Messgeräte und Batterietester

Die in Batterieladegeräten am häufigsten eingesetzten Messgeräte sind Anzeigen der „Laderate“ (Gleichstrom-Amperemeter) mit oder ohne externen Shunt sowie „Glühlampenanzeigen“, also Gleichstrom-Amperemeter mit Mittelnullpunkt und externem Shunt. In kombinierten Geräten aus Batterieladegerät und Batterietester kann zusätzlich ein kalibriertes Voltmeter für die Batterieprüfung vorhanden sein. Ebenso können Gleichspannungsmesser, Wechselstrom-Amperemeter und Wechselspannungsmesser oder ein Amperestundenzähler eingebaut sein.

Gleichstrom-Amperemeter

In Batterieladegeräten werden drei Bauarten von Amperemetern verwendet: das direkt angeschlossene Gleichstrom-Amperemeter, die Bauart mit am Messgerät montiertem Shunt und die Bauart mit externem Shunt.

Das direkt angeschlossene Gleichstrom-Amperemeter ist in Abbildung 18-1a dargestellt. Es enthält eine oder mehrere Windungen eines Drahtes mit großem Querschnitt, oder das Kabel verläuft außen und die Anzeige erfolgt induktiv. Der gesamte Strom fließt durch das Messgerät und wird dort erfasst. Bei dieser Bauart gibt es keine Einstellmöglichkeit, abgesehen von einer Nullpunkteinstellung in einigen Fällen. Bei allen drei Bauarten zeigt das Skalenblatt die Ampere entweder als Zahlenwerte an oder über eine farbig markierte Skala, die die Grenzwerte der maximalen Ladung für jede Batteriespannung kennzeichnet.

Die Bauart mit am Messgerät montiertem Shunt ist in Abbildung 18-1b dargestellt.

Die Bauart mit externem Shunt ist in Abbildung 18-1c dargestellt. Beide Shunt-Bauarten arbeiten nach demselben Prinzip. Sie werden eingestellt, indem die Schraube gelöst und der Anschluss verschoben wird, um die Position des Messgeräts auf dem Shunt zu verändern. Je weniger Metall zwischen den Anschlüssen des Messgeräts liegt, desto kleiner ist der Messwert bei gleichem Strom durch den Shunt. In beiden Fällen fließt der Hauptstrom des Ladegeräts durch den Shunt SH. Das Messgerät wird vom Spannungsabfall am Shunt betrieben. Dieser Spannungsabfall beträgt nur wenige Tausendstel Volt, also einige Millivolt (mV). Das Messgerät ist somit ein Millivoltmeter, wird aber für einen bestimmten Shunt in Ampere kalibriert. Die Bauart mit externem Shunt erspart das Verlegen von Kabeln mit großem Querschnitt zum Messgerät und zurück. Zwischen Shunt und Messgerät genügt eine sehr dünne Leitung. Der Shunt wird üblicherweise auf einem kräftigen Bolzen montiert, wie er am Schutzschalter, am Magnetschalter oder am Gleichrichter vorhanden ist. In den Abbildungen 18-1b und 18-1c erhöht das Verschieben des Shunt-Anschlusses in Richtung I den Messwert, das Verschieben in Richtung D verringert ihn.

Voltmeter

Gelegentlich werden Gleichspannungsmesser, die am Ausgang des Batterieladegeräts angeschlossen sind, als Ladeanzeige verwendet. Erreicht die Spannung bei einer 12-V-Batterie etwa 13,8 V, gilt die Batterie bei normaler Raumtemperatur als vollständig geladen, ohne dass Gasung auftritt. Zwei getrennte dünne Leitungen führen direkt zu den Klemmen des Ladegeräts, damit die Spannung an den Batteriepolen gemessen wird und der Fehler durch den Spannungsabfall im Ladekabel entfällt.

