Das Prüfen und Instandsetzen von Batterieladegeräten erfordert wenig Zeit, sofern die geeigneten Geräte und Werkzeuge vorhanden sind und die Prüfabläufe bekannt sind.
Eingangsprüfgerät mit Strombegrenzung
Vor der Prüfung eines Batterieladegeräts sollte dieses an eine strombegrenzte Steckdose angeschlossen werden, damit bei einem Kurzschluss keine Sicherungen ausfallen. Ein solches strombegrenzendes Eingangsprüfgerät lässt sich nach dem Schaltplan in Abbildung 1-1 aufbauen.
CB1 ist ein flink auslösender Schutzschalter für 20 A mit manueller Rückstellung; F1 ist eine Sicherung für 20 A; SW2 und SW4 sind einpolige Kippschalter (SPST) für jeweils 15 A bei 115 V; die Lampen R2 und R3 sind Infrarot-Heizstrahler mit 250 W und 115 V (ebenso lässt sich ein einzelnes kegelförmiges Heizelement mit 550–600 W verwenden); R1 ist eine Glühlampe mit 100 W und 115 V; V ist ein Voltmeter 0–150 V AC; A ist ein Amperemeter 0–15 A; SW3 ist ein Kurzschlussschalter für das Amperemeter, ausgelegt für 15 A bei 115 V, mit Ruhekontakten, die zum Ablesen des Amperemeters A offen gehalten werden müssen. Die Steckdose REC ist eine Steckdose mit U-förmigem Schutzkontakt, in die die Netzleitung des Ladegeräts oder die Prüfleitung TC eingesteckt wird. Die Prüfleitung TC ist eine zweiadrige Leitung mit zwei kleinen isolierten Krokodilklemmen, mit der Transformatoren, Zeitschaltwerke und Motoren einzeln geprüft werden können.
Der Schalter SW2 ist in der Stellung "in" dargestellt. In dieser Stellung liegt entweder nur die hochohmige Lampe R1 oder R1, R2 und R3 parallel im Stromkreis. In der Stellung "out" ist der gesamte Widerstand kurzgeschlossen und die volle Spannung liegt direkt an der Steckdose REC.
Der Schalter SW4 ist in der Stellung "H" dargestellt: die hochohmige Lampe R1 liegt dann nur im Stromkreis, wenn SW2 in der Stellung "in" steht. Steht SW4 in der Stellung "L", so liegt der niedrige Widerstand aus den parallel geschalteten Lampen R1, R2 und R3 im Stromkreis, sofern SW2 in der Stellung "in" steht.
Vor dem Einstecken des Ladegeräts SW2 in die Stellung "in" bringen und SW4 in die Stellung "H" für die Prüfung kleiner Ladegeräte, Zeitschaltwerke und Motoren oder in die Stellung "L" für die Prüfung größerer Ladegeräte.
Das Ladegerät einstecken, die Gleichstromkabel dabei aber nicht an die Batterie anschließen und nicht miteinander in Berührung bringen. Das Ladegerät einschalten, alle Stellungen des Ladestrom- und des Batteriewahlschalters durchlaufen und das Voltmeter V beobachten. Die Spannung fällt auf null oder nahezu null ab, wenn ein Kurzschluss
an irgendeiner Stelle des Primär- oder Sekundärkreises vorliegt. Fällt die Spannung überhaupt nicht ab, so liegt eine Unterbrechung im Primärkreis oder in der Netzleitung vor. Liegen weder Kurzschlüsse noch Unterbrechungen vor, zeigt das Voltmeter einen Wert unterhalb der Netzspannung an, der bei größeren Ladegeräten mit einem normalen Primärstrom von 10 bis 15 A bis auf 30 V absinken kann.
Liegen keine Kurzschlüsse vor, SW2 in die Stellung "out" bringen, die Batteriekabel an die Batterie anschließen und mit der Prüfung des Ladegeräts fortfahren. Zum Ablesen des Eingangsstroms des Ladegeräts SW3 drücken und das Amperemeter A ablesen.
Die Schaltung nach Abbildung 1-1 kann auf einer Experimentierplatte ("bread board") aufgebaut oder in einen gut belüfteten Metallschrank eingebaut werden. Alle Bauteile sind im Elektrofachhandel vor Ort leicht erhältlich.
Auf Wunsch kann dieses Eingangsprüfgerät dauerhaft am Wechselstromnetz angeschlossen bleiben, um die Netzspannung zu überwachen.
Volt-Ohmmeter
Ein Volt-Ohmmeter ist ein unverzichtbares Gerät, muss aber nicht so aufwendig oder so empfindlich sein wie ein Gerät für den Radio- und Fernsehservice. Es sollte jedoch möglichst genau sein. Die wichtigen Messbereiche sind:
- Gleichspannung 2,5-10-50-250
- Wechselspannung 2,5-10-50-250-1000
- Ohm 1-10-100-10K-100K
Ein Volt-Ohmmeter, das diese Anforderungen erfüllt, ist das Simpson 260 Series 5, das in vielen Elektrofachgeschäften erhältlich ist.
Kondensatorprüfgerät
Ein Kondensatorprüfgerät ist für die Prüfung der vielen verschiedenen Kondensatoren in Ladegeräteschaltungen wertvoll. Es sollte Öl- und Papierkondensatoren sowie Elektrolytkondensatoren auf den tatsächlichen Kapazitätswert, auf Ableitstrom und auf den Leistungsfaktor prüfen können. Die wichtigen Messbereiche umfassen 0,001–100 mfd für Öl- und Papierkondensatoren und 1–1000 mfd für Elektrolytkondensatoren. Solche Prüfgeräte sind als Bausatz oder fertig aufgebaut im Elektrofachhandel leicht erhältlich.
Prüfgerät für Gleichrichter und Dioden
Ein Prüfgerät für Gleichrichter und Dioden spart viel Zeit. Es ist kein Gerät bekannt, das sowohl Dioden und Gleichrichter für hohe Ströme als auch kleine Dioden für niedrige Ströme prüft oder das die Polarität von Gleichrichtern, Dioden und Transistoren anzeigt. Für Leistungsgleichrichter sind robuste Geräte im Elektrofachhandel erhältlich; sie sind auch im Kfz-Teilehandel als Lichtmaschinen-Diodenprüfgeräte zu beziehen.
