6 Blinkerkontrolleuchte 4 geschwindigkeitsregelung

H7 Kontrolleuchte 11 S1 Lichtschalter 12 Heckscheibenheizung S2 Klimaanlagenschalter 7

K1 Hauptrelais 6,7 S2 Verdampfer- 12 K1 Klimaanlagen-Relais 12 Temperaturschalter

K1 Anlaßsperr-Relais 13 S3 Öldruckschalter 4 K2 Relais für Lambda-Sonden- 6 S3 Bremspedalschalter 7

Heizung S3 Kühlerlüfter- 12 K2 Relais für kleine Heizleitung 7 Temperaturschalter

K2 Klimakompressor-Relais 12 S4 Handbremsschalter 4 K3 Standlichtabfrage-Relais 2 S4 Kupplungspedalschalter 7 K3 Elektrokraftstoffpumpen- 6 S4 Klimaanlagen-Druckschalter 12

Relais S4 Kickdown-Schalter 13 K3 Glühkerzen-Relais 7 S5 Bremsbelagverschlei ßkontakt 4 K3 Kühlerlüfternachlauf-Relais 12 S5 Bremslichtschalter 7 K4 Relais Innenlichtsteuerung 2 S6 Lichtschalter 2 K4 Relais Heizleitung 7 S7 Nebellichtschalter 2 K5 Relais Starktonhorn 2 S7 Multifunktionsschalter 13 K6 Motorlüfterrelais 11 S8 Abblendschalter 2 K7 Relais Heckscheiben- 11 S9 Bremslichtschalter 2

heizung S10 Blinkerschalter 2 K8 Wischerintervallrelais 10 S11 Schalter 2 K11 Relais Startsperrel 9 Heckklappenleuchten

Zündstartsperre S12 Schalter 2 K17 Relais optischer Alarm 9 Rückfahrscheinwerfer

M1 Startermotor 1,8 S13 Schalter Warnblinkanlage 2 M1 Pumpenmotor 5 S14 Schalter 2

Hydroaggregat Handschuhfachleuchte

48 M1,3 Frischluftgebläsemotor 11,12 S15 Schalter Motorraumleuchte 2

Kenn- Gerät Abschnitt Kenn- Gerät Abschnitt Schaltpläne zeichen zeichen

516 •. 18 Türendschalter VL,HR,HL 2 Y1 Schaltsperren-Magnet 13 519 Stoßschalter 2 Y2 Klimaleistungssteuerung 7 520 Türendschalter VR 2 Y2 Klimakompressor- 12 521 Türgriffschalter 2 Magnetkupplung

522 Hornumschalter 2 Y2 •• 5 Einspritzventile 6,7 523 Horntaster 2 Y5 Hei ßwasserventil 11 524 Thermoschalter 11 Y6 Einspritzventil 6 6 525 Schalter Heckscheibenheizung 11 Y7 Tankentlüf!ungsventil 6 526 Gebläseschalter 11 Y8 Leerlaufsteller 6 527 Wischerschalter 10 Y9 Elektrokraf!stoffpumpe 6 528 Heckwischer-Spülerschalter 10 529 Spülerschalter 10 539 Codierschalter Alarmanlage 9 T1 Zündspule 6 W1 Autoantenne 3 W1 Steckverbindung für 12

16-poliges Flachbandkabel

W2,3 Codierleitung 9 X1 Steuergerätestecker 6,7

MotronicNE/EDC

X3 Steuergeräte stecker 6 Klimaanlage

X4 Stecker Lampenkontroll- 2 modul

X4 Steuergerätestecker 6 Getriebesteuerung

X5 Anschlu ßstecker 6 Kombiinstrument

X6 Stecker Check-Control 2 X9 Stecksockel Warnblinkrelais 2 X10 Stecker Grundmodul 2,7

zentrale Karosserieelektronik

X11 Steuergerätestecker 13 Motorsteuerung

X16 Steuergerätestecker 9 Alarmanlage

X17 Steuergerätestecker 11 Klimaanlage/Heizungsregelung

X18 Diagnosesteckdose 3 X21 Stecker Glühzeitsteuergerät 8 X22 Steuergerätestecker ABS/ABD 5 X22 Diagnosesteckdose 8 X34 Steuergerätestecker 12, 13

Getriebesteuerung

X44 Stecker Navigationsanlage 5 X53 Stecker Klimaautomatik 12 X91,92 Diagnosesteckdose 5,13 Y1 Hydroaggregat 5 Y1 Einspritzventil 1 6,7 Y1 Ventilleiste 12 49

Schaltzeichen und

Schaltpläne

50

Wirkschaltplan

Für die Fehlersuche bei komplexen und vielfach vernetzten Systemen mit Ei­gendiagnose-Funktion hat Bosch die systemspezifischen Stromlaufpläne entwickelt. Für weitere Systeme in einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen stellt Bosch Wirkschaltpläne über eine CD­ROM "P" zur Verfügung. Sie sind voll in ESI, das Elektronische Service System von Bosch, integriert. Damit haben Kfz­Werkstätten eine wertvolle Hilfe, um Fehler zu lokalisieren oder zusätzliche Einbauten sinnvoll anzuschließen. Bild 2 zeigt den Wirkschaltplan für ein Türverriegelungssystem. Abweichend von den Stromlaufplänen enthalten die Wirkschaltpläne amerika­nische Schaltsymbole, die durch zu­sätzliche Beschreibungen ergänzt wer­den (Bild 1). Hierzu gehören Komponen­tencodes, z.B. "A28" (Diebstahlschutz­system), die auf Tabelle 1 erläutert sind sowie die Erläuterung der Leitungs­farben (Tabelle 2). Beide Tabellen las­sen sich über die CD-ROM "P" aufrufen. Bild 1

Zusätzliche Beschreibungen in den Wirkschaltplänen.

1 Leitungsfarbe, 2 Verbindernummer, 3 PIN·Nummer (Eine gestrichelte Linie zwischen den PINs zeigt, daß alle PINs zu demselben Stecker gehören).

::J :.:: 0 ...J ...J W lD I:e II: Z z :s II: II: ...J (.!J (.!J lD

3---- 2 3 4 C4--2

CJ 3 ____

GRN?4 ----2

BLU / I

Tabelle 1

Erläuterung der Komponentencodes. Position A1865 A28 A750 F53 F70 M334 S1178 Y157 Y360 Y361 Y364 Y365 Y366 Y367

Tabelle 2

Benennung Elektrisch verstellbares Sitzsystem Diebstahlschutzsystem Sicherungs-I Relaiskasten Sicherung C Sicherung A Förderpumpe Warnsummerschalter Unterdruck-Stellglied Stellglied, Tür, vorne, rechts Stellglied, Tür, vorne, links Stellglied, Tür, hinten, rechts Stellglied, Tür, hinten, links Stellglied, Tankdeckel Stellglied, Schloß, Kofferraum, Heckklappe, Deckel

Erläuterung der Leitungsfarben. Position Benennung BLK schwarz BLU blau BRN braun CLR transparent DKBLU dunkelblau DKGRN dunkelgrün GRN grün GRY grau LTBLU hellblau LTGRN hellgrün NCA Farbe nicht bekannt ORG orange PNK rosa PPL purpur RED rot TAN hautfarben VIO violett WHT weiß YEL gelb

Bild 2

Wirkschaltplan eines Türverriegelungssystems (Beispiel) .

.... WH'! , ... ~'

D:y::, M» I .... IS}- ~·l '----- -----'f- A28

'1'11. ...

, , '"

, . - Al665 m

~-------------.--

! • -, S1178 :, : '--

!

Y366

o I~~ .­

Y157 r l- Jr =- m.

Schaltpläne

V364 o 1'v15Jl ~

,Y367

I

51

Schaltzeichen und

Schaltpläne

52

Die Wirkschaltpläne sind nach System­kreisen und gegebenenfalls auch nach Subsystemen gegliedert (Tabelle 3) . Wie bei anderen Systemen innerhalb ESI gibt es auch bei den Systemkreisen eine Zuordnung zu vier Baugruppen:

Motor, Karosserie, Fahrwerk und

Tabelle 3

Systemkreise. 1 Motorsteuerung 2 Starten / Laden 3 Klima / Heizung 4 Kühlergebläse 5 ASS 6 Tempomat 7 Fensterheber 8 Zentralverriegelung 9 Armaturenbrett 10 Wisch / Waschanlage 11 Scheinwerfer 12 Au ßenbeleuchtung 13 Stromversorgung 14 Masseverteilung 15 Datenleitung 16 Schaltsperre 17 Diebstahlsicherung 18 Passive Sicherheitssysteme 19 Elektrische Antenne 20 21 22

23 24 25 26 27 28 29 30 31

Warnanlage Heizbare Scheibe / Spiegel Zusätzliche Sicherheitssysteme Innenbeleuchtung Servolenkung Spiegelverstellung Verdeckbetätigung Signalhorn Kofferraum, Heckklappe Sitzverstellung Elektronische Dämpfung Zigarettenanzünder, Steckdose

32 Navigation 33 Getriebe 34 Aktive Karosserieteile 35 Schwingungsdämpfung 36 Mobiltelefon 37 Autoradio / Hili 38 Weglahrsperre

- Triebstrang. Besonders bei zusätzlichen Einbauten ist es wichtig, die Massepunkte zu kennen. Deshalb enthält die CD-ROM "P" als Ergänzung zu den Wirkschaltplänen für ein bestimmtes Kraftfahrzeug auch den fahrzeugspezifischen Lageplan der

Bild 3

Massepunkte.

1 Kotflügel vorne links, 2 Fahrzeugvorbau, 3 Motor, 4 Stirnwand, 5 Kotflügel vorne rechts, 6 Fußraumwand bzw. Armaturenbrett, 7 Vordertür links, 8 Vordertür rechts, 9 Fondtür links, 10 Fondtür rechts, 11 A-Säulen, 12 Fahrgastraum, 13 Dach, 14 Fahrzeug· Heckteil, 15 C·Säulen, 16 B·Säulen.

Massepunkte (Bild 3). In den Wirkschaltplänen wurden ameri­kanische Schaltzeichen verwendet, die von den Schaltzeichen nach DIN bzw. IEC abweichen. Ein Auszug dieser amerikanischen Schaltzeichen ist in Bild 4 abgebildet.

Bild 4

Auszug aus den amerikanischen Schaltzeichen. Schaltpläne

IIDI I

Relais

[[] Verbinderkasten mit Masseanschluß

T T

I ~I I Öffner

[Ci Masseleitung

I ~I I Schließer

Li] Leitungsverbindung

I ttl I Wechselschalter I )Im:< I Gestrichelte Linie: mit Nullstellung Hinweis auf eine einzige

Verbindungsstelle

11+=1

Sicherung

ITIJ Schaltung wird in einem anderen Schaltplan fort-geführt.

Ip Leistungssicherung

w] Schaltung wird an anderer Stelle fortgeführt. Zusammengehörigkeit wird durch gleiche Buch-staben gekennzeichnet.

I ~I I LED

[[] Das gesamte Bauteil ist

(lichtemittierende Diode) abgebildet.

I 1$1 I Glühlampe Nur der für das System r--'" relevanteTeil des Bauteils I I ist abgebildet. I I I I L. __ .J

[]] Widerstand

II~I Potentiometer

[[J Steck-, Schraub- oder

I I~ I Motor

Lötverbindung

[[J Komponente mit festem []]sp",e Kabelbaum

53

Elektro­magnetische

Verträglichkeit

54

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und Funkentstörung

Unter dem Begriff elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) versteht man, daß ein Gerät zuverlässig funktioniert, auch wenn es elektromagnetischen Feldern ausgesetzt ist. Andererseits dürfen die vom Gerät im Betrieb erzeugten elek­tromagnetischen Felder nur so stark sein, daß in dessen Umgebung u.a. ein ungestörter Funkempfang möglich ist.

Heutzutage enthält das Fahrzeug eine Vielzahl von Systemen, deren Funktio­nen von elektrischen oder elektroni­schen Komponenten ausgeführt wer­den. Sofern überhaupt vorhanden, wur­den früher diese Funktionen ganz oder überwiegend mechanisch ausgeführt. Angesichts der zunehmenden Elektrifi­zierung im Fahrzeug muß der elektro­magnetischen Verträglichkeit eine im­mer wichtigere Bedeutung zugemessen werden.

Waren früher die einzigen Funkemp­fangsgeräte das Autoradio und viel­leicht noch Sprechfunkgeräte, werden heute eine große Zahl weiterer Funk­empfangsgeräte wie Autotelefone, Na­vigationssysteme, Diebstah Ischutzsy­steme mit Funkfernbedienung, Fern­sehempfänger, Telefax und pe im Fahr­zeug eingebaut und verwendet. Da­durch gewinnt auch die Funkent­störung, also die Sicherstellung des Funkempfangs im Fahrzeug, immer mehr Bedeutung.

EMV-Bereiche Bei der Auslegung der elektrischen und elektronischen Systeme für das Kraft­fahrzeug müssen im wesentlichen drei Bereiche berücksichtigt werden.

Sender und Empfänger

Das Kraftfahrzeug insgesamt darf nicht durch externe Beeinflussung, z.B. durch die Einstrahlung leistungsstarker Rund­funksender, in seiner Funktion gestört werden. Das heißt, es dürfen keine Funk­tionsstörungen auftreten, die den siche­ren Betrieb des Kraftfahrzeugs beein­trächtigen oder den Fahrer irritieren können. Andererseits darf der ortsfeste Funkempfang durch den Betrieb eines Kraftfahrzeugs nicht gestört werden. Für beide Anforderungen gibt es inter­nationale und nationale Vorschriften (EG-Richtlinie, StVZO).

Elektrische und elektronische Komponenten

Die elektrischen und elektronischen Komponenten im Kraftfahrzeug, wie z.B. Verstell- und Lüftermotoren, Magnetven­tile, elektronische Sensoren und Steuer­geräte mit Mikroprozessoren, werden in enger räumlicher Nähe zueinander ins Kraftfahrzeug eingebaut und aus einem gemeinsamen Bordnetz versorgt. Dabei muß sichergestellt werden, daß die Rück­wirkung der Systeme untereinander nicht zu unzulässigen Fehlfunktionen führen.

Bordelektronik

Die Geräte der mobilen Kommunikation, wie das Autoradio, sind ebenfalls eng mit den Komponenten der Kraftfahrzeug­elektronik gekoppelt. Sie werden über dasselbe Bord netz versorgt, und ihre Empfangsantennen befinden sich un­mittelbar in der Umgebung der mög­lichen Störquellen. Daher muß die Störaussendung der Bordnetzelektronik begrenzt werden. Die gesetzlichen An-

forderungen müssen erfüllt werden, und es muß trotz ungünstiger Empfangssi­tuation ein störungsfreier Empfang im Kraftfahrzeug möglich sein.

EMV zwischen verschiedenen Systemen im Kraftfahrzeug

Gemeinsames Bordnetz

Die Spannungsversorgung der verschie­denen elektrischen Systeme im Fahr­zeug erfolgt aus einem gemeinsamen Bordnetz, wobei die einzelnen Leitungen der einzelnen Systeme häufig in einem gemeinsamen Kabelbaum geführt wer­den. Dadurch können Rückwirkungen von einem System unmittelbar an die Ein-/ Ausgänge eines anderen Systems gelangen (Bild 1). Zu solchen Rückwirkungen gehören u.a. impulsförmige Signale (stoßartige steile Strom- und Spannungsanstiege), die beim Ein- und Ausschalten von elektri­schen Komponenten wie Elektromoto­ren, elektromagnetischen Ventilen und Stellern, aber auch bei der Hochspan-

Bild 1

nungszündung entstehen. Diese impuls­förmigen Signale können sich ebenso wie andere Störsignale (z.B. Welligkeit der Spannungsversorgung) über den Kabelbaum ausbreiten und entweder leitungsgebunden über gemeinsame Stromleiter wie die Stromversorgung (galvanische Kopplung) oder durch ka­pazitive und induktive Kopplung zu den Ein-/Ausgängen der benachbarten Sy­steme gelangen.

Galvanische Kopplung Fließen die Ströme von zwei unter­schiedlichen Stromkreisen (z.B. der Stromkreis zur Ansteuerung eines Ma­gnetventils und der Stromkreis zur Aus­wertung eines Sensors) über gemein­same Leiter, z.B. bei gemeinsamer Rück­leitung über die Fahrzeugkarosserie, erzeugen beide Ströme in dem stets wirksamen Leitungswiderstand der ge­meinsamen Leitung eine Spannung (Bild 2a). Dadurch wirkt z.B. die von der Spannungsquelle U1 (Störquelle) her­vorgerufene Spannung wie eine zusätz­liche Signalspannung im Signalkreis 2 und kann zu einer Fehlauswertung des Sensorsignals führen. Abhilfe kann da­durch erreicht werden, daß für jeden Stromkreis eine eigene Rückleitung vor­gesehen wird (Bild 2b).

Gegenseitige Beeinflussung zweier Systeme über das gemeinsame Bordnetz (A) und über den gemeinsamen Kabelbaum (B und Cl. System I: 1 Steuergerät, 2 Stellglied, 3 Sensor. System 11: 4 Steuergerät, 5 Stellglied, 6 Sensor.

EMV zwischen verschiedenen Systemen

55

Elektro­magnetische

Verträglichkeit

56

Kapazitive Kopplung Zeitlich veränderliche Signale, wie Im­pulsspannungen und sinusförmige Wechselspannungen, können durch die zwischen Leitern wirksamen Kapazitä­ten auch dann, wenn keine leitfähige Verbindung besteht, auf benachbarte' Stromkreise überkoppeln (Bild 3). Je näher die Leiter beieinander liegen und je steiler die impulsförmigen Spannungs­änderungen verlaufen, bzw. je höher die Frequenz der Wechselspannung ist, de­sto höher ist die übergekoppelte (Stör-) Spannung. Abhilfe bringt daher in erster Linie, die Leiter voneinander zu trennen und die Signalanstiegs- und abfallzeiten zu vergrößern, bzw. die Frequenzen der Wechselspannungen auf das für die Funktion notwendige Maß zu begren­zen.

Bild 2

Galvanische Kopplung von Störsignalen

a mit gemeinsamen Rückleiter, b mit getrennten Rückleitern. 11.,,11.2: Spannungsquelle, l j: Innenwiderstand, la: Abschlußwiderstand.

a

la.2 la.'

b

la.2

Induktive Kopplung Liegen zwei Stromschleifen nebenein­ander, können zeitlich veränderliche Ströme in dem einen Kreis Spannungen im anderen Kreis induzieren. Diese Spannungen erzeugen in diesem Se­kundärkreis wiederum Ströme (Bild 4). Nach diesem Prinzip funktioniert der Transformator. Maßgeblich für die Über­kopplung sind zum einen - wie auch bei der kapazitiven Kopplung - die Signal­anstiegs- und -abfallzeiten bzw. die Frequenz bei Wechselspannungen. Zum anderen spielt die wirksame Gegen­induktivität, die u.a. von der Größe der Schleifen und ihrer Lage zueinander ab­hängt, eine wichtige Rolle. Zur Abhilfe gegen die induktive Kopplung werden die Stromkreisschleifen klein gehalten, die kritischen Schleifen voneinander

Bild 3

KapaZitive Kopplung von Störsignalen.

1 Stromkreis 1, 2 Stromkreis 2 11.,: Spannungsquelle, lj: Innenwiderstand, RE: Eingangswiderstand, CE: Eingangskapazität, C'.2: Kapazität zwischen beiden Leitern, 1I.s: Störspannung.

Bild4

Induktive Kopplung von Störsignalen.

1 Stromkreis 1, 2 Stromkreis 2 11.,: Spannungsquelle, 11.2: Spannungsquelle, l j: Innenwiderstand, l a: Abschlußwiderstand, L" L2 :Induktivität der Leiter, M'.2 :induktive Kopplung, Y.s: Störspannung.

getrennt und parallele Schleifenführung vermieden. Die induktive Kopplung ist besonders auch im Bereich nieder­frequenter Signale wirksam (z.B. bei der Einkopplung in Lautsprecherleitungen).

Impulse im Bordnetz

Zur Beherrschung der impulsförmigen Störungen im Bordnetz werden einer­seits die von den Störquellen ausgesen­deten Störamplituden begrenzt. Anderer­seits werden die Störsenken - also die elektronischen Komponenten - so aus­gelegt, daß sie durch Impulse bestimm­ter Form und Amplitude nicht gestört werden können. Dazu wurden die im Kraftfahrzeugbordnetz auftretenden Im­pulse zusammengefaßt und klassifiziert (Tabelle 1). Durch spezielle Prüfimpuls­generatoren können die in Tabelle 1 be­schriebenen Impulse erzeugt werden und somit die Störsenken auf ihre Stör­festigkeit gegenüber diesen Impulsen überprüft werden. Die Störimpulse und

Tabelle 1

die entsprechende Prüftechnik sind in Normen festgelegt (DIN 40839, Teil 1; ISO 7637, part 1), in denen auch die Meßtechnik für die Beurteilung der Stör­aussendung der impulsförmigen Stör­ungen beschrieben wird. Die nach den Amplituden der Impulse gestaffelte Klas­seneinteilung erlaubt die optimale Ab­stimmung von Störquellen und Störsen­ken für jedes Fahrzeug. Die Abstimmung kann beispielsweise so erfolgen, daß für alle Störquellen eines Fahrzeugs die Klasse 11 vorgeschrieben wird und alle Störsenken (z.B. Steuergeräte) - unter Einbeziehung eines Sicherheitsabstan­des - für Klasse 111 ausgelegt werden. Eine Verschiebung zu den Klassen I oder 11 ist dann angebracht, wenn die Ent­störung der Quellen günstiger oder mit geringerem technischen Aufwand mög­lich ist, als die Verbesserung der Stör­festigkeit der Senken. Sind umgekehrt Schutzmaßnahmen bei den Störsenken einfach und kostengünstig zu erreichen, so ist eine Verschiebung zu den Klassen 111 oder IV sinnvoll.

Gegenseitige Beeinflussung der Spannungsversorgung.

Prüfimpulse nach DIN 40389, Teil 1 Klassifizierung der zulässigen Impulsamplituden

Impulsform Innenwi- Impuls- I 11 111 IV derstand dauer

1 =tr- 10n 2 ms -25V -50V -75V -100V

2 ~ 10n 50 IJs +25V +50V +75V +100V

3a=fl4C 50n 0,1 IJS -40V -75V -110V -150V

3b~ +25V +50V +75V +100V ---_ .

4 ---u-----r 10n bis 20 s 12V 12V 12V 12V ---- - -3 V -5 V -6 V -7 V

5 ~i 1n bis 400 ms +35V +50V +80V +120V ----. w

< :::l

EMV zwischen verschiedenen Systemen

57

Elektro­magnetische

Verträglichkeit

58

Durch die Verlegung der verschiedenen Leitungen in einem gemeinsamen Ka­belbaum kommt es zu induktiven und kapazitiven Überkopplungen. Die auf den Versorgungsleitungen auftretenden impulsförmigen Spannungen können dadurch in abgeschwächter Form auch an den Signaleingängen und Steuer­ausgängen der benachbarten Systeme wirksam werden. In der Prüftechnik (DIN 40839, Teil 3; ISO 7637, part 3) wird die Überkopplung im Kabelbaum dadurch nachgebildet, daß in einer standardisierten Leitungsersatzanord­nung (kapazitive Koppelzange) mit defi­nierter Leitungskapazität die entspre­chenden Prüfimpulse eingekoppelt wer-

Bild 5

Abhängigkeit der Spannungsamplitude

a von der Zeit, b von der Frequenz.

den und über den Kabelbaum des Prüf­lings auf die Signal- und Steuerleitun­gen überkoppeln. Die Auswirkungen von niederfrequenten Bordnetzwelligkeiten können dadurch simuliert werden, daß die entsprechenden Signale mit Signal­generatoren erzeugt und über Strom­zangen induktiv auf den Kabelbaum eingekoppelt werden. Auch hierbei muß eine Abstimmung zwischen den zuläs­sigen Störaussendungsamplituden und der Störfestigkeit der Störsenken, ähn­lich wie oben beschrieben, vorgenom­men werden.

T: Periodendauer, T,: Anstiegszeit, T;: Impulsdauer, fo = T·1 : Grundwelle,/g: Eckfrequenzen, Imin: Periodische Minima, H: Hüllkurve.

t Q) "0

.~ a. E <:

Bild 6

a T,

T

Zeit-

Spektrum eines Störsignals.

a Breitbandstörung, b Schmalbandstörung.

dB a

t Qi

~

~ rn Cl c ::J C

[ i!' '0 ]1 c ::J u..

Frequenz -

dB b

AO r-__ ~=H=-____ fc,g1

t

10 Imin 1 lmin2

Frequenz -

dB b

t l

::J C

[ ,~ ]1 C ::J u..

MHz Frequenz - MHz

Rückwirkung hochfrequenter Signale im Bordnetz auf den mobilen Funkempfang

Zu den unerwünschten Rückwirkungen im Bordnetz gehören, neben den Impul­sen und anderen Störsignalen, die be­nachbarte elektronische Systeme stören können, auch hochfrequente Signale. Diese Signale können durch periodisch auftretende Schaltvorgänge, wie die Hochspannungszündung, die Kommu­tierung in Gleichstrommotoren und be­sonders auch durch die Taktsignale beim Betrieb eines Steuergerätes mit Mikro­prozessoren entstehen. Diese Signale können in den Empfangsgeräten der mobilen Kommunikation Störungen her­vorrufen, die einen Funkempfang stark beeinträchtigen oder gar unmöglich ma­chen können.

Spektrum Bei der Betrachtung der Bordnetzim­pulse wird meist das Verhalten von Strom oder Spannung in Abhängigkeit von der Zeit betrachtet (Bild 5a). Bei der Beurteilung der Störsignale in bezug auf den Funkempfang wird meist die Ampli­tude des Störsignals bei einer bestimm­ten Frequenz betrachtet (Bild 5b). Allge­mein gilt, daß es sich bei den im Kraft­fahrzeug auftretenden Störsignalen meist nicht um einzelne sinusförmige Schwingungen handelt, die durch eine einzige Frequenz mit zugehöriger Am­plitude zu beschreiben wären, sondern um die Überlagerung vieler Teilschwin­gungen unterschiedlicher Frequenz und Amplitude. Das "Spektrum" eines Stör­signals ist die Darstellung der Amplitude über der Frequenz und erlaubt die Be­urteilung der Störwirkung in den ver­schiedenen Funkbereichen (Bild 6a und 6b). In Tabelle 3 (s. Abschnitt Entstör­klassen) sind die wichtigsten Funkbe­reiche, die im Fahrzeug Verwendung finden, zusammengestellt.

Die Störsignale werden in der Störmeß­technik bezüglich ihrer Signalcharakte-

ristik in Breit- und Schmalbandstörun­gen unterschieden. Weist das Spektrum einen kontinuierlichen Verlauf auf (Bild 6a) spricht man von einer Breitband­störung und bezeichnet die zugehörige Störquelle als Breitbandstörer. Treten hingegen einzelne Nadeln, also ein so­genanntes Linienspektrum auf, bezeich­net man die verursachenden Störquel­len als Schmalbandstörer und dessen Störungen als Schmalbandstörungen (Bild 6b). Die Unterteilung ist zunächst willkürlich. Ob eine Störquelle als Breit­bandstörer oder Schmalbandstörer zu betrachten ist, hängt nämlich auch ab von den Empfangseigenschaften der Störsenken und damit auch von den Empfängereigenschaften des Meßgerä­tes, mit dem die Störungen gemessen werden. Zur Erfassung von Funkstörun­gen verwendet man einen selektiven Meßempfänger oder Spektrumanalysa­tor. Das bedeutet, daß durch das Meß­gerät in einem bestimmten engen Fre­quenzband (Bandbreite des Empfän­gers), ähnlich wie bei einem Rund­funkempfänger oder Funkgerät, die Signalamplitude gemessen wird. Der gesamte interessierende Frequenzbe­reich wird dadurch erfaßt, daß der Meß­empfänger unter Beibehaltung der Ein­gangsbandbreite - wiederum ähnlich wie beim Abstimmvorgang (Sender­suchlauf) eines Rundfunkempfängers -entweder kontinuierlich oder Schritt für Schritt die Empfangsfrequenz verän­dert. Ist nun die Wiederholfrequenz des Störsignals kleiner als die Meßband­breite, entsteht das kontinuierliche Sig­nal der Breitbandstörung; ist die Wie­derholfrequenz hingegen höher als die Meßbandbreite, so trifft der Meßemp­fänger auf Lücken im Spektrum, und es entsteht das typische Linienspektrum eines Schmalbandstörers. Breitband­störer sind zum Beispiel Elektromoto­ren.

Die Kommutierungsvorgänge treten in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Polzahl des Motors mit einer Wieder­holfrequenz von wenigen 100 Hz auf. Das ergibt bei einer Meßbandbreite von

EMV zwischen verschiedenen Systemen

59

Elektro­magnetische

Verträglichkeit

60

z.B. 120 kHz (Bandbreite entspricht der Empfängerbandbreite eines UKW­Rundfunkempfängers) ein kontinuierli­ches Spektrum. Ein Taktsignal mit 2 MHz Taktfrequenz, das z.B. in einem Steuergerät mit Mikroprozessor auf­treten kann, erzeugt hingegen bei glei­cher Meßbandbreite das typische lini­enspektrum der Schmalbandstörung. (Wiederholfrequenz des Störsignals ist größer als Meßbandbreite).

Typische Breitbandstörer sind alle Elek­tromotoren wie Lüftermotor, Scheiben­wischermotor, Verstellmotor, Kraftstoff­pumpe und der Bordnetzgenerator, aber auch die Hochspannungszündung. Daneben wirken sich aber auch nieder­frequente Taktsignale von Schaltnetz­teilen u.ä. wie Breitbandstörer aus. Zu den Schmalbandstörquellen gehören die Mikroprozessoren in den Steuer­geräten und andere hochfrequent ge­taktete Signalquellen.

Auch die in den Funkempfängern wirk­samen Störsignale können leitungsge­bunden (z.B. über den Stromversor­gungsanschluß des Empfängers) oder durch kapazitive und induktive Kopp­lung im Kabelbaum über die Signalein­gänge und -ausgänge in das Empfangs­teil gelangen. Meist aber erfolgt die Störbeeinflussung direkt über den An­tenneneingang, entweder durch Ein­kopplung in das Antennenkabel oder dadurch, daß über die Antenne das von den Störquellen abgestrahlte elektro­magnetische Feld empfangen wird. Als Sendeantenne wirkt besonders der Ka-

Tabelle 2

belbaum. Dabei haben auch die Karos­seriestruktur sowie Typ und Einbauort der Antenne Einflu ß auf die empfange­nen Störsignalamplituden.

Messung der Störeinstrahlung In der Meßtechnik (DIN 57879NDE 0879 Teil 2 und 3; CISPR 25) werden die ausgesandten Störungen entweder leitungsgebunden oder über Antennen erlaßt. Bei der Untersuchung einzelner Komponenten in Laboraufbauten wer­den diese in einem geeigneten Schirm­raum in standardisierten Meßaufbauten betrieben und die Störungen mit einem Meßempfänger gemessen. Um repro­duzierbare Meßergebnisse zu erhalten, muß die Meßanordnung genau definiert

Bild 7

Prinzipschaltplan der Kfz­Bordnetznachbildung.

Anschlüsse: P·B Prüfling, A-B Stromversorgung, M-B Funkstörmeßempfänger, S Schalter, B Bezugsmasse (Blechplatte, Schirmung der Bordnetznachbildung).

A O>--I--_:::::::5.IJ.HI--1I-'-=-,0-,1-IJ-F-_O P

-,-1IJF S OM [] 50 Q

B 0--'-----........ ----0 B

Zulässige Funkstörspannung in dBI-JV der Entstörgrade in den einzelnen Frequenz-bereichen nach CI5PR 25 tür Breitbandstörungen (B) und 5chmalbandstörungen (5).

Entstörgrade 0,15 ... 0,3 0,53 ... 2,0 5,9 ... 6,2 30 ... 54 70 ... 108 MHz LW) MHz MW) MHz KW) MHz MHz UKW) B S B S B S B S B S

1 100 90 82 66 64 57 64 52 48 42 2 90 80 74 58 58 51 58 46 42 36 3 80 70 66 50 52 45 52 40 36 30 4 70 60 58 42 46 39 46 34 30 24 5 60 50 50 34 40 33 40 28 24 18

werden. Dazu werden Leitungslängen und andere geometrische Abmessun­gen festgelegt. Die Spannungsversor­gung muß aus einem genau definierten Bordnetz erfolgen. Daher wird der Prüf­ling im Labor über eine Kfz-Bordnetz­nachbildung (Bild 7) versorgt.

Entstörklassen Ähnlich wie bei den Bordnetzimpulsen wurde auch für die Schmal- und Breit­bandstörungen eine Einteilung in ver­schiedene Entstörklassen vorgenom­men, die eine Abstimmung auf den je­weiligen Anwendungsfall erlaubt. So werden meist an Störquellen, die nur kurzzeitig und sehr selten betrieben werden, niedrigere Anforderungen ge­steilt als an dauernd betriebene Kom­ponenten wie den Bordnetzgenerator. Die zulässigen Funkstörspannungspe­gel nach CISPR 25 sind in Tabelle 2 zu­sammengestellt. Ähnliche Tabellen gibt es in dieser Vorschrift auch für die zulässigen Störfeldstärken für AbstrahI­messungen mit Antennen und weitere Meßverfahren.

Besonders unangenehm in bezug auf den Funkempfang sind die schmalban­Tabelle 3

digen Störungen, wie sie durch die Takt­signale der Steuergeräte hervorgerufen werden. Diese Störsignale treten dau­ernd auf (Steuergeräte sind in der Regel ab dem Einschalten der Zündung in Be­trieb) und können in einem Funkemp­fänger nicht von Nutzsignalen, die von Sendern herrühren, unterschieden wer­den. Sie machen dadurch den Empfang schwächerer Sender unmöglich. Das wurde auch bei der Festlegung der Ent­störklassen berücksichtigt. Für Schmal­bandstörungen werden für die gleiche Entstörklasse kleinere zulässige Stör­pegel als für Breitbandstörer angege­ben.

Da auch die Fahrzeugkonfiguration ei­nen erheblichen Einfluß auf den Emp­fang von Sendern im Autoradio und in anderen Funkempfängern hat, muß im Fahrzeug überprüft werden, ob die im Labor erreichte Entstörung im Fahrzeug ausreicht. Dazu wird die Antennen­spannung am Ende des Antennenka­bels gemessen, also dort, wo nachher der jeweilige Funkempfänger ange­schlossen wird. Auch für die mit dieser Meßmethode gemessene Störspannung sind in CISPR 25 Grenzwerte angege-

Grenzwerte für die zulässigen Störspannungen an der Fahrzeugantenne in dBIlV.

QP-B: Quasi-Peak Detektor gibt hörrichtigen Eindruck einer Störung wieder, B: Breitbandstörer mit Peak-Detektor, gibt Maximalpegel an, S: Schmalbandstörer mit Peak-Detektor, gibt Maximalpegel an, • Grenzwerte tür die Hochspannungszündung.

Frequenz- Frequenz kontinuierliche kurzzeitige Schmalband-band Breitbandstörung Breitbandstörung störung

MHz OP-B B OP-B B S LW 0,14 ... 0,30 9 22 15 28 6 MW 0,53 ... 2,0 6 19 15 28 0 KW 5,9 ... 6,2 6 19 6 19 0 Funkdienst 30 ... 54 6{15*) 28 15 28 0 Funkdienst 70 ... 87 6 (15*) 28 15 28 0 UKW 87 ... 108 6 i15*) 28 15 28 6 Funkdienst 144 ... 172 6 (15*) 28 15 28 0 Autotelefon 420 ... 512 6 (15*) 28 15 28 0 C-Netz

Autotelefon 800 ... 1000 6 (15*) 28 15 28 0 D-Netz

EMV zwischen verschiedenen Systemen

61

Elektro­magnetische

Verträglichkeit

62

ben (Tabelle 3). Die dort angegebenen Spannungspegel berücksichtigen die ungünstige Empfangssituation im Kraft­fahrzeug, die Nutzsignale betragen nur wenige IN und sind zudem durch die Bewegung des Fahrzeugs und durch Mehrwege-Empfang infolge von Refle­xionen stark schwankend.

Störungen durch elektrostatische Aufladungen

Elektronische Bauelemente können durch die Entladung elektrostatischer Aufladungen (ESD: electrostatic dis­charge) gestört oder gar zerstört wer­den. Die bei solchen Entladevorgängen auftretenden Spannungen können ei­nige tausend Volt betragen, wodurch auch sehr hohe impulsförmige Ströme auftreten. Daher müssen entspre­chende Maßnahmen getroffen werden, die die zerstörende Auswirkung oder noch besser die Aufladungen verhin­dern. Besonders gefährdet sind elektro­nische Komponenten, die im Fahrzeug durch Personen berührt werden können.

Zur Überprüfung der Auswirkung elek­trostatischer Entladungen sind in der Norm ISO TR 10605 Meßverfahren für die Prüfung der Störfestigkeit elektroni­scher Komponenten im Labor und im Fahrzeug angegeben. Dabei werden je­weils mit einem geeigneten ESD-Prüf­impulsgenerator, meist in Pistolenform, Hochspannungsimpulse erzeugt und auf die zu prüfende Komponente einge­koppelt.

EMV zwischen Fahrzeug und Umgebung

Seit Anfang 1996 gilt eine gesetzliche Vorschrift, die für das Kraftfahrzeug die Anforderungen bezüglich der zulässi­gen Störaussendung im Hinblick auf den ortsfesten (Rund)funkempfang re­gelt und die erforderliche Störfestigkeit gegenüber externen elektromagneti­schen Feldern festlegt. Diese Richtlinie (Europäische Richtlinie 95/54/EG) löste eine alte Richtlinie ab, in der lediglich die zulässige Störaussendung geregelt war und legt die Vorgehensweise für die Typgenehmigung bezüglich EMV für Kraftfahrzeuge fest.

Störaussendung

Damit das Kraftfahrzeug die Übertra­gung von Rundfunk, Fernsehen und Funkdiensten nicht beeinträchtigt, darf die von ihm ausgesandte Strahlung (Ab­strahlung) die Grenzwerte für schmal­und breitbandige Signale (Bild 8) nicht überschreiten. Die zulässigen Grenz­werte sind in der oben angegebenen Richtlinie 95/54/EG und in den Normen VDE 0879 Teil 1 bzw, CISPR 12 ange­geben. Die Messung ertolgt in definier-

Bild 8

Breitband- und Schmalbandgrenzwerte für Fahrzeuge bei einer Meßentfernung von 10m.

dB~!V/m

45

., 40 ~ ,(1j

üi 35 -0 a;

"t: '0 Ci) 30

25f-__ -'

20~ ____ ~ ____ ~~ __ ~~ 30 1000

Frequenz MHZ

ter Entfernung vom Fahrzeug (10m bzw. 3 m) mit Antennen. Die Einzelheiten des Meßverfahrens sind in den zitierten Vorschriften beschrieben. In der Praxis ist für die höchste Störabstrahlung meist die Zündanlage maßgeblich. Da jedoch zur Sichersteilung des Funkempfangs im Fahrzeug umfangreiche Maßnah­men getroffen werden, ist die Stör­aussendung bereits soweit begrenzt, daß die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte meist deutlich unterschrit­ten werden.

Bild 9: Messungen der Einstrahlfestigkeit elektrischer Systeme am Krafffahrzeug in der EMV-Absorberhalle.

Einstrahlung

Fährt ein Kraftfahrzeug durch das Nah­feld eines starken Senders, so dringt das Feld durch Schlitze und Öffnungen der Karosserie und wirkt auf die sich darunter befindlichen elektrischen Sy­steme ein. Die Stärke dieser Einwirkung (Einstrahlung) hängt maßgeblich vom Einbauort der Komponenten, der Ka­rosserie und dem Kabelbaum ab.

Fahrzeugmessungen Um nachzuweisen, daß die elektroni­schen Systeme auch unter solchen Be­dingungen störungsfrei funktionieren, mußte früher mit dem Kraftfahrzeug die

EMV zwischen Fahrzeug und Umgebeung

63

Elektro­magnetische

Verträglichkeit

64

Umgebung verschiedener Sender auf­gesucht werden. Heute stehen dafür auch speziell für diesen Zweck geeig­nete Meßräume zur Verfügung.

Damit das elektromagnetische Feld, das innerhalb solcher Räume erzeugt wird, nicht nach au Ben dringt, mu ß der Raum mit einer metallischen Hülle versehen (geschirmt) sein. Um zu verhindern, daß sich dadurch im Innern stehende Wei­len ausbilden, d.h. Schwingungsknoten und Schwingungsbäuche auftreten und dadurch die Feldstärke von Meßpunkt zu MeBpunkt stark schwankt, müssen die Räume darüber hinaus mit Absor­bern ausgekleidet sein.

Das Verhalten der elektrischen Systeme am Kfz in ihrer Gesamtheit unter Praxis­bedingungen wird in der Absorberhalle untersucht. Am Beispiel der EMV-Ab­sorberhalle von Bosch (Bild 9) wird der typische Aufbau und die Meßmethode in einer solchen Halle beschrieben.

In der Bosch-Absorberhalle können Hochfrequenzfelder im Frequenzbe­reich von 10kHz ... 18 GHz erzeugt werden. Die maximale Feldstärke liegt bei Emax = 200 V/mo Solche Feldstärken sind gesundheitsgefährdend; das Test­fahrzeug wird daher von einem abge­schirmten Raum aus ferngesteuert und per Videokamera überwacht. Die Halle ist zur Schirmung mit Metallplatten ver­kleidet. Der Innenausbau der Halle be­steht aus nichtleitfähigen Stoffen (Holz und Kunststoff), um die Messungen nicht durch metallische Teile zu beein­flussen. Die pyramidenförmigen Absor­ber aus graphitgefülltem Polyurethan­schaum bedecken zudem Wände und Decke, um die Reflexionen und stehen­den Wellen zu unterdrücken.

Das zu testende Fahrzeug wird auf ei­nem Rollenprüfstand betrieben, der die Simulation von Fahrgeschwindigkeiten bis zu 200 km/h zuläßt. Ein Gebläse kann bis zu 40 000 m3/h Luft über den Wagen leiten; dies entspricht einer Windgeschwindigkeit von ca. 80 km/ho

Gegenüber Messungen im Freien in der Nähe von Sendern bieten Messungen in der Halle u.a. den Vorteil, daß sich sowohl Frequenz als auch Feldstärke stark variieren lassen. Dadurch kann die "Einstrahlfestigkeit" eines Kfz nicht nur bei wenigen Frequenzen und Feld­stärken beurteilt werden. Durch Aus­steuern des Feldes bis an die Funkti­onsgrenze der Elektronik ist auch Auf­schluß über Sicherheitsabstände zu den Grenzwerten zu erhalten. Die Ein­zelheiten des Meßverfahrens für die Störfestigkeit von gesamten Fahrzeu­gen werden in DIN 40839 Teil 4, sowie neben weiteren Sondermeßverfahren in ISO 11452 part 1-4 beschrieben.

Labormessungen So aussagekräftig die Einstrahlmessun­gen am Fahrzeug auch sind, sie haben den Nachteil, daß sie erst durchgeführt werden können, wenn die Entwicklung des Fahrzeuges und seiner Elektronik sehr weit fortgeschritten ist. Sollte sich dann herausstellen, daß die Einstrahl­festigkeit nicht befriedigend ist, sind die Eingriffsmöglichkeiten stark einge­schränkt.

Deshalb will man schon in einem frühen Entwicklungsstadium eines elektroni­schen Systems wissen, wie sich dieses System später bei seinem Einsatz im Fahrzeug verhalten wird, um falls not­wendig entsprechende Maßnahmen er­greifen zu können. Dafür haben sich verschiedene Testverfahren herauskri­stallisiert.

Mit den ersten drei im folgenden be­schriebenen Verfahren werden leitungs­geführte Störwellen auf den Kabelbaum eines zu untersuchenden Systems ein­gekoppelt. Für den Frequenzbereich größer als 400 MHz können diese Test­anordnungen nur noch eingeschränkt verwendet werden. Daher wird für den Frequenzbereich größer als 400 MHz ein Verfahren eingesetzt, bei dem elek­tromagnetische Felder direkt über An­tennen auf standardisierte Tischaufbau­ten eingestrahlt werden.

Die Einzelheiten der unten angegebe­nen Meßmethoden sind in DIN 40839 Teil 4 und in ISO 11452 part 1 - 7 festge­legt (zusätzlich werden dort weitere Ver­fahren mit geringerer Verbreitung be­schrieben).

Mit allen diesen Methoden wird ein ge­naues Bild der Einstrahlfestigkeit des zu beurteilenden Systems gewonnen, wo­durch bereits während der Entwicklungs­phase eine Verbesserung der Störfestig­keit erreicht werden kann. Durch diesen Vorteil sind diese Labormeßverfahren aus dem Entwicklungsprozeß nicht mehr wegzudenken.

Da jedoch neben der Auslegung eines elektrischen Systems auch der Einbau der Komponenten im Fahrzeug und die Verlegung des Kabelbaums erheblichen Einfluß auf die Störfestigkeit haben kön­nen, muß abschließend das Ergebnis aus der Labormessung in der Absorber­halle am Serienfahrzeug bestätigt werden.

Stripline-Verfahren (Bild 10 und 11) Die Bezeichnung "Stripline" bezieht sich auf den streifenförmigen Leiter. Dieser Leiter hat eine Länge von 4,1 m und eine Breite von 0,74 m. Er ist im Abstand von 0,15 m über einer leitfähigen Platte (Gegenelektrode) angeordnet. Zwischen dem Leiter und der Platte wird eine "transversale elektromagnetische Welle" (transversal : querverlaufend) erzeugt, die sich ausgehend vom Hochfrequenz­generator hin zu einem Abschlußwider­stand ausbreitet. Dabei sind die Abmes­sungen der Streifenleitung so gewählt, daß möglichst keine Reflexionen bei der Wellenausbreitung auftreten und somit über der Frequenz eine konstante Am­plitude der Feldstärken herrscht.

Das zu prüfende System, bestehend z.B. aus Steuergerät, Kabelbaum, und Peripherie (Sensoren und Stellglieder) , wird in halber Höhe zwischen beiden Platten (Grundplatte und Leiterstreifen) angeordnet. Der Kabelbaum zeigt dabei in Ausbreitungsrichtung der Welle. Bei

Stripline-Verfahren.

1 Hochfrequenzgenerator, 2 Widerstand, 3 streifenförmiger Leiter (Stripline), 4 Gegenelektrode (leitfähige Platte oder Zelle) , 5 zu prüfendes System, 6 Kabelbaum, 7 Peripherie (Sensoren, Stellglieder).

3

4

2

Bild 10 Bild 11

Einstrahlfestigkeit.

Ermittelt mit Stripline-Verfahren, Bel·Methode oder TEM-Zelle.

t

..... .. .... . .... ..

MHz

Frequenz ---

Bild 12

Bel-Methode.

1 Hochfrequenzgenerator, 2 Widerstand, 3 Gegenelektrode (leitfähige Platte oder Zelle) , 4 zu prüfendes System, 5 Kabelbaum, 6 Peripherie (Sensoren, Stellglieder) , 7 Strom zange.

EMV zwischen Fahrzeug und Umgebeung

65

Elektro­magnetische

Verträglichkeit

66

der Messung wird bei fester Frequenz die Feldstärke zwischen den Platten so lange gesteigert, bis das System Fehl­funktionen zeigt oder bis ein vorgege­bener Maximalwert erreicht ist. Verän­dert man die Frequenz in hinreichend kleinen Schritten und wiederholt den Vorgang, erhält man ein Diagramm der Einstrahlfestigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz.

Bulk-Current-Injection-Methode (Bild 12) Der Begriff "Bulk-Current-Injection" (BCI) läßt sich mit "Summenstrom-Ein­kopplung" übersetzen. Bei diesem Ver­fahren wird das zu prüfende System, ähnlich wie beim Stripline-Verfahren, über einer leitfähigen Platte (Gegen­elektrode) angeordnet. Mit Hilfe einer Stromzange, die um den Kabelbaum geklipst wird, werden auf den einzelnen Leitern transformatorisch Ströme einge­prägt. Die vektorielle Summe dieser Ströme entspricht dem in die Zange ein­gespeisten Strom. Im Gegensatz zum Stripline-Verfahren, bei dem die Feld­stärke variiert, wird bei diesem Verfah­ren der eingespeiste Strom gesteigert, bis das System Fehlfunktionen zeigt, oder bis ein vorgegebener Maximal­strom erreicht ist. Bild 13

Testverfahren mit TEM-Zelle.

1 Hochfrequenzgenerator. 2 W iderstand. 3 streifenförmiger Leiter (Stripline). 4 Gegenelektrode (leitfähige Platte oder Zelle). 5 zu prüfendes System. 6 Peripherie (Sensoren. Stellglieder) .

6

~

TEM-Zelle (Bild 13) Ahnlich wie beim Stripline-Verfahren wird in der TEM-Zelle zwischen einem streifenförmigen Leiter und einer Gegenelektrode ein transversales elek­tromagnetisches Feld (TEM) erzeugt. Die Gegenelektrode ist in diesem Fall jedoch keine Platte, wie beim Stripline­Verfahren, sondern ein geschlossenes Gehäuse. Dadurch ist für diesen Prüf­aufbau, anders als bei den anderen Einstrahlmessverfahren, kein geschirm­ter Meßraum notwendig.

Ein weiterer Unterschied zum Stripline­Verfahren besteht darin, daß nur der Prüfling selber, z.B. ein Steuergerät, dem elektromagnetischen Feld ausge­setzt wird. Die Peripherie befindet sich außerhalb der TEM-Zelle. Sie ist mit dem Prüfling über einen kleinen Rumpf­kabelbaum verbunden, der quer zur Ausbreitungsrichtung der elektroma­gnetischen Welle verläuft. Der Ablauf der Messung stimmt mit dem des Stripline-Verfahrens überein. Die Feld­stärke wird auch hier solange gestei­gert, bis das System Fehlfunktionen zeigt, oder bis ein vorgegebener Maxi­malwert erreicht ist.

3 I (ol (ol (ol I

~ 5

4

Antenneneinstrahlung Bei diesem Verfahren wird der Prüfling auf einer Grundplatte - wiederum ähn­lich wie beim Stripline-Verfahren - mit Steuergerät, Kabelbaum und Peripherie aufgebaut. Der Kabelbaum wird in defi­niertem Abstand zur Grundplatte ge­führt. In festgelegtem Abstand wird über eine Antenne ein elektromagnetisches Feld erzeugt und auf den gesamten Aufbau eingestrahlt. Der Ablauf der Messung erfolgt auch hier so, daß die Feldstärke solange gesteigert wird, bis der Prüfling eine Fehlfunktion zeigt oder ein vorgegebener Maximalwert erreicht wird.

Sicherstellung der Störfestigkeit und Funkentstörung

Bereits in der Planungs- und Konzep­tionsphase eines elektronischen Sy­stems oder einer Komponente müssen die EMV-Anforderungen bezüglich der Störfestigkeit und Funkentstörung be­rücksichtigt werden. Bei der Realisie­rung der entsprechenden Geräte und Komponenten müssen EMV-Maßnah­men mit entwickelt und in die Geräte integriert werden.

EMV in elektronischen Steuergeräten

Für elektronische Steuergeräte bedeutet EMV-gerechte Auslegung zunächst, daß die für die Mikroprozessoren einge­setzten Taktfrequenzen möglichst nied­rig gewählt werden und die Steilheit der Übergänge der Signale auf unbedingt erforderliche Werte begrenzt wird. Bei der Auswahl der Bauelemente (inte­grierte Schaltungen) muß neben der Funktionalität auch ihr EMV-Verhalten berücksichtigt werden. Dies bedeutet einerseits, daß sie möglichst störfest sein sollen, andererseits dürfen sie nur eine geringe Störaussendung aufweisen. Beim Layout der Leiterplatte bedeutet EMV-gerecht, daß Schaltungsteile, die

besonders störempfindlich sind oder potentielle Störquellen darstellen, vom angeschlossenen Kabelbaum entkoppelt sind. Das erreicht man dadurch, daß diese Bauteile vom Steckerbereich weit entfernt plaziert werden. Entstörbauelemente, meist hochfre­quenztaugliche Kondensatoren, begren­zen die Auswirkungen von Störungen auf das notwendige Maß. Diese Ent­störkondensatoren werden entweder direkt an den integrierten Schaltungen oder im Steckerbereich plaziert. Im Steckerbereich führen die Entstörele­mente zusammen mit einem elektrisch möglichst gut leitfähigen Gehäuse (Schirmgehäuse) zu einer hochfrequenz­mäßigen Trennung zwischen gestörter Umgebung und dem Geräteinnern. Da­mit ist sichergestellt, daß durch außer­halb des Gerätes auftretende Signale keine Störungen im Gerät entstehen. Andererseits verursachen im Innern des Gerätes auftretende hochfrequente Signale keine unerwünschten Störun­gen in der Umgebung.

Elektromotoren und andere elektromechanische Bauelemente

Ähnlich wie bei den elektronischen Steuergeräten und Sensoren werden auch bereits bei der Entwicklung von Elektromotoren Entstörmaßnahmen vor­gesehen. Zum Beispiel treten bei Kommutatormotoren Störungen durch das Bürstenfeuer beim Kommutierungs­vorgang auf. Das kann zu einer er­heblichen Beeinträchtigung des Funk­empfangs führen, Diese Störungen werden durch geeignete Entstörele­mente (Kondensatoren und Drosseln) begrenzt. Bei der konstruktiven Gestal­tung des Motors wird darauf geachtet, daß die Wirkung dieser Entstörele­mente optimal ist. Beim Einsatz von elektromagnetischen Stellern werden durch geeignete Schal­tungsmaßnahmen, z.B. in Form von Löschwiderständen, die beim Schalten auftretenden impulsförmigen Spannun­gen auf ein zulässiges Maß begrenzt.

Sicherstellung der Störfestig­keit und Funkentstörung

67

Elektro­magnetische

Verträglichkeit

68

Hochspannungszündung

Durch die Hochspannungszündung kön­nen im Funkempfang erhebliche Störun­gen auftreten. Daher werden in der Praxis meist Zündkerzen mit integrier­tem Entstörwiderstand eingesetzt. Auch in den Zündkerzensteckern werden Entstörwiderstände eingebaut. Dies ge­schieht entweder am Ende der Zündka­bel oder bei modernen Zündsystemen integriert in die Einzelfunkenzündspule, die für jeden Zylinder des Motors direkt auf die jeweilige Zündkerze aufgesteckt wird. Dabei muß ein geeigneter Kom­promiß zwischen dem erforderlichen Zündspannungsangebot und der Ent­störwirkung gefunden werden.

Nachträgliche Entstörung

Wie beschrieben müssen EMV-Maß­nahmen und Funktionsanforderungen aufeinander abgestimmt werden. Eine nachträgliche Entstörung ist meist nur mit großem Aufwand möglich und für den Einsatz in Serienfahrzeugen zu vermeiden. In einzelnen Fällen (z.B. für Behördenfahrzeuge) können dann, wenn die Entstörmaßnahmen in den elektri­schen Komponenten nicht ausreichen, durch zusätzliche Entstörmaßnahmen weitere Verbesserungen erreicht wer­den. Möglichkeiten hierzu bieten der Einbau von Filtern oder eine zusätzliche Schirmung der Komponenten und Leitungen.

Beim Einsatz solcher zusätzlichen Ent­störmaßnahmen muß sehr vorsichtig vorgegangen werden, da nachträgliche Veränderungen der elektronischen Kom­ponenten zu Funktionsstörungen führen können. Sie können, ähnlich wie der Einbau von zusätzlichen elektrischen oder elektronischen Systemen, unter besonderen Umständen zu sicherheits­kritischen Situationen führen.

Nationale und internationale Kfz-EMV-Normen und Richtlinien

Funkentstörung

DIN 57879/VDE 0879, Teil 1 Funk-Entstörung von Fahrzeugen, von Fahrzeugausrüstungen und von Ver­brennungsmotoren - Fernentstörung von Fahrzeugen; Fernentstörung von Aggre­gaten mit Verbrennungsmotoren.

DIN 57879/VDE 0879, Teil 2 Funkentstörung von Fahrzeugen, von Fahrzeugausrüstungen und von Ver­brennungsmotoren - Eigenentstörung.

DIN 57879/VDE 0879, Teil 3 Funkentstörung von Fahrzeugen, von Fahrzeugausrüstungen und von Ver­brennungsmotoren - Eigenentstörung: Messungen an Fahrzeugausrüstungen.

CISPR 12 Limits and methods of measurement ra­dio interference characteristics of ve­hicles, motor boats, and spark-ignited engine-driven devices.

CISPR 25 Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics for the protection of receivers used on-board vehicles. Part 1: Measurement of emissions re­ceived by an antenna on the same ve­hicle. Part 2: Measurement of vehicle com­ponents and modules.

EMV

DIN 40839, Teil 1 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) in Straßenfahrzeugen - Leitungsgeführte impulsförmige Störgrößen auf Versor­gungsleitungen in 12-V- und 24-V-Bord­netzen.

DIN 40839, Teil 3 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) in Kraftfahrzeugen - Eingekoppelte Stö­rungen auf Geber- und Signalleitungen.

DIN 40839, Teil 4 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) in Kraftfahrzeugen - Eingestrahlte Stör­größen.

ISO 7637-0 Road vehicles - Electrical disturbance by conduction and coupling. Part 0: Definitions and general.

ISO 7637-1 Road Vehicles - Electrical disturbance by conduction and coupling. Part 1: Passengers cars and light com­mercial vehicles with nominal 12 V sup­ply voltage - Electrical transient conduc­tion along supply lines only.

ISO 7637-2 Road vehicles - Electrical disturbance by conduction and coupling. Part 2: Commercial vehicles with nomi­nal 24 V supply voltage - Electrical tran­sient conduction along supply lines only.

ISO 7637-3 Road vehicles - Electrical disturbance by conduction and coupling. Part 3: Vehicles with nominal 12 V or 24 V supply voltage - Electrical transient transmission by capacitive and induc­tive coupling via lines other than the supply.

ISO 11451 Road vehicles - Electrical disturbances by narrow-band radiated electromagne­tic energy - Vehicle test methods.

ISO 11451-1; Part 1 : General and definitions.

ISO 11451-2; Part 2: Off-vehicle radiation source.

ISO 11451-3; Part 3: On-board transmitter simulation.

ISO 11451-4; Part 4: Bulk current injection (BCI).

ISO 11452 Road vehicles - Electrical disturbances by narrow-band radiated electromagne­tic energy - Component test methods.

ISO 11452-1; Part 1 : General and definitions.

ISO 11452-2; Part 2: Absorber lined chamber.

ISO 11452-3; Part 3: Transverse electromagnetic mode (TEM) Gell.

ISO 11452-4; Part 4: Bulk current injection (BCI).

ISO 11452-5; Part 5: Stripline

ISO 11452-6; Part 6: Parallel plate antenna.

ISO 11452-7; Part 7: Direct radio frequency (RF) po­wer injection.

ISO/TR 10605 Road vehicles - Electrical disturbance from electrostatic discharges.

Kfz-EMV­Normen

69

Starter­batterien

70

Starterbatterien

Auslegung

Der Generator als Energieerzeuger, die Batterie als Energiespeicher, der Starter und andere Verbraucher am Bordnetz müssen aufeinander abgestimmt sein, d. h. Stomerzeugung und Stromver­brauch müssen in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander stehen. Folgende Größen haben Einfluß auf das spezielle Zusammenwirken von Batterie, Genera­tor und Starter: - Verbraucherleistung, - Generatorstromabgabe, - Motordrehzahl im Fahrbetrieb, - Ladespannung und - Starttemperatur.

Verbraucher

Die Zahl der Verbraucher ist in den letzten Jahren durch die immer um­fangreichere Ausstattung der Fahrzeuge stark angestiegen und damit auch die Verbraucher- bzw. Generatorleistung (Bild 1). Während ursprünglich haupt­sächlich der Starter, die Zündung und die Lichtanlage im Vordergrund standen, wurde die Grundausstattung der Fahr­zeuge im Laufe der Jahre mit elek­tronischen Zünd- und Einspritzsystemen, Komfortsystemen mit verschiedenen An­triebsmotoren und auch mit Sicherheits­systemen ständig erweitert (Bild 2). Diese Verbraucher haben einen immer größeren Anteil am Stromverbrauch im Bordnetz.

Startanlage Der Starter ("Anlasser") muß den Ver­brennungsmotor mit einer Mindestdreh­zahl (Startdrehzahl) durchdrehen und ihn

nach den ersten Zündungen beim Hoch­laufen auf die Mindest-Selbstdrehzahl bringen. Dabei sind die beträchtlichen Widerstände aus Verdichtung, Kolbenrei­bung und Lagerreibung (Haftreibung) zu überwinden, die stark von Bauart und Zylinderzahl des Motors und außerdem von Schmiermitteleigenschaften und der Motortemperatur abhängig sind. Die Rei­bungswiderstände sind bei tiefen Tempe­raturen am größten. Zwar ist der Starter nur kurzfristig eingeschaltet, er hat aber die größte Stromaufnahme aller Verbraucher.

Weitere elektrische Verbraucher Die elektrischen Verbraucher haben un­terschiedliche Leistungen und Einschalt­dauern. Man unterscheidet zwischen: - Dauerverbrauchern (z. B. Zündung,

Kraftstoffeinspritzung bzw. Motor­management),

- Langzeitverbrauchern (z. B. Beleuch­tung, heizbare Heckscheibe) und

- Kurzzeitverbrauchern (z. B. Blink-, Bremslicht).

Bild 1

Anstieg der Generatorleistung als Folge der gestiegenen Verbraucherleistung.

Bandbreite tür Pkw zwischen Ober- und Mittel­klasse bis zum Jahr 2000.

kW

4

o ~------~~------~ 1980 1990

Jahr 2000

Bild 2

Verbraucher im Kfz. Auslegung

Generator

I I Batterie

Energieerzeuger Energiespeicher

im t Au/ladung T

bei Fahrbetrieb Motorstillstand

~ ~ + Dauerverbraucher

J Langzeitverbraucher

J Kurzzeitverbraucher

Zündung Autoradio r Blink- Nebel-

~ leuchten

~~ schein-

10 ... 15W werfer je21 W je 35 ... 55 W

20W Begren-zungs- Brems- Rückfahr-

Elektrische leuchten ~ leuchten ~~

leuchte, Kraftstoff- -schein-pumpe ~ je4W je 18 ... 21 W werfer

50 ... 70 W Instrumen- Decken-je 21...25 W

tenleuchten leuchte Scheiben-Elektro- ~ ~~ wischer nische 5W Benzinein- ~ je2W 60 ... 90 W spritzung Elektrischer 50 ... 70W Kenn- Fenster- Starterfür

zeichen- heber ~~ Pkw Motor- leuchte(n) ~ manage-

~ 150W 800

ment jel0W ... 3000 W Elektrisches

175 ... 200W Parkleuchte Kühler- Wisch-gebläse ~ Wasch-

~ System für 200W ~ Schein-

je3 ... 5W Gebläse-

werfer

Schein- matorfür 60W werfer Heizung

~ Abblend- ~ und/oder Zigaretten-licht Lüftung ~ anzünder je55W 80W

Heck-100W

Schein-werfer scheiben- Zusatz-Fernlicht ~ heizung ~~ Fernsehein-

werfer je60W 120W

lie55W Heck-Schluß-scheiben- Zusatz-leuchten

~ wischer .-~ Brems-leuchten

je5W 30 ... 65W lle 21 W

Hörner und Wagen- Fanfaren .- Bei Diesel-heizer

~ fahrzeugen: 1e 25 .. .40 W Glühkerzen

20 ... 60W Motor-~ für den Start

antenne 60W je 100W

71

Starter­batterien

72

Die Benutzung mancher elektrischer Ver­braucher ist von der Jahreszeit abhängig (Klimaanlage im Sommer, Sitzheizung im Winter) . Die Einschalthäufigkeit elektri­scher Kühlerventilatoren ist temperatur­und fahrbetriebsabhängig. Im Winter wird im Berufsverkehr überwiegend mit Beleuchtung gefahren. Die benötigte Verbraucherleistung ist während einer Fahrt nicht konstant. Sie ist insbesondere in den ersten Minuten nach dem Start sehr hoch (zum "Heizen" und "Kühlen") und sinkt dann stark ab (Bild 3) . Beispiele dafür sind : 1. Elektrisch beheizte Katalysatoren be­nötigen zukünftig zusätzliche Leistungen von 1...4 kW, um in 10 ... 30 s nach dem Start die Betriebstemperatur von mehr als 300 oe zu erreichen (Die benötigte Lei­stung ist dabei abhängig von Motorgröße und Ausführung der Abgasanlage). 2. Die Sekundärluftpumpe, die Zusatz­luft direkt hinter dem Brennraum zum Nachverbrennen des Abgases einbläst, läuft bis über 200 s nach dem Motorstart. 3. Weitere Verbraucher wie Heizung (z. B. auch Heckscheibenheizung), Ge­bläse und Beleuchtung sind je nach Situation kürzer oder länger eingeschal­tet, während z. B. das Motormanagement zur Motorsteuerung ständig in Betrieb ist.

Betriebsbedingungen

Versuchsfahrzeuge werden unter extre­men Bedingungen getestet, damit die daraus abgeleiteten Serienfahrzeuge mit geeigneten Komponenten für den Stan­dardenergiebedarf ausgerüstet werden können. Die Anforderungen an die Bat­terie, den Generator und das Bordnetz hängen stark von den Einsatzbedin­gungen und der Art des Fahrzeugs ab, in das die Komponenten eingebaut sind. Neben den an das jeweilige Bordnetz an­gepaßten Eigenschaften der Batterie wie Startleistung, Kapazität und Ladestrom­aufnahme über einen Temperaturbereich von ca. -30 ... + 70 oe gibt es weitere Bat­terie-Spezifikationen, die bei bestimmten Anwendungsfällen erfüllt werden müs­sen (z. B. Wartungsfreiheit, Rüttel- und Zyklenfestigkeit) .

Starttemperatur Die Temperatur, bei der der Motor noch gestartet werden kann, ist u. a. abhängig von der Batterie und dem Starter (Größe, ohne/mit Vorgelege, Erregung elek­trisch/permanent). Soll der Motor z. B. bei -20 oe gestartet werden, muß ein Mindestladezustand vorhanden sein. Bei einer größeren Batterie ist ein geringerer Ladezustand möglich als bei einer klei­neren Batterie. In Europa geht man z. B. von folgenden Mindesttemperaturen (Start1emperaturen) aus: Pkw Lkw und Omnibusse Schlepper

-18 ... -25 °e , -15 ... -20 oe , -12 ... -15 °e .

Äußere Beanspruchungen Bei Fahrzeugen (Pkw und leichte Nfz) mit normaler Beanspruchung auf ebenen, asphaltierten Straßen im gemischten Stadt- und Überlandverkehr treten keine besonderen äußeren mechanischen und zyklischen Beanspruchungen auf. Bei Fahrzeugen im gewerblichen Bereich (Pkw und Nkw) und für Sondereinsätze auf Pisten und im Gelände sind die äuße­ren Beanspruchungen durch Kurz­streckenverkehr sowie durch Schütte 1-und Stoßbewegungen oft sehr hoch (siehe "Extreme Betriebsbedingungen").

Bild 3

Verbraucherleistung in Abhängigkeit von der Fahrzeit (Beispiel).

Verbraucher beim Start: AStarter, Katalysator­heizung, Sekundärluftpumpe, Heizung, Gebläse, Scheinwerfer, Leuchten, Motormanagemenl. B Abschalten des Starters. C Abschalten der Katalysatorheizung. o Abschalten der Sekundärluftpumpe.

5 A kW

4 Cl c:: B 2 <Jl 3 'Qi 1: Ql .c u 2 ::J

~ -e ~

o

c

2

I 0

4 Fahrzeit

6 min

Klimabeanspruchung Die Batterien sind allgemein mehr oder weniger den Einflüssen von Feuchte, Schmutz, Sand, Ölen, Temperaturen usw. ausgesetzt; sie müssen den spezi­ellen klimatischen Anforderungen der jeweiligen Einsatzart genügen.

Einbauort Für Kfz-Hersteller sind hinsichtlich des Einbauortes folgende Punkte wichtig: - leichte Zugänglichkeit zum Einbau der

Batterie, - Schutz vor zu starker Erwärmung, - Schutz vor zu starker Abkühlung, - Schutz vor Feuchtigkeit, - Schutz vor mechanischen Beschädi-

gungen (z. B. wegen zu starker Er­schütterungen), die Batterie muß fest und rüttelfrei eingebaut werden sowie

- Schutz vor Öl, Kraftstoffen und Lösungsmitteln.

Der Motorraum ist zum Einbau der Batte­rie meist leichter zugänglich als andere Stellen im Fahrzeug. Auch ergeben sich dort zudem kurze Leitungen zwischen Batterie, Generator und Starter und da­mit auch geringe Spannungsverluste. Der Einbauort liegt allerdings nicht in un­mittelbarer Nähe des Motorblocks oder des Auspuffkrümmers, damit an der Bat­terie keine Wärmestauungen auftreten, die negative chemische Prozesse in der Batterie beschleunigen könnten. Die Bat­terie darf auf Dauer keinen höheren Tem­peraturen als 50 oe ausgesetzt sein, da sich sonst die Lebensdauer verringern würde (hohe Selbstentladung). Wo der Einbau im Motorraum nicht mög­lich ist, befindet sich die Batterie z. B. unter dem Fahrersitz oder der Rück­bank. Damit die "Säurenebel", die bei Batterien mit Verschlußstopfen aus den Entga­sungsöffnungen austreten können, keine Korrosion an den Eisenteilen der Umge­bung verursachen, ist für eine Lüftung der Batterie gesorgt. Allerdings beseitigt schon eine geringe Luftbewegung diese Gefahr vollständig. Die Forderung nach leichter Zugäng­lichkeit für den Kundendienst oder den Fahrer selbst war früher wichtiger als

heute, weil die für die Lebensdauer einer Batterie ausschlaggebende regelmäßige Wartung und Pflege - insbesondere das Nachfüllen von Wasser - ohne Proble­me möglich sein mußte. Bei der absolut wartungsfreien Batterie entfällt diese Pflege.

Ladebilanz Die Berechnung der Ladebilanz hat das Ziel, die elektrische Anlage eines Kfz zu optimieren. Sie läßt Aussagen über das Verhalten der Batterie im Bordnetz nach einem be­stimmten Fahrzyklus bei vorgegebener Verbraucherleistung zu und wird vom Kfz-Hersteller ausgeführt. Ein üblicher Zyklus für Pkw ist der Berufsverkehr (niedrige Motordrehzahl) kombiniert mit Winterbetrieb (geringer Ladestrom für die Batterie). Bei der Ladebilanzrechnung werden die Häufigkeit des Auftretens von Motordreh­zahlen während eines Fahrzyklus, die Kennlinien von Generator, Spannungs­regler und Batterie sowie die Leistungs­aufnahme aller Verbraucher im Bordnetz berücksichtigt.

Motordrehzahl im Fahrbetrieb Die vom Motor auf den Generator über­tragene Drehzahl hängt vom Einsatz des Fahrzeuges ab. Die Ladespannung des Generators steigt leicht mit seiner Dreh­zahl. Der Motor eines Pkw hat im Berufsver­kehr einen hohen Leerlaufanteil mit ge­ringer Drehzahl, bedingt durch Halt an der Ampel oder im Stau (geringer Lade­strom). Bei Fahrt auf der Autobahn ist der Leerlaufanteil in der Regel klein, da bei freier Fahrt die Motordrehzahl im mittle­ren bis oberen Bereich liegt (hoher Lade­strom). Ungünstig auf den Batterieladezustand wirken sich eingeschaltete Verbraucher bei abgestelltem Motor aus. Beim Om­nibus im Linienverkehr kommen zusätz­liche Leerlaufanteile beim Halt an den Haltestellen hinzu. Omnibusse im Reise­verkehr haben in der Regel nur geringen Leerlaufantei I.

Auslegung

73

Starter­batterien

74

Energiebedarf

Standardausrüstung Der Energiebedarf, der aus den Ver­braucherleistungen für ein bestimmtes Fahrzeug resultiert (siehe Tabellen 1 und 2) und nach den Betriebsbedin­gungen ermittelt wurde, ist maßgebend für die Dimensionierung der Batterie, aber auch des Generators. Die vom Fahrzeughersteller und Bosch festge­legte und eingebaute Batterie (Erstaus­rüstung) deckt den Standardenergiebe­darf der eingebauten Verbraucher des Bordnetzes und des Starters unter fol­genden vereinbarten Testbedingungen: - Berufsverkehr im Winter mit Tag- und

Nachtfahrten für eine Woche bei 0 oe und eine Woche bei -20 oe,

- Restkapazität der Batterie von minde­stens 50 % nach diesen Fahrzyklen.

a e e 1: elstun!lsau na me von "Ti b II L· f h s tartern.

Anwendung Leistungs-bereich

Pkw mit Ottomotor 0,7 ... 2,0 kW

Pkw mit Dieselmotor 1,4 ... 2,6 kW

Busse, Lkw, Schlepper 2,3 ... 9,0 kW

Danach müssen noch die nachstehen­den Funktionen möglich sein: - Starten bei -20 oe, - Brenndauer des Parklichtes 12 Std., - Blinken des Warnblinklichtes 3 Std., - Funktionen derjenigen Verbraucher,

die bei abgezogenem Zündschlüssel arbeiten,2 Stunden und anschließend startbar.

Zudem gelten noch die Normwerte für Batteriekenngrößen.

Zusatzausrüstung Werden für ein Fahrzeug zusätzliche Ausrüstungen, z. B. Komfortsysteme mit zusätzlichen Stellmotoren für Fenster­und Dachantriebe, Sitz- und Lenkradver­stellung, eine Sitzheizung, eine Klima­anlage, ein Kühlgerät oder ähnliches, gewählt, können diese einen spürbaren zusätzlichen Energiebedarf zur Folge haben. Diese zusätzlichen Verbraucher­leistungen werden dann bei der Dimen­sionierung der elektrischen Komponen­ten im Fahrzeug schon vom Hersteller berücksichtigt. Das bedeutet, daß solch ein Fahrzeug mit einer stärkeren Batterie (z. B. VW Golf 111 bis zu 40 % höhere Kapazität) und möglicherweise mit einem

Tabelle 2: Installierte Verbraucher mit Berücksichtigung der durchschnittlichen Einschaltdauer.

Verbraucher Leistungs- Mittlere aufnahme Leistung

Motronic, Elektrokraftstoffpumpe 250W 250W Radio 20W 20W

Standlicht 8W 7W Abblendlicht 110 W 90W Kennzeichenleuchte, Schlu ßleuchten 30W 25W Kontolleuchte, Instrumente 22W 20W Beheizbare Heckscheibe 200W 60W Innenraumheizung, Gebläse 120 W 50W Elektrischer Kühlerventilator 120 W 30W

Scheibenwischer 50W 10 W Bremsleuchten 42W 11 W Blinkleuchten 42W 5W Nebelscheinwerfer 110 W 20W Nebelschlu ßleuchte 21 W 2W

Summe: Installierte Verbraucherleistung 1145 W Mittlere Verbraucherleistung 600W

--

größeren Generator geliefert wird. Eben­so werden je nach Einsatzart zusätzliche mechanische, zyklische oder klimatische Beanspruchungen berücksichtigt.

Nachträgliche Einbauten

Zusatzverbraucher Nachträglich eingebaute oder bei Bedarf angeschlossene Zusatzverbraucher kön­nen den Austausch der vorhandenen Standardbatterie gegen eine leistungs­fähigere notwendig machen. Beispiele: - umfangreiche Radio- und Audiosyste-

me mit hoher Leistungsaufnahme, - Zusatzscheinwerfer, Zusatzbrems­

leuchten, Fanfaren, Arbeits- oder Suchscheinwerfer, nachträglich einge­baute Alarmanlage,

- Standheizung, - Anschluß von Geräten, die über einen

Stromanschluß des Fahrzeugs (z. B. Zigarettenanzünder) betrieben werden können, wie z. B. Kleinkompressoren, Klein- und Arbeitsleuchten,

- Anhänger oder Wohnwagen, die mit dem Bordnetz verbunden sind.

Da Wohnwagen und Wohnmobile oft mit verschiedenen elektrischen Geräten wie Beleuchtung, Kühlschrank, Heizung, Rundfunk- und Fernsehgeräten ausge­stattet sind, werden in diesen Fällen häu­fig zusätzliche Batterien mit einem ge­trennten Stromkreis eingebaut.

Zusätzlicher Energiebedarf Für die zuvor erwähnten Zusatzver­braucher entsteht ein zusätzlicher Ener­giebedarf. Wegen der Abstimmung mit dem übrigen Bordnetz, dem Generator mit Generatorregler und dem Starter kann die vorhandene Starterbatterie aus der Erstausrüstung nicht einfach gegen eine beliebig größere Ersatzbatterie aus­getauscht werden. Um eine falsche Aus­wahl von vornherein auszuschließen, sollte ein Kraftfahrer den Fachmann eines Bosch-Dienstes zur Beratung heranziehen. Für einen derartigen Austausch enthält das Handelsprogramm von Bosch eine Vergleichsliste mit einbaugleichen Star-

terbatterien, die nicht nur die richtigen Ab­messungen aufweisen, sondern auch mit ihren Eigenschaften den jeweiligen Anforderungen entsprechen.

Extreme Betriebsbedi ngungen

Es ist nicht möglich, mit nur einer Stan­dardbatterie alle möglichen, völlig unter­schiedlichen Einsatzbedingungen ab­decken zu können. Die Standardbatterien wären dadurch für den Einsatz unter nor­malen Bedingungen überdimensioniert und zu teuer.

Außentemperaturen Für sehr tiefe Temperaturen in kalten Ländern sind Batterien mit höherer Start­kraft erforderlich. Die Starttemperaturen liegen oft unterhalb -20°C. Diese Batte­rien sind mit einer erhöhten Anzahl von dünneren Platten und Separatoren aus­gerüstet. Während für gemäßigte und kalte Zonen die Dichte der Batteriesäure mit einer Gefrierschwelle von -68°C in voll geladenem Zustand gleich gehalten werden kann, muß die Säuredichte für tropische Länder geringer sein.

Mechanische und zyklische Bean­spruchungen Im gewerblichen Bereich (z. B. bei Bus, Taxi, Arztwagen und Lieferwagen) kommt es durch den häufigen Kurz­streckenverkehr mit entspechend hoher Stromentnahme zu einer starken zykli­schen Belastung der Batterie. Hinzu kommen weitere zyklische Belastungen bei hoher Stromentnahme im Stand. Sie entstehen durch Klimaanlage, Be­leuchtung, Gebläse, elektrohydraulische Ladebordwand, Kühlaggregat, Standhei­zung usw. Batterien in Geländefahrzeugen, Nutz­fahrzeugen, Baumaschinen, Schleppern sowie in Fahrzeugen der Land- und Forstwirtschaft müssen zusätzlich zu der zyklischen Beanspruchung den An­forderungen einer hohen Schüttel- und Stoßbeanspruchung auf Pisten, auf Bau­stellen oder im Gelände genügen.

Auslegung

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Starter­batterien

76

Arbeitsweise

Die Starterbatterie hat im Bordnetz die Aufgabe eines chemischen Speichers für elektrische Energie (die während der Fahrt vom Generator erzeugt wird), um bei Stillstand des Fahrzeuges den Motor starten zu können. Daher auch die Bezeichnung "Starterbatterie". Starter­batterie und Generator müssen deshalb aufeinander abgestimmt sein. Die Batterie muß einerseits in der Lage sein, bei stillstehendem Motor (und damit auch bei stillstehendem Generator) kurzfristig hohe Ströme für den Start zu liefern (besonders bei tiefen Temperatu­ren). Sie muß andererseits aber auch über begrenzte Zeit, insbesondere bei Motorleerlauf und Motorstillstand, an­dere wichtige Komponenten des Bord­netzes teilweise oder ganz mit elektri­scher Energie versorgen können. Zusätzlich hat die Batterie die Aufgabe, Spannungsspitzen der Bordnetzspan­nung zur Schonung empfindlicher elek­tronischer Bauteile zu dämpfen. Diesen Anforderungen genügt im allge­meinen der Blei-Schwefelsäure-Akku­mulator, der außerdem für diesen Zweck zur Zeit das kostengünstigste Energie­speichersystem ist. Typische Bordnetzspannungen sind 12 V bei Pkw und 24 V bei Nkw (durch Rei­henschaltung von zwei 12-Volt-Batterien realisiert).

Elektrochemische Vorgänge in der Bleizelle

Entstehung der Zellenspannung Taucht eine Blei-Elektrode in verdünnte Schwefelsäure, den Elektrolyt, so treten unter der Wirkung des "Lösungsdruckes" Ionen in den Elektrolyt über. Durch den Übergang der positiven Blei-Ionen blei­ben an der Bleielektrode negative Ladun­gen (Elektronen) zurück. Die Bleielek­trode ist jetzt nicht mehr elektrisch neu­tral, sondern hat ein negatives Potential gegenüber dem Elektrolyt.

Befinden sich zwei Elektroden aus ver­schiedenem Materialien (z. B. Blei Pb und Bleidioxid Pb02) in einem Elektrolyt, nehmen die einzelnen Elektroden ver­schiedene Potentiale gegenüber dem Elektrolyt an. Die Potentialdifferenz ist die Zellenspannung. Der zuvor beschriebene Vorgang des Übergangs von geladenen Teilchen (z. B. Blei-Ionen) in den Elektrolyt führt sehr bald zu einem Gleichgewichtszustand, weil die auf der Elektrode zurückblei­benden negativen Elektronen eine An­ziehung auf die in den Elektrolyt überge­gangenen positiven Ionen ausüben. Diese rücktreibende Kraft ist nach einer gewissen Zeit genau so groß wie der Lösungsdruck. Durch eine äußere Spannung kann je nach Stromrichtung erreicht werden, daß weitere elektrische Teilchen von den Elektroden in den Elektrolyt übergehen oder umgekehrt sich wieder in die Blei­Elektrode einlagern. Diesem Umstand verdankt die Bleibatterie ihre Eigen­schaft, wiederaufladbar zu sein (Sekun­därelement). Bei einer geladenen Bleizelle besteht die positive Elektrode im wesentlichen aus Bleidioxid und die negative Elek­trode aus reinem Blei. Bei dem in Blei­zellen verwendeten Elektrolyt (ver­dünnte Schwefelsäure) erfolgt der Stromtransport durch Ionenleitung. In wäßriger Lösung spalten sich die Schwefelsäuremoleküle in positiv gela­dene Wasserstoff-Ionen und negativ ge­ladene Säurerest-Ionen. Die Spaltung der Schwefelsäuremoleküle ist Voraus­setzung für die Leitfähigkeit des Elektro­lyt und damit auch für das Fließen ei­nes Lade- oder Entladestromes. Beim Fließen des Entladestromes wird an der positiven Elektrode das Bleidioxid und an der negativen Elektrode das Blei zu Bleisulfat umgesetzt. Bei einer entladenen Bleizelle (Bild 1) bestehen die beiden Elektroden einer Zelle aus Bleisulfat (PbS04).

Der Elektrolyt besteht aus verdünnter Schwefelsäure, d. h. 17 % reine Schwe­felsäure (H2S04) und 83 % Wasser (H20). Durch diesen Schwefelsäure-

anteil wird das reine Wasser leitend und damit als Elektrolyt verwendbar. Diese beim Laden und Entladen der Zelle auftretenden Teilchenübergänge werden in den folgenden beiden Ab­schnitten erläutert.

laden Soll die Bleizelle geladen werden, so verbindet man ihre positive Elektrode mit dem Pluspol, die negative mit dem Minuspol einer Gleichspannungsquelle. Der Ladevorgang wird - im Gegensatz zu dem später beschriebenen Entlade­vorgang - durch die Zufuhr elektrischer Energie erzwungen, so daß die Zelle nach der Ladung ein höheres Energie­niveau erreicht. In den Bildern 1 bis 3 sind die Vorgänge, die sich zwischen den einzelnen Teilchen der Elektrodenmasse und des Elektrolyt abspielen, schema­tisch dargestellt. Die Ladespannungsquelle "saugt" von der Pluselektrode Elektronen ab und "drückt" sie zur Minuselektrode. Durch die Elektronen, die der Minuselektrode von der Ladestromquelle "aufgezwun­gen" werden, entsteht an dieser Elek­trode aus dem zweiwertig positiven Blei - unter Auflösung der Bleisulfat-

Bild 1

Laden (Zelle entladen).

+

Schwefelsäure Dichte 1,12 kg / l

Positive Elektrode PbS04

Negative Elektrode PbS04

Moleküle (PbS04) - "nullwertiges" (metallisches) Blei. Gleichzeitig gehen die freigewordenen, negativ geladenen Säurerest-Ionen (S04- -) von der Minus­elektrode in den Elektrolyt über. An der Pluselektrode wandelt sich durch das "Absaugen" von Elektronen (Bild 2) zweiwertig positives Blei in vierwertig positives Blei um. Dabei wird die Blei­verbindung PbS04 (Bleisulfat) durch die angelegte Ladespannung elektroche­misch gespalten. Das vierwertig positive Blei verbindet sich mit dem aus dem Wasser (H20) ent­nommenen Sauerstoff zu Bleidioxid (Pb02).

Gleichzeitig treten die bei diesem Oxida­tionsvorgang an der Pluselektrode frei­gewordenen Sulfat-Ionen (aus dem Bleisulfat PbS04) und Wasserstoff­Ionen (aus dem Wasser) in den Elektro­lyt über. Wie zuvor erwähnt wurde, gehen auch von der Minuselektrode Sulfat-Ionen in den Elektrolyt in Lösung.

Durch den Ladevorgang erhöht sich also die Zahl der Wasserstoff-Ionen und der Sulfat-Ionen im Elektrolyt, d. h. es wird Schwefelsäure (H2S04) neu gebildet, wobei die Dichte p des Elektrolyt zu-

Bild 2

Laden (Ladevorgang).

Gleichspannungsquelle

+ ..... --< ~

Elektronens!rom

Elektronen

Arbeitsweise

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Starter­batterien

78

nimmt (bei geladener Zelle normaler­weise p '" 1 ,28 kg/I). Dies entspricht einem Schwefelsäuregehalt von ca. 37 % und einem Wassergehalt von ca. 63 %. Deshalb kann über eine Messung der Säuredichte der Ladezustand ermittelt werden.

Die Ladung ist beendet, nachdem - sich das Bleisulfat an der Pluselek­

trode in Bleidioxid (Pb02) umgewan­delt hat,

- sich das Bleisulfat an der Minus­elektrode in metallisches Blei (Pb) umgewandelt hat und

- die Ladespannung sowie die Säure­dichte auch bei fortwährendem Laden nicht mehr weiter ansteigen.

Wird nach vollständiger Ladung weiter geladen, findet nur noch eine elektro­lytische Wasserzersetzung statt: An der Plusplatte bildet sich Sauerstoff und an der Minusplatte Wasserstoff, die Batterie "gast". Die geladene Bleizelle kann jetzt wieder von der Ladestromquelle getrennt wer­den. Durch diesen Ladeprozeß wurde die zugeführte elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und gespeichert (Bild 3).

Bild 3

Laden (Zelle geladen).

+

I~ ~ ~

OC:~ SO.

Schwefelsäure Dichte 1,28 kg/l

Pb02 Pb

Entladen (Stromentnahme) Werden die beiden Pole einer Bleizelle über einen Verbraucher (z. B. Glühlampe) miteinander verbunden, so fließen infolge der zwischen den Polen vorhandenen Potentialdifferenz (Zellenspannung) Elek­tronen von der Minuselektrode über den Verbraucher zur Pluselektrode. Die Strom richtung und die elektrochemischen Vorgänge kehren sich beim Entladen gegenüber dem Laden der Batterie um. Durch diesen Übergang von Elektronen wandelt sich das vierwertig positive Blei der Pluselektrode in zweiwertig positives um, und die Bindung des zuvor vierwer­tig positiven Bleis an die Sauerstoff­atome wird aufgehoben. Die dadurch freigewordenen Sauerstoffatome verbin­den sich mit Wasserstoff-Ionen, die aus der Schwefelsäure entnommen worden sind, zu Wasser. An der Minuselektrode bildet sich durch den Übergang von Elek­tronen aus dem metallischen Blei zur Pluselektrode ebenfalls zweiwertig posi­tives Blei (Bild 4). Die zweifach negativ geladenen Säurerest-Ionen (S04- -) aus der Schwefelsäure verbinden sich mit dem zweiwertig positiven Blei der beiden Elektroden, so daß als Entladeprodukt an beiden Elektroden Bleisulfat (PbS04)

entsteht.

Bild 4

Entladen.

+

Elektronen

+­Elektronenstrom

Tabelle 1: Übersicht über die Entladevorgänge.

Pluselektrode Elektrolyt Minuselektrode

Bleizelle Aktive Masse: Schwefelsäure hoher Aktive Masse: Blei geladen Bleidioxid (Pb02, braun) Dichte (H2S04) (Pb, metallisch grau)

Strom- Elektronenaufnahme Der Sauerstoff (02) Elektronenabgabe entnahme reduziert das vierwer- des Bleidioxids (Pb02 oxidiert das neutrale Elektronen- tige Bleidioxid (Pb4+02) der Pluselektrode bil- metallische Blei (Pb) strom von zu zweifach positiven det Wasser mit den zu zweifach positiven der Minus- Blei-Ionen (Pb++), die freigewordenen posi- Blei-Ionen (Pb++), die elektrode sich mit dem Säurerest tiv geladenen Wasser- sich mit dem Säurerest (über Ver- der Schwefelsäure stoff-Ionen (H+, H3O+) der Schwefelsäure braucher) (Sulfat-Ionen S04--) der Schwefelsäure: (Sulfat-Ionen S04--) zur Plus- zu dem hellen Bleisul- sie wird verdünnt. zu dem hellen Bleisul-elektrode. fat (PbS04) verbinden. fat (PbS04) verbinden.

Bleizelle Bleisulfat (PbS04) aus Schwefelsäure Bleisulfat (PbS04) aus entladen den Ionen Pb+++S04-- niedriger Dichte den Ionen Pb+++S04--

Beide Elektroden haben jetzt wieder den Ausgangszustand erreicht: Die in der Zelle gespeicherte chemische Energie wurde durch den Entladevorgang wieder in elektrische Energie umgewandelt. Einen Überblick über die Vorgänge beim Entladen einer Batterie bietet Tabelle 1. Bei der Ladung verlaufen die Vorgänge in umgekehrter Richtung wie bei der Ent­ladung.

Kenngrößen

Überblick Die europäische Norm EN 60095-1 und nationale Normen legen Kenngrößen und Prüfmethoden für Starterbatterien fest. Diese Prüfungen eignen sich zur Bestimmung und Überwachung der Qualität neuer Starterbatterien, erheben jedoch keinen Anspruch auf völlige Übereinstimmung mit den vielfältigen Beanspruchungen in der Praxis. Eine Eigenschaft der chemischen Strom­speicher ist, daß die entnehmbare Strommenge (Kapazität) von der Größe des Entladestromes JE abhängt, d. h. je höher der entnommene Strom ist, desto kleiner wird die verfügbare Kapazität bei definierter Endspannung. Um Starterbatterien überhaupt verglei­chen zu können, bezieht man die Kapa­zität auf diejenige Entladestromstärke, die bei 20stündiger Entladezeit und

definierter Endspannung möglich ist (Nennkapazität K20).

Zellenspannung Die Zellenspannung Uz ist die Differenz der Potentiale, die zwischen den po­sitiven und negativen Platten im Elek­trolyt auftreten. Diese Potentiale hängen vom Material der Platten, vom Elektrolyt und dessen Konzentration ab. Die Zel­lenspannung ist keine konstante Größe, sondern vom Ladezustand (Säuredichte) und der Elektrolyttemperatur abhängig.

Nennspannung Für Blei-Akkumulatoren wurde die Nenn­spannung UN einer Zelle durch Normen (DIN 40729) auf einen Wert von 2 V festgelegt. Die Nennspannung der gesamten Batte­rie ergibt sich aus der Multiplikation der Nennspannung der einzelnen Zellen mit der Anzahl der in Reihe geschalteten Batteriezellen. Für Starterbatterien be­trägt die Nennspannung nach der Norm EN 60095-1 12 V. Dabei wird die für Nkw benötigte Bordnetz-Nennspannung von 24 V durch die Reihenschaltung zweier 12-V-Batterien realisiert.

Leerlauf- und Ruhespannung Die Leerlaufspannung ist die Spannung der unbelasteten Batterie. Sie verändert sich nach abgeschlossenen Lade- und

Arbeitsweise

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Starter­batterien

80

Entladevorgängen aufgrund von Diffu­sions- und Polarisationsvorgängen bis hin zu einem Endwert, den man als Ruhespannung Uo bezeichnet (Bild 5). Die Ruhespannung ist die Multiplikation der Anzahl der Zellen mit der Zeilen­spannung Uz. Bei sechs Zellen gilt:

Uo = UZl + ' " + VZ6 = 6 . V Zj

Die Ruhespannung ist wie die Zeilen­spannung eine von Ladezustand und Elektrolyttemperatur abhängige Größe.

Innerer Widerstand Der innere Widerstand Rj einer Zelle setzt sich aus verschiedenen Teilwider­ständen zusammen. Im wesentlichen aus dem Übergangswiderstand Rjl zwi­schen den Elektroden und dem Elektrolyt (Polarisationswiderstand). Dazu kom­men noch der Widerstand Rj2, den die Elektroden (Platten mit Separatoren) dem Elektronenstrom entgegensetzen und der Widerstand Rj3, den der Elektro­lyt dem Ionenstrom bietet. Bei einer Reihenschaltung von mehreren Zellen addiert sich noch der Widerstand der Zellenverbinder Rj4. Damit ist

~ = ~l + R~ + R~ + R~.

Mit zunehmender Plattenzahl (größere Fläche) verringert sich der innere Wider­stand der Zelle, d. h. je größer ihre

Bild 5

Ruhespannnung einer Batterie.

Uz Zellenspannung , Uo Ruhespannung.

Va ~ 12V

+ -• ~ ,...., ,...., ,...... ,......

Vz~

2V 2V 2V 2V 2V 2V

Kapazität, desto kleiner ist der innere Widerstand (bei gleicher Plattendicke). Mit fortschreitender Entladung und bei niedriger Temperatur (Schwefelsäure wird zähflüssiger) steigt er hingegen an. Der Innenwiderstand Rj einer 12-V-Star­terbatterie setzt sich aus einer Reihen­schaltung der inneren Widerstände der einzelnen Zellen sowie aus den Wider­ständen der inneren Verbindungsteile (Plattenverbinder und Zellenverbinder) zusammen. Bei einer voll geladenen 50-Ah-Batterie liegt er bei 20 oe in der Größenordnung von 5 ... 10 mQ; bei einem Ladestand von 50 % und -25 oe steigt er auf etwa 25 mQ. Er ist eine das Startverhalten kennzeichnende Größe. Der Innenwiderstand der Batterie be­stimmt zusammen mit den übrigen Widerständen des Starterstromkreises die Durchdreh-Drehzahl beim Start.

Klemmenspannung Die Klemmenspannung VK ist die Span­nung zwischen den beiden Endpolen einer Batterie. Sie ist abhängig von der Leerlaufspannung und dem Spannungs­fall am Innenwiderstand Rj der Batterie (Bild 6):

VK = Vo - Vj mit Vj = h . Rj

Wird einer Batterie über einen Verbrau­cher RL ein Entladestrom h entnom-

Bild 6

Spannungen der Batterie.

IE Entladestrom, Ri Innenwiderstand, R v Verbraucherwiderstand, Vo Ruhespannung, UK Klemmenspannung, Vi Spannungsfall am Innenwiderstand.

lEt _ VK

+

o R,

men, so kann man feststellen, daß sich die Klemmenspannung bei Belastung ge­genüber der Spannung in unbelastetem Zustand vermindert. Die Ursache hierfür ist der Innenwiderstand der Batterie. Fließt also ein Strom h durch die Zelle, so entsteht an Ri ein Spannungsverlust Vi, der mit wachsendem Strom zunimmt. Da der Innenwiderstand unter anderem von Temperatur und Ladezustand abhän­gig ist, sinkt die Klemmenspannung der belasteten Batterie bei tieferen Tempera­turen und schlechterem Ladezustand. Für die Praxis bedeutet dies, daß das Messen der Klemmenspannung einer nicht belasteten Batterie keinen Auf­schluß über deren Ladezustand gibt, denn auch eine nahezu entladene Bat­terie hat im unbelasteten Zustand eine Spannung von etwa 2 V je Zelle und da­mit eine Ruhespannung von etwa 12 V an den Klemmen. Nur durch Messen der Klemmenspannung einer belasteten Batterie kann auf ihren Ladezustand ge­schlossen werden.

Gasungsspannung Die Gasungsspannung (DIN 40729) ist die Ladespannung, oberhalb der eine Batterie deutlich zu gasen beginnt. Dies führt zu Wasserverlusten in der Batterie, und es besteht die Gefahr der Knall­gasbildung.

Bild 7

Verfügbare Kapazität in Abhängigkeit von Temperatur und Entladestrom.

Batterie: 12 V 100 A· h (bezogen auf Entladezeit 20 hund 100 % Ladezustand).