Anschluss der Messgeräte

Gleichspannungsmesser müssen parallel zum Stromkreis angeschlossen werden, also Plusanschluss an Plusanschluss und Minusanschluss an Minusanschluss. Ein Amperemeter wird dagegen in Reihe geschaltet: Der positive Ausgang des Ladegeräts wird mit dem positiven Anschluss des Messgeräts verbunden. Der negative Anschluss des Messgeräts führt dann zur Klemme des Pluskabels. Bei einem Ladegerät mit negativem Ausgang wird der negative Ausgang mit dem negativen Anschluss des Messgeräts verbunden und der positive Anschluss des Messgeräts mit der Klemme des Minuskabels.

Bei den meisten Voltmetern und Amperemetern ist der linke Anschluss – bei Blick auf die Anschlüsse an der Rückseite des Geräts – der positive Anschluss.

Die aufgesteckten Kunststoffabdeckungen der Messgeräte lassen sich leicht ersetzen, und häufig ist ein Austausch auch erforderlich. Zur Reinigung der Kunststoffabdeckungen dürfen nur Wasser mit Seife oder Reinigungsmittel verwendet werden. Alkohol und Lösungsmittel sind nie zu verwenden. Die Abdeckung lässt sich mit den Fingern abziehen und wieder aufschnappen. Dabei ist auf die Lage der Laschen an der Abdeckung zu achten; sie müssen mit den entsprechenden Aussparungen im Gehäuse des Messgeräts übereinstimmen. Die Abdeckung passt nur in einer Ausrichtung korrekt, ohne Gewaltanwendung.

Gleichspannungsmesser mit gedehnter Skala

Gleichspannungsmesser werden in Batterielastprüfgeräten eingesetzt, entweder als eigenständiges Prüfgerät oder eingebaut in ein Kombigerät aus Batterieladegerät und Batterietester. Die Messleitungen des Voltmeters führen über getrennte Leitungen direkt vom Voltmeter zu den Klemmen des Ladegeräts, um Messfehler durch den Spannungsabfall in den Kabeln mit großem Querschnitt zu vermeiden. Ein Batterietester legt eine Widerstandslast an die geprüfte Batterie und zeigt die Spannung unter Last sowie im Leerlauf, vor und nach dem Laden.

Bei den meisten Prüfgeräten neuerer Bauart ist der Gleichspannungsmesser, der Batteriezustand und Ladezustand anzeigt, eine Sonderbauform: ein Gleichspannungsmesser mit „gedehnter Skala“ oder „unterdrücktem Nullpunkt“.

Ein herkömmliches Voltmeter verteilt die Spannung von Null bis zum Endwert über die gesamte Skala. Für ein Gerät mit 0–15 V ist der herkömmliche Gleichspannungsmesser mit linearer Skala in Abbildung 18-2a dargestellt. Bei der Batterieprüfung (12 V) sind Spannungen unter 10 V oder über 15 V (üblich sind 8–16 V) ohne besondere Bedeutung. In Abbildung 18-2a liegen die wichtigen Spannungswerte im oberen Drittel der Skala. Der Gleichspannungsmesser mit gedehnter Skala in Abbildung 18-2b behebt diesen Nachteil: Er dehnt die Skala um den Faktor 3 und liefert damit dreifach genauere Messwerte. Das Gerät in Abbildung 18-2b beginnt erst dann anzuzeigen, wenn die Spannung 10 V erreicht.

Diese Dehnung lässt sich auf mehrere Weisen erreichen. Weit verbreitet ist eine Brückenschaltung mit speziellen Widerständen oder mit Glühlampen. Die Brückenschaltung ist entweder im Messgerät untergebracht oder auf einer Platte außerhalb des Geräts montiert. Bei den frühesten Modellen mit gedehnter Skala erfolgte die Unterdrückung über die Einstellung der Spiralfeder, die den Zeiger am unteren Skalenende hielt, bis eine Spannung von etwa 10 V erreicht war. Bei diesem Verfahren schlug der Zeiger jedes Mal gegen den Anschlag, wenn die Spannung plötzlich abgeschaltet wurde. Dadurch wurde der Zeiger häufig beschädigt oder verbogen, oder es kam zu ungenauen Messwerten. Diese Geräte mussten daher zwangsläufig stark gedämpft sein, um das Zurückschlagen zu begrenzen.