Ein gutes Prüfgerät für Gleichrichter und Dioden lässt sich aus leicht erhältlichen Materialien nach den Angaben in Abbildung 1-2 selbst herstellen. Dieses Gerät prüft alle Gleichrichter und Dioden sowie Leistungstransistoren auf Unterbrechung, Kurzschluss, Leitfähigkeit und Polarität und prüft außerdem Polarität und Zustand weiterer Halbleiterbauteile für kleine Ströme ab 40 mA. Die Hauptgleichrichter in Batterieladegeräten lassen sich in den meisten Fällen im eingebauten Zustand auf Leitfähigkeit, Kurzschluss und Unterbrechung prüfen, ohne den Transformator abzuklemmen. Andere kleine Dioden und Transistoren müssen für die Prüfung mitunter abgeklemmt werden.
In Abbildung 1-2 kann der Transformator T1 ein beliebiger Ladegerätetransformator mit angezapfter Sekundärwicklung sein, der bei 6 oder 12 V einen Ladestrom von 6 A liefert. Als die beiden äußeren Anschlüsse dienen die 6-V-Anzapfung des Primärkreises und die gemeinsame Anzapfung. Der Schalter SW1 ist ein einpoliger Ein-Aus-Kippschalter (SPST) für 3–6 A bei 115 V; SW2 ist ein Drehschalter mit 3 Kontakten für 6 A bei 115 V, mit dem die beiden Messbereiche kalibriert werden: Stellung H für Gleichrichter und Dioden über 5 A, Stellung L für Gleichrichter und Dioden unter 5 A. Stellung T dient der Leitfähigkeitsprüfung über die Prüfspitzen PR3 und PR4. SW3 ist ein zweipoliger Umschalter (DPDT) ohne Nullstellung für 6 A bei 115 V, mit dem der hohe und der niedrige Strombereich gewählt werden: Stellung L für Gleichrichter unter 5 A mit einer Stromaufnahme von etwa 100 mA, Stellung H für Gleichrichter über 5 A mit einer Stromaufnahme von etwa 5 A. Das Potentiometer R1 ist ein Drahtwiderstand mit 100 Ω und 2 W und linearer Kennlinie für den niedrigen Bereich unter 5 A. Das Potentiometer R2 ist ein Drahtwiderstand mit 2 Ω und 50 W und linearer Kennlinie für die Kalibrierung des hohen Bereichs über 5 A. Das Potentiometer R3 ist ein Drahtwiderstand mit 25 Ω und 1 W und linearer Kennlinie für die Kalibrierung beider Bereiche. R4 ist ein Festwiderstand mit 20 Ω und 1 W.
Das Messgerät V ist ein Voltmeter für 6 V mit gedehnter Skala. Es kann jedes Voltmeter aus einem 6-V-Batterietester verwendet werden, sofern die Widerstände R1, R3 und R4 zum Ersatzmessgerät passen. Ein Voltmeter mit gedehnter Skala liefert die genauen Anzeigen, die nötig sind, um Gleichrichter mit nur 80 % Leitfähigkeit zu erkennen, da diese in Batterieladegeräten unbrauchbar sind. Die Kondensatoren C1 und C2 sind je ein Elektrolytkondensator mit 100 mfd und 25 V; sie sind gegeneinander geschaltet und bilden so ein ungepoltes Bauteil, falls ein Prüfling mit umgekehrter Polarität angeschlossen wird. Die Drossel CH1 ist eine Transformator-Primärwicklung mit 7 Ω aus einem Ladegerät für 6 V und 4 A. Die Drossel CH1 und die Kondensatoren C1 und C2 sieben die Gleichrichterausgangsspannung und halten den Zeiger des Messgeräts ruhig. Die Lampen B3 und B4 sind Autoscheinwerferlampen Nummer 2330 für 6–8 V, deren Glühfäden in Reihe geschaltet sind. Diese Lampen haben einen Flansch, der zur Befestigung und zum Verbinden der beiden Lampen dient; die Glühfäden der einzelnen Lampe werden verbunden, indem der Anschlussdraht über beide Klemmen gelötet wird. Die Diode D4 ist eine Siliziumdiode für Lasten unter 5 A; hierfür genügt eine beliebige kleine Diode mit 750 mA und 200 PIV. Die Diode D3 ist für Lasten über 5 A bestimmt und kann eine beliebige Siliziumdiode mit 35 A und 50 PIV sein, etwa die Motorola 1N1183. Die Kontrolllampe B5 ist eine Lampe No. 53 oder eine beliebige Lampe für 12–14 V.
Die Leitungen der Prüfspitzen PR3 und PR4 sollten etwa 4 bis 5 Fuß lang sein, jedenfalls lang genug, um von der Werkbank bis zum zu prüfenden Ladegerät zu reichen; sie können in Krokodilklemmen oder in spitzen Prüfspitzen enden. Die Prüfspitzen PR3 und PR4 dienen der Leitfähigkeits- und Güteprüfung an allen Gleichrichtern und Dioden in Ladegeräteschaltungen. Sie zeigen zwar auch Polarität, Kurzschlüsse und Unterbrechungen an, doch lassen sich alle diese Zustände außer der Güte mit den Prüfspitzen PR1 und PR2 besser feststellen; diese werden daher bei der Prüfung von Gleichrichtern und Dioden zuerst eingesetzt. PR1 und PR2 sind mechanisch gleich, aber unterschiedlich verdrahtet, wie Abbildung 1-2 zeigt. Die Dioden D1 und D2 entsprechen beide der Diode D4. Die Lampen B1 und B2 sind beide vom Typ No. 53. Die Fassungen BB sind gleich und als Miniatur-Bajonettfassung mit Einzelkontakt und abgesetztem, von beiden Klemmen isoliertem Haltewinkel ausgeführt. Ein wie in Teil A gezeigt zugeschnittenes Kupferblech hat an einem Ende zwei Laschen, die als Kabelschelle umgebogen werden, und am anderen Ende eine Bohrung. Teil C ist ein Kupferdraht No. 12, an einem Ende spitz angeschliffen, am anderen Ende zu einer Ringöse geformt. Die Teile A, BB und C sowie der Lötanschluss F werden mit einer Maschinenschraube 6-32 × ⅜ Zoll DD und einer Mutter 6-32 E zusammengehalten. Nach Zusammenbau und Prüfung die gesamte Prüfspitze mit Kunststoff-Isolierband umwickeln, nur den Glaskörper der Lampe zum Beobachten freilassen. Das dreiadrige, besonders
flexible Kabel, das die beiden Prüfspitzen PR1 und PR2 miteinander und mit dem Prüfgerät verbindet, ist farbcodiert: schwarz B, grün G und rot R.