A h Entladestrom 5A ~~~~---;:20A

O L-L-~-L-L~ __ L-L-~

-20 0 20 40 oe Temperatur

Für die Gasungsspannung gilt nach VDE 0510 je nach Bauart ein Richtwert von 2,40 ... 2,45 V je Zelle. Bei 12-V­Batterien liegt diese Spannungsgrenze damit bei 14,4 .. . 14,7V. Um Wasserverluste und Knallgasbildung zu vermeiden, müssen die Span­nungshöchstwerte eines externen Lade­gerätes bzw. des Spannungsreglers des Generators für 12-V-Standardbatterien auf 14,4 V (2,4 V/Zelle) und für wartungs­freie Batterien auf 13,8 V (2,3 V/Zelle) begrenzt sein. Für wartungsfreie ver­schlossene AS-Batterien (Gel-Batterien) wird eine Ladespannung von 14,1 V (2,35 V/Zelle) bei einer Ladezeit von maximal 48 hangegeben.

Kapazität

Verfügbare Kapazität Die Kapazität K ist die unter bestimmten Bedingungen entnehmbare Strommen­ge, das Produkt aus Stromstärke und Zeit (Amperestunden A· h) . Die eingesetzte Menge an aktiver Masse bestimmt im wesentlichen die Kapazität der Batterie. Für hohe Leistungen (z. B. hohe Stromentnahme beim Starten eines Verbrennungsmotors) müssen der aktiven Masse eine große innere und eine große äu ßere Oberfläche (große Plattenzahl und große geometrische Plattenabmessungen) zur Verfügung stehen. Die große innere Oberfläche wird durch eine spezielle elektrochemische Vorbehandlung der Platten ("Formieren") erzeugt.

Die Kapazität ist jedoch keine konstante Größe, sondern hängt von folgenden Einflußgrößen ab (Bilder 7 und 8): - Entladestromstärke, - Dichte und Temperatur des Elektrolyt, - zeitlicher Verlauf der Entladung

(Kapazität ist bei Entladung mit einer Pause größer als bei einer ununter­brochenen Entladung),

- Alter der Batterie (Kapazitätsrückgang gegen Ende der Gebrauchsdauer in­folge Masseverlust der Platten) und

- bewegter oder ruhender Einsatz (Säu resch ichtu ng).

Arbeitsweise

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Starter­batterien

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Besonders wichtig ist die Entladestrom­stärke. Je größer die Entladestrom­stärke, desto kleiner ist die verfügbare Kapazität. Im Beispiel (Bild 8) kann die verfügbare Kapazität von 44 A-h bei einem Entlade­strom von 2,2A bis zu 20 h genutzt wer­den. Bei einem mittleren Starterstrom von 150 A und 20 oe sinkt die verfügbare Kapazität bei einer Entladezeit von ca. 8 min auf ca. 20A·h. Der Grund dafür ist, daß bei kleinem Entladestrom die elek­trochemischen Vorgänge langsam bis tief in die Poren der Platten hinein vor sich gehen, während bei Entladung mit größerem Strom die Umsetzung hauptsächlich an der Plattenoberfläche abläuft.

Temperatureinfluß Kapazität und Entladespannung einer Batterie nehmen mit steigender Tempe­ratur unter anderem wegen der geringe­ren Viskosität (Zähflüssigkeit) der Säure und des dadurch bedingten geringeren Innenwiderstandes zu; mit sinkender Temperatur dagegen nehmen sie ab, da die chemischen Vorgänge bei sinkender Temperatur weniger effektiv verlaufen. Die Kapazität einer Starterbatterie darf deshalb nicht zu knapp bemessen sein. Bild 8

Abhängigkeit der Batteriekapazität von der Entladestromstärke. Batterie: 12 V 44 A-h.

Strombedarf: A 20slündige Entladung, B Zündung und Beleuchtung, C zusätzlich Gebläse, Scheibenheizung, Nebellicht, Wischer und Radio, 0 mittlerer Starterstrom.

A'h ,..-------------, SO Entladezeit bzw.

A Nutzungsdauer K20 1?'-----20h------I

Bi 40 \ J H--~~;:::.B--_ l ,2

'" 30 C E 05~---------I

f 20 LS-- 0

10~~-+~ __ ~---+--~ 0\ SO 100 150 A

/ 20 ~ 2,2 A Entladestrom

Bei großer Kälte besteht sonst die Ge­fahr, daß der Verbrennungsmotor beim Starten nicht mit der erforderlichen Dreh­zahl und nicht lange genug durchgedreht wird. Bild 9 soll dies veranschaulichen: Kurve 1 a zeigt - in Abhängigkeit von der Temperatur - die Drehzahlen des Starters bei einer um 20 % entladenen Batterie (Kurve 1 b bei stark entladener Batterie), Kurve 2 dagegen die vom Verbrennungsmotor benötigte Mindest­anfangsdrehzahl. Diese Mindestan­fangsdrehzahl ist bei großer Kälte wegen der hohen Reibungswiderstände im Getriebe und im Fahrzeugmotor (z. B. höhere Zähigkeit des Schmieröls) relativ hoch. Der Schnittpunkt S1 der Kurven 1 a und 2 ergibt die Kaltstartgrenze (Grenztempe­ratur) bei der um 20 % entladenen Batte­rie, d.h. bei noch niedrigeren Tempe­raturen oder geringerer Batterieladung ist ein Starten nicht mehr möglich, weil die von der Batterie bzw. dem Starter lieferbare Leistung kleiner ist als die vom Verbrennungsmotor benötigte Start­leistung. Bei stark entladener Batterie verschiebt sich die Kaltstartgrenze (Schnittpunkt S2) zu höheren Tempera­turen hin. Bild 9

Temperatureinfluß auf Starterdrehzahl und Mlndestanfangsdrehzahl des Motors.

Beispiel: la Starterdrehzahl, Batterie um 20 % entladen; 1 b Starterdrehzahl, Batterie stark entladen; 2 Mindestanfangsdrehzahl des Motors. S" S2 Kaltstartgrenze.

min -1

140

120

:c ~ 100 .s:: ~ o

80

60

40

"... ,.. ~

/

~./ .",/ ~ ,,-

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V V

-23 - 20

Temperatur (

la ..... ....." .....

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/

lb ./ /

,,-.",

.",

2

Kaltstart-grenzen

-17 oe

Nennkapazität Die Nennkapazität K 20 ist die einer Bat­terie zugeordnete Elektrizitätsmenge in Amperestunden (A-h). Diese Elektrizi­tätsmenge muß sich nach EN 60095-1 mit einem festgelegten Entladestrom 120 in 20 h bis zur festgelegten Entlade­schlußspannung 10,5 V bei (25 ± 2) oe entnehmen lassen. Der Entladestrom 120 ist der Entlade­strom, der der Nennkapazität zugeord­net ist und während der festgelegten Ent­ladedauer von der Batterie abgegeben wird: 120 = K 20/20 h. Die Nennkapazität ist ein Maß für die in der Batterie im Neuzustand speicherbare Energie. Sie hängt von der Menge der eingesetzten aktiven Masse und dem Säureangebot ab. Eine neue 44-A'h-Batterie kann bei­spielsweise mindestens 20 h mit ei­nem Strom von 2,2 A entladen werden (44 A·h/20 h = 2,2 A), bis die Entlade­schlußspannung von 10,5 V erreicht ist. Damit ist die Nennkapazität eine wichtige Angabe für die Dauerverbraucher im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs (Bild 8) .

Kälteprüfstrom Der Kälteprüfstrom 1 KP ist eine dem Batterietyp zugeordnete hohe Entlade­stromstärke, die vornehmlich der Beur­teilung des Startverhaltens bei tiefen Temperaturen und vorgegebenen Entla­debedingungen dient. Bei der Kaltstartprüfung wird die Batterie mit dem zugeordneten Kälteprüfstrom bei einer Batterieanfangstemperatur von (-18 ± 1) oe bis zu einer Entlade­schlu ßspannung von 6 V entladen (Bild 10).

Nach DIN 43539 muß die Klemmen­spannung bei Entladung mit 1 KP und bei-18 °e - 30 s nach Entladebeginn mindestens

1,5 V/Zelle (9 V bei einer 12-V-Batte­rie) und

- 150 s nach Entladebeginn mindestens 1 V/Zelle (6 V bei einer 12-V-Batterie)

betragen. Allerdings ist der Kälteprüfstrom in ver­schiedenen Staaten nach unterschied-

lichen Prüfbedingungen festgelegt, so daß ein direkter Vergleich dieser Angabe nicht immer möglich ist.

Für eine Fahrzeugbatterie, die die elek­trische Energie für den Starter liefern muß, ist die Startfähigkeit bei Kälte meist noch wichtiger als die Kapazität. Der Kälteprüfstrom ist damit ein Maß für die Startfähigkeit, da er sich auf eine Strom­entnahme bei tiefer Temperatur bezieht. Er hängt stark von der gesamten Ober­fläche (Plattenzahl und -fläche) der akti­ven Masse ab, denn je größer die Be­rührungsfläche zwischen Bleimasse und Batteriesäure ist, um so höher kann eine kurzzeitige Stromentnahme sein. Für einen schnellen Ablauf der chemischen Vorgänge im Elektrolyt sind der Platten­abstand und das Separatorenmaterial wichtige Einflußgrößen, die den Kälte­prüfstrom ebenfalls bestimmen.

Bild 10

Entladung einer l2-V-Batterie mit dem Kälteprüfstrom IKP bel-18 oe und bei 27°C.

Cl C ::l C C

~ al 'E UJ

v,-------------------,

12

3

OL-__ ~ ____ ~ ____ ~ __ ~ o 2 4

Enlladezeil

6 min

Arbeitsweise

83

Starter­batterien

84

Aufbau Eine 12-V-Starterbatterie verfügt über sechs in Reihe geschaltete Zellen, die in einen durch Trennwände unterteilten Blockkasten aus Polypropylen eingebaut sind. Eine Zelle besteht aus einem Plat­tenblock (je ein Plus- und ein Minus­plattensatz), aufgebaut aus Bleiplatten (Bleigitter und aktive Masse) sowie mikroporösem Isoliermaterial (Separato­ren) zwischen den Platten verschiedener Polarität. Als Elektrolyt dient verdünnte Schwefelsäure, die den freien Zeilen­raum und die Poren von Platten und Se­paratoren ausfüllt. Endpole, Zellen- und Plattenverbinder bestehen aus Blei, die Zellenverbinder sind durch die Zeilen­trennwand dicht hindurchgeführt. Der Blockdeckel, im Heißsiegelverfahren auf den Blockkasten aufgebracht, ver­schließt die Batterie nach oben. In kon­ventionellen Batterien hat jede Zelle ei­nen Stopfen, der der Erstfüllung, der Wartung und der Ableitung des beim Laden entstehenden Knallgases dient. Wartungsfreie Batterien werden häufig scheinbar völlig verschlossen geliefert, trotzdem benötigen auch sie Entga­sungsöffnungen (Bild 1).

Bild 1

Konventionelle Batterien

Blockkasten Der Blockkasten (7) ist das Gehäuse der Batterie aus säurebeständigem Isolier­material (Bild 1). Er hat normalerweise außen Bodenleisten (8) zur Befestigung. An der inneren Bodenfläche des Batte­riegehäuses befinden sich Stege, auf de­nen die Platten (9, 10) mit den Platten­füßen stehen. Der Raum zwischen den Stegen (Schlammraum) dient zur Auf­nahme kleiner Masseteilchen, die sich im Laufe der Betriebszeit aus den Platten lösen und zu Boden sinken. In jenem Schlammraum kann sich der elektrisch leitende Bleischlamm absetzen, ohne daß er mit den Platten in Berührung kommt. Auf diese Weise werden Kurz­schlüsse vermieden. Der Blockkasten ist durch Trennwände in Zellen unterteilt. Diese Zellen sind das Grundelement einer Batterie. In ihnen befinden sich die Plattenblöcke (9, 10) mit den Plus- und Minusplatten sowie den zwischengefügten Separatoren. Die Reihenschaltung der Zellen erfolgt durch Direktzellenverbinder (3), die die Verbindung durch Öffnungen in den Zellenwänden herstellen.

Grundsätzlicher Aufbau einer Bleibatterie (Beispiel: wartungsfreie Batterie).

1 Blockdeckel , 2 Polabdeckkappe, 3 Direktzellenverbinder, 4 Endpol , 5 Verschlußstopfen unter

der Abdeckplatte, 6 Plattenverbinder, 7 Blockkasten, aBodenleiste, 9 Plusplatten in Folien-

separatoren eingetascht, 10 Minusplatten.

1 2 3 4 5

7 9 10

Blockdeckel Die Zellen mit den Platten blöcken sind durch einen gemeinsamen Blockdeckel (1) abgedeckt und verschlossen. Zum Einfüllen der Batteriesäure und zu War­tungszwecken hat der Blockdeckel je Zelle eine Öffnung, die mit einem ein­schraubbaren, mit einer Entgasungs­öffnung versehenen Verschlu ßstopfen (5) verschlossen wird. Bei absolut war­tungsfreien Batterien sind die Ver­schlußstopfen nicht mehr zugänglich. Obwohl nicht sichtbar, sind auch diese mit einer Entgasungsöffnung versehen.

PlaUenblöcke Die Plattenblöcke bestehen aus Minus­und Plusplatten sowie aus zwischenge­fügten Separatoren (9). Anzahl und Oberfläche solcher Platten bestimmen hauptsächlich die Kapazität der Zellen. Die Platten (auch Gitterplatten genannt) bestehen aus Bleigittern (Träger für die "aktive Masse") und aus der aktiven Masse, die in diese Bleigitter "eingestri­chen" wurde. Die aktive Masse der Plus­platte enthält Bleidioxid (Pb02 , Farbe dunkelbraun) und die Minusplatte reines Blei in Form von "Bleischwamm" (Pb, Farbe metallisch grau). Die aktive Masse, die beim Durchgang des Stro­mes chemischen Umsetzungen unter­worfen wird, ist porös und bildet damit eine größere wirksame Oberfläche. Jeweils eine Plus- und eine Minusplatte werden mit einer Polbrücke verschweißt und dadurch zusammengehalten. Jeder Plattenblock enthält normalerweise eine Minusplatte mehr als Plusplatten.

Blei-Antimon-Legierung (PbSb) Um die Gießbarkeit der dünnen Bleigitter (besonders wichtig bei Hochleistungs­Starterbatterien) zu verbessern, die Aus­härtung zu beschleunigen und um den Bleiplatten die nötige Stabilität für den harten Fahrbetrieb zu geben, enthält das Gitterblei Antimon als Legierungsbe­standteil. Antimon übernimmt also die Funktion eines Härters, wobei sich auch die Bezeichnung "Hartblei" für Gitterblei ableitet. Allerdings wird das Antimon im Laufe der Batterielebensdauer durch Kor-

rosion der Plusgitter zunehmend ausge­schieden, wandert quer durch Säure und Separator zur Minusplatte und "vergiftet" diese durch Bildung von Lokalelementen. Diese erhöhen in erster Linie die Selbst­entladung der Minusplatte und setzen die Gasungsspannung herab: beides begün­stigt erhöhten Wasserverbrauch durch Überladung, die die Antimonfreisetzung wiederum fördert. Dieser Selbstverstär­kungs-Mechanismus führt zu einer über die Gebrauchsdauer stetigen Verminde­rung der Leistungsfähigkeit. Vor allem im Winter wird der dann knappere Lade­strom zur Wasserzersetzung verwendet: die Batterie erreicht keine zureichenden Ladezustände mehr und mu ß oft auf ihren Säurestand hin kontrolliert werden. Der vor Jahren noch gebräuchliche Anti­mongehalt von 4 ... 5 % im Gitterblei führte zur Selbstentladung der Minusplatte, eine der Hauptausfallursachen von Star­terbatterien. Der Wasserverbrauch durch erhöhte Gasung bei gealterten Batterien machte je nach Fahrbedingungen ein Wartungsintervall von vier bis sechs Wochen erforderlich.

Aktive Masse Die aktive Masse ist derjenige Bestand­teil der Batterieplatten, der bei Durch­gang des Stromes, d.h. bei der Ladung und Entladung, chemischen Umsetzun­gen unterworfen ist (vgl. DIN 40729). Bei der Herstellung dieser aktiven Masse in der Batteriefabrikation wird aus Bleioxid, das noch 5 ... 15 % feinverteiltes metalli­sches Blei enthält (Grauoxid), im Mischer oder Kneter durch Zugabe von Wasser, verdünnter Schwefelsäure und gegebe­nenfalls weiteren Zusatzstoffen und kur­zen Kunststoff-Fasern eine teigartige Masse hergestellt. Dabei entstehen ba­sische Bleisulfate; daneben bleibt noch Bleioxid und metallisches Blei erhalten. Diese Masse wird in vorbereitete Bleigit­ter (Gitterplatten der Batterie) eingestri­chen und härtet dort aus. Beim anschließenden Formieren, der elektrochemischen Umwandlung dieser Masse, wird hieraus die aktive Masse der nun fertigen Platte gebildet; dies ge­schieht vorwiegend beim Hersteller.

Aufbau

85

Starter­batterien

86

Separatoren Da man bei Kraftfahrzeugbatterien raum­und gewichtssparend bauen muß, rücken Plus- und Minusplatten sehr nahe zusammen. Sie dürfen sich allerdings weder beim Verbiegen noch beim Ab­bröckeln von Teilchen aus der Ober­fläche berühren, da sonst die Batterie wegen des folgenden Kurzschlusses un­mittelbar zerstört würde. Deshalb werden bei einer Zelle Scheidewände (Separa­toren) zwischen die einzelnen Platten eines Platten blockes eingelegt. Diese Separatoren sorgen dafür, daß Platten verschiedener Polarität einen genügend großen Abstand voneinander haben und elektrisch voneinander getrennt (galva­nisch isoliert) sind. Sie dürfen der Ionen­wanderung im Elektrolyt (Schwefel­säure) allerdings keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzen und müs­sen außerdem aus einem säurefesten, aber durchlässigen (mikroporösen) Stoff bestehen, damit die Batteriesäure hin­durchdringen kann. Eine solche mikroporöse Struktur ist des­halb notwendig, weil feine Bleifäden, die die Separatoren durchdringen könnten, Kurzschlüsse hervorrufen würden.

Zellenverbinder Die einzelnen Zellen der Batterie sind durch die Zellenverbinder in Reihe ge­schaltet. Zur Verringerung des inneren Widerstandes und des Gewichtes wer­den bei modernen Batterien "Direkt­Zellenverbinder" verwendet. Die Platten­verbinder der einzelnen Batteriezellen sind dabei auf dem kürzesten Weg durch die Zellentrennwand hindurch miteinan­der verbunden. Damit wird auch die Kurzschlußgefahr durch äußere Ein­flüsse verringert.

Endpole Der Plattenverbinder der Plusplatten der ersten Zelle ist mit dem Pluspol der Bat­terie und der Plattenverbinder der Minus­platten der letzten Zelle mit dem Minus­pol der Batterie verbunden. Zwischen diesen beiden Endpolen herrscht die Klemmenspannung der Batterie, also ca. 12 V.

An den Endpolen werden die Leitungen mit besonderen Batterieklemmen ange­schlossen. Um ein Verwechseln der beiden Pole auszuschließen, sind diese besonders gekennzeichnet und zusätz­lich unterschiedlich ausgeführt (Minuspol kleinerer Durchmesser als Pluspol).

Wartungsfreie Batterien

Batterieplatten Die Hartbleigitter von konventionellen und wartungsfreien Starterbatterien sind unterschiedlich legiert. Die über Jahre vorgenommene Reduzierung des Anti­mongehalts konnte letzten Endes keine wesentliche Verbesserung der Batterie­eigenschaften bewirken. Ziel mußte es sein, den Härter Antimon durch einen ge­eigneten anderen Härter zu ersetzen.

Blei-Calcium-Legierung (PbCa) Bei der wartungsfreien Starterbatterie tritt Calcium an die Stelle von Antimon. Calcium ist unter den herrschenden Po­tentialverhältnissen in Bleibatterien elek­trochemisch inaktiv. Dadurch findet keine Vergiftung der Minusplatte statt. Dies verhindert die Selbstentladung. Bedeut­samer ist jedoch die über die Ge­brauchsdauer stabile Gasungsspannung auf hohem Niveau. Als Separatoren­material wird oxidations- und säurebe­ständige Polyethylenfolie eingesetzt, die in Taschenform die Plus- oder Minusplat­ten des Plattenblocks umhüllt (Bild 2).

Wasserverbrauch Sowohl antimonfreie als auch antimon­arme Starterbatterien unterschreiten als neue Batterien im Test deutlich die DIN­Forderung nach einem Wasserverbrauch von weniger als 6 g/A·h. Die Blei-Cal­cium-Batterie kommt in der Regel auf Dauer mit 1 g/A-h aus. Die Wasserverbrauchswerte der war­tungsfreien Starterbatterie sind deshalb so günstig, weil die Gasungsspannung während der gesamten Gebrauchsdauer auf ihrem hohen Anfangswert bleibt und somit nur eine minimale Wasserzer­setzung stattfindet.

Dadurch ergeben sich folgende Vorteile: - Bei der wartungsfreien Starterbatterie liegt die Ladespannung nur bei hohen Temperaturen über der Gasungsspan­nung. Dadurch kommt es nur selten zur Gasung (Wasserzersetzung) : das Nach­füllen von destilliertem Wasser kann während der gesamten Gebrauchsdauer entfallen. Deshalb sind die Verschluß­stopfen durch eine Abdeckplatte ver­deckt und nur bei Bedarf von autori­sierten Werkstätten zu öffnen oder sie sind nicht mehr vorhanden. - Wartungsfehler wie vergessenes Nach­füllen von destilliertem Wasser, Einfüllen von verunreinigtem Wasser oder die Ver­wendung von sogenannten "Batterieauf­besserern" können nicht mehr vorkom­men. - Schäden durch Kontakt mit Schwefel­säure entfallen. - Kosteneinsparung bei Wartung und Pflege. - Unterbringung an schwer zugäng­lichen Stellen im Kfz möglich.

Eigenschaften In den Batterien von Bosch steckt viel Entwicklungsarbeit und Fertigungserfah­rung. Das hat seinen Preis, bietet jedoch dem Anwender hohe Zuverlässigkeit und lange Gebrauchsdauer - Vorteile, die nicht jede Batterie auf dem Markt aufwei­sen kann.

Bild 2

Platte mit Taschenseparator.

1 Taschenseparator aufgeschnitten.

"'" '." . r \!: k

Eine Starterbatterie von Bosch ist abso­lut wartungsfrei und erfüllt neben den festgelegten DIN-Mindestleistungswer­ten noch folgende Anforderungen: - Wartungsfrei für die gesamte Ge­brauchsdauer. - Leistungsdaten und Ladeverhalten nicht durch Wasserverbrauch beein­trächtigt. - Leistungsdaten und Ladeverhalten möglichst konstant während der gesam­ten Gebrauchsdauer. - Nach Tiefentladung und anschließen­der Standzeit unter Bordnetzbedingun­gen wiederaufladbar. - Bei Saisonbetrieb ohne Zwischen­ladung kein Lebensdauerrückgang gegenüber Ganzjahresbetrieb (bei abge­klemmtem Massekabel). - Lange Lagerfähigkeit der gefüllten Bat­terie.

Äußere Merkmale Die wartungsfreie Starterbatterie von Bosch hat folgende äußere Merkmale: - Endpole durch Kappen gegen unbeab­sichtigten Kurzschlu ß geschützt. - Abdeckplatte über Stopfenmulde ver­hindert die Ansammlung von Schmutz und Feuchtigkeit und verdeckt die Ver­schlußstopfen. - Griffe ermöglichen den gefahrlosen Transport. - Labyrinthdeckel mit zentraler Gasab­leitung verhindert den Säureaustritt bei kurzfristigem Umkippen der Batterie.

Innere Merkmale Innere Merkmale der wartungsfreien Starterbatterie sind: - Platten mit Gittern aus einer Blei-Cal­cium-Legierung. Die eingestrichene ak­tive Masse ist bei einigen Ausführungen mit Silber legiert. - Kasten ohne Schlammrippen. Die Plat­ten reichen bis zum Kastenboden (größere Plattenoberfläche) und stehen dort auf ganzer Länge auf (höhere Stabi­lität) . - Mikroporöse Taschenseparatoren ver­hindern sowohl das Ausfallen von Masse wie auch die Bildung von Kurz­schlußbrücken an Unter- und Seiten-

Aufbau

87

Starter­batterien

88

kanten der Platten. Der mittlere Poren­durchmesser ist um den Faktor 10 klei­ner als bei konventionellen Separatoren; er verhindert damit wirkungsvoll Kurz­schlüsse auch durch den Separator bei gleichzeitig niedrigem Durchgangs­widerstand. - Durch die niedrige Selbstentladung können alle Blei-Calcium-Batterien be­reits im Herstellerwerk unter optimalen Bedingungen mit Schwefelsäure gefüllt werden (kein gefährliches Verschütten mehr beim Mischen und Einfüllen).

Selbstentladung Das Prinzip der Blei-Akkumulatoren be­dingt eine Selbstentladung der Plus- und Minusplatten. Durch den Einfluß von Temperatur und weiteren Faktoren ist die Batterie nach einer bestimmten Zeit auch ohne äußeren Verbraucher elektrisch "leer". Bei konventionellen Starter­batterien bewirkt die Antimonvergiftung eine Steigerung der Selbstentlade­reaktion auf der Minusplatte; die Rate steigt mit der Gebrauchsdauer deutlich an . In der Praxis bedeutet dies, daß neue konventionelle Starterbatterien in gefüll­tem Zustand nach sechs Monaten Stand­zeit bei Raumtemperatur nur noch eine Säuredichte von 1,20 kg/I aufweisen. Das entspricht einem Ladezustand von etwa 65 %. Gealterte Batterien erreichen

diesen Wert unter Umständen schon in wenigen Wochen. Bei der wartungsfreien Starterbatterie von Bosch liegt die Säuredichte nach demselben Zeitraum noch bei 1 ,26 kg/I (das entspricht einem Ladezustand von 90 %) und erreicht erst nach 18 Monaten 1,20 kg/I (Bild 3). Wegen des reineren Legierungssystems der Blei-Calcium-Gitter fällt dieser Be­schleunigungseffekt fort, so daß die niedrige Selbstentladerate von Plus- und Minusplatte während der gesamten Ge­brauchsdauer konstant bleibt. Von besonderer Bedeutung ist die Selbst­entladung für Fahrzeuge im Saisonbe­trieb (z. B. in der Land-, Forst- und Bau­wirtschaft) , aber auch für Zweitwagl'!n und Wohnmobile, die im Winter nicht oder selten gefahren werden. Dies trifft ebenso auf Fahrzeuge zu, die konti­nuierlich gefertigt werden, jedoch wegen saisonalem Verkauf bzw. langen Stand­und Transportzeiten zwischen Herstel­lung und Inbetriebnahme stillstehen.

Wichtig ist in all diesen Fällen, vor dem Abstellen des Fahrzeuges einen mög­lichst hohen Ladezustand der Batterie sicherzustellen und während der Stand­zeit die Batterie von den Ruhestromver­brauchern zu trennen (z. B. durch Ab­klemmen des Massekabels).

Bild 3 r-Bi""ld'-4 ____________ --,

Säuredichte in Abhängigkeit von der Lagerzeit Startleistung in Abhängigkeit von der Ge-(Raumtemperatur). brauchsdauer.

1 Konventionelle Starterbatterie (PbSbj, 1 Konventionelle Starterbatterie (PbSb), 2 wartungsfreie Starterbatterie (pbCa). 2 wartungsfreie Starterbatterie (PbCa).

g/ml %

$ .r: .~

1,3

~ .fJ 1,2 CI)

1,1

o

guter Ladezustand 100

stark entladen

0,5 1,5 Jahre Lagerzeit

- ~ --DIN·Sollwert ....... ~

,~ 1"",

\ f- 75%

o 20 40 60 80 0/0 Gebrauchsdauer

Startleistung Die wartungsfreie Starterbatterie von Bosch weist eine höhere Startleistung auf als eine konventionelle Batterie. Das ist im wesentlichen auf die Taschen­separatoren mit niedrigem spezifischen Durchgangswiderstand und auch auf die Vergrößerung der Plattenoberfläche we­gen des Wegfalls des Schlammraumes zurückzuführen. Zusätzlich bleibt die Startleistung der wartungsfreien Batterie dank der Blei­Calcium-Legierung gegenüber der kon­ventionellen Batterie über viele Jahre annähernd erhalten und fällt erst gegen Gebrauchsdauerende unter den DIN­Sollwert für neue Batterien ab. Während die wartungsfreie Starterbatterie nach 75 % der Gebrauchsdauer noch über dem DIN-Sollwert liegt, unterschreitet die konventionelle Batterie den DIN-Sollwert deutlich früher (bei 40 %) und hat in der Praxis nach 75 % der Gebrauchsdauer schon ca. ein Drittel der ursprünglichen Startleistung verloren (Bild 4).

Stromaufnahme Antimonarme und -freie Batterien ver­halten sich bei dieser DIN-Prüfung an­nähernd gleich. In der Praxis sind die Un­terschiede bei den gebräuchlichen Reg­lerkennlinien vernachlässigbar klein, wenn man von einer tendenziell besse­ren Stromaufnahme der wartungsfreien Batterie mit Blei-Calcium-Legierung bei Ladezustand unter 50% absieht. Beim Laden mit Reglern, die die Batterietem­peratur berücksichtigen und die Span­nung von 14,5 V überschreiten können, hat die wartungsfreie Starterbatterie gro­ße Vorteile. Denn bei Kälte benötigt jede Batterie für den gleichen Ladezustand eine höhere Ladespannung. Die wartungsfreie Batte­rie speichert entsprechend ihrer höheren Gasungskennlinie den erhöhten Lade­strom auch ohne Gasungsverluste ab, erreicht also einen höheren Ladezustand und bietet damit bessere Startbedingun­gen.

Gebrauchsdauer Wegen der unterschiedlichsten Bean­spruchungen der Starterbatterie ist kein kurzer Labortest mit ruhender Batterie geeignet. Die meisten Haltbarkeitstests sind den Eigenschaften antimonhaitiger Batterien angepaßt und für wartungsfreie Batterien nur bedingt geeignet. Bosch testet deshalb Batterien in der Praxis des Fahrbetriebes. Die Einsatzbereitschaft sinkt während eines derartigen Tests bei konventionellen Batterien nach 60 Mo­naten auf 50 %, bei Blei-Calcium-Batte­rien erst nach 80 Monaten. Bei zyklischer Belastung, z. B. bei Taxen in Ballungs­räumen, Stadtlinienbussen und Liefer­fahrzeugen, haben sich wartungsfreie Starterbatterien wegen ihres Se para­torenkonzepts, das einen zuverlässigen Schutz gegen Frühausfälle bietet, sehr gut behauptet.

Überladefestigkeit Uberladung als bestimmender Faktor für die Batterielebensdauer kommt z. B. bei Vielfahrern und Kurierfahrzeugen, aber auch bei landwirtschaftlichen Fahr­zeugen, Baufahrzeugen sowie Lkw im Fernverkehr, vor. In diesen Fällen ist die Batterie voll geladen, der Motor läuft mit hoher Drehzahl, und der Generator hat nur wenige Verbraucher zu versorgen. Der Ladestrom führt nun zu Überladung, Korrosion und Masseauflockerung. In einem Labortest bei 40°C Elektrolyt­temperatur und 14 V Ladespannung zur Simulation dieser Bedingungen zeigt die wartungsfreie Starterbatterie eine deut­lich längere Lebensdauer als eine anti­monhaltige Batterie.

Tiefentladefestigkeit Um die Tiefentladefestigkeit zu prüfen, wird die Batterie über Lampen entladen und bleibt dann vier Wochen im Kurz­schluß stehen. Die Batterie muß sich danach unter Bordnetzbedingungen wie­der aufladen lassen, muß noch funk­tionsfähig sein und darf nur bestimmte Leistungsrückgänge aufweisen.

Aufbau

89

Starter­batterien

90

Ersatzbatterien

Batterietypen

Typbezeichnung Ausführungen und Bezeichnungen ver­schiedener Starterbatterien sind in Nor­men festgelegt, um die Produkte unter­schiedlicher Herste"er gegeneinander austauschen zu können (Kompatibilität). Neben einem firmenspezifischen Code und den Nenndaten wie Nennspan­nung, Kapazität und Kälteprüfstrom, z. B. 12 V, 66 Ah, 300 A, ist meist ein Code nach nationalen Normen aufgedruckt. Die Bezeichnung kann durch Firmenan­gaben ergänzt werden. Viele westeuropäische Herste"er benut­zen neben dem firmenspezifischen Code die DIN-Bezeichnung. Die DIN-Bezeich­nung besteht aus 5 Ziffern: 1. Ziffer:

Nennspannung und Kapazität 5 ~ 12-V-Starterbatterie < 100 A·h 6 ~ 12-V-Starterbatterie > 100 A·h 7 ~ 12-V-Starterbatterie > 200 A'h

2./3. Ziffer: Kapazität K 20

66~66 A·h 4./5. Ziffer:

festgelegte Zählnummern.

Bild 1

Beispiele für eine Typenbezeichnung.

DIN· Aufschrift nach firmen interne Bezeichnung Typfarmel DIN 72 310

56638 12V

~uchnummer Kälteprüfstrom bei einer Temperatur von -18 ce (z. B. 300 A bzw. 450 A)

61 23 1

Nennkapazität bei 27 ce (z.B. 66A-h bzw. 110A-h)

Nennspannung (Produkt aus Anzahl der Zellen mal Zellen-Nennspannung, z.B.12V)

Nennkapazität (z. B. 66 A-h bzw. 110 A-h)

Nennspannung (z. B. 5: 12 V; 6: 12 V + 100 A'h)

In den USA wird ein Code z. B. nach SAE (Society of Automotive Engineers) und in Japan z. B. nach JIS (Japanese Indu­strial Standard) benutzt. Für Europa ist ein "Europäisches-Batte­rie-Typnummernsystem (ETN)" für Ende 1997 geplant. Das Europäische Batterie-Typnummern­system sieht folgende Codierung mit 9 Ziffern vor:

Gruppe lAB C Codierung 536 946 033

Gruppe A 5 ~ Nennspannung 12 V 36 ~ Nennkapazität K20 36 A· h

Gruppe B 9 ~ Ausführung (hier: verschlossene

Batterie) 46 ~ Zählnummern

Gruppe C 033 ~ Kälteprüfstrom (lee = 330 A) dividiert durch 10 ergibt mit einer Nu" versehen diese drei Ziffern.

Bauformen A"e Batterien sind in Normlisten festge­legt, die au Ber den elektrischen Werten auch Festlegungen für die geometri­schen Abmessungen des Blockkastens

Bild 2

Schaltungen der Batteriezellen.

und der Anschlußpole enthalten. Außer­dem sind darin die Befestigungsvarianten sowie die Anordnung der Zellen und de­ren Zusammenschaltung aufgeführt, um eine herstellerübergreifende Austausch­barkeit zu gewährleisten. Auch das Han­deisprogramm für die Batteriebestellun­gen enthält als Angebotsmerkmale diese Bauformen, die in den folgenden Ab­schnitten näher beschrieben werden .

Schaltungen Je nach Raumangebot und Anordnung der Aggregate im Kfz werden Batterien mit den unterschiedlichsten Abmes­sungen und Anordnungen der Anschluß­pole benötigt. Diese Größen können durch die Anord­nung (Längs- oder Quereinbau) der Zei­len sowie deren Verschaltung unter­einander in weiten Grenzen variabel gestaltet sein. Eine Übersicht über die gängigsten Schaltungen zeigt Bild 2.

Endpole und Batterieklemmen Von einigen Kraftradbatterien mit Kabel­anschluß abgesehen, sind die Endpole für den elektrischen Anschlu ß der Batte­rieklemmen vorgesehen. Sie sind die Verbindungsglieder zwischen Bordnetz und Batterie (Bilder 3 und 4). Die Endpole sind, um einen festen Sitz und einen guten Kontakt zu gewähr­leisten, konisch ausgebildet. Der Durch­messer des Pluspols ist größer als der des Minuspols, um Verpolungen vorzu­beugen. Da die Endpole neben Kupfer aus Blei oder Bleiverbindungen bestehen, ist bei häufigem Umgang mit Batterien gründ­liches Waschen der Hände, möglichst mit Bleischutzseife, wichtig.

Batterieklemmen gibt es in zwei Haupt­ausführungen (Bild 4) : - Schraubklemmen und - Lötklemmen. Die Leitungsanschlüsse dürfen sich auch bei starken Erschütterungen oder Auffah­runfällen nicht lösen, da mit den daraus resultierenden Übergangswiderständen wegen der hohen Ströme erhebliche Leistungsverluste entstehen würden .

Endpole.

0' 12,7

Bild 4

Batterieklemmen.

aSchraubklemmen, b Lötklemmen.

a

b

Bild 5

Blockdeckel.

0' 11 ,1

e ~ Q

~ w ::Ii =>

Bild 3

Ersatz­batterien

91

Starter­batterien

92

Batterieabdeckung Je nach Batterietyp gibt es zwei Aus­führungen der Batterieabdeckung (Bilder 5 und 6): - Blockdeckel und - Monodeckel.

Befestigung Die Batterie muß so im Fahrzeug be­festigt sein, daß jede Eigenbewegung ausgeschlossen ist. Deshalb wird die Batterie auf einer Unterlage durch - einen Spannrahmen, - einen Bügel mit Spannschraube, - eine Spannpratze mit Spannschraube

(Boden befestigung) oder ähnlichem angepreßt (Bild 7).

Die hierzu notwendigen Ausbildungen am Batterieboden sind in verschiedenen Aus­führungen gebräuchlich und sind des­halb ebenfalls Bestandteil der Normung.

Die Befestigung ist wichtig für die Sicherheit, da nicht richtig befestigte Batterien bei extremen Fahrsituationen oder auch schon bei leichten Auffahrun­fällen in Bewegung geraten und durch einen dann möglichen Kurzschlu ß einen Brand verursachen können. Die vorhandene Befestigung erfüllt alle Sicherheitsanforderungen und sollte nicht verändert werden.

Bi ld 6

Monodeckel.

Batterieausführungen

Wartungsfreie Batterie (nach DIN) "WFD" Die wartungsfreie Batterie nach DIN hat einen sehr geringen Wasserverlust in­folge verminderter Gasbildung. Deshalb beschränkt sich eine Elektrolytkontrolle - bei wartungsarmer Batterie auf alle

15 Monate oder 25000 km und - bei wartungsfreier Batterie (nach DIN)

auf alle 25 Monate oder 40000 km. Besondere Merkmale sind: - kaltstartsicher, - trocken geladen, Einfüllung der bereits

gemischten Batteriesäure vor dem Ein­bau bei Auslieferung,

- lange Lebensdauer und - für alle Fahrzeuge mit normaler Bean-

spruchung geeignet.

Absolut wartungsfreie Batterie "SR" Die absolut wartungsfreie Batterie (Blei-Calcium-Batterie) erfordert keine Säurestandskontrolle (und bietet dazu in der Regel auch keine Möglichkeit mehr); sie ist bis auf zwei Entgasungs­öffnungen dicht verschlossen. Unter den üblichen Bordnetzbedingungen (konstante, nach oben begrenzte Span­nung) ist die Wasserzersetzung so weit reduziert, daß der Elektrolytvorrat über den Platten für die Gesamtlebens­dauer ausreicht. Eine derartige Batterie (Blei-Calcium) hat zusätzlich den Vor­teil sehr geringer Selbstentladung. Dies ermöglicht nach Auslieferung der voll-

Bild 7

Batteriebefestigungen (Beispiele).

aBodenbefestigung, b Spannrahmenbefestigung.

a 'GEJ bD III

geladenen Batterie eine Lagerung über Monate. Sofern eine absolut wartungsfreie Batte­rie außerhalb des Bordnetzes nachgela­den wird, darf die Ladespannung 2,3 ... 2,4 V pro Zelle nicht übersteigen, denn ein Überladen mit konstantem Strom oder Ladegeräten mit W-Kennlinie zersetzt Wasser zu Knallgas. Besondere Merkmale sind: - mehrfache Sicherheitsreserven (Kenn­

zeichnung SR sowie SRII mit integrier­ten Klappgriffen) ,

- sicheres Starten auf hohem Niveau, - einbaufertig und startbereit bei Aus-

lieferung, - verlängerte Lebensdauer für extremen

Langstreckenverkehr sowie - widerstandsfähiger gegen Dauerüber-

ladung. Die zur Zeit am Markt befindlichen Aus­führungen der absolut wartungsfreien Batterie weisen noch zusätzliche Sicher­heitsvorkehrungen auf: ein "Sicherheits­labyrinth-Deckel" mit EntgasungSÖff­nungen verhindert einen Säureaustritt bei Neigungswinkeln von bis zu 70° und bietet einen Rückzündschutz.

Zyklenfeste Batterie "Z" Starterbatterien eignen sich aufgrund ihrer Bauweise nur bedingt für Einsatz­fälle mit häufig wiederholten tiefen Ent­ladungen (zyklische Belastung) , da hier­bei ein starker Verschleiß der Plusplatten durch "Abschlammung" und Lockerung

Bild 8

BaUerieausführungen.

1 Absolut wartungsfreie SRII-Starterbatterie, 2 Standard-Starterbatterie (wartungsfrei nach DIN), 3 Antriebsbatterie für Langzeit-Stromentnahme, 4 HD-Starterbatterie Extra, 5 HD-Starterbatterie, 6 RF-Starterbatterie.

der aktiven Masse eintritt. Im gewerbli­chen Bereich kommt es durch extremen Kurzstreckenverkehr mit entsprechend hoher Stromentnahme zu einer starken Belastung der Batterie. Dabei kann die Batterie durch andauernde Stroment­nahme weitgehend entladen und an­schließend durch den Generator oft nicht genügend nachgeladen werden (z. B. bei Bus, Taxi, Arztwagen, Lieferwagen) . Hinzu kommen zusätzliche Belastungen bei hoher Stromentnahme im Stand durch Gebläse, Klimaanlage, Standhei­zung, Beleuchtung, Autoradio, Funkan­lage usw. Für diesen Anwendungsbereich ist be­sonders die zyklenfeste Starterbatterie geeignet (Kennzeichen "Z"). Sie kann häufiger tief entladen werden als eine normale Batterie, ohne daß die Lebens­dauer darunter leidet. In der zyklenfesten Starterbatterie stützen Separatoren mit einer Glasmatte die Plusmasse ab und verhindern dadurch ein vorzeitiges "Ab­schlammen". Die in Lade-/Entladezyklen gemessene Lebensdauer ist etwa doppelt so lang wie bei der Standardbatterie. Die zyklenfeste Starterbatterie mit Taschen­separatoren und Vliesauflagen hat eine noch höhere Gebrauchsdauer.

Rüttelfeste Batterie "RF" In der rüttelfesten Batterie hindert eine Fixierung mit Gießharz und/oder Kunst­stoff die Lockerung der Plattenblöcke in dem Blockkasten. Diese Batterie muß

/'I ~ -6 , . - --- --f'.

Ersatz­batterien

93

Starter- nach DIN-Vorschrift eine 20stündige Tabelle l' Batterietypen (12V).

batterien Sinus-Rüttelprüfung (Frequenz 22 Hz) und eine Maximalbeschleunigung von 6 g bestehen. Damit liegen die Anforderun­gen etwa um den Faktor 10 höher als bei der Standardbatterie. Der Einsatz erfolgt hauptsächlich auf Baustellen und im Ge­lände in der Bau-, Land- und Forstwirt­schaft bei Nutzfahrzeugen, Bauma­schinen, Schleppern (Kennzeichen ,,RF").

94

Heavy Outy Batterie "HO" Die trocken geladene HD-Batterie (Heavy Duty) ist wartungsfrei nach DIN und weist eine Kombination von Maß­nahmen für zyklenfeste und rüttelfeste Batterien auf. Sie gewährleistet auch bei hoher Dauerbeanspruchung durch viele elektrische Verbraucher eine sichere Stromversorgung. Der Einsatz erfolgt in hoch beanspruchten Nutzfahrzeugen, bei denen hohe Rüttelbeanspruchungen und zyklische Belastungen auftreten (Kennzeichen "HD"). Die HD-Extra-Batterie bietet noch zu­sätzliche Eigenschaften für außerge­wöhnliche Belastungen: - extrem kaltstartsicher (bis zu 20 %

mehr Startreserve), - extrem langlebig, - extra rüttel- und zyklenfest.

Batterie für Langzeit-Stromentnahme Diese Batterie gleicht im Aufbau der zyklenfesten Batterie, verfügt jedoch über dickere, dafür aber über weniger Platten. Für diese Batterie wird kein Kälteprüfstrom angegeben; ihre Start­leistung liegt jedoch deutlich niedriger (um ungefähr 35 ... 40%) als die gleich großer Starterbatterien. Die Anwendung erfolgt in Fällen mit sehr starker zyklischer Belastung, zum Teil sogar für Traktionszwecke (Antriebsbat­terie), z. B. für Gabelstapler, die keine Startleistung benötigen, dafür aber häu­fig nachgeladen werden müssen. Sie liefert außerdem die Antriebsenergie für Kleinantriebe (z. B. Krankenfahr­stühle, Kehrmaschinen) und die Energie für Signalanlagen, Baustellenbeleuch­tung, Boote, Zusatzaggregate sowie für Anwendungen für Freizeit und Hobby.

K20 Eigenschaften K20 Eigenschaften Ah Kurzzeichen1) Ah Kurzzeichen1)

35 SR,SRII 75 WFD,HD 36 SRII 85 WFD 40 SRII 88 WFD, SRII, RF 43 SRII 90 WFD, RF 44 WFD,SRII 92 WFD 45 WFD,SR,SRII 95 WFD, HD 48 WFD 100 WFD, RF, SRII 50 WFD,SRII 110 WFD, RF, HD 54 SRII 115 WFD, HD 55 WFD,SRII 120 WFD, HD, RF 58 WFD 125 WFD, RF 60 WFD,SR,SRII 135 WFD, RF, HD,

HDE 61 WFD 140 WFD, HD, RF,

HDE 62 WFD,SRII 143 WFD, RF, HD 63 WFD,SRII 155 WFD,HD 64 WFD,SRII 165 WFD, HD 65 WFD 170 WFD, RF, HD

66 WFD, RF,SRII 180 WFD, RF, HDE 68 WFD 200 WFD, HD 70 WFD,SR,SRII 205 WFD, HD 71 WFD 210 EFD, RF 72 WFD,SRII 215 WFD, HD 74 WFD,SRII 225 WFD, HDE

1) WFO: Wartungsfrei nach OIN, SR: Absolut wartungsfreie Batterie mit Sicher-

heitsreserve , SRU: Wie SR, jedoch mit Handgriffen, RF: Rütteltest, HO: Heavy Duty, HDE: HO-Extra.

Batterieauswahl

Gleiche Ersatzbatterie Kraftfahrzeuge sind serienmäßig meist mit Batterien und Generatoren ausge­stattet, die bei normalen Fahrgewohn­heiten und ausgeglichenen klimatischen Bedingungen problemlos den Strombe­darf des Starters und der eingebauten Verbraucher decken können. Sofern sich diese Bedingungen nicht ändern, kann bei einem erforderlichen Ersatz der gleiche Batterietyp wieder eingebaut werden. Mit dem Verwendungsteil im

Handelsprogramm läßt sich prüfen, wei­che Alternativen möglich sind.

Leistungsfähigere Ersatzbatterie Werden zusätzliche Verbraucher einge­baut oder herrschen besondere Be­triebsbedingungen vor, ist zu prüfen, ob die vorhandene Batterie durch eine lei­stungsfähigere ersetzt werden kann. Bei jeglicher Veränderung dieser Art ist es ratsam, die Verwendungsempfehlungen des Kfz-Herstellers bzw. in den Handels­katalogen von Bosch zu beachten oder den Fachmann eines Bosch-Dienstes hinzuzuziehen. Eine Batterie mit einer größeren Kapa­zität, z. B. mit 55 Ah gegenüber 36 A·h, hat einen kleineren Innenwiderstand. Da­mit wird der Spannungsfall beim Starten durch den großen Strom geringer und das Spannungsangebot am Starter größer. Die Stromaufnahme und das Drehmoment im Augenblick des Anlau­fens (Kurzschluß bei Drehzahl Null) sind dadurch bedeutend höher. Im ungünstigsten Fall kann die Batterie­Startleistung über dem für den jeweiligen Starter zulässigen Wert liegen. Als Folge davon kann beim Starten ein zu hoher Strom fließen, der entweder zum Durch­brennen der Starterwicklung oder zur mechanischen Beschädigung von Ritzel oder Zahnkranz führt. Für besondere Einsatzbedingungen stehen zusätzlich Batterien zur Verfügung, die z. B. für zyklische Belastungen, Rüttelbean­spruchungen oder extreme Kaltstartbedin­gungen geeignet sind. Bosch bietet damit für jedes Fahrzeug die optimale Batterie.

Bild 9

Internationales Zeichen tür "Recycling" nach ISO 7000.

Aus- und Einbau der Ersatzbatterie

Ausbau Vor dem Ausbau der Batterie müssen der Fahrzeugmotor abgestellt und alle elek­trischen Verbraucher ausgeschaltet sein. Danach ist zuerst das Minuskabel (Masse­leitung) und dann das Pluskabel abzu­klemmen. Grundsätzlich ist zu beachten: Batterie nicht so stark kippen, daß Säure aus den Entgasungsöffnungen austritt.

Einbau Batterie mit den vorhandenen Befesti­gungselementen befestigen. Die An­schlußpole und die Kontaktflächen der Anschlußklemmen sollten sauber und fettfrei sein. Auf die Position der elektri­schen Pole ist zu achten. Dann zuerst Pluskabel (rot) und danach Minuskabel (Masseleitung) anklemmen. Die An­schlußklemmen fest verschrauben. Die Pole sollten wegen der Korrosions­gefahr nach dem Einbau mit einem säu­refreien Fett eingefettet werden.

Transport Batterien müssen beim Transport gegen Beschädigung, Umkippen und Verrut­schen gesichert sein. Eine rote Kappe am Pluspol schützt Bosch-Batterien vor einem Kurzschluß. Stöße gegen das Gehäuse oder ein Sturz der Batterie kön­nen irreparable Beschädigungen verur­sachen. Dies gilt besonders für Batterien, die bereits mit Säure gefüllt sind, da ein Auslaufen der ätzenden Batteriesäure weitere Schäden zur Folge haben kann. Die Art des Transports von Batterien mit mehr als 250 kg Gewicht ist in Deutsch­land vom Gesetzgeber festgelegt.

BaUerieentsorgung Verbrauchte oder defekte Bleibatterien sind Sondermüll und müssen demgemäß gesondert entsorgt werden. Man gibt sie am besten beim Kauf einer Ersatzbatte­rie bei einem Bosch-Dienst ab. Batterien mit dem Zeichen ISO 7000 (Bild 9) können dem Wertstoffkreislauf

Ersatz­batterien

wieder zugeführt werden. 95

Starter­batterien

Wartung

Wartung konventioneller Batterien

Mischen und Einfüllen der Säure Wartungsfreie Batterien nach DIN wer­den in der Regel "trocken" geladen gela­gert und erst bei Auslieferung mit Säure gefüllt. Für die auf die Batteriegröße ab­gestimmte Füllung gibt es "Säurepacks" mit mehreren Einzelflaschen. Jede Fla­sche enthält die genau bemessene, fertig gemischte Säuremenge für jeweils eine Zelle. Das Mischen und Einfüllen der frischen Säure sollte dem Bosch-Dienst oder einer anderen Fachwerkstatt vorbe­halten bleiben. Bei der Mischung in der Fachwerkstatt ist, um Spritzer zu vermeiden, darauf zu achten, daß stets konzentrierte Schwe­felsäure in destilliertes Wasser gegossen wird, nie umgekehrt! Dabei mit säurefe­stem Stab (Glas oder Kunststoff) um­rühren. Die umgekehrte Reihenfolge ist gefährlich und kann zu Explosionen führen. Die Arbeitsräume müssen gut belüftet sein. Tabelle 1 zeigt, wie die benötigten Säurekonzentrationen durch Mischung hergestellt werden können. Die Batterie wird mit verdünnter

Tabelle 1: Säuremischung.

Gewünschte Säuredichte kg/I Volumenverhältnis konzentrierte Schwe-felsäure (96%) zu destilliertem Wasser

Schwefelsäure gefüllt, die eine Dichte (spezifische Masse) von ca. 1,28 kg/I hat (VDE 051 0). In tropischen Gebie­ten vermindert sich dieser Wert auf ca. 1,23 kg/I (siehe Tabelle 2). Beim Einfüllen der Batteriesäure sollte der Säurespiegel 15 mm über der Oberkante der Batterie­platten liegen und die Temperatur der Säure ungefähr 15°C betragen. Bis die Batterie angeschlossen wird, müssen ca. 20 Minuten vergehen; es stellt sich dann ein Gleichgewicht ein. Die Säure muß eine bestimmte Reinheit haben. Es dürfen keine Verunreinigun­gen wie Metalle oder Chlor in der Flüs­sigkeit vorhanden sein (DIN 43530). Wenn die Säure eine höhere Konzen­tration als vorgegeben hat, kann man die richtige Konzentration durch Verdünnen mit destilliertem Wasser erreichen. HD- und Antriebsbatterien mit Separato­ren aus Glaswolle werden in zwei Schrit­ten gefüllt, damit die Batterie nicht über­füllt wird: die Säure bis zur Oberkante der Platten einfüllen und kurz warten, dann erst auf den gewünschten Säurestand auffüllen.

Säuredichte und Ladezustand Die Säuredichte ist das Hauptmerkmal für den Ladezustand einer Batterie. Man stellt deshalb in der Praxis durch Messen der Säuredichte fest, wie weit eine Batte­rie geladen ist.

1,23 1,24 1,25 1,26 1,27 1,28 1,30 1,33

1 :3,8 1:3,6 1 :3,4 1:3,2 1 :3,0 1:2,8 1:2,6 1:2,4

Tabelle 2: Säurewerte der verdünnten Schwefelsäure.

Lade- Batterie- Säuredichte Gefrierschwelle zustand ausführung kg/P) °C

geladen normal 1,28 -68 für Tropen 1,23 -40

halb geladen normal 1 ,16/1 ,202) -17 ... -27

für Tropen 1 ,13/1 ,162) -13 ... -17

entladen normal 1 ,04/1 ,122) -3 ... -11

für Tropen 1,03/1,082) -2 ... -8 ') Bei 20°C: Die Säuredichte sinkt bei steigender und steigt bei sinkender Temperatur um etwa 0,01 kg/I

ie 14°C Temperaturänderung. 96 2) Niedriger Wert: hohe Säureausnutzung, hoher Wert: niedrige Säureausnutzung.

Tabelle 2 zeigt einige Zahlenwerte für die Dichte der Batteriesäure und deren Ge­frierschwelle (Erstarrungspunkt) bei ver­schiedenen Ladezuständen.

Säuredichte und Betriebstemperatur Hohe Temperaturen haben eine Be­schleunigung der chemischen Vorgänge in der Batterie zur Folge. Dadurch wer­den jedoch nicht nur die Leistung der Startanlage und die Kapazität ver­größert, sondern es werden auch die Platten stärker angegriffen (Masse fällt aus, Gitter korrodieren). Außerdem wird die Selbstentladung höher. Man wählt deshalb für Batterien, die in tropischen Ländern eingesetzt werden oder bei de­nen es nicht auf hohe Startleistung an­kommt, eine weniger konzentrierte und damit auch weniger aggressive Schwe­felsäure (p = 1,23 kg/l statt 1,28 kg/l) .

Säuredichte und Erstarrungs­temperatur Je tiefer die Entladung, desto mehr wird die Säure verdünnt. Damit verschiebt sich der Erstarrungspunkt zu höheren, ungün­Bild 1

Säureprüfer.

1 Säureheber, 2 Aräometer, 3 Skala mit Angabe der Säuredichte.

3

2

stigeren Werten. Die Batteriesäure in ei­ner geladenen Batterie mit einer spezifi­schen Masse von 1,28 kg/l hat einen Er­starrungspunkt von - 60 ... -68 °C. Eine leere Batterie hat dagegen einen Erstar­rungspunkt von - 3 ... - 11°C; sie kann gefrieren (siehe Tabelle 2). Eine Batterie mit gefrorenem Elektrolyt kann nur noch niedrige Ströme abgeben und ist zum Starten nicht verwendbar. Ein Batterie­gehäuse aus Polypropylen bleibt auch bei gefrorenem Elektrolyt stabil. Die Wahr­scheinlichkeit, daß das Gehäuse zer­bricht, ist klein, da sich die Flüssigkeit nicht zu 100 % auskristallisiert. Eine ge­frorene Batterie sollte nicht geladen wer­den, da die zähe Batteriesäure anfängt zu quellen. Die Batterie muß erst auftauen, bevor sie wieder geladen werden kann.

Messen der Säuredichte Zum Messen der Säuredichte dient bei herkömmlichen Batterien ein Säureprüfer (Bild 1). Dieser besteht aus einem Säure­heber (Glasröhre mit Ansaugballon), in dem sich ein Aräometer - ein Schwim­mer mit Skala - befindet. Auf der Skala ist die Konzentration der Batteriesäure angegeben. Bei absolut wartungsfreien Batterien ist keine Möglichkeit mehr zum Messen der Säuredichte gegeben; dies ist dort auch nicht mehr nötig .

Pflege

Allgemeine Handhabung Bei herkömmlichen Batterien sollte der Elektrolytstand ggf. regelmäßig kontrol­liert werden und bei Bedarf mit destil­liertem Wasser bis zur angegebenen "Max-Marke" aufgefüllt werden. Die Bat­terie ist sauber und trocken zu halten. Vor Beginn der kalten Jahreszeit emp­fiehlt sich noch eine Kontrolle des Lade­zustandes durch Messung der Säu­redichte. Liegt diese unter 1,20 kg/l, sollte die Batterie nachgeladen werden.

Ausbau und Nachladen - Arbeit in gutbelüfteten Räumen aus­

führen, Funkenbildung vermeiden, - Minuspol (Masse) vor dem Pluspol ab-

Wartung

klemmen. Batterie ausbauen, 97

Starter­batterien

98

- Batterie nicht kippen oder schütteln, - eventuell eingefrorene Batterie vor

dem Laden auftauen, - alle Verschlußstopfen - sofern vor­

handen - vor dem Laden entfernen, - Batterie an ein Ladegerät anschließen

(Plus an Plus und Minus an Minus), - Ladeparameter wie in Abschnitt "Lade­

geräte" beschrieben einstellen, - Ladegerät erst nach dem Anschluß der

Batterie einschalten (Funken) und - für Belüftung während des Ladens

sorgen (Knallgas-Explosionsgefahr). Die Ladung spätestens beenden, wenn - die Säuretemperatur 55 oe übersteigt

(Gehäuse mehr als handwarm), - die Batterie zu gasen beginnt oder - sich Säuredichte oder Ladespannung

über die Dauer von zwei Stunden nicht verändert haben.

Nach Ladungsende erst Ladegerät ab­schalten, dann Anschlußkabel einzeln von Batterie und Ladegerät entfernen.

Wiedereinbau - Die Batterie wieder fest in das Fahr­

zeug einbauen, - erst die Plusleitung, dann die Masse­

leitung mit der Batterie verbinden, - Anschlußklemmen auf festen Sitz prü­

fen (kleine Übergangswiderstände), - Anschlußklemmen und Endpole mit

säurefreiem und säurebeständigem Fett einfetten (Korrosionsschutz, auch für moderne wartungsfreie Batterien).

Lagerung einer Batterie Für den Handel sind für neue Batterien folgende Lagerzeiten vorgeschrieben: - ungefüllt: unbegrenzt, - gefüllt, konventionell: 3 (max. 6) Mon., - absolut wartungsfrei: 18 Monate. Bei längeren Lagerzeiten sind die Batterien in regelmäßigen Abständen entsprechend der Normalladung nachzuladen. Batterien müssen kühl und trocken nur in gutem Ladezustand gelagert werden. Bei gebrauchten Batterien verkürzen sich mit zunehmendem Alter die Lager­zeiten. Sofern möglich, ist die Batterie mit kleinem Strom dauernd zu laden. Falls die Batterie im Fahrzeug verbleibt, ist ihr Minuspol abzuklemmen.

Prüfung von Starter­batterien

DIN 43539 legt Kenngrößen und Prüf­methoden für Starterbatterien fest. Diese Prüfungen eignen sich zur Bestimmung und Überwachung der Qualität neuer Starterbatterien, erheben jedoch keiner­lei Anspruch auf völlige Überein­stimmung mit den vielfältigen Bean­spruchungen der Praxis.

Störungen

Batteriefehler Funktionsstörungen, deren Ursache Schäden im Innern der Batterie sind (z. B. Kurzschlüsse durch Separatoren­verschleiß oder ausgefallene aktive Masse, Unterbrechung von Zellen- und Plattenverbindern), lassen sich nicht durch eine Reparatur, sondern lediglich durch Ersatz der Batterie beseitigen. Ein Kennzeichen für innere Kurzschlüsse sind stark schwankende Säuredichte­werte von Zelle zu Zelle (Unterschiede von mindestens 0,03 kg/I). Bei Unter­brechung der Zellenverbinder kann die Batterie häufig noch mit kleinen Strömen entladen und auch geladen werden; beim Start jedoch bricht. auch bei vollem Lade­zustand die Spannung sofort zusammen.

Bordnetzfehler Wenn kein Batteriedefekt feststellbar ist, die Batterie dennoch dauernd überladen wird (hoher Wasserverbrauch) oder tief­entladen ist (keine Startleistung, niedrige Säuredichte in allen Zellen), liegt ein Fehler im Bordnetz vor. Ursachen für Fehler können Defekte bzw. Störungen an folgenden Komponenten sein: - Generator (dauernde Tiefentladung,

kein Starten mehr möglich), - Keilriemen (Generatorantrieb), - Regler (Schwankung der LichtheIlig-

keit beim Gasgeben, Wasserverlust), - Abschaltrelais (Verbraucher bleiben

nach dem Abstellen eingeschaltet), - Zubehör (z. B. Radio, Uhr, Alarman­

lage) benötigt zu großen Ruhestrom.

Sulfatierung Läßt man eine Batterie längere Zeit in entladenem Zustand stehen, kann sich unter ungünstigen Umständen das bei der Entladung entstandene feinkristalline Bleisulfat in grobkristallines umwandeln , das sich nur noch schwer oder überhaupt nicht mehr zurückbilden läßt. Die Batterie wird dann als "sulfatiert" bezeichnet. Sulfatierung ist eine der Folgeer­scheinungen von nachlässiger Wartung. Sie bewirkt eine Erhöhung des inneren Widerstandes und erschwert die chemi­schen Umsetzungen und damit auch den Ladevorgang. Beim Laden einer sulfatierten Batterie mit einem Ladegerät mit W-Kennlinie (siehe Ladekennlinien) erwärmt sich diese sehr stark. Die Ladespannung steigt nach Beginn der Ladung steil an. Ist der Grad der Sulfatierung gering, so wird das Bleisulfat langsam umge­wandelt, wobei die Ladespannung stetig fällt. Sobald das Bleisulfat regeneriert ist, erhöht sich die Spannung wieder wie bei der Ladung einer nicht sulfatierten Batte­rie (Bild 2).

Regeneration von Bleibatterien Bei leichter Sulfatierung kann durch La­den mit kleinem Strom die Batterie rege­neriert (wiederhergestellt) werden. Dazu muß die Batterie mit einem relativen Ladestrom von ca. 25 mAlA-h ("" 0,5 ... 2 A) Bild 2

Verlauf von Ladestrom und -spannung beim Laden sulfatierter Batterien.

A

50

10

Batterie sulfatiert

v

o~ ____ ~ ____ ~ __ ~~o o 0,5 1,5 h

Ladezeit

ungefähr 50 Stunden geladen werden. Bei vollständig umgewandelter Säure kann die Batterie nicht mehr regeneriert werden, sie wird unbrauchbar.

Fehlerermittlung Das Versagen einer Starterbatterie kann durch ungenügende Aufladung, aber auch durch Defekte in der Batterie verur­sacht sein.

Mit dem Batterie-Tester von Bosch kön­nen Ladezustand und Startvermögen ei­ner Batterie überprüft werden. Mit ihm sind hierüber nach kurzer Testzeit ein­deutige Aussagen möglich, da weitere Vorgehensmaßnahmen zur Problembe­seitigung davon abhängen. Der aktuelle Ladezustand einer Batterie kann über die Säuredichte, aber auch durch exakte Messung der Ruhespan­nung ermittelt werden. Hoher Wasser­verlust sowie unmittelbar vor dem Test erfolgte Ladung verfälschen das Ergeb­nis nach oben. Die das Ergebnis verfälschende Ladung an den Oberflächen der Platten kann durch einen Entladeintervall im Test­ablauf abgebaut werden. Die Beurteilung der Starbereitschaft läßt sich nur durch normierte Hochstrom­belastung über einen vorgegebenen Zeitraum von z. B. 30 s und Messung der dabei auftretenden Spannungssenkung ermitteln. Der Meßwert wird unter Be­rücksichtigung des vorher bestimmten Ladezustandes mit einem im Meßgerät gespeicherten Normalwert verglichen. Als Ergebnis wird die Startbereitschaft prozentual im Vergleich zu einer voll funktionsfähigen Batterie angezeigt.

Aufgrund des komplexen Testverfahrens muß dessen Ablauf selbstgesteuert er­folgen. Testaussagen sind nur an Batte­rien mit vorhandener Restladung mög­lich. Durch die Mittelwertbildung über mehrere Zellen und äußere Einflüsse er­gibt der Schnelltest nur in ca. 90 % aller Fälle gesicherte Ergebnisse. In Grenz­fällen ist eine Zwischenladung oder eine Testwiederholung zur Stabilisierung der chemischen Reaktionen erforderlich.

Wartung

99

Starter­batterien

100

Laden mit einem Ladegerät

Sicherheitsanforderungen Um Unfallrisiken zu vermeiden, muß das Ladegerät eine sichere Potential­trennung zwischen dem 230-V-Netz und den berührbaren Ladeklemmen auf­weisen und das Abschalten des Lade­stromes vor dem Abnehmen der Klem­men ermöglichen (Unfallverhütungs­vorschrift UVV ZH 1/454). Ein zusätz­licher Verpolungsschutz verhindert Fun­kenbildung bei Fehlbedienung.

Ladegeräte Wenn der Generator die Batterie nicht genügend laden kann, muß diese mit einem Ladegerät aufgeladen werden. Dies ist auch der Fall, wenn die Batterie längere Zeit nicht in Betrieb war oder be­vor sie stillgelegt und eingelagert wird.

Wartungsfreie Batterien müssen mit einem Ladegerät mit einer Span­nungsbegrenzung geladen werden, da sonst beim Laden Überdruck entsteht und die Batterie austrocknet. Eine moderne Batterie kann bei vollem Lade­zustand problemlos ein halbes Jahr gelagert werden. Vollständig läßt sich eine Batterie nur mit einem relativ kleinen Strom (maximal 1 A) laden.

Bild 3

Bauerieladegeräte.

1 Schnellstartlader, 2 Kleinlader, 3 Elektroniklader, 4 Batterietester.

Elektroniklader Die Elektroniklader der LW-Baureihe er­lauben das Batterieladen ohne Abklem­men der Batterie direkt am Fahrzeug­Bordnetz. Die Spannung ist frei von Spitzen und derart geregelt, daß ein Überladen der Batterien ausgeschlossen ist. Die elektrischen Komponenten des Fahrzeugs wie Motorsteuergeräte, Air­bagsteuerungen usw. sind beim Laden vor Beschädigungen geschützt. Die Lader sind für Dauerladung und Puffer­betrieb geeignet, besonders für absolut wartungsfreie Batterien.

Schnellstartlader Die SChnellstartlader mit Starthilfestufen dienen zur Starthilfe an Lkw und Pkw. Auch bei großen Batterien sind die Lade­zeiten kurz. Die SChnellstartlader sind mit einer elektronischen Ladeüber­wachung ausgestattet, die eine scho­nende und effiziente Ladung sicherstellt.

Werkstattlader Die Werkstattlader haben zum Teil elek­tronische Regelungen, die Dauerladung und Pufferbetrieb zulassen. Außerdem sind sie mit Starthilfe- und Schnellade­funktionen ausgestattet und für den har­ten Werkstatt-Dauereinsatz besonders geeignet.

Kleinlader Die Kleinlader sind besonders geeignet zum Laden von Antriebsbatterien für Kleinantriebe. Sie eignen sich aber auch für Anwen­dungen für Heim und Hobby.

Lademethoden

Normalladung Bei Normalladung wird allgemein mit dem Ladestrom 110 geladen, der 10% der Batterienennkapazität entspricht: 110 = 0,1 ·K2o ·A/A·h. Die Ladezeit kann je nach Verfahren bis zu 14 Stunden be­tragen.

Schnelladung Durch Schnelladung können entladene Batterien innerhalb kurzer Zeit ohne Schaden auf ca. 80 % ihrer Nenn­kapazität aufgeladen und damit start­bereit und fahrzeugtauglich gemacht werden. Unterhalb der Gasungsspan­nung ist hoher Strom, z. B. in der Höhe des Zahlenwertes der Nennkapazität (relativer Ladestro,n 1100 = K2o 'AlA'h), problemlos möglich. Bei Erreichen der Gasungsspannung muß die Schnella­dung jedoch beendet oder auf Normalla­dung umgeschaltet werden.

Gasungsspannung: Die Gasungsspannung beträgt bei 20 oe ca. 14,4 V. Wird sie während der Ladung überschritten, beginnt die Batterie deut­lich zu gasen. Dies führt zu Wasser­verlusten in der Batterie, und es besteht die Gefahr der Knallgasbildung. Um dies zu vermeiden, müssen die Spannungs­grenzen des Ladegerätes für 12-V-Stan­dard-Batterien auf 14,4 V (2,4 V/Zelle) und für wartungsfreie Batterien auf 13,8 V (2,3 V/Zelle) begrenzt sein.

Dauerladung Um die Selbstentladungsverluste bei ge­lagerten Batterien auszugleichen (z. B. Überwintern von Wohnwagen- oder Wohnmobilbatterien), wird die Batterie über einen längeren Zeitraum an ein Ladegerät (mit Strombegrenzung auf 1 mA/Ah) angeschlossen.

Pufferbetrieb Beim Pufferbetrieb sind Ladegerät und Verbraucher ständig mit der Batterie ver­bunden. Das bedeutet, daß je nach Bela­stung durch den Verbraucher ein ständi­ger Wechsel zwischen Ladung und Ent­ladung stattfindet. Die Elektronik des Ladegerätes verhindert dabei ein Überla­den der Batterie.

Ladekennlinien Das Laden kann mit verschiedenen Methoden durchgeführt werden, für die bestimmte Ladekennlinien charakteri­stisch sind:

W Widerstand konst. (Ladestrom sinkt, wenn Spannung steigt)

U Ladespannung konstant I Ladestrom konstant a automatisch abschalten e automatisch neu einschalten o automatisch auf andere Kenn­

linie umschalten

Dabei sind auch Kombinationen aus verschiedenen Kennlinien möglich wie zum Beispiel:

WU wie W-Kennlinie, jedoch bleibt Ladespannung ab einem be­stimmten Wert konstant (z. B. Gasungsspannung)

IU konstanter Ladestrom bis zu einem Wert, ab dem die Span­nung konstant ist und der Ladestrom fällt.

WoW Umschaltung von einer Kenn­linie auf ein andere, z. B. von größerem auf kleineren Ladestrom

Der Ladeverlauf der häufig benutzten W-Kennlinie (Klein- und Werkstattlader) wird über den Geräteinnenwiderstand bei steigender Batteriespannung durch stetige Stromreduzierung bestimmt. Bei der nach Bild 4 üblichen Normalladung mit relativ geringem Ausgangsladestrom von 20 A beträgt die Ladezeit ca.12 Stun­den. Da jedoch verminderter Strom auch oberhalb der Gasungsspannung fließt, ist Abschalten bei Erreichen der Volla­dung erforderlich.

Wartung

101

Starter­batterien

Für wartungsfreie Batterien ist diese Technik deshalb nur bedingt geeignet, weil eine Überwachung des Ladevor­ganges erforderlich ist. Bei lU-Geräten (z. B. Elektroniklader) werden Ladestrom und Ladespannung durch eine automatische Regeleinrich­tung konstant gehalten. Dadurch bleibt der Strom unabhängig von Netzspan­nungsschwankungen bis zum Erreichen der Gasungsspannung konstant und fällt danach infolge konstanter Spannungs­begrenzung stark ab (Bild 5). Der Lade­strom darf deshalb wesentlich höher sein (im Beispiel 3 Stunden Ladezeit bei Aus­gangsladestrom 50 A) . Mit dieser Me­thode wird ein hoher Füllgrad in kurzer Zeit erreicht und eine Überladung verhin­dert. Ähnliche Ergebnisse liefern Geräte, deren Ladespannung begrenzt ist (VVU­Kennnlinie) oder die beim Erreichen einer Grenzspannung selbsttätig auf kleineren Strom zurückschalten (VVoVV-Kennlinie) oder die Ladung vollständig beenden (VVa-Kennlinie).

Spannungseinstellung Die Nennspannungen von Batterie und Ladegerät müssen übereinstimmen. Da der Ladestrom nur aus der Spannungs­differenz zwischen Ladegerät und Batte­rie resultiert, wird er durch die Höhe der Spannungsdifferenz beeinflu ßt. Dies

Bild 4

Ladung nach W-Kennlinie (Normalladung).

Ungeregeltes Ladegerät, Ladestrom·Abschaltung bei Volladung erforderlich.

kann bei Unterspannung zu un­genügender Ladung, bei Überspannung an Ladegeräten ohne Begrenzung der Ladespannung zur Überladung führen. VVartungsfreie Batterien sollten deshalb nur spannungsbegrenzt, bei länger an­dauernder Ladung mit gesenktem Grenzwert (z.B. 2,3 V/Zelle anstelle von 2,4 V/Zelle) geladen werden. Extrem kalte Batterien nehmen dagegen bei einer Spannungsbegrenzung keine Ladung an. Hier ist Ladung bei höherer Spannung erforderlich. Dies kann z. B. über eine Sommer-VVinter-Umschaltung realisiert werden.

Laden direkt im Fahrzeug Immer mehr elektrische und elektro­nische "Hilfen" in modernen Fahrzeugen sorgen für ein hohes Maß an Sicherheit und Komfort. Hierfür sind Geräte wie Air­bag, Autotelefon, Autoradio und elektro­nische Steuergeräte nur einige Beispiele. Diese hochempfindlichen Komponenten müssen allerdings beim Laden der Bat­terie vor Spannungsspitzen geschützt werden. Dafür mu ßte bisher die Batterie vom Bordnetz abgeklemmt werden, was bei der Verwendung elektronischer Lade­geräte entfallen kann. Das bedeutet er­heblich mehr Sicherheit und mehr Komfort für den VVerkstatt-Service:

Bild 5

Ladung nach lU-Kennlinie (Schnelladung).

Geregeltes Ladegerät, bei Volladung auto· matische Ladestromabsenkung.

- der aufwendige Batterieausbau bzw. das Abklemmen der Batterie entfällt,

- Datenspeicher von Autoradio, elektro­nischen Steuergeräten, Telefon, Bord­computer u.ä. bleiben erhalten,

- elektrische Verbraucher (Airbag, Steu­ergeräte u. ä.) werden geschützt,

- keine Schäden durch Fehlbedienung, - keine gefährliche Batteriegasung bei

Dauerladung, - Batterien können bei angeschlosse­

nen Stromverbrauchern geladen werden (Pufferbetrieb) und

- kurze Ladezeiten durch hohe Lei­stungsreserve mit IU/IWU-Kennlinie.

Stütz betrieb Bei einem Batteriewechsel sichert das Ladegerät LW 30 E im Stützbetrieb, daß Datenspeicher von Autoradio, Autotele­fon u.a. erhalten bleiben. Die Strom­abgabe wird begrenzt (ca. 2 A).

Verpolungsschutz Der Verpolungsschutz verhindert den Kurzschluß der Batterie und die Zerstö­rung des Batterieladegerätes bei falsch angeschlossenen Batterieklemmen.

Starthilfe mit Ladegerät Die Starthilfefunktion des Ladegerätes unterstützt die Batterie beim Starten des Fahrzeugs. Die erhöhte Kurzzeitleistung des Ladegerätes ermöglicht den erfor­derlichen hohen Strom. Achtung! Starthilfe ist nur bei Fahrzeu­gen zulässig, bei denen dies nicht vom Hersteller in der Bedienungsanleitung eingeschränkt oder untersagt wird.

Starthilfe mit Starthilfekabel Starthilfe können auch Fremdfahrzeuge geben. Dieses Verfahren darf nur bei bei­derseits eingebauter Batterie und unter Beachtung der Herstellervorschriften an­gewendet werden. Um wirksame Start­hilfe zu geben, sollten nur genormte Start­hilfekabel (DIN 72553) mit einem Leiter­querschnitt von mindestens 16 mm2 bei Otto- und 25 mm2 bei Dieselmotoren verwendet werden. Beide Batterien (bzw. Ladegerät) müssen die gleiche Nenn­spannung haben.

Arbeitssch ritte: - Ursache der Batterieschwäche ermit­

teln. Bei Bordnetzfehlern keine Start­hilfe geben, da die Batterie und der Ge­nerator (bzw. das Ladegerät) des Start­hilfegebers beschädigt werden könnten.

- Pluspol der entladenen Batterie an den Pluspol der Fremdstromquelle an­schließen.

- Minuspol der Fremdstromquelle mit ei­ner von der Batterie entfernt liegenden, metallisch blanken Stelle (z.B. Masse­band am Motor) des nicht fahrbereiten Fahrzeugs verbinden.

- KontaktsteIlen der Starthilfekabel auf festen Sitz (guter Kontakt) prüfen.

- Starten des Fahrzeugs mit der intakten Batterie. Nach kurzer Pause das nicht fahrbereite Fahrzeug starten.

- Nach erfolgter Starthilfe die ange­klemmten Kabel in umgekehrter Rei­henfolge wieder trennen.

Sicherheitshinweise Vor Beginn von Arbeiten an der elektri­schen Anlage von Kfz oder in der Nähe der Batterie ist, nachdem alle Verbrau­cher abgeschaltet sind, das Massekabel zu lösen, da Kurzschlüsse (z.B. mit dem Werkzeug) Funken erzeugen und Ver­brennungen verursachen können. Besondere Vorsicht ist beim An- und Abklemmen eines Lade- oder Starthilfe­kabels geboten, um einen Kurzschluß zu vermeiden. Es sollen folgende, die Si­cherheit betreffende Grundsätze beim Ar­beiten mit Batterien eingehalten werden: - Beim Umgang mit Schwefelsäure bzw.

beim Nachfüllen von Wasser bei nicht wartungsfreien Batterien vorsorglich Schutzbrille und Gummihandschuhe tragen.

- Säure nicht über Max-Marke einfüllen. - Batterie nicht stark und lang anhaltend

kippen. - Wegen der Gefahr einer Knallgas­

verpuffung beim Laden sowohl offenes Feuer und Rauchen als auch Funken­bildung vermeiden (An- und Abklem­men in festgelegter Reihenfolge bei abgeschaltetem Ladegerät).

- Batterieladeräume gut belüften.

Wartung

103

Starter­batterien

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Sonderfälle

Schaltungen für Nfz

Parallel- und Serienschaltungen Wird im einem Fahrzeug eine höhere Spannung als 12 V benötigt, können mehrere 12-V-Batterien in Reihe geschal­tet werden . Zwei 12-V-Batterien in Reihe liefern eine Spannung von 24 V. Die Ka­pazität der Batterien ändert sich nicht. Soll die Kapazität vergrößert werden, können Batterien parallel geschaltet wer­den. Die Spannung ändert sich dabei nicht. Die Kapazität ist die Summe der Einzelkapazitäten. Die Plus- und Minus­pole werden jeweils miteinander verbun­den. Die Kapazitäten von zwei parallel geschalteten Batterien sollten möglichst gleich sein, um eine gleichmäßige

Bild 1

Stromverteilung beim Laden bzw. Ent­laden zu erreichen. Ebenso sollte die Schaltung der Batterien symmetrisch sein, d.h. die Anschlußkabel sollten gleiche Länge und gleichen Querschnitt haben.

BaUerieumschaltung 12/24 V Verschiedene schwere Nutzfahrzeuge haben eine gemischte 12/24-V-Anlage. In diesen Anlagen sind sämtliche elektri­schen Komponenten (mit Ausnahme des Starters) und der Generator zur Span­nungserzeugung für die Nennspannung 12 V ausgelegt. Im Gegensatz hierzu hat der Starter eine Nennspannung von 24 V. Damit wird die Leistungsabgabe erreicht, die z. B. zum Starten großer Die­selmotoren erforderlich ist. Zum Umschalten zwischen den beiden Spannungen ist die Anlage mit einem Batterieumschaltrelais und zwei 12-V­Batterien ausgestattet.

Schaltung einer Startanlage mit einem Batterieumschaltrelais.

1 12-V-Batterie I, 2 12-V-Batterie 11 , 3 Batterieumschaltrelais, 4 Zünd-Start-Schalter, 5 24-V-Starter.

30----~------------------------------~---------------

31 --------~~~------------------------~-------------

Die beiden Batterien sind im normalen Fahrbetrieb oder bei stillstehendem Mo­tor zur Versorgung der Verbraucher par­allel geschaltet. Die Versorgungsspan­nung beträgt 12 V. Beim Betätigen des Zünd-Start-Schal­ters schaltet das Batterieumschaltrelais die beiden Batterien automatisch in Reihe, so daß kurzzeitig , während des Startvorganges, nur an den Starterklem­men eine Spannung von 24 V anliegt (Bild 1). Alle anderen Verbraucher wer­den auch jetzt mit 12 V versorgt. Nach Beendigung des Startvorganges, d. h. nach Loslassen des Zünd-Start­Schalters und Ausschalten des Starters, schaltet das Batterieumschaltrelais die Batterien wieder parallel. Während des Betriebes des Verbrennungsmotors lädt der 12-V-Generator beide Batterien wie­der auf.

Komponenten

Batterieschalter Die elektrische Anlage im Kraftfahrzeug ist im allgemeinen so ausgeführt, daß nach Abziehen des Schlüssels des Zünd-Start­Schalters die elektrischen Leitungen von diesem Schalter, z. B. zu der Zündanla­ge, zu den Steuergeräten (Motronic, ABS), zu den Wischern usw., stromlos sind. Die Leitungen zum Starter, zum Zünd­Start-Schalter und zum Lichtschalter ste-

Bild 2

Batterieschalter.

hen jedoch unter Spannung. Eine durch­gescheuerte Stelle in diesen Leitungen kann die Isloationswiderstände verrin­gern und Kriechströme oder gar einen Kurzschlu ß hervorrufen. Die Folgen sind eine entladene Batterie oder die Möglich­keit eines Brandes. Der Einbau eines Batterieschalters unterbindet diese Ge­fahren. Der einpolige Batterieschalter (Bild 2) wird in die Masseleitung (Minuspol) der Batterie eingebaut und zwar in unmittel­barer Nähe der Batterie. Der Schalter sollte vom Fahrer leicht bedienbar sein. Bei Anlagen mit Drehstromgeneratoren ist ein Betrieb ohne Batterie wegen der Gefahr von Spannungsspitzen (Zerstö­rung elektronischer Komponenten) nicht zulässig . Deshalb darf der Batterieschal­ter bei solchen Anlagen nur bei stehen­dem Motor betätigt werden.

Batterierelais Für elektrische Anlagen in Omnibussen, Tankwagen usw. ist ein Batterierelais als Hauptschalter vorgeschrieben , mit dem das Bordnetz von der Batterie getrennt werden kann (Bild 3) . Dadurch lassen sich sowohl Kurzschlüsse (z. B. bei Re­paraturen) als auch durch Kriechströme verursachte Zersetzungserscheinungen an spannungsführenden Teilen vermei­den. Bei Anlagen dieser Art mit einem Drehstromgenerator ist, um unzulässige

Bild 3

Batterierelais.

Sonderfälle

105

Starter­batterien

106

Spannungsüberhöhungen ZU vermeiden, ein zweipoliger elektromagnetischer Bat­teriehauptschalter notwendig, der ver­hindert, daß der Generator bei laufen­dem Motor von der Batterie getrennt werden kann.

Batterieumschaltrelais Das Batterieumschaltrelais wird für die Reihen- bzw. Parallelschaltung von zwei 12-V-Batterien verwendet. Es wird z. B. in Nutzfahrzeugen mit 12-V-Versor­gungsspannung und mit 24-V-Startern eingesetzt (siehe "Schaltungen für Nfz").

Batterietrennrelais Das Batterietrennrelais (Schließer) eig­net sich zur Trennung der Starterbatterie von einer zweiten Batterie für Zusatz­ausrüstungen. Es schützt die Starterbat-

Bild 4

Schaltbild Batterietrennrelais.

terie vor Entladung, wenn der Dreh­stromgenerator keine Energie abgibt. Das Relais ist mit einer Diode für den Verpolungsschutz und mit einer Lösch­diode zum Unterdrücken der induktiven Spannungsspitzen beim Schalten verse­hen (Bild 4).

Batterieladerelais Das Batterieladerelais eignet sich zum Laden einer zusätzlich eingebauten 12-V-Batterie in Fahrzeugen mit 24-V­Bordnetzspannung. Es enthält Wider­stände, an denen bei einem Ladestrom von 10 A ein Spannungsfall entsteht, so daß die Ladespannung auf 12 V herab­gesetzt wird. Voraussetzung ist, daß der 24-V-Genera­tor die zusätzliche Belastung von 10 A aufbringen kann.

G1 Batterie für Zusatzausrüstung , G2 Starterbatterie, G3 Drehstromgenerator, H Ladekontrollampe, K Batterietrennrelais, M Starter, N Generatorregler, S1 Zünd·Start·Schalter, S2 Fahrtschalter.

30

31

Batteriegeschichte( n) In der Geschichte rund um die Entwick­lung der Batterie haben sich viele Wissenschaftler und Erfinder verdient gemacht. Vor allem Männer wie Luigi Galvani (1789), Alessandro Graf Volta (um 1800), Johan Ritter (um 1800), Gaston Plante (1859) oder Camille Faure brachten die Entwicklung des oft fälschlicherweise Batterie genannten Akkumulators auf den richtigen Weg. Ende des 19. Jahrhunderts wurden schon Gitterplatten gefertigt, die ihrem Prinzip nach bis heute noch Bestand­teile von Blei-Akkumulatoren sind. Demnach hat sich der Blei-Akkumulator von früher bis zum heutigen Tage grundsätzlich kaum verändert: immer noch Zellen, immer noch Platten, immer noch Schwefelsäure! Doch bei genauerem Hinsehen stellt man fest: die Energiedichte hat sich vervielfacht, das Material (früher z. T. noch Holz für Separatoren und Gehäuse) wurde weit­gehend durch Kunststoff ersetzt, die absolute Wartungsfreiheit gehört heute zum Standard einer Starterbatterie, und die Lebensdauer erreicht in Ausnahme­fällen schon ein ganzes "Fahrzeug­leben".

Starterbatterie aus dem Jahre 1951.

1 Verbindungsschiene, 2 Verschlußstopfen, 3 Polkopf, 4 Zellendeckel , 5 Vergußmasse, 6 Polbrücke, 7 Minusplatte, 8 Holzseparator, 9 Hartgummiseparator,

10 Plusplatte, 11 Steg, 12 Batteriegehäuse.

Die Batteriegeschichte in Zahlen 1905 wurden die ersten Batterien in Kraftfahrzeuge eingebaut (zuerst nur für Beleuchtungszwecke). 1914 verrichtete erstmals eine Starter­batterie ihren Dienst in einem Kfz. 1922 gab es bereits die ersten Bosch­Motorradbatterien und vier Jahre später ein erstes Batterieladegerät. Ab 1927 entwickelte Bosch auch Auto­batterien, und schon neun Jahre da­nach begann die Fertigung solcher Batterien am Fließband. Nach dem 2. Weltkrieg war die Entwick­lung der Bosch-Fahrzeugbatterie ge­prägt von der - Einführung des Kunststoffes im

Batteriebau (z. B. "Polystyrol", 1955; "Polypropylen", 1971),

- Verbesserung einzelner Batterie­komponenten (z. B. "Faltrippen­Separator", 1956; "Blockdeckel", für 6-V-Batterien 1964 und für 12-V-Batterien 1966; "Direktzeilen­verbinder", 1971; "Streckmetall­Technik für Minusgitter", 1985) und

- Herstellung spezieller Batterietypen (z. B. "zyklenfest", 1969; "wartungs­arm", 1979; "rüttelfest", 1980; "wartungsfrei", 1982; "absolut wartungsfrei", 1988).

2

Batterie­geschichte(n)

107

Antriebs­batterien

108

Antriebsbatterien

Elektroantrieb

Anwendung Der Elektroantrieb ist ein alternatives Antriebssystem für alle Fahrzeuge, von denen Geräuscharmut und Abgasfreiheit gefordert wird und bei denen die ver­gleichsweise geringe Reichweite aus­reicht. Je nach Aufgabe wird zwischen Elektroantrieb (bzw. Antriebsbatterie) für Flurförderzeuge und damit verwandten Fahrzeugen und Straßenfahrzeugen unterschieden: - Flurförderzeuge für innerbetriebliche Transportaufgaben (z. B. Gabelstapler) sowie Gepäckwagen auf Bahnhöfen, Be­hindertenfahrzeuge, Personen- und Ma­terialtransportwagen für Veranstaltun­gen, Kehrmaschinen usw. sind für kurze Strecken vorgesehen und i. a. nicht für den Öffentlichen Straßenverkehr zuge­lassen. Die Anforderungen an diese Fahrzeuge wurden schon bisher durch Elektroantriebe und klassische Antriebs­batterien ohne Probleme erfüllt. - Straßenfahrzeuge wie Pkw und leichte

Bild 1

Elektrischer Fahrzeugantrieb (Blockschaltbild).

Stromversorgung Netz

Ladevorgang

Antrieb

Nkw für mittlere und lange Strecken kön­nen auch heute noch nicht ohne Ein­schränkungen betrieben werden. Für die bei Kfz mit Verbrennungsmotor üblichen Reichweiten gibt es noch keine geeig­nete Antriebsbatterie als Alternative. Die Energiequelle für einen solchen Straßenfahrzeugantrieb muß eine höhe­re Energiedichte aufweisen als die Star­terbatterie. Die Antriebsbatterie (auch Traktionsbatterie genannt) ist eine Ener­giequelle, die nicht nur das Bordnetz während der Fahrt unterstützt, sondern die den Antrieb als solchen zur Fahrt mit ausreichend Energie versorgt.

Komponenten Ein elektrischer Fahrzeugantrieb be­steht im allgemeinen aus (Bild 1): - Antriebsbatterie, Antriebssteuerung, - Motor(en) und - Getriebe. Die Antriebssteuerung setzt die Fahr­pedalsteIlung in entsprechende Strom­und Spannungswerte am Motor um. Mei­stens wird über das Fahrpedal, wie beim Verbrennungsmotor, das Antriebsdreh­moment vorgegeben.

Im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren ist bei elektrischen Antrieben zwischen Kurzzeitleistung und über längere Zeit verfügbare Leistung zu unterscheiden. Zur Charakterisierung der über längere Zeiten verfügbaren Maximalleistung wird bei Antrieben für Elektrostraßenfahr­zeuge die "Halbstundenleistung" defi­niert. Diese ist durch die zulässige Motortemperatur begrenzt. Die Unter­scheidung in Kurzzeit- und Dauer­leistung (je nach Antriebsart der Faktor 1,5 ... 3) ist bei den meisten Batterie­systemen erforderlich.

Gleichstrom-Reihenschlußantrieb Dieser Antrieb hat den einfachsten Auf­bau der Antriebssteuerung. Die Motor­spannung wird entsprechend dem ge­wünschten Sollwert des Stromes einge­stellt; ein Betrieb zur Rückgewinnung der Bremsenergie ist mit zusätzlichen Bau­elementen möglich. Bei Elektrostraßen­fahrzeugen ist mit diesem Antriebs­system eigentlich ein mehrstufiges Ge­triebe erforderlich. Trotz dieses Nachteils und obwohl die Wirkungsgrade dieses Antriebes relativ niedrig sind, wird er noch sehr häufig in Flurförderzeugen eingesetzt, was meh­rere entscheidende Gründe hat: - einfacher Aufbau, - geringe Kosten und - durch die geringe Höchstgeschwindig-

keit mögliche einstufige Untersetzung des Getriebes.

Fremderregter Gleichstromantrieb Bei diesem Antrieb wird die magneti­sche Erregung des Motors durch ein ei­genes Stellglied (Feldsteller) eingestellt. Der Motor ist wegen der erforderlichen Wendepole aufwendiger als der Reihen­schlußmotor. Die Grenzdrehzahlen sind bedingt durch den mechanischen Strom­wender auf etwa 7000 min-1 begrenzt. Auch dieser Antrieb wird häufig mit einem mehrstufigen Getriebe kombiniert, um die Motorkosten oder das Motorge­wicht niedrig zu halten. Die Rückspei­sung der Bremsenergie ist mit gutem Wirkungsgrad ohne zusätzliche Bauele­mente möglich.

Asynchronantrieb Der Asynchronantrieb hat den einfach­sten und preiswertesten Motoraufbau. Prinzipiell ist der Aufwand für die An­triebssteuerung bei Drehstromantrieben höher als bei Gleichstromantrieben. Da kein mechanischer Stromwender vor­handen ist, lassen sich bei entsprechen­der Motorkonstruktion Drehzahlen bis zu 20000 min-1 realisieren. Antriebskon­zepte mit einstufiger Untersetzung bei Elektrostraßenfahrzeugen und die Rück­gewinnung der Bremsenergie mit hohem Wirkungsgrad sind möglich.

Permanenterregter Synchronantrieb Diese Antriebsvariante erzielt durch den Einsatz von Permanentmagneten zum Aufbau des Erregerfeldes auch im Teil­lastbereich sehr hohe Wirkungsgrade. Ähnliche DrehzahlsteIlbereiche wie bei Asynchronantrieben lassen sich nicht er­reichen, so daß dieser Antrieb auch mit einem zwei- oder mehrstufigen Getriebe kombiniert werden muß.

Stromversorgung Die Infrastruktur zur Stromversorgung eines auch noch deutlich steigenden Bestandes an Elektrostraßenfahrzeugen ist unproblematisch. Ein Pkw mit Elektroantrieb oder ein klei­nerer Elektrotransporter kann an jeder normalen Haushaltssteckdose geladen werden. Die Haushaltssteckdose mit der üblichen nachgeschalteten Sicherung er­laubt eine Maximalleistung von 3,7 kVA Theoretisch könnte ein im Fahrzeug ein­gebautes Bordladegerät mit dieser Lei­stung eine Batterie mit einem Energie­inhalt von 10 kW·h in gut vier Stunden aufladen. Unter Berücksichtigung der verschiedenen Batterieladekennlinien ergeben sich jedoch für eine Volladung längere Ladezeiten; für das Beispiel läge die Ladezeit bei 6 ... 8 h. Drehstroman­schlüsse ermöglichen die Verwendung von Ladegeräten mit höheren Leistun­gen. Für bestimmte Batterien können da­durch die Ladezeiten deutlich verringert werden.

Elektroantrieb

109

Antriebs­batterien

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Batteriesysteme

Überblick Zur Zeit ist aus Kostengründen die Blei­batterie für alle Elektrofahrzeugtypen dominierend. Neben dieser Batterie wird außerdem die Nickel-Cadmium-Batterie für Traktionsanwendungen, z. B. in füh­rerlosen Transportsystemen oder bei der Erprobung in Pkw, eingesetzt (Tabelle 1). Eine Reihe anderer Batteriesysteme steht an der Schwelle zur Serienferti­gung.

Bleibatterien

Der prinzipielle Aufbau der Blei-Säure­Batterie mit flüssigem Elektrolyt ent­spricht dem einer Starterbatterie. Dabei ist jedoch die Materialzusammenset­zung und die tatsächliche Ausführung der Batteriezelle den Traktionsanforde­rungen angepaßt. Bei der Blei-Gel-Batterie dient als Elek­trolyt verdünnte Schwefelsäure, die in einem Mehrkomponenten-Gel gebun­den ist. Sie zeichnet sich durch eine sehr hohe Zyklenfestigkeit aus. Die Selbstent­ladung ist sehr gering: sie beträgt weni­ger als 2 % pro Monat bei 20°C, d. h. die Batterie ist bis zu 18 Monaten nach der Herstellung lagerbar. Sie ist absolut wartungsfrei und kippsicher (Tabelle 2). Die Sicherheitsventile im Deckel sorgen für die Ableitung von eventuell vorhan­denem Überdruck und verhüten gleich­zeitig ein Austrocknen. Mit Bleibatterien ausgerüstete Straßenfahrzeuge haben im Stadtverkehr unter ganz normalen Fahrbedingungen Reichweiten von ca. 50 ... 70 km pro Ladung (siehe Tabelle 1).

Tabelle 1: Ausgeführte Fahrzeugbeispiele.

Fahrzeug- Batterie- Beschleu- Höchst-art typ nigung geschwin-

0 ... 50 km/h digkeit

Transporter Blei-Säure 125 80 km/h

Pkw Blei-Gel 125 100 km/h

Pkw Ni-Cd 95 90 km/h

Tabelle 2: 12-V-Antrlebsbatterlen.