Gleichspannungsmesser mit gedehnter Skala und Zenerdioden

Mit der Entwicklung der Zenerdiode stand ein vergleichsweise kostengünstiges, genaues und einfaches Mittel zur Verfügung, den Messbereich eines Gleichspannungsmessers zu dehnen.

In Abbildung 18-3a ist eine 10-V-Zenerdiode in Reihe mit dem Voltmeter dargestellt. Das Messgerät erhält keinen Strom, bis die Spannung 10 V erreicht und die Zenerdiode zu leiten beginnt, wobei an ihr ein Spannungsabfall von 10 V bestehen bleibt. Bei steigender Spannung weist die Zenerdiode Z innerhalb bestimmter Grenzen einen konstanten Spannungsabfall von 10 V auf, unabhängig vom durchfließenden Strom. Bei Vollausschlag mit 15 V fallen 10 V an der Zenerdiode Z und 5 V am Innenwiderstand des Messgeräts ab. Bei einem Messwert von 10 V liegt am Messgerät keine Spannung an, und der Spannungsabfall an der Zenerdiode beträgt 10 V.

Abbildung 18-3b zeigt dieselbe Grundschaltung, jedoch für den Betrieb mit zwei Spannungen, etwa 6 und 12 V, mit zwei Zenerdioden. Die Zenerdiode Z1 nimmt 5 V oder weniger auf, Z2 nimmt 10 V oder weniger auf. R1 ist der Vor- und Abgleichwiderstand für 6 V (Bereich 5–7,5 V), R2 ist der Vor- und Abgleichwiderstand für 12 V (Bereich 10–15 V). Der Schalter SW1 ist ein einpoliger Umschalter (SPDT), der den Bereich 6 V oder 12 V wählt. Geringe Abweichungen der Werte von Z1 und Z2 lassen sich über die Regelwiderstände R1 und R2 ausgleichen. Z1 und Z2 sollten genau 5 V beziehungsweise 10 V aufweisen oder weniger, jedoch nicht mehr. Bei kleineren Werten beginnen sie etwas früher zu leiten.

Gelegentlich findet sich eine Zenerdiode, die an den Anschlüssen des Messgeräts angeschlossen ist. Sie ist nicht mit den Schaltungen der Abbildungen 18-3a und 18-3b zu verwechseln. Eine an den Voltmeteranschlüssen liegende Zenerdiode dient dem Überspannungsschutz. Die Zenerdiode leitet und schließt das Messgerät kurz, wenn die Spannung am Skalenendwert die zulässigen Grenzen überschreitet.

Batterielastprüfgerät

Mit dem Batterielastprüfgerät aus Abbildung 18-4 lässt sich die Batteriespannung im Leerlauf und bei einer vorgegebenen Strombelastung ablesen; geprüft werden können 6-V- und 12-V-Batterien. Die Skala des Gleichspannungsmessers VM ist üblicherweise in Volt kalibriert und weist stets farbige Bereiche auf, die Batteriezustand und Ladezustand kennzeichnen. Häufig ist zusätzlich eine farbige Skala zum Kalibrieren und Einstellen von Spannungsreglern in Fahrzeugen vorhanden.

Für den Einsatz des Prüfgeräts wird zunächst der Schalter für die Prüfspannung – bestehend aus SW2 und SW3, die als zweipoliger Umschalter (DPDT) gekoppelt sind – auf 6 V oder 12 V gestellt. Damit werden der richtige Messbereich am Prüfgerät gewählt und die passende Widerstandslast zugeschaltet. Wird SW1 auf Prüfen gestellt, zieht der Magnetschalter RL1 an, die Kontakte schließen und der Lastwiderstand R1 wird an die Batterie gelegt. Stehen die Prüfschalter SW2 und SW3 in der Stellung 12 V, zieht der Magnetschalter RL2 nicht an, und für die 12-V-Prüfung liegt nur der Widerstand R1 an der Batterie. Stehen SW2 und SW3 in der Stellung 6 V, schließt der Magnetschalter RL2 seine Kontakte und legt den Lastwiderstand R2 parallel zu R1 an die Batterie. Eine 6-V-Batterie benötigt einen höheren Lastprüfstrom als eine 12-V-Batterie.