Beim Einsatz des Gleichrichterprüfgeräts dienen die Prüfspitzen PR1 und PR2 dazu, die Polarität zu bestimmen und Kurzschlüsse oder Unterbrechungen in Gleichrichtern, Dioden und Transistoren anzuzeigen. Diese Prüfspitzen zeigen, ob Dioden oder Gleichrichter arbeiten, nicht aber, wie gut sie leiten. Werden PR1 und PR2 an einen Gleichrichter, eine Diode oder einen Transistorabschnitt gelegt, der 40 mA oder mehr führen kann, so leuchtet unabhängig von der Anschlussrichtung nur die Lampe B1 oder B2 auf, die zu der Prüfspitze an der Anode gehört; dies zeigt die Gleichrichterwirkung an. Leuchtet keine der beiden Lampen, ist das Bauteil unterbrochen. Leuchten beide Lampen, ist es kurzgeschlossen. Leuchten beide Lampen ungleichmäßig, so liegt ein Nebenschluss vor, wie er etwa bei der Prüfung im eingebauten Zustand auftritt, oder der geprüfte Gleichrichter hat einen Sperrwiderstand, der nahezu so niedrig ist wie sein Durchlasswiderstand – Grund genug, das Bauteil auszusondern. Ist der Prüfling kurzgeschlossen oder unterbrochen, die Leitfähigkeitsprüfung mit den Prüfspitzen PR3 und PR4 nicht fortsetzen.
Die Prüfspitzen PR3 und PR4 prüfen Gleichrichter, Dioden und Leistungstransistoren, die 100 mA oder mehr führen können, auf Leitfähigkeit und Güte und bestätigen zugleich Kurzschlüsse oder Unterbrechungen.
Zu Beginn und danach in regelmäßigen Abständen muss das Messgerät V auf die eingebauten Kalibriernormale, die Dioden D3 und D4, kalibriert werden. Dazu die Netzleitung des Prüfgeräts einstecken und SW1 schließen; SW2 und SW3 in die Stellung L bringen; das Potentiometer R3 in Mittelstellung bringen und R1 verstellen, bis das Messgerät V am rechten Rand des grünen Bereichs "SAFE" unter "CHARGE" anzeigt. Die beiden oberen Skalen "LOAD TEST" und "GEN REGUL." bleiben unberücksichtigt. Lässt sich dieser Punkt nicht erreichen, R3 und R1 gemeinsam verstellen, bis er erreicht ist. Bei dieser Einstellung leuchten die Lampen B3 und B4 nicht. Anschließend SW2 und SW3 in die Stellung H bringen (die Lampen B3 und B4 müssen nun leuchten) und R2 verstellen, bis das Messgerät V am rechten Rand des grünen Bereichs "SAFE" anzeigt. Diese beiden Einstellungen müssen unter Umständen wiederholt und R1, R2 und R3 entsprechend nachgestellt werden, bis das Messgerät in beiden Bereichen gleich anzeigt. Kein geprüfter Gleichrichter und keine geprüfte Diode darf diesen Punkt überschreiten, sofern D3 und D4 der Norm entsprechen. Alle einwandfreien Gleichrichter, auch die älteren Selengleichrichter mit geringer Leitfähigkeit, müssen deutlich innerhalb des Bereichs "SAFE" liegen. Grenzfälle lassen sich durch eine Belastungsprüfung am Ausgang des Ladegeräts entscheiden.
Nach der Kalibrierung des Messgeräts ist wie folgt vorzugehen. Zuerst mit den Prüfspitzen PR1 und PR2 auf Unterbrechung, Kurzschluss und Polarität prüfen. Liegen keine Unterbrechungen oder Kurzschlüsse vor, leuchtet die Lampe in einer der beiden Prüfspitzen PR1 oder PR2 und zeigt damit die Anode an. Die rote Prüfspitze PR3 ist an den Anodenanschluss, die schwarze Prüfspitze PR4 an den Kathodenanschluss anzuschließen. SW3 in die Stellung H für Nennströme über 5 A oder in die Stellung L für Nennströme unter 5 A bringen und SW2 in die Prüfstellung T bringen. SW1 einschalten: ist das Bauteil brauchbar, zeigt das Messgerät im grünen Bereich "SAFE" an. In der Stellung H von SW3 leuchten bei einem kurzgeschlossenen Bauteil die Lampen B3 und B4 heller. Auf richtige Polarität achten – ein vertauschter Anschluss ergibt keine Anzeige am Messgerät.
Das Prüfgerät nicht länger eingeschaltet oder angeschlossen lassen, als es zum Kalibrieren oder zum Ablesen eines Messwerts erforderlich ist.
Leistungstransistoren lassen sich mit diesem Prüfgerät nur im niedrigen Bereich L unter 5 A prüfen, in dem ein Strom von 100 mA fließt.
Die Prüfspitzen PR3 und PR4 treiben im Bereich H einen Strom von 5 A und im Bereich L von 100 mA durch den Gleichrichter. Die Prüfspitzen PR1 und PR2 treiben einen Strom von 40 mA durch den Gleichrichter.
Belastungsprüfgerät für Batterieladegeräte und Gleichstrom-Schweißgerät
Der Ausgang jedes Batterieladegeräts ist unter Last darauf zu prüfen, ob er bei Nennnetzspannung die richtigen Nennwerte liefert.
Ein gutes Belastungsprüfgerät, das im Elektrofachhandel erhältlich ist, prüft alle Batterien von 2 bis 40 V und kann die Batterien im Betrieb entladen oder auf der gewünschten Spannung halten. Die Last wird über einen Kohledruck-Rheostat auf jeden gewünschten Wert eingestellt, ablesbar an Voltmeter und Amperemeter mit je 3 Messbereichen. Grundsätzlich lässt sich jedes Batterie-Belastungsprüfgerät verwenden, doch sind diese Geräte meist auf 6 und 12 V begrenzt.