Blei-Säure-Batterie Blei-Gel-Batterie

Kapazität Ausfüh- Kapazität Ausfüh-A·h rungI) A·h rungI)

60 WA 48 WF

70 WA 60 WF

80 WA 75 WF

90 WA 85 WF

125 WA 200 WF

130 WA

180 WA

230 WA 1) WA wartungsarm. WF absolut wartungfrei.

Durch Zwischenladung in den Standzei­ten lassen sich deutlich höhere Tages­reichweiten erzielen. Bei Bleibatterien nimmt die entnehm­bare Energiemenge mit fallender Tem­peratur ab. Dies macht je nach Klimaver­hältnissen eine Batterieheizung erforder­lich, um eine Reichweitenverkürzung im Winter zu verhindern. Wegen der großen thermischen Kapazität reicht die Aufheizung der Batterie wäh­rend der Ladephase mit elektrischer Ener­gie im allgemeinen aus. Wegen der Betei­ligung des Elektrolyt an der chemischen Reaktion bei Bleibatterien weisen diese eine Abhängigkeit der entnehmbaren Ka­pazität von der Entladezeit auf. Wird die Entladezeit z. B. von zwei Stunden auf eine Stunde verkürzt, so reduziert sich die entnehmbare Kapazität um ca. 20 %. Nur mit einer angemessenen Entladezeit ist also die Batteriekapazität zu 100 % nutzbar. Beim Elektrostraßenfahrzeug liegt die mittlere Entladezeit bei zwei Stunden oder darunter. Flottenversuche mit Pkw mit Elektroan­trieb haben nachgewiesen, daß mit der

typische Leer- Nutzlast typischer Reichweite gewicht Netzenergie-pro Ladung verbrauch

70 km 2400 kg 800 kg 40 k·h/l00 km

60 km 1500 kg 350 kg 25 kW·h/l00 km

80 km 1050 kg 300 kg 18 kW·h/l00 km

eingesetzten Bleibatterie eine Lebens­dauer von ca. 5 Jahren bzw. ca. 700 Zy­klen möglich ist.

Künftige Batteriesysteme

Nickel-Batteriesysteme Für Gerätebatterien werden geschlos­sene Systeme eingesetzt, bei Traktions­anwendungen häufig die offene Nickel­Cadmium-Zelle. Die niedrige ZeIlen­spannung von nur 1,2 V erfordert einen höheren Anteil der nicht aktiven Be­standteile. Eine Batterielebensdauer von bis zu 10 Jahren bzw. ca. 2000 Zyklen scheint möglich, jedoch ist die Fahrzeug­erprobung noch nicht abgeschlossen. Nickel-Cadmium-Batterien, offene und geschlossene, müssen beim Einsatz in Elektrostraßenfahrzeugen gekühlt wer­den; eine Heizung ist nur bei Temperatu­ren unterhalb von -20°C erforderlich. Die entnehmbare Kapazität ist nahezu unabhängig von der Entladezeit. Typische Reichweiten von Pkw mit Elek­troantrieb mit Nickel-Cadmium-Batterien liegen bei ca. 80 ... 100 km. Eine vielversprechende neuere Batterie­entwicklung ist das Nickel-Metall-Hydrid­System: das Cadmium wird durch Was­serstoff ersetzt. Der Wasserstoff benötigt ein aus mehreren Metallen bestehendes Speichermedium. Gegenüber dem Nickel-Cadmium-System erlaubt die Nickel-Metall-Hydrid-Batterie eine noch etwas höhere Energiedichte bei längerer

Lebensdauer. Nickel-Batteriesysteme weisen generell eine hohe Leistungs­dichte auf, was sie besonders für Hybrid­fahrzeuge interessant macht.

Natrium-Batteriesysteme Sowohl die Natrium-Nickelchlorid- als auch die Natrium-Schwefel-Batterie ha­ben einen festen Elektrolyt aus einer ionen leitenden Aluminiumkeramik. Die bei Umgebungstemperatur festen Elektroden müssen durch eine hohe Be­triebstemperatur verflüssigt werden, um an der chemischen Reaktion teilnehmen zu können. Die übliche Betriebstempera­tur bei beiden Systemen liegt um etwa 300°C, wobei die Natrium-Nickelchlorid­Batterie auch bei niedrigeren Temperatu­ren als das Natrium-Schwefel-Batterie­system betreibbar bleibt. Um die Wärme­verluste dieser Batteriesysteme in vertretbaren Grenzen zu halten, ist eine "Superisolation" erforderlich. In umfang­reichen Sicherheitstests haben beide Systeme ihre Tauglichkeit zum Einsatz in Elektrostraßenfahrzeugen nachgewiesen. Mit Natrium-Batteriesystemen lassen sich Elektrofahrzeuge realisieren, deren Reichweite deutlich über 100 km liegen.

Lithium-Batteriesysteme Lithium-Batteriesysteme erlauben etwa die gleichen Energiedichten wie die Natrium-Batteriesysteme, sind jedoch bei Umgebungstemperatur betreibbar. Zusätzlich weisen sie hohe Zeilenspan­nungswerte von 3,5 V auf.

Tabelle 3: Neue Batteriesysteme (Enlladedauer 2 h I Ladedauer 8 h).

Blei-Gel- Nickel- Natrium- Lithium-Batteriesysteme Batteriesysteme Batteriesysteme Batteriesysteme

Zellenspannung 2V 1,2 V 2 ... 2,5V 3,5 V

Energiedichte 25 ... 30 W·h/kg 50 ... 80 W·h/kg 90 ... 100W·h/kg ca. 100 W·h/kg

Energetischer 70 ... 85% 60 ... 85% 80 ... 90% 85 ... 90% Wirkungsgrad ohne Heizung

Lebensdauer in projektiert projektiert projektiert Zyklen 600 ... 900 1000 ... 2000 1000 > 1000

Wartungsfrei ja teilweise ja ja

Betriebstemp. 0 ... 55°C -20 ... 55°C 300 ... 380°C -20 ... 60°C

Batterie­systeme

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Generatoren

112

Generatoren

Elektrische Energieerzeugung im Fahrzeug

Elektrische Energie an Bord

Kraftfahrzeuge benötigen zur Energie­versorgung von Starter, Zünd- und Ein­spritzanlage, Steuergeräten für elektro­nische Geräte, Sicherheits- und Komfort­elektronik, Beleuchtung usw. eine eigene leistungsfähige Energiequelle, die zu­verlässig ist und jederzeit zur Verfügung steht. Während bei Kraftfahrzeugen die Batte­rie bei Motorstillstand den Energiespei­cher bildet, ist der Generator für den Fahrbetrieb im eigentlichen Sinn das "Elektrizitätswerk" an Bord. Er hat die Aufgabe, alle elektrischen Geräte an Bord mit Energie zu versorgen (Bild 1). Bild 1

Generatorprinzip.

Der Generator liefert gleichgerichteten Drehstrom zur Versorgung der elektrischen Geräte und zum Aufladen der Batterie.

Drehstrom

Generatorleistung, Batteriekapazität und der Leistungsbedarf des Starters und aller elektrischen Verbraucher müssen möglichst optimal aufeinander abge­stimmt sein, damit die Anlage sicher und störungsfrei arbeitet. Die Batterie sollte nach einem typischen Fahrzyklus (z. B. Stadtfahrt im Winter) noch so gut geladen sein, daß der fol ­gende Start bei der gegebenen Tempera­tur noch möglich ist. Die Steuergeräte, Sensoren und Stellglieder für elektroni­sche Systeme (z. B. für Kraftstoffaufbe­reitung, Zündung, Motronic, elektroni­sche Motorleistungssteuerung, Anti­blockiersystem, Antriebsschlupfregelung usw.) müssen ständig funktionsbereit sein. Außerdem müssen die Sicherheits­anlage, Signalanlage und bei Dunkelheit oder Nebel die Lichtanlage funktionieren. Darüber hinaus sollten z. B. Informa­tions- und Komfortsysteme immer funk­tionstüchtig sein. Im abgestellten Zustand des Fahrzeuges sollen elektrische Verbraucher noch eine angemessene Zeit betreibbar sein, ohne daß ein nachfolgender Start unmöglich wird. Jeder Kraftfahrer erwartet von seinem Fahrzeug ständige Fahrbereitschaft und von der elektrischen Anlage eine hohe und problemlose Funktionssicherheit. Und das auf vielen tausend Kilometern -im Sommer wie im Winter.

Verbraucherleistungen Die elektrischen Verbraucher haben un­terschiedliche Einschaltdauer (Bild 2). Man unterscheidet zwischen Dauer­verbrauchern (Zündung, Kraftstoffein­spritzung usw.), Langzeitverbrauchern (Beleuchtung, Autoradio, Wagenheizer usw.) und Kurzzeitverbrauchern (Blink-

Bild 2

Leistungsbedarf der Verbraucher im Kfz (Durchschnittswerte).

Generator

I I Batterie

Energieerzeuger Energiespeicher

im r Aufladung t r bei Fahrbetrieb Motorstillstand

I I

Dauerverbraucher I

Langzeitverbraucher I Kurzzeitverbraucher

Zündung Autoradio I. Blink- Nebel-leuchten

I+~ scheinwerfer

• 10 . .. 15W je21 W je 35 ... 55 W

20W Begren-zungs- Brems- Rückfahr-

Elektrische leuchten • leuchten I.~

leuchte, Kraftstoff- -schein-pumpe 1+ je4W je18 ... 21W werfer

je 21...25 W 50 ... 70W Instrumen- Decken-

tenleuchten leuchte .... Scheiben-Elektro- • wischer nische 5W Benzinein- I· je2W 60 ... 90W spritzung Elektrischer 50 ... 70 W Kenn- Fenster- Starter für

zeichen- heber + ... Pkw Motor- leuchte(n) • manage- 150W 800 ment 1+ je 10W ... 3000 W

Elektrisches 175 ... 200W Parkleuchte Kühler- Wisch /

gebläse • Wasch-+ ... system für 200W Schein-

je3 ... 5W werfer Gebläse-

Schein- motorfür 60W werfer Heizung • Abblend- + und / oder Zigaretten-licht Lüftung ... anzünder je55W 80W

100W Schein- Heck-werfer scheiben- Zusatz-Fernlicht + heizung + ... Fernsehein-

werfer je60W 120W

je55W Schluß- Heck-leuchten scheiben- Zusatz-

I· wischer I. Brems-f+ leuchten

je5W 30 ... 65W je21 W

Wagen- Hörner und heizer Fanfaren I· Bei Diesel-

I· fahrzeugen: je25 ... 40W

f+ Glühkerzen

20 ... 60W für den Start Motorantenne

I· je 100W 60W

Elektrische Energie­erzeugung

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Generatoren

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licht, Bremslicht usw.). Die Benutzung ei­niger Verbraucher ist von der Jahreszeit abhängig (Klimaanlage im Sommer, Sitz­heizung im Winter). Die Einschalthäufig­keit elektrischer Kühlerventilatoren hängt von der Temperatur und vom Fahrbe­trieb ab.

Ladebilanzrechnung Bei der Ladebilanzrechnung wird mit Hilfe eines Computerprogrammes der Batterieladezustand am Ende eines typi­schen Fahrzyklus ermittelt. Hierbei sind Einflüsse wie z. B. Größe und Ladezu­stand der Batterie, Generatorgröße und Verbraucherleistungen zu berücksichti­gen. Ein üblicher Zyklus für Pkw ist der Be­rufsverkehr (niedriges Drehzahlangebot) kombiniert mit Winterbetrieb (geringe Ladestromaufnahme der Batterie). Für Fahrzeuge mit Klimaanlage kann der Sommerbetrieb noch ungünstiger sein.

Bordnetzausführung Die Art der Verkabelung zwischen Gene­rator, Batterie und Verbrauchern beein­flußt ebenfalls das Spannungsniveau und damit den Batterieladezustand. Sind alle Verbraucher batterieseitig an­geschlossen, fließt auf der Ladeleitung der Gesamtstrom, das heißt die Summe von Batterieladestrom und Verbraucher­strom. Durch den hohen Spannnungs­fall ist die Ladespannung niedriger. Sind dagegen alle Verbraucher auf der Generatorseite angeschlossen, ist der Spannungsfall klein und die Ladespan­nung höher. Dabei können Verbraucher, die gegenüber Spannungsspitzen oder Spannungswelligkeit empfindlich sind (Elektronik), benachteiligt sein. Es empfiehlt sich, spannungsunempfind­liche Verbraucher mit höherer Leistungs­aufnahme an den Generator und span­nungsempfindliche mit kleiner Leistungs­aufnahme an der Batterie anzuklemmen. Geeignete Leitungsquerschnitte und gute Verbindungsstellen, deren Über­gangswiderstände sich auch nach län­gerer Betriebszeit nicht verschlechtern, ergeben kleine Spannungsfälle.

Elektrische Energie­erzeugung durch Drehstrom-Generatoren Die Verfügbarkeit kostengünstiger Lei­stungsdioden (seit etwa 1963) war die Voraussetzung für die Serieneinführung von Drehstrom-Generatoren bei Bosch. Durch seine bauartbedingte höhere elek­tromagnetische Ausnutzung und durch seinen wesentlich größeren Drehzahl­bereich im Gegensatz zum Gleichstrom­Generator ist der Drehstrom-Synchron­generator in der Lage, bereits bei Leer­lauf des Verbrennungsmotors Leistung abzugeben und den erhöhten Leistungs­bedarf im Kraftfahrzeug zu decken. Durch die Möglichkeit, die Generator­drehzahl an die Motordrehzahl durch eine geeignete Übersetzung anzupas­sen, kann die Batterie selbst bei häufigen Stadtfahrten im Winter in einem guten Ladezustand gehalten werden. Der erhöhte Leistungsbedarf ist auf die größere Anzahl der im Kraftfahrzeug ein­gebauten elektrischen Geräte, auf die Steuergeräte für elektronische Systeme (wie z. B. Motor- und Fahrwerksteue­rung) und auf die Sicherheits- und Kom­fortelektronik zurückzuführen. Den zu er­wartenden Leistungsbedarf bis zum Jahr 2000 zeigt Bild 3. Bild 3

Generatorleistung.

Erwartete Entwicklung für Pkw bis zum Jahr 2000. 1 Oberklasse, 2 Mittelklasse.

kW.--------------,

4

o~ ____ ~ _____ ~ 1980 1990

Jahr

2000

Außerdem haben sich die Fahrzyklen geändert. Der Anteil der Stadtfahrten mit langen Haltezeiten im Leerlaufbetrieb hat sich erhöht (Bild 4). Viele Wartezeiten bei Staubildung wegen zunehmender Verkehrsdichte und vor Signalanlagen bedeuten für den Gene­rator ebenfalls einen Betrieb bei einer dem Motorleerlauf entsprechenden nied­rigen Drehzahl. Fehlende längere Über­landfahrten beeinflussen die Ladebilanz zusätzlich negativ. Auch bei Leerlauf des Verbrennungs­motors muß die Batterie noch geladen werden. Der Drehstrom-Generator gibt schon bei der Leerlaufdrehzahl des Motors minde­stens ein Drittel seiner Nennleistung ab (Bild 5). Drehstrom-Generatoren sind für Lade­spannungen von 14 V und 28 V (für Nutz­kraftwagen) ausgelegt. Im Ständer ist die dreiphasige Drehstromwicklung und im Läufer die Erregerwicklung unterge­bracht. Der erzeugte dreiphasige Wechselstrom wird gleichgerichtet. Die Gleichrichter verhindern eine Entladung der Batterie bei stehendem Fahrzeug. Ein zusätzliches Relais wie es bei Gleichstrom-Generatoren vorgesehen ist, entfällt.

Bild 4

Haltepausenanteile.

Entwicklung bei Stadtfahrten (Großstadt) bis zum Jahr 2000.

%

10

OL-______ L-____ ~ ______ ~

1970 1980 1990 2000 Jahr

Einflußgrößen

Drehzahl Die Ausnutzung eines Generators (er­zeugbare Energie pro kg Masse) nimmt mit steigender Drehzahl zu. Daher ist ein möglichst hohes Übersetzungsverhältnis zwischen Kurbelwelle des Motors und Generator anzustreben. Typische Werte liegen im Pkw-Bereich zwischen 1: 2 und 1: 3, im Nkw-Bereich bis 1: 5.

Temperatur Die Verluste im Generator führen zu er­höhten Temperaturen der Komponenten. Die Frischluftzufuhr für den Generator ist eine geeignete Maßnahme zur Senkung der Bauteiletemperatur und damit zur Er­höhung der Generatorlebensdauer und des Generatorwirkungsgrades.

Schwingungen Je nach Anbaubedingungen und Schüt­tel-Charakteristik des Motors treten Schwingbeschleunigungen von 500 ... 800 m/s2 auf. Kritische Resonanzen sind zu vermeiden.

Weitere Einflüsse Zusätzlich wird der Generator durch Spritzwasser, Schmutz, ÖI- und Kraft­stoffnebel und Streusalz beansprucht.

Bild 5

Strom-Kennlinie für Drehstrom-Generatoren.

Spannung konstant. nL Leerlauddrehzahl, n max Höchstdrehzahl.

E e "§

~ Cl) c Cl)

Cl

-

OLJ-L ____________ ~ ____ ~

o nL nmax Motordrehzahl n

Elektrische Energie­erzeugung

115

Generatoren

116

Elektrische Energie­erzeugung durch Gleichstrom-Generatoren

Die im Kraftfahrzeug gebräuchliche Bleibatterie führte ursprünglich zur Ent­wicklung des Gleichstrom-Generators. Lange Zeit genügte dieses Generator­system auch im wesentlichen den ge­stellten Anforderungen. So wurde bis Mitte der 70er Jahre die Mehrzahl der Kraftfahrzeuge mit Gleich­strom-Generatoren ausgerüstet. Heute sind sie für den Einbau in Neufahrzeugen bedeutungslos geworden und werden deshalb hier nicht ausführlich beschrie­ben. Bei Gleichstrom-Generatoren ist es zweckmäßig, das Ankerwicklungssy­stem rotieren zu lassen und das elek­trisch erregte Magnetsystem im ruhen­den Gehäuse unterzubringen. Dadurch ist es auf verhältnismäßig einfache Weise möglich, den im rotierenden Wicklungssystem erzeugten Wechsel­strom mit einem Stromwender, dem Kommutator, mechanisch gleichzurich­ten und an das Bordnetz und die Batterie abzugeben.

Anforderungen an Fahrzeug-Generatoren

Art und Aufbau eines Fahrzeug-Gene­rators werden durch die Aufgabe be­stimmt, elektrische Energie zur Versor­gung der elektrischen Geräte im Bord­netz und zur Speicherung in der Batterie zu liefern. Drehstrom-Generatoren erzeugen zu­nächst Wechselstrom. Die Autoelektrik benötigt jedoch Gleichstrom zum Nach­laden der Batterie und zum Betreiben der elektronischen Baugruppen und Geräte. Folglich muß dem Bordnetz Gleichstrom zugeführt werden. Die Anforderungen, die ein Fahrzeug­Generator erfüllen muß, sind sehr vielfäl­tig: - Versorgung aller angeschlossenen Verbraucher mit Gleichspannung,

- Leistungsreserven zum schnellen Auf­bzw. Nachladen der Batterie, selbst bei eingeschalteten Dauerverbrauchern, - Konstanthalten der Generatorspan­nung über den gesamten Drehzahlbe­reich des Fahrzeugmotors - unabhängig von dem Lastzustand des Fahrzeug-Ge­nerators, - robuster Aufbau, der allen äußeren Beanspruchungen standhält (z. B. Schwingungen, hohe Umgebungstem­peraturen, Temperaturwechsel, Ver­schmutzung, Feuchtigkeit usw.), - geringes Gewicht, - Abmessungen, die für den Einbau günstig sind und - hohe Lebensdauer sowie - geringes Geräusch und - ein guter Wirkungsgrad.

Merkmale (Zusammenfassung) Die wesentlichen Merkmale des Dreh­strom-Generators sind: - Leistungsabgabe bereits im Leerlauf. - Gleichrichtung des Drehstromes mit Leistungsdioden in der Dreiphasen­Brückenschaltung. - Dioden trennen den Generator von Batterie und Bordnetz, wenn die Ge­neratorspannung kleiner ist als die Batte­riespannung. - Höhere elektrische Ausnutzung (d.h. bei gleicher Leistung sind Drehstrom­Generatoren leichter als Gleichstrom­Generatoren). - Hohe Lebensdauer (Pkw-Generatoren haben eine Gebrauchsdauer, die der des Fahrzeugmotors vergleichbar ist; Fahr­strecke bis 150000 km, so daß eine Wartung während dieser Zeit entfällt). - Nkw-Generatoren für Fahrzeuge mit höheren Fahrleistungen gibt es als schleifringlose Ausführungen entweder mit Nachschmiermöglichkeiten oder mit Lagern als Fettreserveräumen. - Äußere Einflüsse wie hohe Tempe­raturen, Feuchtigkeit, Schmutz und Schwingungen bleiben wirkungslos. - Ein Betrieb in beiden Drehrichtungen ist in der Regel ohne besondere Maß­nahmen möglich, wenn die Form der Lüf­ter auf die jeweilige Drehrichtung abge­stimmt ist.

Grundlagen

Elektrodynamisches Prinzip

Grundlage für die Spannungserzeugung bildet die elektromagnetische "Induk­tion", der folgender Vorgang zugrunde liegt: Bewegt sich ein elektrischer Leiter (Draht bzw. Drahtschleife) durch die Feldlinien eines Magnetfeldes, so wird in diesem Leiter eine elektrische Spannung erzeugt (induziert) . Dabei ist es unerheblich, ob das Magnetfeld feststeht und der Leiter sich bewegt, oder ob umgekehrt der Leiter feststeht und das Magnetfeld sich bewegt. Die Enden einer zwischen dem Nord­und dem Südpol eines Dauermagneten gedrehten Leiterschleife werden über Schleifringe und Kohlebürsten an ein Spannungsmeßgerät angeschlossen. Bedingt durch die stetig veränderte Lage der Leiterschleife zu den Polen, läßt sich am Spannungsmeßgerät eine sich än­dernde Spannung ablesen. Bei einer gleichförmigen Drehung der Leiter­schleife ist der Spannungsverlauf sinus­förmig, wobei die Maximalwerte nach je einer halben Umdrehung auftreten. Bei geschlossenem Stromkreis fließt ein "Wechselstrom" (Bild 1). Bild 1

Induzierte Einphasen-Wechselspannung.

Wie wird das Magnetfeld erzeugt? Fest eingebaute Permanentmagnete können das Magnetfeld erzeugen. Diese haben den Vorteil, daß sie durch ihre einfache Ausführung keinen großen technischen Aufwand erfordern. Bei kleinen Generatoren (z. B. Fahrraddyna­mos) wird diese Lösung angewendet. Elektromagnete, durch die Gleichstrom fließt, erlauben jedoch wesentlich höhere Leistungen und sind regelbar, weshalb sie zur Erzeugung des (Erreger-)Magnet­feldes benutzt werden. Der Elektromagnetismus beruht auf der physikalischen Tatsache, daß strom­durchflossene Leiter bzw. Wicklungen von einem Magnetfeld umgeben sind. Die Anzahl der Windungen in der Wick­lung und die Höhe des durchfließenden Stromes bestimmen die Stärke des Magnetfeldes. Dieses erregende Ma­gnetfeld kann mit Hilfe eines magneti­sierbaren Eisenkerns noch weiter ver­stärkt werden. Es induziert bei Drehung eine Wechselspannung in der Anker­spule. Zur Vervielfachung der Induktions­wirkung ist bei Generatoren nicht nur eine Leiterschleife, sondern eine Vielzahl von Leiterschleifen dem wechselnden Magnetfeld ausgesetzt. Bei der Anwendung im Generator ist es von entscheidendem Vorteil , daß durch Vergrößern oder durch Verkleinern des

Spannungsverlauf bei einer sich im Magnetfeld drehenden Windung während einer Umdrehung. Die Stellung des Läufers entspricht Position 3.

268

O' 45° 90' 1350 180' 2250 2700 3150 3600

Drehwinkel des Läufers

Grundlagen

117

Generatoren

118

Erregerstromes in der Erregerwicklung das Magnetfeld und damit auch die Größe der induzierten Spannung erhöht oder erniedrigt werden kann. Die Erregerwicklung als Elektromagnet verliert nach dem Abschalten des Er­regerstromes ihren Magnetismus bis auf einen kleinen Rest ("Remanenz"). Er­zeugt eine fremde Energiequelle den Erregerstrom (z. B. die Batterie), liegt eine "Fremderregung" vor. "Selbsterre­gung" liegt vor, wenn der Erregerstrom vom eigenen Stromkreis abgezweigt wird. Das gesamte rotierende System, Wicklung und Eisenkern, wird bei elek­trischen Maschinen als Rotor oder Läufer bezeichnet.

Prinzip des Drehstrom-Generators

Wie die Erzeugung von Wechselstrom (Einphasen-Wechselstrom), so erfolgt auch die Erzeugung von Drehstrom (Dreiphasen-Wechselstrom, Bild 2) in Generatoren in Verbindung mit einer Drehbewegung des Ankers. Ein Vorteil des Drehstromes ist, daß er im Gegen­satz zum Einphasen-Wechselstrom eine bessere Ausnutzung des Generators er-

Bild 2

Induzierte Drelphasen-Wechselspannung.

möglicht. Bei diesem Prinzip sind im An­ker drei gleiche, voneinander unab­hängige Wicklungen vorhanden, die räumlich zueinander um 1200 versetzt angeordnet sind. Es ist üblich die Wick­lungsanfänge mit u, v, w und die Wick­lungsenden mit x, y, z zu bezeichnen. Nach dem Induktionsgesetz werden bei der Drehung des Läufers in den Wicklun­gen sinusförmige Wechselspannungen gleicher Größe und gleicher Frequenz erzeugt. Durch die räumliche Versetzung der Wicklungen um 1200 sind die in ihnen erzeugten Wechselspannungen eben­falls um 1200 zueinander phasenver­schoben und damit auch zeitlich entspre­chend versetzt. Auf diese Weise findet ein sich ständig wiederholender Umlauf statt. Der daraus resultierende dreiphasige Wechselstrom wird "Drehstrom" genannt, weil er in ei­nem geeigneten Motor ein rotierendes Magnetfeld (ein "Drehfeld") erzeugt. Normalerweise wären bei einem Dreh­strom-Generator zur Fortleitung der elek­trischen Energie, bei nicht verbundenen Wicklungen, sechs Stromleitungen erfor­derlich (Bild 3a). Durch Verkettung der drei Stromkreise kann die Anzahl der Stromleitungen auf drei reduziert wer­den. Die Verkettung der Stromkreise wird in der "Sternschaltung" (Bild 3b) oder in

Spannungsverlauf bei drei sich im Magnetfeld drehenden, im Winkel von 1200 angeordneten Windungen. Die Verkettung der Phasenspannungen ergibt die dreiphasige Wechselspannung.

u

L-oLo --------9~0-0--------18~O~0-------2~7~O-0 ------~3~6~OO~ w~

Drehwinkel des Läufers ~ ::>

der "Dreieckschaltung" (Bild 3c) reali­siert. Bei der Sternschaltung sind die Enden der drei Wicklungsstränge in einem Punkt, dem Sternpunkt, zusammenge­faßt. Ohne Sternpunktleiter ist die Summe der drei Ströme zum Sternpunkt hin in jedem Augenblick null. Die bisherigen Betrachtungen beziehen sich auf die Ausführung der Drehstrom­Generatoren mit ruhendem Erregerfeld und rotierender Ankerwicklung, in der der Laststrom induziert wird. Im Gegensatz dazu liegt bei Drehstrom­Generatoren für Kraftfahrzeuge das drei­phasige Wicklungssystem in Stern- oder Dreieckschaltung im feststehenden Ge­häuseteil, also im Stator oder Ständer (deshalb auch "Ständerwicklung"). Auf dem sich drehenden Teil, dem Läu­fer, befinden sich die Magnetpole mit der Erregerwicklung. Sobald Erregerstrom durch diese Wick­lung fließt, entsteht das Magnetfeld des Läufers. Dreht sich der Läufer, so induziert das Magnetfeld in den Ständerwicklungen eine dreiphasige Wechselspannung, die bei der Belastung des Generators den Drehstrom liefert.

Bild 3

Schaltungsarten der drei Wicklungen.

a Nicht verbundene Wicklungen.

Gleichrichten der Wechselspannung

Die vom Drehstrom-Generator erzeugte Wechselspannung ist weder für die Bat­terie noch für die Versorgung der elektro­nischen Steuergeräte und Bauteile ge­eignet. Sie muß gleichgerichtet werden. Eine wichtige Voraussetzung für die Gleichrichtung sind leistungsstarke Dioden, die für einen großen Tempera­turbereich zugelassen sind. Gleichrichterdioden haben eine Durch­laß- und ein Sperrichtung. Die Pfeil­richtung des Schaltzeichens kennzeich­net die Durchlaßrichtung. Eine Diode ist mit einem Rückschlagventil zu verglei­chen, das ein flüssiges oder gasförmiges Medium nur in eine Richtung passieren läßt und dessen Rückfluß sperrt. Die Gleichrichterdiode bewirkt, daß die negativen Halbwellen unterdrückt und nur die positiven Halbwellen durchge­lassen werden, so daß eine pulsierende Gleichspannung entsteht. Um alle Halb­wellen, auch die unterdrückten nega­tiven, für die Gleichrichtung auszu­nutzen, wird eine Zweiweg- bzw. Voll­weggleichrichtung verwendet.

b Sternschaltung. Generatorspannu~ U und Phasenspannung Up (Teilspannung) unterscheiden sich um den Faktor '-13 = 1,73.

Der Generatorstrom I ist gleich dem Phasen strom I p.

U = Up • ;f3. 1= I p.

c Dreieckschaltung. Generatorspannung u ist gleich der Phasenspannung Up•

Der Generatorstrom I und der Phasenstrom I p unterscheiden sich um den Faktor,[3 = 1,73. U = Up. 1= Ip .,[3.

a b c

1PO U

Up

x

v

Grundlagen

119

Generatoren

120

Brückenschaltung zur Gleichrichtung des Drehstromes Die grundsätzliche Arbeitsweise von Di­oden bei der Gleichrichtung einer Wech­selspannung ist in Bild 4 dargestellt. In Bild 4a wird die Einweggleichrichtung ge­zeigt und in Bild 4b die Zweiweg- oder Vollweggleichrichtung. Die in den drei Wicklungen des Dreh­strom-Generators erzeugten Wechsel­spannungen werden mit sechs Dioden in einer Drehstrom-Brückenschaltung gleichgerichtet. In jede Phase sind zwei Leistungsdioden geschaltet - eine Diode auf der Plus­seite (an Klemme B+) und eine Diode auf der Minusseite (an Klemme B-). Die sechs Leistungsdioden bilden die Dreh-Bild 4

Gleichrichterschaltungen.

a Einweggleichrichtung, b Doppelweggleichrichtung. UG- Wechselspannung vor den Dioden, UG- pulsierende Gleichspannung nach den Dioden.

strom-Brückenschaltung. Die positiven Halbwellen werden von den Dioden an der Plusseite durchgelassen, die nega­tiven Halbwellen von den Dioden an der Minusseite und damit gleichgerichtet. Die Vollweggleichrichtung mit der Brückenschaltung bewirkt die Addition der positiven und negativen Hüllkurven dieser Halbwellen zu einer gleichgerich­teten, leicht gewellten Generatorspan­nung (Bild 5). Der Gleichstrom, den der Generator bei elektrischer Belastung über die Klemmen B+ und B- an das Bordnetz abgibt, ist nicht ideal "glatt", sondern leicht gewellt. Diese Welligkeit wird durch die zum Generator parallel liegende Batterie und durch Kondensatoren im Bordnetz,

1 Batterie, 2 Erregerwicklung (G), 3 Ständerwicklung, 4 Gleichrichterdioden.

a

L:. 4

+ UG_

-~ .... I 1 I ~

-r_ 3

0 @ 0

2

b

+ .... : 1

3

® o~~ .. t+-~o 2

+

U. G-

+

~ Cl C :l C C

~ Cf)

a

b

+

00 1800 3600 5400 7200

Drehwinkel des Läufers

sofern vorhanden, weiter geglättet. Der Erregerstrom, der die Pole des Erre­gerfeldes magnetisiert, wird von der Ständerwicklung abgezweigt. Eine Voll­wegschaltung richtet die Erregerspan­nung gleich. Die drei "Erregerdioden" an der Klemme D+ und die drei Leistungsdioden an der Minusseite (Klemme 8-) bilden die Brückenschaltung für den Erregerstrom. Zur Ausnutzung des Oberwellengehaltes der Generatorspannung mit dem Ziel einer Leistungssteigerung bei hohen Drehzahlen (oberhalb ca. 3000 min-1)

können bei der Sternschaltung außer­dem sogenannte "Zusatzdioden" einge­setzt werden.

Bild 5

Drehstrom-Brückenschaltung.

a Dreiphasen-Wechelspannung, b Generatorspannung, durch die Hüllkurven der positiven und negativen Halbwellen gebildet, c gleichgerichtete Generatorspannung. Up Phasenspannung UG Spannung am Gleichrichter (Minus nicht an Masse) UG- Generator-Gleichspannung (Minus an Masse) UGeH Effektivwert der Gleichspannung 1 Batterie, 2 Erregerwicklung, 3 Ständerwicklung, 4 Plusdioden, 5 Minusdioden.

B+

+ -.

: 1 --'--

+

Rückstromsperre Die Gleichrichterdioden im Generator dienen nicht nur der Gleichrichtung von Generatorspannung und Erregerspan­nung, sondern verhindern ein Entladen der Batterie über die Dreiphasenwick­lung im Ständer. Steht der Motor oder wird er mit einer so kleinen Drehzahl (z. B. Startdrehzahl) be­trieben, daß der Generator noch nicht selbsterregt ist, würde ohne Dioden ein Batteriestrom durch die Ständerwicklung fließen. Die Dioden sind in bezug auf die Batte­riespannung in Sperrrichtung gepolt, so daß kein Batterieentladestrom fließen kann. Der Strom kann nur vom Genera­tor zur Batterie fließen.

a

b

c

::::J 0> c: ::J c: c:

'" c. Cf)

u

Drehwinkel des Läufers

Grundlagen

121

Generatoren

122

Gleichrichterdioden Die Leistungsdioden an der Plus- und Mi­nusseite stimmen in ihrer Funktion völlig überein. Sie unterscheiden sich nur durch ihren zweckgebundenen Aufbau für die Gleichrichtung im Generator und werden als Plus- und Minusdioden be­zeichnet. Das gerändelte Metallgehäuse der Dioden ist einmal als Katode und einmal als Anode ausgeführt. Das in der Plusplatte eingepreßte Metallgehäuse der Plusdiode ist als Katode mit dem Pluspol der Batterie verbunden. Die Di­ode iSf damit zum Batterieanschluß B+ hin leitend. Das in der Minusplatte einge­preßte Metallgehäuse der Minusdiode ist als Anode mit der Masse verbunden (B-). Die Drahtanschlüsse der Dioden sind an die Enden der Ständerwicklung angeschlossen (Bild 6). Die Plus- und Mi­nusplatten übernehmen als Kühlbleche auch die Kühlung der Dioden. Als Lei­stungsdioden können auch Z-Dioden (Zenerdioden) verwendet werden. Sie begrenzen auch die im Generator bei extremen Laständerungen auftretenden Spannungsspitzen (Load-Dump-Schutz). Bild 6

Erregerstromgleichrichtung.

1 Batterie, 2 Erregerwicklung (G), 3 Ständerwicklung, 4 Dioden in Plusplatte, 5 Dioden in MinusplaIte, 6 Zusatzdioden, 7 Erregerdioden.

30 ~r-~B+~----------------30 6

+ -,

I 1 -L-

4 I -----~ I

31 ~>-___ D_+ __________ ~B~-~ __ 31

Stromkreise des Drehstrom-Generators Drehstrom-Generatoren haben in der Standardausführung drei Stromkreise: - Vorerregerstromkreis (Fremderregung

durch Batteriestrom), - Erregerstromkreis (Selbsterregung), - Generator- oder Hauptstromkreis.

Vorerregerstromkreis Nach dem Einschalten des Zünd- bzw. Fahrtschalters (4), fließt der Batterie­strom I s, wie in Bild 7 dargestellt, über die Generatorkontrollampe (3), durch die Erregerwicklung (1d) im Läufer und über den Regler (2) zur Masse. Dieser Batte­riestrom bewirkt im Läufer die Vorerre­gung des Generators.

Warum ist die Vorerregung erforderlich? Die durch Remanenz im Eisenkern der Erregerwicklung induzierte Spannung ist bei den meisten Drehstrom-Generatoren während des Anlaufens und bei geringer Drehzahl sehr niedrig. Bild 7

Vorerregerstromkreis.

1 Generator, 1a Erregerdioden, 1b Dioden in PlusplaIte, lc Dioden in MinusplaIte, ld Erregerwicklung, 2 Regler, 3 Generatorkontrollampe, 4 Zündschalter, 5 Batterie.

30

b I

l.FaUI I

+ "T"

: 5 -L-

H

I c I

r------=,.---+ . ~ 31 B-

Sie reicht für einen selbsterregten Auf­bau des Magnetfeldes nicht aus. Die Selbsterregung kann erst einsetzen, wenn die Generatorspannung größer ist als der Spannungsfall an den beiden Dioden (2 x 0,7 V = 1,4 V). Dies unterstützt der über die Ladekon­trolllampe geführte Vorerregerstrom aus der Batterie. Er erzeugt ein Magnetfeld im Läufer, das im Ständer eine drehzahl­proportionale Spannung induziert. Beim Starten des Motors muß die "Angehdreh­zahl" erreicht werden, d.h. die induzierte Spannung muß den Spannungsfall an den Dioden im Erregerkreis überschreiten, so daß die Selbsterregung einsetzt. Die "Angehdrehzahl" liegt oberhalb der Leer­lautdrehzahl ("Null-Ampere-Drehzahl"), da die Ladekontrollampe den Widerstand im Vorerregerkreis gegenüber dem im Erregerkreis vergrößert. Die festgelegte Leistung der Ladekontrollampe beein­flußt damit die "Angehdrehzahl".

Generatorkontrollampe Die Generatorkontrollampe (3) im Vor­erregerstromkreis wirkt beim Einschalten des Zünd- bzw. Fahrtschalters (4) wie ein Widerstand, der die Größe des Vorerre­gerstromes bestimmt. Bei richtig gewähl­ter Leistung der Lampe bewirkt der Strom ein genügend starkes Magnetfeld, um die Selbsterregung einzuleiten. Ist die Lei­stung der Lampe zu klein, zum Beispiel bei elektronischen Anzeigeelementen, muß ein Widerstand parallel geschaltet werden, um eine sichere Selbsterregung des Generators zu gewährleisten. So­lange die Lampe leuchtet, ist die Gene­ratorspannung kleiner als die Batterie­spannung. Die Lampe erlischt beim erst­maligen Erreichen der Angehdrehzahl, d. h. sobald die Drehzahl erreicht ist, bei der die volle Generatorspannung erzeugt wird und der Generator Leistung an das Bordnetz abgibt. Die Leistungen tür die Generatorkontrollampen sind: 2 W für 12-V-Anlagen, 3 W für 24-V-Anlagen.

Erregerstromkreis Der Erregerstrom lerr hat die Aufgabe, während der gesamten Betriebszeit des

Generators in der Erregerwicklung des Läufers ein Magnetfeld zu erzeugen und damit in den Wicklungen des Ständers die geforderte Generatorspannung zu in­duzieren. Da Drehstrom-Generatoren selbsterregete Generatoren sind, wird der Erregerstrom von dem in der Dreh­stromwicklung fließenden Strom abge­zweigt. Der Erregerstrom I err fließt, wie in Bild 8 dargestellt, durch die Erregerdioden (1 a), über die Kohlebürsten und Schleifringe durch die Erregerwicklung zur Klemme DF des Reglers (2), von der Klemme D­des Reglers durch die Leistungsdioden (1 c) zur Ständerwicklung zurück. Bei Be­trieb des Generators ist tür die Selbster­regung keine fremde Stromquelle mehr erforderlich.

Generatorstromkreis Die in den drei Phasen des Drehstrom­Generators induzierte Wechselspan­nung muß durch die mit Leistungsdioden bestückte Brückenschaltung gleichge­richtet und an die Batterie und die Ver­braucher weitergeleitet werden.

Bild 8

Erregerstromkreis.

1 Generator, 1a Erregerdioden , 1b Dioden in Plusplatte, 1c Dioden in Minusplatte, 1d Erregerwicklung, 2 Regler, 3 Generatorkontrollampe, 4 Zündschalter, 5 Batterie.

(+)

+ --r

: 5 -'--

(-)

3 30

D+ B+ --,

Grundlagen

123

Generatoren

124

Der Generatorstrom IG fließt von den drei Wicklungen über die Leistungs­dioden zu der Batterie und zu den Ver­brauchern im Bordnetz. Der Generatorstrom teilt sich in den La­destrom der Batterie und in den Verbrau­cherstrom auf. Den Verlauf der Spannun­gen der Ständerwicklungen in Abhängig­keit vom Drehwinkel eines Läufers zeigt Bild 10. Bei einem Läufer mit z. B. sechs PoIpaa­ren und einem Drehwinkel von 30° ist die Spannung gegenüber dem Sternpunkt am Wicklungsende v positiv, an w nega­tiv und an u null. Der daraus resultierende Stromverlauf ist aus Bild 9 ersichtlich. Der Strom fließt von dem Wicklungsende v, über die Plusdioden zur Generator­klemme B+, durch die Batterie bzw. durch die Verbraucher zur Masse (Gene­ratorklemme B-), über die Minusdioden zum Wicklungsende w. Bei einem Dreh­winkel von 45° fließt ein Strom von den Wicklungsenden v und w über den glei­chen Weg zum Wicklungsende u. In die­sem Fall ist keine der Phasen span­nungslos.

Bild 9

Generalorslromkreis.

1 Generator, 1a Erregerdioden, 1b Dioden in Plusplatte, 1c Dioden in Minusplatte, 1 d Erregerwicklung, 2 Regler, 3 Generatorkontrollampe, 4 Zündschalter, 5 Batterie.

+ ....,...

: 5 -'-

(-)

Beide Beispiele sind jedoch nur Momentanwerte. Die Phasenspannun­gen und Phasenströme wechseln dau­ernd ihre Größe und Richtung, während der Gleichstrom für die Batterieladung und die elektrischen Verbraucher seine Richtung grundsätzlich beibehält. Dieser Effekt beruht auf der Tatsache, daß zu jeder möglichen Position des Läufers alle Dioden an der Gleichrich­tung beteiligt sind. Damit ein Strom vom Generator zur Bat­terie fließen kann, muß die Gene­ratorspannung geringfügig höher als die Batteriespannung sein.

Spannungsregelung

Warum ist die Spannungsregelung erforderlich? Die Aufgabe des Spannungsreglers ist, die Generatorspannung und damit die Bordnetzspannung über den gesamten Drehzahlbereich des Fahrzeugmotors -unabhängig von Belastung und Drehzahl - konstant zu halten.

Bild 10

Spannungen in den Sländerwicklungen.

Verlauf in Abhängigkeit vom Drehwinkel eines Läufers mit sechs Polpaaren.

::0 Cl C ::J C C ro Q.

({)

o 15° 30° 45° 60·

Drehwinkel des Läufers

Die Generatorspannung ist stark abhän­gig von der Drehzahl und der Belastung des Generators. Trotz dieser sich dau­ernd ändernden Betriebsverhältnisse muß sichergestellt sein, daß die Span­nung auf den vorgegebenen Wert geregelt wird. Diese Begrenzung schützt die Verbraucher vor Überspannungen und verhindert, daß die Batterie überla­den wird. Zusätzlich müssen bei der Batteriela­dung die elektrochemischen Eigen­schaften der Batterie berücksichtigt wer­den. Üblicherweise liegt das Niveau, auf das der Regler die Generatorspannung begrenzt, bei Kälte etwas höher als bei Wärme, um die erschwerte Batteriela­dung zu verbessern.

Prinzip der Spannungsregelung Die im Generator erzeugte Spannung ist um so höher, je größer die Drehzahl des Generators und der Erregerstrom sind. Bei einem Generator mit voller Erregung, jedoch ohne Belastung und ohne Batte­rie, steigt die ungeregelte Spannung mit steigender Drehzahl linear an und er­reicht z. B. bei 10000 min-1 einen Wert

Bild 11

Regelung des Erregerstromes I.rr•

von ca. 140 V. Der Spannungsregler re­gelt die Höhe des Erregerstromes und damit die Größe des Magnetfeldes im Läufer in Abhängigkeit von der im Gene­rator erzeugten Spannung (Bild 11). Damit wird die Generator-Klemmen­spannung UG- (zwischen den Klemmen B+ und B-) bei wechselnder Drehzahl und Belastung bis zum Maximalstrom konstant gehalten. Kfz-Bordnetze mit 12 V Batteriespan­nung werden im 14-V-Toleranzfeld, sol­che mit 24 V Batteriespannung im 28-V­Toleranzfeld eingeregelt. Solange die vom Generator erzeugte Spannung un­terhalb der Regelspannung bleibt, schal­tet der Spannungsregler nicht. Übersteigt die Spannung im Rahmen der Regeltoleranz den vorgegebenen obe­ren Sollwert, unterbricht der Regler den Erregerstrom. Die Erregung wird schwä­cher, d. h. die Generatorspannung sinkt. Unterschreitet die Generatorspannung als Folge den unteren Sollwert, schaltet der Regler den Erregerstrom wieder ein. Die Erregung steigt und damit auch die Generatorspannung. Überschreitet die Spannung den oberen Grenzwert wieder,

Das Verhältnis der Einschaltdauer TE und der Ausschaltdauer TA ist maßgebend für die Größe des mittleren Erregerstromes Im. Der Anstieg des Erregerstromes erfolgt entlang der Kurve a, der Abfall entlang der Kurve b.

i E g ~ Q> 0> Q>

Jj

I I

o o

Regelzustand bei Drehzahl 1/,

ein aus ein

l max

~ ---~ ~ V

/ I

I - TA, - TE,-

Regelzustand bei Drehzahl " 2

Regler

aus ein aus ein aus ein

I ..." - ,

~ ~ '~ - 1E2 _ TM. -, ,

~tr-= - ' iA . - , -~ ~ .......... ---

Zeit t --

~

Grundlagen

125

Generatoren

126

beginnt der Regelzyklus erneut. Da die Regelzyklen im Bereich von Millisekun­den liegen, wird der Mittelwert der Gene­ratorspannung entsprechend der vorge­gebenen Kennlinie geregelt. Die stufen lose Anpassung an die ver­schiedenen Drehzahlen erfolgt selbst­tätig. Das Verhältnis der jeweiligen Ein­und Ausschaltzeiten ist maßgebend für die Größe des mittleren Erregerstromes. Bei niederen Drehzahlen ist die Ein­schaltzeit relativ lang und die Ausschalt­zeit kurz. Der Erregerstrom wird nur kurze Zeit unterbrochen und sein Durch­schnittswert ist hoch. Umgekehrt ist bei hohen Drehzahlen die Einschaltzeit kurz und die Ausschaltzeit lang. Es fließt ein niedriger Erregerstrom.

Einfluß der Umgebungstemperatur Die Reglerkennlinie, die Generatorspan­nung in Abhängigkeit von der Tempera­tur, ist den chemischen Eigenschaften der Batterie an ge paßt. Bei niedrigen Temperaturen liegt die Generatorspan­nung etwas höher, um die Batterieladung im Winter zu verbessern. Die Eingangs­spannungen der elektronischen Geräte und die spannungsabhängige Lebens­dauer der Glühlampen sind dabei be-

Bild 12

Reglerkennlinie.

Zulässiges Toleranzband der Generator­spannung (14 V) in Abhängigkeit von der Generator-Ansaugluft-Temperatur.

vr----------------------,

::;, 15

'" c: :> c: c: os 0. ~ o 1§ '" $14 (!)

13 ~~~~~UL~--~~~~ -40 -20 0 20 40 60 80 ·e

Temperatur tA

rücksichtigt. Bei höheren Temperaturen liegt die Generatorspannung niedriger, um eine Überladung der Batterie im Sommer zu vermeiden. Die Temperatur­kompensation wird durch geeignete Wahl der Bauelemente, z. B. der Z-Di­oden, erreicht. Eine Kennlinie für 14 V Generatorspannung ist im Bild 12 darge­stellt. Das Spannungsniveau beträgt 14,5 V mit einer Neigung von -10 mV/K.

Generatoraufbau

Die bisher besprochenen theoretischen Grundlagen und Zusammenhänge sind in den technisch ausgeführten Genera­toren verwirklicht. Die einzelnen Aus­führungen weichen je nach Anwen­dungsgebiet in Details voneinander ab. Der Klauenpolgenerator in Topfbauart ist heute noch in den meisten Kraft­fahrzeugen eingebaut. Zunehmend wird jedoch der Compact-Generator ver­wendet. Die wesentlichen Unterschiede im Auf­bau des Compact-Generators zur Topf­bauart sind die zwei innen liegenden Lüf­ter, die kleineren Schleifringe und die Po­sition des Gleichrichters außerhalb des Schleifringlagerschildes.

Der grundsätzliche Aufbau ist im Bild 13 dargestellt: - Feststehender Ständer (2) mit der dreiphasigen Ständerwicklung. Der Ständer besteht aus gegeneinander iso­lierten, mit Nuten versehenen Blechen, die zu einem festen Blechpaket zu sam­mengepreßt sind. In die Nuten sind die Windungen der Ständerwicklungen ein­gebettet. - Rotierender Läufer oder Rotor (3), auf dessen Welle sich die Polradhälften mit den klauenförmigen Magnetpolen, die Erregerwicklung, die beiden Lüfter, die Kugellager und die zwei Schleifringe be­finden. Die Erregerwicklung besteht aus einer einzigen ringförmigen Spule, die von den Klauenpolen umfaßt wird. Über die Kohlebürsten, die gegen die Schleif­ringe gedrückt werden, fließt nur der verhältnismäßig kleine Erregerstrom.

- Außerdem ist auf der Läuferwelle die Riemenscheibe für den Antrieb befestigt. Die Läufer der Drehstrom-Generatoren können in beiden Drehrichtungen betrie­ben werden. Entsprechend der Drehrich­tung muß die Lüfterform für Rechts- oder Linkslauf festgelegt werden. - Zwischen Antriebs- und Schleifring­lagerschild ist der Ständer eingespannt. In den beiden Lagerhälften ist die Läufer­weIle gelagert. - Gleichrichter mit Kühlblechen (6). Zur Gleichrichtung des Drehstromes sind mindestens sechs Leistungsdioden in die Kühlbleche eingepreßt. - Bürstenhalter mit Kohlebürsten. Über die Kohlebürsten und die Schleifringe (5) Bild 13

Aufbau eines Compact-Generators.

1 Gehäuse, 2 Ständer, 3 Läufer, 4 elektronischer Feldregler mit Bürstenhalter, 5 Schleifringe, 6 Gleichrichter, 7 Lüfter.

7

fließt der Erregerstrom zur umlaufenden Erregerwicklung. - Elektronischer Feldregler (4) für den Generatoranbau bildet mit dem Bürsten­halter eine Einheit. - Elektronischer Feldregler für Karosse­rieanbau (nicht abgebildet), in seltenen Fällen bei Nkw alternativ zum Feldregler für Generatoranbau verwendet, ist ge­trennt vom Generator an einer geschütz­ten Stelle der Karosserie befestigt und über elektrische Steckverbindungen an den Bürstenhalter angeschlossen.

2 3 4 5

7 6

Grundlagen

127

Generatoren

128

Generator­ausführungen

Auslegungskriterien

Folgende Kriterien sind für die Auswahl von Generatoren maßgebend: - Fahrzeugart, Betriebsbedingungen, - Drehzahlbereich des jeweiligen Ver-brennungsmotors, - Batteriespannung des Bordnetzes, - Strom bedarf möglicher Verbraucher, - Beanspruchung des Generators durch Umwelteinflüsse (Wärme, Schmutz, usw.), - Lebenserwartung, - Einbauverhältnisse, Abmessungen. Je nach Anwendung und den gegebenen Kriterien sind die Anforderungen an ei­nen Generator sehr unterschiedlich. Auch die Kriterien für die Wirtschaftlich­keit wechseln mit den Anwendungsge­bieten. Deshalb kann es keinen Univer­salgenerator geben, der allen Forde­rungen gerecht wird. Für die ver­schiedenen Einsatzbedingungen und Leistungsbereiche der jeweiligen Fahr­zeugarten und deren Antriebsmotoren wurden verschiedene Grundausführun­gen entwickelt, die in den folgenden Ab­schnitten beschrieben werden.

Daten und Baugrößen

Die erforderliche Generatorleistung ist ausschließlich von den im Kraftfahrzeug installierten Verbrauchern abhängig und nicht von der Fahrzeuggröße selbst. Für die Auswahl eines Generators sind primär bestimmend:

Tabelle 1: Generatortypen.

Bauart Verwendung Compact Pkw, Motorrad

- die Generatorspannung (14 V /28 V), - die mögliche Leistungsabgabe als Produkt aus Spannung und Strom über den Drehzahlbereich, - der Maximalstrom. Aufgrund dieser Daten werden die elek­trische Dimensionierung und die erfor­derliche Generatorgröße ermittelt. Als Kennzeichnung für die Baugrößen der Generatoren stehen Buchstaben. Die alphabetische Reihenfolge gibt die stei­gende Generatorgröße an. Ein weiteres Hauptmerkmal ist das Generator- bzw. Läufersystem (z. B. Klauenpolgenerator als Compact-Generator oder in Topfbau­art oder als Einzelpol- oder Leitstückläu­fer). Dieses Merkmal hat für die unter­schiedlichen Generatorarten eine alpha­numerische Kennung für Pkw (z. B. GC, KC, NC, G1, K1, N1) sowie für Nkw und Busse (z. B. K1, N1, T1). Weitere Varia­tionsmöglichkeiten sind z. B. durch die Art der Befestigung, die Lüfterform, die Riemenscheibe und die elektrischen An­schlüsse gegeben.

Klauenpolgeneratoren mit Schleifringen

Klauenpolgeneratoren mit Schleifringen weisen eine kompakte Bauweise bei günstiger Leistungscharakteristik und geringem Gewicht auf. Entsprechend breit ist das Spektrum der Anwendungs­möglichkeiten. Diese Generatoren eig­nen sich besonders für Pkw, Nkw, Schlepper usw. Die Ausführung T1 mit höherer Leistung ist für Fahrzeuge mit hohem Strombedarf (z. B. Busse) bestimmt. Den grundsätzli­chen Aufbau zeigt Bild 1.

Typ Polzahl GC, 12 KC, NC

Topf Pkw, Nkw, Schlepper, Motorrad G1 Pkw, Nkw, Schlepper K1, N1 Busse T1 16 Langstrecken-Nkw, Baumaschinen N3 12

Standard Sonderfahrzeuge T3 14 Sonderfahrzeuge, Schiffe U2 4,6

Merkmale Durch das gewählte Verhältnis von Länge zu Durchmesser wird ein Höchst­maß an Leistung bei geringem Material­aufwand erzielt. Dadurch ergibt sich die für diese Generatorart typische gedrun­gene Bauform mit großem Durchmesser und kurzer Baulänge. Diese Form gestat­tet zusätzlich eine gute Wärmeabfüh­rung. Die Bezeichnung "KlauenpoIgene­rator" ist mit der Klauenpolform seiner Magnetpole gegeben. Die Läuferwelle trägt die beiden gegensätzlich gepolten Polradhälften. Ihre klauenartig ausgebil­deten Polfinger greifen wechselseitig als Süd- und Nordpole ineinander. Sie über­decken die ringspulenförmige Erreger­wicklung, die sich auf dem Polkern befin­det (Bild 2). Die realisierbare Polzahl ist eingegrenzt. Eine niedrige Polzahl hat eine geringe Maschinenausnutzung zur Folge, während eine hohe Polzahl die magnetischen Streuflußverluste stark erhöhen würde. Aus diesem Grund sind diese Generatoren je nach Leistung als zwölfpolige oder sechzehnpolige Ma­schinen ausgeführt.

Compact-Generatoren Baureihe GC, KC und NC

Verwendung Die Baureihe besteht aus den Bau­größen GC, KC und NC. Drehstromge­neratoren in Compact-Bauweise sind für Bild 1

Grundsätzlicher Aufbau eines Klauenpolgenerators mit Schleifringen.

Personenkraftwagen mit hohem Strom­bedarf bestimmt. Sie sind besonders für moderne Fahrzeugmotoren mit niedriger Leerlaufdrehzahl geeignet. Die erhöhte Maximaldrehzahl des Generators (kurz­zeitig 20000 min-1) erlaubt eine höhere Übersetzung, so daß diese Generatoren bis zu 25 % mehr Leistung bei gleicher Motordrehzahl als z. B. Generatoren in Topfbauweise abgeben können.

Arbeitsweise Bild 3 zeigt einen zwölfpoligen Compact­Generator. Der magnetische Nutzfluß geht durch den Polkern, die linke Pol­hälfte und deren Finger, über den Luft­spalt zum feststehenden Ständerblech­paket mit der Ständerwicklung und schl ießt sich durch die rechte Polrad­hälfte wieder mit dem Polkern. Dieses Kraftlinienfeld schneidet beim Umlauf des Läufers die drei Stränge der festste­henden Ständerwicklung, wodurch bei einer Umdrehung (360°) sechs volle Si­nuswellen in jeder Phase induziert wer­den. Der erzeugte Strom teilt sich in Haupt- und Erregerstrom. Der Haupt­strom fließt nach der Gleichrichtung als Betriebsstrom über die Klemme B+ zur Batterie und zu den Verbrauchern.

Aufbau Compact-Generatoren sind zweiflutig durchlüftete, selbsterregte zwölfpolige Drehstrom-Generatoren mit Synchron-Bild 2

Teile eines zwölfpoligen Klauenpolläufers.

Die eingezeichnete Polung gilt tür Generatoren mit integriertem Regler.

Generator­ausführungen

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Generatoren

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Klauenpolläufer, kleinen Schleifringen und Zener-Leistungsdioden. Im Ständer ist die dreiphasige Drehstromwicklung mit 12 Polen und im Läufer das Erreger­system mit derselben Anzahl von Polen untergebracht. Das Ständerblechpaket ist an den MitteI­lamelIen im Gehäuse eingespannt und über die Lagerschilde zentriert. Daraus ergibt sich eine hohe Präzision bei der Montage des Generators und ein niedri­ges "magnetisches" Geräusch. Durch das Anprägen der Klauenpole in Verbindung mit der Mittellamellenein­spannung des Ständerpakets konnte eine weitere Geräuschsenkung erreicht werden. Zwei innenliegende Lüfter durch­fluten von den Stirnseiten her den Gene­rator. Dies führt zu einem geringeren Lüftergeräusch durch die Reduzierung des Abstrahlgrades und zu einem höhe­ren Freiheitsgrad bei der Wahl der Anbaustelle am Motor. Die Schleifringe haben einen wesentlich kleineren Durchmesser, wodurch auch die Umfangsgeschwindigkeit der Schleif-

Bild 3

Schnittbild eines Compact-Generators.

ringe kleiner wird. Dadurch ergibt sich ein geringerer Abrieb sowohl an der Schleif­ringoberfläche als auch an den Kohlebür­sten. Somit begrenzt der Bürstenabrieb nicht mehr die Lebensdauer der Genera­toren. Der elektronische Feldregler ist in dem Bürstenhalter integriert. Eine Kunststoffbeschichtung schützt die in Schichtbauweise ausgeführten Gleich­richter mit Z-Dioden vor Korrosion. Die Z­Dioden bieten einen zusätzlichen Schutz vor Überspannungen und Spannungs­spitzen.

Compact-Generatoren Baureihe B

Verwendung Die Baureihe B der Compact-Generato­ren für den Einsatz in Pkw und Nkw ist eine Weiterentwicklung des Compact­Generators der ersten Generation mit höherer Lebensdauer, geringeren Ab­messungen und geringerem Gewicht bei gesteigerter Ausgangsleistung. Sie be­steht aus sechs Baugrößen mit Nenn­spannung 14 V sowie drei Baugrößen

1 Riemenscheibe, 2 Antriebslagerschild, 3 innenliegender Lüfter, 4 Ständer, 5 Läufer, 6 Schleifringlagerschild, 7 elektronischer Feldregler mit Bürstenhalter, 8 Schleifringe, 9 Gleichrichter, 10 Schwenkarm. 1 2 3 4 5 3 6 7

I '

-f~-----10

Tabelle 2: Compact-Generatoren der Baureihe B.

Bau- Nenn- Nennstrom bei größe spannung 1800 min-1 6000 min-1

V A A GCB1 14 22 55 GCB2 14 37 70 KCB1 14 50 90 KCB2 14 60 105 NCB1 14 70 120 NCB2 14 90 150 KCB1 28 25 55 NCB1 28 35 80 NCB2 28 40 100

mit Nennspannung 28 V. Die enge Ab­stufung erlaubt eine optimale Anpas­sung an den Leistungsbedarf und die Platzverhältnisse in den Motorräumen moderner Kraftfahrzeuge.

Aufbau Der grundsätzliche Aufbau eines Com­pact-Generators der Baureihe B (Bild 4) unterscheidet sich nicht von dem eines herkömmlichen Compact-Generators.

Bild 4

Compact-Generator der Baureihe B (TeilschniU).

Eine neue Gleichrichterausführung läßt einen erhöhten Luftdurchsatz und da­durch eine verbesserte Kühlung zu. Die drei MitteIlamelIen des Ständerblechpa­ketes sind über den vollen Umfang zwi­schen den Lagerschiiden eingespannt und zentriert. Dadurch verbessert sich gegenüber dem Compact-Generator der ersten Generation die Schwingungsfe­stigkeit und der Wärmeübergang vom Ständereisen zu den Lagerschiiden. Compact-Generatoren der Baureihe B sind mit Multifunktionsreglern ausgerü­stet (Kapitel "Reglerausführungen").

Generatoren in Topfbauart Baureihen G1, K1 und N1

Verwendung Das umfassende Typenprogramm der Drehstrom-Generatoren in Topfbauweise der Baureihen G1, K1 und N1 erlaubt die Verwendung in Personen- und Nutzkraft­wagen, wobei Pkw immer mehr mit Com­pact-Generatoren ausgestattet werden. Für die verschiedenen Beanspruchun-

1 Gehäuse mit zweiflutiger Belüftung, 2 innen liegender Lüfter, 3 Ständer, 4 Läufer, 5 Regler, 6 außenliegende Schleifringe, 7 außenliegender Gleichrichter-

234 5 6 7

Generator­ausführungen

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Generatoren

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gen im Fahrzeug sind Sonderausführun­gen, z. B. mit besonderem Korrosions­schutz oder mit Schlauchanschlußadap­ter, verfügbar.

Arbeitsweise Die Arbeitsweise der Generatoren in Topfbauart ist gleich wie die der Com­pact-Generatoren. Das Bild 5 zeigt einen Drehstrom-Generator Typ K1 .

Aufbau Generatoren in Topfbauweise sind ein­flutig durchlüftete, selbsterregte zwölf­polige Drehstrom-Generatoren. Das Ständerpaket wird zwischen dem An­triebs- und Schleifringlagerschild - den "Töpfen" - eingespannt. In diesen bei­den Gehäuseteilen ist der Läufer in zwei Wälzlagern gelagert. Auf der Antriebs­lagerseite sind der Lüfter und die Riemenscheibe auf der Läuferwelle befestigt. Die Erregerwicklung erhält den Erregerstrom über die Kohlebürsten, die im Schleifringlagerschild montiert sind und mit Federn gegen die Schleifringe gedrückt werden.

Bild 5

In den Kühlblechen des Schleifring­lagerschildes sind die sechs Leistungs­dioden zum Gleichrichten der Genera­torspannung eingepreßt. Bei den mei­sten Ausführungen ist der elektronische Spannungsregler als Einheit mit dem Bürstenhalter direkt an der Stirnseite des Schleifringlagerschildes angebaut.

Für besondere Einsatzbedingungen sind K1- und N1-Generatoren mit folgender Ausstattung versehen: - Über einen Schlauchanschlußadapter wird bei sehr hohen Umgebungs­temperaturen kühle Luft durch einen Schlauch angesaugt. - Die Maximaldrehzahl läßt sich bis auf 18000 min-1 erhöhen. - Für sehr ungünstige Einbaubedin­gungen steht ein besonderer Korro­sionsschutz zur Verfügung. - Für den Schutz empfindlicher Bau­einheiten vor Spannungsspitzen bei plötzlicher Lastabschaltung (load dump) und batterie losem Betrieb werden für die Gleichrichtung Z-Leistungsdioden ver­wendet.

Schnittbild eines Klauenpolgeneralors in Topfbauarl.

1 Riemenscheibe. 2 Lüfter. 3 Antriebslagerschild. 4 Ständerpaket, 5 Erregerwicklung. 6 Schleifringlagerschild. 7 Schleifringe, 8 Schwenkarm. 9 Regler.

2 6

-tI--n-lR- H'tt----7

9

8

Generatoren in Topfbauart Baureihe n

Verwendung Drehstrom-Generatoren in Topfbauweise der Baureihe T1 sind für Fahrzeuge mit hohem Stromverbrauch, vor allem für Busse, bestimmt. Busse im Stadtverkehr erfordern eine hohe Leistungsabgabe innerhalb eines großen Drehzahlberei­ches, der auch den Motorleerlauf umfaßt. T1-Generatoren eignen sich besonders für diesen Einsatzbereich.

Arbeitsweise Die Arbeitsweise ist identisch mit der der Generatoren in Topfbauart der Baureihen G1,K1undN1 .

Aufbau T1-Generatoren sind einflutig durchlüf­tete, selbsterregte sechzehnpolige Dreh­strom-Generatoren mit eingebauten Gleichrichterdioden und gekapselten Schleifringen. Im Ständer ist die drei­phasige Drehstromwicklung und im Läu­fer das Erregersystem untergebracht.

Bild 6

T1-Generatoren gibt es in Schwenkarm­ausführung mit Haltearm links oder rechts für elastische oder starre Befesti­gung. Besonders breite Wälzlager mit großem Fettvorrat ermöglichen lange wartungsfreie Laufzeiten. Von der Dreh­richtung unabhängige Lüfter durchlüften die Generatoren. Besondere Korrosions­schutzmaßnahmen sichern die Genera­toren bei Winterbetrieb gegen Spritz­und Salzwasser. Bei extremen Beanspru­chungen (Hitze und Staub) kann über ei­nen Luftansaugadapter und -schlauch kühle, staubfreie und trockene Luft ange­saugt werden.

Sonderausführung Baureihe on Der Doppel-T1-Generator hat die Auf­gabe, den immer höher werdenden Leistungsanforderungen an die Genera­toranlage infolge steigender Komfort­ansprüche in Bussen gerecht zu werden. Er besteht im Prinzip aus zwei elektrisch und mechanisch gekoppelten Generato­ren der Baureihe T1 in einem gemeinsa­men Gehäuse (Bild 6).

Schnittbild eines Doppel-T1-Generators mit zwei Ständern und zwei Erregersystemen.

1 Lüfter. 2 Antriebslagerschild, 3 Riemenscheibe, 4 Antriebskugellager, 5 Schwenkarm, 6 Ständerwicklung 1,7 Erregerwicklung 1 (Läufer), 8 Ständerwicklung 2, 9 Erregerwicklung 2 (Läufer) , 10 Kabeleinführstutzen, 11 Bürstenhalter, 12 Schleifringrollenlager, 13 Schleifring, 14 Schleifringlager­schild, 15 Gleichrichterbaugruppe.

10

Generator­ausführungen

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Generatoren Schaltbild des Doppel-Tl-Generators mit zwei Ständern und zwei Erregersystemen.

1 Regler.

B+

0+ L~

1 Li'> 0+ u Li'>

1

-r ~ ...... ~ ....... (.G..l (,G:! 'C7 I 'C7

OF1 '\17 '\

( ) B- 0-

Der elektronische Spannungsregler ist im Generator eingebaut. Die Kohlebür­sten und Schleifringe befinden sich in ei­nem staubgeschützten Schleifringraum. Ein 100-Q-Widerstand zwischen D+ und D- läßt die Generatorkontrollampe bei einer Feldunterbrechung aufleuchten. Das Bild 7 zeigt den Schaltplan eines Doppel-T1-Generators mit zwei Stän­dern und zwei Erregersystemen.

Einzelpolgeneratoren mit Schleifringen

Baureihe U2 Einzelpolgeneratoren weisen neben ei­nem hohen Leistungsbereich eine hohe spezifische Leistung auf.

Verwendung Einzelpolgeneratoren mit Schleifringen werden vorwiegend für Großfahrzeuge mit hohem Strombedarf (> 100 A) und Batteriespannungen von 24 V einge­setzt. Sie eignen sich deshalb besonders für Busse, für Sqhienenfahrzeuge, für Schiffe und große Sonderfahrzeuge.

Arbeitsweise Der Generator nach Bild 8 ist ein vier­poliger, selbsterregter Einzelpolgenera-

30

.:. L~ .:. Li'> Li'> l ::. L~

7 'i 17 '\ 7 'i 17 '\ 7 '\ 17 'i 7 '\17

Bild 7

erfolgen vier Poldurchgänge, so daß je Strang vier Halbwellen induziert werden. Bei drei Phasen sind es also 4 x 3 = 12 Halbwellen pro Umdrehung.

Aufbau Die Anordnung der dreiphasigen Stän­derwicklung und der Stromverlauf sind identisch mit den bei KlauenpoIgenerato­ren. Jedoch weicht der Läufer dieses Generatorgrundtyps (Bild 9) vom Sy­stem des Klauenpolläufers ab. Der Klauenpolläufer hat eine zentrale, für alle Pole gemeinsam wirkende Er­regerwicklung. Der Einzelpolläufer da­gegen trägt vier oder sechs Einzelpole, auf denen die Erregerwicklung direkt auf-BildS

Aufbau eines Einzelpolgenerators mit Schleifringen.

134 tor. Bei einer Umdrehung des Läufers

gebracht ist. Jeder dieser Pole ist dabei einzeln bewickelt. Aus der charakteristischen Läuferform ergibt sich die schlanke langgestreckte Zylinderform des Einzelpolgenerators. Im zylindrischen Generatorgehäuse sind der Ständer mit der dreiphasigen Stän­derwicklung untergebracht. Das Ge­häuse wird jeweils von einem Schleifring­und einem Antriebslagerschild abge­schlossen. Der darin gelagerte Einzel­polläufer trägt die Erregerwicklung. Der Erregerstrom wird über Schleifringe und Kohlebürsten zugeführt. Gleichrichter und Regler sind externe Komponenten. Sie werden getrennt vom Generator an einer von Motorwärme, Feuchtigkeit und Schmutz geschützten Stelle eingebaut. Die Verbindung zwischen Generator und Regler wird über einen sechsadrigen Leitungssatz hergestellt. Durch eine Schleifringkapselung und ein Kugellager mit vergrößertem Fettraum eignet sich dieser Generator für Lang­zeitensätze.

Bild 9

Schnittbild eines Einzelpolgeneralors Typ U2.

Generatoren mit Leitstück­läufer ohne Schleifringe

Baureihe N3 Generatoren mit Leitstückläufer haben nur Wälzlager als Verschleißteile. Sie werden dort eingesetzt, wo eine lange Lebensdauer entscheidend ist.

Verwendung Schleifringlose Generatoren mit stabiler Eigenlagerung werden in Baumaschi­nen, in Lkw für Langstrecken und in stark beanspruchten Sonderfahrzeugen ein­gesetzt. Die Bedeutung der Generatoren mit Leit­stückläufer liegt darin, daß sie außer­ordentlich große Fahrstrecken unter schweren Einsatzbedingungen zu­lassen. Ihrem Bauprinzip liegt der Ge­danke zugrunde, möglichst wenig Ver­schleißteile im Generator zu verwenden, um so ausgedehnte wartungsfreie Lauf­zeiten zu erzielen. Der Generator ist praktisch wartungsfrei.

1 Antriebslagerschild. 2 Gehäuse, 3 Ständerwicklung, 4 Läufer, 5 Drehstromanschluß (Gleichrichter und Regler getrennt), 6 Abdeckklappe, 7 Lüfter, 8 Schleifringlagerschild, 9 Schleifring, 10 Antriebswelle.

2 4 5 6 7

9

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Generatoren

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Arbeitsweise und Aufbau Der Generator erregt sich selbst durch die feststehende, auf dem Innenpol sitzende Erregerwicklung. Da die vor­handene Remanenz groß genug ist, muß das Feld des Generators nicht vorerregt werden. Das Erregerleid magnetisiert die wechselweise angeordneten Polfinger des umlaufenden Leitstückläufers. Das rotierende Magnetfeld dieser Pole indu­ziert wiederum in der Ständerwicklung eine dreiphasige Wechselspannung. Der Magnetfluß verläuft dabei vom Polkern des rotierenden Läufers über den fest­stehenden Innenpol zum Leitstück, dann über dessen Polfinger zum feststehen­den Ständerpaket. Über die entgegen­gesetzt gepolte Klauenhälfte schließt sich der magnetische Kreis im Polkern des Läufers. Der magnetische Fluß muß im Gegensatz zum Schleifringläufer zwei zusätzliche Luftspalte zwischen dem um­laufenden Polrad und dem feststehen­den Innenpol überwinden (Bild 10). Typisch ist, daß neben dem Gehäuse mit dem Ständerpaket, den Kühlblechen mit

Bild 10

Schnittbild eines Leitstückläufers.

1 Läuferwelle mit Polkern, 2 Leitstück, 3 unmagnetischer Haltering, 4 Polradhälfte.

Bild 11

den Leistungsdioden und dem angebau­ten Transistorregler auch der Innenpol mit der Erregerwicklung zum feststehen­den Teil der Maschine gehört. Das drehende Teil besteht lediglich aus dem Läufer mit Polrad und Leitstück (Bild 11). Sechs Polfinger gleicher Polarität bil­den als Nord- bzw. Südpole je eine Pol­fingerkrone. Die beiden Kronen als Klauenpolhälften werden durch einen unmagnetischen Ring, der unter den ineinandergreifenden Polfingern liegt, zusammengehalten.

Schnittbild eines Generators mit Leitstückläufer Typ N3.

1 Zweirillige Riemenscheibe, 2 Lüfter, 3 Antriebslagerschild mit feststehendem Innenpol, 4 Ständerpaket, 5 feststehende Erregerwicklung, 6 Leitstückläufer, 7 hinteres Lagerschild, 8 Anbautransistorregler, 9 Leistungsdiode, 10 Schwenkarm, 11 Leitstück.

Flüssigkeitsgekühlter Compact­Generator Der zur Kühlung erforderliche Lüfter ver­ursacht maßgeblich das Strömungs­geräusch luftgekühlter Generatoren. Eine deutliche Geräuschreduzierung bei hö­herer Stromabgabe läßt sich jedoch nur mit einem flüssigkeitsgekühlten Genera­tor realisieren, bei dem die Kühlflüssig­keit des Motors zur Kühlung dient.

Verwendung In modernen Mittelklasse- und Ober­klassefahrzeugen ist der Einsatz eines vollständig gekapselten, flüssigkeitsge­kühlten Generators bisweilen die einzige Möglichkeit, das Fahrzeuggeräusch ent­scheidend zu senken. Die Schalldäm­mung des Kühlflüssigkeitsmantels wirkt vor allem im oberen Drehzahlbereich, in dem bei luftgekühlten Generatoren das Strömungsgeräusch dominiert. Bei entsprechender Belastung des Ge­nerators (z.B. durch Heizwiderstände in der Zuluft des Fahrgastraumes) unter­stützt die Verlustwärme des Generators Bild 12

Flüssigkeilsgekühller Compacl-Generalor.

die Kühlwasseraufheizung während der Warmlaufphase, was vor allem bei den modernen wirkungsgradoptimierten Die­selmotoren zur Verkürzung der Warm­laufphase und zum schnellen Aufheizen des Fahrgastraumes beiträgt.

Aufbau Der vollständig gekapselte Generator ist mit einem Leitstückläufer ohne Schleif­ringe ausgeführt, weil ein Bürsten­Schleifring-System wegen der hohen Innenraumtemperaturen keine ausrei­chende Laufzeit aufweisen würde. Der Generator ist in einem Einschubge­häuse befestigt. Der Kühlflüssigkeits­mantel zwischen Generator- und Ein­schubgehäuse ist an den Kühlkreislauf des Motors angeschlossen. Alle wesent­lichen Verlustquellen (Ständer, Lei­stungshalbleiter, Regler und feststehen­de Erregerwicklung) sind so an das Ge­neratorgehäuse gekoppelt, daß eine gute Wärmeleitung erfolgen kann (Bild 12). Die elektrischen Anschlüsse befin­den sich auf der Antriebsseite.

1 Riemenscheibe, 2 Gleichrichter, 3 Regler, 4 Antriebslagerschild, 5 Generatorgehäuse, 6 Kühlflüssigkeitsmantel , 7 Einschubgehäuse, 8 feststehende Erregerwicklung, 9 Ständerpaket, 10 Ständerwicklung, 11 Leitstückläufer.

4 6 7 8 9 10 11

Generator­ausführungen

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Generatoren

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Reglerausführungen

Der elektromagnetische (mechanische) Kontaktregler und der elektronische Regler sind die beiden grundsätzlichen Ausführungen der Regler für die Span­nungsregelung. Der elektromagnetische Regler wird praktisch nur noch für Ersatzzwecke ein­gesetzt. Der elektronische Regler in Hy­brid- oder Monolithtechnik gehört zur Standardausrüstung bei allen Dreh­strom-Generatoren.

Elektromagnetische Spannungsregler

Durch Öffnen und Schließen eines be­weglichen Kontaktes im Erregerstrom­kreis wird der Erregerstrom unterbrochen und somit eine Änderung des Erreger­stromes bewirkt. Der bewegliche Kontakt wird mit einer Federspannung gegen ei­nen feststehenden Kontakt gedrückt und bei Überschreiten der Sollspannung von einem Elektromagneten abgehoben. Die für Drehstrom-Generatoren geeig­neten Kontaktregler sind Einelement­Regler, d. h. Regler mit einem Span­nungsregelelement, das selbst aus Elek-

Bild 1

Schaltbild eines Einelement­Einkontaktregler.

1 Regler, 2 Generator, 3 Elektromagnet, 4 Regelkontakt, 5 Regelwiderstand, 6 Erregerwicklung (G).

tromagnet, Anker und Regelkontakt be­steht. Die Kontakte öffnen und schließen sich beim Einelement-Einkontaktregler auf folgende Weise (Bild 1): Auf den Regel­anker wirkt einerseits die Magnetkraft und andererseits die Federkraft einer Aufhänge- und Einstellfeder. Überschreitet die Generatorspannung den Sollwert, zieht die Magnetkraft den Anker an und öffnet den Kontakt (Schalt­steIlung b). Dadurch wird ein Widerstand in den Erregerstromkreis geschaltet, der ein Sinken des Erregerstromes bewirkt und damit ein Sinken der Generator­spannung zur Folge hat. Unterschreitet die Generatorspannung den Sollwert, wird die Magnetkraft wieder kleiner. Die Federkraft überwiegt und schließt den Kontakt (Schaltstellung a). Dieser Vor­gang wiederholt sich ständig. Der Einelement-Zweikontaktregler ar­beitet mit einem zweiten Kontaktpaar, wodurch drei SchaltersteIlungen möglich sind (Bild 2). In der Schaltstellung a ist der Regelwi­derstand kurzgeschlossen, es fließt ein hoher Erregerstrom. In der SchaltsteI­lung b sind Regelwiderstand und Erre­gerwicklung in Reihe geschaltet und ver­mindern dadurch den Erregerstrom. In der Schaltstellung c wird die Erreger-

Bild 2

Schaltbild eines Einelement­Zweikontaktregler.

1 Regler, 2 Generator, 3 Elektromagnet, 4 Regelwiderstand, 5 Regelkontakt, 6 Erregerwicklung (G).

(+)

1 2 r- '-I 3 4

--

I L!:--+-. -----<>+"'------'0-__

H 31

wicklung kurzgeschlossen, der Erreger­strom ist praktisch null. Baugröße und Eigenschaften lassen nur den Karosserieanbau zu.

Elektron ische Spannungsregler Der elektronische Spannungsregler wird ausschließlich als Regler für Drehstrom­Generatoren verwendet. Seine kleinen Abmessungen, sein geringes Gewicht und die Unempfindlichkeit gegenüber Erschütterungen erlauben es, ihn direkt in den Generator zu integrieren. Während früher der Transistorregler aus diskreten Bauelementen aufgebaut war, werden heute ausschließlich Regler in Hybrid- und Monolithtechnik eingesetzt. Die wesentlichen Vorteile des elektro­nischen Reglers sind: - kurze Schaltzeiten, die geringe Regel­toieranzen ermöglichen, - kein Verschleiß (Wartungsfreiheit), - hohe Schaltströme (weniger Typen), - funkenfreies Schalten, das Funkstö-rungen verhindert, - Unempfindlichkeit gegen Stoß, Vibra­tion und klimatische Einflüsse, - elektronische Temperaturkompensa­tion, die ebenfalls geringe Regeltoie­ranzen zur Folge hat, - Kleinbauweise, die den Anbau am Generator auch bei größeren Generator­typen ermöglicht.

Wirkungsweise Die Wirkungsweise des elektronischen Reglers ist im Prinzip bei den verschie­denen Ausführungen gleich. Sie wird am Beispiel des Transistorreglers Typ EE er­läutert. Die Funktionen des Reglers Typ EE zwischen den Regelzuständen "Ein" und "Aus" zeigt das Bild 3. Die Wirkungsweise wird deutlich, wenn man die Vorgänge bei steigender und bei fallender Klemmenspannung des Gene­rators betrachtet. Der Istwert der Gene­ratorspannung zwischen den Klemmen D+ und D- wird über einen Spannungs­teiler (Widerstände R1, R2 und R3) er­faßt. Parallel zu R3 ist eine Z-Diode als Sollwertgeber des Reglers geschaltet,

die stets an einer der Generatorspan­nung proportionalen Teilspannung liegt. Solange der Istwert der Generatorspan­nung kleiner ist als der Sollwert, liegt der Regelzustand "Ein" vor (Bild 3a). Die Durchbruchspannung der Z-Diode ist noch nicht erreicht, d. h. es fließt kein Strom durch den Zweig mit der Z-Diode zur Basis des Transistors T1. T1 ist im Sperrzustand. Bei gesperrtem Transistor T1 fließt ein Strom von den Erreger­dioden über die Klemme D+ und den Wi­derstand R6 zur Basis des Transistors T2 und schaltet T2 ein. Der durchge­schaltete Transistor T2 verbindet die Klemme DF mit der Basis von T3. Somit ist mit T2 auch immer T3 leitend. Die Transistoren T2 und T3 sind als Darling­ton-Stufe ausgeführt und bilden die Lei­stungsstufe des Reglers. Durch T3 und die Erregerwicklung fließt der Erreger­strom lerr, der während der Einschalt­dauer ansteigt und ein Ansteigen der Generatorspannung UG bewirkt. Gleich­zeitig steigt auch die Spannung am Soll­wertgeber. Überschreitet der Istwert der Generatorspannung den Sollwert, liegt der Regelzustand "Aus" vor (Bild 3b). Die Z-Diode wird mit dem Erreichen der Durchbruchspannung leitend. Es fließt ein Strom von D+ über die Widerstände R1, R2 in den Stromzweig mit der Z-Di­ode zur Basis des Transistors T1. T1 wird damit ebenfalls leitend. Als Folge davon wird die Spannung an der Basis von T2 gegenüber dem Emitter praktisch null und die beiden Transistoren T2 und T3 als Leistungsstufe sperren. Der Erre­gerstromkreis wird unterbrochen, die Er­regung klingt ab und die Generatorspan­nung sinkt. Sobald die Generatorspan­nung wieder unter den Sollwert gesunken ist und die Z-Diode wieder sperrt, schal­tet die Leistungsstufe den Erregerstrom wieder ein. Bei der Unterbrechung des Erreger­stromes würde infolge der Selbstinduk­tion in der Erregerwicklung (gespeicherte magnetische Energie) eine Spannungs­spitze entstehen, die die Transistoren T2 und T3 zerstören könnte. Um dies zu ver­hindern, ist parallel zur Erregerwicklung die "Freilaufdiode" D3 geschaltet. Die

RegIer­ausführungen

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Generatoren

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Freilaufdiode übernimmt den Erreger­strom im Moment der Unterbrechung und verhindert das Entstehen der Span­nungsspitze. Der Regelzyklus vom Ein- und Aus­schalten des Stromflusses, indem die Er­regerwicklung abwechselnd an die Ge­neratorspannung gelegt oder über die Freilaufdiode kurzgeschlossen wird, wie­derholt sich periodisch. Das Tastverhält­nis hängt im wesentlichen von der Gene­ratordrehzahl und von der Belastung ab. Der Kondensator C glättet die wellige Generatorgleichspannung. Das schnelle, exakte Umschalten der Transistoren T2 und T3 wird durch den Widerstand R7 erreicht, ebenso die Verringerung der Umschaltverluste. Bild3

Stromlaufplan eines Transistorregler Typ EE.

Regler in Hybridtechnik Ein Transistorregler in Hybridtechnik ent­hält in einem hermetisch gekapselten Gehäuse eine Keramikplatte mit Schutz­widerständen in Dickschichttechnik und einem aufgeklebten integrierten Schalt­kreis (IS bzw. IC), in dem alle Steuer- und Regelfunktionen vereinigt sind. Die Leistungsbauelemente der Endstufe (Darlington-Transistoren und die Frei­laufdiode) sind direkt auf dem Metali­sockel aufgelötet, um eine gute Wärme­ableitung zu gewährleisten. [,ie elektri­schen Anschlüsse sind durch glasiso­lierte Metallstifte herausgeführt. Der Regler ist auf einem angepaßten Bürstenhalter montiert und ohne Ver­kabelung direkt am Generator befestigt.

a Erregerslrom durch a T3 eingeschaltet, !!.(+ .... ) t-------.------------::~--b Erregerstrom durch T3 ausgeschaltet. 1 Leistungsstufe, 2 Steuerstufe, 3 Spannungsteiler, 4 Temperatur­Kompesations­Dioden. C Kondensator zur Spannungsglättung D3 Freilaufdiode.

(-)

Bedingt durch die Darlingtonschaltung in der Leistungsendstufe (zwei Transisto­ren), ist der Spannungsfall in Fluß­richtung etwa 1,5 V. Das Schaltbild (Bild 4) zeigt einen Dreh­strom-Generator mit dem Spannungs­regler in Hybridtechnik Typ EL. Seine charakteristischen Eigenschaften sind: kompakte Bauweise, geringes Ge­wicht, wenig Bauteile, wenig Verbin­dungssteIlen, hohe Zuverlässigkeit im Fahrzeugeinsatz bei extremen Betriebs­bedingungen. Der Regler in Hybridtechnik mit normalen Dioden wird hauptsächlich in Genera­toren in Topfbauart verwendet.

Regler in Monolithtechnik Der Regler in Monolithtechnik ist eine Weiterentwicklung des Hybridreglers. Die Funktionen des IC, der Leistungs­stufe und der Freilaufdiode des Hybrid­reglers sind in einem Chip integriert. Der Monolithregler ist in Bipolartechnik aus­geführt. Die Zuverlässigkeit ist aufgrund der kompakten Bauweise, d. h. weniger Bauelemente und weniger Verbindungen, weiter erhöht. Die Endstufe ist als einfa­che Leistungsstufe ausgeführt, weshalb der Spannungsfall in Flußrichtung nur 0,5 V beträgt. Regler in Monolithtechnik in Kombination

Bild 4

mit Gleichrichtern (mit Z-Dioden) werden in Compact-Generatoren verwendet.

Multifunktions-Spannungsregler Der Multifunktions-Spannungsregler kann zusätzlich zur Spannungsregelung zum Beispiel mit einer LED-Anzeige anstelle der Generatorkontrollampe sowie einer Fehleranzeige für Unter- und Überspan­nung, Keilriemenbruch oder Erregungs­unterbrechung ausgestattet sein. Der Generator benötigt keine Erreger­dioden mehr. Das Signal "Motor läuft" kann über den Anschluß Labgefragt werden. Der Anschluß W liefert ein der Drehzahl proportionales Signal. Der Ab­griff des Istwertes der Spannung erfolgt an der Klemme B+ am Generator. Die Standardausführung für Compact­Generatoren der Baureihe B stellt weite­re Funktionen zur Verfügung: Bei Lastzuschaltungen im Bordnetz wird die Erregung des Generators über eine Rampe nachgefahren. So können keine Drehmomentsprünge im Riementrieb entstehen, durch die z.B. der gleichmä­ßige Leerlauf des Motors gestört werden kann (LRD: Load-Response Drive; LRS: Load-Response Start). Das Tastverhältnis des Reglers kann über den Anschluß DFM abgefragt wer­den. Es kennzeichnet den Auslastungs-

Schaltbild eines Generators mit elektronischem Regler in Hybridtechnik Typ EL.

1 Steuerstufe in Dickschichttechnik mit Widerständen und IC, 2 Leistungsstufe (Darlington-Schaltung) , (+) 3 Freilaufdiode.

-, I

H

15 30

I I I I I J

RegIer­ausführungen

141

Generatoren

142

grad des Generators und ist für Aus­wahlschaltungen verwendbar (z.B. zum Abschalten von Verbrauchern mit gerin­ger Priorität bei voller Generatorausnut­zung). Der Anschluß L ist für Relaisan­steuerungen bis max. 0,5 A ausgelegt. Die Verlustleistung der Generatorkon­trollampe im Instrumentenfeld ist häufig zu groß und störend. Sie kann z. B. durch Übergang auf eine LED-Anzeige reduziert werden. Multifunktions-Span­nungsregler erlauben die Ansteuerung sowohl von Glühlampen als auch von LED als Anzeigeelemente.

Überspannungs­schutz

Bei ordnungsgemäß angeschlossener Batterie und normalen Fahrbedingungen ist kein zusätzlicher Überspannungs­schutz für die elektronischen Bauele­mente im Bordnetz erforderlich. Der nie­dere Innenwiderstand der Starterbatterie dämpft alle im Bordnetz auftretenden Spannungsspitzen. Jedoch als vorbeugende Maßnahme für abnormale Betriebsbedingungen, z. B. bei Gefahrenguttransportern oder Störun­gen im Bordnetz eines Fahrzeuges, ist ein Überspannungsschutz oft sinnvoll.

Ursachen für Überspannungen Überspannungen im Bordnetz können bei folgenden Situationen auftreten: - Reglerausfall, - Einfluß der Zündung, - Abschalten von Verbrauchern mit vor-wiegend induktiver Last, - Wackelkontakte oder Kabelbruch.

Die Überspannungen sind Spannungs­spitzen von kurzer Dauer im Bereich von Millisekunden. Die höchsten Spannungs­spitzen liegen bei 350 V und haben ihre Ursache in der Spulenzündung. Über­spannungen entstehen auch, wenn bei laufendem Motor die Leitung zwischen

Generator und Batterie unterbrochen ist (z. B. bei Start mit einer Fremdbatterie) und starke Verbraucher ausgeschaltet werden. Deshalb soll ein Generator im Kraftfahrzeug im normalen Fahrbetrieb nicht ohne angeschlossene Batterie be­trieben werden. Für bestimmte Situationen muß jedoch ein Kurzzeit- oder Notbetrieb ohne Bat­terie zugelassen werden. Derartige Situationen sind zum Beispiel: -:- Fahren neugefertigter Fahrzeuge vom Endmontageband zum Abstellplatz ohne Batterie, - Bahn- oder Schiffsverladung ohne Batterie (die Batterie wird erst vor liefe­rung des Fahrzeuges an den Kunden eingebaut), - Kundendienstarbeiten usw. Auch bei Schleppern und Traktoren ist ein Betrieb ohne Batterie nicht immer zu vermeiden. Ein Überspannungsschutz garantiert ei­nen störungsfreien Betrieb; er erfordert jedoch einen zusätzlichen Schaltungs­aufwand.

Schutzarten

Der Schutz gegen Überspannungen kann durch drei Alternativen realisiert werden:

Schutz durch Z-Dioden Anstelle der Leistungsdioden des Gleich­richters können Z-Dioden eingesetzt werden. Sie begrenzen auftretende ener­giereiche Spannungsspitzen, so daß sie tür den Generator und den Regler unschädlich sind. Z-Dioden bieten darü­ber hinaus einen zentralen Überspan­nungsschutz tür weitere spannungsemp­findliche Verbraucher im Bordnetz. Die Spannung eines mit Z-Dioden aus­gerüsteten Gleichrichters beträgt bei ei­nem Generator mit 14 V Generator­spannung 25 ... 30 V, bei einem Ge­nerator mit 28 V Generatorspannung 50 ... 55 V. Die Drehstrom-Generatoren in Com­pactbauweise sind grundsätzlich mit Z­Dioden ausgestattet.

Generator und Regler in spannungsfester Ausführung In diese Generatoren sind Halbleiterbau­elemente mit höherer Spannungsfestig­keit eingebaut. Die Spannungsfestigkeit der Halbleiter liegt bei 14 V Generator­spannung mindestens bei 200 V und bei 28 V Generatorspannung bei 350 V. Zusätzlich ist zwischen der Generator­klemme B+ und Masse ein Kondensator geschaltet, der gleichzeitig der Nahent­störung dient. Spannungsfeste Generatoren und Reg­ler haben nur Eigenschutzfunktion. Sie bieten also keinen Fernschutz für andere spannungsempfindliche Verbraucher und Bauelemente im Bordnetz.

Überspannungsschutzgeräte (nur für 28-V-Generatoren) Überspannungsschutzgeräte sind Halb­leiterschaltungen, die mit den Genera­torklemmen D+ und D- (Masse) verbun­den werden. Beim Auftreten von Span­nungsspitzen wird der Generator über die Erregerwicklung kurzgeschlossen . Überspannungsschutzgeräte schützen primär Generator und Regler und erst in zweiter Linie spannungsempfindliche Verbraucher im Bordnetz. Drehstrom-Generatoren haben üblicher­weise keinen Verpolungsschutz. Eine Bild 1

Verpolung der Batterie (z. B. Verwech­seln der Batteriepole bei Starthilfe mit Fremdbatterie) führt zur Zerstörung der Dioden im Generator und gefährdet die Halbleiterbauelemente anderer Geräte.

Überspannungsschutzgerät, nicht automatisch Dieses Überspannungsschutzgerät wird direkt an die Klemmen D+ und D- der Generatoren der Baureihe T1, z.B. in Omnibussen oder Nkw, angeschlossen (Bild 1). Tritt an diesen Klemmen eine Spannungsspitze oder eine Überspan­nung auf, die über dem Ansprechwert des Gerätes von ca. 31 V liegt, wird der Thyristor Th leitfähig. Die Z-Diode ZD wirkt als Sollwertgeber. Die Widerstände R1, R2 und der Kondensator C bestim­men die erforderliche Ansprechver­zögerung. Innerhalb von Millisekunden sind damit Regler und Generator über die Klemmen D+ und D- kurz­geschlossen. Der Thyristor übernimmt den Kurzschlußstrom. Durch den Bat­teriestrom leuchtet die Generatorkon­trollampe auf, der Fahrer wird gewarnt. Der Thyristor sperrt erst wieder, wenn der Kurzschlußstrom nicht mehr fließt, d.h. nach Ausschalten des Fahrtschal­ters oder bei Motor- bzw. Generator­stillstand.

Schaltbild eines Überspannungsschutzgerätes (nicht automatisch) für 24-V-Bordnetz.

1 Batterie, 2 Überspannungsschutzgerät, 3 Fahrtschalter, 4 Regler, 5 Generator.

(+) --------------- -----~

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5

DS +----fEt-*"-H Th 4

DF

~L-. ~--~----~----~--~-~O+----+---_+~_D_-__ __ 31

Über­spannungs­schutz

143

Generatoren

144

Bei einem Vertauschen von D+ und D­beim Einbau des Gerätes gewährt das Gerät keinen Überspannungsschutz. Die Generatorkontrollampe zeigt diesen Fehler nicht an, d.h. er wird auch nicht bemerkt. Um eine sichere Anzeige zu ge­währleisten, wird eine Sicherheitsdiode DS zwischen die Klemmen D+ und D- geschaltet. bei einem Vertau­schen der Leitungen ist diese Diode in Durchlaßrichtung gepolt. Die Genera­torkontrollampe brennt dauernd.

Überspannschutzgerät mit Einschaltautomatik Dieses Schutzgerät ist für Generatoren der Baureihe T1 bestimmt (Bild 2). Das Gerät hat die zwei Eingänge D+ und B+, die auf unterschiedliche Spannungs­höhen und Ansprechzeiten reagieren. Der Eingang D+ wirkt, wie bei dem oben beschriebenen Gerät, als schneller Über­spannungsschutz. Der zweite Eingang B+ spricht nur an, wenn der Regler defekt ist. Dabei steigt die Spannung des Generators ungere­gelt an, bis die Ansprechspannung des Gerätes von cirka 31 V erreicht ist und das Gerät schaltet. Der Generator bleibt bis zum Abstellen des Motors kurzge­schlossen. Der Eingang B+ arbeitet also als Folgeschadenschutz. Mit diesem Überspannungsschutzgerät ist in begrenztem Umfang ein batterie­loser Betrieb des Generators möglich. Beim Ansprechen des Schutzgerätes bricht die Generatorspannung kurzzeitig zusammen; bei zu hoher Belastung kann sich der Generator nicht mehr erregen. Spannungsspitzen, die durch Lastab­schaltungen vom Generator selbst ent­stehen, können die anderen Verbraucher im Bordnetz durch Kurzschluß des Ge­nerators nicht beschädigen. Außerdem wird ein Schutz des Bordnetzes gegen Folgeschäden bei defektem Regler er­reicht.

Folgeschadenschutzgerät Das Folgeschadenschutzgerät ist spe­ziell für den Doppel-T1-Generator mit zwei Ständern und zwei Erregersy­stemen bestimmt (Bild 3).