Zu beachten ist, dass dünne Leitungen aus dem Messkreis direkt zu den Batterieprüfklemmen führen, um genaue Spannungswerte an den Batteriepolen zu erhalten. Dadurch entfällt der Fehler durch den Spannungsabfall in den Kabeln. Gebrauchte Kabel können viele gebrochene Einzeldrähte aufweisen und einen höheren Widerstand als ein neues Kabel haben. Diese dünnen Leitungen sind üblicherweise in das Kabel mit größerem Querschnitt eingebettet oder außen an den Batterieprüfkabeln festgeklebt.

Der Regelwiderstand R3 (25 Ω) ist der Abgleichwiderstand, R4 (39 Ω) der Vorwiderstand für 6 V. Der Regelwiderstand R5 (40 Ω) ist der Abgleichwiderstand, R6 (100 Ω) der Vorwiderstand für 12 V.

Kombiniertes Ladegerät und „421“-Batterietester

Der in Abbildung 18-5 dargestellte Batterietester ist ein Gerät des Typs „421“ und arbeitet genauer und zuverlässiger als frühere Geräte. Er verfügt über ein eingebautes Ladegerät mit 14 A, ausschließlich für 12-V-Batterien. Das Gerät ist speziell für die Durchführung der „421“-Batterieprüfung ausgelegt. Diese „421“-Prüfung ist das Ergebnis umfangreicher Prüfungen und Auswertungen an mehreren Tausend Batterien aller Größen und Marken in unterschiedlichen Lade- und Zustandsstufen.

Die „421“-Prüfung beruht auf der Auswertung von Differenzen der Leerlaufklemmenspannung. Die Klemmenspannung wird gemessen, nachdem die Batterie durch eine Entladung mit 50 A über eine festgelegte Zeit von 15 s konditioniert wurde, und erneut, nachdem sie durch eine Ladung mit 14 A über eine festgelegte Zeit von 45 s konditioniert wurde. Die Differenz beider Messwerte wird anschließend mit einer genormten farbigen Skala des Messgeräts verglichen, um den Batteriezustand zu bestimmen. Der Bezugswert beruht auf den Spannungsdifferenzen, die für gute und für schlechte Batterien charakteristisch sind. Prüfgeräte, die diese „421“-Prüfung ausführen können, sind am Aufdruck „421 TEST“ auf der Frontplatte erkennbar.

Anhand von Abbildung 18-5 ist das folgende Verfahren auszuführen, das auch auf der Frontplatte des Prüfgeräts abgedruckt ist. Wo es sinnvoll erscheint, wurden Erläuterungen ergänzt, um die Funktion der einzelnen Bauteile in allen Prüfschritten näher zu beschreiben.

• 1. Batterie auf sichtbare Schäden prüfen und bei Bedarf Wasser nachfüllen. ACHTUNG: Alle Leuchten und Verbraucher müssen ausgeschaltet sein.
• 2. Netzleitung in eine 115-V-Steckdose einstecken.
• 3. Die rote Klemme an den Plus- und die schwarze Klemme an den Minuspol der Batterie anschließen. Klemmen drehen, um guten Kontakt herzustellen.

Der „Wahlschalter“ aus SW3A und SW3B wählt die 421-Prüfung („test“), schaltet die Wechselspannung ab („off“) oder schaltet das Gerät als normales Batterieladegerät („charge“) mit 14 A und 12 V. Der „Wahlschalter“ ist ein zweipoliger Kippschalter (DPDT) mit Mittelstellung „off“.