Ein Belastungsprüfgerät für Prüfungen bei verschiedenen Spannungen lässt sich nach dem Schaltplan in Abbildung 1-3 aufbauen. Die nützlichsten Prüfspannungen sind 6, 12, 18, 24, 30 und 36 V. Werden nur Geräte für 6 und 12 V geprüft, können die übrigen Abschnitte entfallen; für höhere Spannungen lassen sich weitere hinzufügen. Die sechs dargestellten 6-V-Batterien sollten alle gleich sein; es genügen handelsübliche Blei-Säure-Starterbatterien für 6 V, die nicht für schweren Einsatz ausgelegt sein müssen, da sie in dieser Anwendung bei ausreichender Ladung jahrelang halten. Für Industrieladegeräte mit einem Ausgangsstrom über 100 A sind größere Batterien erforderlich. In der Regel werden diese Batterien bereits durch das Prüfen der Ladegeräte geladen gehalten. Sie sollten jedoch gelegentlich ausgeglichen werden, indem sie so häufig geladen werden, dass der Elektrolyt in allen Zellen voll geladen bleibt. Ein einfaches Ladegerät lässt sich aus Transformator und Gleichrichter eines 36-V-Ladegeräts aufbauen, ergänzt um beliebige weitere Ausstattung.
Die Widerstände R1 sind identische 6-V-Batterieprüf-Lastwiderstände, wie sie in handelsüblichen Batterie-Belastungsprüfgeräten verwendet werden. Sie können als neues Ersatzteil beschafft, aus alten ausgemusterten Prüfgeräten ausgebaut oder nach den Bauangaben der Abbildungen 1-4 und 1-5 selbst hergestellt werden. Alle Abschnitte sind wie der Abschnitt A-B auszuführen, also 12 Fuß aus 5 Strängen Bindedraht von 0,0625 Zoll, auf eine Asbestplatte gewickelt; für den später beschriebenen Schweißbetrieb sind zusätzliche Abschnitte aufzuwickeln. Die Magnetschalter RL1 sind untereinander gleich und handelsübliche 6-V-Anlassermagnetschalter für Kraftfahrzeuge im Aussetzbetrieb, mit einer einzigen kleinen Klemme zwischen den großen Bolzen, die an ein Ende der Spule geführt ist. Das andere Spulenende ist intern mit der Klemme "BAT" verbunden. Die Kontakte zu den großen Bolzen sind Schließer: sie sind im Ruhezustand offen und schließen, wenn die Spule erregt wird. Die Schalter SW1 sind untereinander gleich und einpolige Taster (SPST) als Schließer. Die Schalter SW2 sind untereinander gleich, einpolig (SPST) und für 1–3 A bei 115 V ausgelegt. Die Schalter SW3 sind identische Umschalter (SPDT) mit Nullstellung. SW2 und SW3 sollten bei Nichtgebrauch stets ausgeschaltet werden, da die Messgeräte die Batterien geringfügig entladen würden. Das Messgerät A1 ist ein Gleichstrom-Amperemeter 0–10 A, A2 ein Gleichstrom-Amperemeter 0–100 A. Das Messgerät V1 ist ein Gleichspannungs-Voltmeter 0–8 V für 6-V-Ladegeräte; V2 ist ein Voltmeter 0–15 V für 12-V-Ladegeräte; V3 ist ein Voltmeter 0–30 V und wird zum Ablesen von 18 oder 24 V umgeschaltet; V4 ist ein Voltmeter 0–50 V und wird zum Ablesen von 30 oder 36 V umgeschaltet. Die Voltmeter V1, V2, V3 und V4 müssen genau sein. Sind sie es nicht, lassen sie sich für eine einzelne Spannung über die Nullpunkteinstellung nachkalibrieren, sofern diese auf der Frontseite zugänglich ist. Andernfalls kann das Voltmeter mit einem Rheostat in Reihe zum Messgerät kalibriert werden, um eine zu hohe Anzeige zu verringern, oder mit einem Rheostat parallel zum internen Vorwiderstand, um die Anzeige zu erhöhen. Steht kein genaues Normal zur Verfügung, ist das Messgerät an einer einwandfreien, voll geladenen Blei-Säure-Batterie bei normaler Raumtemperatur von etwa 77 °F zu kalibrieren, die ihre Oberflächenladung verloren hat, also etwa 24 Stunden nach der Volladung, wobei ein Wert von 2,1 V je Zelle anzusetzen ist. Die Prüfklemmen der Batterien werden an eine gut zugängliche Stelle an der Vorderseite der Werkbank geführt und wie dargestellt gekennzeichnet. Die negativen Klemmen werden schwarz gestrichen und mit "NEG" gekennzeichnet oder bleiben unbezeichnet. Die beiden positiven Klemmen werden rot gestrichen oder mit "POS" gekennzeichnet. Über die Klemmen ist ein Gummivorhang zu hängen, etwa ein Stück eines alten Schlauchs, um versehentliche Kurzschlüsse zu vermeiden; er wird beim Einsatz des Belastungsprüfgeräts abgenommen. Die Prüfklemmen werden aus einem etwa 3 Zoll langen Stück Kupferrohr gefertigt, das auf die Kabelenden gelötet oder gecrimpt, flach gedrückt und zur Befestigung gebohrt wird. Anschließend werden sie von der Werkbank weg nach außen gebogen, damit die Klemme des Ladegeräts angesetzt werden kann.
Zum Einsatz des Belastungsprüfgeräts wird die positive (rote) Klemme des Ladegeräts an die passende positive Prüfklemme angeschlossen: bei kleinen Ladegeräten unter 10 A an die Klemme positiv 10 A, bei Ladegeräten über 10 A an die Klemme positiv 100 A. Die negative Klemme des Ladegeräts wird an die negative Prüfklemme der richtigen Spannung angeschlossen, also 6, 12, 18, 24, 30 oder 36 V.