Während die Überspannungsschutzge­räte den Generator kurzschließen, über­nimmt das Folgeschadenschutzgerät auch bei Batterielosem Notbetrieb bis zu einem gewissen Grad eine Ersatz­regelfunktion. Es hält im Rahmen der möglichen Generatorbelastung und in Abhängigkeit von der Generatordrehzahl eine mittlere Generatorspannung von ca. 24 V aufrecht und ermöglicht damit einen Notbetrieb. Bei Betrieb mit Batterie und leitend defektem Regler unterbricht das Folge­schadenschutzgerät den Erregerstrom­kreis des Generators ca. 2 s nach Über­schreiten der Ansprechschwelle von 30V. Danach wirkt der Relaiskontakt des Gerätes als Kontaktregler und über­nimmt die Ersatzregelfunktion. Bei batterielosem Betrieb (Notbetrieb ohne Batterie) spricht das Gerät an, wenn eine Spannungsspitze von 60 V oder mehr länger als 1 ms ansteht. Die Generatorkontrollampe zeigt den Notbetrieb durch Blinken an. Da der Spannungsmittelwert sehr niedrig ist, wird bei diesem Betrieb die Batterie nicht geladen. Die maximale Betriebszeit der Ersatzregelfunktion beträgt ca. 10 Stun­den. Danach muß das Folgeschaden­schutzgerät ausgetauscht werden.

Freilaufdiode

Die "Freilaufdiode" (auch "Löschdiode" genannt) wurde bereits bei der Funk­tionsbeschreibung elektronischer Regler erwähnt. Beim Umschalten in den Regelzustand "Aus" entsteht bei der Unterbrechung des Erregerstromes durch Selbstinduk­tion in der Erregerwicklung eine Span­nungsspitze. Ohne vorbeugende Maß­nahmen könnten hierdurch empfindliche Halbleiterbauelemente zerstört werden. Um dies zu vermeiden, ist im Regler parallel zur Erregerwicklung die Freilauf­diode geschaltet. Sie übernimmt den Erregerstrom im Moment der Unter­brechung und ermöglicht das "Totlaufen" bzw. "Löschen" des Stromes. Die Frei-

laufdiode verhindert das Entstehen solcher Spannungsspitzen. Bei Fahrzeugen, die außerhalb des Bereiches des Generatorreglers mit weiteren induktiven Verbrauchern (Ge­räte mit Wicklungen) ausgestattet sind, kann ein ähnlicher Effekt auftreten. Beim Abschalten von elektromagnetischen Türventilen, Magnetschaltern, Magnet­kupplungen, Motorantrieben, Relais usw. können durch Selbstinduktion in den Bild 2

Wicklungen dieser Geräte Spannungs­spitzen entstehen. Wegen diesen Span­nungsspitzen sind die Dioden und an­dere Halbleiterbauelemente ebenfalls gefährdet. Diese Induktionsspannungen können mit Hilfe einer Freilaufdiode un­schädlich gemacht werden.

Vereinfachtes Schaltbild eines Überspannungsschutzgerätes mit Einschaltautomatik für den Generatortyp T1 .

1 Batterie, 2 Überspannungsschutzgerät, 3 Fahrtschalter, 4 Regler, 5 Generator.

(+ )

+ --r

: 1

D­~--~--~--+-~------~~r---~-------+O D-

( - ) 31

Bild 3

Schaltbild eines Überspannungsschutzgerätes für Doppel-T1-Generator.

1 Batterie, 2 Folgeschadenschutzgerät, 3 Fahrtschalter, 4 Generator mit Regler.

30 --~~------------------~--------------------~--~-----(+)

+ DF

B+

~-31 31

Über­spannungs­schutz

145

Generatoren

146

Kühlung und Geräusch Eine deutliche Temperaturerhöhung der Generatorkomponenten ist vor allem we­gen der Verlustwärme des Generators und wegen der Wärmezufuhr aus dem Motorraum (z.B. wegen der Wärme­strahlung bzw -leitung von Motor und Abgasanlage) zu verzeichnen. Die Wär­meentwicklung verstärkt sich noch, wenn der Motorraum zur Schalldämpfung zu­sätzlich gekapselt ist. Die entstehende Wärme muß im Interesse der Funktions­sicherheit, der Gebrauchsdauer und des Wirkungsgrades komplett abgeführt werden. Die maximal zulässige Um­gebungstemperatur liegt je nach Genera­tortyp bei 80 ... 100 °C. Die Kühlung muß so ausgelegt sein, daß die Temperaturen der Komponenten auch unter den ungün­stigsten Betriebsbedingungen, die spezi­fischen Grenzwerte nicht überschreiten ("worst-case" Betrachtung).

Kühlung ohne Frischluftansaugung

Die meistgebrauchte Art der Kühlung von Kraftfahrzeuggeneratoren, die unter nor­malen Bedingungen eingesetzt werden, ist die Durchlüftung. Dafür werden Ra­diallüfter für eine oder beide Dreh-

Bild 1

Einflutige Durchlüftung.

Generator in Topfbauweise Typ G1 mit Lüfter für Rechtslauf.

richtungen verwendet. Da die Lüfter zu­sammen mit der Generatorwelle ange­trieben werden, erhöht sich mit steigen­der Drehzahl auch der Durchsatz an Kühlluft. Damit ist für jeden Lastzustand die erforderliche Kühlung gewährleistet.

Für verschiedene Generatortypen sind die Lüfterschaufeln asymmetrisch ange­ordnet. Hierdurch werden Pfeifge­räusche durch Sireneneffekte, die bei bestimmten Drehzahlen auftreten kön­nen, vermieden.

Einflutige Durchlüftung Generatoren in Topfbauweise werden mit einer einflutigen Durchlüftung gekühlt. Der Lüfter, der einen Kranz von Lüfter­schaufeln trägt, ist außen auf der An­triebsseite der Generatorwelle montiert. Das Beispiel in Bild 1 zeigt einen Gene­rator Typ G1 mit einem Lüfter für Rechts­Iauf. Die Luft tritt auf der Schleifring- bzw. Gleichrichterseite ein, streicht durch den Generator und tritt durch die Öffnungen im Antriebslagerschild wieder aus. Die Kühlluft wird hierbei vom Lüfter durch den Generator hindurchgesaugt.

Zweiflutige Durchlüftung Compact-Generatoren werden wegen der höheren spezifischen Leistung mit einer zweiflutigen Durchlüftung gekühlt (Bild 2). Die zwei Lüfter sind beim Com-

Bild 2

Zweiflutige Durchlüftung.

Compact-Generator.

pact-Generator innen auf der Antriebs­welle beiderseits des Aktivteils des Läu­fers angebracht. Die beiden Luftströme treten axial durch Öffnungen im Antriebs­und Schleifringlagerschild ein . Sie wer­den durch die beiden Lüfter angesaugt und treten radial durch die Öffnungen am Umfang des Gehäuses wieder aus. We­sentlicher Vorteil ist die Verwendungs­möglichkeit kleinerer Lüfter, so daß sich das durch die Lüfter erzeugte aerodyna­mische Geräusch vermindert.

Kühlung mit Frischluftansaugung

Bei der Kühlung mit Frischluftansaugung ist anstelle der Lüftungsöffnungen auf der Ansaugseite ein besonderer Luftan­saugstutzen vorhanden. Über einen Schlauch wird die staubarme und kühle Luft von außerhalb des Motorraumes angesaugt. Zum Beispiel tritt bei einem Generator Typ T1 die Luft durch den Ansaugstutzen ein, streicht durch den Generator und tritt durch die Öffnungen im Antriebslagerschild wieder aus. Die Kühlluft wird auch hier vom Lüfter durch den Generator hindurchgesaugt (Bild 3) . Frischluftansaugungen sind dann beson­ders zweckmäßig, wenn die Temperatur im Motorraum den Grenzwert von 80°C überschreitet oder bei Generatoren mit hohen Leistungen. Im Fall des Compact-

Bild 3

Durchlüftung über Luftansaugstutzen.

Generators ist ebenfalls eine Frischluft­ansaugung zur Kühlung des Gleichrich­ters und des Reglers möglich.

Flüssigkeitskühlung

Bei einer Flüssigkeitskühlung dient die ohnehin im Motor vorhandene Kühlflüs­sigkeit zur Kühlung des vollständig ge­kapselten Generators. Im Hohlraum zwi­schen Generator- und Einschubgehäuse befindet sich der Kühlflüssigkeitsmantel, der an den Kühlkreislauf des Motors angeschlossen ist. Alle wesentlichen Verlustquellen (Ständer, Leistungshalb­leiter, Regler und feststehende Erreger­wicklung) sind so an das Generator­gehäuse gekoppelt, daß eine gute Wär­meleitung erfolgen kann.

Kühlung der Dioden

Die zulässige Erwärmung von Halb­leiterdioden ist begrenzt, weshalb die in ihnen erzeugte Verlustwärme abgeführt werden muß. Das trifft sowohl für die Leistungsdioden als auch für die Erreger­dioden zu. Deshalb sind die Dioden in Kühlkörper eingepreßt, die durch ihre große Oberfläche und gute Wärmeleit­fähigkeit in der Lage sind, die anfallende Wärme an den Kühlluftstrom oder die Kühlflüssigkeit abzugeben. Die Dreh­strom-Generatoren haben im allgemei-

Generator in Topfbauweise Typ T1 mit Lüfter für beide Drehrichtungen.

Kühlung und Geräusch

147

Generatoren

148

nen ein Zwei-Kühlkörper-System für die Leistungsdioden. Drei Dioden sind mit der Katodenseite in einen Kühlkörper eingepreßt, der mit dem Batteriean­schluß B+ verbunden ist. Die weiteren Dioden sind mit der Anodenseite in einen mit B- verbundenen Kühlkörper einge­preßt. Die Erregerdioden, die zwischen den Ständerwicklungen und D+ liegen, sind entweder getrennt ohne Kühlblech oder in einem dritten Erregerdioden­Kühlblech (z.T. bei Nutzfahrzeug-Gene­ratoren) angeordnet. Die größeren Dreh­strom-Generatoren haben ein Drei-Kühl­körper-System. In jeden Kühlkörper sind eine Leistungsdiode mit der Katoden­seite sowie eine Leistungs- und Erreger­diode mit der Anodenseite eingepreßt. Bei diesem System ist jeder der drei Kühl­körper an eine Phase der Drehstrom­Ständerwicklung angeschlossen. Die freien Drahtenden der Leistungsdioden sind je nach Polung mit B+ oder B- und die Erregerdioden mit D+ verbunden.

Geräusch

Die Geräuschsenkung bei Generatoren gewinnt mit zunehmend leiser werden­den Fahrzeugen immer mehr an Bedeu­tung. Das Geräusch eines Generators setzt sich aus aerodynamisch und magne­tisch angeregten Geräuschanteilen zu­sammen. Das aerodynamische Geräusch kann an Lüftern bei höheren Drehzahlen und beim Durchtritt der Kühlluft durch Öff­nungen entstehen. Es läßt sich z.B. durch kleine Lüfter mit asymetrischer Schaufeleinteilung sowie eine sorgfältig abgestimmte Luftführung begrenzen. Die Ursachen für das magnetisch ange­regte Geräusch sind hohe lokale magne­tische Felder und damit Kraftwirkungen zwischen Ständer und Läufer unter Last. Die magnetischen Geräusche können durch verschiedene Maßnahmen, wie z. B. Luftspaltvergrößerung, engere Fer­tigungstoleranzen usw. begrenzt werden. Eine der wirkungsvollsten Maßnahmen zur Reduzierung der Geräusche mit ra­dialer Abstrahlung ist die "Klauenabhe­bung", eine Abschrägung der ablaufen-

den Polkanten des Läufers (Bild 4). Sie mindert die Auswirkungen der Anker­rückwirkung der Ständerströme, die bei elektrischer Belastung des Generators eine starke Feldverzerrung im Luftspalt hervorruft und dadurch das Geräusch verursacht. Mit einer optimierten Form der Klauenabhebung kombiniert mit einer Verringerung der schallabstrahlen­den Flächen des Generatorgehäuses läßt sich eine Geräuschminderung von 10 dB(A) erreichen, was etwa einer Hal­bierung des individuellen Geräuschemp­findens gleichkommt. Der Einfluß der Anbaustelle des Gene­rators am Motor muß ebenfalls berück­sichtigt werden. Der Halter wird über Kör­perschall angeregt und beeinflußt das Schwingungsverhalten und die Ge­räuschentwicklung des Generators mit. Eine elastische Generatorbefestigung kann diese Kopplung ganz unterbinden. In Einzelfällen kann ein mechanisches Geräusch durch Kugellager hervor­gerufen werden, deren steifes Fett bei sehr niedrigen Temperaturen zusammen mit eingedrungener Feuchtigkeit Reib­schwingungen auslöst. Hier helfen gut abgedichtete Kugellager und Fette, die auch bei niedrigen Temperaturen noch ihre Schmiereigenschaften behalten.

Bild 4

Klauenabhebung der ablaufenden Polkante.

1 Ständer, 2 Läufer, 3 Klauenpolabhebung (überhöht dargestellt) .

Leistungsverluste

Wirkungsgrad

Bei der Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie sind Ver­luste unvermeidbar. Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von abgegebener zu aufgenommener Leistung. Der maximale Wirkungsgrad eines luft­gekühlten Generators beträgt etwa 65 %, der jedoch bei höheren Drehzahlen schnell auf kleinere Werte zurückgeht. Im praktischen Fahrbetrieb eines Kraft­fahrzeuges arbeitet der Generator im Teillastbereich. Der mittlere Wirkungs­grad liegt bei ca. 55 %. Der Einsatz eines größeren und schwe­reren Generators ermöglicht bei glei­cher Belastung den Betrieb in einem günstigeren Bereich des Wirkungsgra­des (Bild 1). Der sich einstellende Wirkungsgrad bei einem größeren Generator kann den Ein­fluß des höheren Gewichtes auf den Kraftstoffverbrauch aufwiegen. Zu be­rücksichtigen ist jedoch das erhöhte Massenträgheitsmoment, das zu einem höheren Energieaufwand für die Be­schleunigung des Läufers führt.

Bild 1

Wirkungsgrad-Kennfelder für Generatoren K1 und N1.

I = 30 A, U = 28 V, 11 = 6000 min- '. '1 K' = 50 % bei 5 kg Gewicht, '1 K, = 62 % bei 6,15 kg Gewicht.

A.-----------------------,

'E 45 40 %

e 1ii 1ii 330

30 %

15 20 %

10 %

3000 9000 15000 min-1

Generatordrehzahlll

Als typisches Aggregat im Dauerbetrieb ist der Generator bezüglich eines mini­malen Kraftstoffverbrauches zunächst nach Wirkungsgrad und dann erst nach Gewicht zu optimieren.

Verlustleistungsquellen

Die Aufteilung der Verluste nach Bild 2 zeigt, daß die wesentlichen Verlustan­teile die "Eisenverluste", die "Kupfer­verluste" und die "mechanischen Verlu­ste" sind. Die Eisenverluste entstehen aufgrund des Wechsel des magne­tischen Feldes im Eisen des Ständers und des Läufers wegen den Hysterese­und Wirbelstromeffekten. Sie wachsen überproportional mit der Frequenz, d. h. mit der Drehzahl sowie mit der magne­tischen Induktion. Die Kupferverluste sind die ohmschen Verluste in den Stän­derwicklungen. Sie sind um so größer, je höher die Ausnutzung, d. h. je größer das Verhältnis der erzeugten elektrischen Leistung zur Masse der aktiven Teile ist. Die mechanischen Verluste sind die Reibungsverluste in den Wälzlagern und an den Schleifkontakten und die Luftrei­bung des Läufers und des Lüfters. Die Verluste des Lüfters steigen bei höheren Drehzahlen sehr stark an.

Bild 2

Verlustaufteilung bei Drehstrom­Generatoren.

P, aufgenommene, P2 abgegebene Leistung, V mech. mechanische Verluste, V cu Sland. Kupferverluste im Ständer, V Fe+Zus. Eisen- und Zusatzverluste, V Dioden Gleichrichterverluste, V Cu Feld Erregerverluste.

kW 5

Vmech•

VCu Sländ

OL-____ L-____ ~ ____ ~ ____ ~

o 5000 10000 15000 min-I Generatordrehzahl 11

Leistungs­verluste

149

Generatoren

150

Kennlinien

Generatorverhalten

Kennlinien geben das charakteristische Verhalten eines Generators bei ver­schiedenen Drehzahlen wieder. Kraft­fahrzeug-Generatoren arbeiten durch das konstante Übersetzungsverhältnis zum Motor mit stark unterschiedlichen Drehzahlen. Wenn ein Generator, durch den Motor angetrieben, vom Stillstand bis zur Höchstdrehzahl kommt, durchläuft er ge­Bild 1

Kennlinien eines Drehstrom-Generators Typ Nt .

E e ~ o "§

A

120

100

80

~ 60 Q)

(!)

40

20

o

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1-

IN

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wisse Drehzahlpunkte. Diese Drehzahl­punkte sind für das Verständnis des Ver­haltens des Generators von besonderer Bedeutung und haben deshalb eine be­stimmte Bezeichnung. Es ist üblich, die Kennlinien für den Ge­neratorstrom und die Antriebsleistung in Abhängigkeit von der Drehzahl aufzutra­gen (Bild 1). Die Generatorkennlinien be­ziehen sich immer auf eine konstante Spannung und auf genau definierte Um­gebungstemperaturen. Festgelegt ist z. B. die Prüfung der Enderwärmung des Generators bei 23 oe (Raumtemperatur) oder 80 oe Umgebungstemperatur.

kW

I max

/ - 6 I /

./ ./ , , , - 5

./ , , , , PI,

, ,

-/' 4

-

- 2

"max -

I o "0 4000 8000 12000

Generatordrehzahl 11

Strom kennlinie (I)

Null-Ampere-Drehzahl (no) Die Null-Ampere-Drehzahl ist die Dreh­zahl des Generators (ca. 1000 min-1),

bei der die Nennspannung erreicht wird, ohne Strom abzugeben. Bei diesem Punkt schneidet die Kennlinie die Abszisse. Erst bei höheren Drehzahlen kann der Generator Strom abgeben.

Drehzahl bei Motorleerlauf (nd Strom bei Motorleerlauf (ld Mit zunehmendem Drehzahlanstieg wird die Generatordrehzahl nL bei Leerlauf des Verbrennungsmotors erreicht. Sie ist im Diagramm als Bereich angegeben, da der genaue Wert von der Festlegung des Übersetzungsverhältnisses zum Verbrennungsmotor abhängt. Bei dieser Drehzahl muß der Generator mindestens den Strom für die länger ein­geschalteten Verbraucher abgeben. Ein entsprechender Wert ist in der Generator­Typformel angegeben. Bei Topf-Generatoren bezieht er sich auf die Drehzahl nL = 1500 min-l, bei Com­pact-Generatoren, entsprechend dem üblicherweise höheren Übersetzungs­verhältnis, auf nL = 1800 min -1.

Nenndrehzahl (nN) Nennstrom (IN) Die Nenndrehzahl, bei der der Generator seinen Nennstrom abgibt, ist mit nN = 6000 min-1 festgelegt. Der Nennstrom sollte höher sein, als es die Gesamt­leistung aller Verbraucher erfordert. Er ist ebenfalls in der Typformel angegeben.

Höchstdrehzahl (nmax) Maximalstrom (lmax) lmax ist der höchste erreichbare Strom, den der Generator bei der Höchstdreh­zahl abgibt. Die Höchstdrehzahl des Generators ist von den Wälzlagern, den Kohlebürsten und Schleifringen sowie vom Lüfter her begrenzt. Sie liegt z. B. bei Compact-Generatoren bei ca. 18000 ... 20000 min -1, bei Topf-Generatoren bei 15000 ... 18000 min -1 und bei Gene­ratoren für Nkw, abhängig von der Bau­größe, bei 8000 ... 15000 min-1.

Angehdrehzahl (nA) Bei der Angehdrehzahl (nach DIN Ein­schaltdrehzahl) beginnt der Generator Strom abzugeben, wenn die Drehzahl zum ersten Mal gesteigert wird. Sie liegt oberhalb der Leerlaufdrehzahl und ist abhängig von der Vorerregungsleistung, von der Remanenz des Läufers, von der Batteriespannung und von der Ände­rungsgeschwindigkeit der Drehzahl.

Kennlinie der Antriebsleistung (P1)

Die Kennlinie der Antriebsleistung ist für die Berechnung des Antriebsriemens ausschlaggebend. Sie läßt erkennen, wieviel Leistung der Fahrzeugmotor ma­ximal für den Antrieb des Generators bei einer bestimmten Drehzahl aufbringen muß. Außerdem kann aus der Antriebs­leistung und der abgegebenen Leistung der Wirkungsgrad eines Generators be­stimmt werden. Das Beispiel in Bild 1 zeigt, daß die Kennlinie der Antriebs­leistung nach einem flacheren Verlauf im mittleren Drehzahlbereich bei höheren Drehzahlen nochmals beträchtlich an­steigt.

Erläuterung der Typformel

Jeder Drehstrom-Generator von Bosch trägt ein Typschild mit der Angabe der Typformel und der zehnstelligen Be­stellnummer, die bei Drehstrom-Gene­ratoren stets mit 012 ... beginnt. Die Typformel macht eine Aussage über die wichtigsten technischen Daten wie Leerlaufstrom, Nennspannung usw.

Beispiel für eine Typaufschrift. K C (~) 14 V 40-70A K Baugröße des Generators

(Außendurchmesser des Ständers),

C Compact-Generator, (~) Drehrichtung, Rechtslauf, 14 V Generatorspannung, 40 A Strom bei n = 1800 min-1,

70 A Strom bei n = 6000 min -1.

Kennlinien

151

Generatoren

152

Generator­schaltungen Gelegentlich werden von bestimmten Anwendungsgebieten her Anforderun­gen an die Generator- oder Bordnetz­schaltung gestellt, die von den stan­dardgemäßen Serienausführungen nicht immer im vollen Umfang erfüllt werden können. Für diese Fälle gibt es spezielle Schal­tungsvarianten, die einzeln oder in kom­binierter Form angewendet werden.

Parallelgeschaltete Leistungsdioden

Wie die Betrachtung von Halbleiter-Bau­elementen gezeigt hat, sind Dioden nur bis zu einer bestimmten Stromstärke be­lastbar. Die zu hohe Erwärmung bei größeren Strömen würde die Dioden zer­stören. Dieser Umstand wirkt sich beson­ders auf die hochbelasteten Leistungs­dioden der Drehstrom-Brückenschaltung aus, über die der gesamte Generator­strom fließt. Der maximal mögliche Generatorstrom begrenzt aber auch die erzielbare Lei­stungsabgabe des Generators. Bei Bild 1

größeren Generatoren mit hoher Lei­stung fließt ein sehr hoher Genera­torstrom, dem die sechs Leistungsdi­oden der normalen Drehstrom-Brücken­schaltung nicht gewachsen sind. Deshalb sind bei diesen Generatoren pro Phase zwei oder mehrere Leistungs­dioden parallel geschaltet. Der Genera­torstrom teilt s ich dadurch auf die Anzahl der parallel geschalteten Dioden auf, so daß die einzelnen Dioden nicht mehr überlastet werden. In Bild 1 ist die Schaltung eines Genera­tors nach diesem Prinzip abgebildet. Pro Phase sind zwei Leistungsdioden par­allel geschaltet, d. h. die Drehstrom­Brückenschaltung wird aus zwölf anstelle der sechs Leistungsdioden gebildet.

Zusatzdioden im Sternpunkt

Bei Drehstrom-Generatoren mit Stern­schaltung der Ständerwicklungen wer­den die Wicklungsenden in einem Punkt, dem Sternpunkt, zusammengefaßt. Da die Summe der Phasenströme bzw. Phasenspannungen, zumindest im Ideal­fall , zu jedem Zeitpunkt null ist, kann der Mittelleiter entfallen. Aufgrund von Oberschwingungen nimmt der Sternpunkt ein Potential an, das

Schaltbild des Generators Typ T1 mit speziellen Schaltungsvarianten.

1 Erregerdioden, 2 parallelgeschaltete Leistungsdioden, 3 Zusatzdioden am Stempunkt, 4 Entstörkondensator, 5 entstörte Klemme .W".

(+) 15~ 30 30

~ 9 ______ r---i r--- 0+ B+ B+I 1 2

I L:> L:> L L ~ L ~ L :> L~ L~ ' I

-~ I 3 I -r- V I

I I

I ~~ --L-

-L~ L~ L~ ~ I I ® DF W 'C/

I I 5 0+ 0-

LW ~ '--- B- J (-) ---------31 1---'

~

nicht konstant ist. Dieses Potential, das periodisch von plus nach minus wech­selt, wird hauptsächlich durch die dritte Oberwelle hervorgerufen. Sie ist der Grundwelle überlagert und hat die dreifa­che Frequenz (Bild 2). Die darin enthal­tende Energie würde normalerweise als Verlustleistung verlorengehen. Durch zwei weitere Dioden, die als Leistungs­dioden zwischen Sternpunkt und Plus­und Minusklemmen angeschlossen sind (Bild 1), kann dieser Strom gleichge­richtet werden. Er führt zu einer Lei­stungssteigerung ab einer Generator­drehzahl von etwa 3000 min-1 und er­reicht maximal 10%. Diese Zusatzdioden erhöhen die Welligkeit der Generator­spannung.

Parallelbetrieb von Generatoren

Generatoren gleicher Spannung können bei entsprechendem Leistungsbedarf ohne weiteres parallel geschaltet wer­den. Besondere Maßnahmen zum Aus­gleich sind nicht erforderlich. Voraus­setzung für den Parallelbetrieb sind je­doch gleiche Reglercharakteristiken und gleiche Reglerkennlinien der parallel zu schaltenden Generatoren.

Bild 2

Spannung mit dritter Oberwelle.

U, Phasenspannung (Grundwelle), U3 Spannung der dritten Oberwelle.

O· 180· Drehwinkel des Läufers

360·

Klemme "W"

Für bestimmte Anwendungsfälle kann die Klemme "W" als zusätzlicher elek­trischer Anschluß an eine der drei Drehstromphasen angeschlossen wer­den (Bild 1). Diese Klemme liefert eine pulsierende Gleichspannung (einweg­gleichgerichtete Wechselspannung), die für die Ermittlung der Motordrehzahl (z. B. bei Dieselmotoren) benutzt werden kann. Die Frequenz, die Anzahl der pro Se­kunde abgegebenen Impulse, hängt nach folgender Gleichung von der Pol­paarzahl und der Drehzahl des Gene­rators ab. 1= p . n/60 I Frequenz (Impulse pro Sekunde), p Polpaarzahl (6 bei den Baugrößen G,

Kund N; 8 bei der Baugröße T) , n Generatordrehzahl (min-1).

Entstörmaßnahmen

Von der elektrischen Anlage eines Kraft­fahrzeuges stört vor allem die Zünd­anlage des Ottomotors und in geringem Maße - neben verschiedenen elektri­schen Verbrauchern - auch der Gene­rator und der Regler. Die Nahentstörung von Generatoren ist dann erforderlich, wenn in unmittelbarer Nähe oder im Fahrzeug selbst eine Funkanlage, ein Autotelefon, ein Auto­radio usw. betrieben wird. Für diesen Zweck sind Generatoren mit einem Ent­störkondensator ausgerüstet. Bei nicht ausgerüsteten Generatoren in Topfbau­weise kann eine nachträgliche Montage an der Außenseite des Schleifringlager­schildes vorgenommen werden. Bei Compact-Generatoren ist er im Gleich­richter bereits integriert. Die Kontaktregler älterer Bauart werden mit einem Entstörfilter kombiniert oder durch eine entstörte Reglerausführung ersetzt. Elektronische Regler brauchen nicht zusätzlich entstört werden. Sofern die Klemme "W" angeschlossen ist, kann diese mit einem Entstörwiderstand ent­stört werden, der zusätzlich in den Leitungsverlauf geschaltet wird (Bild 1).

Generator­schaltungen

153

Generatoren

154

Generatoren im Fahrzeugbetrieb

Antriebsmotor, Generator, Batterie und die elektrischen Verbraucher eines Kraft­fahrzeuges müssen als ein zusammen­wirkendes System betrachtet werden.

Energiehaushalt im Kraftfahrzeug

Bei der Festlegung bzw. Überprüfung der Generatorgröße müssen Batterieka­pazität, Verbraucherleistung im Bordnetz und Fahrbedingungen berücksichtigt werden. Kraftfahrzeughersteller legen die Ge­neratorgröße und die Batteriekapazität nach den im Fahrzeug eingebauten elek­trischen Verbrauchern und nach den üb­lichen Fahrbedingungen fest. Die indi­viduellen Gegebenheiten können jedoch hiervon abweichen: zum einen, weil vom Fahrzeughalter zusätzliche Verbraucher und Geräte in das Fahrzeug eingebaut werden, zum anderen, weil die Fahrbe­dingungen andere sind, als die für den Normalfall angenommenen. Diese Betrachtung soll deutlich machen, daß die Summe des Leistungsbedarfs und die individuellen Fahrbedingungen für die Belastung des Generators und der Batterie maßgebend sind. Der ausreichende Ladezustand der Bat­terie ist das Wichtigste. Er ist entschei­dend dafür, ob nach dem Stillstand des Fahrzeuges noch genügend Energie für den erneuten Start des Motors vorhan­den ist. Die Batterie ist ein Energie­speicher, der verschiedene Verbraucher zu versorgen hat und deshalb vom Ge­nerator als Energielieferant immer wie­der aufgeladen werden muß. Überwiegt jedoch die Energieentnahme aus der Batterie, wird selbst eine Batterie mit großer Kapazität allmählich entladen, d. h. "leer", sein. Ideal ist eine ausgegli­chene Ladebilanz, d. h. ein ausgewoge­ner Zu- und Abfluß der Energie zu und von der Batterie (Bild 1).

Somit ist für eine ausreichende Ener­gieversorgung an Bord in erster Linie der richtig dimensionierte Generator aus­schlaggebend. Ein zu gering dimensio­nierter Generator, d. h. ein überlasteter Generator, ist nicht in der Lage, die Bat­terie genügend aufzuladen und so ihre Kapazität vollständig auszunützen. Bei entsprechend hohem Energiebedarf, der z. B. durch den Einbau zusätzlicher Verbraucher verursacht wird, ist es dem­nach angebracht, den serienmäßig ein­gebauten Generator durch eine lei­stungsfähigere Ausführung zu ersetzen. Eine wichtige Voraussetzung für die Überprüfung der Ladebilanz einer Kfz­Bordanlage ist die Erfassung aller in­stallierten elektrischen Verbraucher (ein­schließlich der nachträglich einge­bauten) mit ihrer Leistungs- bzw. Stromaufnahme und ihrer durchschnitt­lichen Einschaltdauer (Kurzzeit-, Lang­zeit- oder Dauerverbraucher). Ebenso müssen die Fahrzyklen, bedingt durch die Verkehrssituation, berücksichtigt werden. Dazu gehören z. B. geringe Generatordrehzahl bei Stadtfahrten mit vielen Haltepausen, Autobahnverkehr mit Staubildung oder hohe Generator­drehzahl bei freien Überlandfahrten. Ein­fluß nehmen auch die Tageszeit (Fahrten vorwiegend bei Tageslicht oder bei Dunkelheit) und die jahreszeitlichen Be­dingungen (Sommer- oder Winterbetrieb mit den entsprechenden Temperaturen und Witterungsverhältnissen). Zusammenfassend kann festgestellt werden: Die Generatorleistung muß so bemessen sein, daß auch unter erschwerten ungün­stigen Bedingungen die Batterie neben der Versorgung aller elektrischen Ver­braucher noch so geladen wird, daß das Fahrzeug stets betriebsbereit ist. Für die endgültige Auswahl der geeig­neten Generatorgröße und die Abstim­mung mit der dazu passenden Batterie sollte ein Fachmann zur Beratung hinzu­gezogen werden. Das folgende Beispiel soll die Belastung des Energiehaushaltes durch elektrische Verbraucher bei gegensätzlichen Fahr­bedingungen darstellen:

Bild 1

Ladebilanz.

Stromfluß zwischen Generator, Batterie und elektrischen Geräten bei gegebenem Leistungsbedarf und wechselnden Betriebs· bedingungen beim Generator.

Allgemein gilt: hierin sind: IG Generatorstrom, Iw Gerätestrom, I B Batteriestrom

Der Batteriestrom kann positiv oder negativ sein, je nachdem, ob die Batterie geladen oder entladen wird.

ungünstige Situation: geringe Generatordrehzahl

Generator

'-../

IG

- /e< Batterie '-..!.,wr Entladen der Batterie

Elektrische Geräte Bordnetzelektronik Verbraucher

günstige Situation:

Generator

+ /8

Elektrische Geräte Bordnetzelektronik Verbraucher

mittlere bzw. hohe Generatordrehzahl

Batterie

Laden der Batterie

Betrieb von Fernscheinwerfern Fernscheinwerfer werden vorwiegend bei Überlandfahrten mit höherer Motor­drehzahl, d. h. höherer Generatordreh­zahl, und meist geringer Verkehrsdichte betrieben. Bei Gegenverkehr wird abge­blendet. Im Stadtverkehr bei geringer Motordrehzahl, hoher Verkehrsdichte und kurzen Fahrstrecken werden die Fernscheinwerfer nicht benötigt. Ver­braucher dieser Art sind kein Problem für den Energiehaushalt. Der Generator wird in einem Drehzahlbereich betrieben, in dem sowohl alle Verbraucher ausrei­chend mit Strom versorgt werden als auch die Batterie aufgeladen wird. Hier­bei sind also die Betriebsbedingungen günstig.

Betrieb von Nebelscheinwerfern Nicht so günstig ist die Situation dagegen beim Betrieb von Nebelscheinwerfern. Sie werden in der Regel im unteren Drehzahlbereich, in dem der Generator noch nicht den vollen Strom abgeben kann, eingeschaltet. Denn Nebel zwingt bei Stadt- und Überlandfahrten zum Langsamfahren und das heißt niedere Motordrehzahl. Selbst bei Gegenverkehr bleiben die Nebelscheinwerfer einge­schaltet. Die Einschaltdauer ist also rela­tiv hoch und damit sind die Betriebsbe­dingungen ungünstig. In vielen Fällen hängt es auch von der Umsicht des Kraft­fahrers ab, wie stark der Energiehaushalt im Kraftfahrzeug belastet wird.

Betrieb der Heckscheibenheizung Die Heckscheibenheizung nimmt einer­seits verhältnismäßig viel Strom auf, ist andererseits aber nur kurze Zeit im Be­trieb. Sie bleibt nur während der Abtau­zeit eingeschaltet. Vergißt man jedoch, diese Heizung rechtzeitig wieder abzu­schalten, wird sie erheblich am verfügba­ren Energieangebot von Generator und Batterie zehren .

Betrieb weiterer Verbraucher Elektronische Geräte, Blinker, Signal­horn, Kontrollinstrumente usw. sind im Vergleich zu den zuvor genannten Fällen

Generatoren im Fahrzeug­betrieb

unbedeutende Verbraucher. 155

Generatoren

156

Generatorbestimmung

Beispielrechnung gemäß Bild 2: Auf folgende Weise läßt sich überprüfen, ob die in einem Fahrzeug eingebaute Generatorausführung für die Energiever­sorgung des Bordnetzes ausreicht: 1. Ermittlung des Leistungsbedarfs aller ständig oder längere Zeit eingeschal-

Bild 2

teten Verbraucher (Dauer- und Lang­zeitverbraucher) bei 14 V. Die Summe ergibt die Leistung: PW1 = 350W.

2. Ermittlung des Leistungsbedarfs aller Kurzzeitverbraucher bei 14 V. Die Summe ergibt die Leistung: PW2 = 134 W (aufgerundet).

Überprüfung der Generatorgröße. Typ K1-14 V 23/55 A.

1. Leistungsbedarf (bei 14 V) aller ständig oder längere Zeit eingeschalteten Geräte

Elektrische Geräte Leistung bzw. Anlagen Faktor 1,0 W

Zündanlage 20

elektrische Kraftstoffpumpe 70

elektronische Benzineinspritzung 100

Autoradio 12

Abblendlicht 110

Begrenzungsleuchten 8

Schlußleuchten 10

Kennzeichenleuchten 10

Instrumentenleuchten 10

Leistung 1 PW1 =350W

...

2. Leistungsbedarf (bei 14 V) aller kürzere Zeit eingeschalteten Geräte

Elektrische Geräte Istwert Faktor> bewertete bzw. Anlagen Leistung

W W

Gebläse tür Heizung und/oder Lüfter 80 0,5 40

Heckscheibenheizung 120 0,5 60

Scheibenwischer 60 0,25 15

elektr. Kühlergebläse 0,1

Zusatz-Fernscheinw. 0,1

Bremsleuchten 42 0,1 4,2

Blinkleuchten 42 0,1 4,2

Nebelscheinwerfer 70 0,1 7

Nebelschlußleuchten 35 0,1 3,5

Leistung 2 PW2 = 134W

... 1 Gesamtleistung

PW =PW1 + PW2 = 484 W 1

3. Generatornennstrom

1 Pw(bei 14V) 1350 ... 1450 "'1 550 ... 1675 "'1 800 "'1 W < 450 < 550 < 675 < 800 < 950 I IN A L45 i55 165 1 75 190 J

4. Kontrollabschätzung Generator-Kennlinie

Strom aller ständig oder längere Zeit eingeschalteten Geräte

55A ---IW1 = PW1 /14 V = 25 A IN

! E e 1!1 t 0

~ CI)

Errechneter Bedarf c:

1 CI)

IL =1,3·Iw1 =33A CJ IL

I Kontrolle

IL = 36 A > 33A 0

0 no nL nN nmax

> Istwert des Verbrauchers x Faktor Generatordrehzahl n _ = bewertete Leistung

Aus der Addition von PW1 und PW2 er­hält man den Gesamtleistungsbedarf der Anlage: Pw = 484 W. 3. Daraus kann mit Hilfe der Ver­gleichstabelle der mindestens erforder­liche Nennstrom IN = 55 A festgestellt werden. Der Wert dieses Nennstromes oder ein höherer Nennstrom erscheint wieder in der Typformel , sofern die rich­tige Generatorgröße eingebaut ist - im Beispiel 55 A. 4. Eine weitere Kontrollmöglichkeit bie­tet die Ermittlung des Generatorstromes I L bei Motorleerlauf. h kann aus der Kennlinie des Genera­tors entnommen werden, wenn die Ge­neratordrehzahl nL bei Leerlauf des Ver­brennungsmotors bekannt ist. Im Bei­spiel ist die Generatordrehzahl : nL = 2000 min - 1.

Die praktische Erfahrung hat gezeigt, daß der Generatorstrom I L bei Leerlauf des Verbrennungsmotors für Pkw min­destens um den Faktor 1,3 über dem Strom IW1 liegen sollte, der sich aus der Leistung PW1 der elektrischen Dauer­und Langzeitverbraucher ergibt. Damit ist auch bei Kurzstreckenverkehr im Leerlaufbereich noch eine ausreichende Batterieladung gewährleistet. Im Beispiel : Der Generator hat bei Leerlauf eine Stromabgabe von h = 36 A. Aus der Lei­stung PW1 wird der Strom IW 1 berechnet (Iw 1 = Pw1 /14 V) . Es ergibt sich IW 1 = 25 A und hieraus ein Bedarf von 33 A. Da I L = 36 A ist, wird der Energiebedarf sicher gedeckt.

Einbau und Antrieb

Einbau Der Betreiber eines Kraftfahrzeuges kann normalerweise auf den Einbau ei­nes Generators und dessen Regler kei­nen Einfluß nehmen. Die Einbaulage ist bei jedem Fahrzeug von den Gegeben­heiten des Umfeldes und den konstruk­lionsbedingten Vorraussetzungen im Motorraum abhängig. Doch müssen be­stimmte grundsätzliche Faktoren beim Einbau immer berücksichtigt werden:

- gute Zugänglichkeit für das Nachstel­len der Riemenspannung und für even­tuelle Wartungsarbeiten, - ausreichende Kühlmöglichkeiten, so­wohl fü r Generatorabwärme als auch für die Wärmeleitung und Wärmestrahlung, die vom Motor ausgeht, - Schutz vor Einwirkung von Schmutz, Feuchtigkeit, Stoß, Schlag, Kraftstoff, Schmiermittel usw. (bei Benzinzutritt besteht Brand- und Explosionsgefahr; Motor- und Dieselöl schädigen Kohle­bürsten und Schleifringe). Drehstrom-Generatoren, die über Nor­malkeilriemen vom Verbrennungsmotor angetrieben werden, sind fast aus­schl ießlich mit einem Schwenkarm befe­stigt. Neben der soliden Befestigung an einem Schwenklager ermöglicht eine Nachstellvorrichtung (Schwenken um ei­nen Befestigungsarm), daß die erforder­liche Keilriemenspannung eingestellt werden kann. Erfolgt der Antrieb des Generators über einen Keilrippenriemen (Poly-V-Rie­men), ist der Generator meistens starr angebaut. Die erforderliche Riemen­spannung wird durch einen Riemen­spanner auf einer Spannrolle erreicht (Bild 3).

Bild 3: Keilriemen- und Keilrippenriemenantriebe.

Generatoren im Fahrzeug­betrieb

157

Generatoren

158

Große Generatoren sind in Sonderfällen in einer satteiförmigen Aussparung direkt am Motor befestigt. Unabhängig von der Befestigungsart müssen alle Generatoren eine gut lei­tende elektrische Verbindung zum Mo­torblock aufweisen. Desweiteren muß auch zwischen Motor und Fahrgestell eine einwandfreie Masseverbindung mit ausreichendem Querschnitt vorgesehen sein; denn die Rückleitung des Stromes vom Bordnetz erfolgt in den meisten Fällen über Masse. Nur bei Omnibussen und Sonderfahrzeu­gen werden oft zusätzliche Rückleitun­gen verwendet, um die Spannungsverlu­ste auf ein Mindestmaß zu reduzieren bzw. um die Sicherheit zu erhöhen. Elektrische Leitungen ermöglichen nur dann eine funktionssichere Verbindung, wenn sie mit ordnungsgemäß ange­brachten Leitungsanschlüssen oder mit Steckverbindern versehen sind.

Antrieb Generatoren werden direkt vom Fahr­zeugmotor angetrieben. Der Antrieb wird im allgemeinen mit Riementrieben reali­siert. Seltener erfolgt der Antrieb über elastische Kupplungen.

Bild 4

Aufbau eines "flankenoffenen" Keilriemens.

1 Faserkurzschnil1mischung, 2 Einbel1ungs-Mischung, 3 Zugstrang mit Spezialpräparation, 4 Abdeckgewebe. 5 geschnil1ene Flanken.

1 2 3 4 5

An Riementriebe (Keilriemen, Keilrippen­riemen usw.) als wichtigste Elemente der Kraftübertragung werden hohe Anforde­rungen gestellt: - das Material muß eine weitreichende Biegefestigkeit aufweisen, - im Laufe der Alterung soll die Längs­dehnung des Riemens möglichst gering sein, um Schlupf, verbunden mit Erwär­mung und Flankenverschleiß, zu ver­meiden. Wie Untersuchungen (des ADAC) ge­zeigt haben, sind Schäden an Keilriemen häufige Pannenursachen. Deshalb ist es wichtig, Keilriemen zu verwenden, die diesen Anforderungen gewachsen sind und hohe Laufzeiten ermöglichen. Als typisch für die Verwendung im Kraftfahr­zeug sind hier der "flankenoffene" Keil­riemen und der Keilrippenriemen aufge­führt. Der flankenoffene Keilriemen (Bild 4) weist eine hohe Flexibilität und gleich­zeitig eine extreme Quersteifigkeit sowie eine große Abriebfestigkeit auf. Daraus resultiert vor allem bei kleineren Durch­messern der Riemenscheiben ein höhe­res Leistungsvermögen und eine höhere Lebensdauer als bei ummantelten Keil­riemen.

BildS

Aufbau eines Keilrippenriemens (Poly-V-Rlemen).

1 Unterbau, 2 Zugstrang, 3 Oeckplal1e.

Die hohe Flexibilität der Keilrippenriemen (Poly-V-Riemen, Bild 5) läßt sehr kleine Biegeradien zu. Sie ermöglicht kleinere Riemenscheiben mit einem Durchmes­ser bis zu 45 mm herab am Generator und damit höhere Übersetzungsver­hältnisse. Der Riemenscheibenlauf ist auch auf dem Riemenrücken möglich. Dadurch können mehrere Aggregate (Generator, Ventilator, Wasserpumpe, Lenkhilfpumpe usw.) in einem Trieb mit jeweils ausreichenden Umschlingungs­winkeln angetrieben werden. Bei kleinen Generatoren erfolgt der An­trieb meistens über einen Riemen. Bei größeren Generatoren, die dem Antrieb durch ihre größere Leistungsaufnahme auch einen stärkeren Widerstand ent­gegensetzen, werden vorwiegend zwei Riemen zur Kraftübertragung verwendet. Für die verschiedenen Anwendungsfälle gibt es Riemenscheiben und Lüfterräder in Blechausführung oder in gedrehter Ausführung, die je nach Bedarf auch miteinander kombiniert werden können (Bild 6). Der jeweils richtige Durchmesser der Riemenscheibe hängt von dem erforder­lichen Übersetzungsverhältnis vom Ge­nerator zum Verbrennungsmotor ab.

Bild 6

Da die Drehzahlbereiche der vielen ver­schiedenen Motoren nicht einheitlich sind, gibt es bei Generator-Riemen­scheiben auch unterschiedliche Durch-messer. Das Übersetzungsverhältnis muß so festgelegt werden, daß die zulässige Höchstdrehzahl des Generators bei der Höchstdrehzahl des Verbrennungsmo­tors nicht überschritten wird.

Hinweise für den Betrieb

Der Drehstrom-Generator darf nur mit angeschlossenem Regler und mit ange­schlossener Batterie betrieben werden. In diesem Normalfall arbeiten die einge­bauten elektronischen Geräte und Halb­leiterbauelemente störungsfrei und sicher. Batterieloser Notbetrieb hat hohe Span­nungsspitzen zur Folge, die die Geräte und Bauelemente schädigen können. Ein störungsfreier Notbetrieb ist nur mit einem Zusatzaufwand möglich, für den es drei Alternativen gibt: - Zenerdioden im Gleichrichter, - Generator und Regler in spannnungs-fester Ausführung, - Überspannungsschutzgeräte .

Zusammenbau von Riemenscheibe und Lüfterrad bei Topf-Generatoren.

Riemenscheibe: 1 Blechausführung, 2 gedrehte Ausführung (einrillig), 3 gedrehte Ausführung (zweirillig) , Lüfterrad: 4 Blechausführung mit Stützscheibe, 5 Aluminiumgußausführung.

Generatoren im Fahrzeug­betrieb

159

Generatoren

160

Wird die Batterie bei stehendem oder laufendem Motor falsch gepolt an das Bordnetz angeschlossen, werden die Dioden im Generator sofort zerstört. Der Regler ist ebenfalls gefährdet. Die glei­chen Folgeschäden können auftreten, wenn bei Starthilfe durch eine fremde Spannungsquelle deren Pole vertauscht angeschlossen werden. Um diese Möglichkeiten zu verhindern, können spezielle Schaltungen vorge­nommen werden, die bei falsch gepolter Batterie den Start verhindern und so den Generator und den Regler schützen. Im Stromkreis des Generators wirkt die Generatorkontrollampe als Widerstand; denn bei richtig gewählter Leistung der Lampe, das heißt ausreichender Strom­aufnahme, bewirkt der Vorerregerstrom beim Starten ein genügend starkes Ma­gnetfeld zur Einleitung der Selbsterre­gung. Leuchtet die Lampe auf, so zeigt sie dem Fahrer an, daß der Zünd- bzw. Fahrt­schalter eingeschaltet ist, der Generator jedoch noch keinen Strom an das Bord­netz abgibt. Die Lampe erlischt, sobald die Drehzahl erreicht ist, bei der der Ge­nerator sich selbst erregt und das Bord­netz mit Energie versorgen kann. Die Lampe ist somit ein Kontrollinstrument dafür, daß Generator und Regler korrekt arbeiten und richtig an das Bordnetz an­geschlossen sind und der Generator Strom abgibt. Ob und ab welcher Drehzahl jedoch die Batterie tatsächlich geladen wird, zeigt die Generatorkontrollampe nicht an. Bei hoher Belastung des Generators durch Verbraucher kann der Fall eintreten, daß die Batterie trotz erloschener Generator­kontrollampe nicht mehr geladen, son­dern entladen wird. Sie gibt keine In­formation über den Ladezustand der Batterie, obwohl sie auch häufig als "Ladekontrollampe" bezeichnet wird. Bei Defekt der Lampe (Unterbrechung der Glühwendel) kann der Strom für die Vorerregung nicht fließen; die Selbster­regung setzt dann erst bei sehr hoher Drehzahl ein. Dieser Fehler kann bei Still­stand des Motors festgestellt werden, da dann die Lampe nicht mehr aufleuchtet.

Wenn es während des Betriebes zu einer Unterbrechung im Erregerkreis, in der Vorerregungsleitung oder in der Genera­tormasseleitung kommt und der Genera­torstrom vollständig ausfällt, wird der Fahrer selbst bei intakter Generator­kontrollampe nicht gewarnt. Erst durch den Einbau eines zusätz­lichen Widerstandes wird erreicht, daß in diesen Fällen die Generatorkontroll­lampe aufleuchtet und den Fahrer auf den Fehler im Erregerstromkreis auf­merksam macht (Bild 7). Erlischt die Ge­neratorkontrollampe jedoch auch bei höheren Drehzahlen nicht, dann muß ein Schaden am Generator selbst, am Reg­ler, an der Leitung oder am Keilriemen vorliegen.

Fahrstrecken und Wartungsintervalle

Nach der Statistik lassen sich für die ver­schiedenen Fahrzeugkategorien (Pkw, Nkw, Langstrecken-Lkw, Stadtomni­busse, Fernreisebusse, Baumaschinen usw.) und deren typische Einsatzbe­dingungen ganz bestimmte durchschnitt­liche Betriebszeiten und Fahrstrecken bzw. Fahrzyklen ermitteln.

Bild?

Fehleranzeige.

1 Generator, 2 Generatorkontrollampe, 3 Widerstand, 4 Zündschalter, 5 Batterie.

(+l

(-)

s r- --,

l i l I ~ I '- ---i

30

Mit den unterschiedlichen Anwendungs­gebieten dieser Fahrzeugkategorien wechseln auch die Anforderungen und die Kriterien für die Wirtschaftlichkeit von Generatoren. Es gibt deshalb Dreh­strom-Generatoren für verschiedene Fahrstrecken und Wartungsintervalle. Pkw-Generatoren mit typischerweise ge­kapselten Kugellagern erreichen je nach Ausführung und Einsatzart Fahrstrecken zwischen 150000 km und 250000 km. Geht man davon aus, daß die Ge­brauchsdauer eines Kfz-Motors bis zu seinem Austausch oder bis zu seiner Ge­neralüberholung mit der des Generators übereinstimmt, so sind besondere War­tungsarbeiten an diesen Generatoren nicht erforderlich. Die Fettmenge, die sich in den Lagern befindet, reicht für diese Laufzeit aus. Bei Generatoren z. B. für Nfz oder Busse erweitert sich die erreichbare durch­schnittliche Fahrstrecke auf 200000 km bis 300000 km durch Verwendung be­sonders verschleißfester Teile. Voraus­setzung dabei ist, daß die Generatoren mit entsprechenden Kugellagern ausge­stattet sind, zum Beispiel mit einem ver­größerten Fettraum. Für Motoren, die bis zur ersten Gene­ralüberholung eine Fahrstrecke von mehr als 300000 km bewältigen sollen, werden schleifringlose Generatoren mit Leitstückläufer empfohlen. In diese sind Wälzlager mit einer entsprechend hohen Lebensdauer eingebaut. Der Kohlebürstenverschleiß - schmutz­und fettarme Einbaulage vorausgesetzt - ist infolge des kleinen Erregerstromes sehr gering.

Werkstattprüftech n i k

Boseh-Kundendienst

Die Qualität eines Produkts wird auch an der Qualität des Kundendienstes ge­messen. Mehr als 10 000 Bosch-Kun­dendienststellen in 125 Ländern sind für den Autofahrer da - neutral und ohne Bindung an eine Fahrzeugmarke. Selbst in dünn besiedelten Ländern Afrikas und Südamerikas kann man mit schneller Hilfe rechnen. Und auch hier gelten die selben Qualitätsstandards wie in Deutschland. Da versteht es sich von selbst, daß die Garantie auf Kunden­dienstleistungen weltweit gilt. Bosch-Aggregate und -Systeme sind mit ihren Kenndaten und Leistungswerten exakt auf das jeweilige Fahrzeug und den zum Fahrzeug gehörigen Motor ab­gestimmt. Um die notwendigen Prüfun­gen durchführen zu können, entwickelt Bosch jeweils die entsprechende Meß­technik, die Prüfgeräte und Spezial­werkzeuge und rüstet die Kundendienst­steIlen damit aus.

Prüfteehnik für Generatoren

Für die verschiedenen Fahrzeugarten (Pkw, Lkw, Busse, Baumaschinen usw.) und deren typische Einsatzbedingungen können durchschnittliche Fahrstrecken bzw. Betriebszeiten ermittelt werden. Entsprechend diesen Anforderungen gibt es unterschiedliche Ausführungen von Drehstrom-Generatoren, für die in­nerhalb der Lebensdauer des Fahrzeug­motors keine besonderen Wartungs­arbeiten erforderlich sind. Bei Störungen der Stromerzeugungsan­lage soll zuerst eine Prüfung direkt am Fahrzeug durchgeführt werden. Sollte dabei ein Fehler am Generator lokalisiert werden, wird der Generator entweder ausgetauscht oder mit Hilfe der Servi­ceinformation und der -anleitung instand­gesetzt. Vor dem Wiedereinbau in das Fahrzeug ist der Generator dann am Kombina-

Werkstatt­prüftechnik

tionsprüfstand zu prüfen. 161

Generatoren

162

Prüfung direkt am Fahrzeug Bei der Sichtprüfung werden der Keil­riemen , die Verkabelung und die Lade­kontrollampe geprüft. Für die elektrische Überprüfung werden im wesentlichen ein Motortester und der Volt-Ampere-Tester eingesetzt. Mit diesen beiden Testgeräten können folgende Prüfungen durchgeführt wer­den : - Oszillogramm der Gleichspannung mit

geringem Oberwellenanteil (zwischen D+ und B-) ,

- Reglerspannung (zwischen D+ und B-), - Leistung des Generators, - Ladestrom bei Belastung, - Ruhestrom, - Batteriespannung, - Masse- oder Plusschluß der Leitungen,

Bild 1

- Unterbrechung der Leitungen und - Übergangswiderstände der Leitungen.

Instandsetzung des Generators Für die unterschiedlichen Generatorty­pen gibt es jeweils Serviceanleitungen, in denen die Instandsetzung beschrie­ben ist. Au ßerdem enthalten diese Anleitungen die erforderlichen Prüf- und Einstell­werte. Bei der Instandsetzung von Drehstrom­Generatoren werden verschiedene Test­geräte (z.B. Drehstrom-Generator-Tes­ter und Prüfgeräte für einen Windungs­schluß) verwendet. Darüber hinaus sind bei der Instandsetzung für jeden Gene­ratortyp besondere Werkzeuge not­wendig ; nur so kann der Fehler inner-

Kombinationsprüfstand für Starter und Generatoren.

1 Bedienteid für Generator- und Starterprütung, 2 regel barer Belastungswiderstand (Generatorprütung), 3 Handrad zur Höhenverstellung des Autspanntisches (Generatorprütung), 4 Generatorprütplatz mit Schutzhaube, 5 Steckbuchse tür Drehzahlsensor (Generatorprütung), 6 Anzeigeeinheit, 7 Starterprütplatz, 8 Batterieraum.

BOSCH

4

3---+-'--=:-__

7

--~---~~-8

halb des Generators lokalisiert und fach­gerecht behoben werden.

Überprüfung des Generators auf dem Kombinationsprüfstand Ist der Generator instandgesetzt, wird er auf dem Generatorprüfplatz des Kombi­nationsprüfstandes (Bild 1) aufgespannt.

Je nach Generatorausführung ist der An­trieb bei Prüfdrehzahlen bis ca. 6000 min-1 direkt möglich. Bei höheren Dreh­zahlen wird der Antrieb über einen Keil­riemen realisiert (Bild 2).

Der Generator wird auf der Aufspann­vorrichtung über einen Schwenkarm auf­geschraubt. Nach Ausrichten und Span­nen des Keilriemens wird der Drehzahl-Bild 2

Zur Prüfung aUfgespannter Generator.

1 AufspanntiSCh, 2 Führung, 3 Aufspannvorrichtung, 4 Schwenkarm, 5 Antrieb, 6 Keilriemen, 7 Generator.

4

5

3

6

2

sensor eingestellt. Es folgt der elektri­sche Anschluß des Generators. Um einen Generator zu prüfen, werden zwei Punkte der Leistungskennlinie an­gefahren: Bei zwei verschiedenen Prüfdrehzahlen (z.B. 1500 und 6000 min-1) wird der Generator mit Hilfe eines regelbaren Belastungswiderstandes mit dem zu er­reichenden Laststrom belastet. Die Ge­neratorspannung muß oberhalb des an­gegebenen Grenzwertes bleiben. Werden diese Sollwerte erreicht, kann der Generator direkt wieder in das Fahr­zeug eingebaut werden.

7

Wertkstatt­prüf technik

163

Startanlagen

164

Startanlagen

Grundlagen

Startvorgang

Verbrennungsmotoren müssen durch eine besondere Vorrichtung gestartet werden, da sie nicht wie Elektromotoren oder Dampfmaschinen aus eigener Kraft anlaufen können. Dabei sind die beträchtlichen Widerstände von Ver­dichtung, Kolbenreibung und Lager­reibung (Haftreibung) zu überwinden, die stark von Bauart und Zylinderzahl des Motors und außerdem von Schmier­Bild 1

mitteleigenschaften und der Motortem­peratur abhängig sind. Die Reibungs­widerstände sind bei tiefen Temperatu­ren am größten. Damit auch bei ungünstigen Bedingun­gen das beim Ottomotor zum Selbstlauf notwendige Luft-Kraftstoff-Gemisch ge­bildet beziehungsweise beim Diesel­motor die Selbstzündungstemperatur er­reicht werden kann, muß der Starter den Verbrennungsmotor mit einer Mindest­drehzahl (Startdrehzahl) durchdrehen und nach den ersten Zündungen beim Hochlaufen auf die Mindestselbstdreh­zahl unterstützen.

Bevor der Selbstablauf eines Verbrennungsmotors einsetzen kann, müssen verschiedene Start­voraussetzungen erfüllt sein.

Startvoraussetzungen beim Verbrennungsmotor

Fremdzündung Selbstzündung

Startvoraussetzungen beim Starter

Batterie

Selbstlauf des Verbrennungsmotors

Zum Starten von Verbrennungsmotoren werden Elektromotoren (Gleich-, Wech­sel- und Drehstrommotoren) , aber auch Hydraulik- oder Pneumatikmotoren ver­wendet. Der elektrische Gleichstrom-Reihen­schlußmotor ist jedoch besonders als Startermotor geeignet, da er das erfor­derliche hohe Anfangsdrehmoment zur Überwindung der Andrehwiderstände und zur Beschleunigung der Trieb­werksmassen entwickelt. Das Drehmo­ment wird überwiegend über ein Ritzel und einen Zahnkranz auf das Schwung­rad an der Kurbelwelle des Verbren­nungsmotors übertragen, zum Teil aber auch über Keilriemen, Zahnriemen, Ket­ten oder direkt auf die Kurbelwelle.

Wegen der großen Übersetzung zwi­schen Starterritzel und Zahnkranz der Motorschwungscheibe kann der "Ritzel­Starter" für niedriges Drehmoment bei hohen Drehzahlen ausgelegt werden. Dadurch ist es möglich, Abmessun­gen und Gewicht des Starters klein zu halten. Ein weiterer Vorteil ist, daß die für den Startvorgang benötigte Energie aus der­selben Batterie bezogen werden kann, die normalerweise auch für die anderen elektrischen Komponenten im Bordnetz eines Fahrzeugs zur Verfügung stehen muß (Bild 1). Der Starter darf somit nicht isoliert für sich allein betrachtet werden, sondern nur als Teil der gesamten An­lage. Die Größen von Starter und Batterie sind so bemessen, daß auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen die zum Starten er­forderliche Leistung ausreichend lange zur Verfügung steht. Da der Starter die höchste Stromaufnahme im Bordnetz ei­nes Kraftfahrzeuges aufweist, bestimmt er häufig die Auslegung der Batterie.

An den Starter (Bild 2) selbst werden fol­gende Anforderungen gestellt: - ständige Startbereitschaft, - ausreichende Startleistung bei unter-schiedlichen Temperaturen, - hohe Lebensdauer, die eine große Anzahl von Startvorgängen ermöglicht

(im Kurzstreckenverkehr ist die Start­häufigkeit besonders hoch), - robuster Aufbau , der Beanspruchun­gen beim Einspuren, Durchdrehen und Schütteln , Korrosionseinwirkungen durch Feuchtigkeit und Streusalz, Ver­schmutzung, Temperaturwechsel im Mo­torraum usw. gewachsen ist, - geringes Gewicht und einbaugünstige Abmessungen und - möglichst wartungsfreier Betrieb.

Da die Voraussetzungen zum Starten un­terschiedlich sind und besonders der Einfluß der Temperatur sehr stark ist, muß der Starter mit den anderen Be­standteilen der Startanlage und deren Ei­genschaften sowie auf den jeweiligen Verbrennungsmotor genau abgestimmt sein .

Bild 2

Prinzipieller Aufbau einer Startanlage.

1 Starter, 2 Batterie, 3 Startschalter, 4 ein oder mehrere Relais (bei großen Startanlagen) und zusätzliche Slarthilfsmittel (bei Dieselmotoren).

,-------,

4 L~-~ 3

'9911

Grundlagen

165

Startanlagen

166

Startbedingungen

Neben den wichtigsten Motordaten müs­sen bei der Festlegung einer Startanlage vor allem die Startbedingungen berück­sichtigt werden. Dazu gehören: - Startgrenztemperatur, d.h. tiefste Tem­peratur des Motors und der Batterie, bei der ein Start noch möglich sein muß (Bild 3), - Durchdrehwiderstand des Motors, gleichbedeutend mit dem erforderlichen Drehmoment an der Kurbelwelle bei der Startgrenztemperatur (einschließlich aller nicht abkuppelbaren Zusatzag­gregate, Bild 4), - erforderliche Mindestdrehzahl des Motors bei Startgrenztemperatur, - mögliche Übersetzung des Übertra­gungselementes Starter-Kurbelwelle, - Nennspannung der Startanlage, - Eigenschaften der Starterbatterie, Bild 3

Startgrenztemperatur (Beispiel).

a Drehzahl des Starters; fällt mit sinkender Temperatur wegen Zunahme des Batterie­Innenwiderstandes.

b Erforderliche Mindestanfangsdrehzahl des Verbrennungsmotors; steigt mit sinkender Temperatur wegen zunehmender Anlauf­widerstände.

Der Schnittpunkt beider Kurven ergibt die Start­grenztemperatur (hier -23 °C).

140

120

:2 ::s 100

.r;;

~ o SO

60 Startgrenz­temperatur

40~~~ ____ L-________ L-~ - 25 -23 - 20 -15 oe

Temperatur t

- Länge bzw. Widerstand der Zuleitun­gen zwischen Batterie und Starter (Span­nungsfall, Bild 5), - Drehmoment, Drehzahl und Leistung des Starters (Starterkennlinie, Startvor­gang).

Besondere Bedeutung hat dabei die Startgrenztemperatur, die tiefste Tempe­ratur, bei der ein Verbrennungsmotor bei gegebener elektrischer Anlage (mit defi­niertem Ladezustand der zugeordneten Batterie) und bestimmter Ölviskosität noch sicher zum Selbstlauf kommt. Die tiefste Temperatur, bei der noch ein Start möglich sein soll , richtet sich nach den klimatischen Verhältnissen des Ein­satzgebietes und nach den Betriebs­bedingungen, aber auch nach wirt­schaftlichen Erwägungen (Leistungs­bedarf und Kosten für eine Startanlage steigen mit abnehmender Startgrenz­temperatur stark an).

Bild 4

Motordrehmomente (Durchdrehwiderstände) und Starterdrehmomente.

Ms Starterdrehmomente bei verschiedenen Temperaturen (bezogen auf die Motorwelle).

MM Drehmomente eines 3-Liter-Ottomotors bei verschiedenen Temperaturen. Der Schnitt­punkt der zugehörigen Kurven bestimmt die Drehzahl, mit der der Motor bei -25 oe , -1s oe und -10 oe durchgedreht wird.

Der Drehmomentverlauf ergibt sich bei einer um 20 % entladenen Batterie (55 Ah) .

C QJ

E o E

.r;; QJ

N'm r--------------------,

-10 oe -1S oe

- 25 oe

- 25 oe ...........

Ci 100 ..... ~------- 1soe ------....' ..... - 10oe _ ._. _. _ . - ' -'0.:-,,:,:-: '

O~ __ ~ ______ ~ ______ ~ o 50 100 min-1

Motordrehzahl nM

Im angeführten Beispiel wird für die Startgrenztemperatur von -23 oe ein Starter mit Nennleisung 2,2 kW zusam­men mit der Batterie 12 V 90 A· h/450 A benötigt. Dabei ist die Batterie gerade um 20 % ihrer Nennkapazität entladen (Bild 3). Je kälter der Motor ist, um so höher muß die Anfangsdrehzahl liegen, um ihn zu starten. Um diesem Temperaturverhalten des Motors ent­gegenzuwirken, müßte die Starterdreh­zahl bei sinkender Temperatur anstei­gen. In Wirklichkeit trifft aber leider ge­rade das Gegenteil zu: Weil der Starter von der Energieversorgung der Batterie abhängig ist, fällt bei sinkender Tempera­tur die Drehzahl des Starters wegen der Zunahme des Innenwiderstandes der Batterie sogar überproportional ab. Start­und Durchdrehversuche dieser Art wer­den bei Bosch sehr häufig in der Kälte­kammer des Technischen Zentrums Au­toelektrik durchgeführt. In Europa werden Startanlagen im all­gemeinen nach den in Tabelle 1 aufge­führten Startgrenztemperaturen ausge­legt. Der Durchdrehwiderstand, d. h. das zum Durchdrehen des Motors erforderliche Drehmoment, hängt in erster Linie vom Motorhubraum und von der Viskosität des Motorenöls (Maß für die innere Rei­bung des Motorenöls) ab. Im allgemei­nen steigt der mittlere Durchdrehwider­stand bei Ottomotoren mit zunehmender Drehzahl an (bei Dieselmotoren hin­gegen kann der Widerstand nach ei­nem Maximum bei einer Motordrehzahl von 80 bis 100 min-1 wegen Rück­gewinnung der verhältnismäßig hohen Kompressionsarbeit wieder abnehmen). Der Schnittpunkt der zugehörigen Motor­und Starter-Drehmomentkurven (Bild 4) bestimmt jeweils die Drehzahl, mit der der Motor bei der betreffenden Tempera­tur durchgedreht wird. Ferner haben noch Bauart und Zylin­derzahl des Motors, Verhältnis von Hub zu Bohrung, Verdichtungsverhältnis, Drehzahl, Masse der bewegten Trieb­werksteile und deren Lagerung sowie zu­sätzliche Schlepplasten durch Kupplung, Getriebe usw. Einfluß.

Die Mindeststartdrehzahl ist je nach Mo­tortyp und Einrichtung zur Gemisch­bildung sehr verschieden. Bei Diesel­motoren ist auch das Vorhandensein be­sonderer Starthilfen von Bedeutung. Die Aufstellung in Tabelle 2 zeigt einige mar­kante Erfahrungswerte.

Tabelle 1

Startgrenztemperaturen Motoren für Startgrenz-

temperatur

Personenkraftwagen -18 ... -25°e Lastkraftwagen, Busse -15 ... -20 oe Schlepper -12 .. . -15 °e Antriebs- und Aggregat-motoren bei Schiffen -5 °C Diesellokomotiven +5 °e

Tabelle 2

Erfahrungswerte für Mindeststartdrehzahlen Erforderliche Startdreh- Drehzahl zahlen bei - 20 oe min- 1

Otto-Hubkolbenmotor 60 .. . 90 Otto-Drehkolbenmotor 150 ... 180 Dieselmotor mit direkter Einspritzung ohne Starthilfe 80 ... 200 mit Starthilfe (z. B. Glühkerze) 60 ... 140 Vor- und Wirbel kammer-Dieselmotoren ohne Starthilfe 100 ... 200 mit Glühkerzen als Starthilfe 60 ... 100

Bild 5

Prinzipschaltbild einer Startanlage.

RL Zuleitungswiderstand, RB Batterieinnenwiderstand, Rs Starterinnenwiderstand. 1 Batterie, 2 Zuleitung, 3 Starter.

(+)

(-)

Grundlagen

167

Startanlagen

168

Bild 6 zeigt den eigentlichen Startvor­gang. Während der Verbrennungsmotor bei Überschreiten der Startmindest­drehzahl mit den ersten Zündungen ein­setzt und schl ießlich zum Selbstlauf übergeht, steigt sein Drehmoment konti­nuierlich an (Kurve 1, vereinfacht als gleichmäßige Linie). Das Motordrehmoment überlagert sich dabei mit dem abfallenden Drehmoment des Starters (Kurve 2) . In dieser Über­gangsphase unterstützt der Starter ledig­lich noch das Hochlaufen des Verbren­nungsmotors, bis er von diesem "über­holt" wird. Aus der Addition beider Drehmomentkur­ven ergibt sich ein theoretisches Gesamtdrehmoment (Kurve 3, gestri­chelt) . Tatsächlich wird diese Kurve durch unregelmäßige Verbrennungen, die im Punkt A erstmalig einsetzen, nur spitzenweise erreicht, bis im Punkt B re-

Bild 6

Startvorgang beim Verbrennungsmotor.

1 Theoretisches Motordrehmoment, regelmäßige Verbrennung vorausgesetzt.

2 Starterdrehmoment. 3 Theoretisches Gesamtdrehmoment durch

Addition von Motor- und Starterdrehmoment. 4 Tatsächliches Gesamtdrehmoment infolge

unregelmäßiger Verbrennung. A Verbrennungen setzen unregelmäßig ein. e Regelmäßiger Lauf des Motors. C Selbständiger Lauf des Motors.

N'm

10

8 ~ c: Q)

6 E 0 E .c Q)

4 Ci

2

0 0 200 400

Drehzahl n

gel mäßiger Lauf des Motors und in Punkt e selbständiger Lauf des Motors nach Abschalten des Starters erfolgt.

Nennspannung der Startanlage Startanlagen gibt es für verschiedene Nennspannungen: - Personenkraftwagen haben heute all­gemein eine 12-V-Anlage. - Bei Schleppern sowie kleinen Aggre­gat- und Bootsmotoren ist ebenfalls die 12-V-Anlage üblich. - In Einzelfällen und bei Sonderfahr­zeugen wird die Anlage für 24 V ausge­legt. - Lastkraftwagen und Omnibusse ha­ben sowohl 12-V- als auch 24-V-An­lagen. - Bei großen Fahrzeugen ist durchweg eine Starter-Nennspannung von 24 V üblich, weil durch günstigeren Span­nungsfall die Baugröße bei erforderlicher Starterleistung geringer gehalten werden kann.

Nennleistung Neben der Nennspannung ist die Nenn­leistung ein weiteres wichtiges Kenn­zeichen eines Starters. Die Nennleistung ist eine exakt definierte und auf dem Prüfstand ermittelte Kenn­größe; sie bezieht sich auf eine für diesen Starter maximal zugelassene Batterie, die bei einer Temperatur von -20 oe den Ladezustand ,,20 % entladen" aufweist sowie auf einen Zuleitungs­widerstand von 1 mn. Damit ist die Starterfunktion selbst bei ungünstigen Bedingungen gewährleistet. Die dann im jeweiligen Betriebszustand tatsächlich am Ritzel des Starters abgegebene Lei­stung entspricht der aufgenommenen inneren Leistung abzüglich der Eisen-, Kupfer- und Reibungsverluste. Die Leistung eines Starters hängt also ganz wesentl ich vom Zuleitungs- und Batterieinnenwiderstand ab. Je kleiner der Innenwiderstand der Batterie ist, desto größer ist die Starterleistung. Die Überprüfung der Starterleistung bei ungünstigen Bedingungen wird unter anderem in der Kältekammer vorge­nommen.

Startanlagen für Personen­kraftwagen

Als Personenkraftwagen (Pkw) gelten alle Kraftwagen, die zum Transport von maximal 9 Personen bestimmt sind. Pkw-Startanlagen sind in der Regel mit Schub-Schraubtrieb-Startern bis zu einer Nennleistung von ca. 2 kW ausgerüstet. Als Nennspannung hat sich allgemein 12 V durchgesetzt. Damit können Otto­motoren bis ca. 7 Liter und Dieselmoto­ren bis ca. 3 Liter Hubraum gestartet werden. Der Startleistungsbereich hängt stark vom Verbrennungsverfahren ab: Bei gleichem Motorhubraum benötigt ein Dieselmotor einen Starter mit höherer Leistung als ein Ottomotor. Die Schaltung von Pkw-Startanlagen ist meist sehr einfach aufgebaut. Der Verbrennungsmotor befindet sich im Nahbereich des Fahrers, der dadurch den Startvorgang ohne Schwierigkeiten meist akustisch verfolgen kann. Nach erfolgtem Starten ist der Motorlauf hör­bar, so daß ein nochmaliges, unbeab­Bild 7

sichtigtes Einschalten des Starters und Einspuren des Starterritzels in den bereits umlaufenden Motorzahnkranz nicht wahrscheinlich ist. Deshalb sind normalerweise bei Personenkraftwagen keine besonderen Schutz- und Über­wachungsgeräte für den Startvorgang er­forderlich. Bei vielen Pkw-Modellen ist ein Zündstartschalter mit zusätzlicher Startwiederholsperre eingebaut, um jeg­liche Möglichkeit einer versehentlichen Starterbetätigung auszuschließen.

Startanlagen für Personenkraftwagen mit Ottomotor Die Startanlage entspricht der Grund­schaltung von Bild 7. Über zumeist mehr­stufige Zünd-Start-Schalter wird unter anderem die Startanlage angesteuert. Vor der Schaltstellung "Starten" wird aber schon die Zündanlage eingeschaltet, da ohne ihr Mitwirken das Starten und der Selbstlauf des Ottomotors nicht möglich sind. Der Zündvorgang setzt sich nach dem Abschalten des Starters kontinuier­lich fort und ermöglicht den Selbstlauf des Ottomotors.

Schaltung einer Pkw-Startanlage für Fahrzeuge mit Ottomotor.

a Slartanlage: 1 Batterie, 2 Starter, 3 Zündslart­schalter.

b Zündanlage: 4 Vorwiderstand

b (nicht generell a . __ . __ . __ . eingebaut, Starter mit Klemme 15a erforderlich),

5 Zündspule, 3 6 Zündverteiler, 7 Zündkerzen, 8 weitere

.- ~}-8 --'-', ~-~~----15

Verbraucher.

30 50 t' 4 :

-1sä--- . r--I' 2 · 1 I' ~ ~ ~ ~ · 1

Grundlagen

169

Startanlagen

170

Bei Anlagen mit kontaktgesteuerten Zündspulen und vorgeschaltetem Wider­stand kann das Starten des Motors durch die "Startspannungsanhebung" begün­stigt werden, indem der Vorwiderstand der Zündspule überbrückt wird. Dazu sind Starter erforderlich, die eine zusätz­liche Anschlußklemme (15a) aufweisen.

Startanlagen für Personenkraftwagen mit Dieselmotor Bevor der Startvorgang beginnen kann, muß die Vorglühanlage eingeschaltet werden. Neuere Pkw-Vorglühanlagen besitzen meist einen kombinierten Fahrt­Glühstartschalter, der nach beendeter Glühzeit gleich zum Starten weiterge­schaltet werden kann (Bild 8). Bei älteren Diesel-Startanlagen sind Fahrt- und Glühstartschalter noch voneinander ge­trennt eingebaut. Sobald die Oberfläche der Glühkerze soweit erhitzt ist, daß sich der Diesel­kraftstoff daran entzünden kann, ist das Starten des Dieselmotors möglich. Im

Bild 8

Gegensatz zur Zündanlage des Otto­motors wird die Vorglühanlage des Dieselmotors bei beendetem Startvor­gang gemeinsam mit dem Starter abge­schaltet.

Startanlagen tür Nutzkraft­wagen

Nutzkraftwagen sind Kraftwagen, die zum Transport von mehr als 9 Personen, Gütern und/oder zum Ziehen von Anhän­gern geeignet sind. Diese Fahrzeugkategorie umfaßt im we­sentlichen folgende Gruppen: - Kraftomnibusse (zum Beispiel Klein­busse, Linienbusse, Gelenkbusse), - Lastkraftwagen verschiedener Größen, - Speziallastkraftwagen (zum Beispiel Tankkraftwagen, Feuerwehrfahrzeuge, Abschleppwagen, Müllfahrzeuge), - Zugmaschinen (Straßen- oder Sattel­zugmaschinen und Schlepper). Entsprechend der Vielfalt dieser Nutz­kraftwagen sind auch die Startanlagen

Schaltung einer Pkw-Startanlage für Fahrzeuge mit Dieselmotor.

Schaltstuten: 1. Glühstartlampe ein, 2. Anzeigelampe

signalisiert a Startbereitschaft,

3. Starter ein, 4. Start- und Vor­

glühanlage aus (Selbstlaut des Motors).

aStartanlage: 1 Batterie, 2 Starter, 3 Glühstartschalter.

b Vorglühanlage: 4 GlÜhzeitsteuergerät, 5 Anzeigelampe

erlischt bei beendeter Vorglühzeit) ,

6 Glühstiftkerzen.

L __ _______ _ _ ~ ~ _____ _ ___ _

dem Bestimmungszweck, dem Aufbau und dem Verbrennungsmotor des einzel­nen Fahrzeuges angepaßt. Leichte Nutzkraftwagen wie Lieferwagen und Kleinbusse, aber auch Schlepper, sind meist mit einfachen 12-Volt-Start­anlagen ausgerüstet, die - abgesehen von der größeren Starterleistung - weit­gehend dem unkomplizierten Aufbau gängiger Pkw-Startanlagen entspre­chen. Für einen störungsfreien Startvorgang sind keine besonderen Batterieumschalt­relais oder Schutzrelais wie bei mitteI­schweren oder schweren Nutzkraft­wagen erforderlich. Mittelschwere Nutzkraftwagen mit Otto­motoren bis ca. 20 Liter Hubraum ha­ben in der Regel 12-Volt-Startanlagen, während vergleichbare Fahrzeuge mit Dieselmotoren bis ca. 12 Liter Hubraum Startanlagen mit 12 Volt oder 24 Volt Nennspannung aufweisen. Bei schweren Nutzkraftwagen mit Diesel­motoren bis ca. 24 Liter Hubraum kom­men nur noch 24-Volt-Startanlagen vor,

Bild 9

die von zwei hintereinandergeschalteten 12-Volt-Batterien gespeist werden. Be­sonders bei größerer Entfernung zwi­schen Batterie und Starter sind 24-Volt­Anlagen vorteilhaft: Spannungsverluste wirken sich weniger nachteilig aus, so daß sich bei gleichem Batterieaufwand günstigere Startbedingungen ergeben. Außerdem hängt davon die erzielbare Starterleistung ab. Aus diesem Grund gibt es zum Teil auch "gemischte" 12/24-Volt-Anlagen mit 12-Volt-Bordspannung und 24-Volt-Starterspannung.

Startanlagen mit Startsperr­einrichtung Startanlagen, bei denen der Start­vorgang akustisch nicht mehr eindeutig wahrgenommen werden kann (z. B. Om­nibusse mit Heckmotor), erfordern einen höheren Schaltungsaufwand, denn sie benötigen einen wirksamen Schutz für Starter und Zahnkranz des Verbren­nungsmotors. Bild 9 zeigt eine Startanlage für Nutz-

Schaltung einer Startanlage mit elektronischem Startsperrelais.

1 Batterie, 2 Batterieschaller, 3 Fahrtschalter, 4 Startschalter, 5 Generator

kontroll­lampe,

S Generator, 7 elektronisches

Startsperrelais, 8 Starter.

+

8

Grundlagen

171

Startanlagen

172

kraftwagen mit elektronischem Start­sperrelais. Diese Schaltung schützt die Startanlage in mehrfacher Hinsicht: - Abschalten nach erfolgtem Start, - Sperre bei bereits laufendem Motor, - Sperre bei noch auslaufendem Motor, - Sperre nach Fehlstart, wenn also kein Motorselbstlauf zustande kommt.

Um in den letzten beiden Fällen einen zu frühzeitig unternommenen erneuten Startversuch zu verhindern, muß zuerst eine im Relais integrierte Sperrzeit ab­laufen.

Startanlagen mit Batterie­umschaltung 12/24 Volt Verschiedene schwerere Nutzkraftwa­gen - vorwiegend Lastkraftwagen - be­sitzen eine gemischte 12/24-Volt-Anlage (Bild 10). In diesen Anlagen sind sämt­liche elektrischen Komponenten (mit Ausnahme des Starters) und der Gene­rator zur Spannungserzeugung für die Nennspannung von 12 Volt ausgelegt. Im Gegensatz dazu wird der Starter mit einer Nennspannung von 24 Volt betrie-

Bild 10

ben. Damit wird die Leistungsabgabe zum Starten großer Motoren möglich. Zu diesem Zweck sind 12124-Volt-An­lagen mit einem Batterieumschaltrelais ausgestattet. Die beiden 12-Volt-Batte­rien des Bordnetzes sind im normalen Fahrbetrieb oder bei stillstehendem Motor zur Versorgung der Verbraucher parallel geschaltet und sorgen damit für eine Spannung von 12 Volt. Nach Drücken des Startschalters schal­tet das Batterieumschaltrelais automa­tisch die beiden Batterien für den Start­vorgang vorübergehend hintereinander, so daß an den Starterklemmen eine Spannung von 24 Volt anliegt. Alle ande­ren elektrischen Komponenten werden weiterhin mit 12 Volt versorgt. Nach Loslassen des Startschalters wer­den der Starter ausgeschaltet und die Batterien wieder parallel geschaltet. Während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, lädt der 12-Volt-Generator (Anschluß B+) die Batterien auf.

Schaltung einer Startanlage mit Batterieumschaltrelais.

1 12-V-Batterie I, 2 12-V-Batterie 11 , 3 Batterieumschaltrelais, 4 Startschalter, 524-V-Starter, B+ Anschluß an Generator.

B+ 4

12V124V

12V

Sonderstartan lagen

Sonderstartanlagen lassen sich nicht auf einen bestimmten Anwendungsbereich oder Fahrzeugtyp beschränken. Sie sind, zum Teil mit individuellen Abwandlungen, in großen Nutzkraftwagen (z.B. große Fernreisebusse mit Heckmotor oder Sonderfahrzeuge mit Unterflurmotor), Dieseltriebwagen, Schiffen (je nach Größe des Schiffes für Haupt- oder Hilfs­dieselmotoren) und stationären Aggre­gatmotoren (z.B. Pumpen- oder Notstro­maggregate, Generatorantriebe usw.) zu finden. Die verschiedenen Betriebsbedingungen erfordern oft umfangreiche Startanlagen mit speziell darauf abgestimmten und in unterschiedlicher Weise miteinander kombinierten Schutz- und Überwa­chungsrelais. Diese Relais steuern den Startvorgang, verhindern eine Beschädi­gung von Starter und Zahnkranz bei Fehlschaltungen und ermöglichen auch den gleichzeitigen Anlauf bei Parallel­betrieb von zwei Startern. Meist sind die zu startenden Verbrennungsmotoren so weit vom Fahrer bzw. von der Bedie­nungsperson entfernt, daß der Startvor-

Bild 11

gang weder optisch noch akustisch über­wacht werden kann. In vielen Anwen­dungsfällen wird deshalb auch mit Fern­bedienung oder vollautomatisch (z.B. Notstromaggregate, Wärmepumpen mit Dieselmotor, usw.) gestartet. Bei allen größeren elektrischen Anlagen von Nutzkraftwagen ist zusätzlich ein Batterie-Hauptschalter vorgeschrieben, mit dessen Hilfe das Bordnetz bei Motor­stillstand aus Sicherheitsgründen von der Batterie getrennt werden kann (bei Abstellphasen, Wartungsarbeiten oder Schadensfällen) . Da es sehr verschiedenartige Sonder­startanlagen gibt, können nicht alle Mög­lichkeiten vorgestellt werden. Die folgen­den Beispiele sind deshalb auf wenige markante Schaltungen beschränkt.

Startanlagen mit Startwiederhol­einrichtung Startanlagen mit Fernbedienung oder in­direkter Starterbetätigung (z.B. in statio­nären Anlagen, in Dieseltriebwagen, in einzelnen Fällen auch in Nutzkraftwagen mit Heckmotor) werden in gewissen Fäl­len um ein Startwiederholrelais erweitert (Bild 11). Dies ist besonders dann der

Schaltung einer 12- bzw. 24-V-Startanlage für Einzelantrieb eines Schubtrieb-Starters Typ KB oder OB mit Startsperr- und Startwiederholeinrichtung.

1 Batterie, 2 Batterieschalter, 3 Fahrtschalter, 4 Startschalter, 5 Startsperrelais, 6 Startwiederhol-

relais, 7 Starter, D+ Anschluß an

Generator.

6

Grundlagen

173

Startanlagen

174

Fall, wenn wegen räumlicher Entfernung zum Verbrennungsmotor nicht festge­stellt werden kann, ob der Startversuch überhaupt erfolgreich verlaufen ist.Die Schaltung ist so abgestimmt, daß das Startwiederholrelais bei normalem Ein­spuren des Starterritzels nicht anspricht. Um bei einem Fehler (Blindschaltung) eine thermische Überlastung des Star­ters zu vermeiden, unterbricht jedoch das Startwiederholrelais den erfolglosen Startvorgang und wiederholt ihn auto­matisch. Dieser Vorgang kann mehrmals ablaufen und zwar solange, bis das Starterritzel in den Zahnkranz einspuren kann und schließlich der Kontakt für den Starterstrom eingeschaltet ist. Das eben­falls in den Schaltkreis einbezogene Startsperrelais schützt den Starter außerdem noch gegen irrtümliches Star­ten bei bereits oder noch laufendem Motor. Diese Art der Schaltung wird aus­schließlich für Schubtrieb-Starter mit elektrisch zweistufiger Einschaltweise (K-, Q- oder T-Starter) mit der zusätz­lichen Anschlußklemme 48 angewandt.

Startanlagen (12 Volt oder 24 Volt) mit Startdoppelrelais für Parallelbetrieb Zum Starten sehr großer Verbrennungs­motoren wären im Einzelbetrieb sehr

Bild 12

große Starter erforderlich. Aus Platz­gründen ist es deshalb günstiger, an­stelle eines großen Starters zwei kleinere Starter zu verwenden. Damit der Motor seine erforderliche Startdrehzahl errei­chen kann, müssen aber beide Starter im Parallelbetrieb gleichzeitig den Zahn­kranz antreiben. Vorausgesetzt, daß die Stromversorgung gesichert ist, erhält man bei Parallelschaltung von zwei Star­tern etwa die doppelte Starterleistung des Einzelgerätes. Bei Parallelstartanlagen mit niedriger Spannung (12 oder 24 Volt) wird neben dem Startsperrelais und dem Startwie­derholrelais mit den bereits beschriebe­nen Funktionen ein Startdoppelrelais (Bild 12) der Startanlage zugeschaltet. Mit Hilfe dieses Startdoppelrelais wird erreicht, daß zunächst ein Starter nach dem anderen in den Zahnkranz des Verbrennungsmotors einspurt. Erst nach dem vollständigen Einspuren des zwei­ten Starters wird der volle Starterstrom eingeschaltet. Damit entwickeln beide Starter gleichzeitig ihr volles Drehmo­ment, und keiner der beiden Starter wird überlastet. Starter, die für diesen Parallelbetrieb ge­eignet sind, besitzen dafür zusätzliche Anschlußklemmen.

Schaltung einer 12- bzw. 24-V-Starlanlage für Parallelbetrieb von zwei Schubtrieb-Starlern Typ KB.

1 Batterie, 2 Batterieschalter, 3 Fahrtschalter, 4 Startschalter, 5 Startsperrelais, 6 Startwiederhol-

relais, 7 Startdoppelrelais, 8 Starter I, 9 Starter 11, D+ Anschluß an

Generator.

Startanlagen (50 bis 110 Volt) mit Schalt relais tür Parallelbetrieb In Parallelstartanlagen mit höherer Span­nung (50 bis 110 Volt) wird neben einem Startwiederholrelais mit Steuerrelais und einem frequenzgesteuerten Startsperr­relais ein spezielles Parallelschaltrelais verwendet. Das Parallelschaltrelais schaltet einer­seits den Hauptstrom für den zweiten Starter ein. Andererseits muß es durch entsprechende Steuerung dafür sorgen, daß die Starter nacheinander einspuren und erst nach dem vollständigen Ein­spuren gleichzeitig Hauptstrom zum Starten bekommen. Bild 13 zeigt eine Startanlage mit Parallelschaltung für Fahrzeuge, die indirekt oder automatisch gestartet werden, z.B. bei Erreichen eines bestimmten Öldrucks oder einer bestimmten Temperatur. In Triebwagen, Lokomotiven, bei großen Stationärmoto­ren usw. finden sich oft Überwachungs­geräte zur Schmieröl-, Temperatur- und Wasserstandsüberwachung, die kurzzei­tig abfallen und dabei die Starter-Steuer­leitung unterbrechen können. Damit es bei diesem Vorgang nicht zu einem Fest­schweißen der Schaltbrücke im Ein­rückrelais kommen kann, verhindert ein Relais für Halteschaltung, daß der Star-

Bild 13

ter während des Startvorganges durch diese Überwachungsgeräte unnötig ein­und ausgeschaltet wird. Während sich bei Anlagen mit niederer Spannung das Steuerrelais im Schub­trieb-Starter befindet, ist es bei Anlagen mit höherer Spannung mit dem Start­wiederholrelais in einer Baueinheit verei­nigt. Dadurch wird eine erhöhte Sicher­heit der Schaltvorgänge erreicht.

Schaltung einer 50- bis 110-V-Startanlage für Parallelbetrieb von zwei Schubtrieb-Startern Typ TB.

1 Batterie, 2 Batterieschalter, 3 Startschalter, 4 Relais für

Pumpenmotor, 5 Motor für Ölpumpe, 6 Öldruckschalter, 7 Überwachungs-

geräte, 8 Relais für

Halteschaltung, 9 Startsperrelais

(mit Motordrehzahl­eingabe nM von Generator oder Geber),

10 Startwiederhol­relais,

11 Parallelschalt­relais ,

12 Starter I, 13 Starter 11.

6

Grundlagen

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Startanlagen

176

Starter-G ru ndaufbau

Starter bestehen in der Regel aus folgen­den Baugruppen: - elektrischer Startermotor, - Einrückrelais und - Einspurgetriebe (Bild 1).

Elektrischer Startermotor

Prinzip Im Elektromotor wird elektrischer Strom dazu genutzt, eine Drehbewegung her­vorzurufen. Dabei wird elektrische Ener­gie in mechanische Energie umge­wandelt. Dies beruht darauf, daß auf einen strom­durchflossenen Leiter in einem Magnet­feld eine Kraft ausgeübt wird. Die Größe der Kraft ist der Stärke des Magnetfeldes und der Stromstärke proportional und dann am größten, wenn Magnetfeld und Strom senkrecht zueinander gerichtet sind. Zweckmäßigerweise wird der Leiter

Bild 1

Baugruppen eines Starters.

als eine im Magnetfeld frei drehbare Schleife ausgebildet. Wird sie von Strom durchflossen, so stellt sie sich normaler­weise senkrecht zum Magnetfeld und wird dort durch die magnetische Kraft festgehalten. Wird aber in diesem toten Punkt die Strom richtung in der Leiter­schleife umgekehrt, kann der Stillstand verhindert werden. Das Drehmoment hat dann immer den gleichen Drehsinn und ermöglicht eine ununterbrochene Rota­tion der Leiterschleife. Diese Stromwen­dung wird an einem Kommutator (Strom­wender) vorgenommen, der in diesem Modellfall aus zwei halbringförmigen, voneinander isolierten Segmenten be­steht, an die die beiden Leitungsenden der Schleife angeschlossen sind. Zwei Kohlebürsten sind mit der Spannungs­quelle verbunden, und durch sie fließt über die einzelnen Leiterschleifen Strom (Bild 2a) . Um ein gleichmäßiges Drehmoment zu erzielen, wird die Anzahl der Leiter­schleifen erhöht. Ihre Einzeldrehmo-

1 Elektrischer Startermotor, zum Teil mit Untersetzungsgetriebe, 2 Einrückrelais mit elektrischen Anschlüssen, zum Teil mit zusätzlichem Steuerrelais, 3 Einspurgetriebe.

mente ergeben zusammen ein wesent­lich höheres und gleichförmigeres Ge­samtdrehmoment. Bild 2b zeigt außerdem drei symmetrisch angeordnete Schleifen, deren Kommu­tator nun dementsprechend sechs Seg­mente, auch Lamellen genannt, aufweist. In Wirklichkeit ist die Schleifenzahl noch um einiges höher, womit unter anderem das Gesamtdrehmoment gesteigert wer­den kann. Das Magnetfeld kann von Dauermagne­ten (permanenterregte Motoren) oder von Elektromagneten (Elektromagnet­pole mit Erregerwicklung) hervorgerufen werden. Je nach Schaltung der Erreger­wicklung kann man zwischen Neben­schluß-, Reihenschluß- und Doppel­schlußmotoren unterscheiden.

Technische Ausführung Bei elektrischen Startermotoren besteht der Elektromagnet aus einem rohr­förmigen Polgehäuse, in dessen Innen­teil im allgemeinen vier Polschuhe (Pol­magnete) befestigt sind. Diese Pol-

Bild 2

Schemabild Elektromotor.

3 4

a mit einer Leiterschleife,

b mit drei Leiterschleifen

1 Kohlebürsten, 2 Magnet, 3 Kommutator, 4 Leiterschleife,

Schaltbild eines Schaltbild eines Nebenschluß- permanenterregten Gleichstrommotors. Gleichstrommotors.

schuhe haben - sofern es sich nicht wie bei den Typen DM und DW um Dauer­magnete handelt - eine Erregerwicklung, durch die Strom zur Erregung des Magnetfeldes fließt. Damit die Feldlinien immer in eine Richtung weisen (nämlich jeweils von den Nord- zu den Südpolen), wird die Erregerwicklung mit Gleichspan­nung gespeist. Da magnetische Feld­linien stets geschlossen sind und sich in Eisen besonders gut leiten lassen, werden Polgehäuse und Polschuhe aus Eisen hergestellt (genauer gesagt aus einem Stahl mit besonders günstigen magnetischen Eigenschaften). Der Anker entspricht den im Magnetfeld gedrehten Leiterschleifen, jedoch mit ei­nem zusätzlichen Eisenkern. Bei Strom­durchfluß wird auch im Eisenkern des Ankers ein Magnetfeld mit Nord- und Südpolen gebildet. Die Drehung des Ankers beruht nun darauf, daß sich die gleichnamigen Pole von Anker und Polgehäuse gegenüberstehen und ge­genseitig abstoßen. Der Eisenkern des Ankers besteht zur Verringerung von

Schaltbild eines Starters mit Doppelschlußmotor.

a Vorstufe: Nur Nebenschluß- 1 Reihenschluß-wicklung in Reihe geschaltet wicklung (begrenzter Ankerstrom). 2 Nebenschluß-

b Hauptstufe: Nebenschluß- wicklung wicklung parallel, Reihenschluß-wicklung in Reihe geschaltet.

Schaltbild eines Reihenschluß­Gleichstrommotors.

Starter­Grundaufbau

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Startanlagen

178

Magnetisierungsverlusten aus einzelnen Blechlamellen, die gegeneinander iso­liert und zu einem "Paket" auf der Anker­weIle zusammengepreßt sind. In den Nuten dieses Eisenkernes liegen die Schleifen bzw. Windungen der Anker­wicklung, die an die einzelnen Lamellen des Kommutators angeschlossen sind. Der Kommutator ist direkt auf der Anker­weIle befestigt. Auf dem Kommutator schleifen wegen des günstigeren Strom­übergangs meist vier Kohlebürsten, die paarweise an den Pluspol und den Minuspol der Batterie (bzw. Masse) an­geschlossen sind. Der Kommutator sorgt durch ständige Stromwendung dafür, daß die Polarität im Anker rechtzeitig wechselt, während die Magnetpole im Polgehäuse ihre Polarität unverändert beibehalten. Im Anker eines Elektromotors wird eine Spannung induziert (erregt), die der an den Anker angelegten Betriebsspannung entgegenwirkt. Je schneller der Motor dreht, desto größer ist diese Gegenspan­nung und um so geringer die Stromstärke.

Bild 3

Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik von Elektromotoren.

1 Nebenschlußmotor bei konstanter Spannung, 2 permanenterregter Motor*, 3 Doppelschlußmotor, Hauptstufe*, 4 Reihenschlußmotor*. * An Batteriespannung

MN

Drehmoment M _

Wird dagegen der Motor belastet, indem er Arbeit verrichten muß, geht mit sinken­der Drehzahl auch die Gegenspannung zurück, und die Stromstärke wächst an. Die Stromstärke und damit auch das Drehmoment (Bild 3) ist am größten, wenn der Motor aus dem Stillstand heraus unter Belastung anlaufen muß. Der Elek­tromotor paßt seinen Strom somit von selbst der mechanischen Belastung an!