• 4. Zum Prüfen den „Wahlschalter“ SW3 in die Stellung „test“ bringen. Den „Prüfzeiger“ am Messgerät (ein kleiner Knopf auf der Gerätefront) nach oben drehen. Alle drei Prüflampen – „set“, „re-start“ und „condition“ – müssen leuchten. Der „Prüfzeiger“ (SW10) am Messgerät muss nach oben gedreht sein, damit die Lampe „re-start“ RT3 aufleuchtet. Andernfalls könnte die Lampe „re-start“ in Schritt 7 kein Erlöschen anzeigen. SW10 ist ein am Messgerät montierter Mikroschalter, der schließt und die Lampe „re-start“ RT3 einschaltet, wenn der „Prüfzeiger“ auf über 11 V der Skala eingestellt ist. SW10 ist offen und die Lampe „re-start“ RT3 erloschen, wenn der „Prüfzeiger“ unter 11 V der Skala eingestellt ist.
• 5. Die Taste „set“ SW6 drücken und gedrückt halten, bis die Lampe „set“ RT2 erlischt. Die Taste „set“ SW6 schließt den Stromkreis, der den Motor des Lastzeitschalters TM3 an die 115-V-Wechselspannungsleitung legt. Nach einigen Sekunden verschiebt der Schalter SW9 – ein nockenbetätigter Schalter, der vom Lastzeitschaltermotor TM3 angetrieben wird – den bewegten Kontakt 3 von Kontakt 1 auf Kontakt 2. Dadurch erlischt die Lampe „set“ RT2, und Kontakt 3 wird mit Kontakt 2 verbunden. Damit wird die Taste „set“ SW6 überbrückt und TM3 läuft auch nach dem Loslassen der Taste weiter. Gleichzeitig verschiebt der Lastzeitschalter SW12 den Kontakt 3 von Kontakt 1 auf Kontakt 2 und legt den 50-A-Lastwiderstand R3 für 15 s an die Batterie. Wird die Taste „set“ nicht gedrückt gehalten, bis die Lampe „set“ erlischt, bleiben Zeitschalter und Prüfzyklus stehen. Die Taste „set“ daher drücken und halten, bis die Lampe „set“ erlischt. Nach dem Erlöschen der Lampe „set“ wird die 50-A-Last für 15 s aufgeschaltet und danach wieder abgeschaltet. Die Lampe „set“ bleibt weitere 5 s dunkel, während sich die Batteriespannung stabilisiert. Bleibt der Zeitschalter aktiv und schaltet die Lampe „set“ nicht innerhalb weniger Sekunden ab, sind die Batterien sofort abzuklemmen und der Nocken des Lastzeitschalters TM3 ist zu prüfen. Der Lastzeitschalter kann an der Nockenflanke hängen bleiben und den Zeitschaltermotor blockieren, wobei der Lastwiderstand an der Batterie bleibt. In der Regel behebt eine kleine Menge Fett an der steilen Nockenflanke das Problem. Andernfalls ist der Nocken zu glätten, um Grate zu entfernen. Empfohlen wird das Schmiermittel Molykote G. Um die einwandfreie Funktion des Zeitschalters sicherzustellen, ist der Lastprüfzyklus nach Schritt 5 bei abgeklemmten Batterien mehrmals zu durchlaufen. Besser noch: die Leitungen des Zeitschaltermotors TM3 abklemmen und über einen Variac, ein Potentiometer oder eine andere einstellbare Wechselspannungsquelle 88 V anlegen. Läuft der Motor mehrere Minuten mit 88 V, kann er bei 115 V Wechselspannung als zuverlässig gelten. Das Drehmoment bei 88 V beträgt nur 58,5 % des Drehmoments bei 115 V. Das Drehmoment ändert sich nicht proportional zur Spannung, sondern mit deren Quadrat.