Den Voltmeterschalter SW2 oder SW3 auf die Spannung des zu prüfenden Ladegeräts einstellen. Die Netzleitung des Ladegeräts einstecken, das Gerät auf Laden einschalten und die Stromanzeige sowohl am Ladegerät als auch am Prüfpult ablesen. Beide Anzeigen sollten etwa übereinstimmen. Bei vielen Batterieladegeräten zeigen die Amperemeter allerdings zu hoch an, also einen größeren Strom, als das Gerät tatsächlich abgibt; das ist unkritischer als eine zu niedrige Anzeige. Gibt das Ladegerät in der höchsten Stufe seinen vollen Nennstrom ab, zeigt das Gleichspannungs-Voltmeter die Nennspannung oder mehr an und ist die Netzspannung normal, so liefert das Ladegerät seine volle Ausgangsleistung.
Erreicht der Gleichstrom den Nennwert nicht, ist die Batteriespannung wahrscheinlich über ihren Nennwert gestiegen. Den zur Batteriespannung passenden Taster SW1 drücken, um Batterie und Ladegerät zu belasten. SW1 so lange gedrückt halten, bis das Gleichspannungs-Voltmeter genau die Nennspannung anzeigt, also 6, 12, 18, 24, 30 oder 36 V. Dann zügig das Gleichstrom-Amperemeter am Prüfgerät und am Ladegerät ablesen. Unter Umständen muss das Ladegerät ausgeschaltet und die Batterie 20 Sekunden lang entladen werden, um die Batteriespannung zu senken.
Bei einem fertig gekauften Belastungsprüfgerät ist das Vorgehen dasselbe: die Klemmen des Prüfgeräts und die des Ladegeräts an die Batterie anschließen und die passende Anzahl von Entlade-Lastwiderständen zuschalten.
Das Belastungsprüfgerät dient dazu, die Batteriespannung auf ihren Nennwert zu senken. Ein Ladegerät gibt seinen Nennstrom nur an eine vollständig entladene Batterie ab, deren Spannung auf oder unter dem Nennwert liegt. Bei den meisten Ladegeräten mit konstanter Spannung steigt die Batteriespannung im Verlauf der Ladung, während der Strom sinkt; der Lastwiderstand entlädt die Batterie daher und hilft, ihre Spannung während der Prüfung niedrig zu halten.
Ein Belastungsprüfgerät mit einem einzigen Widerstand ist in einer Werkstatt nicht praktikabel, da sehr unterschiedliche Ladegeräte geprüft werden. Sind Spannung und Strom an einem bestimmten Widerstand jedoch einmal ermittelt, so sind sie ein genauer Anhaltspunkt für die volle Ausgangsleistung des Ladegeräts. Eine Batterie zu laden ist nicht dasselbe, wie eine Spannung nur an einen Widerstand zu legen. Das Ladegerät
muss zunächst die Gegen-EMK der Batterie überwinden, bevor es überhaupt einen Ladestrom
liefern kann. Sobald das Ladegerät die Nennspannung der leeren Batterie erreicht hat, wird der von der Batterie aufgenommene Strom durch den Innenwiderstand der Batterie bestimmt. Dieser Widerstand setzt sich aus Platten, Zellenverbindern und Elektrolyt zusammen und ist mit Bruchteilen eines Ohms sehr niedrig. Deshalb sind die Leitfähigkeit der Gleichrichter und die Netzspannung für die volle Ausgangsleistung des Ladegeräts recht kritisch.
Das Belastungsprüfgerät nach Abbildung 1-3 eignet sich außerdem als Gleichstrom-Schweißgerät für das Lichtbogenschweißen mit Metallelektrode bei direkter und umgekehrter Polarität, für das Hartlöten mit Lichtbogenbrenner sowie für schweres Weichlöten und zum Erwärmen. Der Spannungsabfallwiderstand besteht aus allen Lastwiderständen R1 und weiteren Abschnitten; dargestellt sind nur drei. Die Klemme pos. W1 wird an eine der Verbindungsstellen zwischen zwei Widerständen R1 angeschlossen, die Klemme pos. W2 ist der positive Elektrodenhalter oder der Kohlelichtbogenbrenner. Die Klemme neg. W ist der negative Schweißanschluss. Diese Anordnung genügt für die gelegentlichen Schweiß-, Hartlöt- und schweren Weichlötarbeiten im Ladegeräteservice.
Belastbare einstellbare Widerstandsplatte
Eine belastbare einstellbare Widerstandsplatte lässt sich nicht nur als flexibleres Belastungsprüfgerät und als Entladewiderstand für Batterien aller Spannungen einsetzen, sondern auch für viele weitere Aufgaben im Ladegeräteservice.
Eine Widerstandsplatte nach den Abbildungen 1-4 und 1-5 anfertigen. Mit dem Kabel samt Klemme K und der Drahtbrücke J lässt sich jeder Lastwiderstand wählen, um die Batteriespannung auf den gewünschten Wert zu senken oder dort zu halten. Auf Wunsch kann ein belastbarer Kohledruck-Rheostat in Reihe geschaltet werden, um eine Feineinstellung zu erhalten; an der Verbindungsstelle H lässt sich eine lange Wicklung aus starkem Nichrom-Heizdraht ergänzen, um höhere Widerstandswerte zu erreichen. Zum schnellen und bequemen Zu- und Abschalten des Lastwiderstands kann ein Magnetschalter oder ein fußbetätigter Kfz-Anlasserschalter in Reihe verwendet werden.
Die Prüfplatte nach Abbildung 1-5 wird mit Eisenbindedraht von 0,0625 Zoll Durchmesser bewickelt. Die Anzahl der Stränge und die Länge jedes Abschnitts sind in Abbildung 1-4 angegeben. Die Stränge werden nach dem Abmessen und Ablängen verdrillt, indem ein Ende in einen Schraubstock und die anderen Enden an die Speichen eines Rades gespannt werden; durch Drehen des Rades werden die Stränge fest verdrillt.