Nebenschlußmotoren Bei Nebenschlußmotoren liegt die Erre­gerwicklung parallel zum Anker. Bei Speisung mit konstanter Spannung sind daher die Erregung und auch die Dreh­zahl nahezu unabhängig vom Dreh­moment, was für den Starterbetrieb un­günstig wäre. Der Abfall der Batterie­spannung durch den hohen Starter­strom führt jedoch zu einer für den Start geeigneten Kennlinie - ähnlich wie bei Reihenschlußmotoren.

Permanenterregte Motoren Diese Motoren zeichnen sich durch ein­fachen Aufbau und geringe Baugröße aus. Da das Magnetfeld von Dauer­magneten hervorgerufen wird, ist die Erregung für jeden Betriebszustand stets gleich. Eine Erregerwicklung fehlt, d. h. es gibt weder einen Erregerstrom noch einen ohmschen Widerstand, so daß sich ein geringerer Gesamtwiderstand des Elektromotors ergibt. Als Starter­motoren an der Batteriespannung zeigen permanenterregte Motoren ein Verhalten wie Nebenschlußmotoren.

Reihenschlußmotoren Bei Reihen- oder Hauptschlußmotoren sind Erreger- und Ankerwicklung in Reihe (hintereinander) geschaltet. Der Erregerstrom wird nicht abgezweigt, son­dern der Ankerstrom durchfließt auch die Erregerwicklung. Da beim Anlaufen des Motors unter Last dieser Ankerstrom be­sonders groß ist, erzeugt er ein starkes Magnetfeld. Die Motoren entwickeln des­halb ein hohes Anlaufdrehmoment, das mit steigender Drehzahl rasch abnimmt. Durch diese Eigenschaft ist der Motor besonders als Startermotor geeignet.

Bei kleinen Startern wird der Motor un­mittelbar während des Einspurvorgangs eingeschaltet, damit sofort das volle Drehmoment wirken kann.

Kombinierte Neben- und Reihenschluß­motoren (Doppelschlußmotoren) Große Starter haben einen Doppel­schlußmotor mit einer Nebenschluß- und einer Reihenschlußwicklung, die in zwei Stufen geschaltet werden. In der Vor­stufe wird der Ankerstrom begrenzt, in­dem zunächst nur die als Vorwiderstand wirkende Nebenschlußwicklung in Reihe zum Anker geschaltet wird. Damit bringt der Anker nur ein geringes Drehmoment zum Einspuren auf. In der Hauptstufe fließt der volle Strom in den Startermotor, der damit sein volles Drehmoment ent­wickelt. Die Nebenschlußwicklung ist nun parallel und die Reihenschlußwick­lung zusätzlich in Reihe zum Anker ge­schaltet (Bild 2, links unten). Kehrt das Ritzel in seine Ausgangsstellung zurück, sorgt das Nebenschlußfeld für den ra­schen Stillstand des Ankers.

Bild 4

Baugruppen "Einrückrelais und Einspurgetriebe" .

(im Schub­Schraubt rieb­Starter).

Bild 5

Einrückrelais.

1 Anker, 2 Einzugswicklung, 3 Haltewicklung, 4 Magnetkern, 5 Kontaktfeder, 6 Kontakte, 7 elektrischer Anschluß, 8 Kontaktbrücke, 9 Schaltachse (geteilt), 10 Rückstellfeder.

2 3 4 5

10 9 8

Einrückrelais

Relais dienen dem Zweck, einen hohen Strom mit einem verhältnismäßig nied­rigen Steuerstrom zu schalten. Der Star­terstrom beträgt z. B. bei Personen­kraftwagen bis zu ca. 1000 A, bei Nutz­kraftwagen bis ca. 2600 A. Zum Einschalten des niedrigen Steuerstroms genügt dagegen ein mechanischer Schalter (Startschalter, Zünd-Start­Schalter, Fahrtschalter) . Die im Starter eingebaute Baugruppe "Einrückrelais" (Bild 4) ist die Kombina­tion eines Einrückmagneten mit einem Relais. Es erfüllt eine doppelte Funktion:

- Vorschieben des Ritzels zum Ein­spuren in den Zahnkranz des Verbren­nungsmotors und - Schließen der Kontaktbrücke zum Ein­schalten des Starterhauptstroms.

Der Aufbau eines Einrückrelais ist aus Bild 5 ersichtlich. Der mit dem Gehäuse fest verbundene Magnetkern ragt von der einen Seite her in das Innere der Magnetwicklung hinein, der bewegliche Relaisanker von der anderen Seite her. Der Abstand zwischen Magnetkern und Relaisanker entspricht dem Gesamthub des Ankers. Magnetgehäuse, Magnet­kern und Relaisanker bestimmen zu­sammen den magnetischen Kreis. Die Wicklung des Relais besteht bei vielen Ausführungen aus einer Einzugs­und einer Haltewicklung. Diese Anord­nung ist in bezug auf die thermische Belastbarkeit und die erziel baren magne­tischen Kräfte sehr günstig. Während des Einzugs ergibt sich zu Beginn eine erhöhte Magnetkraft zum Überwinden der Einrückwiderstände. Nachdem der Starterstromkreis ge­schlossen ist, wirkt nur noch die Halte­wicklung; denn die Einzugswicklung ist kurzgeschlossen. Die etwas geringere Magnetkraft der Haltewicklung reicht nun vollkommen aus, um den Relaisanker bis zum erneuten Öffnen des Startschalters festzuhalten. Unter dem Einfluß der nach dem Ein­schalten hervorgerufenen Magnetkraft

Starter­Grundaufbau

179

Sfartanlagen

180

wird der Relaisanker in die Wicklung hin­eingezogen. Diese Ankerbewegung wird einerseits für die axiale Verschiebung des Ritzels genützt, andererseits zum Andrücken der Kontaktbrücke an die Hauptstromkontakte. Rückstellfedern zwischen den einzelnen Bauelementen sorgen dafür, daß nach dem Ausschalten die Kontakte geöffnet werden und der Relaisanker wieder in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Mit dem Einrückrelais sind zweckmäßi­gerweise die elektrischen Anschlüsse zu einer Baugruppe zusammengefaßt. Bei großen Startern ist allerdings kein Einrückrelais eingebaut, sondern der Einrückmagnet für den Ritzelvorschub und das Steuerrelais für die elektrischen Schaltstufen sind voneinander getrennt.

Bild 6

Einspurgetriebe eines Schub-Schraubtrieb-Starters.

1 Antriebslager, 2 Einrückhebel, 3 Einspurfeder, 4 M itnehmer, 5 Rollenfreilauf, 6 Ritzel, 7 Ankerwelle.

2 --------~~~~ 3------... 4---" 5--.......

6

7

Einspurgetriebe

Das Starterantriebslager enthält im wesentlichen das Einspurgetriebe mit Ritzel, Freilauf (Überholkupplung), Ein­rückelement (Einrückhebel oder Ein­rückstange für den Einspurhub) und Einspurfeder. In dieser Starterbaugruppe werden die Schubbewegungen des Ein­rückrelais und die Drehbewegungen des elektrischen Startermotors in geeigneter Weise vereinigt und auf das Ritzel über­tragen (Bilder 4 und 6).

Ritzel Der Starter greift mit einem kleinen, ein­und ausrückbaren Zahnrad ("Ritzel") in einen Zahnkranz am Motorschwung­rad ein (Bild 7). Eine hohe Übersetzung (im Normalfall zwischen 10 :1 und 15 :1) ermöglicht es, den hohen Durchdreh­widerstand des Verbrennungsmotors mit einem relativ kleinen, aber schnell dre­henden Startermotor zu überwinden. Da­durch sind Abmessungen und Gewicht des Starters klein.

Bild 7

Starterritzel.

Um das Einspuren zu erleichtem, sind die Zähne des Ritzels angeschrägt.

Damit das Starterritzel während des Startvorgangs am Zahnkranz einwand­frei einspuren, das erforderliche Dreh­moment übertragen und schließlich zum richtigen Zeitpunkt wieder aus­spuren kann, weist die Verzahnung ganz bestimmte Eigenschaften auf: - Für die Ritzelverzahnung wird das einspurgünstige Evolventen-Profil ( "Ab­wicklungslinien-Profil", das einer be­stimmten mathematischen Kurve nach­empfunden ist) verwendet, - die Zähne des Ritzels, und je nach Starterbauart auch die des Zahnkran­zes, sind an der Stirnseite angeschrägt, - im Gegensatz zu dauernd im Eingriff stehenden Zahnrädern ist der Achsab­stand zwischen Ritzel und Zahnkranz vergrößert, um das Spiel an den Zahn­flanken groß genug zu halten, - die Ritzelstirnfläche muß in der Ruhestellung einen Mindestabstand zu der Zahnkranzstirnfläche haben und - für eine hohe Lebensdauer sind Rit­zel- und Zahnkranzwerkstoffe und die Verfahren zum Härten der Werkstoffe aufeinander abgestimmt. Sobald der Verbrennungsmotor "an­springt" und aus eigener Kraft über die Startdrehzahl hinaus beschleunigt, muß das Ritzel zum Schutz des Starters selbsttätig ausspuren bzw. die Verbin­dung zwischen Starterwelle und Motor­schwungrad muß selbsttätig aufge­hoben werden. Deshalb sind Starter

Bild 8

Starterritzel im Eingriff mit Zahnkranz.

1 Starterritzel. d, Teilkreisdurchmesser. 2 Zahnkranz. d2 Teilkreisdurchmesser. da2 Kopfkreis­durchmesser, S2 Zahndicke. jn Flankenspiel .

$2

auch noch mit einem Freilauf und einer Einspur- und Rückführmechanik aus­gerüstet.

Einspurtrieb Der Einspurtrieb muß in jedem Fall so ausgebildet sein, daß sich die Schub­bewegungen des Einrückrelais und die Drehbewegungen des elektrischen Startermotors bei jeder denkbaren Einspursituation - jedoch unabhängig voneinander - überlagern können. Die verschiedenen Startergrößen unter­scheiden sich allerdings in der techni­schen Ausführung des Einspurtriebs. Die Unterschiede werden durch die Benennung der Starterbauart hervorge­hoben.

Schub-Schraubtrieb In Schub-Schraubtrieb-Startern wird die Schubbewegung des aufgebauten Ein­rückrelais auf den Mitnehmer (mit Rit­zel) übertragen, der auf einem Steil­gewinde der Ankerwelle geführt wird. Daraus resultiert eine Schub-Schraub­bewegung, die das Einspuren des Rit­zels wesentlich erleichtert.

Schubtrieb. elektromotorische Ritzel­verdrehung In Schubtrieb-Startern mit Einrückma­gnet in Verlängerung der Ankerachse wird das Ritzel über eine durch die hohle Ankerwelle reichende Einrückstange ge­radlinig vorgeschoben. Gleichzeitig be­ginnt der Anker zur Erleichterung des Einspurvorganges, sich in einer ersten Stufe langsam zu drehen. Nach dem Einspuren fließt in der zweiten Stufe der volle Hauptstrom für das Durchdrehen des Verbrennungsmotors.

Schubtrieb. mechanische Ritzel­verdrehung In Schubtrieb-Startern mit aufgebautem Einrückrelais wird in der ersten Stufe das gesamte Getriebe mit Ritzel gerad­linig vorgeschoben. Falls ein direktes Einspuren nicht möglich ist, tritt die zweite mechanische Stufe mit einem zusätzlichen Verdrehen des Ritzels in Funktion .

Starter­Grundaufbau

181

Startanlagen

182

Freilauf

Bei allen Starterausführungen wird die Drehbewegung über einen Freilauf (Überholkupplung) übertragen. Der Frei­lauf bewirkt, daß bei antreibender Anker­weIle das Ritzel mitgenommen wird, daß dagegen bei schneller laufendem Ritzel ("Überholen" des Verbrennungsmotors) die Verbindung zwischen Ritzel und Ankerwelle gelöst wird. Der Freilauf ist zwischen Startermotor und Starterritzel angeordnet und verhin­dert, daß der Anker des Startermotors bei raschem Anlauf (Anspringen) des Verbrennungsmotors auf unzulässig hohe Drehzahlen beschleunigt wird.

Rollenfreilauf Schub-Schraubtrieb-Starter sind zu ihrem Schutz mit einem Rollenfreilauf ausgerüstet (Bild 9). Wichtigstes Ele­ment ist dabei ein Freilaufring mit Rol­lengleitkurve, der ein Teil des Mitneh­mers ist und damit über ein Steilgewinde mit der Ankerwelle verbunden ist. Der Kraftschluß zwischen dem innenliegen­den Schaft des Ritzels und dem außen umlaufenden Freilaufring des Mitneh­mers wird durch Zylinderrollen herge­stellt, die sich auf der Gleitkurve bewe­gen können.

Bild 9

Rollenfreilauf .

1 Verschlußkappe, 2 Ritzel, 3 Mitnehmer mit Freilaufring, 4 Rollengleitkurve, 5 Rolle, 6 Ritzelschaft, 7 Feder. a Kupplungsrichtung.

145

2 3 6 7

Im Ruhezustand drücken Druckfedern die Rollen in den sich verengenden Teil des Raumes zwischen der Gleitkurve des Freilaufringes und dem zylindrischen Teil des Ritzelschaftes, damit bei anlau­fendem Starter das Ritzel sicher mit der Ankerwelle kuppeln kann. Bei antreibender Starterankerwelle klem­men die Zylinderrollen in dem sich ver­engenden Raum fest. Treibt der anspringende Verbrennungs­motor das Starterritzel mit größerer Drehzahl als der Leerlaufdrehzahl des Starterankers an, so lösen sich die Rol­len und schieben sich entgegen der Federkraft der Druckfedern in den sich erweiternden Teil des Raumes. Damit hebt der Rollenfreilauf die kraftschlüs­sige Verbindung zwischen Ritzel und Anker auf. Vorteilhaft für die Anwendung dieses Freilaufes ist, daß nur geringe Massen zu beschleunigen sind und das wirksame Überholmoment des Verbren­nungsmotors relativ klein ist.

Lamellenfreilauf Der Lamellenfreilauf findet bei größeren Schubtrieb-Startern Anwendung. Über­steigt beim Anspringen des Verbren­nungsmotors die Drehzahl am Starterrit­zel die Drehzahl des Starterankers, so löst der Lamellenfreilauf die kraftschlüs­sige Verbindung zwischen Starterritzel und -anker. Ein Steilgewinde auf der Getriebespindel bewirkt diese Trennung, so daß der Startermotor nicht auf un­zulässig hohe Drehzahlen beschleunigt wird. Der Lamellenfreilauf hat auch die Aufgabe, als Überlastkupplung das von der Ankerwelle auf das Ritzel zu über­tragende Drehmoment zu begrenzen. Wesentlich am Aufbau dieses Freilaufes ist, daß die einzelnen Lamellen, die die gesamten Kräfte übertragen müssen, wohl in Achsrichtung verschiebbar im Mitnehmerflansch oder auf dem Kuppel­teil angeordnet sind, radial aber nicht verdreht werden können. Sie stehen nämlich durch Mitnehmernocken wech­selweise am Außendurchmesser mit dem Mitnehmerflansch (Außenlamellen) und am Innendurchmesser mit dem Kuppelteil (Innenlamellen) im Eingriff.

Der außenliegende Mitnehmerflansch ist fest mit der Ankerwelle verbunden. Das Kuppelteil sitzt dagegen schraubenför­mig verdrehbar auf dem Steilgewinde der Getriebespindel (Bild 10).

Kraftschluß Voraussetzung dafür, daß der Lamellen­freilauf durch Reibung kraftschlüssig werden kann, ist eine gewisse Pressung zwischen den Lamellen. In der Ruhestel­lung wird das Lamellenpaket durch eine geringe Vorspannfederkraft so zusam­mengedrückt, daß durch die vorhandene Reibung die Mitnahme des Kuppelteils gesichert ist (Bild 11). Hat das Ritzel nach dem Einspuren seine Endstellung erreicht, muß der volle Kraft­schluß zum Starten wirksam werden. Das Kuppelteil rückt auf dem Steilge­winde bei festgehaltenem Ritzel und um­laufender Ankerwelle nach außen gegen die Tellerfeder, wodurch die Pressung zwischen den Lamellen weiter erhöht wird. Der Anstieg der Pressung hält an, bis die Reibung zwischen den Lamellen

Bild 10

Einspurget riebe mit Lamellenfreilauf.

1 Antriebslager, 2 Anschlagbund, 3 Tellerfeder, 4 Drucklamelle, 5 Außen- und Innenlamellen, 6 Mitnehmerflansch,

zur Übertragung des jeweils erforderli­chen Startdrehmomentes ausreicht. Der Kraftfluß verläuft dabei folgendermaßen: Ankerwelle - Mitnehmerflansch - Au­ßenlamellen - Innenlamellen - Kuppel­teil - Getriebespindel - Ritzel (Bild 12).

Bild 11

Lamellenfreilauf , Ruhestellung.

Vorspannfeder drückt Lamellenpaket zusammen. Mitnahme des Kuppelteils durch Reibwirkung ge­sichert.

7 Anker, 234 5 8 Ritzel, 9 Getriebespindel,

10 Steilgewinde, 11 Anschlagring, 12 Polgehäuse.

8 9 10 1 1 12

Starter­Grundaufbau

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Startanlagen

184

Lamellenfreilauf, Kraftschluß.

Ritzel eingespurt. Kuppelteil drückt gegen Tellerfeder. Anstieg der Pressung. Lamellenpaket voll kraftschlüssig.

.. Bild 13

Bild 12

Lamellenfreilauf, Drehmomentbegrenzung.

Kuppeiteil drückt Tellerfeder durch. Kräftegleichgewicht bei maximalem Einstellwert. Lamellen rutschen durch.

Bild 14

Überholen.

Kraftrichtungswechsel. Kuppeiteil läuft am Anschlagring an und hebt Lamellenpressung bzw. Kraftschluß auf.

Drehmomentbegrenzung Die durch die Schraubwirkung des Kup­pelteils zunehmende Lamellenpressung und damit das übertragbare Drehmo­ment wird dadurch begrenzt, daß beim Erreichen der zulässigen Höchstbela­stung das Kuppelteil innen an der Teiler­feder anläuft. Es drückt dabei mit seiner Stirnfläche, wie Bild 13 zeigt, die Teiler­feder gegen den Anschlagbund der Getriebespindel durch. Damit herrscht Kräftegleichgewicht. Die Lamellenpressung kann nicht mehr weiter erhöht werden. Der Lamellenfrei­lauf wirkt in diesem Fall als Überlast­kupplung, da die Lamellen bei der einge­stellten Maximalkraft und dem daraus re­sultierenden Maximaldrehmoment durch­rutschen.

Überholen Bei Beschleunigung des Motorschwung­rades durch Zündimpulse oder beim An­springen des Motors "überholt" das Ritzel den Startermotor. Dieser Kraftrichtungs­wechsel bewirkt, daß das Kuppelteil auf dem Steilgewinde bis zum Anschlagring gegen das Starterinnere geschraubt wird. Die Tellerfeder entspannt sich dabei vollständig; sie kann keinen Druck mehr ausüben. Die Lamellen lösen sich aus der Pressung und sitzen locker nebeneinan­der. Dieser Freilauf hebt den Kraftschluß auf, so daß keine gefährlichen Beschleu­nigungen auf den Starteranker über­tragen werden können (Bild 14).

Stirnzahnfreilauf Der Stirnzahnfreilauf ist in Verbindung mit dem mechanisch zweistufigen Ein­spurtrieb speziell bei dem Schubtrieb­Starter Typ KE eingebaut. Sobald der Überholvorgang einsetzt, treibt der Zahn­kranz des Verbrennungsmotors nach Bild 15 und 16 das Ritzel (1) an, das über eine Stirnverzahnung mit dem Kupp­lungsteil (4) gekuppelt ist. Das Kupp­lungsteil weicht auf dem Steilgewinde der Getriebespindel nach innen in Rich­tung Startermotor aus. Es drückt dabei die Feder (5) zusammen, die später die Rückstellung des Kupplungsteils bewirkt. Die Trennung der stirnverzahnten Kupp-

lungselemente (Ritzel und Kupplungs­teil) des Stirnzahnfreilaufes wird durch mehrere Fliehgewichte (2) unterstützt, da diese über einen konisch ausgedrehten Ring (3) eine Längskraft erzeugen. Ein Gummipaket (6) dämpft den Kupplungs­stoß bei erneuter Mitnahme der Kupp­lungselemente.

Ankerabbremsung Gelegentlich ist eine Wiederholung des Startvorgangs erforderlich. Zuvor muß der Starteranker allerdings wieder rasch zum Stillstand gebracht werden. Bei Schub-Schraubtrieb-Startern geschieht dies einfach dadurch, daß die Rücksteli-

Bild 15

feder nach dem Abschalten das Einspur­getriebe oder den Anker gegen eine Anlauf- bzw. Bremsscheibe drückt und durch die Reibwirkung abbremst. Bei Permanenterregung kommt eine zusätz­liche generatorische Bremswirkung wäh­rend des Auslaufens hinzu. Bei Schub­trieb-Startern sorgt das Nebenschlußfeld für eine begrenzte Leerlaufdrehzahl, so daß der Starteranker möglichst schnell zum Stillstand kommt. Andere Ausfüh­rungen verfügen dagegen über eine speziell geschaltete Bremswicklung, die erst nach dem Ausschalten des Starters parallel zu dem noch umlaufenden Starteranker geschaltet wird und als Strombremse wirkt.

Einspurgetriebe mit Stirnzahnfreilauf in Grundstellung.

1 Ritzel mit Stimverzahnung ("Sägezähne"), 2 Fliehgewichte, 3 konischer Druckring. 4 Kupplungsteil mit Stimverzahnung. 5 Feder, 6 Gummipaket.

StirnzahnfreIlauf in getrenntem Zustand.

Beim Überholvorgang weicht das stirnverzahnle Kupplungsleil nach innen aus und hebt die Verbindung zwischen Startermotor und Ritzel auf.

2 3 4 5 6

Starter­Grundaufbau

185

Startanlagen

186

Startertypen

Übersicht Verbrennungsmotoren und elektrische Fahrzeuganlagen gibt es in vielen Aus­führungen. Dementsprechend vielseitig sind auch die Betriebsbedingungen, die für den Aufbau elektrischer Startanlagen und die geeigneten Starter aus­schlaggebend sind. Diese Vorausset­zungen machen ein Erzeugnisprogramm mit einer Vielzahl von Startertypen erfor­derlich. Wichtige Unterscheidungsmerkmale für Starter sind: - Nennspannung, - Nennleistung, - Drehrichtung, - Startergröße (Poigehäusedurch-

messer des Startermotors), - Bauart und - Bauform.

Dabei richtet sich die Nennspannung nach dem Einsatzgebiet eines Starters. Kleinere Starter gibt es für 12 V, mittlere Starter für 12 und 24 V und große Starter je nach Anwendung in mehreren Abstu­fungen zwischen 24 und 110 V Nenn­spannung. Die Nennleistung richtet sich

Bild 1

Beispiel einer Typbezeichnung.

Kennbuchstabe für Polgehäuse-eJ Polgehäuse-eJ mm

o 65bis 79 E 80bis 99 G 100 bis 109 I 110 bis 119 K 120 bis 139 Q 140 bis 169 T 170 bis 199

B, 0, E, F, G, M, V; W = konstruktive Merkmale

danach, ob der Starter für einen Otto­oder für einen Dieselmotor bestimmt ist (unterschiedlicher Startleistungsbedarf) und welchen Hubraum dieser Motor auf­weist. Die Drehrichtung des Starters wird durch seine Anbaurichtung und die Dreh­richtung des Verbrennungsmotors vorge­geben. Die Startergröße ergibt sich aus der erforderlichen Nennleistung des Starters. Die Bauart hängt mit dem Einspurprinzip zusammen, das letzten Endes wieder mit Startergröße bzw. Starterleistung in Verbindung steht. Die Bauform ist nach Einbauverhältnissen, Befestigungsart und Betriebsbedingungen ausgerichtet (Bilder 2 und 3).

Typbezeichnung Die Typbezeichnung dient der ersten Orientierung und wird bei den tech­nischen Unterlagen der Starter zusam­men mit der Bestellnummer angegeben (Bild 1).

Starterbeschriftung Die Beschriftung des Starters (Gehäuse­einprägung) vereinigt Bestellnummer, Drehrichtung und Nennspannung.

Beispiel einer Starterbeschriftung: 0001 314 002 ~ 12 V.

Drehrichtung (auf die Kraftabgabe- (Ritzel-) Seite gesehen) -, oder R = Rechtslauf <- oder L = Linkslauf

Nennspannung in Volt

Nennleistung in Kilowatt

Starterbauarten, Überblick.

Einspurgetriebe, Vorge-Funktion lege

SQhub-SQhraubtri~b ohne Schraubenförmiger Ritzelvor -schub gegen den Zahnkranz und Einspuren durch Einrückrelais. r;n;;--Einspurerleichterung durch Steilgewinde. Am Ende des Relaisweges r---erfolgt Einschalten des ohne vollen Starterstrames.

SQhubtri~b mit m~Qh ... ni:;ch~r ohne Ritzelverdrehung Geradliniger Ritzelvorschub gegen den Zahnkranz und Ein-spuren durch Einrückrelais. Ein-spurerleichterung durch mecha-nisch zweistufigen Einspurbe-trieb. Nach vollständigem Ein-spuren erfolgt Einschalten des vollen Starterstrames.

SQhubtri~b mit ~1~ktrQmQtQri- ohne ~Qh~r Ritz~lv~rQr~hung Geradliniger Ritzelvorschub gegen den Zahnkranz und Ein-spuren durch Einrückmagnet. Gleichzeitig langsamer Motor-anlauf zur Einspurerleichterung (elektrische Vorstufe). Unmittel-bar vor Ende des Schubweges erfolgt Einschalten des vollen Starterstrames (Hauptstufe). mit

Bild 3

Beispiele für Schub-Schraubtrieb-Starter.

1 Typ IF, 2 Typ EV, 3 Typ DW, 4 Typ DM.

Startertypen

Aufbau Leitlyp ähnliche Starter-E Einspurgetriebe M Motor, R Relais

Typen motoren

IF ID Reihen-

~IiIL schluß-

T" motor

EV - permanent DW - erregter

Motor DM -

KE - Reihen-

4lit schluß-

, .. motor

KB OB Doppel-

·Ilil schluß-motor

·aa_ TB -

TF auf TB-

.11111 Basis

Bild 2

2 3 4

187

Startanlagen

1BB

Schub-Schraubtrieb-Starter ohne Vorgelege

Wesentliche Merkmale für diese Starter sind der Elektromotor mit direktem An­trieb, das aufgebaute Einrückrelais, das Einspurgetriebe für den Schub- und Schraubweg und der Rollenfreilauf.

Typ IF mit Reihenschlußmotor

Aufbau Aufbau und Innenschaltung von Schub­Schraubtrieb-Startern ohne Vorgelege gehen aus den Bildern 4 und 5 hervor.

Startermotor: Als Startermotor ist ein Gleichstrom­Reihenschlußmotor eingebaut, bei dem Erreger- und Ankerwicklung hinterein­andergeschaltet sind. Die Motordrehzahl wird ohne Untersetzung direkt auf das Einspurgetriebe übertragen. Die verlän­gerte Ankerwelle trägt ein Steilgewinde,

Bild 4

das den Mitnehmer des Einspurgetriebes führt (Bild 6).

Einrückrelais : Schub-Schraubtrieb-Starter ohne Vor­gelege werden über ein aufgebautes Einrückrelais mit Einzugs- und Halte­wicklung eingeschaltet. Der Relaisanker hat an seinem herausragenden Ende ei­nen Schlitz, in den der Zapfen des Ein­rückhebels mit einem bestimmten Spiel eingreift. Dieser Leerweg ermöglicht es der Rückstellfeder, zum Ausschalten des Starters den Relaisanker gegen die Aus­gangsstellung zu bewegen und die Kon­taktbrücke schnell von den Kontakten abzuheben. Das ist notwendig, damit sich der Starter nach einem Fehlstart rasch abschalten läßt.

Einspurgetriebe: Der Mitnehmer, der schraubenförmig auf dem Steilgewinde der Ankerwelle gleitet, ist selbst wieder über einen Rollenfreilauf mit dem Ritzel gekuppelt. Die Steigungs­richtung des Gewindes ist so gewählt,

Schnitt durch einen Schub-Schraubtrieb-Starter Typ IF.

1 Haltewicklung, 2 Einzugswicklung, 3 RücksteUfeder, 4 Einrückhebel , 5 Einspurfeder, 6 RoUenfreilauf, 7 Ritzel, 8 AnkerweUe, 9 Anschlagring, 10 elektrischer Anschluß, 11 Kontakt, 12 Kontaktbrücke, 13 Einrückrelais, 14 Kommutatorlager, 15 Kommutator, 16 Bürstenhalter, 17 Polschuh, 18 Anker, 19 Polgehäuse, 20 Erregerwicklung.

,----- 10

11

2 12

3 13

4 14

5 15

6 16

7 17

8 18

9 19

20

daß das festgehaltene Ritzel bei umlau­fendem Starteranker in den Zahnkranz hineingeschoben wird. Auf dem Mitneh­mer sitzen zwei Führungsringe bzw. -scheiben , in die das gabelförmige Ende des Einrückhebels eingreift und die Schubbewegung in Achsrichtung über­trägt. Zwischen Führungsring und Mit­nehmer sitzt die Einspurfeder als elasti­sches Glied, so daß der Einrückhebel grundsätzlich bis zu seiner Endlage be­wegt und der Starterstrom immer ge­schaltet wird , auch wenn ein Ritzelzahn auf einen Zahn des Zahnkranzes trifft (die Schalterkontakte schließen kurz vor der Endlage des Einrückhebels). Mitnehmer und damit auch Ritzel werden durch den Einrückhebel in Achsrichtung geschoben und drehen sich dabei gleichzeitig durch die Schraubwirkung des Steilgewindes nach vorn, bis das Ritzel zum Anschlag kommt. Das Steil­gewinde bewirkt somit, daß erst nach vollständigem Einspuren des Ritzels ein Drehmoment auf den zu startenden Motor übertragen werden kann.

Bild 6

Innen schaltung von Schub-Schraubtrieb-Startern.

a Grundschaltung. b Mit Klemme ISa Anschluß für Zündspulen· Vorwiderstand. E Einzugswicklung, H Haltewicklung. 1 Einrückrelais, 2 Erregerwicklung.

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Bild 5

Die wichtigsten Bestandteile des Starter-Elektromotors.

1 Ankerwelle , 2 Ankerwicklung, 3 Ankerpakete, 4 Kommutator, 5 Polschuhe, 6 Erregerwicklung, 7 Kohlebürsten, 8 Bürstenhalter.

2 3 4 5 6 7 8

Startertypen

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Startanlagen

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Die Freilaufkupplung gewährleistet nach dem Einspuren die kraftschlüssige Ver­bindung zwischen Starteranker und Motorschwungrad. Sie löst den bestehenden Kraftschluß, sobald die Drehzahl höher ist als die Starterdrehzahl.

Arbeitsweise Beim Schub-Schraubtrieb-Starter setzt sich der Einspurweg aus dem Schub­und Schraubweg zusammen.

Schubweg: Mit dem Betätigen des Start- bzw. Zünd­Start-Schalters werden auch Einzugs­und Haltewicklung des Einrückrelais ein­geschaltet. Der Relaisanker zieht entge­gen der Federkraft einer Rückstellfeder den Einrückhebel an. Dieser schiebt selbst wieder über Führungsringe und Einspurfeder den Mitnehmer mit dem Rit­zel gegen den Zahnkranz des Motor­schwungrades, wobei sich diese Teile wegen der Wirkung des Steilgewindes gleichzeitig drehen. Der Anker des Startermotors dreht sich in dieser Phase noch nicht, da der Hauptstrom für die Erreger- und Anker­wicklung noch nicht eingeschaltet ist.

Bei günstiger Stellung von Ritzel zu Zahnkranz trifft ein Ritzelzahn sofort auf eine Zahnlücke. In diesem Fall spurt das Ritzel so weit ein, bis das Ende des Schubweges er­reicht ist und die Kontaktbrücke im Ein­rückrelais an den Relaiskontakten anliegt (Bild 7, Pos. 2). Der Startermotor ist jetzt eingeschaltet.

Bei ungünstiger Stellung des Ritzels stößt ein Ritzelzahn auf einen Zahn des Zahnkranzes. In dieser Situation kann das Ritzel natürlich nicht sofort ein­spuren. Als Folge davon wird die Einspurfeder über Einrückhebel und Führungsringe so weit zusammengedrückt, bis die Kontakt­brücke an den Relaiskontakten anliegt (Bild 7, Pos. 3). Der Startermotor ist jetzt eingeschaltet und beginnt, sich zu drehen. Dabei dreht

das Ritzel über die Zahnstirnfläche hin­weg. Bei der nächstfolgenden Möglich­keit spuren die Ritzelzähne unter dem Druck in die Zahnkranzlücke ein, der sich aus der gespannten Schraubfeder und vor allem aus der Schraubwirkung ergibt.

Schraubweg: Am Ende des Relaisweges schließen -unabhängig von der RitzelsteIlung - in je­dem Fall die Kontakte des Einrückrelais und schalten den Starterstrom ein. Der nun umlaufende Starteranker schraubt durch die Wirkung des Steilgewindes das im Zahnkranz gegen Drehung festgehal­tene Ritzel noch weiter in den Zahnkranz hinein, bis es am Anschlagring der An­kerwelle anschlägt. Mit dem Schließen des Starter-Stromkreises wird gleichzei­tig auch die Einzugswicklung kurzge­schlossen. Nun wirkt nur noch die Halte­wicklung, deren Magnetkraft allerdings völlig ausreicht, um den Relaisanker bis zum Abschluß des Startvorganges in der eingezogenen Stellung festzuhalten. Der Motor wird jetzt durchgedreht (Bild 7, Pos. 4).

Ausspuren: Nachdem beim Anspringen des Ver­brennungsmotors die Drehzahl des Star­territzels über die Leerlaufdrehzahl des Startermotors angestiegen ist, löst der Rollenfreilauf die kraftschlüssige Verbin­dung zwischen Ritzel und Ankerwelle. So wird der Anker vor zu hohen Drehzahlen und damit vor Schaden geschützt. Das Ritzel bleibt im Eingriff, solange der Einrückhebel in der Einschaltstellung festgehalten wird. Erst beim Ausschalten des Startschalters gehen Einrückhebel, Mitnehmer und Ritzel durch die Rück­stellfeder in die Ruhestellung zurück. Diese Feder hält auch das Ritzel trotz Er­schütterungen durch den laufenden Mo­tor bis zum nächsten Startvorgang in der Ruhelage fest.

Bild 7

Schematische Darstellung der wichtigsten Arbeitsphasen eines Schub-Schraubtrieb-Starters. Startertypen

CD Ruhestellung.

Zündstart- bzw. 5 Einruckhebel Fahrtschalter 6 Rollentreilauf

2 Einrückrelais 7 Ritzel 3 Rückstellfeder 8 Ballerie 4 ErregerwickJunQ. 9 Anker

ReihenschlußWICklung

® Zahn trifft auf Lücke. @ Zahn trifft auf Zahn.

@ Motor wird durchgedreht.

<D Ruhestellung. ® Zahn trifft auf Zahn. Starter stromlos. Ritzel ausgespurt. Ritzelzahn trifft auf Zahnkranzzahn. Einrückhebel Endstellung.

Einspurfeder zusammengedrückt. Einzugswicklung stromlos. ® Zahn trifft auf Lücke. Hauptstrom fließt. Anker dreht sich. Ritzel sucht Zahnlücke. Günstige Einspurstellung. Einzugs-und Haltewicklung eingeschaltet. ® Motor wird durchgedreht. Ritzelzahn trifft auf Zahnkranzlücke Endstellung. Einrückhebel in Endstellung, und spurt sofort ein. Zustand kurz Einzugswicklung stromlos. Hauptstrom fließt, vor Einschalten des Hauptstromes. Ritzel voll eingespurt. Motor wird durchgedreht.

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Startanlagen

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Typ DM mit Permanentfeld Der Starter Typ DM mit Permanentfeld eignet sich für den Einsatz in Personen­kraftwagen mit Ottomotoren bis 1,9 Liter Hubraum. Er bietet im Vergleich zu her­kömmlichen Startertypen unter den glei­chen Voraussetzungen bis zu 15 % ge­ringeres Gewicht und kleinere Einbauab­messungen. Die Gewichtsverminderung hilft mit, den Kraftstoffverbrauch zu senken. Die gerin-

Bild 8

Innenschaltung des Starters Typ DM.

1 Einrückrelais, 2 Permanentmagnete, E Einzugswicklung, H Haltewicklung.

Bild 9

gen Abmessungen sind von Bedeutung, weil durch die Zunahme neuer Systeme am Verbrennungsmotor und die flache Bauform der Pkw immer weniger Platz im Motorraum zur Verfügung steht.

Aufbau Aufbau und Innenschaltung des Schub­Schraubtrieb-Starters Typ DM gehen aus den Bildern 8 bis 10 hervor.

Startermotor: Als Startermotor ist ein permanent­erregter Gleichstrommotor eingebaut. Anstelle der Elektromagnete (Polschuhe mit Erregerwicklung) im Erregerkreis kommen nur Permanentmagnete mit Flußleitstücken zur Anwendung. Anker und Permanentmagnete sind in Abhän­gigkeit von der Starterleistung in der Länge abgestuft. Die hier verwendeten langzeitstabilen Permanentmagnete sind unempfindlich gegen entmagnetisie­rende Einflüsse.

Prinzipdarstellung von Aufbau und elektrischer SChaltung des Starters Typ DM.

1 Ritzel, 2 Zahnkranz, 3 Rollenfreilauf , 4 Einrückhebel, 5 Permanentmagnet, 6 Anker, 7 Kommutator mit

Kohlebürsten, 8 Einrückrelais, 9 Startschalter,

10 Batterie.

1-----­

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Die Spezialkohlebürsten in Zweikom­ponententechnik bestehen aus einer Lei­stungszone mit hohem Kupferanteil und einer Kommutierungszone mit hohem Graphitanteil.

Einrückrelais: Wie bei allen anderen Schub-Schraub­trieb-Startern ist das Einrückrelais zum Betätigen des Einrückhubes und zum Schalten des Starterstromes auf den Starter aufgebaut und überträgt die Hub­bewegung durch den Einrückhebel auf die Ankerachse.

Einspurgetriebe : Das Einspurgetriebe mit Rollenfreilauf stimmt in Aufbau und Funktion mit der beschriebenen Ausführung anderer Schub-Schraubtrieb-Starter überein.

Arbeitsweise Die Arbeitsweise unterscheidet sich nicht von der des Typs IF. Lediglich die elektri-

Bild 10

sc he Innenschaltung weicht ab, da Per­manentmagnete die Erregerwicklung er­setzen. Beim Schalten des Starterstrom­kreises fließt der Strom direkt zu den Kohlebürsten und dem Anker.

Bild 11

Polgehäuse des Starters Typ DM mit Permanentmagneten M und Flußleitstücken F.

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F

Starter Typ DM mit permanenterregtem Motor im Schnitt.

1 Antriebslager, 2 Ritzel, 3 Einrückrelais, 4 elektrischer Anschluß, 5 Kommutatorlager, 6 Bürstenhalterplatte mit Kohlebürsten, 7 Kommutator, 8 Anker, 9 Permanentmagnet, 10 Polgehäuse, 11 Einrückhebel, 12 Einspurgetriebe.

3 5

Startertypen

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Startanlagen

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Schub-Schraubtrieb-Starter mit Vorgelege

Starter mit Vorgelege stimmen im Aufbau und in der Arbeitsweise weitgehend mit Schub-Schraubtrieb-Startern ohne Vor­gelege überein, die auf konventionelle Weise die Motordrehzahl direkt auf das Einspurgetriebe übertragen.

Merkmal Wesentliches Unterscheidungsmerkmal dieser Startergeneration ist ein Planeten­getriebe, das zusätzlich zwischen Pol­gehäuse und Antriebslager eingebaut ist. Das Planetengetriebe überträgt frei von Querkräften das Drehmoment des Ankers auf das Ritzel. Während die Planetenräder aus Stahl hergestellt sind, besteht der Zahnkranz aus einer hochwertigen Polyamidverbin­dung mit Mineralfüllstoffen zur Erhöhung der Material- bzw. Verschlei ßfestigkeit. Diese technische Lösung macht den Ein­satz kleiner und leichter Starter möglich,

Bild 12

so daß die gesamte Gewichtseinsparung im Vergleich mit den herkömmlichen Aggregaten je nach Ausführung immer­hin ca. 35 bis 40% beträgt. Weniger Gewicht bedeutet jedoch letzten Endes auch Senkung des Kraftstoffverbrauchs im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges.

Typ EV mit Reihenschlußmotor Der Starter Typ EV ist für Kraftfahrzeuge mit Dieselmotoren von 1,8 bis 3 Liter Hubraum bestimmt.

Aufbau Den Aufbau des Schub-Schraubtrieb­Starters EV zeigen die Bilder 12 und 13.

Startermotor mit Vorgelege: Als Startermotor ist ein Gleichstrom-Rei­henschlußmotor eingebaut, bei dem Er­reger- und Ankerwicklung hintereinan­dergeschaltet sind. Die Drehzahl des hochtourigen Elektromotors wird durch das Planetengetriebe (Vorgelege) unter­setzt und auf das Einspurgetriebe über-

Prinzipdarstellung von Aufbau und elektrischer Schaltung eines Vorgelegestarters Typ EV.

1 Ritzel, 2 Zahnkranz, 3 Rol lenfreilauf, 4 EinrüCkhebel, 5 Planetengetriebe, 6 Polschuh, 7 Erregerwicklung, 8 Anker, 9 Kommutator mit

Kohlebürsten, 10 Einrückrelais mit

Einzugs- und Haltewicklung,

11 Startschalter,

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tragen. Im gleichen Verhältnis wird das Drehmoment erhöht. Die Welle des Hohl­rades trägt ein Steilgewinde, auf dem der Mitnehmer des Einspurgetriebes geführt wird.

Einrückrelais: Schub-Schraubtrieb-Starter mit Vorge­lege werden ebenso wie Starter ohne Vorgelege über ein Einrückrelais mit Ein­zugs- und Haltewicklung eingeschaltet. Es ist auf dem Starter aufgebaut. Die Schubbewegung wird in gleicher Weise über den Einrückhebel auf die Anker­achse übertragen.

Einspurgetriebe : Im Aufbau gibt es keine nennenswerten Unterschiede zum Einspurgetriebe der bereits beschriebenen Schub-Schraub­trieb-Starter ohne Vorgelege.

Arbeitsweise Die Zusammensetzung und Folge der verschiedenen Schaltersteilungen ent­spricht der beschriebenen Arbeitsweise

Bild 13

im vorangegangenen Abschnitt "Schub­Schraubtrieb-Starter ohne Vorgelege".

Typ DW mit Permanentfeld Der Vorgelegestarter Typ DW mit Perma­nentfeid eignet sich für den Einsatz in Personenkraftwagen mit Ottomotoren bis 5 Liter Hubraum bzw. mit Dieselmoto­ren bis 1,6 Liter Hubraum. Er bietet im Vergleich zu den bisher üblichen Starter­typen unter den gleichen Voraussetzun­gen bis zu 40% geringeres Gewicht und wesentlich kleinere Einbauabmessun­gen bei gleicher oder sogar höherer Startleistung.

Aufbau Aufbau und Innenschaltung des Schub­Schraubtrieb-Starters Typ DW zeigen die Bilder 14 bis 17.

Startermotor mit Vorgelege : Als Startermotor ist ein permanenterreg­ter Gleichstrommotor eingebaut. Perma­nentmagnete ersetzen die Polschuhe mit Erregerwicklung. Anker und Permanent-

Vorgelegestarter Typ EV mit Reihenschlußmotor im Schnitt.

1 Antriebslager, 2 Ritzel , 3 Einrückrelais, 4 elektrischer Anschluß, 5 Kommutatorlager, 6 Bürstenhalte­platte mit Kohlebürsten, 7 Erregerwicklung , 8 Polgehäuse, 9 Anker, 10 Polschuh, 11 Planetengetriebe (Vorgelege) , 12 Einrückhebel , 13 Einspurgetriebe.

3 4 5

13 12 11 109 8 7 6

Startertypen

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Startanlagen

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magnete weisen in Abhängigkeit von der Starterleistung Längenabstufungen auf. Diese Motorauslegung macht es mög­lich, das Bauvolumen des Startermotors und damit des gesamten Starters wesent­lich herabzusetzen und eine bedeutende Gewichtsreduzierung zu erreichen. Außerdem untersetzt ein Vorgelege die hohe Motordrehzahl auf die geeignete Starterdrehzahl und erzielt damit das erforderliche hohe Starterdrehmoment.

Einrückrelais: Wie bei allen anderen Schub-Schraub­trieb-Startern ist das Einrückrelais zum Betätigen des Einrückhubes und zum Schalten des Starterstroms auf den Star­ter aufgebaut und überträgt die Hubbe­wegung über den Einrückhebel auf die Ankerachse. Alle Typvarianten des Star­ters DW sind mit dem gleichen Ein­rückrelais ausgerüstet.

Einspurgetriebe: Das Einspurgetriebe mit Rollenfreilauf stimmt in Aufbau und Funktion mit dem

Bild 14

der anderen Schub-Schraubtrieb-Starter überein und wird für die verschiedenen Typvarianten einheitlich verwendet.

Arbeitsweise Die Arbeitsweise der Vorgelegestarter Typ DW unterscheidet sich nicht von der anderer Schub-Schraubtrieb-Starter. Lediglich die elektrische Schaltung weicht von der üblichen Version ab, da die normalerweise in Reihe geschaltete Erregerwicklung entfällt. Beim Schalten des Starterstromkreises fließt der Strom direkt zu Kohlebürsten und Anker.

Bild 15

Innenschaltung des Starters Typ DW.

1 Einrückrelais, 2 Permanentmagnete, E Einzugswicklung, H Haltewicklung.

Prinzipdarstellung von Aufbau und elektrischer Schaltung eines Vorgelegestarters Typ DW.

1 Ritzel , 2 Zahnkranz, 3 Rollenfreilauf, 4 Einrückhebel, 5 Planetengetriebe, 6 Permanentmagnete, r - - -- - - -7 Anker. I 8 Kommutator mit

Kohlebürsten, 9 Einrückrelais mit

Einzugs- und Haltewicklung,

10 Startschalter, 11 Banerie.

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Anker und Planetengetriebe (Vorgelege) eines Vorgelegestarters Typ DW.

1 Planetenträgerwelle mit Steilgewinde, 2 Hohlrad (Zahnkranz), gleichzeitig als Zwischenlager ausgebildet , 3 Planetenräder, 4 Sonnenrad auf Ankerwelle , 5 Anker, 6 Kommutator.

2 3 4 5 6

Bild 17

Vorgelegestarter Typ DW mit permanenterregtem Motor im Schnitt.

1 Antriebslager, 2 Ritzel, 3 Einrückrelais, 4 elektrischer Anschluß, 5 Kommutatorlager,

Bild 16

6 Bürstenhalterplatte mit Kohlebürsten, 7 Kommutator, 8 Anker, 9 Permanentmagnet, 10 Polgehäuse, 11 Planetengetriebe (Vorgelege) , 12 Einrückhebel , 13 Einspurgetriebe.

Startertypen

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Startanlagen

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Schubtrieb-Starter mit mechanischer Ritzel­verdrehung

Charakteristisch ist das aufgebaute Ein­rückrelais, das zweistufig arbeitende Ein­spurgetriebe und der Stirnzahnfreilauf.

Typ KE mit Reihenschlußmotor Die Ausführungen des Typs KE sind für schwere Nutzfahrzeuge mit Dieselmoto­ren bis 21 Liter Hubraum bestimmt, die unter härtesten Bedingungen eingesetzt werden. Besondere Eigenschaften sind: - Wartungsfrei für eine Fahrzeug-Lauf­leistung bis zu 800 000 km, - geeignet für höchste SchütteIbean­spruchungen, - wasserdicht und antriebsseitig druck­öldicht für Motoren mit Naßkupplung oder Ölbad-Drehmomentwandler, - weitgehend unempfindlich gegen ther­mische Überlastungen durch tempera­turbeständige Isolationsmaterialien.

Bild 18

Aufbau Aufbau und Innenschaltung dieser Star­ter zeigen die Bilder 18 und 19.

Startermotor: Erreger- und Ankerwicklung im Gleich­strom-Reihenschlußmotors sind hinter­einandergeschaltetet. Die verlängerte Ankerwelle führt einen Mitnehmer für das Einspurgetriebe.

Einrückrelais: Das auf den Starter aufgebaute Ein­rückrelais schiebt das Einspurgetriebe mit dem Ritzel über den Einrückhebel nach vorn. Der Anker des Einrückrelais hat an seinem herausragenden Ende eine sogenannte "Fadenrolle", in die die Gabel des Einrückhebels mit einem bestimmten Spiel eingreift. Zusätzliches Spiel zwischen den Gleitsteinen des Einrückhebels und den Führungsbahnen des Getriebes - Leerweg genannt - er­möglicht es der RückstelIteder am Ein­rückrelais, den Relaisanker um den

Schubtrieb-Starter mit mechanischer RItzelverdrehung Typ KE im Schnitt.

1 Ritzel, 2 Einrückhebel, 3 "Fadenrolle", 4 Abschaltieder, 5 Rückstellfeder, 6 Einrückrelais, 7 Haltewick· lung, 8 Einzugswicklung, 9 Kontaktbrücke, 10 elektrischer Anschluß, 11 Kontakt, 12 Bürstenfeder, 13 Kommutator, 14 Kohlebürsten, 15 Polschuh, 16 Polgehäuse, 17 Anker, 18 Erregerwicklung, 19 Bremsscheibe, 20 Steilgewinde, 21 Einspurfeder, 22 Antriebslager.

3 4 5 678

22 21 20 19 18 17 1615

9 10

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14

Betrag des Leerweges gegen die Aus­gangsstellung zu bewegen und damit die Kontaktbrücke von den Kontakten schnell genug abzuheben. Da unter be­stimmten Voraussetzungen, z.B. bei Ein­spuren auf blockierten Zahnkranz, dieser Leerweg jedoch null sein kann, ist eine zusätzliche Abschaltfeder eingebaut. Abschaltfeder und Rückstellfeder sind durch ihre Federcharakteristik so aufein­ander abgestimmt, daß im Ruhezustand die Kraft der Abschaltfeder und im einge­rückten Zustand die Kraft der Rücksteli­feder überwiegt. Leerweg und Abschalt­feder gewährleisten ein sicheres Ab­schalten des Startermotors.

Einspurgetriebe : Schubtrieb-Starter Typ KE arbeiten zur Schonung von Ritzel und Zahnkranz mit einem mechanisch zweistufigen Einspur­trieb. Der über ein Kupplungsteil und die "Sägezähne" des integrierten Stirnzahn­freilaufs mit dem Ritzel verbundene Mit­nehmer des Einspurgetriebes gleitet auf der Geradverzahnung der Ankerwelle. Der Einrückhebel verschiebt das Ein­spurgetriebe axial in Richtung Zahn­kranz.

Arbeitsweise Erste Einspurstufe: Nach dem Einschalten des Startschal­ters bewegt das Einrückrelais den Ein­rückhebel zuerst gegen die Rückstelife­der, bevor Erreger- und Ankerwicklung überhaupt eingeschaltet sind. Der Ein­rückhebel schiebt das gesamte Getriebe über die geradverzahnte Führungsbahn geradlinig gegen den Zahnkranz. Ge­langt dabei das Ritzel in eine Zahnlücke der Zahnkranz-Verzahnung, kann es so weit einspuren, wie es der Schwenk­bereich des Einrückhebels zuläßt. Das Ritzel hat den vollen Schubweg zurück­gelegt.

Zweite Einspurstufe : Stößt beim Vorschub das Ritzel auf einen Zahn, so werden die übrigen Getriebe­teile geradlinig in Richtung Zahnkranz weitergeschoben. Das Steilgewinde des stirnverzahnten Kupplungsteils bewirkt,

daß das Ritzel in Arbeitsrichtung ver­dreht und gleichzeitig die Feder des Ein­rückgetriebes gespannt wird. Der Ritzel­zahn gleitet am Zahnkranzzahn vorbei bis zur nächsten Lücke, in die das Ritzel dann unter dem Druck der gespannten Feder vollends einspurt. Während dieses Vorgangs verdreht sich das stirnver­zahnte Kupplungsteil in Überholrichtung. Des weiteren besteht die Möglichkeit, daß das Ritzel in eine beschädigte Kerbe des Zahnkranzes findet und sich deshalb nicht drehen kann. In diesem Fall ver­dreht sich, während das Getriebe durch den Einrückhebel verschoben wird, der Starteranker über das Steilgewinde des stirnverzahnten Kupplungsteils entgegen der Arbeitsrichtung, und die Feder wird gespannt. Getriebe- und Relaisweg sind so aufeinander abgestimmt, daß durch diese Bewegungsabläufe der Haupt­strom nicht eingeschaltet wird. In dieser Phase mu ß der Startversuch abgebro­chen werden (Blindschaltung). Nach dem Abschalten des Startschalters ent­spannt sich die Feder wieder, das Ritzel verdreht sich dadurch in Überholrichtung und bekommt so eine günstige Aus­gangsstellung für einen erneuten Start­versuch.

Startphase : Nach dem vollständigen Einspuren schaltet das Einrückrelais wegabhängig den an Klemme 30 anliegenden Haupt­strom. Dabei wirkt nur noch die Halte­wicklung. Der Elektromotor des Starters kann nun sein volles Drehmoment auf den Zahnkranz übertragen.

Bild 19

Innenschaltung von Schubtrieb-Startern Typ KE.

1 Einrückrelais, 2 Erregerwicklung. E Einzugswicklung, H Haltewicklung.

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Startertypen

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Überhol- und Ausspurvorgang : Sobald durch den schneller werdenden Verbrennungsmotor eine Überholwir­kung eintritt, wird das Ritzel vom Zahn­kranz angetrieben, Es bewegt dabei das durch die Stirnverzahnung verbundene Kupplungsteil über das Steilgewinde nach hinten und spannt gleichzeitig die Feder des Freilaufs. Die Trennung der stirnverzahnten Freilaufteile unterstützen zusätzlich noch mehrere Fliehgewichte, die über einen konischen Ring eine Längskraft ausüben. Dadurch wird der Startermotor sicher vor einer Über­höhung der zulässigen Höchstdrehzahl geschützt. Erst nach dem Ausschalten des Starterschalters gehen Einrückhebel und Getriebe unter dem Druck der Rück­stellfeder in ihre Ruhestellung zurück. Dabei bringt eine mechanische Brems­scheibe den noch drehenden Anker rasch zum Stillstand. Die Rückstellfeder hält das Getriebe in der Ruhelage fest.

Bild 20

Schubtrieb-Starter mit elektro motorischer Ritzel­verdrehung

Schubtrieb-Starter mit elektromotori­scher Ritzelverdrehung eignen sich zum Starten großer Verbrennungsmotoren; sie arbeiten zur Schonung von Ritzel und Zahnkranz mit einem elektrisch zweistu­figen Einspurtrieb. Die erste Schaltstufe unterstützt lediglich das Einspuren des Starterritzels. Das Ritzel dreht den Ver­brennungsmotor jedoch noch nicht durch. Erst in der zweiten Stufe wird un­mittelbar vor dem Ende des Ritzel-Ein­spurweges der volle Erreger- und Anker­strom eingeschaltet. Die Bauart der KB/QB-Starter und TB/ TF-Starter zeichnet sich dadurch aus, daß der Einrückmagnet zusammen mit den anderen Baugruppen koaxial, also in einer Achsrichtung, angeordnet ist.

Schubtrieb-Starter Typ KB mit elektrisch zweistufigem Einspurtrieb im Schnitt.

1 Getriebespindel, 2 Antriebslager, 3 Lamellenfreilauf, 4 Anker, 5 elektrischer Anschluß, 6 Kommutator· lager, 7 Steuerrelais, 8 Kontaktbrücke, 9 Anschlag, 10 Sperrklinke, 11 Auslösehebel, 12 Einrückmagnet, 13 Verschlußkapsel, 14 Kommutator, 15 Kohlebürste, 16 Bürstenhalter, 17 Polschuh, 18 Erregerwicklung, 19 Polgehäuse , 20 Ritzel.

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

20 19 18 17 1615 14 13 12

Typ KB/OB mit Doppelschlußmotor

Aufbau Das Schnittbild (Bild 20) zeigt den Auf­bau eines KB-Starters.

Startermotor: Der Anker des Startermotors ist im An­triebs- und Kommutatorlager gelagert; er besitzt eine hohle Ankerwelle, die zum Antriebslager hin als Mitnehmerflansch für den Lamellenfreilauf ausgebildet ist. Dieser Mitnehmerflansch ist mit einem Deckel verschlossen, auf dem ein Gleit­lager zur Lagerung des Starterankers im Antriebslager sitzt. Auf der Kommutator­seite lagert der Starteranker in einem Gleitlager. Aus der Innenschaltung geht hervor, daß neben der Reihenschluß­wicklung noch eine Nebenschlußwick­lung zur Felderregung dient (Bild 21). Diese Nebenschlußwicklung bleibt bei verschiedenen Ausführungen des Typs KB grundsätzlich in beiden Schaltstufen parallel zum Startermotor geschaltet. Bei weiteren Ausführungen wiederum wird die Nebenschlußwicklung in der Vorstufe als Vorwiderstand in Reihe zum Starter­motor geschaltet, um durch Ankerstrom­begrenzung zu einer langsamen Anker­verdrehung beizutragen. In der Haupt­stufe liegt sie parallel zum Startermotor und bewirkt eine Begrenzung der maxi­malen Starterdrehzahl. Bei OB-Startern dient eine zusätzliche Hilfswicklung zur Erhöhung des Vorstufen-Drehmomentes (Bild 22) .

Bild 21

Innenschaltung eines KB-Starters.

1 Steuerrelais, 1a Sperrklinke, 2 Einrückmagnet, 3 Reihenschlußwicklung, 4 Nebenschlußwicklung, 5 Umschalter für Nebenschlu ßwicklung. E Einzugswicklung, H Haltewicklung.

Einrückmagnet und Steuerrelais: Am Kommutatorlager sind ein Einrück­magnet für das Ritzel und ein Steuer­relais für die beiden Schaltstufen an­geflanscht. Wegen dieser Anordnung mu ß der Einrückmagnet das Ritzel über eine Einrückstange, die durch die hohle Ankerwelle führt, vorschieben. Außer­dem hat der Einrückmagnet die Aufgabe, über Auslösehebel , Sperrklinke und Anschlagplatte die Kontaktbrücke des Steuerrelais freizugeben.

Einspurgetriebe: Die Getriebespindel, auf deren Steilge­winde der Lamellenfreilauf sitzt, lagert in einem Rollenlager im Antriebslager­gehäuse und in einem Nadellager der Ankerwelle. Eine Paßfeder verbindet das Ritzel mit der Getriebespindel. Der Lamellenfreilauf verbindet oder unter­bricht den Kraftflu ß zwischen Starter­anker und Starterritzel.

Arbeitsweise Die Abbildungen und die Beschreibung der Arbeitsweise beim Ein- und Ausspu­ren beziehen sich auf den Typ KB.

1. Schaltstufe (Vorstufe): Nach dem Einschalten des Startschal­ters fl ießt Strom durch die Wicklung des Steuerrelais und durch die Haltewicklung des Einrückmagnets. Als Folge davon schließt das Steuerrelais dann sofort auch den Stromkreis der Einzugswick­lung des Einrückmagnets.

Bild 22

Innen sChaltung eines OB-Starters.

1 Steuerrelais, 1a Sperrklinke, 2 Einrückmagnet, 3 Hilfswicklung, 4 Reihenschlußwicklung, 5 Nebenschlußwicklung. E Einzugswicklung, H Haltewicklung.

Startertypen

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Startanlagen

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Der Magnetanker schiebt nun über Einrückstange und Getriebespindel das Ritzel gegen den Zahnkranz des Ver­brennungsmotors (Bild 23). Gleichzeitig wird die (mit dem Starteranker zunächst in Reihe geschaltete) Nebenschlußwick­lung erregt. Sie wirkt zusammen mit der Einzugswicklung des Einrückmagnets als Vorwiderstand für die Starter-Anker­wicklung (bei OB-Startern zusätzlich noch die Hilfswicklung). Diese Schaltung begrenzt den Anker­strom so stark, daß der Starteranker nur ein geringes Drehmoment entwickeln kann und deshalb auch nur sehr langsam dreht. In der ersten Schaltstufe wird also das Starterritzel in axialer Richtung vor­geschoben und gleichzeitig langsam ge­dreht, um ein sanftes Einspuren zu er­möglichen. Das Ritzel dreht den Verbren­nungsmotor jedoch noch nicht durch, weil das geringe Starterdrehmoment da­zu nicht ausreicht. Falls das Starterritzel infolge ungünstiger Stellung nicht sofort einspuren kann, dreht es über die Zahnstirnfläche des Schwungrad-Zahnkranzes hinweg, bis der Ritzelzahn in die benachbarte Zahn­kranzlücke einspurt. Bei einer Blindschaltung infolge Zahn­auf-Zahn-Stellung oder Eck-auf-Eck­Stellung kann das Ritzel jedoch nicht ein­spuren. In diesem Fall muß der Startvor­gang sofort unterbrochen und danach wiederholt werden.

2. Schaltstufe (Hauptstufe): Unmittelbar vor dem Ende des Ritzel­Einspurweges hebt ein Auslösehebel eine Sperrklinke an und gibt die Kontakt­brücke des Steuerrelais frei. Eine ge­spannte Feder kann dadurch die Kon­taktbrücke schlagartig gegen die Kon­takte drücken. Sie schaltet den Hauptstrom ein, der dann durch Reihen­schlußwicklung und Anker fließt. Bei ver­schiedenen Starterausführungen schal­tet außerdem ein Umschalter am Ein­rückmagnet die Nebenschlußwicklung parallel. Der Startermotor erhält jetzt den vollen Strom und dreht über den Lamel­lenfreilauf den Verbrennungsmotor mit dem vollen Drehmoment durch.

Überhol- und Ausspurvorgang: Übersteigt beim Anspringen des Ver­brennungsmotors die Starterritzeldreh­zahl die Leerlaufdrehzahl des Starter­ankers, so tritt ein Kraftrichtungswechsel ein. Unter der Mitwirkung des Steilgewin­des im Lamellenfreilauf wird die kraft­schlüssige Verbindung zwischen Starter­ritzel und Starteranker unterbrochen und damit verhindert, daß der Startermotor auf zu hohe Drehzahlen beschleunigt wird. Das Ritzel selbst bleibt jedoch noch im Eingriff, solange der Startschalter betätigt wird. Erst wenn der Startschalter losgelassen und damit der Starter ausgeschaltet wird, ist die Stromzufuhr für die Wicklung des Steuerrelais und die Haltewicklung des Einrückmagnets unterbunden. Das Steuerrelais unterbricht danach den Hauptstromkreis, wodurch eine im Inne­ren der Ankerhohlwelle befindliche Rück­stellfeder das Getriebe mit dem Ritzel ebenfalls wieder in die Ruhelage bringt. Das Ritzel spurt aus und kehrt in seine Ausgangsstellung zurück. Die erwähnte Rückstellfeder hat zusätzlich die Auf­gabe, die Getriebespindel trotz der Er­schütterungen durch den laufenden Motor bis zum nächsten Startvorgang in der Ruhelage festzuhalten. Beim Aus­spuren geht auch die federbelastete Sperrklinke des Steuerrelais in die Sperr­steIlung zurück, so daß sich der nächste Startvorgang wieder zweistufig abspie­len kann.

Typ TBfTF mit Doppelschlußmotor

Aufbau Der prinzipielle Aufbau der T-Starter stimmt weitgehend mit den Startern KB/OB überein. Geringfügige Unter­schiede ergeben sich in der Gehäuse­form, der Lagerung und im elektrischen Bereich der Starter. So lagert z.B. der Mitnehmerflansch des Starterankers nicht in einem Gleitlager, sondern in ei­nem Wälzlager des Antriebslagergehäu­ses. Zum Schutz gegen das Eindringen von Öl, Schmutz oder Staub in das Star­terinnere sind verschiedene Bauteile besonders abgedichtet.

Bild 23

Schematische Darstellung der wichtigsten Arbeitsphasen eines Schubtrieb-Starters mit elektromotorischer Ritzelverdrehung, Typ KB.

1 Zündstart- bzw. Fahrtschalter. 2 Sperrklinke, 3 Auslösehebel , 4 Steuerrelais, 5 Kontaktbrücke, 6 Anschlag, 7 Einrückmagnet, E Einzugswicklung, H Haltewicklung, 8 Anker, 9 Erregerwicklung, N Nebenschlußwicklung, R Reihenschlußwicklung, 10 Ritzel, 11 Batterie, 12 Lamellenfreilauf.

1. Ruhestellung. ~~ _. _ . _ . ~'~. Starter stromlos. rn 11 I i<>1 \

2. Zahn trifft auf Lücke. Starter eingeschaltet,. günstige Einspurstellung (1. Schaltstufe).

3. Zahn trifft auf Zahn oder Eck. Starter eingeschaltet, kein Einspuren möglich (1. SChaltstufe). Startversuch mu ß wiederholt werden.

4. Motor wird durchgedreht. Endstellung (2. Schaltstufe). Starter hat volles Drehmoment.

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Startertypen

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Startanlagen

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Startermotor: Der Anker des Startermotors besitzt wie Typ KB/OB eine hohle Ankerwelle, die zum Antriebslager hin als Mitnehmer­flansch für den Lamellenfreilauf dient (Bild 24) . Bei Ausführungen bis 36 V sitzt neben der Reihenschlußwicklung zu­sätzlich noch eine Bremswicklung auf den Polschuhen. Sie ist wirkungslos, so­lange der Starter in Betrieb ist. Nach dem Ausschalten des Starters wird die Bremswicklung durch einen Kontakt am Steuerrelais parallel zu dem noch laufen­den Starteranker geschaltet und wirkt da­durch als Strombremse, die den Anker in kürzester Zeit zum Stillstand bringt (Bild 25). Ausführungen ab 50 V besitzen keine Bremswicklung, sondern eine Ne­benschlu ßwicklung.

Einrückmagnet und Steuerrelais: Die elektrischen Anschlüsse und das Steuerrelais sitzen zusammen mit dem Einrückmagnet in einem zylindrischen Kommutatorlagergehäuse, also nicht in einer Ausbuchtung des Gehäuses wie bei Typ KB/OB. Der Einrückmagnet ver­schiebt jedoch das Ritzel ebenfalls über

Bild 24

Innen schaltung eines TB-Starters 24V.

1 Steuerrelais, 2 Einrückmagnet, E Einzugswicklung, G Gegenwicklung, H Haltewicklung, 2a Sperrklinke, 3 Reihenschlußwicklung, 4 Bremswicklung, 5 Thermoschalter.

Bild 25

eine Einrückstange, die durch die hohle Ankerwelle führt. Im Einrückmagnet be­findet sich zusätzlich noch eine Gegen­wicklung, die als Vorwiderstand zur Ab­stimmung des Starterdrehmoments beim Einspuren wirkt.

Thermoschalter: Für Startanlagen, bei denen mit beson­ders langem Starten und andauernden Wiederholschaltungen gerechnet wer-

Schubtrieb-Starter der Typenreihe TB (ohne Vorgelege) im Schnitt.

1 Einpaß für Motorflansch. 2 Lamelienkupplung, 3 Einrückachse, 4 Polschuh, 5 Anker, 6 Erregerwicklung, 7 Kohlebürste, 8 Bürstenhalter, 9 Anschlußbolzen, 10 Steuerrelais (24 und 36V), 11 Einrückrelais, 12 Abschaltfeder, 13 Kommutator, 14 Polgehäuse, 15 Steilgewinde, 16 Ritzel.

7 9

den muß (z.B. bei geringer Batteriespan­nung, beschädigten Zahnkranzzähnen oder Störungen am Verbrennungsmo­tor) , kommen T-Starter mit zwei einge­bauten Thermoschaltern zum Schutz ge­gen eine thermische Überlastung des Starters in der ersten und zweiten Schalt­stufe zur Anwendung. Diese (in Reihe geschalteten) Thermo-schalter sind in den Kohlebürsten oder in Verbindungs­schienen eingebaut. Überschreitet die Temperatur in den Wicklungen des Einrückmagnets durch den Einflu ß von Blindschaltungen oder von Temperaturen anderer stromführen­der Teile gewisse Werte, dann unterbre­chen die Thermoschalter die Starterlei­tung 50 und schalten den Starter ab. Nach einer Abkühlzeit von etwa 20 Minu­ten läßt sich der Starter wieder betätigen.

Die Innenschaltungen solcher Starter können je nach Nennspannung geringfü­gig voneinander abweichen. Zur Funkenlöschung ist bei Startern höherer Spannung parallel zu den Ther­moschaltern noch ein Kondensator ge­schaltet.

Bild 26

Einspurgetriebe: Das Einspurgetriebe besteht wie bei Typ KB/QB aus Lamellenfreilauf, Getriebe­spindel mit Steilgewinde und Ritzel. Der Starter Typ TF unterscheidet sich vom Typ TB im wesentlichen nur durch ein Vorgelege, d.h. ein zur Ankerachse versetztes Ritzel (Bild 26). Der so erzielte exzentrische Antrieb verbessert beim Anbau des Starters am Verbrennungs­motor oft die Einbauverhältnisse. Die Vorgelegewelle mit Ritzel lagert im Vor­gelegelager dreh- und längsverschieb­bar. Ein im Zwischengehäuse sitzender Einrückhebel überträgt die Schubbewe­gung der Einrückstange auf die Vorgele­geweile mit Ritzel. Beim Einspuren ver­läuft die Bewegung dann folgender­maßen: - Anker des Einrückmagnets, - Einrückstange, - Führungsring, - Obere Gabel, - Einrückhebel, - untere Gabel, - Schaltring , - Vorgelegewelle, - Ritzel.

Schubtrieb-Starter der Typenreihe TF (mit Vorgelege) im Schnitt. 1 Vorgelegelager. 2 Führungsscheibe, 3 Lamellenkupplung, 4 Polschuh, 5 Erregerwicklung, 6 Kohlebürste , 7 Bürstenhalter, 8 Anschlußbolzen , 9 Steuerrelais (24 und 36 V), 10 Einrückrelais, 11 Abschaltfeder, 12 Kommutator, 13 Anker, 14 Einrückachse, 15 Steilgewinde, 16 Polgehäuse, 17 Vorgelegerad, 18 Antriebslager, 19 Einpaß für Motorflansch, 20 Ritzel.

2 3 4 5 6 7 8

20 19 18 17 16 15 14 13 12

Startertypen

205

Startanlagen Zum Starten sehr großer Motoren genügt ein Starter allein nicht mehr. Es gibt des­halb Starter mit zusätzlichen elektrischen Anschlüssen für Parallelbetrieb.

Arbeitsweise Die Arbeitsweise der Typen TB/TF und KB/QB stimmt nahezu überein.

1. Schaltstufe (Vorstufe): Beim Betätigen des Startschalters fließt Strom über Klemme 50 durch die Halte­wicklung des Steuerrelais, wodurch das Steuerrelais die Kontakte für die Brems­wicklung öffnet und die Einzugswicklung und Gegenwicklung des Einrückmagnets einschaltet. Der Magnetanker schiebt über die Einrückstange die Getriebespin­del mit dem Ritzel gegen den Zahnkranz (Bild 27). Gleichzeitig erhält die Reihenschluß­wicklung (Hauptwicklung) einen gerin­gen Strom über die als Vorwiderstand dienende Einzugs- und Gegenwicklung, so daß sich der Starteranker langsam dreht.

Der Starter entwickelt in dieser ersten Schaltstufe noch nicht sein volles Dreh­moment. Noch vor dem Ende des Ein­spurweges stößt eine Anschlagplatte an der Sperrklinke an und hält dadurch die Kontaktbrücke des Einrückmagnets fest. Der Magnetanker bewegt sich jedoch weiter. Das Ritzel wird also gleichzeitig vorgeschoben und langsam gedreht, um ein sanftes Einspuren zu ermöglichen. Trifft Zahn auf Zahn, dreht das Ritzel über die Stirnseite hinweg, so daß es leicht in die nächste Zahnlücke einfinden kann. Selbst wenn das Ritzel problemlos einspurt, dreht es den Motor noch nicht durch. Das in dieser Schaltphase vom Startermotor entwickelte Drehmoment ist dafür noch zu gering. Kann das Ritzel wegen Eck-auf-Eck-Stellung nicht ein­spuren, muß ein neuer Startversuch unternommen werden.

2. Schaltstufe (Hauptstufe): Unmittelbar vor dem Ende des Einspur­weges hebt ein Auslösehebel die Sperr-

206 klinke an, um die zweite Schaltstufe ein-

zuleiten. Sie gibt die Anschlagplatte frei, wodurch sich eine während des Ein­spurens vorgespannte Feder wieder entspannen kann. Dadurch drückt die Kontaktbrücke schlagartig gegen die Kontaktschiene, was ein Festschweißen der Kontaktbrücke bei zögerndem Ein­spuren verhindert und zu einer wesent­lich längeren Lebensdauer der Kontakte beiträgt.

Gleichzeitig werden zwar die Einzugs­und Gegenwicklung des Einrückmagnets kurzgeschlossen, der Magnetanker je­doch von der stromdurchflossenen Hal­tewicklung in der Einschaltstellung ge­halten. Der Starter erhält jetzt den vollen Strom, entwickelt sein volles Drehmo­ment und dreht über den kraftschlüssig gewordenen Lamellenfreilauf den Motor durch.

Überhol- und Ausspurvorgang: Sobald die Drehzahl des anlaufenden Verbrennungsmotors ansteigt, löst sich der Freilauf, so daß keine gefährlichen Beschleunigungen auf den Starteranker übertragen werden können. Das Ritzel bleibt jedoch noch im Eingriff. Erst beim Ausschalten des Startschalters werden die Wicklung des Steuerrelais und die Haltewicklung des Einrück­magnets strom los. Das Steuerrelais un­terbricht den Stromkreis der Einzugs­wicklung und schaltet die Bremswick­lung ein. Eine Abschaltfeder drückt den Magnetanker in seine Ruhestellung zurück. Damit wird auch der Hauptstrom­kreis unterbrochen. Das Ritzel spurt aus und rückt mit dem Getriebe unter dem Druck einer Rückzugsfeder im Inneren der Ankerhohlwelle in die Ruhestellung. Außerdem kehrt beim Ausspuren die federbelastete Sperrklinke in die Sperr­steIlung zurück, damit sich der nächste Startvorgang wieder zweistufig abspie­len kann.

Bild 27

Schematische Darstellung der wichtigsten Arbeitsphasen eines Schubtrieb-Starters Typ TB 24 V.

1 Zünd start- bzw. Fahrtschalter, 2 Sperrklinke, 3 Auslösehebel, 4 Steuerrelais, 5 Kontaktbrücke, 6 Anschlag , 7 Einrückmagnet, 8 Anker, 9 Erregerwicklung (Brems- und Reihenschlußwicklung) , 10 Ritzel, 11 Batterie, 12 Lamellenfreilauf.

1. Ruhestellung. Starter strom los.

2. Zahn trifft auf Lücke. Günstige Einspurstellung (1 . Schaltstufe).

3. Zahn trifft auf Zahn oder Eck. Kein Einspuren möglich (1. Schaltstufe). Startversuch muß wiederholt werden .

4. Motor wird durchgedreht. Endstellung. (2. Schaltstufe). Starter hat volles Drehmoment.

5. Ausspuren und Abbremsen.

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Startertypen

207

Startanlagen

208

Installation der Startanlage

Anbau des Starters

Starter werden entweder vor dem Schwungrad neben dem Kurbelwellen­gehäuse oder hinter dem Schwungrad neben dem Wechselgetriebe befestigt -je nach Ausführung mit Flansch oder auf einem Sattel, elektrisch gut leitend zur Motormasse. Kleinere und mittlere Starter werden bei Flanschbefestigung meist mit Zweiloch­flansch angebaut (Bild 1), während größ­ere Starter einen SAE-Flansch (be­nannt nach der amerikanischen Society of Automotive Engineers) haben. Bei ver­schiedenen Fahrzeugtypen ist eine zu­sätzliche Abstützung vorgesehen, um die Schüttelbeanspruchung des Starters herabzusetzen (Bild 2). Bei Sattelbefestigung werden kräftige Spannbügel zur Befestigung des Starters verwendet (Bild 3). Die Anbaulage ist im allgemeinen waag­recht, wobei elektrische Anschlüsse und Einrückrelais oben liegen. Starter, deren Lager wegen besonderer Betriebsbedin­gungen (Staub, Schmutz) häufiger nach­geschmiert werden müssen, erfordern frei zugängliche Schmierstellen. Ein Ein-

Starter mit Flanschbefesligung.

paß am Starter dient zum Zentrieren und Einhalten des Zahnflankenspiels.

Starter-Hauptleitung Bei einem Blick unter die Motorhaube ei­nes Personenkraftwagens kann man sich davon überzeugen, daß die von der Batterie zum Starter führende Hauptlei­tung einen auffallend großen Querschnitt aufweist. Außerdem ist der Abstand zwi­schen Batterie und Starter und damit auch die Leitungslänge gering gehalten. Das deutet darauf hin, welche Bedeu­tung dieser Starter-Hauptleitung beige­messen werden mu ß. Der Querschnitt ei­ner elektrischen Leitung hängt immer von der Stromaufnahme der angeschlos­senen elektrischen Komponenten ab. In jedem Fall weist der Starter - wenn auch nur kurzfristig für den Startvorgang - die höchste Stromaufnahme im Kraftfahr­zeug-Bordnetz auf. Nach ihm richtet sich daher die Größe der Batterie und die Auslegung der Starter-Hauptleitung. Zwischen Batterie und Starter fließen während des Startvorganges sehr hohe Ströme. Bei Drehzahl ,,0" und eingespur­tem Ritzel kann je nach Startergröße kurzfristig ein Kurzschlußstrom von 335 A (Typ DM) bis 3250 A (Typ TBITF) fließen. Unter diesen Voraussetzungen muß die Hauptstromleitung einen mög-

Bild 2

Starter mit zusätzlicher Abstülzung.

1 Flanschbefestigung, 2 Abstützung.

liehst kleinen Widerstand haben, damit sich kein zu hoher Spannungsverlust er­gibt. Während der Widerstand (Hin- und Rückleitung) 1 mQ nicht übersteigen soll , ist der zulässige Spannungsverlust bei 12 V Nennspannung auf 0,5 V und bei 24 V Nennspannung auf 1 V begrenzt. Die Starterhauptleitung muß also mög­lichst kurz sein und einen ausreichenden Mindestquerschnitt aufweisen.

Beispiel : Der Starter Typ DW 12 V 1,4 kW für Ottomotoren bis 3 Liter Hubraum nimmt, wenn er an eine Batterie mit Nennkapa­zität 66 Ah angeschlossen ist, einen Kurzschlußstrom von 427 A auf. Bei Berücksichtigung von Leitungserwär­mung und Spannungsverlust muß eine 1,9 m lange Starterhauptleitung den Mindestquerschnitt von ca. 30 mm2 (auf nächstliegenden Normquerschnitt von 35 mm2 aufgerundet) aufweisen. Die Strom rückführung erfolgt in der Regel über die Starter- und Motormasse. Dies wird durch eine gute Masseverbin­dung des Starters und einwandfreie Masserückleitung bis zur Batterie ermög­licht. Sofern eine isolierte Rückleitung vorhanden ist, kann diese Masseverbin­dung entfallen. Die elektrischen An­schlüsse werden durch Gummitüllen oder Gummikappen geschützt.

Bild 3

Starter mit Saltelbefestlgung.

1 Spannbügel.

Der erforderliche Querschnitt einer Starterhauptleitung hängt von folgenden Einflußgrößen ab: - Stromaufnahme des Starters im Kurz­schluß (Drehzahl ,,0") und die mit Rück­sicht auf die Erwärmung kurzzeitig zu­lässige Leitungsbelastung, - Material der Zuleitung und dessen spezifischer elektrischer Widerstand (wegen der günstigen Materialeigen­schatten sind allgemein Kupferleitungen gebräuchlich), - Leitungslänge, - Nennspannung der Startanlage und zulässiger Spannungsfall bei Kurz­schlußstrom.

Startschalter

Bei Schaltern, die für Startanlagen von Bedeutung sind, handelt es sich meist um mechanische Handschalter. Sie dienen entweder zum unmittelbaren Schalten kleinerer Starter oder zum indi­rekten Schalten größerer Starter über zusätzl ich erforderliche Relais.

Einzweck-Startschalter Der Drucktaster ist als normaler Ein­zweckschalter mit Ein-Aus-Schaltfunk­tion die einfachste Art eines Startschal­ters. Die Drucktaste geht selbsttätig in die Ausgangsstellung zurück.

Zündstartschalter tür Fahrzeuge mit Ottomotor Zündstartschalter mit eingebautem Si­cherheitsschloß sind Mehrzweckschalter für Batteriezündanlagen. Mit ihnen wird zentral der Strom für den Großteil des Bordnetzes einschließlich Zündung eingeschaltet und das Starten vorge­nommen.

Glühstartschalter tür Fahrzeuge mit Dieselmotor Zum Starten von Dieselmotoren eignen sich Glühstartschalter in Form von Zug-, Dreh- oder Schlüsselschaltern. Letztere sind eine Kombination aus Glühstart­und Fahrtschalter und machen einen zusätzlichen Fahrtschalter überflüssig.

Installation

209

Startanlagen

210

Relais

Relais werden vorwiegend für größere Starter verwendet und haben je nach Be­stimmungszweck unterschiedliche Auf­gaben zu erfüllen: - Schalten der hohen Starterhaupt­

ströme, - Umschalten von Stromkreisen, - Schutz vor Schäden an Starter und

Zahnkranz, - Startwiederholung bei Fehlstart, - Parallelschalten von Startern.

Batterieumschaltrelais Das Batterieumschaltrelais wird in ge­mischten 12/24-V-Anlagen (Bordspan­nung 12 V und Starterspannung 24V) für Nkw verwendet. Es schaltet dabei die Kontakte so um, daß die beiden zuvor parallel geschalteten 12-V-Batterien für den Startvorgang vorübergehend hinter­einandergeschaltet werden und am Starter eine Spannung von 24 V anliegt.

Startsperrelais Das Startsperrelais wird immer dann verwendet, wenn der Startvorgang nicht einwandfrei überwacht werden kann. Es dient zum Schutz des Starters, des Rit­zels und des Motorzahnkranzes in Nutz­kraftwagen mit Unterflur- oder Heckmo­tor, Startanlagen mit Fernbedienung und

Bild 4

Batterieumschaltrelais.

vollautomatisch startenden Anlagen (z.B. Notstromaggregate). In jedem Fall müs­sen folgende Funktionen erfüllt werden: - Abschalten nach erfolgtem Start, - Sperre bei laufendem Motor, - Sperre bei auslaufendem Motor, - Sperre nach Fehlstart, wobei bei den letzten beiden Funktionen ein Wiederholen des Starts erst möglich ist, nachdem die integrierte Sperrzeit ab­gelaufen ist. Das Startsperrelais arbeitet in Abhängigkeit von der Spannung des Generators oder eines Drehzahlsensors.

Startwiederholrelais Das Startwiederholrelais dient zum Schutz des Starter-Einrückrelais in Fahr­zeugen, in denen das Anlaufen des Motors vom Fahrer nicht zu hören ist (z.B. Nkw mit Heckmotor, Dieseltrieb­wagen), bei Parallelbetrieb von zwei Startern sowie bei stationären Anlagen mit Fernbedienung. Es ist ausschließlich für Starter mit elektrisch oder mecha­nisch zweistufiger Einschaltweise (IE-, K-, Q- und T-Starter) vorgesehen, die dafür die zusätzliche Klemme 48 benötigen. Bei normalem Einspuren des Starters spricht das Startwiederholrelais nicht an. Findet das Ritzel bei einer Blindschal­tung jedoch nicht in die Zahnlücke, er­folgt trotz eingeschaltetem Einrückrelais keine Kontaktgabe des Hauptstroms. Damit bei zu langem Betätigen des Start­schalters die Einzugswicklung des Ein­rückrelais nicht überlastet wird und ver­brennt, unterbricht das Startwiederhol­relais den Startvorgang automatisch und leitet ihn erneut ein. Das geschieht mit Hilfe eines verzögerten Öffnerrelais so oft, bis das Ritzel im Zahnkranz einge­spurt und die Kontaktgabe des Haupt­stroms erfolgt ist.

Startwiederholrelais mit Steuerrelais Während sich bei Startanlagen mit nied­riger Spannung (bis 36 V) das Steuerre­lais für den Starterhauptstrom im Starter befindet, ist es bei Anlagen mit höheren Spannungen (50 bis 110 V) mit dem Startwiederholrelais vereinigt. Dadurch wird eine erhöhte Sicherheit der Schalt­vorgänge erzielt.

Relais für Halteschaltung Anlagen von Triebwagen , Lokomoti­ven und großen Stationärmotoren mit Schmieröldruck-, Temperatur- und Was­serstandsüberwachung enthalten häufig Überwachungsgeräte, die kurzzeitig ab­fallen können und dann die Steuerleitung des Starters unterbrechen. Das Relais für Halteschaltung verhindert, daß diese Überwachungsgeräte den Starter während des Startvorgangs unnötig ein- und ausschalten , was zum Festschweißen der Schaltbrücke im Ein­rückrelais führen kann.

Startdoppelrelais Sehr große Verbrennungsmotoren benö­tigen zum Starten zwei gleichzeitig an­treibende Schubtrieb-Starter für Parallel­betrieb; bei einer entsprechend ver­größerten Batteriekapazität ergibt sich mit diesen Parallelstartanlagen etwa die doppelte Starterleistung. Parallelstartanlagen mit niedriger Span­nung (bis 36 V) benötigen ein Startdop­pelreiais. Dieses Relais bewirkt, daß bei beiden Startern (erst nach dem vollstän­digen Einspuren der beiden Starter­ritzel) gleichzeitig der Hauptstrom einge­schaltet wird. Beide Starter drehen dann gemeinsam den Motor durch.

Bild 5

Startdoppelrelais.

Schaltrelais für Parallelbetrieb Parallelstartanlagen mit höherer Span­nung (50 bis 110 V) enthalten neben dem Startwiederholrelais mit Steuerrelais ein Schaltrelais für Parallelbetrieb. Das Startwiederholrelais mit Steuerrelais schaltet bei dieser Schaltung den Haupt­strom für Starter I, der Schaltkreis für Parallelbetrieb schaltet dagegen den Hauptstrom für Starter 11 ; letzteres be­wirkt außerdem das Einspuren beider Starter.

Batterierelais (Batterie-Hauptschalter) Für elektrische Anlagen in Omnibussen, Triebwagen, Tankwagen usw. ist ein Hauptschalter vorgeschrieben, mit dem das Bordnetz von der Batterie getrennt werden kann . Dadurch lassen sich sowohl Kurzschlüsse (z.B. bei Repara­turen, Auffahrunfällen) als auch durch Kriechströme verursachte Zersetzungs­erscheinungen an spannungsführenden, der Einwirkung salzhaitigen Spritzwas­sers (Winterbetrieb) ausgesetzten Tei­len, vermeiden. Bei Anlagen mit Drehstrom-Generator ist ein elektromagnetischer Batterie-Haupt­schalter notwendig. Er verhindert, daß der Generator bei laufendem Motor von der Batterie getrennt werden kann.

Bild 6

Schaltrelais tür Parallelbetrieb.

Installation

211

Startanlagen

212

Werkstattprüftechnik

Bosch-Kundendienst Die Qualität eines Produkts wird auch an der Qualität des Kundendienstes ge­messen. Mehr als 10 000 Bosch-Kun­dendienststellen in 125 Ländern sind für den Autofahrer da - neutral und ohne Bindung an eine Fahrzeugmarke. Selbst in dünn besiedelten Ländern Afrikas und Südamerikas kann man mit schneller Hilfe rechnen. Und auch hier gelten die selben Qualitätsstandards wie in Deutschland. Da versteht es sich von selbst, daß die Garantie auf Kundendienstleistungen weltweit gilt. Damit die exakt auf Motor und Fahrzeug abgestimmten Daten und Leistungswerte der Bosch-Aggregate und -Systeme auch im Betrieb genau geprüft werden können, entwickelt Bosch jeweils die entspre­chende Meßtechnik, die Prüfgeräte und Spezialwerkzeuge und rüstet die Kunden­dienststeIlen damit aus.

Prüftechnik für Startanlagen Heutige Pkw-Startanlagen sind auf die durchschnittliche Lebensdauer des Fahr­zeug motors ausgelegt und erfordern da­her keine besondere Wartung. Bei der kommerziellen Nutzung von Fahr­Bild 7

zeugen mit häufigen Kurzstreckenfahrten oder anderen außergewöhnlichen Bela­stungen, insbesondere bei Taxis, Paket­diensten o.ä., ist eine regelmäßige Über­prüfung der Startanlage angebracht. Dies gilt auch bei Nutzfahrzeugen, die gegenüber Personenkraftwagen auf eine weitaus höhere Laufleistung ausgelegt sind. Bei Störungen der Startanlage soll zuerst eine Prüfung direkt am Fahrzeug durch­geführt werden. Sollte dabei ein Fehler am Starter lokalisiert werden, wird der Starter entweder ausgetauscht oder mit Hilfe der Serviceinformationen und der -anleitung instandgesetzt. Vor dem Wiedereinbau in das Fahrzeug ist der Starter dann am Kombinations­prüfstand zu prüfen.

Prüfung direkt am Fahrzeug Bevor die Startanlage überprüft werden kann, muß die Funktion der Batterie (die Batteriespannung unter Belastung, der Säurestand und die Säuredichte) kon­trolliert werden. Durch eine akustische Überprüfung lassen sich folgende Beanstandungen unterscheiden: - ungewöhnliche Startgeräusche, - Starter spurt ein, Motor wird aber nur

Kombinationsprüfstand für Starter und Generatoren.

1 Bedienfeld für Generator· und Starterprüfung,

2 Generatorprüfplatz mit Schutzhaube,

3 Anzeigeeinheit, 4 Starterprüfplatz, 5 Starteranschlu ß-

klemmen, 6 Batterieraum, 7 Pedal für die

Starterbelastung (Trommelbremse).

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langsam oder gar nicht durchgedreht, - kein Einspurgeräusch, - Starter spurt nicht oder zu langsam aus. Bei ungewöhnlichen Startgeräuschen ist der Fehler auf den Starter, den Einbau des Starters oder den Zahnkranz des Motors zurückzuführen. Bei den anderen Bean­standungen ist eine gezielte elektrische Prüfung der Startanlage notwendig (z.8. mit einem Motortester). Im Ruhezustand werden folgende Prüfungen durchgeführt: - Masse- oder Plusschluß der Leitungen, - Spannung an Klemme 30, - Unterbrechung der Leitungen und - Übergangswiderstände der Leitungen. Beim Startvorgang sind es folgende Prüfungen: - Spannung an Klemme 50, - Spannung am Ausgang des Relais und - Starterstrom (bis 1000 A) .

Instandsetzung des Starters Bei der Instandsetzung von Startern mit Hilfe der jeweiligen Serviceanleitung wer­den verschiedene Testgeräte (z.B. Dreh­strom-Generator-Tester und Windungs­schluß-Prüfgeräte) verwendet. Darüber hinaus sind für jeden Startertyp beson­dere Werkzeuge notwendig; nur so kann der Fehler innerhalb des Starters lokali­siert und fachgerecht behoben werden. Bild 8

Zur Prüfung aufgespannter Starter.

1 Zahnkranz, 2 Starter, 3 SChutzabdeckung. 4 Drehzahlsensor, 5 Handrad , 6 Aufspannwinkel, 7 Aufspannflansch , 8 Aufspanntisch.

4

3

2

Überprüfung des Starters auf dem Kombinationsprüfstand Ist der Starter instandgesetzt, wird er auf dem Starterprüfplatz des Kombinations­prüfstandes (Bild 7) aufgespannt. Je nach Starterausführung ist das Auf­spannen über einen Flansch (Bild 8) oder über Prismen und Spannbügel möglich. Mit Hilfe von Handrad und Aufspanntisch wird das Zahnflankenspiel und der Ritzel­abstand eingestellt. Es folgt die Einstel­lung des Drehzahlsensors und der elek­trische Anschlu ß des Starters. Die Überprüfung des Starters besteht im wesentlichen aus zwei Teilprüfungen: -In der Leerlaufprüfung wird der Starter

ohne Belastung betrieben. Der Starter­strom darf dabei einen Grenzwert nicht überschreiten, während die Drehzahl einen Mindestwert erreichen muß.

- Bei der Kurzschlußprüfung wird der Starter mit der im Prüfstand integrierten Trommelbremse bis zum Stillstand ab­gebremst. Blockiert werden darf der Starter dabei nur kurz , d.h . maximal 2 Sekunden.

Gemessen werden der Starterstrom und die Spannung im Kurzschlu ßbetrieb. Die erzielten Meßergebnisse müssen mit den vorgegebenen Sollwerten über­einstimmen.

5 6

Werkstatt­prüftechnik

213

Lichttechnik

214

Lichttechnik

Anforderungen Zunehmende Verkehrsdichte und stei­gende Geschwindigkeiten bei ständig wechselnden Fahrbedingungen stellen immer höhere Anforderungen an die Scheinwerfer- und Leuchtensysteme im Automobil. Die Bewältigung der vielfältigen Situatio­nen, wie sie im Straßenverkehr auftreten können, bestimmt die technische Ausfüh­rung und die Anordnung der lichttechni­schen Komponenten am Kraftfahrzeug.

Bild 1 Alles in einem: Abblendlicht, Fernlicht, Nebel­scheinwerfer und Blinkleuchte bilden eine der Fahrzeugfront angepaßte Einheit (Beispiel).

Eine gute Ausleuchtung der Fahrbahn bei den jeweils herrschenden Straßen­verhältnissen unterstützt die Empfindun­gen menschlichen Sehens entscheidend oder macht sie erst möglich. Das schließt sowohl die Empfindung von Helligkeit, Farbe und Raum als auch die rechtzeitige Wahrnehmung von Form und Bewegung sowie das Erkennen von Leuchtdichte­und Farbunterschieden ein. Daher wer­den an Kfz-Scheinwerfer hohe lichttech­nische Anforderungen gestellt.

Leistungsfähige Scheinwerfer und Leuchten an der Fahrzeugfront und am Fahrzeugheck sind die Grundlage für gutes "Sehen und Gesehenwerden". Neben den lichttechnischen Anforderun­gen werden in immer stärkerem Maße auch stilistische Anforderungen an Scheinwerfer und Leuchten gestellt. Eine Voraussetzung dafür ist die Möglichkeit, auf optische Profile in der Außenscheibe zum Teil oder vollständig zu verzichten und ein "glasklare" Abdeckscheibe zu realisieren. Damit ergibt sich die Möglich­keit, das Innere eines Scheinwerfers oder einer Leuchte ebenfalls unter stilisti­schen Aspekten zu gestalten. Dadurch entstehen leistungsfähige Scheinwerfer und Leuchten mit attraktivem Design.

Fahrzeugfront Die Scheinwerfer an der Fahrzeugfront (Bild 1) sind primär dafür bestimmt, die Fahrbahn auszuleuchten, damit der Fah­rer das Verkehrsgeschehen erfassen und Hindernisse rechtzeitig erkennen kann. Zusätzlich sind die Scheinwerfer durch ihr Signalbild das Erkennungs­merkmal für den Gegenverkehr. Die Blinkleuchten lassen andere Verkehrs­teilnehmer die Absicht zur Änderung der

Fahrtrichtung oder eine Gefahrensituation erkennen. Zu den Scheinwerfern und Leuchten an der Fahrzeugfront gehören: - Fern-/Abblendscheinwerfer, - Nebelscheinwerfer, - Zusatz-Fernlichtscheinwerfer, - Blinkleuchten

(Fahrtrichtungsanzeiger), - Parkleuchten, - Begrenzungs-/Umrißleuchten (breite

Fahrzeuge) und - Tagfahrleuchten (soweit sie in einzel­

nen Ländern vorgeschrieben sind).

Fahrzeugheck Die je nach Witterungsbedingungen ge­schalteten Leuchten am Fahrzeugheck (Bild 2) signalisieren die Fahrzeugpositi­on. Sie zeigen auch an, wie und in weI­che Richtung sich das Fahrzeug bewegt, z.B. ob es ungebremst geradeaus fährt,

Bild 2 Leuchten und Rückfahrscheinwerfer des Fahr­zeug hecks sind funktionsgerecht in einer kom­pakten Einheit zusammengefaßt (Beispiel) .

ob es bremst, ob eine Fahrtrichtungsän­derung beabsichtigt ist oder ob eine Ge­fahrensituation vorliegt. Die Rückfahr­scheinwerfer leuchten die Fahrbahn bei Rückwärtsfahrt aus. Zu den Leuchten bzw. Scheinwerfern am Fahrzeugheck gehören: - Bremsleuchten, - Schlußleuchten, - Nebelschlußleuchten, - Blinkleuchten (Fahrtrichtungsanzeiger), - Parkleuchten, - Umrißleuchten (breite Fahrzeuge), - Rückfahrscheinwerfer und - Kennzeichenleuchte.