Die großen Kontakte 2 und 3 des Lastzeitschalters SW12 und der Mikroschalter SW9 des Lastzeitschalters werden vom Lastzeitschaltermotor TM3 über zwei getrennte Nocken angetrieben. Nach 20 s führt der Zeitschalter TM3 die Kontakte von SW9 und SW12 in die in Abbildung 18-5 dargestellte Ausgangsstellung zurück.

Bleibt der Lastzeitschalter mit noch angeschlossenem Lastwiderstand R3 hängen, darf die Batterie nicht geladen und Schritt 7 nicht ausgeführt werden: Die zusätzliche Last würde die Gleichrichter überlasten oder den 30-A-Schutzschalter CB auslösen.

• 6. Sobald die Lampe „set“ wieder aufleuchtet, den „Prüfzeiger“ unverzüglich so weit drehen, bis er den Zeiger des Messgeräts an der „set line“ schneidet.
• 7. Erlischt die Lampe „re-start“, mit Schritt 9 fortfahren. Die Lampe „re-start“ erlischt nicht, wenn der „Prüfzeiger“ in Schritt 6 auf über 11 V eingestellt war.
• 8. Bleibt die Lampe „re-start“ an, die Schritte 5, 6 und 7 wiederholen. Bleibt sie nach drei Wiederholungen weiter an, mit Schritt 9 fortfahren.
• 9. Die Taste „condition“ drücken und gedrückt halten, bis die Lampe „condition“ erlischt. Die Taste „condition“ SW4 steuert den Konditionierzeitschalter TM2 und startet einen Ladezyklus mit 14 A über 45 s. Die Ladung beginnt, wenn die Lampe „condition“ RT1 erlischt, und endet, wenn die Lampe „condition“ wieder aufleuchtet. Startet die Taste „condition“ SW4 den Konditionierzeitschaltermotor TM2, so verschiebt der nockenbetätigte Schalter SW7 nach einigen Sekunden den Kontakt C von Kontakt S2 auf Kontakt S1. Dadurch wird die Lampe „condition“ RT1 abgetrennt und erlischt. Die Kontakte C und S1 legen 115 V Wechselspannung an die Primärwicklung des Transformators T1 und laden die Batterie über die Siliziumdioden D1 und D2 mit 14 A in einer üblichen Vollwellenschaltung mit Mittelanzapfung. Gleichzeitig betätigt der Konditionierzeitschaltermotor den Schalter SW8, indem er den Kontakt TM von Kontakt 1 auf Kontakt 2 verschiebt und damit die Taste „condition“ SW4 überbrückt. Der Motor TM2 läuft den Zyklus auch nach dem Loslassen der Taste SW4 vollständig durch. SW4 darf losgelassen werden, sobald – aber nicht bevor – die Lampe „condition“ RT1 erlischt. Der Konditionierzeitschaltermotor läuft 45 s und schaltet dann ab; er beendet den Ladezyklus, indem er den Kontakt C von S1 in eine Mittelstellung zwischen S1 und S2 bewegt. Der Motor läuft weitere 15 s, um die Spannung zu stabilisieren. Anschließend verschiebt SW8 den bewegten Kontakt TM von Kontakt 2 auf Kontakt 1 und stoppt den Motor TM, sobald der bewegte Kontakt C von SW7 auf Kontakt S2 wechselt und die Lampe „condition“ RT1 einschaltet.
• 10. Sobald die Lampe „condition“ wieder aufleuchtet (nach etwa 1 Minute), ist unverzüglich abzulesen, wo der Zeiger des Messgeräts die Linie des „Prüfzeigers“ schneidet. Ein Messwert im linken roten Bereich zeigt eine zu niedrige Spannung nach der Ladung an, verursacht durch einen möglichen Kurzschluss in der Batterie.

Ein Messwert im rechten roten Bereich zeigt eine zu hohe Spannung nach der Ladung an, verursacht durch Sulfatierung oder einen hohen Innenwiderstand der Batterie. Ein Messwert im grünen Bereich kennzeichnet eine einwandfreie Batterie. Ist ein Nachladen erforderlich, lässt sich die etwaige Ladedauer in Stunden ablesen.