Die Platte besteht aus Asbest, ist ¼ Zoll dick, 36 Zoll lang und 30 Zoll breit und wird an beiden Enden mit Schrauben durch Winkeleisen von 1 × 1 × ⅛ Zoll geklemmt, wie dargestellt. Soll sie auf einem brennbaren Boden, etwa aus Holz, verwendet werden, ist eine Blechwanne unter die Füße der Platte zu stellen, um bei einem versehentlichen Falschanschluss Funken oder geschmolzenes Metall aufzufangen. Mit einer Bügelsäge sind an der Ober- und Unterkante im Abstand von 1 Zoll Kerben einzuschneiden, damit die Drähte getrennt und in Position bleiben. An jeder Verbindungsstelle die Drähte miteinander verdrillen, im rechten Winkel von der Platte wegführen und die Enden hartlöten oder löten, um guten elektrischen Kontakt zu erhalten. Verbindungsstellen auf der Rückseite der Platte, etwa C und F, können durch eine Bohrung nach vorn geführt werden. Jede Verbindungsstelle ist mit Draht durch kleine Bohrungen in der Platte zu sichern. Zu dicht liegende Drähte mit Asbestpapier isolieren. Zwischenanzapfungen lassen sich nach Fertigstellung der Platte mit zweiteiligen Kupferklemmen ergänzen, wie sie Elektriker verwenden.
Abbildung 1-4 gibt den maximalen Strom und den ungefähren Widerstand in Ohm für jeden Abschnitt an, außerdem die Gesamtspannung und den Gesamtwiderstand von der Verbindungsstelle A bis zu jeder folgenden Verbindungsstelle.
Zum Einsatz der Platte die Leitung K an eine Seite von Batterie und Ladegerät anschließen und die Drahtbrücke J zwischen die andere Seite von Batterie und Ladegerät und die Verbindungsstelle legen, die die gewünschte Last ergibt.
Mit einiger Erfahrung lässt sich die Platte so kalibrieren, dass jedes Ladegerät ohne Batterien geprüft werden kann. Ausgangsspannung und/oder Ausgangsstrom liegen dabei niedriger als bei Anschluss an eine Batterie. Für jedes Modell, dessen volle Ausgangsleistung an einer Batterie bekannt ist, eine Tabelle anlegen: eine Verbindungsstelle wählen, die etwa den vollen Nennstrom ergibt, und Strom, Spannung und verwendete Verbindungsstelle genau festhalten, ebenso die Netzspannung bei kalter Prüfplatte zu Beginn. Die Gleichspannung liegt dabei deutlich unter der Nennspannung. Werden dieselben Modelle oder ein vergleichbares Modell gleicher Nennwerte nur mit der Widerstandsplatte und ohne Batterie geprüft, sollten sich etwa dieselben Messwerte ergeben. Zu beachten ist, dass der Widerstand steigt und der Strom sinkt, wenn sich die Widerstandsplatte erwärmt. Eine schnelle Prüfung jeweils im kalten Zustand liefert reproduzierbare Werte.
Abbildung 1-4 gibt die höchste Spannung an, die zwischen der Verbindungsstelle A und den übrigen Verbindungsstellen angelegt werden darf. Eine niedrigere Spannung zwischen der Verbindungsstelle A und einer weiter entfernten Verbindungsstelle ergibt jedoch einen kleineren Strom: 6 V zwischen den Verbindungsstellen A und F ergeben zum Beispiel etwa 10 A (0,630 Ω).
Die Platte lässt sich auch für andere Zwecke einsetzen, etwa als Spannungsabfallwiderstand bei der Prüfung von Spannungsreglern nach Abbildung 1-6, dort als Widerstand R1.
Mit der Prüf-Widerstandsplatte lässt sich der richtige Wert von Ballast- oder Spannungsabfallwiderständen im Primär- oder Sekundärkreis von Batterieladegeräten bestimmen, etwa beim Anschließen oder Umbauen älterer Ladegeräte für ausschließlich 6 V auf 6/12-V-Betrieb oder wenn die Ausgangsleistung verringert werden soll. Nachdem ermittelt ist, welche Verbindungsstellen den richtigen Wert ergeben, den Widerstand mit einem Ohmmeter im niedrigen Messbereich oder mit einer Wheatstone-Brücke genau messen. Bei niedrigen Werten den Widerstand nach dem Ohmschen Gesetz berechnen, nachdem Strom und Spannungsabfall am Widerstandsabschnitt gemessen wurden: der Widerstand in Ohm ist der Spannungsabfall geteilt durch den Strom in Ampere. Bei 10 A durch den Widerstand und 6 V Spannungsabfall beträgt der Widerstand beispielsweise sechs Zehntel, also 0,6 Ω. Die Nennleistung des Widerstands sollte mindestens dem Produkt aus Strom mal Strom mal Widerstand entsprechen, also 10 × 10 × 0,6 = 60 W.
Vom Ladegerät gespeistes Prüfgerät für Spannungsregler
Um automatische Spannungsregler in Batterieladegeräten richtig und schnell einzustellen und zu prüfen, sind eine veränderliche Gleichspannung und ein genaues Gleichspannungs-Voltmeter erforderlich. Abbildung 1-6 zeigt ein Prüfgerät, das die Spannung des Batterieladegeräts anstelle einer externen Spannungsquelle nutzt.
In Abbildung 1-6a ist das Potentiometer R2 ein Drahtpotentiometer mit 1 kΩ und 10 W. Die Anschlüsse T1, T2 und T3 sind kleine Krokodilklemmen an etwa 2 Fuß langen Leitungen. F ist eine Sicherung für 1/10 (0,1) A. V ist ein Gleichspannungs-Voltmeter mit einem zur Batteriespannung passenden Messbereich, beschaltet wie dargestellt.
Zum Einsatz des Prüfgeräts die positive Leitung von der positiven Klemme des Spannungsreglers abklemmen und an die Klemme T1 anschließen. Anschließend die Klemme T3 an die positive Klemme des Spannungsreglers anschließen. Die Klemme T2 an die negative Leitung und Klemme anschließen, die weiterhin mit dem Spannungsregler verbunden bleibt. Das Ladegerät anschließen, einschalten und das Potentiometer R2 verstellen, bis die richtige Abschaltspannung erreicht ist. Den Spannungsregler bei Bedarf nachstellen.
Reicht die Batteriespannung nicht aus, um den Abschaltpunkt zu erreichen, kann die Spannung des Ladegeräts an den Klemmen T1 und T2 über die Batteriespannung angehoben werden, um die Einstellung zu beschleunigen: dazu den Widerstand R1 nach Abbildung 1-6b zwischen die positive Klemme der Batterie BAT und die positive Ladeklemme CH des Ladegeräts einfügen. Als Widerstand R1 eignet sich eine alte Stahlfeder mit einem Drahtdurchmesser von No. 14 oder größer, je nach Strom, mit ¾ Zoll Durchmesser und 2 Fuß Länge, oder eine Reihe alter Entladewiderstände aus Prüfgeräten. Besser geeignet ist die Widerstandsplatte nach den Abbildungen 1-4 und 1-5. Der Widerstandswert ist so zu wählen, dass die Ladespannung geringfügig über die gewünschte Abschaltspannung des Reglers steigen kann.