Fahrzeuginnenraum Im Fahrzeuginnenraum haben die Bedie­nungssicherheit der Schaltelemente und eine ausreichende Information über die Betriebszustände (bei geringer Ablen­kung des Fahrers) Vorrang vor allen an­deren Funktionen. Ein gut beleuchtetes Instrumentenfeld und die diskrete Be­leuchtung verschiedener Funktionsgrup­pen, wie die des Radios oder eines Navi­gationssystems, sind Voraussetzung für entspanntes und sicheres Fahren. Opti­sche und akustische Signale müssen nach ihrer Dringlichkeit gestuft an den Fahrer weitergegeben werden.

Vorschriften Überblick In Deutschland und in der EU ist das Straßenverkehrsrecht durch mehrere Rechtsnormen geregelt. Diese Rechtsnormen regeln z.B. die Ver­kehrssicherung, das Verhalten der Ver­kehrsteilnehmer oder die Zulassung von Fahrzeugen zum Straßenverkehr. Für lichttechnische Einrichtungen am Kfz gelten die Bau- und Betriebsvorschriften. Für die Zulassung gibt es zudem geson­derte Regelungen.

Genehmigungszeichen Für lichttechnische Einrichtungen am Kraftfahrzeug gelten nationale und inter­nationale Bau- und Betriebsvorschriften, nach denen die Einrichtungen herge-

Anforderungen Vorschriften

stellt und geprüft sein müssen. 215

Lichttechnik

216

Bild 3 Streuscheibe eines Scheinwerfers mit ECE- SAE-Prüfzeichen (Beispiel).

Für jeden Typ einer lichttechnischen Ein­richtung ist ein besonderes Genehmi­gungszeichen festgelegt, das lesbar z.B. auf den Streuscheiben von Scheinwer­fern bzw. auf den Lichtscheiben von Leuchten der jeweiligen Geräte ange­bracht sein muß (Bild 3). Dies gilt auch für Ersatzscheinwerfer und -leuchten. Ist eine Einrichtung mit einem derartigen Genehmigungszeichen versehen, so ist sie von einem technischen Dienst geprüft und von einer Genehmigungsbehörde (in Deutschland: Kraftfahrzeugbundesamt) zugelassen. Alle Einheiten, die in der Serie gefertigt werden und mit dem Ge­nehmigungszeichen versehen sind, müs­sen mit dieser typgeprüften Einheit über­einstimmen. Beispiele für Genehmi­gungszeichen sind:

'lfl K nationales Prüfzeichen D,

® ECE-Prüfzeichen,

~ EU-Prüfzeichen.

Die den Buchstaben hinzugefügte Ziffer 1 weist beispielsweise die Genehmigung in Deutschland aus (Bild 3). In Europa gelten für den Anbau aller Kfz­Beleuchtungs- und Lichtsignaleinrichtun­gen neben den nationalen Richtlinien die übergeordneten europäischen Richtlini­en (ECE: ganz Europa außer Albanien, EU: 15 Länder) . Im Zuge der fortschrei­tenden Einigung Europas werden die Überführungsvorschriften durch die Har­monisierung von Richtlinien und Regeln immer mehr erleichtert. Scheinwerfer von

Bosch entsprechen den geltenden ECE­und EU-Richtlinien und können somit un­abhängig von dem Land, in dem sie er­worben wurden, in allen ECE- und EU­Ländern eingesetzt werden. In USA gelten grundsätzlich andere Vor­schriften als in Europa. Das Prinzip der Selbstzertifizierung zwingt jeden Her­steller als Importeur von lichttechnischen Einrichtungen, sicherzustellen und im Notfall nachzuweisen, daß seine Er­zeugnisse zu 100 % den im Federal Re­gister (Bundesgesetzblatt) verankerten Vorschriften des FMVSS 108 entspre­chen. Eine Typprüfung gibt es in den USA demzufolge nicht. Die Vorschriften des FMVSS 108 basieren teilweise auf dem Industriestandard der SAE. Kraftfahrzeuge, die z.B. nach Europa reimportiert werden, müssen entspre­chend den europäischen Richtlinien wie­der umgerüstet werden.

Entwicklung der Lichttechnik Einführung von Lichtanlagen Die Lichttechnik spielte bei den ersten Kraftfahrzeugen Ende des 19. Jahrhun­derts eine untergeordnete Rolle, weil Nachtfahrten bei der ohnehin geringen Betriebssicherheit der Fahrzeuge zu ris­kant waren. Man gebrauchte zuerst Ker­zenlaternen, dann Petroleumlaternen und schließlich Azetylenlaternen. Um 1908 hatte man elektrische Lampen nur in Hilfslaternen für Rücklicht und seit­liche Begrenzung genutzt, weil die vor­handenen Batterien während der Fahrt nicht aufgeladen werden konnten. Mit Einführung der "Lichtmaschine" (heute Generator genannt) kamen elektrische Scheinwerfer nach und nach in Ge­brauch. In diesem Jahr setzten die ersten Lieferungen der Bosch-Lichtanlagen ein, die aus folgenden Komponenten bestan­den: - Scheinwerfer und Seiten laternen

(Bild 5),

Bild 4 (Bildquelle unten rechts: VW) EntwiCklung der Scheinwerferformen am Beispiel verschiedener Fahrzeugbaujahre.

Entwicklung der Lichttechnik

217

Lichttechnik

218

- Nummern- und Spritzwandlaternen, - Lichtmaschine, - Batterie und - Regelschaltkasten (Bild 5).

Die zunehmende Motorisierung, der dich­ter werdende Verkehr und hohe Design­anforderungen trieben die Entwicklung der Lichttechnik bis zum heutigen Stand voran (Bild 4).

Verstärkte Fahrbahnausleuchtung Schon frühzeitig wandte man paraboli­sche "Spiegelformen" als Reflektoren an, um den Lichtstrom der Lichtquelle in Richtung der Fahrbahn umzulenken und damit voll auszunützen. Fokussierein­richtungen dienten dazu, den Glühfaden in den Brennpunkt einstellen zu können. Meist handelte es sich bei diesen Scheinwerfern um Laternen in allen möglichen, z.T. willkürlichen Formen mit einer klaren Abschlußscheibe zum Schutz des Reflektors und der Lampe

Bild 5 Bosch-Lichtanlage von 1913.

1 Scheinwerfer, 2 Seitenlaterne, 3 Lichtmaschine, 4 Regelschaltkasten. Batterie sowie Nummern- und Spritzwandlaternern sind nicht abgebildet.

vor Verschmutzung und Beschädigung. Das Licht zeichnete sich lediglich als heller Fleck auf der Straße ab. Bosch ging ab 1911 bei der Entwicklung und Herstellung von Scheinwerfern von der Erkenntnis aus, daß die Fahrsicher­heit um so größer ist, je gleichmäßiger die Fahrbahn beleuchtet wird. Ein grund­legender Fortschritt wurde mit hoch­glanzpolierten Metallspiegeln, geeigne­ten Glühlampen und einem neuen, ab 1917 genormten Lampensockel erzielt, mit dem die umständliche Fokussierein­richtung entfiel.

Verminderte Blendwirkung Bis etwa 1919 wurden immer stärkere Glühlampen verwendet. Wenn sich zwei Fahrzeuge begegneten, wurden (beson­ders auf nassen Straßen) beide Fahrer geblendet und zumindest einer davon zum Halten veranlaßt. Besser bewährte sich die Anordnung von zwei verschiedenen Scheinwerfer­paaren für Fern- und Begegnungslicht, zwischen denen nach Bedarf umge­schaltet werden konnte. Die Kosten der zusätzlichen Scheinwer­fer und der Grundgedanke, durch das Wechseln zwischen zwei verschieden starken und verschieden gerichteten

Strahlenbündeln abzublenden, führte dazu, die Veränderung der Lichtstärke und der Lichtneigung in die Glühlampe selbst zu verlegen. Unter Mitwirkung von Bosch wurde 1925 die "Bilux"-Lampe mit einer Zweifadenan­ordnung für Fern- und Abblendlicht her­ausgebracht. Der Abblendfaden wurde durch eine Blechkappe so abgedeckt, daß nur die obere Hälfte des Reflektors für die Beleuchtung des Nahbereichs bestrahlt wurde.

Verbesserte Seitenstreuung Eine bessere Seitenstreuung der Schein­werfer machte eine weitere Erhöhung der Fahrsicherheit möglich. Neu entwickelte Preßglasscheiben mit vertikal angeord­neter Zyl inderlinsen-Optik zogen das Lichtbündel in die Breite, ohne die Blen­dung bei Abblendlicht zu erhöhen. Damit ließen sich die Forderungen hinsichtlich Seitenstreuung und Ausleuchtung der unmittelbar vor dem Fahrzeug liegenden Straßenfläche erfüllen.

Bild 6 Lichtverteilung des symmetrischen (a) und des asymmetrischen (b) Abblendlichts.

1 Fahrzeug, 2 Fahrbahn. 3 symmetrisches Abblendlicht (nicht mehr üblich). 4 asymmetrisches Abblendlicht (heute Standard).

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Ab 1931 kam zusätzlich eine Nebellampe mit einem schräg nach der Seite und nach unten wirkenden Lichtbündel zum Einsatz, um die Eigenblendung herabzu­setzen (außerdem ist die Dichte des Ne­bels am Boden in der Regel am gering­sten). Der Straßenrand auf der Fahrseite war dadurch besser sichtbar.

Erhöhte Reichweite Mit dem Bau von Autobahnen und Schnellstraßen genügte die Reichweite des Fernlichts und ganz besonders des abgeblendeten Lichts für die hohen Ge­schwindigkeiten nicht mehr. Zusätzliche Weitstrahler (mit einer Kipp­vorrichtung zum Abblenden) sollten da­mals bei Fernlicht die Sehweite der beiden Hauptscheinwerfer von 200 m auf 800 bis 1000 m erweitern.

Asymmetrische Lichtverteilung Nach 1945 entstanden neue Karosserie­formen. Im Zuge dieser Entwicklung wur­den die bis dahin üblichen freistehenden Anbauscheinwerfer durch Einbauschein­werfer ersetzt. In dieser Zeit kam auch das Abblendlicht immer mehr zum Einsatz, weil das Fern­licht wegen der weiter zunehmenden Verkehrsdichte selbst auf Fernstraßen

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Entwicklung der Lichttechnik

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Lichttechnik

220

immer seltener benutzt werden konnte. Die 1957 eingeführte asymmetrische Lichtverteilung mit einer nach rechts an­steigender Hell-Dunkel-Grenze ermög­lichte im Gegensatz zur bisher üblichen symmetrischen Lichtverteilung mit einer waagerechten Hell-Dunkel-Grenze eine beträchtliche Erweiterung der Reich­weite des Abblendlichts am rechten Fahrbahnrand ohne Blendung des Ge­genverkehrs (Bild 6).

Gesteigerte Lichtwerte Herkömmliche Glühlampen haben den Nachteil, daß die aus der Glühwendel verdampften Wolframpartikel am Lam­penkolben niederschlagen und diesen im Laufe der Zeit schwärzen. Dieser Vor­gang mindert alle lichttechnischen Wer­te und begrenzt die Lebensdauer. Die Einführung der Halogenlampen brachte höhere Leuchtdichten der Wendel und längere Betriebszeiten. Ab 1964 hatten Halogenlampen nur eine Glühwendel und wurden zunächst in Nebelschein­werfern oder getrennten Scheinwerfern für Fern- und Abblendlicht eingesetzt (H1-, H2- und H3-Lampen). Die ab 1971 verfügbare H4-Halogenlampe mit zwei Glühwendeln für Fern-/ Abblendlicht­scheinwerfer wurde danach praktisch zur Standardlichtquelle. In modernen Systemen mitcomputerbe­rechneten Reflektoren und klaren Au­ßenscheiben kommt die seit 1992 ver­fügbare H7-Lampe immer mehr zum Einsatz. Sie zeichnet sich durch hohe Wendelleuchtdichten und verringerte Wendeltoleranzen aus. Den vorläufigen Höhepunkt bildet das seit 1991 eingeführte Beleuchtungssy­stem Litronic mit Gasentladungslam­pen. Es zeichnet sich durch eine deutlich verbesserte Fahrbahnausleuchtung bei einer wesentlich kleineren Lichtaustritts­fläche sowie eine lange Gebrauchsdau­er aus. Im Vergleich zu Halogenlampen wird ein zwei- bis dreifacher Lichtstrom bei einer Lebensdauer von bis zu 2000 Stunden erzielt.

Wirksame Signalwirkung nach hinten Die Entwicklung der Heckleuchten ver­lief, was Größe, Ausstattung und Leucht­wirkung anbelangt, ähnlich wie die der Scheinwerfer. Ursprünglich gab es verschiedene ei­genständige Heckleuchten wie Schluß­leuchten, Bremsleuchten, reflektieren­de Rückstrahler und schließlich auch Kennzeichenleuchte und Rückfahr­scheinwerfer zum Anbau an der Karos­serie. Nach und nach wurden die ver­schiedenen Einzelkomponenten in ihrer Leuchtwirkung verbessert und miteinan­der kombiniert. Heute gibt es für Pkw umfassende Bau­einheiten, die vollständig in der Karosse­rie integriert sind und für jede Fahrzeug­seite z.B. aus Blinkleuchte, Bremsleuch­te, Schlußleuchte, Rückstrahler, Park­leuchte, Rückfahrscheinwerfer und Ne­beischlußleuchte bestehen. Die Kenn­zeichenleuchte ist in der Regel separat ausgeführt. Bei Nkw sind Heckleuchten oft zu Zwei- oder Dreikammerleuchten zusammengefaßt, wobei das Schluß­licht mit der Kennzeichenleuchte kombi­niert sein kann. Heckleuchten sind sowohl mit her­kömmlichen Glühlampen als auch mit LED ausgerüstet.

Deutliche Anzeige der Fahrtrichtung Solange offene Fahrzeuge üblich wa­ren, genügte eine Handanzeige als Hin­weis für den beabsichtigten Fahrtrich­tungswechsel. Mit der Einführung ge­schlossener Fahrzeuge und dem dichter werdenden Verkehr in den Großstädten nahm Bosch 1928 die Fertigung von Winkern auf. Zur Anzeige der ge­wünschten Fahrtrichtung konnte man einen Winkerschalter betätigen, der über einen Elektromagneten den Win­kerarm auf der linken oder rechten Fahr­zeugseite ausschwenkte. Gleichzeitig leuchtete eine Glühlampe im Winker­arm. Erst ab 1949 wurden diese Winker allmählich durch elektrische Blinkanla­gen (später mit Warnblinkanlagen kom­biniert) mit einer deutlich verbesserten Signalwirkung abgelöst.

Optische Wahrnehmung

Das menschliche Auge Das Auge paßt sich mit verschiedenen Mechanismen den jeweils herrschenden Lichtverhältnissen an. Dies geschieht ei­nerseits durch eine Empfindlichkeitsän­derung der Netzhaut. Andererseits er­folgt die Anpassung an die Helligkeit durch die Iris, die die Augenlinse wie eine Blende umfaßt und die Pupille als Sehöff­nung durch eine Erweiterung oder Ver­engung vergrößert oder verkleinert. Bei einer unvermittelten Blendung "ver­krampft" sich das Auge, der Mensch kneift die Lider zusammen und die Wahr­nehmungsfähigkeit nimmt kurzzeitig be­trächtlich ab. Deshalb ist eine wesentliche Aufgabe der Scheinwerfertechnik, Blendungen zu vermeiden und eine möglichst kontinu­ierliche Sehleistung zu gewährleisten.

Bewertung der Sehfähigkeit

Empfindlichkeit Das visuelle System des Menschen ist wesentlicher Teil der sensorischen Infor­mationsaufnahme. Etwa 90 % der Sen­sorinformationen werden durch das Seh­system geliefert. Alle visuellen Informa­tionen werden wesentlich als Helligkeit, Farbeindruck und Form wahrgenom­men. Besonders die Hellempfindung zeigt eine starke spektrale Abhängigkeit.

Um das "gesehene" Licht mit meßtech­nisch korrekten Größen beschreiben zu können, wurde 1924 die spektrale Hell­empfindlichkeitsfunktion V('A) für einen Normalbeobachter definiert. Danach ist die spektrale Empfindlichkeit bei einer Wellenlänge von 'A = 555 nm (ungefähr gelb-grün) maximal. Im kurzweiligen Spektralbereich liegt die Trennung zwischen UV-Strahlung und sichtbarem Licht (violett) bei 380 nm. Im langweiligen Spektralbereich gibt es bis 780 nm den Rotbereich, ab 780 nm die "unsichtbare" Infrarot-Strahlung.

Sicht- und Tragweite Unter "Sichtweite" versteht man die Ent­fernung, in der Objekte (Fahrzeuge, Ge­genstände usw.) oder Personen auf der Fahrbahn oder am Straßenrand noch er­kennbar sind. Form, Größe und Reflexionsgrad der Personen und Objekte, der Fahrbahn­belag, die technische Ausführung und die Sauberkeit der Scheiben und Schein­werfer sowie die Sehfähigkeit beeinflus­sen die Sichtweite. Wegen dieser großen Anzahl von Ein­flußfaktoren können Zahlenwerte zur Bewertung der Sichtweite nicht festge­legt werden. Bei besonders günstigen Verhältnissen (am rechten Fahrbahn­rand) kann sie über 1 00 m und bei extrem ungünstigen Verhältnissen (auf der lin­ken Fahrbahnseite, Straße naß) unter 20 m betragen.

"Tragweite" ist dagegen jene Entfer­nung, in der ein Lichtsignal, wie z.B. von Bremsleuchten anderer Fahrzeuge, bei getrübter oder nebliger Atmosphäre ge­rade noch erkannt werden kann.

Sicherheit Besondere Bedeutung erlangt das licht­empfinden für die "Wahrnehmungssi­cherheit", die die Sicherheit im Straßen­verkehr entscheidend beeinflußt. Unter Wahrnehmungssicherheit ver­steht man, daß alle Maßnahmen ausge­schöpft sind, damit die vom Straßenver­kehr ausgehenden optischen und akusti­schen Eindrücke oder Signale vom Fah­rer unbehindert wahrgenommen und er­kannt werden können. Neben der Wahrnehmungssicherheit ist noch die "Bedienungssicherheit" von Bedeutung. Damit der Fahrer so wenig wie möglich beansprucht wird und die Fahrsicherheit geWährleistet ist, müssen alle Instrumente und Bedienelemente vom Fahrerplatz aus sowohl gut zu se­hen als auch gut zu erreichen und zu bedienen sein. Dazu müssen die Be­leuchtung sowie die Anzeigeinstrumente und Schaltelemente des Fahrzeugin­nenraums bzw. des Instrumentenfeldes beitragen.

Optische Wahrnehmung

221

Lichttechnik

222

Beeinträchtigungen der Sicht Sind die Sichtverhältnisse eingeschränkt (Dämmerung oder Dunkelheit, Fahren in einem Tunnel oder im dichtbelaubten Wald), dann unterstützt die Lichtanlage eines Kfz die Wahrnehmungs- und Be­dienungssicherheit des Fahrers. Bereits der Belag einer trockenen hellen Fahr­bahn "schluckt" (absorbiert) 70 % der auftreffenden Lichtstrahlen, nur 30 % dienen der wahrnehmbaren Fahrbahn­ausleuchtung. Witterungseinflüsse oder andere nega­tive Begleiterscheinungen beeinträchti­gen die ungehinderte Sicht des Fahrers (z.B. Nebel, Regen oder Schneefall) . Ein nasser dunkler Fahrbahnbelag schluckt 85 % der auftreffenden Lichtstrahlen. Unter diesen Voraussetzungen verbes­sert die Lichtanlage mit Abblendlicht, Ne­belscheinwerfern oder Fernlicht die Wahrnehmungssicherheit erheblich. Andere unmittelbare Beeinträchtigun­gen des Sehens können sowohl beschla­gene, verschmutzte oder beschädigte Scheiben (verkratzt oder gesprungen) als auch unvorhergesehene Blendungen (z. B. durch Gegenverkehr bei Nacht oder die tiefstehende Sonne) sein. Eine mittelbare Beeinträchtigung der Sehfähigkeit kann z.B. auf verschmutzte Scheinwerfer zurückzuführen sein, da diese die Fahrbahn nur noch mit einem Teil ihres "lichtes" beleuchten können. Den genannten Beeinflussungen kann mit ganz verschiedenen Mittel begegnet werden:

Lichtstärke Lichtquellen können unterschiedliche "Helligkeit" haben. Ein Vergleich ver­schiedener Lichtquellen ist mit Hilfe der Lichtstärke möglich. Sie ist die sichtba­re Strahlung, die sich von einer licht­quelle in eine bestimmte Richtung aus­breitet. Die Einheit der Lichtstärke be­trägt 1 Candela (cd) und entspricht un­gefähr der Lichtstärke einer Kerzen­flamme. Die "Helligkeit" einer beleuch­teten Fläche ist von deren Reflexions­verhalten, von der Lichtstärke und von dem Abstand der beleuchtenden licht­quelle abhängig. Beispiele für zulässige Werte (in cd): Bremsleuchte (einzeln) 60 ... 185 Schlußleuchte (einzeln) 4 .. . 12 Nebelschlußleuchte (einzeln) 150 ... 300 Fernlicht (gesamt, max.) 225000

- variable Lichtverteilung oder - bestmögliche Straßenausleuchtung

(Bild 7, gute Tiefenausleuchtung, breite Seitenausleuchtung, gezielte Fahrbahnausleuchtung).

Lichtquellen Temperaturstrahler Temperaturstrahler erzeugen das Licht durch Wärmeenergie. Das bedeutet, daß eine stärker erhitzbare Lichtquelle eine höhere Lichtstärke ermöglicht.

- Reini~ungsanlagen für Scheibe~~uchtun9 der Fahrbahn von zwei Scheinwerfer, Fahrzeugen, die sich bei Nacht begegnen.

- Benutzung der Sonnenblenden, 1 Breite Seitenausleuchtung, 2 gezielte Fahrbahnausleuchtung,

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Nachteil der Temperaturstrahler ist vor allem der niedrige Wirkungsgrad (unter 10 %) und damit die gegenüber Gasentla­dungslampen relativ geringe mögliche Lichtausbeute.

Glühlampe (Vakuumlampe) Zu den Temperaturstrahlern gehört die Glühlampe mit einer Wendel aus Wolf­ram, die durch die Zufuhr elektrischer Energie zum Glühen gebracht wird. Die Liehtleistung der Standardlampe ist gering und die Gebrauchsdauer wegen der Schwärzung des Lampenkolbens durch verdampfte Wolframpartikel der Glühwendel begrenzt. Deshalb wurde die Glühlampe als Lichtquelle für Scheinwer­fer fast vollständig von der Halogenlampe abgelöst. Nur Leuchten und Rückfahr­scheinwerfer sind nach wie vor mit Glüh­lampen ausgerüstet (Bild 8).

Halogenlampe Die Halogenlampen z.B. H1, H3, H7, HB3, HB4 haben nur eine Glühwendel. Sie werden für Abblendlicht und Nebel­licht eingesetzt. Die Halogenlampe H4 (Bilder 9, 10) verfügt über zwei Glühwen­deln für die Umschaltung von Fern- auf Abblendlicht. Eine zusätzliche Abdeck­kappe hat die Aufgabe, den blendenden

Bild 8

Glühlampe.

1 Lampenkolben, 2 Glühwendel, 3 Lampensockel, 4 elektrischer Anschluß.

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Halogenlampe H4.

1 Lampenkolben, 2 Glühwendel für Abblendlicht mit Abdeckkappe, 3 Glühwendel für Fernlicht, 4 Lampensockel, 5 elektrischer Anschluß.

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Bild 9

Halogenlampe H4 (Ausschnitt) .

1 Wolframglühwendel, 2 Halogenfüllung (Jod oder Brom), 3 verdampftes Wolfram, 4 Wolframhalogenid, 5 Wolframablagerung.

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Bild 10

Lichtquellen

223

Lichttechnik

224

Bild 11

Vergleich der Lichterzeugung. H7 Halogenlampe, 02S Gasentladungslampe (GIÜhwendel/Lichtbogen).

Bild 12

Gasentladungslampe 02S.

1 UV-Schulzglaskolben, 2 elektrische DurChlührung, 3 Entladungsraum, 4 Elektroden, 5 Lampensockel, 6 elektrischer

Anschluß.

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Lichtanteil des Abblendlichts abzudek­ken und eine Hell-Dunkel-Grenze im Ab­blendlichtbündel zu erzeugen. Sie strahlt mit 60/55 W Leistung etwa doppelt so viel Licht ab wie eine entsprechende Bilux­Glühlampe mit 45/40 W, und ihr Glaskol­ben bleibt während der gesamten Le­bensdauer der Lampe klar. Eine Halo­genfüllung (Jod oder Brom) in der Lampe läßt eine Wendeltemperatur bis nahe an den Schmelzpunkt des Wolframs (ca. 3400 Oe) und damit eine entsprechend hohe Lichtleistung zu. Das verdampfte Wolfram verbindet sich in der Nähe der heißen Kolbenwand mit dem Füllgas zu einem lichtdurchlässigen Gas (Wolfram­halogenid). Dieses ist im Temperaturbe­reich von ca. 200 ... 1400 oe stabil. Ge­langt es in die Nähe der Wendel, zersetzt es sich infolge der hohen Wendeltempe­ratur und bildet dann dort eine gleichmä­ßige Wolframablagerung (Bild 10). Um diesen Kreisprozeß aufrechtzuerhalten, ist eine Außentemperatur des Lampen­kolbens von ca. 300 oe erforderlich. Dazu muß der aus Quarzglas bestehende Kol­ben die Wendel eng umschließen. Dies hat den weiteren Vorteil, daß man mit höherem Fülldruck arbeiten und damit der Verdampfung des Wolframs entge­genwirken kann. Kleinste Fettablagerungen, z.B. durch Berühren mit bloßen Fingern, führen bei den hohen Temperaturen des Kolbens zu Ablagerungen, die das Kolbenglas an­greifen und zerstören können.

Gasentladungslampen Gasentladung beschreibt die elektrische Entladung beim Durchgang des elektri­schen Stromes durch ein Gas, wobei Strahlung emittiert wird (Beispiele: Natri­umdampflampen für Straßenbeleuch­tung und Leuchtstofflampen für Innen­raumbeleuchtung). Lichtquellen mit Gasentladung gewinnen für Kraftfahrzeuge in Verbindung mit dem elektronischen Beleuchtungssy­stem "Litronic" zunehmend an Bedeu­tung. Sie ermöglichen eine bessere An­passung an die Sehgewohnheiten, grö­ßere Reichweiten sowie eine hellere und gleichmäßigere Fahrbahnausleuchtung.

Sie haben eine so hohe Lebensdauer, daß sie meistens über die gesamte Be­triebsdauer des Autos nicht ausgewech­selt werden müssen. Außerdem lassen sie kompakte Scheinwerfer für flache Fahrzeugfronten zu. Die Gasentladungs­lampe ist mit dem Edelgas Xenon und einer Mischung aus Metallhalogeniden gefüllt. Für den Einschaltvorgang und den Betrieb ist ein elektronisches Vor­schaltgerät erforderlich. Beim Anlegen der Zündspannung von 10 .. . 20 kV wird das Gas zwischen den Elektroden leitend (ionisiert) und damit ein Lichtbogen ge­zündet (Bild 11). Durch kontrollierte Zu­fuhr von Wechselstrom (400 Hz) ver­dampft die metallische Füllsubstanz auf­grund des Temperaturanstieges im Bren­ner und strahlt dabei Licht ab.

Die Lampe erreicht ihre volle Helligkeit normalerweise erst nach mehreren Se­kunden, wenn alle Teilchen ionisiert sind. Um diesen Vorgang zu beschleunigen, fließt bis dahin ein erhöhter "Anlauf­strom". Sobald die volle Lichtleistung er­reicht ist, wird der Lampenstrom be­grenzt. Danach genügt eine Betriebs­spannung von nur noch 85 V, um den Lichtbogen zu erhalten. Im Vergleich zu den Glühlampen hat die­se Technik entscheidende Vorteile : - Hohe Lebensdauer, da kein festes

Metall verdampft, die Lampe also keinem mechanischen Verschleiß unterliegt,

- hohe Lichtausbeute durch die hohe Temperatur des Gasgemisches (höher als 4000K) ,

- verbesserter Wirkungsgrad durch die höhere Lichtausbeute und die gerin­gere Leistungsaufnahme, da niedrige­re Betriebstemperatur erforderlich ist.

Die Kfz-Gasentladungslampen sind mit einem Stecksockel und einem UV­Schutzglaskolben ausgeführt: - die D2S-Lampe für Scheinwerfer in

PES-Bauart (Bild 12), - die D2R-Lampe mit integriertem

"Schatter" zur Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze (vergleichbar der Abdeckkappe für das Abblendlicht

Gasentladungslampe D2R.

1 Glaskolben, 2 Entladungsraum, 3 Schalter, 4 Lampensockel.

Bild 13

der H4-Lampe) für Scheinwerfer der Reflexionsbauart (Bild 13).

Kraftfahrzeuglampen Lampen für Kraftfahrzeugbeleuchtung nach ECE-R37 gibt es für 6 V , 12 V und 24 V. Unterschiedliche Lampentypen sind durch unterschiedliche Sockelfor­men gekennzeichnet, um Verwechslun­gen auszuschließen. Lampen unter­schiedlicher Betriebsspannungen sind mit dieser beschriftet, um bei gleicher Sockelform ein Verwechseln auszu­schließen. Der jeweils passende Lam­pentyp muß auf dem Gerät angegeben sein. Die Lichtausbeute (Lumen pro Watt) ist der lichttechnische Wirkungsgrad in Be­zug auf die eingespeiste elektrische Lei­stung. Die Lichtausbeute von Vakuum­lampen beträgt 1 0 ... 18Im/W. Die höhere Lichtausbeute der Halogenlampen von ungefähr 22 ... 26 Im/W ist primär eine Folge der Erhöhung der Wendeltempera­tur. Gasentladungslampen D2S und D2R (Litronic) tragen mit 85 Im/W zu einer weiteren Verbesserung des Abblendlich­tes bei.

Lichtstrom Der Lichtstrom ist die Emission einer Lichtquelle im Wellenlängen bereich des sichtbaren Lichts. Er wird in Lumen (Im) gemessen (Vergleichswerte: Ta­belle 1 " Kfz-Lampen").

Lichtquellen

225

Lichttechnik Tabelle 1

Daten der Kfz-Lampen (ohne Lampen für Krafträder).

Verwendung Bezeichnung Spannung Leistung lichtstrom Sockeltyp Bild Nennwerte Nennwerte Sollwerte lEG V W Im

Fernlicht! R2 6 45/401) 600 minI P45t-41 Abblendlicht 12 45/40 400-5501)

(nicht mehr 24 55/50 für Neufahrzeuge)

Nebel-, Fern-, H1 6 55 13502) P 14,5e (11"-Zusatzfern-, 12 55 1550 > Abblendlicht 24 70 1900 in4-SW

Nebellicht, H3 6 55 10502) PK22s

~-Zusatzfern- 12 55 1450 licht 24 70 1750

Fernlicht! H4 12 60/55 16501 P43t-38

'''II~I~ Abblendlicht 10001) ,2)

24 75170 1900/1200

Begrenzungs- H6W 12 6 125 3) BAX9s

4~ licht

Fern-/ H7 12 55 15002) PX26d

:I~~ Abblendlicht, Nebellicht

Fern-/ Abblend-/ H8 12 35 800 2) PGJ19

II~ Nebellicht (E-Fahrzeuge)

Fernlicht H9 12 65 2100 2) PGJ19-5

Abblend-/ H11 12 50 13502) PGJ19-2 Nebellicht 24 70 17502)

Blink-/ H21W 12 21 600 3) BAY9s Bremsleuchten

4

Abblendlicht HB4 12 55 1100 P22d in4-SW

226

Tabelle 2 Fortsetzung. Lichtquellen

Verwendung Bezeichnung Spannung Leistung Lichtstrom Sockeltyp Bild Nennwerte Nennwerte Sollwerte lEG V W Im

Fernlicht HB3 12 60 1900 P 20 d in4-SW

Brems-, Blink-, P21 W 6 21 460 3) BA 15s i-=V Nebelschluß-, PY 21 W 7) 12

Rückfahrlicht 24

Bremslicht! P 21 / 5 W 6 21 / 54) 440/35 3) , BAY 15d ll-=V Schlußlicht PY 21 W 7) 12 21 / 5 440/35 24 21 / 5 440/40 3)

Begrenzungs- R5W 6 5 50 3) BA 15 s 'IU licht, 12 Schlußlicht, 24 Schlußlicht R10W 6 10 1253)

12 24

Kennzeichen- G5W 6 5 45 3) SV 8,5

'. .' beleuchtung, 12 Schlußlicht, 24 Rückfahrlicht G21 W 12 21 460 3) X SV 8,5

Begrenzungs- T4W 6 4 35 3) BA9s ". 8 licht 12 24

Begrenzungs- W5W / 6 5 / 3 50/ 22 3) W 2 ,1 x 9 ,5 d ,~ licht, W3W 12

Kennzeichen- 24 beleuchtung

Abblendlicht 01S 5) 85 35 3200 PK 32 d-2

~~ Fernlicht! 126) ca. 40 6)

Abblendlicht Bi-Litronic (seit 1991)

Abblendlicht 02S 5) 85 35 3200 P 32 d-2 Fernlicht! 12 6) ca. 40 6)

Abblendlicht Bi-Litronic (seit 1994)

Abblendlicht 02R5) 85 35 2800 P 32 d-3 Fernlicht! 12 6) ca. 40 6)

Abblendlicht Bi-Litronic (seit 1996)

1) Fernlicht! Abblendlicht, 2) Sollwerte bei Prüfspannung 6,3; 13,2 bzw. 28,0 V, 3) Sollwerte bei Prüfspannung 6,75; 13,5 bzw. 28,0 V, 4) Hauptwendel/Nebenwendel, 5) Gasentladungslampe: Normungsverfahren noch nicht abgeschlossen, 6) mit Vorschaltgerät, 7) gelbe Variante. 227

Lichttechnik

228

Scheinwerfer­elemente Die bis heute in den meisten Fahrzeugen eingesetzten Scheinwerfer bestehen aus den Elementen Lampe, Reflektor und Streuscheibe. Die Lampe als Lichtquelle sendet das Licht (je nach Bauform) konzentrisch aus. Der Reflektor erfaßt die nicht in Wirkungs­richtung austretenden Lichtstrahlen und bündelt diese zu einem in etwa parallelen Lichtbündel (Bild 14). Die Streuscheibe lenkt die Lichtstrahlen in einer dem Verwendungszweck ent­sprechenden Richtung auf die Fahrbahn (Bild 15). Bei vielen neuen Scheinwerfern über­nimmt der Reflektor auch die Funktion der bisherigen Streuscheibe und lenkt das Licht in die zur Ausleuchtung der Fahr­bahn benötigten Richtung. Die "Streu­scheibe" hat nur noch die Aufgabe, als Abschlußscheibe den Scheinwerfer nach vorn abzudichten und vor Schmutz zu schützen.

Reflektoren

Aufgabe Die Aufgabe von Reflektoren für Kraft­fahrzeugscheinwerfer ist, möglichst viel

Bild 14

Reflektor bündelt Licht zu parallelen Lichtstrahlen.

1 Lampe, 2 Reflektor.

Licht von der Scheinwerferlampe zu er­fassen und eine möglichst hohe Reich­weite zu erzielen, Generell kann eine um so größere Reichweite eines Scheinwer­fers erreicht werden, je größer seine Lichtaustrittsfläche (Querschnitt der Re­flektoröffnung) ist. Andererseits ist die Lichtausbeute um so höher, je größer der vom Reflektor erfaßte Raumwinkel ist (Tiefe des Reflektors),

Zusätzliche Anforderungen an Schein­werfer werden durch das Fahrzeugde­sign gestellt (z.B. beim Einbau in eine fla­che Fahrzeugfront oder bei der Anpas­sung an die Form der Karosserie). Früherwurden fast ausschließlich Reflek­toren mit parabolischer Form eingebaut. Heute werden je nach Anforderung Stu­fenreflektoren, Freiformflächen oder Scheinwerfersysteme mit Abbildungsop­tik (Eoly-,Ellipsoid-,System PES) verwen­det.

Reflexion Reflexion tritt in hohem Maße auf, wenn ein Lichtstrahl auf eine spiegelnde Flä­che auftrifft und zurückgeworfen wird. Dabei ist der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel (Reflexionswinkel), Da dies auch für gekrümmte Spiegelflächen gilt, werden im Scheinwerferreflektor mit parabolischer Form alle vom Brennpunkt

Bild 15

Streuscheibe erzeugt den gewünschten Lichtaustritt.

1 Lampe, 2 Reflektor, 3 Streuscheibe.

ausgehenden Lichtstrahlen parallel zur Reflektorachse reflektiert. Das Intensitätsverhältnis von reflektierter zu einfallender Strahlung (Reflexions­grad) hängt vom Einfallswinkel und von den Brechzahlen der aneinandergren­zenden Materialien ab. Bei Reflektoren mit aufgedampftem Aluminium liegt der Reflexionsgrad bei 90 %. Durch Korrosi­on angegriffene Reflektoroberflächen haben weniger als 50 %. Deswegen kommt dem Korrosionsschutz von Scheinwerferreflektoren eine erhebliche sicherheitstechnische Bedeutung zu. Die Güte der Oberfläche und der Korrosions­schutz bestimmen im wesentlichen die Qualität der Scheinwerfer.

Brennweite eines Reflektors Eine kleine Brennweite bzw. eine kleine mittlere Brennweite eines Reflektors er­möglicht eine günstige Ausnutzung der Lampe und damit einen hohen Wirkungs­grad, da der Reflektor die Lampe weit umfaßt und somit ein großer Teil des Lichtstromes zum entstehenden licht­bündel beitragen kann. Die Brennweite herkömmlicher Reflekto­ren (Abstand zwischen Parabolscheitel und Brennpunkt) liegt bei 15 .. .40 mm. Für eine gewünschte Lichtverteilung auf der Fahrbahn wird das Licht mit Hilfe einer Streuscheibe umgelenkt (Bild 15).

Bild 16

HNS-Reflektoren (Beispiel):

Moderne Reflektoren weichen von der parabolischen Form zum Teil erheblich ab. Die optimale Formgebung wird mit speziellen mathematischen Verfahren (!::!omogeneous Numerically calculated ~urface HNS) erzielt. Dabei wird eine mittlere Brennweite, bezogen auf den Abstand zwischen dem Reflektorscheitel und der Mitte der Wendel, angegeben. Die Werte liegen bei 15 ... 25 mm. Durch die kleineren Brennweiten istes möglich, im Bauraum eines herkömmlichen para­bolischen Reflektors (H4-Lampe) drei getrennte Reflektoren (Bild 16) für Ab­blendlicht, Fernlicht und Nebellicht unter­zubringen (H1- bzw. H2-Lampen) und gleichzeitig die Lichtausbeute zu erhö­hen.

Reflektorwerkstoffe Reflektoren von Bosch werden aus Stahlblech oder Kunststoff mit hoher Prä­zision hergestellt. Bei Stahlblech wird zunächst der Reflek­tor im Tiefziehverfahren entweder mit ei­ner parabolischen oder auch mit einer wie oben erläutert komplizierteren Form hergestellt und durch Verzinken oder Pulverbeschichten gegen Korrosion ge­schützt. Nach dem Glätten durch Lackie­ren wird die Reflexionsschicht durch Be­dampfen oder einen "Sputterprozeß" mit Aluminium aufgebracht und mit einer

Beeinflussung der Lichtverteilung durch numerisch berechnete Reflektoroberilächen für

1 Nebellicht, 2 Abblendlicht (2a Öffnung für Begrenzungslicht), 3 Fernlicht.

Schein werfer­elemente

229

Lichttechnik

230

ebenfalls aufgedampften oder "gesput­terten" Spezial schicht geschützt. Das Stahlblech wird durch diese Be­handlung hermetisch versiegelt und er­hält hervorragende Glätteeigenschaften mit einer noch verbleibenden Uneben­heit von maximal 1/10 000 mm. Die Kunststoffreflektoren sind hochwer­tige Bauelemente. Sie werden mit hoher Genauigkeit der Formwiedergabe ge­spritzt (Thermoplast) oder gepreßt (Du­roplast) . Mit diesem Verfahren lassen sich besonders gestufte Reflektoren und Mehrkammersysteme realisieren. Eine Behandlung dieses Trägermaterials ge­gen Korrosion ist nicht erforderlich; die Reflexionsschicht wird jedoch ebenfalls durch eine Spezialschicht geschützt.

Streuscheiben (Abschlußscheiben mit Streuoptik)

Aufgabe Streuscheiben haben die Aufgabe, das von den Reflektoren ausgesandte Licht gezielt so abzulenken und zu streuen oder zu bündeln, daß der beabsichtigte Ausleuchtungseffekt auf der Fahrbahn erzielt wird. Bei ihrer Herstellung wird mit besonderer Sorgfalt die Oberflächen be­schaffenheit so ausgeführt, daß uner­wünschte Lichtablenkungen vermieden

Bild 17

werden, um damit die Blendung des Ge­genverkehrs zu verhindern.

Brechung und Reflexion Damit Leuchten und Scheinwerfer Licht ausstrahlen können, sind durchsichtige Stoffe wie z.B. Luft, Glas oder Kunststof­fe erforderlich. An der Grenzfläche zwi­schen Luft und dem transparenten Mate­rial an der Streuscheibe des Scheinwer­fers wird ein eintretender Strahl in einen gebrochenen und einen (geringen) re­flektierten Anteil aufgeteilt. Die lichtbre­chung wird durch die unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten der licht­wellen in Luft und Glas bzw. Kunststoff verursacht. Sowohl beim Übergang von Luft (Brechzahl n ungefähr 1) nach Glas (Brechzahl n ungefähr 1 ,52) wie auch von Glas nach Luft werden beim senk­rechten Durchgang ca. 4,3 % reflektiert. Für die Richtung des reflektierten Strahl­anteils ist der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel (Reflexionswinkel).

Übersteigt der Einfallswinkel in einem dichteren transparenten Stoff einen be­stimmten Wert, so tritt "Totalreflexion" auf Bei dieser ,Jotaireflexion" werden alle Strahlen ohne Verluste reflektiert. Dieser Effekt wird z.B. bei Rückstrahlern, bei der Lichtumlenkung an Leitpfosten und bei

Zonen einer Streuscheibe mit optischen Elementen.

1 Linsenelemente , 2 Prismenelemente, 3 kombinierte Elemente.

Lichtwellenleitern (Glasfaser oder Kunst­stoff) zur Lichtübertragung genutzt. Die Innenseite der Streuscheibe enthält eine bestimmte Anordnung von Linsen­und Prismenelementen sowie Planflä­chen, damit sowohl ein weitreichendes Fernlicht als auch ein gut verteiltes Ab­blendlicht erzielt wird. Die Art und Anord­nung dieser optischen Elemente auf dem Streuscheibenfeld hängen von der Grö­ße und der Brennweite des Reflektors und von der gewünschten Lichtvertei­lung ab (Bild 17 und 18). Außen ist die Streuscheibe stets glatt, um ein Ansetzen von Schmutz zu ver­meiden.

Optische Elemente (Bild 18). Die auf ein Linsenelement auftreffenden parallelen Strahlen werden durch licht­brechung senkrecht zur Achse der Zylin­derlinse gestreut. Die Streuwirkung nimmt mit kleiner werdendem Linsenra­dius zu.

Die auf ein Prismenelement in einem be­stimmten Winkel auftreffenden Licht­strahlen werden um einen von der Geo­metrie des Prismenelementes abhängi­gen Winkel abgelenkt. Parallel einfallen­de Strahlen verlaufen auch nach der Ab­lenkung durch ein Prisma parallel.

Bild 18

Optische Elemente einer Streuscheibe.

1 Linsenelemente, 2 Prismenelemente, 3 kombinierte Elemente.

1

Kombinierte Elemente setzen sich aus Linsen- und Prismenelementen zusam­men.

"Klare" Abschlußscheiben Moderne Freiformreflektoren können speziell für die Kombination mit "klaren" Abschlußscheiben entwickelt sein. Da­mit sind keine optischen Elemente in ei­ner Streuscheibe notwendig.

Streuscheibenwerkstoffe Herkömmliche Streuscheiben bestehen aus Glas mit einem hohen Reinheits­grad, das außerdem schlieren- und bla­senfrei sein muß. Um das Gewicht der Streuscheiben herabzusetzen, wird heu­te vielfach Kunststoff als Material für die Streuscheibe gewählt Die gesetzlichen Voraussetzungen für die Zulassung von Kunststoff-Streuscheiben in Europa sind vorhanden. 1992 ging die erste Streu­scheibe aus Kunststoff in Serie. Die Oberflächen werden zum Schutz gegen Alterung und Kratzer mit einer Lack­schicht versehen. Neben der Gewichts­reduzierung durch den Einsatz der Kunststoff-Streuscheibe sind vor allem die Möglichkeiten der Formgebung und der Gestaltung von Scheinwerfern sowie die Kosteneinsparungen für die Fahr­zeugtechnik allgemein von Bedeutung.

Schein werfer­elemente

231

Lichttechnik

232

Leuchtenelemente

Aufgabe Mit den Leuchtenelementen soll das Fahrzeug und seine Bewegung erkannt werden.

Vorschriften Für alle Leuchten sind in Richtung ihrer Mittelachse Mindest- und Höchstlicht­stärken gefordert, die einerseits die Auf­fälligkeit des Signals gewährleisten, an­dererseits Blendbelästigungen anderer Verkehrsteilnehmer vermeiden sollen. Nach diesem Mittelachsenwert darf die Lichtstärke seitlich sowie oben und un­ten davon geringere Werte annehmen.

Ausführungen Für alle an einem Fahrzeug vorkommen­den Leuchten gibt es prinzipiell zwei Ausführungen, deren Anwendung u.a. von den Platzverhältnissen im jeweiligen Fahrzeug abhängt

Leuchten mit Reflektoroptik Das Licht der Lampe wird über einen Reflektor beliebiger Form (oft parabo­lisch) in achsennahe Richtungen umge­lenkt und je nach Anforderung von einer Lichtscheibe mit optischen Streuele­menten verteilt (Bild 19).

Leuchten mit Fresnel-Optik Das Licht der Lampe fällt ohne Umlen-

Bild 19

Leuchte mit Reflektoroptik (Prinzip).

1 Gehäuse, 2 Reflektor, 3 Lichtscheibe mit zylindrischen Streulinsen.

3

kung des Reflektors direkt auf die Licht­scheibe und wird von einer Fresnel-Optik in der Lichtscheibe in die gewünschten Richtungen gebrochen (Bild 20) . Fresnel-Optiken haben meist geringere Wirkungsgrade als Reflektoroptiken.

Leuchten mit Reflektoroptik und Fresnel-Optik Auch Kombinationen aus bei den der vor­genannten Prinzipien werden erfolgreich angewandt. Mit dem GP-Reflektor (GP .G.edrehte Earabel, Bild 21) wird z.B. bei gleichem Lichtstrom eine Verkleinerung des Bauvolumens, also der Austrittsflä­che und der Bautiefe des Reflektors, er­reicht. Dabei wird der Lampenlichtstrom zunächst durch einen besonders gestal­teten Reflektor (gedrehte Parabel) mit möglichst großem Umfangswinkel ein­gefangen. Anschließend wird das Licht über eine Fresnel-Optik homogenisiert und in die gewünschte Richtung dirigiert. Eine Freiformleuchte mit Fresnelkappe (Bild 22) verbindet einen guten lichttech­nischen Wirkungsgrad mit verschiede­nen stilistischen Umsetzungsmöglich­keiten. Das Licht der Lampe wird über den Reflektor umgelenkt. Dabei wird die erforderliche Ausdehnung der Lichtver-

. teilung komplett oder zum Teil vom Re­flektor erzeugt. Die Außenscheibe kann damit als klare Scheibe realisiert oder mit zylindrischen Streulinsen in horizontaler oder vertikaler Richtung ergänzt werden. Die Fresnellinse führt zur Verbesserung

Bild 20

Leuchte mit Fresnel-Optik (Prinzip).

1 Gehäuse, 2 Lichtscheibe mit Fresnel-Optik.

des lichttechnischen Wirkungsgrades, da durch diese ein weiterer Teil des Lich­tes, der sonst nicht zur Funktion der Leuchte beitragen würde, in die ge­wünschte Richtung umgelenkt wird. Beide Ausführung sind hauptsächlich in den vorderen Blinkleuchten realisiert. Ihre jeweilige Anwendung hängt von der Karosserieform und damit vom verfüg­baren Bauraum, von den stilistischen An­forderungen sowie von den erforderli­chen Lichtwerten ab.

Farbfilter Die Leuchten am Kfz müssen je nach Verwendungszweck (z.B. Brems-, Blink-, Nebelschlußleuchte) spezielle Farbtöne im roten oder gelben Farbbereich auf­weisen. Diese sind in bestimmten Berei­chen einer genormten Farbskala (Far­bort) festgelegt. Da sich das weiße Licht aus verschiedenen Farben zusammen­setzt, kann mit Filtern die Strahlung uner­wünschter Spektral bereiche (Farben) abschwächt oder ganz herausfiltert wer­den. Als Farbfilter dienen entweder die eingefärbten Lichtscheiben der Leuchte oder eine farbige Schicht auf dem Glas­kolben der Lampe (z.B. gelbe Lampe in Blinkleuchten mit farbneutraler licht­scheibe). Mit der Filtertechnik lassen sich die licht­scheiben der Leuchten auch so anpas­sen, daß z.B. bei nicht eingeschalteter Leuchte die Farbe an die Fahrzeuglak­kierung angepaßt ist und trotzdem die

Bild 21

Reflektor mit gedrehter Parabel.

1 Fresnel-Linse, 2 GP-Reflektor.

2

bestehenden Zulassungsvorschriften bei eingeschalteter Leuchte eingehalten wer­den. Für den Bereich der ECE sind Farborte festgelegt, die z.B. bei Blinkleuchten mit der Farbe "Gelb/Orange" einer Wellen­länge von 592 nm entsprechen und bei Brems- und Schlußleuchten mit der Far­be "Rot" einer Wellenlänge von 625 nm .

Bauformen

Der Begriff "Zusammenbau" bezieht sich auf Komponenten, die ein gemeinsames Gehäuse, jedoch eigene Lichtscheiben und Lampen haben (Beispiel : Mehrkam­merleuchte mit verschiedenen Funktio­nen der Heckleuchte). Der Begriff "Kombination" bezieht sich auf Komponenten , die gemeinsam ein Gehäuse und eine Lampe, jedoch eige­ne Lichtscheiben haben (Beispiel: Schlußleuchte mit kombinierter Kennzei­chenleuchte für Nkw) . Der Begriff "Ineinanderbau" bezieht sich auf Komponenten, die gemeinsam ein Gehäuse und eine Streuscheibe, jedoch eigene Lampen haben (Beispiel: Inein­anderbau von Scheinwerfer und Begren­zungslicht) . Oftmals wird der Ineinander­bau auch durch Zusammenfassen von Funktionen in einer Lampe realisiert (Beispiel: Schluß- und Bremsleuchte mit einer Zweifadenlampe ausgeführt).

Bild 22

Freiformleuchte mit Fresnelkappe.

1 Fresnelkappe, 2 Reflektor.

2

- - ._~--------

Leuchten­elemente, Bauformen

233

Lichttechnik

234

Lichtelemente Fahrzeugfront

Hauptscheinwerfer (Europa)

Aufgabe Die Hauptscheinwerfer eines Kraftfahr­zeugs müssen einerseits maximale Sichtweiten bei minimaler Blendwirkung für den Gegenverkehr gewährleisten und andererseits mit ihrer Lichtverteilung auch im Nahbereich den Anforderungen des Straßenverkehrs genügen. Kurven müssen sicher durchfahren werden kön­nen, d.h. die Lichtverteilung muß seitlich bis über die Fahrbahnränder hinaus rei­chen. Eine gleichmäßige Fahrbahn­leuchtdichte ist nicht ganz zu verwirkli­chen; größere Leuchtdichtekontraste werden aber weitgehend vermieden.

Fernlicht Das Fernlicht wird üblicherweise durch eine Lichtquelle erzeugt, die im Brenn­punkt des Reflektors angeordnet ist. Da­durch wird das Licht so reflektiert, daß es in Richtung der Reflektorachse austritt (Bild 23). Die maximal mit dem Fernlicht zu erreichenden Lichtstärken hängen im wesentlichen von der leuchtenden Flä­che des Reflektors ab.

Bild 23

Fernlicht (Strahlengang).

1 Wendel für Abblendlicht, 2 Abdeckkappe, 3 Wendel für Fernlicht im Brennpunkt.

2

3

Neben den rein parabelförmigen Fern­lichtreflektoren werden vor allem bei Vier­und Sechs-Scheinwerfersystemen auch komplexe Reflektorgeometrien berech­net, die eine gleichzeitige Benutzung von Fern- und Abblendlicht erlauben. Die reine Fernlichtverteilung ist bei die­sen Systemen so ausgelegt, daß sie zu­sammen mit der reinen Abblendlichtver­teilung zu einer harmonischen Fernlicht­verteilung (Simultanschaltung) führt. Der sonst übliche störende Überlappungsbe­reich im vorderen Feld der Lichtverteilung entfällt in diesem Fall.

Abblendlicht Bei den heutigen Verkehrsdichten kann das Fernlicht nur noch in Ausnahmefällen verwendetwerden. Das eigentliche Fahr­licht ist deshalb das Abblendlicht. Es konnte in den letzten Jahren durch grund­sätzliche Maßnahmen erheblich verbes­sert werden: - Einführung des asymmetrischen Ab­blendlichtes mit größeren Sichtweiten am rechten Fahrbahnrand. - Zulassung verschiedener Typen von Halogenlampen, bei denen die Leucht­dichten auf der Fahrbahn um 50 ... 80 % angehoben sind. - Einführung neuer Scheinwerfersy­steme mit komplexer Geometrie (PES, HNS) mit bis zu 50 % verbessertem Wir­kungsgrad.

Beleuchtungsstärke und Reichweite Die Beleuchtungsstärke ist der auf eine bestimmte Fläche auftreffende Lichtstrom. Sie wächst proportional mit der Lichtstärke und nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Sie wird in Lux (Ix) gemessen: 1 Ix = 1 Im/m2

Die Reichweite ist die Entfernung, in der die Beleuchtungsstärke im licht­bündel einen bestimmten Wert hat (z.B. 1 Ix). Die geometriSChe Reich­weite ist die Entfernung, in der sich der waagerechte Teil der Hell-Dunkel­Grenze bei abgeblendeten Schein­werfern auf der Fahrbahn abbildet.

- Eine Leuchtweiteregelung verstellt den Scheinwerfer, um bei hecklastigen Fahr­zeugen die Blendung des Gegenver­kehrs zu verhindern. Die Fahrzeuge müssen zusätzlich mit Scheinwerfer­Reinigungsanlagen ausgerüstet sein. - Das Scheinwerfersystem "Litronic" mit Gasentladungslampen erhöht die er­zeugte Lichtmenge auf mehr als das Doppelte im Vergleich zu Halogenlam­pen in herkömmlichen Systemen.

Wirkungsweise Bei fast allen bis 1988 verwendeten Scheinwerfersystemen (mit Lampe, Ka­tegorie H4) befindet sich die Abblend­lichtquelle vor dem Brennpunkt des para­bolischen Reflektors. Dadurch erhält das Licht nach der Reflexion eine Neigung zur Reflektorachse hin (Bild 24). Eine Kappe deckt den Lichtanteil ab, der im unteren Bereich flach nach oben re­flektieren würde. Dadurch wird die Kante der Abdeckkappe auf der Fahrbahn als Hell-Dunkel-Grenze abgebildet. Es ent­steht mit "oben dunkel/unten hell" eine Verteilung, die sich dazu eignet, akzepta­ble Sichtweiten in allen Verkehrssituatio­nen zu erzielen. Einerseits kann die Blen­dung in Richtung des Gegenverkehrs in Grenzen gehalten werden. Andererseits gelingt es, unterhalb der Hell-Dunkel­Grenze relativ große Beleuchtungsstär­ken zu erzeugen (Bild 25) .

Bild 24

Abblendlicht (Strahlengang).

, Wendel tü r Abblendlicht. 2 Abdeckkappe, 3 Wendel für Fernlicht.

Die lichttechnischen Anforderungen, die an den Klfz-Scheinwerfer gestellt wer­den, müssen für die Zulassung meßtech­nisch nachgewiesen werden. Dazu gibt es ganz bestimmte Meßpunkte für die Messung von Fern- und Abblendlicht. Für diese Meßpunkte sind sowohl Mindest­werte für die Beleuchtungsstärke vorge­schrieben, um eine gute Fahrbahnbe­leuchtung zu erzielen, als auch Höchst­werte, um eine Blendung zu vermeiden.

Vorschriften Folgende Verordnungen gelten für Hauptscheinwerfer, deren Anbau und An­wendungen. 76/761/EWG und ECE-R1 und R2: für Scheinwerfer für Fern- und Abblend­licht sowie deren Glühlampen. ECE-R8: für Scheinwerfer mit H1-, H2-, H3-, H7-, HB3- und HB4-Lampen. ECE-R20: für Scheinwerfer mit H4-Lampen. StVZO §50: für Scheinwerfer für Fern­und Abblendlicht. 76/756/EWG und ECE-R48-01 : für Anbau. ECE-R 98/99: Scheinwerfer mit Gasentladungslampe.

Fernlicht. Anbau Es sind mindestens zwei, höchstens vier Fernscheinwerfer zulässig. Zusammenbau und Ineinanderbau mit dem Abblendlicht und den anderen Frontleuchten sind zulässig. Kombinatio­nen mit anderen Leuchten sind nicht zu­lässig. Die Farbe der vorgeschriebenen Kontrol­leuchte im Fahrzeuginnern muß blau oder gelb sein .

Fernlicht. Lichttechnik Die Lichtverteilung des Fernlichtes wird in den Verordnungen und Richtlinien im Zusammenhang mit dem Abblendlicht beschrieben. Die wichtigsten vorgeschriebenen Merk­male sind: symmetrische Verteilung zur Mittelsenkrechten; Lichtmaximum in der Mittelachse der Scheinwerfer.

Lichtelemente Fahrzeugfront

Höchste zulässige Lichtstärke als Summe 235

Lichttechnik

236

Bild 25 Überprüfung der Beleuchtungsstärken und der Hell-Dunkel-Grenze beim Abblendlicht im Lichtkanal.

der Einzellichtstärken aller am Fahrzeug angebauten Fernlichtscheinwerfer ist 225000 cd. Dieser Wert wird durch Refe­renzzahlen kontrolliert, die sich bei jedem Scheinwerfer in der Nähe des Genehmi­gungszeichens befinden. 225000 cd ent­spricht der Zahl 75. Die Lichtstärke des Fernlichtes ist z.B. durch die Zahl 20 rechts neben dem runden ECE-Prüfzei­chen angegeben. Wenn ein Fahrzeug nur mit diesen Scheinwerfern ausgerüstet ist (keine weiteren Fernlichtscheinwerfer), so be­trägt die Summenlichtstärke etwa 40/75 von 225 000 cd, also 120 000 cd.

Abblendlicht. Anbau Vorgeschrieben sind zwei Abblend­scheinwerfer für mehrspurige Fahrzeu­ge, Farbe weiß. Zusammenbau und Ineinanderbau mit dem Fernlicht und allen anderen Front­leuchten sind zulässig. Kombinationen mit anderen Geräten sind nicht zulässig.

Abblendlicht. Lichttechnik Für symmetrisches Abblendlicht werden im Bereich von Deutschland die Techni­schen Anforderungen (TA) der StVZO angewendet. Für asymmetrisches Ab­blendlicht gibt es nur internationale

Richtlinien und Verordnungen, die ge­naue Vorschriften für die photometrische Messung der Arten des Abblendlichts (mit Glüh-, Halogen-, oder Gasentla­dungslampe) enthalten. Die Prüfung zur Zulassung eines Schein­werferlichts wird mit Prüflampen durch­geführt, die gegenüber den handelsübli­chen Serienlampen eingeengte Toleran­zen haben. Bei der Kontrolle der Blendwirkung eines Scheinwerfers wird StVZO § 50 (6) ange­wendet. Danach gilt die Blendung als be­hoben, wenn die Beleuchtungsstärke in einer Entfernung von 25 m in Höhe der Scheinwerfermitte nicht mehr als 1 Ix be­trägt. Bei dieser Kontrolle sollte der Motor mit mittlerer Drehzahl laufen.

Abblendlicht/Fernlicht. Schaltung Beim Abblenden müssen alle Schein­werfer für Fernlicht gleichzeitig er­löschen. Dimmen (verzögertes Abschal­ten) ist zulässig. Die Dimmzeit darf maxi­mal 5 s betragen. Damit der Dimm­vorgang nicht beim Lichthupen statt­findet, muß eine Ansprechverzögerung von 2 s geWährleistet sein. Das Abblend­licht darf in der Schaltstellung "Fernlicht" zusammen mit den Scheinwerfern für Fernlicht brennen (Simultanschaltung). Im allgemeinen sind die Lampen für ei­nen kurzzeitigen Zwei-Wendel-Betrieb geeignet.

Bauarten

Streuscheibe zur Karosserie beweglich Die Streuscheibe und der Reflektor sind sind bei dieser nicht mehr gebräuchlichen Bauart miteinander verbunden und bil­den einen Scheinwerfereinsatz. Bei der Einstellung des Lichtbündels wird der ganze Einsatz geschwenkt. Das kann in ungünstigen Fällen zu einer leichten Schräglage der Streuscheibe im Karos­serieverlauf führen. Die Scheinwerfer­einsätze sind meist im Lampenbereich mit Dichtungskappen und speziellen Be­lüftungssystemen ausgerüstet.

Streuscheibe zur Karosserie fest Der Reflektor ist ohne Verbindung zur Streuscheibe im Gehäuse angeordnet und wird bei der Einstellung allein bewegt (Gehäusebauart) . Die Streuscheibe steht fest und kann deshalb vollständig dem Karosserieverlauf angepaßt sein. Der gesamte Scheinwerfer ist abgedichtet oder mit Belüftungsorganen versehen.

Bild 26

Scheinwerfersysteme.

a Zwei-Scheinwerfersyslem, b Vier-Scheinwerfersyslem, c Sechs-Scheinwerfersyslem.

a c= Fem-/Abblendlichl ~

10 01 b

c

i Fem-/Abblendlicht I oder Abblendlicht

10 0 001 ~Fernlicht ~

i Fern-/Abblendlicht I oder Abblendlicht

I~D 0§31 I I Fernlicht I I

Nebellichl

Scheinwerfersysteme

Beim Zwei-Scheinwerfersystem wird ein gemeinsamer Reflektor für Fernlicht und Abblendlicht, z.B. in Kombination mit der H4-Lampe mit zwei Lichtquellen (Bild 26a).

Beim Vier-Scheinwerfersystem dient ein Scheinwerferpaar entweder für Abblend­und Fernlicht oder nur Abblendlicht, das zweite Scheinwerferpaar für Fernlicht (Bild 26b).

Beim Sechs-Scheinwerfersystem ist zu­sätzlich zum Vier-Scheinwerfersystem ein Nebelscheinwerfer in den Haupt­scheinwerfer integriert (Bild 26c).

Hauptscheinwerfer (Nordamerika)

Fernlicht Die Lichtquelle ist, wie beim europäi­schen System, üblicherweise im Brenn­punkt des parabolischen Reflektors an­geordnet (Bild 27, Pos. 3).

Abblendlicht Seit 1.5.1997 sind in USA Scheinwerfer mit Hell-Dunkel-Grenze zugelassen, die visuell eingestellt werden müssen. Sie entsprechen den ECE-Richtlinien für Eu­ropa. Damit ist es möglich, Fahrzeuge in Europa und USA mit ein und demselben Scheinwerfer auszurüsten. Bei dem vor diesem Zeitpunkt üblichen klassischen Konzept "Sealed Beam" ist die Lichtquelle für das Abblendlicht ober­halb (Bild 27, Pos. 1) und, in Fahrtrich­tung gesehen, etwas links vom Brenn­punkt des Reflektors angeordnet. Da­durch wird nahezu der gesamte wirksa­me Lichtstrom nach unten in Richtung Fahrbahn reflektiert und erhält teilweise noch eine Neigung nach rechts, die zu einer asymmetrischen Lichtbündelung führt. Eine Abdeckkappe unterhalb der Lichtquelle ist nicht vorhanden, so daß der gesamte Reflektor genutzt werden kann. Die fehlende scharfe Hell-Dunkel­Grenze hat allerdings nur durchschnittli­che Sichtweiten auf der Seite des Gegen-

Lichtelemente Fahrzeugfront

237

Lichttechnik

238

verkehrs und höhere Blendwirkung im Vergleich zum europäischen System zur Folge.

Vorschriften Federal Motor Vehicle Safety Standard (FMVSS) No. 108 und SAE Lighting Equipment and Photometrie Tests (Stan­dards and Recommended Practices). Die Vorschriften für Anbau und Schaltung von Hauptscheinwerfern sind mit den eu­ropäischen vergleichbar. Wie bereits zuvor erwähnt, sind seit 1.5.1997 die den ECE-Richtlinien ent­sprechenden Scheinwerfer mit Hell-Dun­kel-Grenze auch in USA zugelassen. Hauptunterschiede bestanden zuvor in den Scheinwerfersystemen. Bis 1983 waren in USA lediglich die folgenden Grö­ßen in Sealed Beam-Bauart zulässig: Zwei-Scheinwerfersysteme: - 178 mm Durchmesser (rund), - 200 x 142 mm (rechteckig). Vier-Scheinwerfersysteme: - 146 mm Durchmesser (rund), - 165 x 100 mm (rechteckig). Seit 1983 ist es durch Ergänzung des FMVSS No. 108 möglich, Scheinwerfer­einsätze beliebiger Größe und Form mit auswechselbaren Lampen zu verwen­den, sogenannte RBH (Beplaceable ßulb !:::ieadlamps).

Bild 27

Amerikanisches Sealed-Beam Scheinwerfersystem.

a Abblendlicht, 1 Wendel für Abblendlicht, b Fernlicht. 2 Brennpunkt,

a

3 Wendel für Fernlicht (im Brennpunkt).

b

Visuell einstellbare Scheinwerfer: Die Lage der Hell-Dunkel-Grenze und ihre Schärfe werden nach der folgenden For­mel ermittelt: G(a) = log E(a) - log E(a + 0,1) mit E(a) Beleuchtungsstärke entlang eines verti­kalen Schnittes durch die Hell-Dunkel­Grenze und a als vertikaler Winkel. Das Maximum von G ergibt die Position a der Hell-Dunkel-Grenze, der Absolutwert von G an der Position a ihre Schärfe.

Bauarten

Sealed Beam Bei dieser nicht mehr gebräuchlichen Bauart muß der mit Aluminium bedampfte Reflektor aus Glas wegen der nicht ge­kapselten Lichtquellen gasdicht mit der Streuscheibe verschlossen sein. Die ge­samte Einheit ist verschmolzen und mit einem Inertgas (reaktionsträges Gas) gefüllt. Sie muß bei Ausfall einer licht­quelle vollständig ersetzt werden. Auch Einsätze mit Halogenlampen werden an­gewandt. Das begrenzte Typenprogramm von Sealed Beam-Scheinwerfern engte die Möglichkeiten der Scheinwerfergestal­tung für die Vorderfront stark ein.

Replaceable Bulb Headlamp (RBH) Die in Europa entwickelten lichttechni­schen Verbesserungen auf der Basis der auswechselbaren Lampe griffen ab 1983 auch auf das amerikanische System über. Die in Größe und Form anpaßbaren Scheinwerfer ermöglichen eine verbes­serte Scheinwerfergestaltung (Styling). Im Normalfall werden Reflektoren und Streuscheiben aus Kunststoff verwendet.

Vehicle HeadlampAiming Device (VHAD) Hierbei handelt es sich um RBH-Schein­werfer, die mechanisch mit Hilfe einer im Scheinwerfer integrierten Wasserwaage (Libelle) vertikal und über ein System aus Zeiger und Skala horizontal einzustellen sind: das sogenannte On-Board-Aiming.

Scheinwerfersysteme Wie in Europa werden in Nordamerika ebenfalls Zwei-, Vier- und Sechs-Schein­werfersysteme verwendet.

Scheinwerferausführungen H4-Lampe mit zwei Wendeln (für Ab­blend- und Fernlicht) geeignet.

Konventionelle Scheinwerfer Bei konventionellen Scheinwerfersys­temen verbessert sich die Qualität des Abblendlichtes mit zunehmender Reflektorgröße. Ein möglichst hoher Anbau bewirkt eine große geometrische Reichweite. Im Gegensatz dazu muß die Fahrzeugfront aus aerodynamischen Gründen niedrig gehalten werden.

Scheinwerfer mit Stufenreflektoren Stufenreflektoren sind segmentierte Re­flektoren, die aus Paraboloidteilen bzw. parelliptischen (Kombination aus Parabel und Ellipse) Reflektorteilen verschiede­ner Brennweite zusammengesetzt sind. Damit bleiben auch bei reduzierter Bau­tiefe die Vorteile tiefer Reflektoren erhal­ten (Bild 28).

Homofocal-Reflektor Der Homofocal-Reflektor besteht aus ei­nem Grundreflektor und Zusatzreflek­toren (Bild 28, Pos. 1 a und 1 b). Die sekto­renförmigen Zusatz reflektoren mit einem gemeinsamen Brennpunkt haben eine kleinere Brennweite als der Grundreflek­tor und geben damit einen hohen Beitrag zum wirksamen Lichtstrom. Das Licht der Zusatz reflektoren verbessert die Vorfeld­und Seitenbeleuchtung, erhöht aber nicht die Reichweite. Für den Betrieb ist eine Bild 28

Stufenreflektor (Beispiel).

Multifocal-Reflektor Das Prinzip des Multifocal-Reflektors gleicht dem des Homofocal-Reflektors. Mit der Einführung parelliptischer Reflektorteile, die das Licht horizontal streuen, ergeben sich aus der mathematischen Beschrei­bung eine Vielzahl von Brennpunkten.

Scheinwerfer mit stufen losen Reflektoren Speziell entwickelte lichttechnische Pro­gramme (CAL Qomputer 8.ided .Lighting) ermöglichen die Realisierung stufenloser Reflektorformen VFR Olariabler Eocus­Beflektor) mit nicht parabolischen Ab­schnitten.

Scheinwerfer ohne Streuoptiken (klare Abschlußscheibe) Mit der erweiterten Reflektortechnik HNS (tiomogeneous Numerically Calculated s.urface) erreicht man heute bei Schein­werfern einen Wirkungsgrad von bis zu 50 %. Darüber hinaus läßt sich auch die komplette Lichtverteilung nur aus dem Reflektor, d.h. ohne optische Profilierung in der Streuscheibe, bestimmen. Der Scheinwerfer mit profilloser, klarer Ab­schlußscheibe bietet auch neue Möglich­keiten im Design von Fahrzeugschein­werfern (Bild 4, 3er BMW).

1 Homofocal-Reflektor, 1a Grundreflektor, 1b Zusatzreflektoren, 2 Reflektor für Fernlicht, 3 Reflektor für Nebellicht.

Lichtelemente Fahrzeugfront

239

Lichttechnik

240

Scheinwerfer mit Facettenreflektor Bei Facetten reflektoren wird die gesamte Fläche des Reflektors in mehrere Seg­mente aufgeteilt. Jedes Segment läßt sich mit dem CAL-Programm optimieren. Wesentlich bei den Facettenreflektoren ist, daß Unstetigkeiten und Stufen an allen vier Grenzfächen zulässig sind. Da­mit kann eine optimierte Lichtverteilung erzeugt werden, die den Gestaltungs­gesichtspunkten des Kraftfahrzeugher­stellers gerecht wird.

PES-Scheinwerfer Das mit PES (~oly-.Ellipsoid-.system) be­zeichnete Scheinwerfersystem mit Ab­bildungsoptik weist lichttechnische Ver­besserungen im Vergleich zum konven­tionellen Scheinwerfer auf (Bild 4, VW New Beetle) . Es wurde von Bosch 1985 weltweit erstmals in Serie gebracht. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Scheinwerfern, bei denen eine Streu­scheibe zur Verteilung des Lichtes erfor­derlich ist, wird bei dem PES-Scheinwer­fer die bereits vom Reflektor erzeugte Lichtverteilung mit einer Linse auf den Straßenraum abgebildet. Der prinzipielle Aufbau des Scheinwerfers hat Ähnlich­keit mit dem eines Diaprojektors. Wesent­lich ist in beiden Fällen eine optische Ab­bildung eines Objektes, wobei das Ob­jekt im Falle des Diaprojektors aus dem Dia selbst besteht, beim Scheinwerfer aus der vom Reflektor erzeugten licht­verteilung und einer Blendenkante. Diese Kante erzeugt die für das Abblendlicht erforderliche Hell-Dunkel-Grenze (Bild 29).

Bild 29

Eine Lichtaustrittsfläche von nur 28 cm2

ermöglicht Lichtverteilungen wie mit bis­herigen großflächigen Scheinwerfern. Das wird mit einem elliptischen Reflektor (mit CAL berechnet) und einer Projekti­onsoptik erreicht. Mit einer Abbildungs­blende werden exakt definierte Hell-Dun­kel-Grenzen projiziert, nach Bedarf mit hoher Schärfe, bewußter Unschärfe oder auch beliebigem Formenverlauf (Bild 30a).

Das PES-PlUS-Prinzip strahlt über ei­nen Abschnitt des Reflektors unterhalb der Abbildungsblende ab und verbessert die Vorfeldbeleuchtung (Bild 30b). Dar­über hinaus wird das Signalbild ver­größert, womit die psychologische Blen­dung reduziert wird. Dieser Effekt, der mit einem zusätzlichen Ringreflektor (Bild 30c) noch verstärkt wurde, wirkt sich vor allem positiv bei Gegenverkehr aus.

"Litronic"

Aufgabe und Anforderungen Das Scheinwerfersystem "Litronic" (Light­Electronics), das Xenonlicht von Bosch mit einer Xenon-Gasenentladungslampe, erfüllt die gestiegenen Anforderungen an die Lichttechnik sowohl von der Art des Lichtes und seiner Helligkeit als auch von der kleinen Bauweise her.

Prinzip der Abbildungsoptik eines Projektionsscheinwerfers.

1 Abbildung der Blende, 2 hinterer Brennpunkt des Reflektors, 3 vorderer Brennpunkt des Reflektors und Objektivbrennpunkt, 4 Blende.

Objektiv

1t------------_ 0 -- . 0 __ 0 __ • __ • __ • __ • __ • __ • __ •

Brennweite des Objektivs

Reflektor

Über 1500 Stunden Lebensdauer sind aus­reichend für die durchschnittlich erforder­liche Gesamtbetriebsdauer von Pkw. Die Ausleuchtung der Fahrbahn mit Litronic-Scheinwerfern ist bedeutend bes­ser als mit Scheinwerfern mit Halogen­Glühlampen (Bild 31).

Bild 30 Abblendeinheit mit PES-System. Darstellung des Strahlenganges.

a PES, 1 Linse, b PES-PLUS, 2 Blende, c PES-PLUS 3 Reflektor,

mit Ringreflektor. 4 Lampe.

a

b

c

Aufbau Die Komponenten des Litronic-Schein­werfersystems sind: - optische Einheit mit Gasentladungs­lampe, - elektronisches Vorschaltgerät mit Zündgerät und Steuergerät.

Arbeitsweise Litronic-Scheinwerfer haben im Vergleich zu Halogenscheinwerfern einen höheren Lichtstrom mit spezifisch angepaßter Lichtverteilung. Dadurch werden die Straßenränder gut sichtbar. In schwieri­gen Fahrsituationen und bei schlechtem Wetter sind sowohl die Sicht als auch die Orientierung wesentlich verbessert. Ge­mäßAnforderung nach ECE-R48 werden Litronic-Scheinwerfer stets mit automati-

,. .,

I

Lichtelemente Fahrzeugfront

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Lichttechnik

242

scher Leuchtweiteregelung und Schein­werfer-Reinigungsanlage kombiniert, die zusammen jederzeit eine optimale Nutzung der hohen Reichweite und ei­nen optisch einwandfreien Lichtaustritt gewährleisten. Für die Zündung, den Betrieb und zur Überwachung der Gasentladungslampe wird ein elektronisches Vorschaltgerät verwendet. Es besteht aus dem Zündge­rät und dem elektronischen Steuergerät. Das Zündgerät erzeugt die zum Zünden der Gasentladunglampe erforderliche Hochspannung. Das elektronische Steu­ergerät steuert die Stromeinspeisung in der Anlaufphase und regelt im stationären Betrieb die Lampenleistung auf 35 W. In den ersten Sekunden nach der Zündung fließt ein erhöhter Lampenstrom, um schnellstmöglich den Betriebszustand mit der vollen Lichtleistung zu erhalten. Schwankungen der Bordnetzspannung werden ausgeregelt, so daß Lichtstrom­änderungen entfallen.

Erlischt die Lampe beispielsweise wegen eines extremen Spannungseinbruchs im Bordnetz, wird sie automatisch wiederge­zündet. Im Fehlerfall (z.B. bei beschädig-

Bild 31 Lichtverteilung (Straßenniveau ).

a PES H1-Lampe, b Litronic PES D2S-Lampe.

ter Lampe) unterbricht das elektronische Vorschaltgerät die Stromversorgung und gewährleistet damit Berührungsschutz.

Ausführungen Scheinwerfer mit Gasentladungslampen werden für Abblendlicht in einem Vier­Scheinwerfersystem, kombiniert mit Fernlichtscheinwerfern herkömmlicher Bauart, eingesetzt (Bild 32). Es stehen verschiedene optische Sys­teme zur Verfügung:

PES-Projektionsscheinwerfer Die weltweit erste Anwendung der Litro­nie-Scheinwerfer erfolgte 1991 mit PES­Projektonsscheinwerfern in Verbindung mit D1-Gasentladungslampen. Heute kommen bei neuen Fahrzeugen nur noch PES-Projektionsscheinwerfer mit D2S-Lampen zum Einsatz (Bilder 29 und 33).

Reflexionsscheinwerfer Wenn größere Flächen für den Lichtaus­tritt verfügbar sind, kann die Litronic auch als Reflexionsscheinwerfer ausgeführt sein. Die deutlich größere Lichtaustritts­fläche ist gekennzeichnet durch die in die Abschlußscheibe integrierte Optik oder eine Ausführung mit klarer Abschluß­scheibe.

Für das Abblendlicht wird eine Gasentla­dungslampe D2R verwendet, die zur Er­zeugung der Hell-Dunkel-Grenze mit Schatterstreifen versehen ist (Bild 34). Mit der nahezu rundum nutzbaren 02 S­Lampe kann auch ein hocheffizienter Fernlichtscheinwerfer realisiert werden.

Bi-Litronic .. Reflexion" Eine Sonderstellung nimmt die Bi-Litro­nic ein, die von Bosch 1998 als WeItneu­heit in Serie gebracht wurde. Sie erlaubt es, mit nur einer Gasentladungslampe aus einem Zwei-Scheinwerfersystem sowohl das Abblend- als auch das Fern­licht zu erzeugen. Dazu bringt ein elektro­mechanischer Steiler beim Betätigen des Fern-/Abblendlichtschalters die Gas­entladungslampe im Reflektor in zwei verschiedene Positionen (Bild 35), die Bild 33

Vier-Scheinwerfersystem mit Litronic.

1 Bordnetz , 2 Elektronisches Steuergerät, 3 Zündgerät mit Lampenanschluß, 4 Scheinwerferoptik mit Gasentladungslampe, 5 Halogen-Femlicht.

Bild 32

Litronic 2-System im Projektionsscheinwerfer (Beispiel).

1 Linse, 2 Gasentladungslampe, 3 Stecker, 4 Zündgerät, 5 Steuergerät, 6 Bordnetz.

Bild 34

Litronic 4-System im Reflexionsscheinwerfer mit integrierter dynamischer Leuchtweiteregelung (Beispiel).

1 Abschlußscheibe mit bzw. ohne Streuoptik, 2 Gasentladungslampe, 3 Zündgerät. 4 Steuergerät, S Schrittmotor, 6 Achssensor, 7 Bordnetz.

Lichtelemente Fahrzeugfront

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Lichttechnik

244

Bi -Litronic "Reflexion".

1 Abblendlicht , 2 Fernlicht.

2

Bild 35

2 1

jeweils den Austritt des Lichtkegels für Fern- oder Abblendlicht bestimmen. Die Vorteile der Bi-Litronic "Reflexion" sind dabei vor allem: - Xenonlicht für den Fernlichtbetrieb, - visuelle Führung durch kontinuierliche Verschiebung der Lichtverteilung vom Nah- in den Fernbereich, - deutliche Minderung des Bauraums im Vergleich zu Vierkammersystemen, - kostengünstiger durch Nutzung von nur einer Lampe und einem Vorschalt­gerät.

Bi-Litronic .. Projektion" Die Bi-Litronic "Projektion" basiert auf ei­nem PES-Litronic-Scheinwerfer. Dabei wird durch Verschieben eines Schatters für die Hell-Dunkel-Grenze Xenonlichtfür das Fernleicht bereitgestellt (Bild 36). Die Bi-Litronic "Projektion" erlaubt mit Lin­sendurchmessern von 60 und 70 mm die derzeit kompakteste Form von Schein­werfern mit kombiniertem Fern-/Ab­blendlicht bei gleichzeitig hervorragen­der Lichtleistung.

Bi-Litronic "Projektion".

1 Abblendlicht, 2 Fernlicht.

Bild 36

Scheinwerfereinstellung

Einstellungen für Abblend- und Fernlicht

Bedingungen für die Einstellung (Europa) - Der Reifendruck muß der Vorschrift entsprechen. - Das Fahrzeug muß (je nach Fahr­zeugtyp) beladen werden: Pkw: eine Person oder 75 kg auf Fahrer­sitz; Lkw: unbelastet; einspurige Fahrzeuge und einachsige Zugmaschinen: eine Person oder 75 kg auf dem Fahrersitz. - Das Fahrzeug muß einige Meter rollen, damit sich die Federung nach dem Beladen ausgleicht. - Das Fahrzeug muß auf eine ebene Fläche gestellt werden. Bei der Einstellung ohne Einstellprüfgerät ist eine Prüffläche in 10m Abstand vom Fahrzeug so aufzustellen, daß sich die Zentralmarke in Fahrtrichtung vor dem jeweils einzustellenden Scheinwerfer be­findet (Bilder 37 und 38). - Die Scheinwerfer sind einzeln einzu­stellen, die anderen Scheinwerfer müssen abgedeckt werden. - Bei Fahrzeugen mit manueller Leuchtweiteverstellung ist die Einrich­tung in die vorgeschriebene Stellung zu bringen (Angaben des Herstellers beachten).

Bedingungen für die Einstellung (Nordamerika) Während in Europa Scheinwerfer immer visuell nach dem Lichtbündel ausge­richtet werden, hat sich in den USA seit Mitte der 1950er Jahre überwiegend die mechanische Einstellmethode eingebür­gert. Die Scheinwerfereinsätze sind dazu mit drei Nocken auf der Streuscheibe ver­sehen, die die Einstellebenen bilden. Ein Einstellgerät wird auf diese Nocken auf­gesetzt. Die Einstellung geschieht mit Wasserwaagen. Mit der Einstellmethode VHAD (~ehicle .t!eadlamp Aiming Qevice) wird der Scheinwerfer zur festen Referenzachse des Fahrzeugs eingestellt. Dies ge­schieht mit einer fest am Scheinwerfer montierten Wasserwaage. Die drei Nok­ken auf der Streuscheibe sind nicht mehr erforderlich. Seit Mitte 1997 setzt sich jedoch auch in USA zunehmend die seit dem 1.5.1997 zulässige visuelle (nur vertikale) Einstel­lung durch. Auf eine horizontale Einstel­lung wird hierbei verzichtet.

Bild 37

Prüffläche für Scheinwerferlicht. 1

1 Trennstrich, 2 Zentralmarke. 3 Prüffläche, 4 Knickpunkt. H Höhe der Scheinwerfer·

mitte über der e

Hinweise zur Einstellung (Europa) Die Anordnung der Einstellmarken und Einstellinien gilt für Hauptscheinwerfer normaler Anbauhöhe. Dabei wird die Zentralmarke auf Höhe H der Schein­werfermitte gestellt. Das Einstellmaß e (normalerweise 10 cm) gibt den ver­tikalen Abstand zwischen Zentralmarke und Trennstrich an (Bild 36). Bei Scheinwerfern mit e > 10 cm wird der Trennstrich auf die entsprechend tiefere Lage gebracht. Die Zentralmarke liegt in diesen Fällen naturgemäß nicht auf Höhe der Scheinwerfermitte. Sie dient aber zur Überprüfung der Lage des Fernlichtes . Der linke (horizontale) Teil der Hell-Dun­kel-Grenze muß auf den Trennstrich ein­gestellt werden. Das Einstellmaß geht aus den Vorschriften hervor. Bei Änderungen und Maßnahmen am Fahrzeug, die die Scheinwerferein­stellung beeinflussen (z.B. Fede­rung), muß erneut eingestellt werden. Das gleiche ist nach einem Wechsel der Lampe vorgeschrieben.

2 3 I I

4-----h ..

+ ~

- I- - - - _ . -------t-Standfläche in cm.

" Höhe des Trennstrichs der Prüffläche über der Standfläche in cm. H " e = H -" Einstellmaß.

Bild 38

Anordnung der Prüffläche zur Fahrzeuglängsachse.

1 Zentralmarke,

! 2 Prüffläche, 1 A Abstand von ~ '\,. Mitte Scheinwerfer

zu Mitte Scheinwerfer. I 1--- . - A-'-- -_ . -

~ . Al2 2/

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10m 8 CD

5

Lichtelemente Fahrzeugfront

245

Lichttechnik

246

Ist das Fernlicht mit dem asymmetrischen Abblendlicht ineinandergebaut, so wird es durch die Ausrichtung des Abblend­lichtes in die gewünschte Stellung ge­bracht. Separate Fernlichtscheinwerfer werden horizontal und symmetrisch, be­zogen auf Scheinwerfermitte und Zen­tralmarke, ausgerichtet.

Einstellprüfgeräte für Scheinwerfer

Aufgabe Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen sollen entgegenkommende Fahrzeuge nicht blenden. Die Neigung und die Seitenrich­tung der lichtbündel müssen deshalb nach den gesetzlichen Vorschriften ein gestellt werden, wie sie in der "Richtlinie für die Einstellung von Scheinwerfern an Kraftfahrzeugen" in der StVZO § 50 fest­gelegt sind. Die Einstellung wird im all­gemeinen mit optischen Einstellprüfge­räten durchgeführt.

Geräteaufbau Einstellprüfgeräte für Scheinwerfer sind

Bild 39

Einstellprüfgerät für Scheinwerfer.

1 Ausrichtspiegel, 2 Fahrgriff, 3 Luxmeter,

4 Umlenkspiegel, 5 Markierungen

für Linsenmitte.

fahrbare Abbildungskammern, beste­hend aus einer einfachen linse und ei­nem mit dieser Linse starr verbundenen Auffangschirm, der in der Brennebene der Linse liegt. Der Auffangschirm trägt die für die Einstellung notwendigen Mar­kierungen und kann durch geeignete Vorrichtungen, z.B. Sichtfenster oder be­wegliche Umlenkspiegel, vom Bediener betrachtet werden (Bild 39). Das vorgeschriebene Einstellmaß für die Scheinwerfer, d.h. die Neigung zur Mit­telachse des Scheinwerfers, angegeben in cm in 10m Abstand, wird mit einem Drehknopf durch Verstellen des Auffang­schirms eingestellt. Für das Ausrichten des Prüfgeräts zur Fahrzeugachse dient eine Visiereinrich­tung, z.B. in Form eines Spiegels mit Vi­sierlinie. Durch Drehen wird das Prüfge­rät so ausgerichtet, daß die. Visierlinie zwei äußere Bezugsmarken des Fahr­zeugs gleichmäßig berührt. Zum Einrich­ten auf Scheinwerferhöhe kann die Kam­mer in einer Vertikalführung bewegt und festgestellt werden.

Bild 40

Sichtfenster im EInstellprüfgerät. Begrenzungslinie für die Hell-Dunkel-Grenze bei asymmetrischem Abblendlicht.

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Sichtfenster im Einstellprüfgerät. Zentralmarke für Fernlichtmitte.

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Prüfen der Scheinwerfer Ist auf diese Weise das optische System vor die Streulinse des zu überpüfenden Scheinwerfers gebracht, wird die Licht­verteilung des Scheinwerfers auf dem Auffangschirm abgebildet. Bei dafür ein­gerichteten Geräten kann dazu noch die Beleuchtungsstärke mit Hilfe einer Foto­diode und einem Anzeigeinstrument ge­messen werden. Bei Scheinwerfern mit asymmetrischem Abblendlicht muß die Hell-Dunkel-Gren­ze die waagrechte Begrenzungslinie be­rühren; der Schnittpunkt zwischen waag­rechtem und ansteigendem Teil muß auf der Senkrechten durch die Zentralmarke liegen (Bild 40) . Nach vorschriftsgemäßer Einstellung der Hell-Dunkel-Grenze des Abblendlichts muß die Lichtbündelmitte des Fernlichts (bei gemeinsamer Einstellung FernlichV Abblendlicht) innerhalb der Begren­zungsecken um die Zentral marke liegen (Bild 41).

Tabelle 2

Leuchtweitenregelung

Aufgabe Die Leuchtweitenregelung soll bei allen Beladungszuständen des Fahrzeugs eine gleichbleibend gute Sichtweite ohne Blendung des Gegenverkehrs bewirken, indem der Neigungswinkel des Abblend­lichts dem jeweiligen Beladungszustand angepaßt wird. Ohne Leuchtweitenrege­lung verändert sich die Leuchtweite in Abhängigkeit von der Beladung (Bild 42).

Vorschriften Die Tabelle 2 gibt die geometrischen Reichweiten bei verschiedenen Schein­werferneigungen für eine Anbauhöhe von 65 cm der Scheinwerfer an. Bei Kon­trollen werden Neigungen bis 2,5 % (1 ,5 % unter NormaleinsteIlung) akzep­tiert. Das EU-Recht fordert für die Grund­einsteIlung der Leuchtweiteeinstellung: Die GrundeinsteIlung nach Einstellmaß e beträgt 10 ... 15 cm bei einem Abstand von

Geometrische Reichweite für den waagrechten Teil der Hell-Dunkel-Grenze des Abblendlichtes. Anbauhöhe der Scheinwerfer 65 cm.

Neigung der Hell-Dunkel-Grenze 1% 1,5 % 2 % 2,5 % 3 % (1 % = 10 cm / l0 m) Einstellmaß e (cm) 10 15 20 25 30

Geometrische Reichweite für den 65m 43,3m 32,5m 26m 21,7m waagrechten Teil der Hell-Dunkel-Grenze

Bild 42 Leuchtweite auf ebener Fahrbahn ohne Regelung. a Bei Konstantfahrt ohne Beladung, b bei Beschleunigung oder hinten beladen, c beim Bremsen.

a ________________ ~~~

b

c

Lichtelemente Fahrzeugfront

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Lichttechnik

248

10m, wobei eine Person auf dem Fahrer­sitz das Fahrzeug belastet. Der Hersteller gibt die Größe der GrundeinsteIlung an. In Deutschland müssen alle neu in den Verkehr kommenden Fahrzeuge eine au­tomatische Leuchtweiteregelung oder eine handbetätigte Leuchtweiteein­stellung aufweisen, wenn nicht andere Mittel (z.B. Niveauregelung) die Toleran­zen der Lichtbündelneigung garantieren. Andere Länderfordern diese Ausrüstung noch nicht, lassen jedoch die Anwendung zu. Eine europaweite Pflicht für Anlagen zur Leuchtweiteregelung ist zu erwarten.

Bauarten Bei allen Bauarten der Leuchtweitenre­gelung bewegen Stellglieder den Schein­werferreflektor (Gehäusebauart) bzw. Scheinwerfereinsatz in vertikaler Rich­tung. Bei automatischen Anlagen über­tragen die Sensoren an den Fahrzeug­achsen ein der Einfederung proportiona­les Signal an die Stellglieder. Bei handbe­tätigten Anlagen bewirkt ein Schalter am Fahrersitz die Bewegung.

Automatische Leuchtweitenregelungen Bei der automatischen Leuchtweitenre­gelung wird zwischen statischen und dy­namischen Systemen unterschieden. Statische Systeme gleichen die Zula­dungen im Passagier- und Kofferraum aus, dynamische Systeme korrigieren zusätzlich die ScheinwerfersteIlung beim Anfahren, Beschleunigen und Bremsen.

Bild 43

Zu den Komponenten einer Anlage der automatischen Leuchtweitenregelung gehören (Bild 43 ): - Sensoren an den Fahrzeugachsen,

die den Neigungswinkel der Karosse­rie sehr genau erfassen.

- Ein elektronisches Steuergerät, das aus den Sensorsignalen den Fahrzeugnickwinkel berechnet und diesen mit dem vorgegebenen Wert vergleicht. Bei einer Abweichung gibt es entsprechende Ansteuersignale an die Stellmotoren.

- Stellmotoren, die die korrekte Einstel­lung der Scheinwerfer ausführen.

Statisches System Neben den Achssensorsignalen emp­fängt das Steuergerät vom elektroni­schen Tacho der vom ABS-Steuergerät ein Geschwindigkeitssignal. Mit Hilfe die­ses Signals stellt das System fest, ob das Fahrzeug steht, sich bewegt oder sich in Konstantfahrt befindet. Das statische au­tomatische System arbeitet immer mit großer Dämpfung, d.h. es regelt nur lang anhaltende Karosserieneigungen aus. Nach jedem Anfahren des Fahrzeugs korrigiert es die Scheinwerfereinstellung abhängig von der Fahrzeugbeladung. Diese Einstellung wird beim Erreichen der Konstantfahrt nochmals überprüft und gegebenenfalls korrigiert. Abweichung zwischen Soll- und Istposition gleicht das System entsprechend aus. Beim stati­schen System werden die Stellmotoren der manuellen Version verwendet.

Prinzipdarstellung einer automatischen Leuchtweitenregelung (dynamisches System).

1 Scheinwerfer, 2 Stellglied, 3 Vorderachssensor. 4 Lichtschalter (ein/aus). 5 elektronisches

Steuergerät.

6 Hinterachssensor. 7 Drehzahlsensor. 8 Beladung.

8

5

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!5

Dynamisches System Das dynamische automatische System sichert die optimale Scheinwerferposition in jeder Fahrsituation, da sie in zwei Be­triebsbereichen funktioniert. Durch die zusätzliche Differenzierung des Ge­schwindigkeitssignals werden im Ge­gensatz zur statischen Leuchtweitenre­gelung auch Beschleunigungs- und Bremsvorgänge erkannt. Bei Konstantfahrt bleibt das dynamische wie das statische System im Bereich mit großer Dämpfung. Wird ein Beschleu­nigungs- oder Bremsvorgang erkannt, schaltet das System sofort in den dyna­mischen Bereich um. Verkürzte Signal­auswertung und erhöhte Verstellge­schwindigkeit des Stellmotors ermögli­chen innerhalb von Sekundenbruchteilen die Anpassung der Leuchtweite. So hat der Fahrer immer die richtige Sichtweite, um die jeweilige Verkehrssituation gut überblicken zu können. Nach dem Be­schleunigungs- oder Bremsende schaltet das System automatisch wieder in den langsamen Bereich zurück.

Handbetätigte Leuchtweiteeinstellung Diese Leuchtweiteneinstellung wird vom Fahrer vorgenommen. Sie benötigt in der GrundeinsteIlung eine Raststellung, bei der auch die Lichtbündeleinstellung vor­genommen wird. Bei stufenlosen und ge­stuften Versionen müssen sich Markie­rungen für die Belastungszustände, die eine Lichtbündelverstellung erfordern, in der Nähe des Handschalters befinden. Bild 44

Lichtverteilung eines Nebelscheinwerfers mit parabolischem Reflektor.

Stellanlagen Bei hydromechanischeAnlagen wird eine Flüssigkeitsmenge und bei Vakuum-An­lagen der Unterdruck des Saugrohres zum Verstellen der Stellglieder über ei­nen Handschalter im Innenraum genutzt. Elektrische Anlagen verwenden elektri­sche Getriebemotoren als Stellglieder, die mit Schaltern im Innenraum oder Sen­soren an den Achsen betätigt werden.

Nebelscheinwerfer

Aufgabe Nebelscheinwerfer sollen die Fahrbahn­beleuchtung bei schlechter Sicht (Nebel, Schneefall, starkem Regen oder Staub­wolken) verbessern.

Optisches Prinzip

Paraboloid Ein parabolischer Reflektor mit der licht­quelle im Brennpunkt reflektiert achsen­paralleles Licht (wie Fernlicht), das durch die Streuscheibe zu einem horizontalen Band auseinander gezogen wird (Bild 44). Eine Strahlenblende begrenzt die Lichtabstrahlung nach oben.

CD-Technik Mit Hilfe neuer Berechnungsmethoden (CAL Qomputer Aided lighting) können Reflektoren so gestaltet werden, daß sie das Licht direkt, d.h. ohne optische Profi­lierung der Streuscheibe, streuen und gleichzeitig, ohne separate Abschattung, Bild 45

Lichtverteilung eines Nebelscheinwerfers in CD-Technik.

Lichtelemente Fahrzeugfront

249

Lichttechnik eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze (Ab­grenzung zwischen Lichtstrahlen wech­selnder Richtung) erzeugen . Die dabei wechselnde Lichtstrahlenrichtung (Qon­verging-giverging) führte zu der CD­Technik. Durch die starke Umfassung der Lampe ergibt sich ein sehr hohes Lichtvolumen bei maximaler Streubreite (Bild 45).