Autarkes batteriebetriebenes Prüfgerät für Spannungsregler
Abbildung 1-7 zeigt den Schaltplan eines autarken, batteriebetriebenen Prüfgeräts für Spannungsregler, das fertig aufgebaut im Elektrofachhandel erhältlich ist.
V ist ein Gleichspannungs-Voltmeter mit einem Vollausschlag von 50 V und einem Widerstand von 50 kΩ, also 1 kΩ je Volt. SW1 ist ein Taster als Schließer, der zum Prüfen ("test") geschlossen und für die Verwendung als eigenständiges Voltmeter offen bleibt. BAT ist eine "B"-Batterie mit 67,5 V. R1 ist ein Potentiometer mit 10 kΩ, R2 ein Widerstand mit 3 kΩ. Das Prüfgerät besitzt außerdem ein eingebautes Thermometer, dessen Skala in Abschaltspannung geteilt ist.
Wegen des hohen Potentiometerwiderstands fällt die Anzeige des Voltmeters an diesem Prüfgerät plötzlich ab, sobald die Zenerdiodenspannung des Spannungsreglers erreicht ist. Sinkt sie unter die Einschaltspannung des Reglers, ist die Spannung durch Drehen des Potentiometers R1 im Uhrzeigersinn zu erhöhen, bis die Abschaltspannung wieder erreicht ist. Anschließend die Spannung langsam senken, um die Einschaltspannung des Spannungsreglers zu prüfen, sofern vorhanden.
Fehlen genauere Angaben zu den Einstellwerten des Spannungsreglers, kann Tabelle 1-1 als Richtwert dienen. Ist beim Laden der Gasungspunkt der Batterie erreicht, sollte die Klemmenspannung der Batterie bei 77 °F etwa den Werten in Tabelle 1-1 entsprechen.
Abschaltspannung des Spannungsreglers für verschiedene Batterien
Wechselstromgespeistes Prüfgerät für Spannungsregler
Abbildung 1-8 zeigt ein wechselstromgespeistes Prüfgerät für Spannungsregler.
Als Transformator T1 kann ein 120- oder 240-V-Abschnitt eines kleinen Transformators mit Mittelanzapfung dienen, der dann als Spartransformator arbeitet. Ebenso lässt sich der Primär- oder Sekundärteil eines alten Netztransformators aus einem Radiogerät verwenden, sofern er eine Mittelanzapfung hat. Die Dioden D1 und D2 sind Siliziumdioden für 1 bis 2 A bei 200–400 PIV. Die Gleichrichterausgangsspannung muss gesiebt werden, andernfalls würde der Spitzenwert der gleichgerichteten Spannung eine falsche Auslösespannung ergeben. Normalerweise wirkt die Batterie bei am Ladegerät angeschlossenem Regler wie ein großer Kondensator und hält die meisten dieser Spannungsspitzen zurück. Die Drossel CH1 ist eine Drossel mit 30 H. Für C1 und C2 eignen sich Elektrolytkondensatoren mit 8–16 mfd und 200 DCWV. R1 ist ein Drahtpotentiometer mit 1 kΩ und 10 W. F ist eine Sicherung für ¼ A. Das Messgerät V ist ein Gleichspannungs-Voltmeter 0–50 V. Diese Schaltung liefert eine Gleichspannung von etwa 0–70 V. Der Spartransformator kann die Gefahr eines elektrischen Schlages mit sich bringen; aus diesem Grund ist ein Trenntransformator mit getrennter Primär- und Sekundärwicklung vorzuziehen, sofern seine Sekundärwicklung 120 V mit Mittelanzapfung liefert (60 V zu jeder Seite der Mittelanzapfung).
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, im Gleichrichterteil eine Brückenschaltung mit einer Eingangsspannung von 60 V aus einem Variac oder einer anderen veränderlichen Spannungsquelle zu verwenden.
Bei jedem Prüfgerät mit interner Batterie oder mit gesiebter Gleichrichterschaltung, wie in den Abbildungen 1-7 und 1-8 gezeigt, ist nach dem Anschließen des Reglers an das Ladegerät eine abschließende Einstellung erforderlich, da die Ausgangsspannung des Ladegeräts – außer durch die Batteriespannung – nicht vollständig gesiebt ist. Spitzen der gleichgerichteten Spannung lösen den Regler bereits bei einer niedrigeren Voltmeteranzeige aus, als bei stabiler Gleichspannung eingestellt wurde. Die Abschaltspannung muss daher höher eingestellt werden. Die Einschaltspannung dagegen sollte keine Nachstellung erfordern, da das Ladegerät ausgeschaltet ist und die Spannung allein von der Batterie geliefert wird.
Beim Prüfgerät nach Abbildung 1-6 ist diese abschließende Einstellung in der Regel nicht erforderlich. Sie sollte jedoch überprüft werden, wenn der Spannungsregler für den normalen Betrieb wieder an den Ausgang des Ladegeräts angeschlossen wird.
Umformer von Einphasen- auf Dreiphasenstrom
Sollen große Industrieladegeräte in der Werkstatt instand gesetzt werden und steht keine Dreiphasenversorgung zur Verfügung, so lässt sich mit einem beliebigen einwandfreien Dreiphasenmotor ein relativ preiswerter Umformer aufbauen, wie in Abbildung 1-9 gezeigt, sofern eine Einphasenversorgung mit 230 V vorhanden ist. Dieser Umformer versorgt alle Dreiphasen-Ladegeräte und Motor-Generator-Sätze für 230 V, jedoch keine Geräte für 440 V Dreiphasenstrom. Dies wäre allerdings möglich, indem die Spannung mit einem Einphasentransformator von 10–15 kVA von 230 auf 440 V erhöht und der Motor für den Betrieb mit 440 V angepasst wird.
In Abbildung 1-9 ist der Motor M ein Dreiphasen-Asynchronmotor für 230 V mit 10–15 HP. Der Schalter SW ist ein dreipoliger Messerumschalter (3PDT) mit einer Verriegelung, die verhindert, dass er in die Laufstellung R gebracht wird, bevor er in der Startstellung S gestanden hat. SW lässt sich aus zwei getrennten dreipoligen Schaltern (3PST) aufbauen, die nebeneinander mit einander zugewandten Griffen angeordnet werden, wobei einer der beiden auf dem Kopf steht: verschraubt man die beiden Griffe, ergibt sich ein 3PDT-Schalter, allerdings ohne Verriegelung.
Der Motor M wird einphasig mit 115 V über einen Elektrolyt-Motoranlaufkondensator C mit 500–700 mfd und 120 V angelassen. Sobald der Motor seine volle Drehzahl erreicht, den Schalter SW in die Laufstellung R legen; damit liegen die 230 V Einphasenspannung an einer Phase des Motors M.
Ein Dreiphasenmotor, der mit Einphasenspannung läuft, erzeugt an seinen Klemmen eine Dreiphasenspannung, bedingt durch die magnetische Induktion des drehenden Rotors im Wechselfeld. Die drei Motoranschlüsse 1, 2 und 3 für Dreiphasenprüfungen an eine Steckdose oder einen Trennschalter führen.
Der Umformer lässt sich mit einem Anlassrelais selbstanlaufend ausführen; solche Relais sind im Handel für Elektromotorenteile erhältlich. Die Anschlussanweisungen für diese Art von Umformer liegen dem Relais in der Regel bei.
Ein solcher Motor eignet sich außerdem hervorragend als robuste Schleifmaschine, indem über einen Riemen eine Schleifspindel mit einer 10 Zoll großen Schmiedeschleifscheibe angetrieben wird. Das Anlaufmoment des Motors genügt, um die Scheibe auf Drehzahl zu bringen, und die Trägheit der Scheibe wirkt als Schwungrad, das den Motor bei plötzlichen hohen Stromlasten unterstützt, etwa beim Anlassen eines Dreiphasen-Motor-Generator-Satzes.
Präzisions-Kalibriervoltmeter für Gleichspannung
Wer Batterietester kalibriert und Spannungsregler einstellt, benötigt ein genaues Gleichspannungs-Voltmeter mit einer garantierten Genauigkeit von 0,5 % oder besser.
Auf dem Markt sind keine Standardmessgeräte erhältlich, die zu einem vertretbaren Preis die für das Kalibrieren und Einstellen von Batterie-Serviceausrüstung geeigneten Messbereiche und die nötige Genauigkeit bieten.
Der Autor hat die Spezifikationen erstellt und maßgeblich dazu beigetragen, ein ideales Gleichspannungs-Voltmeter zu entwickeln, das speziell auf die besonderen Anforderungen der Batterie-Serviceausrüstung ausgelegt ist.
Abbildung 1-10 zeigt die Skala eines Gleichspannungs-Voltmeters mit drei Messbereichen für Anwender, die ausschließlich mit Fahrzeug-Starterbatterien für 6, 12 und 24 V arbeiten.
Abbildung 1-11 zeigt die Skala eines Gleichspannungs-Voltmeters mit zwei Skalenbögen und vier Grundmessbereichen für Batterien mit 6, 12, 24 und 36 V; damit sind alle Fahrzeug-Starterbatterien sowie Batterien für Golfcarts und andere 36-V-Anwendungen erfasst. Der Messbereichswahlschalter für diese vier Bereiche ist in Abbildung 1-11a dargestellt. Abbildung 1-11b zeigt zwei zusätzliche Bereiche, 8 × 10 (40 bis 80 V, abgelesen auf der Skala 4-8 und mit 10 multipliziert) und 16 × 10 (80 bis 160 V, abgelesen auf der Skala 8-16 und mit 10 multipliziert), für Anwender, die mit allen Batteriespannungen arbeiten, die im Industrie- und Elektrofahrzeugbereich vorkommen oder zu erwarten sind.
Elektrische Messgeräte mit einer Genauigkeit von 2 % oder schlechter werden mit vorgedruckten, untereinander gleichen Skalen hergestellt. Präzisionsmessgeräte mit 0,5 % oder besser erfordern individuelle, von Hand gezeichnete Skalen und Kalibrierteilungen. Die Herstellung dieser Messgeräte nach Spezifikation kostet etwa so viel wie ein vergleichbares Katalogmessgerät mit Standardskala.
Solange diese Messgeräte nicht am Markt erhältlich sind, lassen sie sich als Sonderanfertigung zu einem Preis herstellen, der dem eines weniger genauen Messgeräts mit Steinlagerung entspricht.
Bezugsquelle 14 kann die in den Abbildungen 1-10, 1-11a, 1-11b und in Tabelle 1-2 gezeigten Messgeräte liefern. Da dort ausschließlich zuverlässige Messwerke mit unbedruckter Skala von Herstellern wie General Electric, Westinghouse, Weston und anderen verwendet werden, lassen sich genau kalibrierte Skalen anfertigen. Die Spezifikationen sind dort bekannt, sodass ein Preis genannt werden kann, wenn die Nummer der Abbildung und die gewünschte Baugröße angegeben werden. Beispiel für eine Preisanfrage: "Bitte nennen Sie Preis und Lieferzeit für das Messgerät nach den Spezifikationen in Tabelle 1-2, Zeichnung Abbildung 1-11b, in der Baugröße 6½ Zoll."
Spezifikationen für das Präzisions-Kalibriervoltmeter für Batterie-Serviceausrüstung
Der Preis richtet sich nach der Baugröße des Messgeräts und danach, ob es einen oder zwei Skalenbögen hat. Ein Messgerät mit den zusätzlichen Bereichen nach Abbildung 1-11b (8 × 10 und 16 × 10) kostet nur wenig mehr, da lediglich zwei Präzisions-Vorwiderstände und zwei weitere Stellungen am Wahlschalter hinzukommen.
Das Messwerk mit Spannbandlagerung ist dem Messwerk mit Steinlagerung überlegen und kostet weniger, da es keine Lager und keine Spiralfeder gibt, die Reibung verursachen. Solche Messwerke sind über lange Zeit robuster und zuverlässiger, und die Messwerte lassen sich leicht und genau ablesen.
Einige unserer Batterieladegeräte