PES-Nebelscheinwerfer Mit dieser Technik wird die Eigenblen­dung für den Fahrer bei Nebel minimiert. Die Blende, die mit Hilfe der Linse auf der Straße abgebildet wird , erzeugt einen maximalen Kontrast der Hell-Dunkel­Grenze.

Bauarten Anbau-Nebenscheinwerfer mit optischen Elementen im Gehäuse werden stehend (Bild 46) auf oder hängend (Bild 47) unter dem Stoßfänger angebaut. Immer häufi­ger werden die Scheinwerfer aus stilisti­schen oder aerodynamischen Gründen als Einbaueinheit dem Karosserieverlauf angepaßt, oder sie sind Teil einer Leucht-

Bild 46 Anbau-Nebelscheinwerfer Compact 100 (stehend).

einheit (bei Zusammenbau mit Haupt­scheinwerfern sind die Reflektoren für die Einstellung beweglich). Die Mehrzahl der Nebelscheinwerfer ist für weißes Licht eingerichtet. Vorzüge von Gelblicht lassen sich aus physiologi­scher Sicht nicht begründen. Die licht­technische Wirkung von Nebelschein­werfern hängt von der Größe der leuch-

250 tenden Fläche und von der Brennweite

des Reflektors ab. Bei gleicher leuchten­der Fläche und Brennweite weisen runde oder rechteckige Scheinwerferformen nur unbedeutende lichttechnische Unter­schiede auf.

Vorschriften Bauvorschriften gemäß ECE-R19, Anbau gemäß 76/756/EWG, ECE-R48-01, StVZO § 52. Zwei Nebelscheinwerfer, Farbe weiß oder gelb, sind zulässig. Der Zusammen­bau mit anderen Frontleuchten und Scheinwerfern ist zulässig, Kombinatio­nen mit anderen Leuchten sind nicht zu­lässig. Die Schaltung der Nebelschein­werfer muß unabhängig von Fern- und Abblendlicht möglich sein. Nach StVZO (national) können Nebelscheinwerfer mehr als 400 mm von der breitesten Stei­le des Fahrzeugumrisses entfernt ange­baut werden, wenn die Schaltung sicher­stellt, daß sie nur zusammen mit dem Ab­blendlicht brennen können. Nebel­scheinwerfer werden wie Hauptschein­werfer eingestellt. Die Einstellmaße e sind in den Vorschriften angegeben.

Bild 47 Anbau-Nebelscheinwerfer Pilot (hängend).

Zusätzliche Femscheinwerfer

Aufgabe Zusatz-Fernlichtscheinwerfer dienen zur Verbesserung der Fernlichtwirkung von Zwei-, Vier- und Sechs-Scheinwerfersy­stemen. Sie erzeugen ein stark gebün­deltes und daher weitreichendes Licht.

Optisches Prinzip Das optische Prinzip besteht aus einem annähernd parabolischen Reflektor mit der Lichtquelle im Brennpunkt. Eventuell wird zusätzlich eine Streuscheibe ver­wendet, die auf die lichttechnischenAnfor­derungen des Fernlichts abgestimmt ist.

Anbau, Vorschriften Anbau, Lichttechnik und Einstellung ent­sprechen den Angaben für Fernlicht. Auch Zusatz-Fernlichtscheinwerfer un­terliegen den Bestimmungen für maximal zulässige Lichtstärken am Fahrzeug, wo­bei die Summe der Referenzzahlen aller am Fahrzeug angebrachten Fernschein­werfer höchstens 75 sein darf. Bei älteren Scheinwerfern ohne Zahl im Geneh­migungszeichen gilt Zahl 10.

Bild 48

Blinkanlage eines Pkw für Richtungs­und Warnblinken.

1 Sicherungen, 2 Warnblinkgeber, 3 Warnblinkschalter

mit Einschaltkontrolle, 4 Blinkerschalter, 5 Kontrolleuchte, 6 Blinkleuchten.

30==+~======= 15

31------~ ____ ~~~~-4 __

Blinkanlage

Aufgabe Die Blinkanlage soll Signale für Fahrt­richtungs- und Warnblinken abgeben.

Vorschriften Für Kraftfahrzeuge mit einer Höchstge­schwindigkeit über 25 km/h sind nach StVZO und EU-Richtlinie 76/756/EWG neben den Beleuchtungseinrichtungen auch optische Signaleinrichtungen für Fahrtrichtungs- und Warnblinken vorge­schrieben (Bild 48).

Blinksignale Die Blinksignale leuchten mit einer Fre­quenz von 60 .. . 120 Impulsen pro Minute auf und haben eine relative Hellzeit von 30 .. . 80 %. Beim Einschalten muß nach weniger als 1,5 s Licht abgestrahlt wer­den. Nach Ausfall einer Leuchte müssen die verbleibenden Leuchten noch wahr­nehmbare Signale abstrahlen.

Fahrtrichtungsblinken Beim Fahrtrichtungsblinken senden alle Blinkleuchten auf einer Fahrzeugseite ein synchrones Signal aus. Die Leuchten sind elektrisch überwacht. Eine Funktionsstörung wird durch eine Kontrollampe oder eine wesentliche Frequenzänderung des Blinksignales angezeigt.

Warnblinken Warnblinken ist ein synchrones Blinken aller Blinkleuchten eines Fahrzeuges, auch bei abgestelltem Motor. Eine Ein­schaltkontrolle ist vorgeschrieben .

Blinkanlage für Kraftfahrzeuge ohne Anhänger

Der elektronische Warnblinkgeber ent­hält einen Taktgeber, der die Lampen über ein Relais einschaltet, und eine stromgesteuerte Kontrollschaltung, die beim Ausfall der ersten Leuchte die Blinkfrequenz verändert. Der Blinker­schalter schaltet das Fahrtrichtungsblin­ken, der Warnblinkschalter das Warn­blinken ein.

Lichtelemente Fahrzeugfront

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Lichttechnik

252

Blinkanlagen tür Kraftfahrzeuge ohne/mit Anhänger

Dieser Warnblinkgeber unterscheidet sich von dem für Kraftfahrzeuge ohne Anhänger in der Art der Funktionskon­trolle der Blinkleuchten beim Fahrtrich­tungsblinken.

Einkreis-Kontrolle Zugfahrzeug und Anhänger haben einen gemeinsamen Kontrollkreis, der zwei Kontrolleuchten im Rhythmus der Blink­frequenz ansteuert. Bei Ausfall der er­sten/zweiten Blinkleuchte an Zugfahr­zeug oder Anhänger bleiben die erste/er­ste und die zweite Kontrolleuchte dunkel. Eine Zuordnung der Leuchtenstörung auf Zugfahrzeug bzw. Anhänger ist nicht möglich. Die Blinkfrequenz bleibt unver­ändert.

Zweikreis-Kontrolle Zugfahrzeug und Anhänger haben ge­trennte Kontrollkreise. Das Dunkelblei­ben von Kontrolleuchten erlaubt eine Zu­ordnung der Leuchtenstörung auf Zug­fahrzeuge bzw. Anhänger. Die Blinkfre­quenz bleibt unverändert.

Bild 49

Blinkleuchten vorn und seitlich

Aufgabe Die Blinkleuchten sollen eine beabsich­tigte Richtungsänderung (als Fahrtrich­tungsanzeiger) oder eine Gefahrensitua­tion (als Warnblinkleuchten) anzeigen. Sie müssen so angebracht und beschaf­fen sein, daß die Anzeige unter allen Be­leuchtungs- und Betriebsverhältnissen von den anderen Verkehrsteilnehmern deutlich wahrgenommen werden kann.

Vorschriften 76/759/EWG, ECE-R6, StVZO § 54. Für zweispurige Fahrzeuge sind Grup­pe 1 (vordere), Gruppe 2 (hintere) und Gruppe 5 (seitliche Fahrtrichtungsanzei­ger) vorgeschrieben . Seitliche Fahrtrichtungsanzeiger nach Gruppe 5 können bei Fahrzeuglängen von weniger als 6 m entfallen. Die Farbe der Funktionskontrolleuchte ist frei wähl­bar. Die Blinkfrequenz beträgt 90 ± 30 Perioden pro Minute.

Blinkleuchten (Fahrtrichtungsanzeiger) vorn Es sind zwei Leuchten, Farbe gelb, vor­geschrieben. Zulässig sind:

Blinkleuchte (Fahrtrichtungsanzeiger), vorn als Bestandteil einer vorderen Leuchteinheit.

1 Blinkleuchte

- der Zusammenbau mit einer oder mehreren anderen Leuchten (Bild 49),

- die Kombination nur mit Fahrtrichtungs­anzeigern anderer Gruppen und

- der Ineinanderbau nur mit der Parkleuchte.

Die Funktionskontrolle istvorgeschrieben.

Blinkleuchten (Fahrtrichtungsanzeiger) seitlich Es sind zwei Leuchten, Farbe gelb, vor­geschrieben. Der Zusammenbau und der Ineinander­bau sind wie beim vorderen Fahrtrich­tungsanzeiger gestattet. Die Kombina­tion ist nur mit Fahrtrichtungsanzeigern anderer Gruppen zulässig.

Begrenzungs- und Umrißleuchten vorn

Aufgabe Umriß- und Begrenzungsleuchten sollen große Fahrzeuge bei anderen Verkehrs­teilnehmern erkennbar machen.

Vorschriften 76f7581IEWG,ECE-R7,StVZO§§51 und 53. Über 1600 mm breite Kraftfahrzeuge und Anhänger benötigen Begrenzungs­leuchten (nach vorn). Ist das Fahrzeug breiter als21 00 mm (z.B. Lkw), so müssen zusätzlich nach vorn wirkende Umriß­leuchten angebaut sein.

Begrenzungsleuchten Es sind zwei Begrenzungsleuchten, Far­be weiß, vorgeschrieben. Die Farbe gelb ist zulässig, wenn Scheinwerfer mit Gelblicht (Frankreich) ineinandergebaut werden. Die Anordnung ist gleich mit der für die "Blinkleuchten vorn" (Fahrtrich­tungsanzeiger. Der Zusammenbau und der Ineinander­bau mit jeder anderen vorderen Leuchte (oder Scheinwerfer) ist zulässig. Sehr weit verbreitet ist der Ineinanderbau mit dem Scheinwerfer. Die Kombination mit anderen Leuchten (oder Scheinwerfern) ist nicht zulässig.

Umrißleuchten Es sind zwei Umrißleuchten, Farbe weiß, nach vorn vorgeschrieben. Anord­nung: In der Breite möglichst weit außen und so hoch wie möglich. Der Zusam­menbau mit anderen Leuchten ist zuläs­sig. Die Kombination und der Ineinan­derbau mit anderen Leuchten sind nicht zulässig.

Parkleuchten vorn

Aufgabe Parkleuchten sollen ein parkendes Fahr­zeug kenntlich machen. Sie müssen leuchten können, ohne daß andere Leuchten oder Scheinwerfer eingeschal­tet werden. In den meisten Fällen wird die Funktion der Parkbeleuchtung von den Begrenzungsleuchten übernommen.

Vorschriften 77/540/EWG, StVZO § 51, ECE-R77. Es sind entweder je zwei Parkleuchten vorn und hinten oder eine Parkleuchte auf jeder Seite zulässig. Die Farbe nach vorn ist weiß. Der Zusammenbau mit jeder anderen Leuchte ist zulässig. Die Kombination mit anderen Leuchten ist nicht zulässig. Zulässig nach vorne ist der Ineinander­bau mit: - Begrenzungsleuchten, - Haupt- und Nebelscheinwerfern.

Tagfahrleuchten

Tagfahrlicht (aus Abblendscheinwerfern oder Tagfahrleuchten) ist vorgeschrie­ben in Norwegen, Schweden, Finnland, Dänemark, Polen (Oktober bis April), Kanada. Der Anbau von Tagfahrleuch­ten und deren Benutzung ist seit 1.1.98 in der EU erlaubt. Die Tagfahrfunktion kann auch durch Einschalten des Abblend- oder Nebel­lichtes erfüllt werden, wenn die licht­stärken mit den vorgeschriebenen Werten übereinstimmen. Es ist zu erwarten, daß noch weitere Länder Tagfahrleuchten oder das Einschalten des Abblendl ichtes bei Tag vorschreiben.

Lichtelemente Fahrzeugfront

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Lichttechnik

254

Lichtelemente Fahrzeugheck

Am Fahrzeugheck sind verschiedene Scheinwerfer und Leuchten angebracht, deren Aufgabe nachfolgend beschrieben wird. Zusätzlich werden die für Europa geltenden Vorschriften erläutert, die von den Fahrzeugherstellern für die Grund­ausstattung und von den Nachrüstern für den nachträglichen An- oder Einbau zu beachten sind.

Rückfahrscheinwerfer

Aufgabe Rückfahrscheinwerfer sollen die Fahr­bahn beim Rückwärtsfahren beleuchten.

Vorschriften 77/ 539/EWG, ECE-R23, StVZO § 52. Es sind ein oder zwei Rückfahrschein­werfer, Farbe weiß, zulässig (Bild 50).

Bild 50

Scheinwerfer und Leuchten sm Fshrzeugheck (Beispiel, Bildquelle: BMW).

1 Hochgesetzte Bremsleuchte, 2 Kennzeichenleuchte, 3 Blinkleuchte, 4 Park-/ Schlußleuchte 5 Bremsleuchte, 6 Rückfahrscheinwerfer, 7 Nebelschlußleuchte.

2 ---4~=+.il

3 4 5 6 7

Bosch bietet diese Leuchten auch für die Nachrüstung an. Der Zusammenbau mit allen anderen Heckleuchten ist zulässig. Die Kombina­tion und der Ineinanderbau mit anderen Leuchten sind nicht zulässig. Die Schaltung muß sicherstellen, daß Rückfahrscheinwerfer nur bei eingeleg­tem Rückwärtsgang und eingeschalteter Zündung leuchten können.

Blinkleuchten hinten

Aufgabe Die Blinkleuchten sollen eine beabsich­tigte Richtungsänderung (als Fahrtrich­tungsanzeiger) oder eine Gefahrensitua­tion (als Warnblinkleuchten) anzeigen. Sie müssen so angebracht und beschaf­fen sein, daß die Anzeige unter allen Be­leuchtungs- und Betriebsverhältnissen von den anderen Verkehrsteilnehmern deutlich wahrgenommen werden kann.

Vorschriften 76/759/EWG, ECE-R6, StVZO § 54. Für zweispurige Fahrzeuge ist Gruppe 2 (hintere) Blinkleuchten bzw. Fahrtrich­tungsanzeigervorgeschrieben (Bild 49). n ie Farbe der Funktionskontrolleuchte ist

3i wählbar. ie Blinkfrequenz beträgt 90 ± 30 Perio­m pro Minute. ; sind zwei Leuchten, Farbe gelb, vor-3schrieben. ie Anordnung ist mit der bei vorderen inkleuchten identisch, allerdings gibt es e zusätzliche Einschränkung, daß bei nem Vertikalabstand zur Schlußleuchte einer 300 mm der Horizontalabstand aximal 50 mm betragen darf. er Zusammenbau, die Kombination so­ie der Ineinanderbau sind wie bei den lrderen Blinkleuchten gestattet.

chluß- und Umrißleuchten

ufgabe ::hluß- und Umrißleuchten sollen das

... lgebremste Fahrzeug für die nachfol­genden Verkehrsteilnehmer rechtzeitig erkennbar machen.

Vorschriften 76/758/EWG, ECE-R7, StVZO §§ 51 und 53 (Bild 50). Bei Schlußleuchten (nach hinten) gilt die Ausrüstungsplicht für alle Fahrzeugbrei­ten. Ist die Fahrzeugbreite größer als 2100 mm (z. B. Nkw), so müssen zusätz­lich nach vorn und hinten wirkende Um­rißleuchten angebaut sein.

Schlußleuchten Es sind zwei Schlußleuchten, Farbe rot, vorgeschrieben (Bild 50). Die Anordnung ist gleich derfür die "Blink­leuchten hinten". Zulässig sind: - der Zusammenbau mit jeder anderen

Heckleuchte, - die Kombination mit den Leuchten für

das hintere Kennzeichen und - der Ineinanderbau mit der Bremsleuch­

te, der Parkleuchte und der Nebel­schlußleuchte.

Bei dem Ineinanderbau von Schluß- und Bremsleuchten muß das tatsächliche Lichtstärkenverhältnis der Einzeifunktio­nen mindestens 1: 5 betragen. Die Schlußleuchten müssen zusammen mit den Begrenzungsleuchten brennen.

Umrißleuchten Es sind zwei Leuchten, Farbe rot, nach hinten vorgeschrieben. Umrißleuchten müssen in der Breite mög­lichst weit außen und so hoch wie möglich zugeordnet sein. Der Zusammenbau mit anderen Leuchten ist zulässig. Die Kom­bination und der Ineinanderbau mit ande­ren Leuchten sind nicht zulässig.

Parkleuchten hinten

Aufgabe Parkleuchten sollen ein parkendes Fahr­zeug kenntlich machen. Sie müssen leuchten können, ohne daß andere Leuchten eingeschaltet werden. In den meisten Fällen wird die Funktion der Parkbeleuchtung von den Schluß- und Begrenzungsleuchten übernommen (Bild 50).

Vorschriften 77/540/EWG, StVZO § 51, ECE-R77. Es sind entweder je zwei Parkleuchten vorn und hinten oder eine Parkleuchte auf jeder Seite zulässig. Die Farbe ist rot nach hinten. Die Farbe gelb ist nach hinten zulässig, wenn die Parkleuchten mit seit­lichen Blinkleuchten zusammengebaut sind. Die Anordnung ist gleich der bei "Blinkleuchten". Der Zusammenbau mit jeder anderen Leuchte ist zulässig. Die Kombination mit anderen Leuchten ist nicht zulässig. Zu­lässig nach hinten ist der Ineinanderbau mit: - Schlußleuchten, - Bremsleuchten, - Nebelschlußleuchten und - seitlichen Blinkleuchten.

Bremsleuchten

Aufgabe Bremsleuchten sollen die nachfolgenden Verkehrsteilnehmer darauf aufmerksam machen, daß das Fahrzeug gebremst wird.

Vorschriften 76/758/EWG, ECE-R7, StVZO § 53.

(Haupt-)Bremsleuchten Für jedes Fahrzeug sind zwei Brems­leuchten, Farbe rot, vorgeschrieben (Bild 50). Zulässig sind: - der Zusammenbau mit Schlußleuchten

und - die Kombination mit der Kennzeichen­

beleuchtung, wenn die Bremsleuchte mit der Schlußleuchte ineinanderge­baut ist sowie

- der Ineinanderbau mit Schluß- und Parkleuchte.

Bei dem Ineinanderbau von Brems- und Schlußleuchte muß das tatsächliche Lichtstärkeverhältnis der EinzeIfunk­tionen 5:1 betragen.

Lichtelemente Fahrzeugheck

255

Lichttechnik

256

Zusätzliche hochgesetzte Bremsleuchten In Europa ist die Installation einer zu­sätzlichen Bremsleuchte, die zentrisch angeordnet und hochgesetzt sein muß, (CHMSL Qenter t:!igh-Mounted Stop lamp) für neue Fahrzeugtypen Pflicht. Die zusätzlichen hochgesetzten Brems­leuchten müssen zusammen mit den (Haupt-)Bremsleuchten brennen. Bosch bietet diese Leuchten auch für die Nach­rüstung an (Bild 51) .

Nebelschlußleuchten

Aufgabe Nebelschlußleuchten sollen bei schlech­ter Sicht das ungebremste Fahrzeug für die nachfolgenden Verkehrsteilnehmer rechtzeitig erkennbar machen.

Vorschriften 77/538/EWG, ECE-R38, StVZO § 53 d. In den Ländern der EU sind eine oder zwei Nebelschlußleuchten, Farbe rot, für neu in den Verkehr kommende Fahr­zeuge vorgeschrieben (Bild 50). Bosch bietet diese Leuchten auch für die Nach­rüstung an.

BildS1 Zusätzliche hochgesetzte Bremsleuchte. Ausführung für Nachrüslung.

Der Zusammenbau mit jeder anderen Heckleuchte ist zulässig. Die Kombina­tion mit anderen Leuchten ist nicht zu­lässig. Der Ineinanderbau mit Schluß­oder Parkleuchten ist zulässig. Die sichtbare leuchtende Fläche in Rich­tung Bezugsachse darf 140 cm2 nicht übersteigen. Die Schaltung muß sicher­stellen, daß Nebelschlußleuchten nur eingeschaltet werden können, wenn Ab­blend-, Fern- oder Nebellicht in Funktion ist. Außerdem müssen sie unabhängig von Nebelscheinwerfern ausgeschaltet werden können. Die Farbedervorgeschriebenen Kontrol­leuchte ist gelb (für Fahrzeuge mit Zulas­sung vor Januar 1981 auch grün).

Kennzeichenleuchte

Aufgabe Die Kennzeichenleuchte soll das Kenn­zeichen des Fahrzeugs für andere Ver­kehrsteilnehmer erkennbar machen.

Vorschriften 76/760/EWG, ECE-R4, StVZO § 60. Das hintere Kennzeichen muß so be­leuchtet sein, daß es bei Nacht auf 25 m Entfernung lesbar ist. Zulässig sind: - der Zusammenbau mit allen Heck­

leuchten und - die Kombination mit Schlußleuchten. Der Ineinanderbau ist nicht zulässig.

Lichtelemente Fahrzeuginnenraum

Innenraumbeleuchtung

Für die Innenraumbeleuchtung von Kfz gibt es keine gesetzlichen Vorschriften. Die Fahrzeughersteller haben bei deren Gestaltung freie Hand, so daß Fahrzeuge oft unterschiedlich ausgestattet sind.

Innenleuchte Als nahezu einheitlicher Standard hat sich die Innenleuchte mit den drei Schal­tersteIlungen "Ein", "Aus" und "Ein bei geöffneten Vordertüren" durchgesetzt. Es gibt auch zusätzliche Fondleuchten die durch Kontaktschalter der Fondtüre~ oder einen Schalter im Instrumentenfeld betätigt werden .

Handschuhfachbeleuchtung Am Verschluß des Handschuhfachs be­tätigt ein Kontakt die Beleuchtung; sie ist nur bei geöffneter Klappe eingeschaltet.

Kofferraumbeleuchtung Die Beleuchtung des Kofferraums gehört heute zum Standard bei Limousinen. Sie wird durch einen vom Kofferraumdeckel betätigten Türkontakt geschaltet.

Instrumentenfeld­beleuchtung

Die Instrumente undAnzeigeelemente im Instrumentenfeld werden so beleuchtet daß sie auch bei Dunkelheit ablesba~ sind. Um dabei eine Blendung des Fah­rers auszuschließen, kann diese Be­leuchtung automatisch oder manuell an die bestehenden Lichtverhältnisse ange­paßt werden. Oft zeigen verschiedenfarbige Kontroll­leuchten die Betriebszustände an. Die Farben dafür sind z.T. vorgeschrieben (z.B. blau für Fernlicht, gelb für Nebel­schlußleuchten) . Die Kennzeichnung entspricht einer einheitlichen Symbolik nach ECE (Beispiele Bild 52).

Bedienelemente und Schalter

Bis auf die Innenraumbeleuchtung sind aus SicherheitsgründenAusführung und Anbau sowie der Gebrauch der Kfz-Be­leuchtungseinrichtungen gesetzlich ge­regelt. Deshalb müssen Bedienelemente und Schalter so angeordnet sein, daß ihr vorgeschriebener, zweckbestimmter Ge­brauch ohne übermäßige Ablenkung des Fahrers möglich ist.

Beleuchtung der Bedienelemente und der Nutzausstattung Die den Fahrzeuginsassen angebotenen Bedienelemente und Ausstattungen (z.B. Gebläse, Heiz- und Klimaanlage, Aschenbecher) müssen so beleuchtet Bild 52

Schalter- und Kontrolleuchtensymbole.

1 Fehler in Bremsanlage,

2 Nebelscheinwerfer, 3 Warnblinker, 4 Instrumenten·

beleuchtung, 5 Fernlicht, 6 Nebelschlußleuchte, 7 Scheibenwischer

mit Waschanlage, 8 Heckscheiben·

waschanlage, 9 Lichthauptschalter,

10 Heckscheiben· heizung,

11 Scheinwerfer· Reinigungsanlage,

12 Suchscheinwerfer, 13 Scheiben­

waschanlage, 14 Innenraum­

beleuchtung, 15 Frontscheiben-

heizung, 16 Arbeitsscheinwerfer, 17 Scheibenwischer, 18 Lüfter/Heizgebläse, 19 Spiegelheizung, 20 Rundumleuchten.

Lichtelemente Fahrzeug­innenraum

257

Lichttechnik

258

oder zumindest durch einen Lichtschein kenntlich gemacht werden, daß sie auch bei Dunkelheit benutzt werden können und insbesondere auch für den Fahrer ohne ablenkende Suchaktion sichtbar und damit problemlos erreichbar sind.

Schalterbeleuchtung Beleuchtete Schalter ermöglichen bei Dunkelheit zweierlei : - bei Bedarf vom Fahrer sofort auffindbar (z.B. Warnblinkschalter), - sicherer Überblick mit der Symbolik nach ECE (Bild 52).

Häufige Schaltvorgänge Schalter, die häufig während der Fahrt betätigt werden müssen, sind so gestal­tet, daß sie, ohne das Lenkrad loszulas­sen, im Griffbereich liegen. Dies trifft be­sonders für die Betätigung des Fahrt­richtungsanzeigers und des Horns, die Umschaltung Fern-/Abblendlicht sowie die Reinigungsanlagen für Scheiben und Scheinwerfer zu. Diese Betätigungsfunk­tionen sind deshalb bei allen Fahrzeugen durch Kombischalter am oder im Lenkrad selbst vereinigt, wobei es hier noch kei­nen einheitlichen Standard gibt.

Seltene Schaltvorgänge Schalter, die zwar nicht oft, aber doch während der Fahrt bedient werden müs­sen (Fahrlicht, Leuchtweiteverstellung, Warnblinkanlage, Nebelschlußleuchten, Bild 53

Nebelscheinwerfer) tragen durch ihre An­ordnung und Gestaltung zur aktiven Sicherheit bei. Der Fahrerfindetden Schal­ter "blind" und er kann durch seinen Tast­sinn die Funktion des Schalters er­kennen, ohne hierbei die Augen vom Ver­kehrsgeschehen abzuwenden.

Anzeigeelemente

Sofern Betriebs- und Einschaltzustände nicht durch beleuchtete Schalter ange­zeigt werden, können diese durch Kon­trolleuchten oder als Direktinformation auf einem Display dargestellt werden. Beleuchtete Farbfenster oder Leuchtdi­oden (LED) signalisieren Zustandsmel­dungen (z.B. Handbremse, Licht, Vor­glühen) oder ein Display (Flüssigkristall­anzeige) zeigt diese Meldungen und auch konkrete Werte an (z.B. Fahrstrecke, Fahrzeit, Verbrauch, Tankinhalt, Durch­schnittsgeschwindigkeit u.ä.).

Leuchtdioden Die Leuchtdiodenanzeige oder LED (Light J;mitting Qiode) ist eine aktive (selbstleuchtende) Anzeige. Die Leucht­diode besteht aus einem Halbleiter­element mit PN-Übergang. Beim Betrieb in Durchlaßrichtung rekombinieren die Ladungsträger (freie Elektronen und Lö­cher) . Der dabei freiwerdende Energie­betrag wird bei bestimmten Halbleiter­materialien in elektromagnetische Strah-

Funktionsweise einer Flüssigkristallanzeige (Drehzelie).

1 Polarisator, 2 Glas, 3 Orientierung und Isol ierung, 4 Elektrode, 5 Polarisator (und Reflektor), a Segmentbereich.

5-+------'

lungsenergie mit Wellenlängen im Infra­rotbereich und im Bereich sichtbaren Lichts umgewandelt. Häufig verwendete Halbleiterwerkstoffe sind: Galliumarsenid (infrarot), Galliumarsenidphosphid (rot bis gelb), Galliumphosphid (grün).

Flüssigkristallanzeige Die Flüssigkristallanzeige oder LCD (Li­quid C.rystal Qisplay) ist ein passives An­zeigenelement. Die erzeugten Kontrast­unterschiede werden durch Zusatz­beleuchtung sichtbar gemacht. Der am häufigsten verwendete LCD-Typ ist die Drehzelle oder TN-Zelle (Bild 53).

Zwischen zwei Glasplatten befindet sich die Flüssigkristallsubstanz. Im Anzeige­bereich sind die Glasplatten mit einer transparenten leitfähigen Schicht be­deckt, an die eine Spannung ange­schlossen wird: zwischen den Schichten entsteht ein elektrisches Feld. Eine zu­sätzliche Orientierungsschicht bewirkt eine Drehung der Polarisationsebene des durch die Zelle strahlenden Lichts. Durch Aufbringen von gekreuzten Pola­risatoren an den beiden Außenseiten ist die Zelle zunächst lichtdurchlässig. Im Bereich der zwei gegenüberliegenden

Bild 54 Instrumentenfeld mit verschiedenen Bedien- und Anzeigeelementen (Beispiel).

Elektroden werden die Flüssigkristallmo­leküle bei angelegter Spannung in Rich­tung des elektrischen Feldes ausgerich­tet. In diesem Fall wird die Polarisa­tionsebene nicht gedreht und der Anzei­gebereich wird lichtundurchlässig. Mit getrennt ansteuerbaren Segmentbe­reichen werden Ziffern, Buchstaben und vorgegebe Symbole dargestellt. Zur sichtbaren Darstellung ist jedoch immer eine Fremdlichtquelle erforderlich.

Lichtquellen

Glühlampen Die Beleuchtung von passiven Anzeige­elementen wird bei konventionellen Sy­stemen mit Glühlampen, deren Lichtfar­ben je nach Anwendung und Design mit Farbfiltern geändert wird.

LED Durch die fortschreitende Miniaturisie­rung und Modularisierung der Anzeige­elemente werden die Lebensdauer und die Einbauvorteile von LED immer wichti­ger. LED sind in den Farben rot, grün, gelb und auch blau verfügbar.

Leuchtstofflampen Neue Entwicklungen, Leuchtstofflampen formen zu können , erlauben die extrem gleichmäßige und helle Hintergrundbe­leuchtung von Displays.

Lichtelemente Fahrzeug­innenraum

259

Lichttechnik

260

Sonderanlagen

Lichttechnische Sonderanlagen an Kfz wie Kennleuchten, Arbeits- und Such­scheinwerfer leisten bei besonderen Ein­satzfällen einen wesentlichen Beitrag zur Verkehrs- und Arbeitssicherheit. Sie wei­sen einerseits die übrigen Verkehrs­teilnehmer auf eine besondere Ver­kehrslage hin und machen andererseits notwendige und unaufschiebbare Tätig­keiten auch bei Dunkelheit möglich. Beim Einsatz der Sonderanlagen sind die Bestimmungen der Straßenverkehrs­Ordnung (StVO) und der Straßenver­kehrs-Zulassungs-Ordnung (StVZO) je­doch unbedingt zu beachten.

Kennleuchten

Kennleuchten müssen rundum wirken und den Eindruck des Blinkens ergeben. Die Blinkfrequenz liegt zwischen 2 und 5 Hz. Blaue Kennleuchten sind zur Aus­rüstung von bevorrechtigten Fahrzeugen (z.B. Polizei, Feuerwehr, Notarztwagen) zugelassen. Gelbe Kennleuchten sollen vor Gefahren (z.B. Baustelle) oder ge­fährlichen Transporten (z.B. überbreite oder überlange Güter) warnen. Grundsätzlich unterscheidet man zwi­schen den mechanisch betätigten Rund­umkennleuchten und den elektronisch gesteuerten Blitzleuchten. Während bei den mechanischen Kennleuchten der Blinkeffekt durch einen Reflektor erreicht wird, der sich um eine Glühlampe dreht, hat die Blitzleuchte eine Blitzröhre, die ihre Signalwirkung durch sich periodisch wiederholende Gasentladungen erzeugt. Die Vorteile der Blitzleuchten liegen im Bereich extremer Beanspruchungen, da ihre Funktionsfähigkeit auch bei sehr tie­fen Temperaturen und starker Ver­schmutzung gewährleistet sein muß (kei­ne mechanisch bewegten Teile). Voraus­setzung ist jedoch, daß der Elektronikauf­bau der Blitzsteuerung den erschwerten Einsatzbedingungen gerecht wird (rüttel­fest, tau- und spritzwassergeschützt, kor­rosionsbeständig).

Für Kennleuchten ist eine Mindestlicht­stärke vorgeschrieben: parallel zur Fahr­bahnebene 20 cd für blaue und 40 cd für gelbe Kennleuchten. Im Lichtbündel müssen blaue Kennleuchten mindestens 10 cd bei ±4° und gelbe Kennleuchten mindestens 20 cd bei ±BO erreichen.

Arbeitsscheinwerfer

Der Arbeitsscheinwerfer dient zur Be­leuchtung von stationären oder mobilen Arbeitsstellen und zeichnet sich durch ei­nen großflächigen, gleichmäßigen Licht­fächer aus. Durch die robuste Ausführung eignen sich Arbeitsscheinwerfer be­sonders zur Befestigung an Nutz­fahrzeugen und ermöglichen so einen vielseitigen Einsatz (z.B. Bau-, Rettungs­wesen, Land- und Forstwirtschaft, Schiff­fahrt). Arbeitsscheinwerfer dürfen während der Fahrt nur verwendet werden, wenn die Fahrt zum Arbeitsvorgang gehört, etwa bei nächtlichen Straßenreparaturarbei­ten oder zur Bergung von Unfallfahrzeu­gen.

Suchscheinwerfer

Der Suchscheinwerfer mit seinem scharf gebündelten Licht hoher Lichtstärke eig­net sich in jedem Bereich, in dem ein Gegenstand in größerer Entfernung er­kennbar sein soll (z.B. bei Rettungs-, Polizei-, Feuerwehreinsätzen oder beim Technischen Hilfswerk). Vor allem Suchscheinwerfer mit stufen­loser Fokussierung erlauben eine exakte Zentrierung des Lichtbündels in jeder ge­wünschten Entfernung bis ca. 225 m. Sie ermöglichen damit eine optimale Ausnut­zung ihrer Leuchtkraft.

Reinigungsanlagen

Scheibenreinigung Aufgabe und Anforderungen

Verschmutzte Scheiben beeinträchtigen die Sicht des Fahrers. Deshalb sind die Scheiben-Reinigungsanlagen für die Si­cherheit im Straßenverkehr von großer Bedeutung (Bild 1). Eine Wischanlage muß selbst unter ex­tremen Bedingungen nach 1,5 Millionen Wischperioden (das Wischblatt nach 500000) noch voll funktionsfähig sein. Dabei reinigt die Wischanlage zum Ver­gleich die Fläche von ca. 200 Fußball­feldern. Aus der Sicht des Autofahrers ergeben sich damit folgende Anforderungen an die Wischanlage: Bild 1

Scheibenreinigungsanlage im Auto.

- Das Wischfeld und damit die gereinigte Scheibenfläche muß möglichst groß sein und insbesondere den Blick bis zum Fahrbahnrand, auf Verkehrszeichen und Ampelanlagen freigeben . - Die Wischqualität muß sichergestellt sein, um Streulicht und die damit verbun­dene Blendwirkung durch entgegenkom­mende Fahrzeuge möglichst auszu­schließen. --:.Die Wischanlage muß weitgehend ge­rauscharm und über lange Zeit störungs­frei arbeiten. Sie sollte Intervallwischbe­trieb ermöglichen oder mit einem Regen­sensor gekoppelt sein. Die Wisch- und die Wisch-Waschanla­gen stellen sicher, daß die Frontscheibe (z.T. auch Heckscheibe) von Regen, Schnee und Schmutz gereinigt wird.

1 Wisch-Waschanlage für Scheinwerfer und Frontscheibe,

6 Wisch-Waschanlage für Heckscheibe, 7 Pumpe mit Wasserbehälter (hinten) ,

2 Pumpen mit Wasserbehälter (vorn) , 3 Spritzdüse (Frontscheibe), 4 Heckscheibenwischer 5 Spritzdüse (HeCkSche'ibe),

8 9

8 Hochdruck-Waschanlage (Scheinwerfer) , 9 Wasserbehälter,

10 Hochdruckpumpe.

4 5 6 7

' 0

Scheiben­reinigung

261

Reinigungs­anlagen

262

Aufbau

Eine Wischanlage besteht aus einem Elektromotor als Antrieb, einem Gelenk­getriebe, den Wischarmen mit den Wischblättern und einem Schalter, der meistens mit der Lenksäule kombiniert ist. "Twin"-Wischblättervon Bosch zeich­nen sich durch eine spezielle Zweistoff­technik aus: der weiche Wischgummirük­ken gewährleistet einen sehr leisen und gleichmäßigen Lauf, und die harte Wischlippe mit Mikro-Doppelkante sorgt für gründliche Reinigung über die gesam­te Lebensdauer hinweg. Ergänzt werden kann das System durch ein Intervallrelais, ein Verzögerungsre­lais und einen Regensensor. Die zusätzliche Waschanlage besteht aus einer Pumpe mit zugehörigem An­triebsmotor, einem Flüssigkeitsbehälter, den Düsen zum Spritzen der Reinigungs­flüssigkeit auf die Scheibe, Schlauchver­bindungen und dem Schalter, der meist Bestandteil des Wischerschalters ist. Bild 2

Arbeitsweise

Wischanlagen Der elektrische Wischermotor für den Wischerantrieb wird bei Bedarf mit ei­nem Wählhebel (Schalter) an der Lenk­säule vom Fahrer ein- bzw. ausgeschal­tet. Je nach Ausstattung gibt es verschie­dene Varianten. Der Wischer kann mit verschiedenen Geschwindigkeiten betrieben werden, wobei zwei üblich sind. Die Stellung des Wählhebels mit den Raststellungen "Aus", "Geschwindigkeit 1", "Geschwin­digkeit 2" und oft "Intervallwischen" gibt die Wischgeschwindigkeit bzw. die Pau­senzeit beim Intervallwischen vor. Die Wischfrequenz muß entsprechend ge­setzlicher Vorschriften in der ersten Ge­schwindigkeitsstufe in Europa minde­stens 10 Wisch bewegungen pro Minute und 20 in den USA betragen, in der zwei­ten Stufe mindestens 45. Das ununterbrochene Scheibenwischen z.B. bei schwachem Regen oder leich-

Schaltplan einer Wisch-Waschanlage (Ausschnitt aus dem Stromlaufplan).

M4 Scheibenwischermotor, M7 SCheinwerferspülermotor, S28 Scheinwerferwischer- und -spülerschalter, M5 Scheibenspülermolor, K8 Wischintervallrelais, S29 Scheibenspülerschaller, M6 Scheinwerferwischermotor, S27 Scheibenwischerschaller, F Sicherung. ,

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tem Schneefall ist problematisch, weil beim Wischen auf trockener Scheibe die Wischlippe unnötig abgenutzt wird. Mit einem Wischintervallrelais können Wischpausen (Wischintervalle ) vorgege­ben werden, damit die Scheibenwischer nicht über die trockene Scheibe gleiten. Das Intervallrelais ist ein Impulsgeber mit zeitlich veränderbarer Impulsfolge. Je­der Impuls, mit dem der Wischermotor über ein Relais angesteuert wird , bewirkt ein einmaliges Hin- und Herbewegen der Wischer. Bei den normalen Intervall­schaltern ist das intermittierende Wi­schen feinstufig mit einem Drehschalter einstellbar. Der Einstellbereich liegt bei 2 ... 20 Impulsen pro Minute. Bei dem programmierbaren Wisch inter­vallrelais wird die Programmierung der Pausenzeit (Intervall) mit dem Wählhe­bel vorgenommen. Wenn die Sicht wie­der beeinträchtigt ist, so daß ein erneuter Wischvorgang nötig wird, ist der Wählhe­bel nochmals auf die Stellung "Intervallwi­schen" zu stellen. Die Zeit zwischen dem Ausschalten und Wiedereinschalten ist die programmierte Pausenzeit zwischen den Wischvorgängen. Sie ist zwischen 2 und 45 Sekunden einstellbar.

Waschanlagen Waschanlagen sind für eine gute Reini­gung der Scheiben (Wischfelder) unent­behrlich. Es werden elektrisch angetrie­bene Kreiselpumpen verwendet, die Wasser mit Reinigungszusatz über Dü­sen mit punktförmigem Strahl auf die Scheibe spritzen. Die Pumpen werden ebenfalls durch Betätigen des Wähl he­bels an der Lenksäule angesteuert.

Wisch-Waschanlagen Das Waschen und Wischen kann auch kombiniert werden. Als Folge des Betäti­gens des Wählschalters für die Wasch­anlage schaltet sich verzögert die Wisch­anlage ein (Bild 2). Nach dem Abschalten der Waschanlage läuft der Wischer noch einige Zeit weiter, maximal bis die Schei­be trocken ist (Trockenwischen). Die Ein­schaltverzögerung derWischanlage be­trägt ca. 1 Sekunde, die Nachlaufzeit 3 ... 5 Sekunden.

Scheinwerferreinigung

Aufgabe

Scheinwerfer-Reinigungsanlagen besei­tigen den Schmutz auf den Streuschei­ben der Hauptscheinwerfer. Hierdurch wird eine Ausleuchtung der Fahrbahn ohne Lichteinbuße gewährleistet und die Blendung des Gegenverkehrs vermie­den.

Aufbau und Arbeitsweise

Für die Reinigung der Scheinwerfer gibt es zwei Systeme: Die Wisch-Waschanlage ist vergleichbar mit der Wischanlage für die Scheibenrei­nigung. Ihr Einsatz beschränkt sich auf Glasstreuscheiben, da die Oberfläche der Kunststoffstreuscheiben trotz Be­schichtung mit ho her Kratzfestigkeit für eine mechanische Reinigung zu emp­findlich ist. Die Hochdruck-Waschanlage (Bild 3) hat immer mehr an Bedeutung gewonnen, da sie sowohl für Glas- als auch für Kunst­stoffstreuscheiben einsetzbar ist. Die Reinigungswirkung wird hauptsächlich durch den Reinigungsimpuls der Was­sertropfen bestimmt. Maßgebend dafür sind folgende Größen: - Abstand zwischen Düse(n) und Streu­scheibe, - Größe, Auftreffwinkel und Auftreffge­schwindigkeit der Wassertropfen und - Wassermenge.

Bild 3

Komponenten einer Hochdruck-Waschanlage für Scheinwerfer.

1 Wassertank, 2 Pumpe, 3 Rückschlagventil , 4 T -Anschluß, 5 Düsenhalter (Horn), 6 Schlauch.

Scheinwerfer­reinigung

263

Reinigungs­anlagen

264

Neben den auf den Stoßfängern festste­henden Düsenhaltern (Hörner) gibt es über Teleskop ausfahrbare Düsenhalter. Da das Teleskop eine optimale Abspritz­position anfahren kann, verbessert sich die Reinigungswirkung erheblich. Zudem läßt sich der inaktive Düsenhalter z.B. innerhalb des Stoßfängers verbergen . Hochdruck-Waschanlagen bestehen aus - Wassertank, Pumpe, Schlauch und

Rückschlagventil sowie - Düsenhalter (Horn) , der zusätzlich

über ein Teleskop ausfahrbar sein kann, mit einer oder mehreren Düsen.

Gesetzliche Anforderungen

Die wesentlichen gesetzlichen Anforde­rungen für Europa sind: - seit 1996 vorgeschrieben für Schein­

werfer mit Gasentladungslampen, - notwendig für Abblendlicht und ein

Paar Fernscheinwerfer, - Wasservorrat für 25 Reinigungszyklen

(Klasse 25) oder 50 Zyklen (Klasse 50),

- Reinigungwirkung von 2:70 % an einem bis auf 20 % des ursprüngli­chen Lichtstroms verschmutzten Scheinwerfer,

- funktionsfähig von -35 oe bis 80 oe, wobei eine Beeinträchtigung durch Einfrieren zulässig ist.

Bild 4

Regensensor.

1 Regentropfen, 2 Windschutzscheibe, 3 Hohlspiegel, 4 Blende, S Restlichtsensor, 6 Lichtquelle, 7 Spiegel.

6

7 ~ 8 w ~

Sensoren

Der Regensensor (Bild 4) besteht aus einer optischen Sende-Empfangsstrek­ke. Das unter einem Winkel in die Front­scheibe eingestrahlte Licht reflektiert an der trockenen äußeren Grenzfläche (To­talreflexion) und trifft in den ebenfalls in einem Winkel ausgerichteten Empfän­ger. Befinden sich Wassertropfen oder Schmutzpartikel auf der Außenfläche, bricht ein erheblicher Teil des Lichts nach außen weg und schwächt das Empfangssignal. Dann schaltet der Wi­scher automatisch ein. Die Reflexlichtschranke des Schmutz­sensors (Bild 5) besteht aus Lichtquelle (LED) und Lichtempfänger (Fototransi­stor). Sie sitzt auf der Innenseite der Streuscheibe innerhalb des Reinigungs­bereiches, jedoch nicht im direkten Strahlengang des Fahrlichtes. Bei sau­berer oder auch von Regentropfen be­deckter Streuscheibe tritt das im nahen Infrarotbereich strahlende Meßlicht ohne wesentliche Reflexion ungehindert ins Freie. Trifft das Meßlicht jedoch an der äußeren Oberfläche der Streuschei­be auf Schmutzpartikel, so streut es pro­portional dem Verschmutzungsgrad in den Empfänger zurück. Die Scheinwer­fer-Reinigungsanlage löst dann bei ein­geschalteten Fahrlicht automatisch aus.

Bild 5

Schmutzsensor .

1 Schmutzpartikel, 2 Scheinwerterstreuscheibe, 3 Lichtempfänger, 4 Lichtquelle, S Gehäuse.

2

3

4

5

~ w ~

Diebstahlschutz

Da die Anzahl der Diebstahl- und Beschä­digungsdelikte weltweit zunimmt, sind im­mer ausgeklügeltere elektronische Sy­steme zur Sicherung gegen Eingriffe oder eine unbefugte Benutzung notwendig. Die Sicherung der auf öffentlichen oder privaten Parkflächen abgestellten Fahr­zeuge gegen unbefugte Benutzung übernehmen neben Zünd- und Lenkrad­schloß folgende Einrichtungen (neben­stehende Tabelle) : Zentralverriegelung, Diebstahlalarmanlage und elektronische Wegfahrsperre.

Zentralverriegelung Aufgabe

Die Zentralverriegelung verhindert ein versehentliches Offenlassen des Fahr­zeugs und sperrt meist zusätzlich zu den Türschlössern den Gepäckraum und die Abdeckung vom Einfüllstutzen des Kraft­stoffbehälters. Mit integriertem Diebstahl­schutz erhöht sie die Sicherheit gegen unbefugte Benutzung oder Entwendung des Fahrzeugs. Eine Infrarot- oder Funk­fernbedienung, kombiniert mit einer Dieb­stahlalarmanlage, ist ein zusätzlicher Bedienungskomfort.

Arbeitsweise

Die zentrale Verriegelung eines Fahr­zeuges ist mit pneumatischen oder elek­tromotorischen Stellgliedern möglich. Bei dem pneumatischen System sorgt eine Bidruckpumpe, die in bei den Dreh­richtungen von einem Elektromotor be­trieben wird, für den Systemdruck (Unter­bzw. Überdruck). DieAnlage läßt sich z.B. mit einem zentralen Positionsschalter im Fahrzeuginnenraum und durch das Fah­rerschloß ein- und ausschalten.

Diebstahlalarmanlagen

Ausführung Schutzbereiche

Basissystem Türen Kofferaumdeckel Zentralverriegel ung Motor-I Kofferraum-haube Autoradio Autotelefon Handschu hfach Zünd-Start-Schalter Fenster

Innenraum- Fahrzeuginnenraum schutz

Rad-und Räder Abschlepp- Gesamtes Fahrzeug schutz

Wegfahrsperren

Ausführung Schutzbereiche

Elektrisch Zündanlage oder Dieseleinspritzpumpe Kraftstoffversorgung Startanlage Zentralverriegelu ng

Elektronisch Zentralverriegelung mit Codier- Motormanagement einrichtung

Zentral­verriegelung

265

Diebstahl­schutz

266

Auf Wunsch ist eine Mehrsteilenbedie­nung (von der Fahrer-, der Beifahrertür sowie vom Gepäckraumdeckel aus) möglich. Verbreiteter als die pneumati­sche ist die elektromotorische Zentralver­riegelung. Von einem zentralen Schalter aus, der über eine Fernbedienung ange­steuert wird, oder von den Kontakten der jeweiligen Schlösser gehen Signale zur Steuereinheit der Anlage. Von dort aus werden die Signale zur Betätigung der Stellmotoren weitergeleitet. Je nach Funktionsumfang und Art des Schloßsystems gibt es verschiedene technische Ausführungen, die aber im Prinzip alle auf einem einheitlichen Grundkonzept aufbauen: Ein kleiner Elektromotor mit Untersetzungsgetriebe treibt einen Verstellhebel an, der das Schloß verriegelt und entriegelt. Bei Stromausfall muß sich die Tür mit dem mechanischen Schlüssel und dem Tür­innengriff jederzeit öffnen lassen. Bei Zentralverriegelungen mit integriertem Diebstahlschutz ist die manuelle Betäti­gung aus der Position "Diebstahlschutz" entweder mit dem Fahrzeugschlüssel oder mit der Fernbedienung möglich.

Bild 1

Diebstahlalarmanlage (Beispiel).

Schutzbereiche Basisanlage: CD Türen, Kofferraum, Tankverschluß. Motorhaube,

Diebstahl­Alarmanlagen

Aufgabe

Ein scharfgeschaltetes Diebstahlalarm­system hat die Aufgabe, bei einem un­befugten Eingriff an einem Fahrzeug Warnsignale auszulösen. Der bestmögli­che Schutz eines Fahrzeuges und seiner Ladung läßt sich durch die Kombination und Ergänzung vorhandener Komponen­ten (z. B. der Zentralverriegelung) mit einer Diebstahlalarmanlage erreichen (Bild 1). Die rechtliche Grundlage für die Sicherung des Fahrzeuges gegen krimi­nelle Handlungen ist in § 38b StVZO und der EU-Richtlinie ECE-R18 festgelegt. Eine moderne Diebstahlalarmanlage hat z. B. eine elektronische Steuerung, die die zulässigen Warnsignale wie - intermittierende Schallsignale maximal

30 s lang über ein Signalhorn und - optische Blinksignale maximal 5 min

lang über die Fahrtrichtungsanzeiger (StVZO) oder 30 s Blinken des Ab­blendlichtes (ECE) auslöst.

Alarmkomponenten: o Fernbedienung (Sender), Handschuhfach (Zentralverriegelung, Kontaktschalter)

® Startanlage (Zünd-Start-Schalter), o Steuergerät (Empfänger) , () Fahrtrichtungsanzeiger oder

@ Autoradio.

Schutzbereiche Zusatzanlagen: @ Innenraum (Ultraschallfeld), ® Räder, Gesamtfahrzeug

(Neigungssensoren)

Abblendlicht (Blinksignal), o Signalhorn (Tonsignal).

Aufbau und Arbeitsweise

Komplexe Diebstahlalarmanlagen sind modular aufgebaut. Sie können bei Be­darf angepaßt oder aufgerüstet werden. Alarmanlagen bestehen z. B. aus folgen­den Modulen (Tabelle, vorn): - Basissystem (Alarm bei unbefugtem Öffnen von Türen, Kofferraum oder Motorhaube, bei unbefugtem Radio­ausbau oder Startversuch, Glasbruch), - Innenraumschutz durch Ultraschall, - Rad- und Abschleppschutz. Die realisierbaren Varianten gestatten ein Anpassen an die spezielle Ausstattung des jeweiligen Fahrzeugs und an die Vor­schriften einzelner Länder.

Basissystem Die Zentraleinheit wertet unerlaubte Ein­griffe oder die daraus resultierenden Si­gnale an den Eingängen aus. Sie aktiviert das System, und die Alarmanlage sendet Warnsignale aus (akustisch mit dem Si­gnalhorn, optisch mit den Blinkleuchten oder den Scheinwerfern). Ein Öffnen der Türen und Hauben des Fahrzeugs löst über deren Schalter sofort Alarm aus. Dies erfolgt auch beim Unter­brechen der Überwachungsschleife für das Radio und beim Einschalten der Zün­dung. Der Ausgang Z aktiviert die exter­nen Zusatzgeräte (z.B. Neigungsalarm) , die über den Eingang TZ Alarm auslösen . Alle voneinander unabhängigen Eingän­ge können nacheinander Alarme auslö­sen. Die Startersperre setzt den Zünd­Start-Schalter außer Betrieb und verhin­dert damit ein unbefugtes Starten des Motors. Eine Leuchtdiode blinkt bei scharfgeschalteter Anlage und zeigt da­mit den Status des Systems an. Die Schaltung "scharf/nicht scharf" ge­schieht mit einer Infrarot- oder Funkfern­bedienung, die mit individuell codierten Signalen arbeitet. Dies sichert das Fahr­zeug gegen jeglichen Mißbrauch. Nur bei ausgeschalteter Zündung läßt sich die Anlage scharfschalten.

Ultraschall-Innenraumschutz Im Innenraum des Fahrzeuges (Bild 2) wird ein Ultraschallfeld (Schallschwin-

Ultraschallfeld im Fahrzeuginnenraum zu dessen Schutz.

1 Ultraschalldetektor, 3 Seitenscheibe, 2 Frontscheibe, 4 Heckscheibe.

Bild 3

Aufbau eines Ultraschallsenders für den Innenraumschutz.

1 Spannungszuführung, 2 Elektroden, 3 Kristallscheibe, 4 Luft, 5 S challabstrahlflächen am Kristall .

2

3

4

5

Bild 2

Diebstahl­alarmanlagen

267

Diebstahl­schutz

268

gungen mitf= 20 kHz) erzeugt. Ein Ultra­schallsender (Bild 3) sendet Schallwellen durch das Fahrzeuginnere. Ein Ultra­schalldetektor erkennt dann Bewegun­gen oder Druckschwankungen (z.B. her­vorgerufen durch Hineingreifen oder Ein­schlagen einer Scheibe), die zu Verände­rungen dieses Feldes führen. Bei einer Veränderung der Phasenlage, der Fre­quenz oder der Amplitude von Schallwel­len löst die Auswertelektronik sofort Alarm aus. Zur Verbesserung der Schutz­wirkung ist die Ansprechschwelle (die Empfindlichkeit) des Systems einstellbar.

Bild 4

Rad- und Abschleppschutz Diese Anlage besteht aus Lagesensoren und einer Auswerteinheit (Bild 4). Die Lage des Fahrzeuges bei Abstellen auf ebener oder schräger Fläche wird mit dem Einschalten der Alarmanlage als Nullage einprogrammiert. Ein Über­schreiten festgelegter Grenzwerte be­züglich Lage (längs / quer) und Ände­rungsgeschwindigkeit löst Alarm aus. Normale Lageänderungen (z.B. Luftver­lust in den Reifen, Schaukeln des Fahr­zeuges, aufweichender Untergrund) lö­sen keinen Alarm aus.

Diebstahlalarmanlage mit elektronischem Rad- und Abschleppschutz.

1 Sender (Fernbedienung), 2 Steuergerät Alarmanlage, 3 Empfänger (Fernbedienung), 4 Mikrocomputer (a) mit Batterieanschluß (b) und Eingangsstufe für Rad- und Abschleppschutz (c) , 5 Autoradio, 6 Ultra­schaliempfänger, 7 Türkontaktschalter, 8 Kontaktschalter für Motorhaube, Kofferraum und Handschuhfach, 9 Lagesensoren mit Auswerteeinheit, 10 Relais, 11 Startanlage, 12 Signalhorn, 13 Ultraschalisender, 14 Fahrtrichtungsanzeiger oder Abblendlicht, 15 Statusanzeige.

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Wegfahrsperren

Aufgabe

Eine Wegfahrsperre hat die Aufgabe, ein Fahrzeug gegen unbefugtes Benutzen zu schützen. Sie muß sowohl Starten als auch Fahren ohne Zugangsberechtigung (Code) oder eine andere geeignete Legi­timierung (z.B. codierter Schlüssel) un­möglich machen. Anerkannte Wegfahr­sperren, die serienmäßig oder nachträg­lich eingebaut wurden, sind zwischen­zeitlich (z.B. bei Diebstahl) versiche­rungstechnisch von Bedeutung.

Aufbau und Arbeitsweise

Bei der Kraftfahrzeugausrüstung wird zwischen elektrischen und elektroni­schen Wegfahrsperren unterschieden.

Bild 5

Wegfahrsperre mit Unterbrechungskreisen.

Seit 1.1 .95 erlaubt der Gesetzgeber bei der Erstausrüstung von Kraftfahrzeugen nur noch die elektronische Variante. Beide Systeme aktivieren sich nach dem Abstellen der Zündung, spätestens je­doch beim Verschließen des Fahrzeu­ges automatisch und setzen eine oder mehrere für den Betrieb des Fahr­zeuges unverzichtbare Einrichtungen außer Funktion. Die Wegfahrsperre wird in den meisten Fällen mit einer Zentralverriegelung kom­biniert. Bei einer solchen Komfortlösung genügt dann ein Signal, um beide Einrich­tungen gleichzeitig zu aktivieren oder zu deaktivieren.

Elektrische Wegfahrsperre Bei der elektrischen Wegfahrsperre wer­den mehrere, für den Betrieb notwendige Kreise über konventionelle Relais stillge­legt (Bild 5) .

1 Sender (Fernbedienung) , 2 Steuergerät Wegfahrsperre, 3 Empfänger (Fernbedienung), 4 Mikrocomputer (a) mit Batterieanschluß (b) , 5 Relais. 6 Zentralverriegelung, 7 Statusanzeige, 8 Startanlage, 9 Steuergerät Motormanagement, 10 Elektrokraftstoffpumpe Ottomotor (oder Kraftstoffzufuhr Dieselmotor).

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Wegfahr­sperren

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Diebstahl­schutz

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Meist werden drei Kreise unterbrochen: - Startanlage, - Kraftstoffversorgung und - Zündanlage oder Kraftstoffzufuhr der

Dieseleinspritzpumpe.

Bei elektrischen Systemen in Dieselfahr­zeugen wird die Kraftstoffzufuhr mit Hilfe eines konventionellen Magnetventils in der Kraftstoffzuleitung unterbrochen.

Elektronische Wegfahrsperre Bei elektronischen Systemen mit codier­tem Eingriff sperrt oder gibt die Übertra­gung eines Codes eine oder mehrere Funktionseinheiten (Startanlage, Kraft­stoffversorgung, Zündanlage) des Fahr­zeuges frei. Dies geschieht über das Steuergerät des Motormanagements (Bild 6).

Bei elektronischen Systemen in einer "Dieselumgebung" ist es ein Diesel-Dieb­stahl-Schutz (DDS, direkt an der Diesel­einspritzpumpe), der die elektrische Ab­stelleinrichtung (ELAB) aktiviert oder de­aktiviert und damit die Wegfahrsperre wirksam macht.

Bild 6

Wegfahrsperre mit codiertem Eingriff.

Aktivierungs- und Deaktivierung­systeme Zum Deaktivieren der Wegfahrsperre wird z.B. ein Funk- oder Infrarotsystem verwendet. Ein Handsender übermittelt nach Betätigung ein codiertes Signal an die Wegfahrsperre. Transpondersysteme tauschen über kur­ze Entfernungen codierte Signale mit ei­ner Empfangsspule aus, die z.B. um das Zündschloß herum angeordnet ist. Das System schaltet die Wegfahrsperre auto­matisch frei, sobald der Transponder, der z.B. im Schlüssel integriert sein kann, in den Empfangsbereich der Spule einge­bracht wird. Der selbsttätige Datenaus­tausch funktioniert ohne Zutun des Fah­rers und stellt damit eine weitere Steige­rung des Komforts dar. Mit einem elektronischen Schlüssel (die­ses System wird nur noch in wenigen Fahrzeugen eingesetzt) wird nach der galvanischen Kopplung von elektroni­schem Schlüssel und Wegfahrsperre das System deaktiviert. Anhand von Codetastaturen gibt der Fah­rer eine Geheimziffer ein und schaltet damit das System frei.

1 Sender (Fernbedienung) , 2 Steuergerät Wegfahrsperre, 3 Empfänger (Fernbedienung), 4 Mikrocomputer (a) mit Batterieanschluß (b), 5 Codiereinheit, 6 Zentralverriegelung, 7 Statusanzeige, 8 Steuergerät Motormanagement.

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Komfortsysteme

Fahrgeschwindig­keitsregler (Tempomat)

Aufgabe

Das Einhalten einer konstanten Fahr­zeuggeschwindigkeit über längere Strek­ken ist für den Fahrer ermüdend. Die auf­tretenden Schwankungen können vom Fahrer im Hinblick auf den Kraftstoffver­brauch nicht optimal ausgeregelt werden. Der Fahrgeschwindigkeitsregler (FGR), auch ,Jempomat" genannt, soll eine vom Fahrer vorgegebene Geschwindigkeit ei­nes Fahrzeugs über längere Strecken, möglichst unabhängig von Steigungen oder Gefällen, konstant halten.

Aufbau

Die Anlage für die Fahrgeschwindigkeits­regelung besteht aus folgenden Kompo­nenten: - Bedienhebel, - Fahrgeschwindigkeitssensoren (z.B.

Nutzung der Sensoren des ABS), elektronisches Steuergerät Ue nach Anlage im Motorsteuergerät integriert),

- Elektromotor als Stellglied zur Betäti­gung der Drosselklappe (Ottomotor) bzw. zur Regelung der Einspritz­pumpe (Dieselmotor),

- Schalter am Brems- und Kupplungs­pedal.

Arbeitsweise

Die Arbeitsweise wird am Beispiel eines Ottomotors erläutert, bei dem die Fahrge­schwindigkeitsregelung über die Dros­selklappenstellung erfolgt.

Bedienhebel Mit dem Bedienhebel lassen sich vier Funktionen ausführen: 1. Beschleunigen und Sollwerteingabe. Beim Betätigen dieser Taste beschleu­nigt das Fahrzeug, solange die Taste ge­drückt ist. Die beim Loslassen der Taste erreichte Geschwindigkeit wird als Soll­wert gespeichert ("gesetzt"). Durch kur­zes Tippen der Taste kann die Geschwin­digkeit in Stufen erhöht werden. 2. Verzögern und Sollwerteingabe. Beim Betätigen dieser Taste verzögert das Fahrzeug, solange die Taste ge­drückt ist. Die beim Loslassen der Taste erreichte Geschwindigkeit wird als Soll­wert gespeichert ("gesetzt"). Auch hier kann durch kurzes Tippen die Soll ge­schwindigkeit in Stufen verringert wer­den. 3. Ausschalten des FGR. Der Fahrgeschwindigkeitsregler wird durch Druck auf die AUS-Taste abge­schaltet. Der gespeicherte Geschwindig­keitssollwert bleibt so lange erhalten, bis die Zündung ausgeschaltet wird. 4. Wiederaufnahme (WA). Der gespeicherte Geschwindigkeitssoll­wert wird nach Betätigen dieser Taste wieder eingeregelt, wenn der Fahrge­schwindigkeitsregler ausgeschaltet war.

Sensoren Sensoren (z.B. Raddrehzahlsensoren des ABS) liefern Signale, aus denen der Istwert der Fahrgeschwindigkeit abgelei­tet wird.

Elektronisches Steuergerät Bei modernen Motorsteuerungssyste­men wird das Steuergerät für die Fahrge­schwindigkeitsregelung zunehmend in das elektronische Motorsteuergerät inte­griert.

Fahrgeschwin­digkeitsregler

271

Komfort­systeme

272

Es läßt sich in folgende Funktionsblöcke gliedern (Bild 1): - Auswertlogik (7), - Beschleunigungsregler (8) , - Geschwindigkeitsregler (9), - Stell regler (10), - Endstufe (11), - Sollwertspeicher (12), - Abschaltlogik (15) mit Schwellen für

Mindestgeschwindigkeit (13) und Ge­schwindigkeitsdifferenz (14),

- Überwachungseinheit (16) . Die Aus­wertlogik (7) setzt entweder das Wech­selspannungssignal der Geschwindig­keitssensoren (1) in ein digitales Signal um, oder sie liest einen alternativ verfüg­baren Geschwindigkeitswert ein (z.B. vom ABS). Dieser Wert wird mit dem im Sollwertspeicher vorgegebenen Wert verglichen. Beim Betätigen der Taste Sollwerteinga­be wird der Istwert der Fahrzeugge­schwindigkeit als Sollwert im Sollwert­speicher (12) gespeichert. Regelgröße ist die Abweichung der Istgeschwindigkeit von der Sollgeschwindigkeit. Die Aus­gangsgröße von Beschleunigungs- und

Bild 1

Bedien· schaUer

Geschwindigkeitsregler (8/9) ist ein Si­gnal für den Drosselklappenwinkel, das das Eingangssignal für den Stellregler ist. Der Stellregler steuert die Endstufe (11) für den Drosselklappen-Stellmotor (17) an und regelt mit Hilfe der Lagerückmel­dung durch das Potentiometer (18) den geforderten Drosselklappenwinkel ein. Der Geschwindigkeitsregler (9) ist im Re­gelbereich aktiv, um die eingestellte Soll­geschwindigkeit konstant zu halten. Der Beschleunigungsregler wirkt, wenn die Ist- und die Sollgeschwindigkeit stark voneinander abweichen (z.B. bei :Wie­deraufnahme") sowie beim Aktivieren der Funktionen "Beschleunigen und Setzen" sowie ,Yerzögern und Setzen". Dabei wird die Drosselklappe entsprechend einem vorgegebenen Verlauf verstellt. In Verbin­dung mit automatischen Getrieben be­steht zusätzlich die Möglichkeit, ausge­wählte Getriebeschaltungen zu aktivie­ren, um größere Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswerte zu erzielen. Der Fah­rer kann den Fahrgeschwindigkeitsregler abschalten, indem er die AUS-Taste (4), die Bremse (5) oder die Kupplung (6) be-

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tätigt. Das Eingangssignal für den SteIl­regler wird dann von der Abschaltlogik (15) ausgegeben. Dabei wird der Dros­selklappenwinkel auf den vom Fahrer über das Fahrpedal vorgegebenen Wert zurückgestellt. Bei Abschalten mit der Bremse oder der Kupplung geschieht dies sofort, bei Abschalten mit der AUS­Taste entsprechend einem vorgegebe­nen Verlauf. Eine automatische Abschaltung des Fahrgeschwindigkeitsreglers erfolgt bei: - Unterschreiten der Schwelle "Mindest-

destgeschwindigkeit" (13), die auf ca. 30 km/h eingestellt ist.

- Überschreiten der Schwelle "Ge­schwindigkeitsdifferenz" (14), wenn die Istgeschwindigkeit sehr weit unter die Sollgeschwindigkeit gefallen ist.

Die Überwachungseinheit (16) schaltet den Fahrgeschwindigkeitsregler bei Fahrsituationen ab, die der Fahrer nicht beeinflussen kann, z.B. bei einem Eingriff der Antriebsschlupfregelung (ASR) oder bei Aquaplaning. Beim Betätigen der Taste "Wiederauf­aufnahme" (WA,3) wird das Fahrzeug durch den Beschleunigungsregler bis zur gespeichterten Sollgeschwindigkiet be­schleunigt. Anschließend wird der Ge­schwindigkeitsregler aktiviert, um die Ge­schwindigkeit konstant zu halten. Wenn der Fahrer zeitweise durch Betätigen des Gaspedals mehr Gas gibt als die RegIer­einsteilung vorgibt, wird der Fahrge­schwindigkeitsregler nicht abgeschaltet. Eine weitere Aufgabe der Überwa­chungseinheit (16) ist die Überwachung der Ein- und Ausgangssignale sowie der Funktion des Stellgliedes. Wird ein Fehler erkannt, wird die Regelung bis zum Ende der Fahrt abgeschaltet.

Stellglied Der vom Stellregler über die Endstufe angesteuerte Stell motor (17) betätigt über ein Getriebe die Drosselklappe. Die Stellbewegung ist kontinuierlich. Bei einer Störung (Stellreglerfehler) des Stellmotors wird dieser abgeschaltet. Eventuell wird die Kraftstoffzufuhr redu­ziert, um einen sicheren Notfahrbetrieb zu ermöglichen.

Fremd kraftbetätigte Fensterantriebe

Aufgabe

Die Fenster- und Dachantriebe ermögli­chen ein automatisches Öffnen und Schließen der Fenster und des Schiebe­daches mit einem Druck auf einen Wip­penschalter.

Aufbau

Bei elektrischen Fensterantrieben sind zwei Systeme gebräuchlich:

Gelenkgetriebe (Anwendung rückläufig) Der Antriebsmotor (Elektromotor) treibt über ein Stirnrad ein Zahnsegment an, das mit einem Gelenkgetriebe verbun­den ist (Bild 2a).

Seilzuggetriebe (Hauptanwendung) Der Antriebsmotor treibt eine Seilzugan­lage an (Bild 2b). Die Platzverhältnisse in den Türen zwin­gen zu einerflachen Bauweise (Flachmo­toren). Das Untersetzungsgetriebe ist ein Schneckengetriebe, das selbsthemmend ausgeführt ist. Damit wird ein selbständi­ges, ungewolltes und gewaltsames Öff­nen des Fensters verhindert. Für ein gu­tes Dämpfungsverhalten während des Betriebes sorgt eine elastische Klauen­kupplung. Die elektronische Steuerung kann in ei­nem zentralen Steuergerät zusammen­gefaßt oder, um den Verkabelungsauf­wand zu minimieren, dezentral in den Fensterhebermotoren integriert sein. Diese Steiler erlauben eine Mehrfach­ausnutzung der Leitungen (Einsatz von Multiplexsystemen).

Arbeitsweise

Die Steuerung erfolgt mit Hilfe eines Wip­penschalters. Zur Erhöhung des Kom­forts können Fensterheber mit einer zen­tralen oder dezentralen Schließanlage gekoppelt sein. Es gibt auch Anlagen, bei denen die Fenster beim Verlassen des

Fenster­antriebe

273

Komfort­systeme

274

Fensterantriebe.

a System mit Gelenkgetriebe. b System mit Seilzug. 1 Antriebsmotor. 2 Führungsschiene. 3 Mitnehmer. 4 Gelenkgetriebe. 5 Antriebsseil.

4 2

Fahrzeuges automatisch geschlossen oder in eine Lüftungsstellung gefahren werden. Beim Schließen ist eine Kraftbe­grenzung ("Überschußkraftbegrenzer") vorgesehen. Dadurch wird ein gefährli­ches Einklemmen von Körperteilen ver­mieden. Nach § 30 StVZO muß der Ein­klemmschutz bei der Aufwärtsbewegung des Fensters in dem Verstellbereich 200 .. .4 mm (von der oberen lichten Fen­steröffnung gemessen) wirksam sein. Im Fensterantrieb integrierte Sensoren überwachen während des Betriebes die Drehzahl des Antriebsmotors. Wird eine Drehzahlverzögerung erkannt. so wird die Motordrehrichtung sofort umgekehrt. Um das Fenster jedoch bei jeder Auf­wärtsbewegung schließen zu können, wird vor dem Einfahren in die Fenster­dichtung der Einklemmschutz automa­tisch abgeschaltet und der Motor bis in die Blockierung gefahren. Hierbei erfolgt je­weils die Rückmeldung der Fensterposition.

Elektrisch gesteuerte Dachantriebe

Aufbau

Dachantriebe vereinigen häufig die Funk­tionen eines Hebe- und Schiebedaches. Hierfür sind spezielle Steuerungen erfor-

5 2 3

Bild 2

derlich, die entweder elektronisch oder elektromechanisch ausgeführt sein kön­nen. Bei der elektromechanischen Steue­rung sorgt eine mechanische Verriege­lung der zwei Endschalter dafür, daß aus der geschlossenen Dachposition je nach Polarität an den Anschlußklemmen das Dach entweder geöffnet oder angehoben werden kann. Ein Polaritätswechsel bei geöffnetem bzw. angehobenem Dach lei­tet jeweils den Schließ- bzw. Senkvor­gang ein. Soll das Hebe- und Schiebe­dach an eine zentrale Schließanlage an­geschlossen werden, bietet eine elektro­nische Steuerung mit integrierter Kraftbe­grenzung Vorteile.

Arbeitsweise

Der Antrieb des Daches wird über Seilzü­ge oder zug- und drucksteife Bedie­nungskabel bewerkstelligt. Der Antriebs­motor ist vorwiegend im Dach direkt oder im Heckbereich des Fahrzeuges (z.B. im Kofferraum) untergebracht. Als Antriebs­motoren dienen permanenterregte Schneckengetriebemotoren mit einer Ab­gabeleistung von ca. 30 W. Die Motoren sind durch einen Thermoschutzschalter (rückläufig) oder Software-Thermo­schutz (hauptsächlich) vor thermischer Überlastung gesichert. Die elektronische Steuerung übernimmt ein Mikrocomputer, der die Signalaus-

gänge auswertet und die Position des Daches überwacht. Die Null- und End­stellung des Daches werden mit Hilfe von Mikroschaltern oder Hallsensoren kon­trolliert. Folgende Zusatzfunktionen las­sen sich mit relativ geringem Zusatzauf­wand realisieren: - vorwählbare Positionssteuerung, - automatisches Schließen durch ein

Signal des Regensensors, - Motordrehzahlsteuerung und - elektronischer Motorschutz.

Bei Ausfall der elektrischen Anlage muß sichergestellt sein, daß sich das Dach mit einfachen Bordwerkzeugen (z.B. Kurbel) schließen läßt.

Lenkradverstellung

Aufbau

Die Verstelleinrichtung der Lenksäule be­steht aus je einem selbsthemmenden Getriebe mit Elektromotor pro Verstell­ebene. Sie sitzt in oder an der Lenksäule.

Arbeitsweise

Die Verstellung der Lenksäule erfolgt wahlweise durch manuelle Betätigung ei­nes Positionsschalters oder durch Kopp­lung mit der programmierbaren Sitzver­stellung. Als Hilfe zum Ein- und Ausstei­gen kann bei ausgeschalteter Zündung die Lenksäule hochgeschwenkt werden.

Sitzverstellung Aufgabe

Die elektrische Sitzverstellung erlaubt eine motorische Einstellung der ge­wünschten Sitzposition, d.h. die Einstel­lung der Sitzhöhe und -länge, der Sitzflä­chen- und Lehnenneigung sowie der Höhe der Kopfstützen. Die programmier­bare Sitzverstellung speichert die perso­nenspezifische Einstellung und ermög­licht deren Abruf. Die Lenkradverstellung rundet das Komfortsystem nach oben ab.

Aufbau

Ein gebräuchliches Sitzuntergestell hat vier kompakte Getriebe, an die jeweils die Motoren angeflanscht sind. Motor und Getriebe sind jeweils mit Vierkantwellen gekoppelt (Bild 3). Hierbei ist ein Getrie­be als Höhenverstell-, das zweite als kombiniertes Längs- /Höhenverstellge­triebe ausgeführt. Die Einheit zur Tiefen­verstellung der Sitzkissen fehlt bei einfa­chen Sitzen. Ein weiteres System besteht aus drei gleichen Getriebemotoren mit vier Höhen- und zwei Längsverstellge­trieben. Die Getriebe werden von den Getriebemotoren mit biegsamen Wellen angetrieben. Dieses System ist sehr uni­versell und an keine spezielle Sitzkon­struktion gebunden. Bei bestimmten Sitzausführungen ist nicht nur der Beckengurt am Sitzgestell, sondern auch der Schultergurt ein­schließlich Höhenverstellung, Gurtauf­roller und Gurtstraffer an der Sitzlehne befestigt. Dieser Sitzaufbau gewährlei­stet einen optimalen Gurtverlauf sowohl für unterschiedliche Insassengrößen als auch für alle einstellbaren Sitzpositionen und bildet einen wesentlichen Beitrag zur Insassensicherheit. Diese Ausführung verlangt eine Versteifung des Sitzgestel­les und eine Verstärkung der Getriebe­komponenten einschließlich der Verbin­dung zum Sitzgestell.

Arbeitsweise

Bis zu sieben Motoren führen folgende Funktionen aus: - Höhenverstellung Sitzfläche

vorn/ hinten, - Längsverstellung Sitz, - Verstellung Sitzkissentiefe, - Neigungsverstellung Rückenlehne, - Lehnenknickung (oberes Drittel der

Lehnen), - Höhenverstellung Kopfstütze.

Elektrische Sitzverstellung Die für den jeweiligen Fahrer günstigste Sitzposition wird mit Druck auf entspre­chende Handverstelltasten "angefah­ren".

Dachantriebe, Lenkrad- und Sitz verstellung

275

Komfort­systeme

276

Programmierbare Sitzverstellung Die programmierbare elektrische Sitzver­stellung als Ausbaustufe ermöglicht eine Speicherung der eingestellten Sitzpositi­on und die wiederholten Abrufe zuvor ein­gestellter und gespeicherter Sitzpositio­nen. Die Positionsrückmeldung erfolgt über Potentiometer oder Sensoren. Sie melden die Augenblicksstellung von Sitz,

Bild 3

Elektromechanische Sitzverstellung.

Slelleinheiten für 1 Wölbung der Rückenlehne, 2 Winkelverslellung der Rückenlehne, 3 Tiefenverslellung der Sitzkissen, 4 HÖhenverstellung der Kopfstütze, 5 Höhenverslellung des Sitzes, 6 Längsverstellung des Sitzes.

Lehne oder Kopfstütze an das Steuerge­rät zurück. Über Transistorendstufen und Relais werden die Stell motoren so lange angesteuert, bis die zurückgemeldete Position mit der gespeicherten überein­stimmt. Als Einstiegshilfe zum Rücksitz kann bei zweitürigen Fahrzeugen der Vordersitz vollständig vorgefahren werden.

Elektronische Heizungsregelung

Aufgabe

Die Anlagen zur Heizung und Klimatisie­rung eines Fahrzeuges (Klimaanlage) haben folgende Aufgaben : - ein behagliches Klima für alle Insassen

bei unterschiedlichen Außentempera­turen zu schaffen (Bild 4),

- gute Sicht durch alle Scheiben sicher­zustellen,

- dem Fahrer ein belastungs- und er­müdungsfreies Umfeld zu bieten,

- die Klimatisierungsluft durch Filter von Partikeln (Pollen, Stäube) und sogar Gerüchen zu reinigen.

Die Funktion der Heizung, besonders in Verbindung mit dem Freihalten der Schei­ben von Beschlag und Eis, ist in vielen Ländern gesetzlich geregelt (z.B. im Be­reich der EU durch die Richtlinie EWG 78/317, in USA durch die Sicher­heitsnorm MVSS 103).

Arbeitsweise

Wechselnde Außentemperatur und wechselnde Fahrgeschwindigkeit verur­sachen Temperaturschwankungen im In­nenraum, die bei ungeregelten Anlagen ein ständiges Nachregulieren von Hand erforderlich machen. Die elektronische

Bild 4

Behagliche Innenraumtemperatur und Luft­durchsatz als Funktion der Außentemperatur.

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Heizungsregelung hingegen hält die ge­wünschte und eingestellte Temperatur des Fahrzeuginnenraumes weitgehend konstant. Bei wasserseitig geregelten Heizungen messen Temperatursensoren die Tempe­ratur des Fahrzeuginnenraumes und der austretenden Luft. Die Ergebnisse wer­den bewertet und vom Regler mit dem eingestellten Sollwert verglichen. Der Regler gibt in regelmäßigem Rhythmus Impulse an ein im Kühlmittelkreislauf lie­gendes Magnetventil, das dadurch mit einer bestimmten Taktfrequenz öffnet und schließt. Die Veränderung des Öff­nungsanteils innerhalb gleichbleibender Taktdauer ermöglicht die Regelung des Durchflußes von Null bis zum Maximum. In luftseitig geregelten Anlagen wird die Temperatur-Mischklappe meist über ei­nen elektrischen Getriebemotor (seltener auch über pneumatische Linearantriebe) stufenlos verstellt. Für besondere An­sprüche gibt es Anlagen, die eine ge­trennte Regelung für den rechten und den linken Fahrzeugbereich ermöglichen.

Elektronisch geregelte Klimaanlage

Aufgabe

Die Heizung kann die Aufgabe, Behag­lichkeit zu erzeugen, nur zum Teil erfül­len. Bei Außentemperaturen über 20 oe lassen sich die erforderlichen Innentem­peraturen nur durch Kühlung der Luft mit Hilfe von Kompressionskälteanlagen er­zeugen (Bild 5). Der gekühlten Luft wird außerdem die mitgeführte Feuchtigkeit als Kondenswasser entzogen und so die gewünschte Trocknung erreicht. Besonders bei Fahrzeugen mit Heiz- und Kälteanlagen ist eine Klimaautomatik vorteilhaft, denn für die Insassen ist es sehr schwierig, alle erforderlichen Ein­steIlmaßnahmen für ein angenehmes Kli­ma zu erkennen und vorzunehmen. Das gilt besonders für Busfahrer, die selbst nur die Temperatur im Frontbereich des Fahrzeuges empfinden. Automatische Regelungen mit Pro-

Heizungs­regelung, Klimaanlage

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Komfort­systeme

278

Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage.

1 Kompressor, 2 Eiektrokupplung (für Kompressor ein/ aus), 3 Kondensator, 4 Zusatzgebläse, 5 Hochdruckschalter, 6 Flüssigkeitsbehälter mit Trocknereinsatz, 7 Niederdruckschalter, 8 Temperaturschaller bzw. Zweipunktregelung (für Kompressor ein/aus) , 9 Temperatursensor, 10 Kondenswasserwanne, 11 Verdampfer, 12 Verdampfergebläse, 13 Gebläseschalter, 14 Expansionsventil.

- Hochdruck flüssig -=-: Hochdruck gasförmig

Sau gd ruck flüssig = Saugdruck gasförmig

Bild 5

grammwahl haben die Aufgabe, selbsttä­tig für richtige Innentemperatur, Luftmen­ge und Luftverteilung zu sorgen. Diese Größen sind stets miteinander verknüpft und nicht frei veränderbar.

Arbeitsweise

Der Kompressor (Bild 5, Pos.1) verdichtet und erhitzt das dampfförmige Kühlmittel. Es kühlt anschließend im Kondensator (3) ab und verflüssigt sich. Die anfallende Wärme wird an die Umgebung abgeführt. Ein Expansionsventil (14) spritzt das ab­gekühlte Kältemittel in den Verdampfer (11) ein, wo es verdampft und der eintre­tenden Frischluft die erforderliche Ver­dampfungswärme entzieht. Der gekühl­ten Luft wird die mitgeführte Feuchtigkeit als Kondenswasser entzogen, so daß sie trocknet. Ein Temperaturregelkreis für die Innen­raumtemperatur bildet das Herzstück der Anlage. Der zu ermittelnde Sollwert der Temperatur (wie bei "Elektronische Hei­zungsregelung" beschrieben) wird durch

luftseitige Regelung oder durch wasser­seitige Regelung (Bild 6) erreicht. Die vom Gebläse (Pos. 1) angesaugte Frisch­luft (a) wird je nach Temperaturlage vom Verdampfer (2) gekühlt oder vom Heiz­körper (4) erwärmt und gelangt dann je nach Klappenstellung in die gewünsch­ten Bereiche des Innenraums (b, c, f) . Das elektronische Steuergerät (8) erfaßt über verschiedene Temperatursensoren (3, 5, 7) sowohl alle wichtigen Einfluß- und Störgrößen als auch die von den Insas­sen am Sollwertsteller (6) gewählte Tem­peratur und bildet daraus laufend den Sollwert. Dieser Sollwert wird mit der Ist­temperatur verglichen, und die festge­stellte Differenz erzeugt im Steuergerät Führungsgrößen für die Heizungs- (4, 11), Kühlungs- (2, 10) und Luftmengenre­gelung (1). Eine weitere Funktion aktiviert die Klappensteuerung für die Luftvertei­lung (b, c, d, e, f) - abhängig vom Pro­gramm, das die Insassen eingestellt ha­ben. Alle Regelkreise lassen sich über Handeingabe beeinflussen. Die Luftmenge kann durch Einstellung

verschiedener Gebläsestufen oder stu­fenlos auf den Sollwert gebracht werden. Im allgemeinen handelt es sich um eine Steuerung ohne Istwert-Verarbeitung. Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten reicht diese Einrichtung nicht aus, weil der da­bei auftretende Staudruck die Förder­menge erhöht. Eine spezielle Steuerung kann mit zunehmender Fahrgeschwin­digkeit zunächst die Gebläsedrehzahl bis zum Stillstand verringern und bei noch weiter steigendem Staudruck den eintre­tenden Luftstrom über eine Drosselklap­pe begrenzen. Die Luftverteilung über die drei Ebenen der Entfroster- (b) , Mittel- (c) und Fußraumdüsen (f) wird entweder manuell, programmiert oder vollautoma­tisch vorgenommen. Sehr verbreitet sind programmierte Bedienschalter, mit de­nen sich jeweils durch einen Tastendruck bestimmte Aufteilungen der Luft auf die drei Ebenen einstellen lassen. Ein Sonderfall ist der Entfrostungsbetrieb (Einstellung "DEF"). Um beschlagene

Bild 6

oder vereiste Scheiben möglichst schnell frei zu bekommen, muß der Temperatur­regler auf höchste Heizleistung, das Ge­bläse auf höchste Drehzahl und die Luft­verteilung auf "oben" verstellt werden. Bei Programmschaltern und Vollautomatik geschieht dies durch einen einzigen Ta­stendruck, wobei bei Temperaturen über o oe zur Trocknung der Luft auch die Käl­teanlage mitläuft. Um bei Kaltstart im Winter Zugerscheinungen durch die noch ungeheizte Luft zu vermeiden, wird das Gebläse durch elektronische Verriege­lung bis zum Erreichen mittlerer Kühlmit­teltemperaturen angehalten, ausgenom­men bei Einstellung "DEF" und Kühlung. Die beschriebenen Ausführungen gelten sowohl für Pkw als auch für Lkw. Beson­ders aufwendig ist die Klimaregelung für Busse. Der Innenraum dieser Fahrzeuge wird in Regelzonen aufgeteilt, deren Tem­peratur getrennt durch elektronische Drehzahlregelung der jeweils zugeord­neten Wasserpumpe beeinflußbar ist.

Elektronisch, wasserseilig geregelte Klimaanlage (Prinzip).

1 Gebläse, 2 Verdampfer, 3 Verdampfertemperatursensor, 4 Heizkörper, 5 Ausblastemperatursensor. 6 Sollwertsteller, 7 Innenfühler (belüftet) , 8 elektronisches Steuergerät, 9 Entwässerung,

10 Kompressor, 11 Magnetventil.

a Frischluft, b Entfrostung, c Belüftung, dUmluft, e Bypass, f Fußraum.

Klimaanlage

279

Informations­systeme

280

Informationssysteme

Navigationssysteme

Aufgabe

Kraftfahrer finden sich bei Fahrten in un­bekannten Gegenden oder auf Umlei­tungsstrecken oft nicht zurecht. Sie wer­den bei der Suche nach der richtigen Strecke vom Verkehrsgeschehen abge­lenkt oder sie müssen anhalten und ihre Route mit Hilfe einer Straßenkarte su­chen bzw. neu bestimmen. Navigationssysteme bieten dem Kraft­fahrer Hilfen bei der Orientierung in ihm unbekannten Gegenden. Die Möglich­keiten reichen von der einfachen Orien­tierungshilfe bis hin zum Zielführungssy­stem mit automatischer Fahrtroutenbe­rechnung. Diese Systeme empfehlen die optimale Strecke unter Berücksichtigung der Stausituation und berechnen eine neue Streckenführung, wenn der Fahrer von der Route abgekommen ist oder ei­nen dem System noch nicht gemeldeten Stau umfahren möchte. Sie sind zur Zeit unter der Bezeichnung "Verkehrstele­matik" in der Entwicklung, setzen aber eine Infrastruktur, z.B. RDSITMC'), vor­aus. Der Fahrer erhält die Informationen ver­ständlich und rechtzeitig mitgeteilt. Er wird so möglichst wenig vom Verkehrsge­schehen abgelenkt, und es bleibt ihm genügend Zeit zum Reagieren. Eine Ge­fährdung anderer Verkehrsteilnehmer wird so vermieden. Die wichtigste Aufgabe dieser Systeme ist die Feststellung der eigenen Position (Eigenortung), da nur hieraus exakte In­formationen für die weitere Fahrstrecke bestimmt werden können.

') RDS Badio Qata .system. TMC Iraffie Message .Qhannel.

Aufbau

Alle Systeme haben eine Ortungsvorrich­tung einschließlich geeigneter Sensoren zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeug­position, eine Zieleingabevorrichtung mit Prioritäts- und Optimierungskriterien so­wie eine Ausgabeeinheit, die dem Fahrer Hinweise auf günstige Wege zu seinem Ziel gibt. Art und Anzahl der Komponen­ten hängen vom Ausbau des jeweiligen Systems ab. Zusätzliche Komponenten, wie z. B. Datenspeicher für digitalisierte Straßenkarten, ergänzen das System.

Arbeitweise

Um die eigene Position zu bestimmen, vergleichen Ortungssysteme ständig das gespeicherte Straßennetz mit den ermit­telten Fahrzeugbewegungen und korri­gieren Abweichungen automatisch. Sy­steme mit gelegentlichen Positionsab­gleichen konnten sich nicht durchsetzen. Moderne Systeme haben die im folgen­den beschriebenen Komponenten und weisen eine Ortungsgenauigkeit - am Beispiel eines Bosch-"TraveIPilot" - von ± 5 Metern auf.

Radsensoren Radsensoren erfassen die Umdrehung der Räder einer Achse. Daraus werden zyklisch Fahrstrecke und Richtungsän­derungen berechnet, die sich aus der Dif­ferenz der Umdrehungen zwischen kur­venäußerem und kurveninnerem Rad er­geben. Die Sensoren müssen Bewegun­gen auch bei geringsten Geschwindigkei­ten erfassen, um beim Rangieren oder bei "Stop-and-Go-Verkehr" einen Orien­tierungsverlust zu vermeiden.

2) GPS Global Eositioning .system

Erdmagnetfeldsonden Erdmagnetfeldsonden bestehen aus ei­nem Ringkern, in dem mit einer Erreger­wicklung ein dreieckförmiges Wechsel­feld erzeugt wird. Das magnetische Gleichfeld der Erde überlagert sich dem Wechselfeld. Die in den beiden Sensor­spulen induzierten Spannungsimpulse erlauben die Horizontalkomponenten des Erdmagnetfeldes zu bestimmen (Flux-Gate-Prinzip) und ermöglichen da­mit eine Bestimmung der Eigenposition.

Vor dem ersten Einsatz des Navigations­systems müssen Einflüsse auf das Ma­gnetfeld durch Eisenmasse und Verbrau­cherströme bestimmt werden, damit der Mikrocomputer des Steuergerätes diese rechnerisch kompensieren kann.

Satellitenortungssystem Empfänger für das Satellitenortungssy­stem GPS2) können als alternative, zu­sätzliche oder parallel arbeitende Senso­ren verwendet werden.

Die Kombination von Radsensoren , Ma­gnetfeldsonde und GPS wird zunehmend durch Tachosignale, Drehratensensoren und GPS ersetzt.

Zielauswahl Die Zieleingabe in Form von Koordina­ten ist kompliziert und deshalb unge­bräuchlich . Systeme mit ausreichend großem Speicher für Straßen- und Na­mensverzeichnisse ermöglichen dem Fahrer die Eingabe postalischer Adres­sen. Die Umsetzung in die für die Ortung benötigten Koordinaten übernimmt das System selbst. Zusätzlich notwendige In­formationen wie die Lage von Einbahn­straßen , vorhandene Durchfahrtsbe­schränkungen oder eingegangene bzw. eingehende Staumeldungen beziehen moderne Systeme bei der Auswahl der Fahrstrecke automatisch mit ein.

Die Auswahlmöglichkeit fahrzeugbezo­gener oder touristischer Ziele wie Werk­stätten, Tankstellen, Restaurants, Hotels und Sehenswürdigkeiten steigern den Nutzen komfortabler Systeme erheblich.

Straßenpianspeicher Der Straßenpianspeicher muß genügend Kapazität haben, um alle notwendigen Daten des Aktionsradius eines Fahrzeu­ges bereitstellen zu können . Ein Daten­trägerwechsel sollte nur selten notwen­dig und leicht durchführbar sein. Die CD-ROM als Datenträger mit einer Kapazität von ca. 650 MB kann z.B. das gesamte Straßennetz Deutschlands mit allen Nebenstraßen speichern, hat aber wegen der mechanischen Bewegungen des Laserkopfes Zugriffszeiten im Se­kunden bereich (Bild 1).

Routenberechnung Systeme, die bereits über detaillierte Straßendaten verfügen, können diese sowohl zur Korrektur der Ortung als auch zur Berechnung einer Route verwenden . Hierzu müssen die Daten z. B. um den Fahrzeitbedarf für einzelne Abschnitte, Brücken, Einbahnstraßen und Durch­fahrtsbeschränkungen ergänzt werden. Die Routenberechnung muß immer so schnell ablaufen, daß der Fahrer auch dann noch eine Richtungsempfehlung vor der nächsten Kreuzung erhält, wenn er der vorausgegangenen Empfehlung nicht gefolgt ist.

Bild 1 Monitor des Zielführungssystems .. TraveIPilot ". Darstellung der Routenführung per Straßenkarte sowie weiterer Informationen.

Navigations­systeme

281

Informations­systeme

282

Fahrtrichtungsempfehlungen Eine Fahrtrichtungsempfehlung ist das Ergebnis eines von dem Rechner durch­geführten Vergleichs zwischen Position und berechneter Route. Einfache Syste­me zeigen nur Luftlinienentfernung und -richtung zum Ziel an. Der Fahrer muß diese Information zur Wahl seiner Route selbst interpretieren, ohne einen Über­blick über das umgebende Straßennetz zu haben. Navigationskomponenten wie der "Tra­velPilot RG05" zum Blaupunkt Autoradio "Berlin" oder das "Stand Alone"-System heben wahlweise eine berechnete Route farbig in der Darstellung hervor (Bild 1) oder geben akustische und optische Empfehlungen, wie das Ziel erreicht wer­den kann. Die Darstellung auf dem Dis­play ist dann auf die leicht zu erfassende empfohlene Fahrtrichtung an der näch­sten Kreuzung und die Entfernung bis dorthin reduziert. Die akustische Ausga­be erfolgt nur, wenn ein Abbiegevorgang empfohlen wird. Auf diese Weise wird der Fahrer nur geringfügig vom Verkehr ab­gelenkt.

Bild 2

Struktur eines Kfz-Informationssystems.

Kfz-Informations -system

Aufgabe

Zusätzlich zu den Anzeige- und Bedien­elementen für die überwiegend fahr­zeugbezogenen Funktionen gibt es im­mer mehr Informations-, Kommunika­tions- und Komfortanwendungen im Kraftfahrzeug. So gehört ein Radio nahe­zu zur Standardausstattung. Telefon, Na­vigationssystem usw. folgen diesem Trend. Jede dieser weiteren Anwendun­gen würde eine eigenständige Anzeige, speziell gestaltete Bedienelemente und eine unterschiedliche Vorgehensweise bei der Bedienung erfordern. Diese Viel­falt würde den Fahrer zusätzlich belasten und genügt u.a. auch wegen der Ver­kehrssicherheit nicht mehr den künftigen Anforderungen. Das Kfz-Informationssystem hat deshalb die Aufgabe, dem Fahrer eine einheitliche "Benutzeroberfläche" für mehrere unter­schiedliche Anwendungen zu bieten.

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TELECOM BLAUPUNKT BOSCH

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Zentrales Anzeige· und Bedienteil

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<:;::::J zum Antriebsstrang zum Innenraum q

11 11 11 11 Unterhaltung Telekommunikation Komfort Kontrolle

Rundfunk, Teleion, Fax, Navigation, Bordcomputer, Fernsehen, E-Mail, Notruf, RDS-TMC. Rückfahrhilfe, Laufwerke: Service -Provider, Verkehrstelematik, Alarmanlage, - Audio, Internet. Klimaanlage. Wegfahrsperre, - Video. Diagnose.

Aufbau

Das Kfz-Informationssystem faßt die An­zeige und Bedienung mehrerer An­wendungen in einer zentralen Anzeige­und Bedieneinheit zusammen. Die in der Summe deutlich reduzierte Zahl an Ein­und Ausgabeelemente kann damit leich­ter nach ergonomischen Gesichts­punkten im Kraftfahrzeug angeordnet werden. Mit diesem Kfz-Informationssystem läßt sich außerdem die Fahrzeuginstrumen­tierung (trotz zusätzlicher Anwendungen) für den Fahrer übersichtlich gestalten, was letztlich auch der Verkehrssicherheit zugute kommt. Die Anzeige- und Bedieneinheit tauscht über ein Bus-System (z.B. CAN) mit den angeschlossenen Komponenten gegen­seitig (bidirektional) Informationen zur Steuerung und zur Darstellung entspre­chender Informationen auf der Anzeige aus.

Arbeitsweise

Eingabe Die Eingabe der wichtigsten Bedien­funktionen erfolgt vorzugsweise über im unmittelbaren Greifraum des Fahrers "blind findbare" Eingabeelemente, vor­teilhaft auch über Bedienelemente am Lenkrad. Umfangreichere Eingaben (wie z.B. das Erstellen einer Telefonkurz­wahlliste) werden aus Sicherheitsgrün­den nur bei stehendem Fahrzeug zu­gelassen.

Informationsausgabe Die Zentralanzeige dient der Darstellung unterschiedlichster Bildinhalte wie z.B. Texte, Bilder, Videos.

Für den Fahrer während der Fahrt wichti­ge Informationen (wie z.B. Name des empfangenen Verkehrsfunksenders oder ein Richtungspfeil als Navigationsan­weisung) können vorteilhaft auf einer An­zeige im Kombiinstrument dargestellt werden. Eine Sprachausgabe kann die optische Anzeige zusätzlich unterstüt­zen.

Ausblick

In Zukunft wird eine Spracheingabe für beliebige Systemfunktionen den Fahrer zusätzlich entlasten können.

Einparksysteme Aufgabe

Viele moderne Karosserien schränken beim Rückwärtsfahren die Sicht so ein, daß Hindernisse nur schlecht und in vie­len Fällen überhaupt nicht erkannt wer­den können . Besonders bei niedrigen Hindernissen in Form von Begrenzungs­steinen oder bei Fahrzeugen mit flacher Motorhaube verliert der Fahrer das Ge­fühl für den tatsächlichen Abstand und kann deshalb häufig den vorhandenen Parkraum nicht optimal nutzen. Einpark­systeme und Rückfahrhilfen sollen dem Autofahrer den Abstand zu einem Hinder­nis signalisieren oder direkt anzeigen, um das Einparken und das Rangieren zu er­leichtern.

Aufbau

Einparksysteme gibt es sowohl mit rei­ner Rückraumüberwachung als auch mit Rundumüberwachung. Die Unterschiede liegen bei der Anzahl und der Anordnung

Bild 3

Erfassungsbereich von Ultraschallsensoren tür die Rückraumüberwachung.

Kfz­Informations-/ Einpark­systeme

283

Informations­systeme

284

der Sensoren sowie bei der Anzeigeein­heit (LCD mit digitaler Anzeige, LED oder Lampen und teilweise auch akustische Signalisierung). Die Ultraschallsensoren, die sowohl einen Ultraschallsender als auch -empfänger enthalten, sind mit ei­nem Steuergerät verbunden. Das Steuer­gerät liefert die Betriebsspannung für die Sensoren, steuert diese an, wertet deren Empfangssignale zur Berechnung des Hindernisabstandes aus und teilt diese Ergebnisse der Anzeigeeinheit mit.

Arbeitsweise

Meßprinzip Die Systeme arbeiten nach dem Echolot­verfahren. Die Sensoren werden perio­disch reihum angesteuert und senden dann 30-kHz-Ultraschalisignale aus. An­schließend schalten alle Sensoren auf Empfang um und nehmen die von Hinder­nissen reflektierten Schallwellen auf. Aus den Laufzeiten der Echosignale lassen sich der Abstand zum Hindernis und des­sen örtliche Lage berechnen.

Funktion Nach dem Einbau wird das System mit einem Kalibriermodus an die Einbaube­dingungen angepaßt. Es wird mit der Zündung eingeschaltet und startet einen Selbsttest, der alle Anzeigen zur Kontrol­le einschaltet und die Sensorfunktionen prüft. Die Bereitschaftsanzeige signali­siert die korrekte Funktion. Bei System­fehlern (z.B. Kabelbruch) oder akusti­schen Störungen (z.B. Preßlufthammer) wird eine Warnung ausgegeben.

Rückraumüberwachung (Bild 3) Bei reiner Rückraumüberwachung wird das System abweichend von der Rund­umüberwachung nur eingeschaltet, wenn der Rückwärtsgang eingelegt wird. Bei Vorwärtsfahrt bleibt es abgeschaltet.

Rundumüberwachung (Bild 4) Bei Rundumüberwachung sind die Sen­soren vorne bei Geschwindigkeiten un­ter 15 km/h immer und hinten nur bei ein­gelegtem Rückwärtsgang aktiviert. Alle Sensoren können manuell abgeschaltet

werden, um bei "Stop-and-Go-Verkehr" ständige Warnungen zu vermeiden.

Komponenten

Ultraschallsensoren Für Einparksysteme wurden Sensoren entwickelt, die sich sehr gut und vor al­lem flächenbündig in die Karosserie oder die Stoßfänger einbauen lassen. Durch die Integration der Schaltung eines Sen­sors in einem integrierten Schaltkreis ist eine sehr kleine Bauform und damit höch­ste Genauigkeit und Zuverlässigkeit für diese Anwendung möglich. Zusätzlich wurde hierdurch der Verkabelungsauf­wand reduziert. Ultraschallsensoren eig­nen sich für Erfassungsbereiche von maximal 5 m.

Aufbau Der Sensor besteht aus einem Alumini­umtöpfchen mit einer Piezoscheibe als Schallgeber und -aufnehmer, sowie der

Bild 4

Erfassungsbereich des Einparksystems mit Rundum­überwachung.

kompletten Elektronik zur Ultraschaller­zeugung und zur Auswertung der reflek­tierten Schallwellen. Die übertragenen Pegel entsprechen der Spannung der Logikschaltung und sind daher störun­empfindlich. Eine Abschirmung der Zulei­tungen zum Steuergerät ist deshalb nicht notwendig.

Sende- und Empfangscharakteristik Für Einparkhilfen ist festgelegt, daß ne­ben einem vertikalen Bereich (ca. 50°) vor allem ein breiter horizontaler Bereich (ca. 120°) erfaßt wird. Das begrenzt den Überwachungsabstand auf 2 m. Eine Fahrzeugseite kann dann mit vier Senso­ren schon fast lückenlos erfaßt werden. Um "lückenlos" abgesichert zu sein, bie­tet sich ein System mit vier Sensoren für den hinteren Bereich und sechs Senso­ren für den vorderen Bereich (mit Absi­cherung der vorderen Ecken, Bild 4) an.

Steuergerät Kernstück des Steuergerätes ist ein Mi­kroprozessor, dessen verstärkte Signale die Sensoren ansteuern. Über eine An­paßschaltung erhält er deren Echosi­gnale und wertet diese aus. Neben den Abstandsberechnungen sowie dem Ma­nagement der Sende- und Empfangs­funktionen überwacht er sämtliche Sy­stemkomponenten. Alle erkannten Feh­ler und Störungen werden in einem nicht­flüchtigen Datenspeicher gesichert, was ein Auslesen und eine Analyse in der Werkstatt ermöglicht. Das Steuergerät versorgt außerdem die Sensoren und die Anzeigeeinheit mit der nötigen Betriebs­spannung und enthält neben den Signal­verstärkern auch diejenigen Schaltun­gen, die für die Ansteuerung der Warn­und Anzeigeelemente benötigt werden.

Warn- und Anzeigeelemente Der Abstand zum vorderen oder hinteren Hindernis muß dem Fahrer geeignet mit­geteilt werden. Zur Signalisierung des Abstandes können optische Anzeigen (Lampen, LED, LCD) und akustische Warnelemente verwendet werden. Da der Fahrer mit einer Einparkhilfe nicht von seiner Sorgfaltspflicht beim Rück-

wärtsfahren befreit ist, muß er den Blick dann nach hinten richten und kann eine optische Anzeige im Instrumentenfeld nicht ständig einsehen. Kombinationen aus optischen und akustischen Elemen­ten bieten sich deshalb an.

Optische Anzeige Die optische Anzeige signalisiert den Be­triebszustand und gibt die Entfernung di­rektan. Dazu dientz.B. zweckmäßig eine Balkenanzeige (Bargraph) auf einem LCD-Display. Im weiten Bereich (> 1 m) leuchtet z.B. ein Segment grün, im Warn­bereich ( 1 m) für jeweils 5 cm Abstand ein Segment gelb, und im kritischen Be­reich « 30 cm) ein rotes Segment.

Akustische Warnung Im Warnbereich, d.h. bei Abständen un­ter einem Meter, wird eine akustische Warnung gegeben, um die Annäherung deutlich anzukündigen. Gebräuchlich ist ein unterbrochener Ton, dessen Pausen mit sich verringerndem Abstand kürzer werden. Wird der kritische Bereich er­reicht, ertönt ein Dauerton. Mit nur einem Leuchtelement und einem Tonerzeuger lassen sich die Abstandsbe­reiche durch eine geeignete Kombination der Funktionen ausreichend genau si­gnalisieren.

Abstandsberechnungen

Die Sensoren werden nacheinander alle 25 ... 30 ms für etwa 150 IJs angesteuert und senden - bedingt durch ein Nach­schwingen - jeweils einen Ultraschallim­puls von ca. 1 ms Dauer. Nach jedem Impuls schalten alle Sensoren auf Emp­fang, um die reflektierten Schallwellen zu "hören". Aus den Laufzeiten des Schalls kann der Abstand zu Hindernissen be­rechnet werden. Bei breiten Hindernissen (z. B. Fahrzeug, Wand) entspricht der tatsächliche Ab­stand der kürzesten Meßentfernung. Doch auch bei Einzelhindernissen (z. B. Mast, Begrenzungsstein o.ä.) kann das System, da alle Sensoren "mithören", den Abstand zwischen Hindernis und Stoß­fänger berechnen.

Einpark­systeme

285

Insassen­Sicherheits­

systeme

286

Insassen­Sicherheitssysteme

Sicherheit am Kraftfahrzeug

Aktive und passive Sicherheit

Aktive Sicherheitssysteme helfen, Unfäl­le zu vermeiden und tragen damit vorbeu­gend zur Sicherheit im Straßenverkehr bei. Ein Beispiel für die aktive Fahrsicher­heit ist das Antiblockiersystem ABS von Bosch, das das Fahrzeug auch in kriti­schen Bremssituationen stabilisiert und die Lenkbarkeit dabei aufrechterhält. Passive Sicherheitssysteme dienen dem Schutz der Insassen vor schweren Verlet­zungen. Sie senken die Verletzungsge­fahr und mildern die Unfallfolgen. Ein Beispiel für die passive Sicherheit ist der Airbag, der die Insassen schützt, wenn ein Unfall nicht vermieden werden konnte.

Bild 1

Insassen­Rückhaltesysteme

Sicherheitsgurte und Gurtstraffer Aufgabe Sicherheitsgurte haben die Aufgabe, die Insassen eines Fahrzeuges im Sitz zu­rückzuhalten, wenn dieses auf ein Hin­dernis aufprallt. Gurtstraffer verbessern die Rückhalteei­genschaften eines Dreipunkt-Automatik­gurtes und erhöhen den Schutz vor Ver­letzungen. Sie ziehen bei einem Frontal­aufprall die Sicherheitsgurte enger an den Körper und halten den Oberkörper damit möglichst dicht an der Rückenleh­ne. So wird eine zu weite, durch die Mas­senträgheit verursachte Vorverlagerung des Körpers verhindert (Bild 1).

Insassen-Rückhaltesysteme mit Gurtstraffer und Frontairbags.

1 GurtstraHer, 2 Frontairbag

für Beifahrer, 3 Frontairbag

für Fahrer, 4 Steuergerät.

Arbeitsweise Bei mechanischen Dreipunkt-Automatik­gurten blockiert eine eingebaute Schnell­sperre beim Erreichen einer bestimmten Fahrzeugverzögerung die Wickelspule. Bei einem Frontalaufprall auf ein festes Hindernis mit 50 km/h müssen die Gurte eine Energie absorbieren, die der Ener­gie vergleichbar ist, die ein Mensch beim freiem Fall aus dem 4. Stockwerk eines Hauses erreicht. Aufgrund eines lockeren Gurtes ("Gurtlo­se"), der Gurtdehnung und der zeitverzö­gerten Wirkung der Aufrollvorrichtung ("Filmspuleneffekt") haben Dreipunkt­Automatikgurte beim Frontalaufprall mit Geschwindigkeiten von über 40 km/h ge­gen feste Hindernisse nur eine begrenzte Schutzwirkung, da sie ein Auftreffen von Kopf und Körper auf das Lenkrad bzw. auf das Instrumentenfeld nicht mehr sicher verhindern können. Bild 2 zeigt, daß ein Körper ohne Rückhaltesysteme eine sehr große Vorverlagerung erfährt. Der Schultergurtstraffer beseitigt bei ei­nem Aufprall die "Gurtlose" und den "Filmspuleneffekt", indem er das Gurt­band aufrollt und strafft. Seine volle Wir­kung erreicht dieses System bei einem Aufprall mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h innerhalb der ersten 20 ms nach

Bild 2

Verzögerung bis Stillstand und Vorverlagerung eines Körpers bei einer Aufprallgeschwindig­keit von 50 km/ho

CD Aufprall , ® Zündung Gurtstraffer/ Airbag, ® Gurt gestrafft, @ Airbag gefüllt. - - - ohne / - mit Rückhaltesysteme

(j)®@ @

kmlh cm

50 100

40 80

\ I '(i; I -'" I Cl 30 s, 60 '5 c I

.~ I , .<: c.> 20

, 40 '" , Q) , C) ,

10 20

" 0 60 80 ms

Zeit I

Cl c Q; Cl

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Aufprallbeginn; es unterstützt damit den nach ca. 40 ms voll aufgeblasenen Air­bag. Danach bewegt sich der Körper noch etwas nach vorn und drückt dabei auf den sich entleerenden Airbag. Auf diese Weise werden die Insassen vor zu großer Vorverlagerung geschützt. Für die optimale Schutzwirkung müssen die Fahrzeuginsassen nach möglichst geringer Vorverlagerung aus den Sitzen an der Fahrzeugverzögerung teilneh­men. Dafür sorgt die Aktivierung der Gurtstraffer bereits kurz nach Aufprallbe­ginn und stellt damit die frühestmögl iche Rückhaltung der Insassen auf den vorde­ren Plätzen sicher. Die maximale Vorver­lagerung bei gestrafften Gurten beträgt ca. 1 cm und die mechanische Straf­fungsdauer liegt bei 5 ... 12 ms. Bei der Aktivierung wird ein pyrotechni­scher Treibsatz elektrisch gezündet. Der explosionsartig ansteigende Druck wirkt auf einen Kolben, der über ein Stahlseil die Wickelspule des Gurtstraffers so dreht, daß sich der Gurt straff an den Körper anlegt (Bild 3).

Varianten Neben den beschriebenen Schulter­gurtstraffern zum Rückwärtsdrehen der Gurtwickelspule gibt es Varianten, die

Bild 3

SChuttergurt­straffer.

1 SensoranSChluß, 2 Zündpille, 3 Treibsatz, 4 Kolben, 5 Zylinder, 6 Drahtsei l, 7 Gurtrolle, 8 Gurtband. 8

Insassen­Rückhalte­systeme

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Insassen­Sicherheits­

systeme

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das Gurtschloß nach hinten ziehen (Schloßstraffer) und dadurch gleichzeitig Schulter- und Beckengurt straffen. Die Rückhaltewirkung und der Schutz davor, unter dem Gurt hindurchzurutschen ("submarining"), werden mit Schloßstraf­fern noch weiter verbessert. Die Straffung geht bei bei den Systemen in der gleichen Zeit vonstatten.

Frontairbag

Aufgabe Frontairbags haben die Aufgabe, mit je einem Airbag den Fahrer und den Beifah­rer vor Kopf- und Brustverletzungen bei einem Aufprall auf feste Hindernisse mit Geschwindigkeiten bis zu 60 km/h zu schützen. Bei einem Frontalaufprall zwi­schen zwei Fahrzeugen schützen die Frontairbags bis zu Relativgeschwindig­keiten von 100 km/ho Ein Gurtstraffer al­lein kann bei einem schweren Aufprall das Aufschlagen des Kopfes auf das Lenkrad nicht verhindern. Airbags haben zur Erfüllung dieser Aufgabe je nach Ein­bauort, Fahrzeugart und Ausführung un­terschiedliche, den Fahrzeugverhältnis­sen angepaßte Füllmengen und Druck­aufbauverläufe.

Arbeitsweise Um Fahrer und Beifahrer zu schützen, blasen nach einem von Sensoren er­kannten Fahrzeugaufprall je ein pyro­technischer Gasgenerator Fahrer- und Beifahrerairbag "explosionsartig" auf. Um für einen betroffenen Insassen die maximale Schutzwirkung zu erhalten, muß ein Airbag ganz gefüllt sein, bevor der Insasse ihn berührt (Bild 4). Durch das Auftreffen des Oberkörpers wird das Luftkissen teilweise wieder entleert und dabei die Energie, mit der die zu schüt­zende Person auftrifft, mit verletzungsun­kritischen Flächenpressungs- und Verzö­gerungswerten "sanft" absorbiert. Verlet­zungen an Kopf und Brust werden da­durch deutlich gemildert oder gar verhin­dert.

Bild 4 "Explosionsartige" Entfaltung eines Fahrerairbags. (Quelle: Mercedes-Benz)

Die maximal zulässige Vorverlagerung, bis der Airbag auf der Fahrerseite gefüllt ist, beträgt ca. 12,5 cm, was einer Zeit ca. 40 ms nach Aufprallbeginn (bei einem Aufprall mit 50 km/h auf ein hartes Hin­dernis) entspricht. Der Airbag ist voll auf­geblasen und entleert sich nach weiteren 80 ... 100 ms durch die Abströmöffnungen und das poröse Gewebe. Der gesamte Vorgang dauert somit nur etwas mehr als eine Zehntelsekunde.

Aufprallerkennung: Eine bestmögliche Insassenschutzwir­kung bei einem frontalen, versetzten oder schrägen Aufprall wird durch ein abge­stimmtes Zusammenspiel von pyrotech­nischen, elektrisch gezündeten Frontair­bags und Gurtstraffern erzielt. Um die Wirkung beider Schutzeinrichtungen zu maximieren, werden sie in den meisten Fällen von einem gemeinsamen, in der Fahrgastzelle eingebauten, elektroni­schen Steuergerät (Auslösegerät) zeit­optimiert aktiviert. Hierbei mißt das elek­tronische Steuergerät mit einem oder zwei elektronischen Beschleunigungs­sensoren die beim Aufprall entstehende Verzögerung und errechnet daraus die Geschwindigkeitsänderung. Zusätzlich muß der Aufprall bewertet werden. Ein Hammerschlag in der Werkstatt, leichte RempIer, Fahren über die Bordsteinkante oder über ein Schlagloch dürfen den Air­bag noch nicht auslösen. Die Sensorsi­gnale werden dazu in digitalen Auswerte­algorithmen verarbeitet, deren Empfind­lichkeitsparameter mit Hilfe von Crashda­tensimulationen optimiert wurden. Die Auslöseschwelle wird je nach Aufprallart innerhalb von 5 ... 50 ms erreicht. Die z.B. durch die Ausstattung und das Unfallver­halten der Karosserie beeinflußten Be­schleunigungsverläufe sind für jedes Fahrzeug anders. Sie bestimmen die Ein­stell parameter, die für die Empfindlichkeit beim Auslösealgorithmus (Rechenvor­gang) und schließlich für die Auslösung der Airbags maßgebend sind. Je nach Fertigungskonzept des Fahrzeugherstel­lers können die Auslöseparameter und der Fahrzeugausrüstungsgrad auch am Ende des Montagebandes in das Steuer­gerät programmiert werden.

Seitenairbag

Aufgabe Der Anteil der seitlichen Kollisionen am gesamten Unfallgeschehen beträgt etwa 20 %. Damit ist die Seiten kollision nach dem Frontalaufprall die zweithäufigste Aufprallart. Deshalb werden immer mehr Fahrzeuge zusätzlich zu Gurtstraffern und Frontairbags auch mit Seitenairbags ausgestattet. Seitenairbags, die sich zum Schutz von Kopf und Oberkörper entlang des Dachausschnitts (z.B. Inflatable Tu­bular Systems, Window Bags, Inflatable Curtains) bzw. aus der Tür oder der Rük­kenlehne (Thoraxbags) entfalten, sollen die Insassen weich abfangen und sie so vor Verletzungen beim Seitenaufprall schützen.

Arbeitsweise Ein rechtzeitiges Entfalten der Seitenair­bags gestaltet sich wegen der fehlenden Knautschzone und dem kleinen Abstand zwischen den Insassen und den seitli­chen Fahrzeugstrukturteilen besonders schwierig. Die Zeit für die Aufprallerken­nung und Aktivierung der Seitenairbags muß deshalb bei hartem Seitenaufprall bei ca.3 ms liegen, und die Aufblasdau­er der ca. 12 I großen Thoraxbags darf maximal 10 ms betragen. Ein einheitli­cher Standard für Systeme zur Aufprallerkennung und Auslösung der Seitenairbags hat sich noch nicht durch­gesetzt. Bosch bietet jedoch zwei Möglichkei­ten, um die zuvor beschriebenen Anfor­derungen zu erfüllen: - kombiniertes Steuergerät, das die Ein­

gangssignale peripherer (an geeigne­ten Stellen der Karosserie liegender) lateral (seitlich) messender Beschleu­nigungssensoren verarbeitet und zu­sätzlich zu den Gurtstraffern und den Frontairbags auch die Seitenairbags auslösen kann,

- eigenständige Steuergeräte, die unab­hängig vom Steuergerät für Gurtstraffer und Frontairbags die Seitenairbags auslösen können, sogenannte "Stand­alone Sensing Units" für Seitenaufpral­lerkennung.

Insassen­Rückhalte­systeme

289

Insassen­Sicherheits­

systeme

290

Komponenten

Beschleunigungssensoren Beschleunigungssensoren zur Aufprall­erkennung sind direkt im Steuergerät in­tegriert (Gurtstraffer, Frontairbag) oder zusätzlich an ausgewählten Stellen der rechten und linken Karosserieseite ange­bracht (Seitenairbag). Ihre Präzision ist lebenswichtig. Bei diesen Beschleuni­gungssensoren handelt es sich um ober­flächenmikromechanische Sensoren, die aus feststehenden und beweglichen Fin­gerstrukturen und Federstegen beste­hen. Das "Feder-Masse-System" ist mit einem speziellen Verfahren auf die Ober­fläche einer Siliziumscheibe ("Wafer") aufgebracht. Da die Sensoren nur kleine Arbeitskapazitäten haben ( :::: 1 pF), muß die Auswertelektronik im gleichen Ge­häuse untergebracht werden.

Steuergeräte für Gurtstraffer und Frontairbags Im zentralen elektronischen Steuergerät, auch Auslösegerät genannt, sind folgen­de Funktionen integriert (aktueller Stand): - Aufprallerkennung durch Beschleuni-

gungssensor und Sicherheitsschalter oder durch zwei Beschleunigungssen­soren ohne Sicherheitsschalter (redun­dante, vollelektronische Sensierung).

Bild 5

Seitenairbag.

1 Kombin iertes Steuergerät, 2 Beschleunigungssensoren, 3 Gasgeneratoren, 4 Seitenairbag.

- Zeitrichtige Ansteuerung der Auslöse­kreise von Airbags und Gurtstraffer bei unterschiedlichen Aufprallarten (z.B. frontal, schräg, versetzt, Pfahl) . Die Beschleunigung wird dabei an einer zentralen Stelle im Fahrgastraum erfaßt und vom Auslösealgorithmus ausge­wertet.

- Spannungswandler und Energiespei­cher für den Fall, daß die Versorgung durch die Fahrzeugbatterie verloren geht.

- Selektive Auslösung der Gurtstraffer, abhängig von den Gurtschloßabfragen: Zündung nur bei gestecktem Gurt­schloß.

- Einstellen zweier Auslöseschwellen für den Airbag, abhängig davon, ob der In­sasse angeschnallt ist oder nicht.

- Anpassung an die unterschiedlichen Fahrzeugmerkmale (Energieabsorp­tion des Fahrzeugvorbaus und Schwin­gungsverhalten der Karosserie).

- Diagnose geräteinterner und -externer Funktionen bzw. Systemkomponenten.

- Abspeicherung von Fehlerarten und -dauern mit Crashrecorder; Auslegung über die Diagnoseschnittstelle.

- Ansteuerung einer Warnlampe.

Steuergeräte tür Gurtstraffer, Front- und Seitenairbags

Kombiniertes Steuergerät: Das zentral angeordnete, kombinierte Steuergerät (Bilder 5 und 6) baut auf dem zuvor beschriebenen Steuergerät für Gurtstraffer und Frontairbag auf, jedoch mit zusätzlichen Endstufen für die Auslö­sung der Seitenairbags. Es arbeitet mit einem integrierten Sensor, bestehend aus zwei Sensorelementen zum Erfas­sen der Längs- und Querbeschleuni­gung. Zusätzlich sind zwei außenliegen­de Sensoren an die Sitzquerträger oder an die B-Säulen bzw. vier periphere Be­schleunigungssensoren an die B- und C­Säulen der Karosserie montiert. Diese Sensoren erfassen die Querbeschleuni­gungssignale, werten sie aus und über­tragen den Auslösebefehl an das zentrale Steuergerät über eine digitale Schnittstel­le. Das zentrale Steuergerät löst neben den Frontairbags und den Gurtstraffern auch die Seitenairbags aus, sofern der interne Quersensor durch eine Plausibili­tätskontrolle einen Seitenaufprall bestä­tigt hat.

Eigenständige Steuergeräte für Seiten­airbags: Das Fahrzeug hat mehrere selbständige

Bild 6

Steuergeräte, die die Seitenairbags un­abhängig vom zentralen Steuergerät für Gurtstraffer und Frontairbags auslösen können. Sie sitzen an geeigneten Stellen der linken und rechten Fahrzeugseite (vorzugsweise an den B-Säulen) und steuern mit eigenen Endstufen die Gas­generatoren der zugehörigen Seitenair­bags selbst an.

Gasgeneratoren Die pyrotechnische Treibladung der Gas­generatoren zum Aufblasen der Airbags und zur Gurtstrafferbetätigung werden von einem elektrisch zündenden Anzünd­element aktiviert. Der betreffende Gasgenerator füllt den in der Lenkradnabe eingebauten Fahrerair­bag (Volumen 35 .. . 67 I) nach der Zün­dung in ca. 30 ms und den an der Stelle des Handschuhfachs eingebauten Bei­fahrerairbag (70 ... 150 I) in ca. 40 ... 50 ms mit Stickstoff. Die größere Aufblasdauer des Beifahrerairbag ist zulässig, da der Abstand vom Beifahrer zum Handschuh­fach und damit die zulässige Vorverlage­rung größer ist als vom Fahrer zum Lenk­rad. Um versehentliche Auslösungen durch einen Kontakt des Anzündelements mit der Bordnetzspannung (fehlerhafte Isola­tion im Kabelbaum) zu vermeiden, erfolgt

Kombiniertes Steuergerät für Gurtstraffer, Front- und Seitenairbags.

r;: '-'-'- - - - -. Zentrales Steuergerät

1

Fahrzeug ,Plus·-<!-----j

Mikro· controller

'1 Longitudinaler ulld lateraler mit ADC

Peripherer '1 Beschleunigungs· und E2pROM Beschleunigungs · sensor sensor rechts und links 1

1

1 Fahrzeug ,Masse" .. ~

1-;:;~l<4-_b--o-""\. Seitenairbag( s) links

Seitenairbag( s) rechts

L_~::!~!~ Crash-Ausgang ITl Diagnoseschnittstelle

I-L-"'-I~-o~ Crash-Ausgang

Frontalairbag links

Frontalairbag rechts Gurtstraffer links

Gurtstraffer rechts L_._._._. ___ . ____ ~

Insassen­Rückhalte­systeme

291

Insassen­Sicherheits­

systeme

292

bei der Wechselstromzündung ("AC-Fi­ring") die Zündung durch Wechselstrom­impulse mit ca. 100 kHz. Ein in den Zünd­kreis eingefügter Kondensator im Zünd­elementestecker trennt den Anzünder galvanisch vom Gleichstrom. Diese Ent­kopplung von der Bordnetzspannung ver­hindert eine ungewollteAuslösung, selbst wenn nach einem Unfall ohne Airbagaus­lösung die Insassen mit der Rettungs­schere aus der deformierten Fahrgastzei­le befreit werden müssen .

.. Uberschlagschutz-systeme für Kabrioletts Aufgabe Bei offenen Kraftfahrzeugen wie Kabrio­letts, Geländewagen u.ä. fehlt bei einem Unfall mit Überschlag die schützende und abstützende Dachstruktur der geschlos­senen Fahrzeuge. Deshalb sollen Über­schlagschutzeinrichtungen helfen, die In­sassen offener Kfz bei Überschlägen vor Verletzungen zu bewahren.

Aufbau Bei einigen offenen Fahrzeugen dient der Frontscheibenrahmen und ein fester Bü­gel, der hinter den (Rück)Sitzen über das Fahrzeug gespannt ist, als Überroli­schutz. Für klassische Kabrioletts ohne diesen festen Überrollbügel gibt es ver­senkbare Bügel im Fond des Fahrzeugs oder integrierte ausfahrbare Kopfstützen (Bild 7), um den Schutz bei Überschlägen zu gewährleisten.

Arbeitsweise Im Notfall bewirkt das elektronische Steu­ergerät ein sehr schnelles, rechtzeitiges Ausfahren der Überrollschutzeinrichtun­gen bei Fahrzeugüberschlägen. Diese bei einigen Kabrioletts der Oberklasse und verschiedenen Geländewagen inte­grierten passiven Sicherheitssysteme treten im Notfall innerhalb von ca. 150 ms in Aktion und bieten damit einen zuverläs­sigen Überschlagschutz.

Bild 7 Emporschnellen ausfahrbarer Kopfstützen während eines Fahrzeug-Überschlagversuchs. a Überschlag beginnt, b Auslösen der Kopfstützen, c Überschlag erfolgt, d Fahrzeug trifft wieder auf. (Quelle: Mercedes-Benz).

Auslösung des Überschlagschutzes Da ein Überschlag in jeder Richtung mög­lich ist, muß die Überschlagerkennung für alle Richtungen wirksam sein. Die verschiedenen Sensoren nehmen die dafür notwendigen Größen auf, aus de­nen dann das Steuergerät einen mögli­chen Überschlag berechnet. Für das Er­kennen der Gefahr des Überschlages und für das Auslösen des Überschlag­schutzes gibt es zwei Bedingungen: - Für die erste Auslösebedingung erfaßt je ein Sensor in Fahrzeuglängs- und­querrichtung die Beschleunigungswerte. Ein Mikrocomputer berechnet und verar­beitet die Sensorsignale für alle Richtun­gen und vergleicht die resultierende Be­schleunigung mit der programmierten Auslöseschwelle von ca. 5 g. Wird die Schwelle überschritten, wird das System aktiviert. - Für die zweite Auslösebedingung wer­tet ein Neigungsschalter die Fahrzeug­neigung aus. Sobald die Fahrzeugnei­gung 2]0 erreicht oder überschreitet und mindestens einer der beiden Ausfede­rungssensoren ein Signal für die ausge­federte Hinterachse gegeben hat, spricht das System ebenfalls an. Der Mikrocom­puter wertet die zweite Auslösebedin­gung unabhängig von der ersten aus, um die Funktionssicherheit zu erhöhen. Sobald mindestens eine der beiden Be­dingungen erfüllt ist und ein Überschlag errechnet wurde, gibt das Steuergerät das Signal zum Auslösen des Überrollbü­gels oder der Kopfstützen. Ein starker Elektromagnet entriegelt vorgespannte Federn, die die Schutzeinrichtungen in Position bringen, d. h. der Überrollbügel kommt aus der Versenkung oder die Kopfstützen fahren aus. Außerdem wird die Zentralverriegelung entriegelt.

Varianten Andere Überschlagerkennungen ver­wenden gegen die Fahrzeugachsen ge­neigte Libellensensoren (Wasserwaa­genprinzip) zur Winkelbestimmung. Die Überschlagschutzeinrichtung löst ab ei­nem Winkel in Querrichtung (Wankwin­kel) von 52° und einem Winkel in Längs­richtung (Nickwinkel) von 72° aus.

Ein zusätzlicher Sensor schließt einen "Reedkontakt" federunterstützt, wenn der Bodenkontakt verlorengegangen ist.

Ausblick Bei "Intelligenten Airbagsystemen" wer­den die Frontairbags zur Anpassung der Rückhaltewirkung (Airbagdruck) an die Unfallsituation künftig in zwei Stufen ge­füllt. Die Aufblaskriterien dafür sind: - Schwere des "Crash", - Gurtbenutzung, - Insassenposition und -gewicht, - Position des Sitzes und - Neigung der Sitzlehne.

Bei diesen Systemen wird auch mit Gurt­kraftbegrenzern die Gefahr eines Rip­penbruchs stark reduziert oder ganz be­seitigt. Innenraumsensoren lösen z. B. nur die erste, schwache Beifahrerstufe bei "out of position" befindlichen Insassen aus oder schalten den Beifahrerfrontairbag ganz ab, wenn erkannt wird, daß ein Kindersitz nach rückwärts gerichtet ist. Die CAN-Busvernetzung des Airbag­steuergeräts mit anderen Sensoren und Schaltern erlaubt die Verwertung zusätz­licher Informationen zur bedarfsgerech­ten Auslösung (Zeit, Stufen) aller Rückhaltemittel. Zur Verringerung des Kabelbaumum­fangs trotz zunehmender Zahl der Zündkreise und zur flexibleren Variation des Fahrzeugausrüstungsgrads werden ganz spezielle Bussysteme für den Insassenschutz entwickelt. Für Pkw und Lkw kommen verbesserte Konzepte für die Überrollererkennung (seitlicher Überschlag), basierend auf Winkelgeschwindigkeits- und Beschleu­nigungsmessung mit hochauflösenden Sensoren, zum Einsatz. Zur weiteren Verbesserung der Auslöse­funktion und für eine bessere Früherken­nung der Aufprallart ("Precrash"-Erken­nung) sollen Relativgeschwindigkeit, Ab­stands- und Aufprallwinkel bei einem Frontalaufprall mit Mikrowellenradar­sensoren aufgenommen werden.

Überschlag­schutz­systeme

293

Fahrsicherheits­systeme und

Triebstrang Fahrsicherheitssysteme und Triebstrang

Antiblockiersystem ABS

Aufgabe

Bei kritischen Fahrverhältnissen, wie nasser oder glatter Fahrbahn, schreck­hafter Reaktion des Fahrers (unvorher­gesehenes Hindernis) oder Fehlverhal­ten anderer Verkehrsteilnehmer, kann es während des Bremsvorganges ohne ABS zum Blockieren der Räder kommen, so daß das Fahrzeug nicht mehr lenkbar ist und ins Schleudern geraten und/oder von der Fahrbahn abkommen kann. In einer solchen Situation verhindert dasAntiblok­kiersystem ABS das Blockieren der Rä­der und stellt somit die Lenkbarkeit des Fahrzeugs sicher und mindert die Schleudergefahr (Bild 1) erheblich. Auch in einem kritischen Fahr-/Bremszu­stand wie der Vollbremsung sind Aus­weich manöver dank ABS noch möglich, und Zusammenstöße können eher ver­mieden werden. Für die persönliche Fahrsicherheit ist es trotzdem vorteilhaft, das Fahrkönnen durch ein Sicherheits­training zu verbessern.

Aufbau

Das Antiblockiersystem ABS besteht aus folgenden Komponenten :

Drehzahlsensoren Die Drehzahlsensoren geben Signale an das Steuergerät weiter, das die Radum­fangsgeschwindigkeiten bestimmt.

Steuergerät ABS-Anlagen von Bosch gibt es nur als 3-

steme im Vergleich dazu Funktionsein­schränkungen haben. Das in Blockdarstellung gezeigte Steuer­gerät (Bild 2) einer 4-Kanal-Anlage emp­fängt, filtert und verstärkt die Drehzahl­sensorsignale und ermittelt daraus den Bremsschlupf und die Radbeschleuni­gung bzw. die Radverzögerung der ein­zelnen Räder. Der digitale Regler besteht aus Sicherheitsgründen aus zwei identi­schen, voneinander unabhängigen Mi-

Bild 1 Bremswirkung ohne und mit ABS. a Das Fahrzeug ohne ABS bricht aus, weil die

Räder blockieren. b Das Fahrzeug mit ABS bleibt bei Vollbremsung

lenkbar und richtungsstabil. a

294 oder 4-Kanal-Systeme, da 2-Kanal-Sy-

krocontrollern, die die Informationen von je zwei Rädern (Kanäle 1+2 bzw. 3+4) parallel verarbeiten und die logischen Prozesse abarbeiten . Eine komplexe Reglerlogik wandelt die Regelsignale zu Stellbefehlen für die Magnetventile des Hydroaggregates um.

Hydroaggregat Das Hydroaggregat setzt die Stellbefehle des Steuergerätes um und steuert über Magnetventile den Radzylinderdruck mit optimaler Abbremsung, auch wenn bei Notbremsungen der vom Fahrer vorge­gebene Druck sehr viel höher ist. Es ist zwischen dem Hauptzylinder und den Radzylindern angeordnet.

Radbremsen Der vom Hydroaggregat übertragene Bremsdruck wirkt in den Radbremsen als Spannkraft zum Anpressen der Brems­beläge an die Bremstrommein bzw. Bremsscheiben.

Arbeitsweise

Das ABS regelt bei Vollbremsung den in die Betriebs-Bremsanlage einzusteuern­den Bremsdruck. Dies geschieht in den einzelnen Radzylindern in Abhängigkeit vom Radschlupf und von der Radbe­schleunigung bzw. der Radverzögerung. Die Entwicklung der Digitalelektronik machte es möglich, die komplexen Vor­gänge beim Bremsen sicher zu überwa­chen und bei Bedarf in Bruchteilen einer Sekunde zu reagieren. Dieses sehr flexi­ble System, das eine Integration ohne Änderungen an der Basis-Bremsanlage gestattet, arbeitet auf folgende Weise: Bei eingeschalteter Zündung und beliebi­gem Fahrzustand erfassen Drehzahlsen­soren an beiden Vorderrädern und am Hinterachsdifferential bzw. an allen vier Rädern die Signale, die zur Errechnung der Radumfangsgeschwindigkeiten be­nötigt und die an das Steuergerät weiter­gegeben werden. Erkennt das Steuerge­rät aus den empfangenen Signalen eine Blockiergefahr, steuert es im Hydroag­gregat die Rückförderpumpe und die Ma­gnetventile der betreffenden Räder an.

Jedes Vorderrad wird über ein ihm zuge­ordnetes Paar von Magnetventilen so be­einflußt, daß es - unabhängig von den übrigen Rädern - den bestmöglichen Beitrag zum Bremsen leisten kann (Indi­vidualregelung). An der Hinterachse be­stimmt das Rad mit der kleineren Haftrei­bungszahl den gemeinsamen Druck in beiden Radbremsen (Select-Iow-Prin­zip) . Hierdurch wird das Rad mit der grö­ßeren Haftreibungszahl bei ABS gering­fügig unterbremst. Als Folge davon ist der Bremsweg etwas länger, was aber durch den Gewinn an Fahrzeugstabilität wieder aufgewogen wird. Das Steuergerät schal­tet die Magnetventilpaare pro Rad in drei verschiedene Zustände: - Im ersten Zustand (stromlos) der beiden

Ventile (Einlaßventil offen, Auslaßventil geschlossen) werden Hauptzylinder und Radzylinder miteinander verbun­den; der Radbremsdruck kann anstei­gen.

Bild 2

Steuergerät (4-Kanal-Anlage).

1 Drehzahlsensoren, 2 Diagnoseanschluß, 3 Batterie, 4 Eingangsschaltung, 5 digitaler Regler, 6 Mikrocontroller, 7 nichtflüchtiger Speicher, S Spannungsstabilisator/ Fehlerspeicher, 9 Ausgangsschaltungen mit Endstufen,

10 Magnetventilpaare für Druckaufbau /-abbau, 11 Relais, 12 stabilisierte Batteriespannung, 13 Kontrolleuchte.

Sensoren Elektronisches Stellglieder Steuergerät

o 1------!-~12 ~

L----1---+<XJ13 ~

Antiblockier­system

295

Fahrsicherheits­systeme und

Triebstrang

296

-Im zweiten Zustand (Einlaßventil be­stromt und damit geschlossen) wird der Hauptzylinder abgetrennt; der Rad­bremsdruck bleibt konstant.

-Im dritten Zustand wird zusätzlich noch das Auslaßventil bestromt und damit geöffnet. Damit wird die Radbremse hy­draulisch mit der Rückförderpumpe ver­bunden, so daß der Radbremsdruck sinkt.

Damit kann der Bremsdruck nicht nur kontinuierlich, sondern durch ein getak­tetes Ansteuern auch stufenförmig (und damit gemäßigt) auf- oder abgebaut wer­den. Je nach Fahrbahnbeschaffenheit laufen 4 ... 10 Regelzyklen pro Sekunde ab. Die­se Reaktionsschnelligkeit erzielt dasABS durch die elektronische Signalverarbei­tung und kurze Ansprechzeiten.

Der ABS-Regelkreis (Bild 3) umfaßt: - die Regelstrecke: Fahrzeug mit Rad­

bremse, Rad und Reibwertpaarung Reifen/Fahrbahn,

- die Störgrößen: Fahrbahnverhältnisse, Bremsenzustand, Beladung des Fahr­zeugs, Fahrmanöver und Bereifung (z.B. zu geringer Reifendruck, abgefah­renes Profil) ,

- den Regler : Drehzahlsensoren und ABS-Steuergerät,

- die Regelgrößen: Radumfangsverzö­gerung bzw. -beschleunigung sowie Bremsschlupf, die allesamt aus den Raddrehzahlen abgeleitet werden,

Bild 3

ASS-Regelkre is.

1 Hydroaggregat mit Magnetventilen, 2 Haupt­zylinder. 3 Radzylinder, 4 Steuergerät. 5 Dreh­zahlsensor.

Bremsdruck Pedalkraft

Reibpaa"rung

t Fahrbahnverhältnisse

- die Führungsgröße: Druck auf das Bremspedal (vom Fahrer vorgegebe­ner Bremsdruck) und

- die Stellgröße: Bremsdruck.

Die Verarbeitung der einzelnen Regel­größen hängt davon ab, ob z .B. die Rä­der mit dem Motor gekoppelt sind oder nicht, oder ob die Fahrbahnoberfläche griffig oder glatt ist. Bei bestimmten ABS­Ausführungen werden die Giermoment­wirkung (durch Bremsen auf inhomoge­nen Fahrbahnen) speziell bei kleinen Pkw oder die besonderen Bedingungen bei Fahrzeugen mit Allradantrieb berück­sichtigt.

Ausführungen

Bei der seit 1978 bewährten Ausführung ABS 2S sind Hydroaggregat und Steuer­gerät baulich getrennt. Das 3-Kanal-Hy­droaggregat für die Vorderachs-/Hinter­achs-Aufteilung umfaßt eine Rückförder­pumpe (angetrieben durch einen Elek­tromotor) und drei 3/3 Magnetventile1),

bei denen neben dem strom losen Zu­stand "Druckaufbau" die Zustände "Druckhalten" und "Druckabbau" durch zwei Stromwerte erzielt werden. Bei der Vorderachs-/Hinterachs-Aufteilung über­nimmt ein einziges Magnetventil die Re­gelung der Hinterräder; bei der Diagonal­Aufteilung sind dazu zwei Magnetventile nötig, da jedes Rad einem Bremskreis zugeordnet ist. Die Ausführung ABS 5.0 ist eine Weiter­entwicklung des Systems ABS 2S. Wäh­rend ABS 2S mit 3/3-Magnetventilen ar­beitet, istABS 5.0 mit 2/2-Magnetventilen ausgerüstet. Bei der Bremskreisauftei­lung stimmen ABS 5.0 und ABS 2S über­ein. Die Ausführung ABS 5.3, bei der Hydro­aggregat und Steuergerät eine bauliche Einheit bilden, ist für Fahrzeuge mit klei­neren Bremsanlagen konzipiert und hat bei gleichem Funktionsumfang wie ABS 5.0 eine erheblich kleinere Baugröße.

') Die erste Zahl gibt die Anzahl der hydraulischen Anschlüsse an, die zweite Zahl nennt die Anzahl der Schaltstellungen.

Antriebsschlupf­regelung ASR

Aufgabe

Kritische Fahrsituationen (z.B. Über­steuern) entstehen nicht nur beim Brem­sen, sondern auch beim Anfahren und Beschleunigen besonders auf glatter Fahrbahn am Berg oder bei einer Kurven­fahrt. Solche Situationen können den Autofahrer überfordern, und Fehlreaktio­nen sind die Folge. Diese Fahrsituationen können mit der An­triebsschlupfregelung ASR bewältigt werden. Sie bremst das zum Durchdre­hen neigende Antriebsrad ab (oder bei Allradantrieb die entsprechenden Räder mit Neigung zum Durchdrehen) und/oder paßt das Motordrehmoment rechtzeitig an das auf die Straße übertragbare An­triebsmoment an und stellt die Fahrzeug­stabilität sicher. Die ASR ist eine Erweiterung des Anti­blockiersystems ABS. Sie entlastet den Fahrer und sichert bei Beschleunigungs­vorgängen die Lenkbarkeit des Fahr­zeugs (sofern die physikalischen Gren­zen nicht überschritten werden).

Bild 4

Aufbau

ASR nutzt die gleichen Komponenten wie ABS, die zum Teil um einige Funktionen ergänzt sind (Bild 4):

Drehzahlsensoren Die Drehzahlsensoren geben Signale an das Steuergerät weiter, das daraus die Radumfangsgeschwindigkeiten be­stimmt.

Steuergerät Die ABS-Elektronik ist um einen ASR-Teil erweitert. Wie bei ABS erfaßt die Ein­gangsschaltung des Steuergerätes die Signale der Raddrehzahlsensoren. Dar­aus wird der Schlupf der einzelnen Räder ermittelt. Ist der Schlupf an einem An­triebsrad zu groß, wird dieASR-Regelung eingeleitet. Die Signale werden in zwei parallel arbeitenden Mikrocontrollern ver­arbeitet. In der Ausgangsschaltung wer­den sie zu Stellbefehlen für die Magnet­ventile und der Förderpumpe im Hydro­aggregat umgewandelt, das die Brems­momentregelung bewirkt. Über eine zusätzliche Schnittstelle wer­den die Informationen an das Steuergerät für das Motormanagement (Motronic) übertragen.

Antriebsschlupfregelung mit Eingriffen in die Bremse und die Drosselklappe.

1 Drehzahlsensoren, 2 Radbremsen, 3 ABS/ ASR-Hydroaggregat, 4 ABS/ ASR-Steuergerät, 5 Motronic-Steuergerät, 6 Drosselklappe.

Antriebs­schlupf­regelung

297

Fahrsicherheits­systeme und

Triebstrang

298

Hydroaggregat Das Hydroaggregat von ABS ist um einen ASR-Teil erweitert. Es setzt die Befehle des Steuergerätes um und steuert, unab­hängig vom Fahrer, über Magnetventile den jeweiligen hydraulischen Druck in den Radbremsen. Während eines Regel­vorgangs mit ASR schaltet ein zusätzli­ches Umschaltventil vom normalen Bremsbetrieb auf ASR-Betrieb um. Die Rückförderpumpe des ABS saugt vom Hauptzylinder Bremsflüssigkeit an und erzeugt den ASR-Systemdruck. Damit kann ohne Eingreifen des Fahrers Bremsdruck auf die Radzylinder der an­getriebenen Räder wirken.

Radbremsen Der vom Hydroaggregat übertragene Bremsdruck wirkt in den Radbremsen als Spannkraft zum Anpressen der Bremsbe­läge an die Bremstromrnein oder Brems­scheiben.

Arbeitsweise

Die ASR regelt bei zum Durchdrehen nei­genden Rädern den Vortrieb des Fahr­zeugs in Abhängigkeit vom Radschlupf und der Radbeschleunigung bzw. -verzö­gerung. Dieses sehr flexible System, das eine Adaption ohne Änderungen an der Basis-Bremsanlage mit ABS gestattet, arbeitet folgendermaßen: Während der Fahrt nehmen Drehzahl­sensoren an allen vier Rädern Signale auf, die sie an das Steuergerät weiterge­ben. Wenn der Fahrer das Gaspedal be­tätigt, steigt das Motordrehmoment, und das Antriebsmoment erhöht sich. Kann dieses erhöhte Moment auf dem Fahr­bahnbelag vollständig übertragen wer­den, dann läßt sich das Fahrzeug unge­hindert beschleunigen. Übersteigt aber das Antriebsmoment das physikalisch maximal übertragbare Drehmoment, so erhöht sich die Drehzahl von mindestens einem Antriebsrad, es neigt zum Durch­drehen. Dadurch reduziert sich die über­tragbare Antriebskraft, und das Fahrzeug kann durch den eintretenden Verlust an Seitenführungskraft instabil werden. ASR wird hier aktiv und regelt die Antriebsmo-

mente der angetriebenen Räder bzw. bremst sie ab und verhindert das Durch­drehen bzw. eine Instabilität. DamitASR, unabhängig davon, wie stark der Fahrer das Fahrpedal betätigt, ein­greifen kann, muß grundsätzlich anstelle der mechanischen Verbindung zwischen Fahrpedal und Drosselklappe des Otto­motors oder zwischen Fahrpedal und der Dieseleinspritzpumpe des Dieselmotors ein "elektronisches Gaspedal" oder "EGAS" treten. Das EGAS behandelt Stellbefehle von ASR mit Vorrang gegen­über der Vorgabe des Fahrers. Die Stellung des Fahrpedals wird über einen Fahrpedalsensor in ein elektri­sches Signal umgewandelt, das in einem Steuergerät für EGAS oder in einem Steuergerät für Motronic mit integriertem EGAS unter Berücksichtigung von vor­programmierten Größen und von Signa­len anderer Sensoren (z.B. Temperatur, Motordrehzahl) in eine Steuerspannung für einen elektrischen Stell motor umge­setzt wird. Dieser Stellmotor betätigt die Drosselklappe des Ottomotors oder den Verstellhebel der Dieseleinspritzpumpe und beeinflußt das Antriebsmoment (Bild 5).

Bild 5

Elektronische Motorleistungssteuerung EGAS für ASR.

1 ABS/ ASR-Steuergerät, 2 Motronic-Steuergerät mit EGAS, 3 Fahrpedalsensor, 4 Stellmotor, 5 Drosselklappe (oder Dieseleinspritzpumpe), 6 Drehzahlsensor.

Regelkreis

Erkennt das Steuergerät aus den emp­fangenen Sensorsignalen eine bedeut­same Abweichung der Soliradgeschwin­digkeiten, wird ein zum Durchdrehen nei­gendes Rad ohne Zutun des Fahrers ab­gebremst. Parallel dazu greift z.B. das Motronic-Steuergerät über einen elektro­nischen Drosselklappensteller ein, um das überschüssige Antriebsmoment zu reduzieren. Die ASR regelt den Schlupf der Antriebsräder auf den bestmöglichen Wert. Die Bremsdruckmodulation (Druck aufbauen, Druck halten, Druck abbauen) in den Radzylindern steuert das Abbrem­sen des zum Durchdrehen neigenden Rades über die ABS-Ventile und zusätzli­che Ventile des Hydroaggregates. Die Steuerung des Antriebsmoments ge­schieht bei Fahrzeugen mit Ottomotor über das Steuergerät für EGAS bzw. für Motronic mit integriertem EGAS. Beein­flußt werden: - DrosselklappensteIlung (Verstellung

mit EGAS), - Zündanlage (Zündwinkelverstellung

mit Motronic), - Einspritzanlage (Ausblendung einzel­

ner Einspritz- und Zündsignale mit Motronic).

Bei Fahrzeugen mit Dieselmotor wird das Antriebsmoment über den Eingriff am Verstellhebel der Dieseleinspritzpumpe beeinflußt (Reduzierung der Einspritz­menge). ASR läßt sich durch eine zu­sätzliche Motorschleppmomentregelung MSR ergänzen. Beim Zurückschalten oder bei abruptem Gaswegnehmen auf glatter Fahrbahn können die Antriebsrä­der durch die Bremswirkung des Motors einen zu hohen Bremsschlupf aufweisen. Die MSR hebt das Motordrehmoment durch leichtes Gasgeben etwas an, um so die Abbremsung der Räder auf ein für die Fahrstabilität noch zulässiges Maß zu verringern.

Ausführungen

Die Ausführung einer ABS/ASR-Einheit ist von der Antriebsart des Fahrzeugs

') Die erste Zahl gibt die Anzahl der hydraulischen Anschlüsse an, die zweite Zahl nennt die Anzahl der Schaltstellungen.

(Otto- oder Dieselmotor) und von der Art des gewählten Regeleingriffes auf Brem­sen, Drosselklappe, Zündung und/oder Einspritzung abhängig. ASR2 setzt sich aus einem ABS2-Bau­stein mit 3/3-Magnetventilen1) und der ASR mit einem zusätzlichen 3/3-Um­schaltventil zusammen. Die ASR5-Fami­lie als Baukastensystem baut auf dem ABS5-System mit 2/2-Einlaß- und Aus­laßventilen auf und ist durch 2/2-Ansaug­und Umschaltventile ergänzt.

Fahrdynamik­regelung ESP

Aufgabe

Bei kritischen Fahrsituationen in Fahr­zeuglängsrichtung verhindert ABS das Blockieren der Räder beim Bremsen, und ASR vermeidet das Durchdrehen der Räder beim Antreiben. Die Fahrdynamik­regelung ESP (Elektronisches Stabili­tätsprogramm) erhöht zusätzlich die Fahrstabilität in kritischen Situationen in Fahrzeugquerrichtung und reduziert da­mit drastisch die Schleudergefahr. Sie er­weitert die Spur- und Richtungstreue in den Grenzbereichen bei Vollbremsung, Teilbremsung, wenn das Fahrzeug frei rollt, bei Antrieb, Schub und Lastwechsel, aber auch bei extremen Lenkmanövern (Angst- und Panikreaktionen, "Eichtest"). Die Fahrdynamikregelung erfaßt mit zu­sätzlichen Sensoren die Querbeschleu­nigung und das Drehverhalten (Gierge­schwindigkeit) des Fahrzeugs um eine Drehachse senkrecht zur Fahrbahn (Hochachse). Sie verarbeitet die Signale dieser Sensoren zusätzlich zu den ABS­und ASR-Signalen und steuert die Steil­glieder im Hydroaggregat an. Damit wird die Stabilität des Fahrzeugs bei unge­bremster, verzögerter und beschleunig­ter Geradeaus- und Kurvenfahrt auch im fahrdynamischen Grenzbereich sicher­gestellt. Eine gute Fahrzeugführung hängt davon ab, wie präzise das Fahrzeug einer Fahr­spurfolgt, die vom Lenkwinkelverlauf vor-

Fahrdynamik­regelung

299

F ahrsicherheits­systeme und

Triebstrang

300

gegeben wird und ob das Fahrzeug stabil bleibt, also bei Lenkbewegungen weder "schiebt" noch instabil wird. Um dies zu gewährleisten, regelt ESP sowohl die Drehgeschwindigkeit (Giergeschwindig­keit) um die Fahrzeughochachse als auch die Abweichung der Fahrtrichtung von der Fahrzeuglängsachse.

Die Bilder 6 und 7 zeigen den Fahrverlauf beim Durchfahren einer Kurve ohne und mit Fahrdynamikregelung im direkten Vergleich.

Aufbau

Zusätzlich zu den Komponenten von ABS und ASR benötigt ESP Sensoren zum Erfassen der Giergeschwindigkeit, der

Bild 6

Ouerdynamik bei einem Pkw ohne ESP.

1 Fahrer lenkt, Seitenkraftaufbau, 2 drohende Instabilität, 3 Gegenlenken, Pkw gerät außer Kontrolle, 4 Pkw ist nicht mehr beherrschbar.

MG Giermoment.

FR Radkräfte.

ß Fahrtrichtungsabweichung von Fahrzeuglängsachse (Schwimmwinkel).

Bild 7

Ouerdynamik bei einem Pkw mit ESP.

1 Fahrer lenkt, Seitenkraftaufbau, 2 drohende Instabilität, ESP-Eingriff vome rechts, 3 Pkw bleibt unter Kontrolle , 4 drohende Instabi lität , ESP-Eingriff vorne links,

vollständige Stabilisierung.

Querbeschleunigung, des Lenkradwin­kels und des Bremsdrucks. Die Komponenten der ESP (Bild 8) sind: - Steuergerät (überlagerter Fahr-

dynamikregler, unterlagerter Brems­schlupf- und Antriebsschlupfregler),

- Hydroaggregat (wie ABS/ASR), - Drehzahlsensoren (wie ABS/ASR), - Drehratensensor, - Lenkradwinkelsensor, - Querbeschleunigungssensor und - Vordrucksensor. Die zwei zusätzlichen Sensoren für die Querbeschleunigung und für die Gierge­schwindigkeit (der physikalische Begriff lautet "Gierwinkelgeschwindigkeit U

) so­wie ein deutlich erweiterter Umfang der Datenverarbeitung im Kfz sind die Haupt­merkmale des Systems.

/

MG Giermoment.

FR Radkräfte.

P Fahrtrichtungsabweichung von / Fahrzeuglängsachse (Schwimmwinkel). / 3

-,.{)oo=1"'~-I' ~ ~ o

!

Arbeitsweise

Die Fahrdynamikregelung steht eben­falls wie ABS und ASR in einem Abhän­gigkeitsverhältnis zu den Reifenkräften (hier zusätzlich noch die Reifenquerkräf­te) und zum Reifenschlupf. Die Regelung des Fahrzeugverhaltens im fahrdynamischen Grenzbereich soll "gefährlichen" Beschleunigungen entge­genwirken. Dies muß im Sinne eines an den Fahrerwunsch und die Fahrbahn an­gepaßten Fahrverhaltens geschehen. Hierzu muß zuerst bestimmt werden, wie sich das Fahrzeug im Grenzbereich ent­sprechend dem Fahrerwunsch verhalten soll (Sollverhalten) und wie es sich tat­sächlich verhält (Istverhalten). Zur Verrin­gerung der Differenz zwischen Soll- und Istverhalten (Regelabweichung) müssen die Reifenkräfte in geeigneter Weise über Stellglieder beeinflußt werden. Das Fahrzeugverhalten wird in den Re­gelkreis einbezogen. Die Brems- und An­triebskräfte an den einzelnen Rädern werden situationsabhängig so einge­stellt, daß das gewünschte Fahrverhal­ten weitgehend erreicht wird. Im Regelkreis der Fahrdynamikregelung nehmen Sensoren die zu messenden

Bild 8

Größen auf. Im Steuergerät werden dar­aus Stellbefehle errechnet. Das Hydroag­gregat sowie das Motormanagement (Motronic) setzen die Befehle zur Rege­lung der Brems- und Antriebsmomente um. Dieser Durchlauf im Regelkreis findet zyklisch statt. Dabei gibt der überlagerte Fahrdynamikregler Sollwerte fü r die un­terlagerten Schlupfregler in Form von Sollschlupf vor. Das Sollverhalten wird aus den Signalen des Lenkradwinkelsensors (Richtungs­wunsch) , des Vordrucksensors (Verzö­gerungswunsch) und des Motormanage­ments (Beschleunigungswunsch) , die den Fahrerwunsch beschreiben, be­stimmt. Zusätzlich gehen in die Berech­nung des Sollverhaltens die Haftrei­bungszahlen und die Fahrzeugge­schwindigkeit ein, die aus den Signalen der Sensoren für die Raddrehzahlen, die Querbeschleunigung, die Giergeschwin­digkeit und den Druck gewonnen wer­den. In Abhängigkeit von der Regelab­weichung wird das Giermoment berech­net, das benötigt wird, um die Istzu­standsgrößen den SolIzustandsgrößen anzugleichen. Zur Erzeugung dieses Giersollmoments werden im Fahrdyna­mikregler die erforderlichen Sollschlupf-

Gesamtregelsystem von ESP (Einbauort der Komponenten).

1 Radbremsen, 7 Hydroaggregat mit Vordrucksensor, 2 Drehzahlsensoren, 8 Drehratensensor mit 3 Steuergerät, Querbeschleunigungssensor. 4 Vorladepumpe (eVLP), --""=:::::;::-_--__ 5 Lenkradwinkelsensor, 6 Bremskraftverstärker

mit Hauptzylinder,

Fahrdynamik­regelung

301

Fahrsicherheits­systeme und

Triebstrang

302

änderungen an den geeigneten Rädern ermittelt. Die unterlagerten Brems- und Antriebsschlupfregler und die Steilglie­der "Hydroaggregat" und "Motormana­gement" stellen die erforderlichen Schlupfänderungen durch Aktivierung von Brems- und Antriebskräften ein. Da­mit ändert der Regler die Längs- und Sei­tenkräfte an jedem Rad.

Elektronische Getriebesteuerung

Aufgabe

Der Triebstrang eines Automobils hat die Aufgabe, den Zug- und Schubkräftebe­darf für die Fortbewegung entsprechend dem Gleichgewicht zwischen Antrieb und Fahrwiderständen zu erfüllen. Mit geziel­ter elektronischer Unterstützung kann dies in sehr variabler Weise geschehen. Elektronische Steuerungen für Kupplun­gen und Getriebe machen heute ein "Triebstrangmanagement" möglich. Die elektronische Steuerung von auto­matischen Getrieben übernimmt vor­nehmlich die Wahl des günstigsten Gangs und die Steuerung des Schaltab­laufs. Diese Wahl ist von verschiedenen Größen abhängig. Eine wichtige Größe dabei ist das Motordrehmoment, das bei mit Motronic ausgestatteten Motorsteue­rungssystemen auf direktem Weg (also in Nm) für die Gangwahl weitergegeben und verwendet werden kann. Bei davon abweichenden Systemen wird das Dreh­moment aus anderen Meßgrößen (z.B. DrosselklappensteIlung oder Luftmasse) separat ermittelt. Zusätzlich sind der Fahrzustand, die Gangwechselart und die Fahrgeschwin­digkeit von Bedeutung, wenn es darum geht, die Zeit für die Druckeinsteuerung über die elektrohydraulischen Ventile zur Kupplung und damit für einen optimalen Gangwechsel zu bestimmen. Die Vorteile, die sich daraus ergeben, sind: - Auswahlmöglichkeiten zwischen

mehreren Schaltprogrammen,

- besserer Schaltkomfort, - flexible Anpassung an unterschied-

liche Fahrzeugtypen, vereinfachte Hydrauliksteuerung und

- selbstlernende Anpassung der Übersetzungswahl an den Fahrstil und an die Verkehrssituationen.

Außerdem verhindern Überwachungs­schaltungen Beschädigungen des Ge­triebes durch Fehlbedienung. Bei Störun­gen des elektrischen Systems geht die Anlage in einen betriebssicheren Zu­stand mit Notfahreigenschaften über.

Aufbau und Arbeitsweise

Sensoren Verschiedene Sensoren erfassen fol­gende Eingangsgrößen: - Ein- und Ausgangsdrehzahl am

Getriebe, - Lastzustand und Drehzahl des Motors, - Wählhebelposition sowie - SchaltersteIlung zum Anfordern der

"Kick-Down"-Funktion.

Steuergerät Das Steuergerät (Bild 9) verarbeitet die Signale der Sensoren nach einem vorge­gebenen Programm und bestimmt dar­aus die Ausgangsgrößen für die Steilglie­der des Getriebes: 1. Wahl des geeigneten Ganges. 2. Dafür verfügbare Zeit zur Druckein­

steuerung.

Stellglieder Die Schnittstelle zwischen Elektronik und Hydraulik bilden elektrohydraulische Ventile (Magnetventile) und Druckregler am Getriebe, die in ihrem Zusammenwir­ken als elektrohydraulische Wandler zu bezeichnen sind. Die Magnetventile setzen die als elektri­sche Impulse abgegebenen Stellbefehle um: - Kupplungen im Getriebe werden ge­

öffnet oder geschlossen, - Druckregler werden zur genauen Ein­

stellung des hydraulischen Druckes für den Anpreßdruck an den Kupplun­gen eingesetzt.

Steuerbereiche

Schaltpunktsteuerung Das System schaltet in Abhängigkeit von der Getriebeabtriebsdrehzahl und der Motorlast in den geeigneten Gang. Die Auswahl des neuen Gangs erfolgt mit der Ansteuerung von Magnetventilen. Mit Hilfe sogenannter "intelligenter" Schaltprogramme lassen sich neben den in Standardsystemen verwendeten Meß­größen eine Vielzahl weiterer Größen wie - Längsbeschleunigung, - Querbeschleunigung, - Geschwindigkeit der Betätigung des

Fahrpedals oder - Bremspedalbetätigung

zur Verbesserung der "Fahrbarkeit" verarbeiten.

Ein komplexes Steuerprogramm wählt einen der jeweiligen Fahrsituation und den Fahrergewohnheiten optimal an ge­paßten Gang. Es unterdrückt Hoch­schaltungen bei schnellem Gaswegneh­men vor Kurven, verhindert das Schalten in der Kurve und wählt bei sanft betätig­tem Gaspedal ein Fahrprogramm, das bereits bei möglichst niedrigen Drehzah-

Bild 9

len "hochschaltet"("Economy Program"). Der Wählhebel gestattet außerdem, das Getriebe manuell zu beeinflussen.

Wandlerüberbrückung Eine mechanische Überbrückung kann den Schlupf des Drehmomentwandlers beseitigen und somit den Wirkungsgrad des Getriebes verbessern. Die Wandler­kupplung wird in Abhängigkeit von der Motorlast, der Getriebeabtriebsdrehzahl und der Art des Gangwechsels angesteu­ert.

Schaltqualitätssteuerung Die genaue Anpassung des Druckes in den Kupplungen des Getriebes an das zu übertragende Moment (berechnet aus Lastzustand und Drehzahl des Motors) beeinflußt maßgebend die Schaltqualität. Ein Druckregler stellt den Druck ein. Eine weitere Verbesserung der Schaltqualität bewirkt die kurzzeitige Verringerung des Motormoments während der Schaltvor­gänge (z.B. durch eine Spätverstellung der Zündung). Diese Maßnahme redu­ziert die Verlustarbeit in den Kupplungen und erhöht damit die Lebensdauer.

Blockschaltbild einer elektronischen Getriebesteuerung.

Fahrpedal Wählhebel programm-, 'AnZeige , Diagnose-Kick-down- Positions- schalter "Störung" anschluß Stellung schalter

I

+~ ~I + Motordrehzahl, Drehmoment, Drosselklappe

Steuergerät Drehzahl

Zünd-zeit-

~ ~ ~ ~ ~ Elektrische punkt Impulse

Elektrohydraulische Ventile

V Hydraulischer Druck

Motor- Dreh-drehzahl moment

Motor Getriebe / Kupplung (Gangwechsel ) Abtrieb

Getriebe­steuerung

303

Ottomotor­Management

304

Ottomotor-Management

Anforderungen Kraftstoffversorgung und Zündung brin­gen den Ottomotor zum "Laufen". Die Benzineinspritzung hat mittlerweile eine 1 OOjährige Vergangenheit, sie kam aber wegen der damals neu eingeführten Vergasertechnik im Kraftfahrzeugbe­reich nicht zum Einsatz. Sie war beim damaligen Stand der Technik nicht konkurrenzfähig. Das hat sich grundlegend geändert. 1951 wurde eine Bosch-Direkteinsprit­zung zum ersten Mal serien mäßig in einen Kleinwagen eingebaut, und in den Folgejahren wurden die mechanischen Einspritzpumpen immer weiter ent­wickelt. Lag am Anfang das Motiv aus­schließlich in der Leistungssteigerung des Motors, so spielen heute die Zwänge zum Einhalten von Abgas­werten eine ebenso große Rolle. Mit dem Vergaser können die gesetzlich vor­geschriebenen Grenzwerte nicht ein­gehalten werden. Auch mit der herkömmlichen Zündung sind die gewünschten Motorleistungen und die einzuhaltenden Abgaswerte nicht möglich. Die mechanische Zün­dungssteuerung wurde durch Elektronik ersetzt. Bei der Benzineinspritzung wird der Kraftstoff in das Saugrohr vor die Einlaßventile eingespritzt. Das dabei entstehende Luft-Kraftstoff-Gemisch strömt bei geöffnetem Einlaßventil während des Ansaugtaktes in den Brennraum, wird dort durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens verdichtet und zum Zündzeit­punkt durch den Funken der Zündkerze entzündet. Die hierbei entstehende Verbrennungsenergie drückt den Kolben nach unten, und über das Pleuel wird die Längsbewegung des Kolbens in eine

Drehbewegung der Kurbelwelle umge­wandelt. Ursprünglich steuerten die beiden Ein­zelsysteme "Benzineinspritzung" und "Zündung" unabhängig voneinander die jeweiligen Parameter wie Einspritz­menge und Zündzeitpunkt. Ein Informa­tionsaustausch zwischen beiden Syste­men war überhaupt nicht, oder nur sehr eingeschränkt möglich. Die zum Teil einander widersprechenden Forderun­gen an den Verbrennungsvorgang konnten daher in jedem der beiden Einzelsysteme nur "intern", aber nicht systemübergreifend berücksichtigt wer­den. Dieses Problem wurde durch die Zusammenfassung von Benzineinsprit­zung und Zündung zu einem einzigen System gelöst.

Bild 1

Bosch Benzineinspritz- und Zündsysteme -Geschichtliche Entwicklung.

Benzineinspritzsysteme

D·Jetronic 1967 ·1979 K-Jetronic 1973 -1995

L-Jetronic 1973 -1996

LH-Jetronic 1981-1998 KE· Jetronic 1982 -1996

Mono-Jetronic 1987 -1997

Zündsysteme Spulenzündung (SZ) 1934 -1986

Transistor-Zündung (TZ) 1965 -1993

Elektronische Zündung (EZ/VZ) 1983 -1998

Kombinierte Zünd- und Benzineinspritzsysteme: M-Motronic seit 1979

KE-Motronic 1987-1996

Mono-Motronic seit 1989

Im kombinierten Benzineinspritz- und Zündsystem, dem Motormanagment "Motronic", werden die Steuerparameter für Benzineinspritzung und Zündung unter Berücksichtigung der verschie­denen Forderungen an den Verbren­nungsvorgang optimiert. Bild 1 zeigt die geschichtliche Entwick­lung der Bosch Benzineinspritz­(Jetronic), Zünd- und Motronicsysteme.

Benzineinspritzsysteme

Die vom Zylinder angesaugte Luftmasse hängt von der DrosselklappensteIlung ab. Das Fahrpedal ist bei der herkömm­lichen Technik über ein Gestänge mit der Drosselklappe verbunden. Die an gesaugte Luftmasse bestimmt die einzuspritzende Kraftstoffmenge und somit die Motorleistung. Ziel ist, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch im Verhältnis von 14,7 kg Luft zu 1 kg Kraftstoff zu erzeugen. Mit diesem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff -Verhält­nis verbrennt der Kraftstoff mit dem Sau­erstoff aus der Luft fast vollständig zu Wasser und Kohlendioxid. Weitere Be­standteile des Abgases entstehen durch nicht optimal ablaufende Verbrennungs­vorgänge sowie Zusätze im Kraftstoff (z.B. Schwefel).

Einzeleinspritzsysteme mit kontinuierlicher Einspritzung Das mechanisch-hydraulische Einspritz­system K-Jetronic, das von 1973 bis 1995 in Serienfahrzeugen eingesetzt wurde, mißt den Kraftstoff abhängig von der angesaugten Luftmenge kontinuier­lich zu. Um niedrige Abgaswerte einzu­halten, konnte die K-Jetronic durch eine Lambda-Regelung ergänzt werden. Wegen erweiterter Anforderungen, nicht zuletzt wegen der zu erzielenden besse­ren Abgasqualität, wurde die K-Jetronic durch eines Systemdruckregler, einen Drucksteller für die Steuerung der Ge­mischzusammensetzung und ein elek­tronisches Steuergerät zur KE-Jetronic erweitert. Die KE-Jetronic wurde von 1982 bis 1996 in Fahrzeuge eingebaut.

Einspritzsysteme mit intermittierender Einspritzung Das elektronische Einspritzsystem L-Jetronic mit Analogtechnik (1983 bis 1986) mi ßt den Kraftstoff in Abhängig­keit von der angesaugten Luftmenge, Drehzahl und weiteren Einflußgrößen intermittierend zu. Die L3-Jetronic arbeitet in Digitaltechnik. Sie kann deshalb zusätzliche Steuer­ungsfunktionen übernehmen und die Einspritzmenge den verschiedenen Mo­torbetriebszuständen exakter anpassen. Bei der LH-Jetronic (1981 bis 1998) wird statt der Luftmenge (Volumen, tempera­tur- und luftdruckabhängig) die vom Mo­tor angesaugte Luftmasse über einen Luftmassen-Durch ßu ßmesser erfaßt, wo­mit die korrekte Gemischbildung unab­hängig von den Umgebungsbeding­ungen möglich ist.

Zentraleinsprizsystem mit intermittierender Einspritzung Beim elektronischen Einspritzsystem Mono-Jetronic (1987 bis 1997) für Klein­fahrzeuge und Fahrzeuge der Mittelklasse sitzt nur ein einziges elektromagnetisches Einspritzventil an einer zentralen Stelle vor der Drosselklappe. Motordrehzahl und Drosselklappensteilung sind Steuer­größen für die Kraftstoffzumessung.

Zündsysteme

Aufgabe der Zündung ist es, das ver­dichtete Luft-Kraftstoff-Gemisch im rich­tigen Zündzeitpunkt zu entflammen und so seine Verbrennung einzuleiten. Im Ottomotor geschieht das durch einen elektrischen Funken, d.h. durch eine kurzzeitige Lichtbogenentladung zwi­schen den Elektroden der Zündkerze. Eine unter allen Umständen sicher ar­beitende Zündung ist Voraussetzung für den einwandfreien Betrieb des Kataly­sators. Zündaussetzer führen zur Schä­digung oder Zerstörung des Katalysa­tors wegen Überhitzung bei der Nach­verbrennung des unverbrannten Ge­misches.

Benzinein­spritzsysteme, Zündsysteme

305

Ottomotor­Management

306

Im Laufe der Zeit wurden die mecha­nischen Komponenten der Zündungs­steuerung nach und nach durch Elektro­nik ersetzt.

Spulenzündung (SZ) Der Zündverteiler hat zwei Zündver­steller. Der Fliehkraftsteller verstellt den Zündzeitpunkt in Abhängigkeit der Motordrehzahl, der Unterdrucksteller be­einflußt den Zündzeitpunkt abhängig von der Motorlast. Der Unterbrecherkontakt löst den Zündfunken aus, indem er den Ladevorgang der Zündspule zum vorge­gebenen Zündzeitpunkt abschaltet. Ver­schieißerscheinungen an Unterbrecher­kontakt und Zündversteller, wie Kontakt­brand und mechanischer Abrieb, führen zu Verschiebungen des Zündzeitpunktes oder sogar zu Zündaussetzern.

Transistor-Spulenzündung (TZ) Bei der Transistor-Spulenzündung tritt an die Stelle des Unterbrechers ein "Zündimpulsgeber", der den Hochspan­nungs-Zündimpuls auslöst. Die Unter­brechung des Spulenstroms geschieht kontaktlos mit einer Transistor-Endstufe. Die bei der Spulenzündung auftretenden Verschleißerscheinungen sind damit eliminiert.

Elektronische Zündung (EZ/VZ) Die elektronische Zündung berechnet den Zündzeitpunkt aus einem optimier­ten Zündwinkelkennfeld. Eingangsgrö­ßen für die Kennfeldberechnung sind die über Sensoren erfaßte Drehzahl und Motorlast. Die mechanische Zündver­stellung mit ihren begrenzten Ver­stellmöglichkeiten entfällt. Die EZ erlaubt weitere Eingriffsmöglich­keiten wie Leerlaufzündwinkel, Verstel­lung über Motortemperatur oder Klopf­regelung. Mit der VZ entfällt auch die mechanisch arbeitende rotierende Hochspannungs­verteilung. Bei diesem Zündsystem erhält jeder Zylinder seine eigene Zündspule, die vom Steuergerät zum richtigen Zeitpunkt angesteuert wird.

Motormanagement Motronic M-Motronic Basis für die Integration zu einem Motormanagement sind die Grundsyste­me der Benzineinspritzung und der Elektronischen Zündung EZ oder VZ. Die KE-Motronic basiert auf der kontinu­ierlichen Einspritzung KE-Jetronic, die Mono-Motronic auf der intermittierenden Zentraleinspritzung und die M-Motronic auf der intermittierenden EinzeIeinspritz­ung.

ME-Motronic Die Integration der elektronischen Motorleistungssteuerung EGAS in die M-Motronic führt zur ME-Motronic (Bild2). Die GaspedalsteIlung spiegelt den Fahrerwunsch für die Motorleistung wider. Die ME-Motronic berechnet da­raus die erforderliche Öffnung der elek­trisch angesteuerten Drosselklappe und generiert das Steuersignal. Bei der M-Motronic erhalten die Steuer­parameter erst dann die aktuellen Werte, wenn die geänderten Betriebs­bedingungen gemessen wurden. Insbe­sondere die Last kann sich sehr schnell ändern. Mit der ME-Motronic besteht nun die Möglichkeit, die aktuellen Steuerparameter gleichzeitig oder - falls sinnvoll - sogar vor einer Laständerung bereitzustellen. Die ME-Motronic ermög­licht somit ein besseres Fahrverhalten und geringere Abgaswerte.

MED-Motronic Bei der MED-Motronic gehört die Benzin-Direkteinspritzung zusätzlich zum Funktionsumfang der ME-Motronic. Da­mit wird der Kraftstoff wird nun nicht mehr in das Saugrohr vor die Einlaß­ventile gespritzt, sondern direkt in den Brennraum. Diese Technik ermöglicht bei Teillast und Leerlauf aufgrund des Magerbe­triebes eine deutliche Verbrauchsredu­zierung bei gleichzeitiger Leistungs­steigerung.

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Dieselmotor­Management

308

Diesel motor-Management

Anwendungsgebiete

Dieselmotoren zeichnen sich durch nied­rigen Kraftstoffverbrauch, geringe Ab­gasemissionen, wenig Wartungsbedarf und hohe Lebensdauer aus und werden deshalb für eine Vielzahl von Antriebs­aufgaben benötigt. Sie werden in vielfäl­tigen Ausführungen mit einem breiten Leistungsspektrum eingesetzt.

Anforderungen

Schärfer werdende Vorschriften für Ab­gas- und Geräuschemissionen und der Wunsch nach niedrigerem Kraftstoffver­brauch stellen immer neue Anforderun­gen an die Einspritzanlage eines Die­selmotors. Im Gegensatz zum Ottomotor wird die angesaugte Luft hier nicht ge­drosselt, die SteIlgrößen für die Mo­tordrehzahl und Leistung sind Einspritz­menge und Einspritzverlauf. Die Einspritzanlage muß für eine gute Gemischaufbereitung je nach Diesel­Einspritzverfahren (Direkt- oder Indirek­teinspritzung) den Kraftstoff mit einem hohen Druck in die Zylinder des Diesel­motors einspritzen und dabei die Ein­spritzmenge mit der größtmöglichen Ge­nauigkeit dosieren.

Elektronische Dieselregelung

Die Last- und Drehzahlsteuerung des Dieselmotors erfolgt über die Kraftstoff­menge ohne Drosselung der angesaug­ten Luft. Bei ausreichender Einspritz­menge kann die Drehzahl eines unbe­lasteten Dieselmotors bis zur Selbst­zerstörung steigen. Deshalb ist ein Reg­ler für die Drehzahlbegrenzung erforder­lich. Eine stabile Leerlaufdrehzahl kann ebenfalls nur über eine Regelung erzielt

werden. Bei der elektronischen Dieselre­gelung EDC (.!;Iectronic Qiesel .control) ersetzt ein elektrisches Stellwerk den mechanischen Drehzahlregler der her­kömmlichen Dieselregelung. Bei der Reiheneinspritzpumpe verschiebt es die Regelstange mit einem Linearmagneten, bei der Verteilereinspritzpumpe greift ein Drehstellwerk am Regelschieber ein. Ein elektronisches Steuergerät erzeugt die Ansteuersignale für den Elektromagne­ten. Die Motordrehzahl wird nun von ei­nem Sensor erfaßt und als elektrisches Signal zum Steuergerät weitergeleitet. Anstelle des mechanischen Fahrpedal­gestänges, mit dem der Fahrer lastab­hängig die Einspritzung beeinflu ßt, er­faßt nun ein analoger Winkelsensor die FahrpedalsteIlung und gibt ein elektrisches Signal an das Steuergerät. Die weitere Entwicklung der Dieseltechnik führte zu elektronisch gesteuerten Hoch­druckmagnetventilen anstelle des elek­trischen Stellwerks. Damit ist der Ein­spritzbeginn und die Einspritzmenge noch variabler einstellbar. Hochdruck­magnetventile ermöglichen eine Vorein­spritzung, mit der der Zündverzug der Haupteinspritzung verkürzt und die Ver­brennungsdruckspitzen verringert werden. Beide Effekte reduzieren das Ver­brennungsgeräusch und in vielen Fällen die Emissionen. Die EDC berücksichtigt gegenüber der mechanischen Regelung zusätzliche An­forderungen. Sie ermöglicht durch elek­trisches Messen, flexible elektronische Datenverarbeitung und Regelkreise mit elektrischen Stellern eine erweiterte Ver­arbeitung von Einflußgrößen, die bisher mechanisch nicht berücksichtigt werden konnten. Die EDC gestattet auch einen Datenaus­tausch mit anderen elektronischen Sy­stemen (z.B. Antriebsschlupfregelung, elektronische Getriebesteuerung) und damit eine Integration in das Fahrzeug­Gesamtsystem.

Bauarten Reiheneinspritzpumpen

Reiheneinspritzpumpen haben je Motor­zylinder ein Pumpenelement, das aus Pumpenzylinder und -kolben besteht. Der Pumpenkolben wird durch die vom Motor angetriebene Nockenwelle in För­derrichtung bewegt und durch die Kol­benfeder zurückgedrückt. Die Pumpenelemente sind in Reihe angeordnet. Der Hub des Kolbens ist unveränderlich. Damit eine Änderung der Fördermenge möglich ist, sind in die Kolben schräge Steuerkanten eingearbeitet, so daß sich mit dem Verdrehen des Kolbens durch eine verschiebbare Regelstange der ge­wünschte Nutzhub ergibt. Zwischen Pumpenhochdruckraum und Drucklei­tungsbeginn sitzen je nach Einspritz­bedingungen zusätzliche Druckventile. Diese bestimmen ein exaktes Einspritz­ende, vermindern Nachspritzer an der Einspritzdüse und sorgen für ein gleich­mäßiges Pumpenkennfeld.

Standard-Reiheneinspritzpumpe PE Der Förderbeginn wird bestimmt durch eine Saugbohrung, die von der Ober­kante des Kolbens verschlossen wird. Eine im Kolben schräg eingearbeitete Steuerkante, die die Ansaugöffnung freigibt, bestimmt die Einspritzmenge. Die Drehzahl wird mit einem mechani­schen Fliehkraftregler oder einem elek­trischen Stellwerk geregelt.

Hubschieber-Reiheneinspritzpumpe Die Hubschieber-Reiheneinspritzpumpe unterscheidet sich von einer herkömm­lichen Reiheneinspritzpumpe durch ei­nen auf dem Pumpenkolben gleitenden Hubschieber, mit dem der Vorhub und damit der Förder- bzw. Spritzbeginn über eine zusätzliche Stellwelle verän­dert werden kann. Die Hubschieber­Reiheneinspritzpumpe ist ein Teil eines elektrischen Stellsystems, mit dem sich zusätzliche Freiheitsgrade in Abhängig­keit von verschiedenen Einflußgrößen frei programmieren lassen.

Verteilereinspritzpumpen

Die Verteilereinspritzpumpen haben ei­nen mechanischen Drehzahlregler oder einen elektronischen Regler mit inte­griertem Spritzversteller. Sie haben nur ein Pumpenelement für alle Zylinder.

Axialkolben-Verteilereinspritzpumpe Bei der Axialkolben-Verteilereinspritz­pumpe fördert eine Flügelzellenpumpe den Kraftstoff. Ein zentraler Kolben, der über eine Hubscheibe gedreht wird, übernimmt die Druckerzeugung und die Verteilung auf die einzelnen Zylinder. Während einer Umdrehung der Antriebs­welle macht der Kolben so viele Hübe, wie Motorzylinder zu versorgen sind. Die Nockenerhebungen auf der Unterseite der Hubscheibe wälzen sich auf den Rol­len des Rollenringes ab und bewirken beim Verteilerkolben zusätzlich zur Dreh­bewegung eine Hubbewegung. Bei der herkömmlichen Axialkolben-Vertei­lereinspritzpumpe VE mit mechanischem Fliehkraft-Drehzahlregler oder elektro­nisch geregeltem Stellwerk bestimmt ein Regelschieber den Nutzhub und dosiert die Einspritzmenge. Der Förderbeginn der Pumpe kann durch einen Rollenring (Spritzversteller) verstellt werden. Bei der magnetventilgesteuerten Axialkolben­Verteilereinspritzpumpe dosiert ein elek­tronisch gesteuertes Hochdruckmagnet­ventil die Einspritzmenge anstelle eines Regelschiebers. Die Steuer- und Regel­signale werden in zwei elektronischen Steuergeräten verarbeitet. Die Drehzahl wird durch geeignete Ansteuerung des Stellgliedes (Aktor) geregelt.

Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe Bei der Radialkolben-Verteilereinspritz­pumpe fördert eine Flügelzellenpumpe den Kraftstoff. Eine Radialkolbenpumpe mit Nockenring und zwei bis vier Radial­kolben übernimmt die Hochdruck­erzeugung und -förderung. Ein Hoch­druckmagnetventil dosiert die Einspritz­menge. Der Förderbeginn wird durch das Verdrehen des Nockenrings mit dem Spritzversteller verstellt. Wie bei der magnetventilgesteuerten Axialkol-

Bauarten

309

Dieselmotor­Management

310

benpumpe werden alle Steuer- und Re­gelsignale in zwei elektronischen Steu­ergeräten verarbeitet. Die Drehzahl wird durch geeignete Ansteuerung des Stellgliedes (Aktor) geregelt (Bild 1).

Einzeleinspritzpumpen

Einzeleinspritzpumpen PF Einzeleinspritzpumpen PF (angewandt bei Kleinmotoren, Diesellokomotiven, Schiffsmotoren und Baumaschinen) haben keine eigene Nockenwelle (F Fremdantrieb), entsprechen jedoch in ihrer Arbeitsweise der Reihenein­spritzpumpe PE. Bei Großmotoren ist der mechanisch-hydraulische oder elektronische Regler unmittelbar am Motorgehäuse angebaut. Die von ihm bestimmte Mengenverstellung wird über ein in den Motor integriertes Ge­stänge übertragen. Die Antriebsnocken für die einzelnen PF-Einspritzpumpen befinden sich auf der Nockenwelle für die Ventilsteuerung des Motors. Deshalb ist eine Spritzver­stellung durch eine Verdrehung der Nockenwelle nicht möglich. Hier kann durch Verstellung eines Zwischenglie­des (z.B. Schwinge zwischen Nocken­welle und Rollenstößel) ein Verstellwin­kel von einigen Winkelgraden bewirkt werden. Einzeleinspritzpumpen sind auch für den Betrieb mit zähflüssigen Schwer­ölen geeignet.

Pumpe-Düse-Einheit Bei der Pumpe-Düse-Einheit (kurz Pumpedüse) bilden die Einspritzpumpe und die Einspritzdüse eine Einheit. Pro Motorzylinder wird eine Einheit in den Zylinderkopf eingebaut und entweder direkt über einen Stößel oder indirekt über Kipphebel von der Motornocken­welle angetrieben. Durch den Wegfall der Hochdrucklei­tungen ist ein wesentlich höherer Ein­spritzdruck als bei Reihen- und Vertei­lereinspritzpumpen möglich. Mit diesem hohen Einspritzdruck und durch die elektronische Kennfeldregelung von Einspritzbeginn und Einspritzdauer

(bzw. -menge) ist eine deutliche Redu­zierung der Schadstoffemissionen des Dieselmotors sowie eine gute Einspritz­verlaufsformung möglich. Elektronische Regelkonzepte gestatten verschiedene Zusatzfunktionen.

Pumpe-leitung-Düse Das System Pumpe-leitung-Düse ar­beitet nach dem gleichen Verfahren wie die Pumpe-Düse-Einheit. Es ist ein mo­dular aufgebautes Hochdruckeinspritz­system. Wie die Pumpedüse verfügt das Pumpe-Leitung-Düse-System über eine Einspritzpumpe je Motorzylinder, die von der Nockenwelle des Motors an­getrieben wird. Eine kurze, gen au auf die Komponenten abgestimmte Hoch­druckleitung führt zur Düsenhalterkom­bination. Eine elektronische Kennfeldregelung von Einspritzbeginn und Einspritzdauer (bzw. -menge) bringt eine deutliche Re­duzierung der Schadstoffemissionen des Dieselmotors mit sich. Zusammen mit dem schnellschaltenden, elektro­nisch angesteuerten Magnetventil wird die jeweilige Charakteristik eines einzel­nen Einspritzvorganges, der Einspritz­verlauf, gut bestimmt.

Speichereinspritzsystem

Camman Rail Bei der Speichereinspritzung "Common Rail" sind Druckerzeugung und Einsprit­zung entkoppelt. Der Einspritzdruck wird unabhängig von der Motordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt und steht im "RaiI" (Kraftstoffspeicher) für die Einspritzung bereit. Einspritzzeit­punkt und -menge werden im elektroni­schen Steuergerät berechnet und vom Injektor (Einspritzeinheit) an jedem Motorzylinder über ein angesteuertes Magnetventil umgesetzt. Mit dem Injektor und dem dauernd ver­fügbaren hohen Druck läßt sich der Ein­spritzverlauf gut formen.

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Stichwort­verzeichnis

312

Stichwortverzeichnis

A

Abblendlicht, 234 Ankerabbremsung, 185 Anschluflpläne, 30 Antiblockiersystem, ABS, 294 Antriebsbatterie, 108 Antriebsschlupfregelung, ASR, 297 Asymmetrische Lichtverteilung, 219

B

Batterie, 70 Batterie-Hauptschalter, 211 Batterieladegeräte, 100 Batterieladerelais, 106 Batterierelais, 105, 211 Batterieschalter, 105 Batteriestörungen, 98 Batteriesysteme, 110 Batterietrennrelais, 106 Batterieumschaltrelais, 106, 210 Batteriewartung, 96 Beleuchtungsstärke, 234 Bleibatterie, 110 Blinkanlage, 251 Blockkasten, Batterie, 84 Bordnetz, 4 Bordnetzentwicklung, 4 Bordnetzschaltungen, 10 Brennweite, Reflektor, 229 Bulk-Current-Injection, BCI, (Messung

der Einstrahlfestigkeit), 65

c Cartronic, 8 Compact-Generator, 129, 137

D Dachantriebe, 274 Diebstahlschutz, 265 Dieselmotor-Management, 308 Doppelschlu ßmotor, 179, 201 Drehstrom-Generator, 114 Durchdrehwiderstand, Starter, 166 Durchlüftung, Generator, 146

E

Einparksysteme, 283 Einrückrelais, 179 Einspurgetriebe, 180 Einzelpolgenerator, 134 Einzweck-Startschalter, 209 Elektrische Verbraucher, 70 Elektroantrieb, Kfz, 108 Elektrodynamisches Prinzip, 117 Elektromagnetische Verträglichkeit,

EMV,54 Energiebedarf im Kfz, 74 Energiehaushalt im Kfz, 154 Entladevorgang, Batterie, 78 Entstörklassen, 61 Erregerstromkreis, Generator, 123 Ersatzbatterie, 90

F

Fahrdynamikregelung, ESP, 299 Fahrgeschwindigkeitsregler, 271 Fahrsicherheitssysteme, 294 Farbfilter, Leuchten, 233 Fensterantriebe, 273 Fernlicht, 234 Freilauf, Starter, 182 Freilaufdiode, Generator, 144 Fresnel-Optik, Leuchten, 232 Frontairbag, 288 Funkentstörung, 54

G L Stich wort-verzeichnis

Gasentladungslampe, 224 Lade-/Trennmodul, 11 Gasungsspannung, Batterie, 81 Ladebilanzrechnung, 73, 114 Generator, 112 Ladekennlinien, Batterie, 101 Generatorantrieb, 158 Ladevorgang, Batterie, 77 Generatoraufbau , 126 Lamellenfreilauf , 182 Generatorausführungen, 128 Leistungsdiode, Generator, 152 Generatoreinbau, 157 Leitstückläufer, 135 Generatorkennlinien, 150 Leitungsberechnung, 12 Generatorkontrollampe, 123 Lenkradverstellung, 275 Generatorkühlung, 146 Leuchten, Bauformen, 233 Generatorregler, 138 Leuchtenelemente, 232 Getriebesteuerung, elektronisch, 302 Leuchtweitenregelung, 247 Gleichrichterdioden, 122 Lichtelemente, Gleichstrommotor, Schaltbilder, 177 Fahrzeugfront, 234 Gleichstrom-Generator, 116 Fahrzeugheck, 254 Glühlampe, 223 Fahrzeuginnenraum, 257 GlÜhstartschalter, 209 Lichtquellen, 222 Gurtstraffer, 286 Lichttechnik, 214

Litronic, 240

H M

Halogenlampe, 223 Hardware-Topologie, Cartronic, 9 Mindeststartdrehzahl, 167 Hauptscheinwerfer (Europa), 234 Motordrehmoment, Starter, 166 Hauptscheinwerfer (Nordamerika), 237 Heavy Duty Batterie, 94

N Heizungsregelung, 277

Navigationssysteme, 280 Nebelscheinwerfer, 249 Nebenschlußmotor, 178

Informationssysteme, 280 Innerer Widerstand, Batterie, 80

0 Insassen-Sicherheitssysteme, 286

K Optische Wahrnehmung, 221 Ottomotor-Management, 304

Kälteprüfstrom , 83 P Kapazität, Batterie, 81

Keilriemen, Generator, 158 Kfz-Informationssystem, 282 Parallelbetrieb, Generatoren, 153 Klauenpolgenerator, 128 Parallelbetrieb, Starter, 175 Klemmenbezeichnungen, 34 PES-Scheinwerfer, 240 Klimaanlagenregelung, 277 Plattenblock, Batterie, 85 Komfortsysteme, 271 Kraftfahrzeuglampen, 225

313

Stichwort- R Störaussendung, 62 verzeichnis Störfestigkeit, 67

Reflektoren, Scheinwerfer, 228 Streuscheibe, 230 Reichweite, Scheinwerfer, 234 Stripline-Verfahren,65 Reihenschlu ßmotor, 178 Stromlaufpläne, 26, 37 Reinigungsanlagen, 261 Stufenreflektoren, 239 Ritzel, Starter, 180 Rollenfreilauf, 182

T Rückstromsperre, Generator, 121 Rüttelfeste Batterie, 93

Taschenseparator, Batterie, 87

S Temperaturstrahler, 222 Tempomat, 271 liefentladefestigkeit, 89

Säuredichte, Batterie, 96 Topfbauart, Generator, 131 Schaltpläne, 24 Schaltzeichen, 16

U Scheibenreinigung, 261 Scheinwerferausführungen, 239 Scheinwerfereinstellung, 244 Überholen, Starter, 184 Scheinwerferelemente, 228 Überladefestigkeit, 89 Scheinwerferformen, 217 Überschlagschutzsysteme Scheinwerferreinigung, 263 für Kabrioletts, 292 Schub-Schraubtrieb-Starter, 188 Übersichtsschaltplan, 25 Schubtrieb-Starter, 198 Überspannungsschutz, 142 Seitenairbag, 289 Selbstentladung, Batterie, 88

V Separator, Batterie, 86 Serielle Datenübertragung, CAN, 6 Sicherheitsgurte, 286 Vakuumlampe, 223 Sicherheitshinweise, Batterie, 103 Verbraucher im Kfz, 70 Sitzverstellung, 275 Versorgungsbatterie, 11 Spannungsregler, Generator, 138 Vorgelegestarter, 194 Startanlagen, 164 Startanlagen-Installation, 208

W Startbedingungen, 166 Startdoppelrelais, 174, 211 Starter, 176 Wartungsfreie Batterie, 86 Starterbatterie, 70 Wegfahrsperren, 269 Starterbauarten, 187 Wirkschaltpläne, 50 Starterbeschriftung, 186 Starter-Hauptleitung, 208

Z Starterritzel, 180 Startertypen, 186 Starthilfe, Kfz, 103 Zellenspannung, Batterie, 76 Startschalter, 209 Zellenverbinder, Batterie, 86 Startsperreinrichtung, 171 Zentralverriegelung, 265 Startsperrelais, 210 Zündstartschalter, 209 Startvorgang, 164, 168 Zusatzdiode, Generator, 152 Startwiederholeinrichtung, 173 Zusatzverbraucher im Kfz, 75 Startwiederholrelais, 210 Zyklenfeste Batterie, 93 Steckverbindungen, 14

314 Stirnzahnfreilauf, 184

Leicht verständliche und umfassende Information

Bosch Fachbücher

Autoelektrik, Autoelektronik Bordnetz, Schaltzeichen und Schaltpläne, EMV/Funkentstö­rung, Batterien, Generatoren, Startanlagen, Lichttechnik, Sicherheits- und Komfortsysteme, Dieselmotor- und Ottomotor­Managementsysteme.

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Ottomotor-Management Verbrennung im Ottomotor, Ab­gastechnik, Gemischbildung, Ben­zineinspritzsysteme (Jetronic) Zündung, Zündkerzen, Motor­management Motronic, Bordnetz, Elektromagnetische Verträglich­keit (EMV), Starterbatterien, Generatoren, Startanlagen .

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Grundzüge des Kolbenmaschinenbaus I: Verbrennungsmaschinen von K. Groth

Verbrennungsmotoren von E. Köhler

Passive Sicherheit von Kraftfahrzeugen von F. Kramer

Kurbeltriebe von s. Zima

Allradantriebe von B. Richter

Stadtauto von H. Appel

Rechenmethoden in der Fahrzeugentwicklung von W. Dirschmid

Elektrische Motorausrüstung von G. Henneberger

Simulation von Kraftfahrzeugen von G. Rill

Motorradtechnik von J. Stoffregen

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