• 11. Liegt der Messwert in einem der beiden roten Bereiche, ist die Batterie zu ersetzen. Liegt er im grünen Bereich, ist die Batterie in Ordnung; sie ist dann so viele Stunden nachzuladen, wie auf der oberen Skala angegeben.

Verfahren zum Laden der Batterie

• 1. Mit dem Wahlschalter in der Stellung „off“ die Kabelklemmen polrichtig an die Batterie anschließen. Den Wahlschalter in die Stellung „test“ bringen; vor dem Umschalten auf Laden müssen alle drei Lampen leuchten. Anschließend den Wahlschalter in die Stellung „charge“ bringen.
• 2. Den „Ladezeitschalter“ TM1 auf die gewünschte Stundenzahl einstellen.

In Abbildung 18-5 ist der 12-Stunden-Zeitschalter SW11 ein nockenbetätigter Schalter, der vom Motor des „Ladezeitschalters“ TM1 angetrieben wird. Wird der Knopf des Ladezeitschalters im Uhrzeigersinn gedreht, schließt er die Kontakte 1 und 2, legt den Ladezeitschaltermotor TM1 und die Primärwicklung des Transformators T1 an die 115-V-Wechselspannungsleitung und läuft die am Knopf eingestellte Stundenzahl weiter. Damit erhält die Batterie eine Ladung mit 12 V und – zu Beginn – 14 A. Das Prüfvoltmeter VM kann so kalibriert werden, dass es bei „Wahlschalter“ in Stellung „off“ die genaue Spannung an den Kabelklemmen anzeigt; dazu wird der Regelwiderstand R2 verstellt, der im Gehäuse sitzt und über einen Stummelschaft mit Schraubendreherschlitz zugänglich ist. Zum Kalibrieren des Messgeräts VM sollte selbstverständlich ein Präzisionsvoltmeter mit 0,5 % verwendet werden. Ausreichend genaue Ergebnisse lassen sich jedoch auch mit einer vollständig geladenen Batterie erzielen, die sich nach dem Laden 24 Stunden stabilisiert hat, ohne in diesem Zeitraum weiter geladen oder entladen zu werden. Bei 77 °F muss die Batterie eine Spannung von 2,1 V pro Zelle aufweisen, also 12,6 V bei einer 12-V-Batterie. Liegt das Messgerät VM des Prüfgeräts nahe genug an diesem Wert, bleibt es unverändert. Weicht der Messwert stark ab, ist der Regelwiderstand R2 so einzustellen, dass VM genau 12,6 V anzeigt.

Einfaches Handbatterieprüfgerät

Abbildung 18-6 zeigt ein kleines Handvoltmeter, mit dem die Batteriespannung unter Anlasserlast gemessen und Spannungsregler in Fahrzeugen eingestellt werden. Dieses Prüfgerät ist ungewöhnlich, weil es keinen Schalter zum Umschalten zwischen 6 V und 12 V besitzt: Es genügt, die Anschlüsse zu vertauschen. Aus dem Gehäuse ragt die Geräteprüfspitze MP heraus; eine zweite Prüfspitze TP sitzt am Ende einer flexiblen Leitung. Zum Ablesen auf der 6-V-Skala wird die Prüfspitze MP an den Pluspol und die Prüfspitze TP an den Minuspol der Batterie gelegt. Auf der 6-V-Skala fließt der Strom über die Prüfspitze MP und die Siliziumdiode D1 – die Dioden D3 und D2 sperren –, weiter über den positiven Anschluss des Messgeräts VM, das 6-V-Vorwiderstandspotentiometer R1 und die Diode D4 zur Prüfspitze TP und zurück zum Minuspol der Batterie. Zum Ablesen auf der 12-V-Skala werden die Anschlüsse der Prüfspitzen vertauscht: Die Prüfspitze TP wird an den Pluspol und die Prüfspitze MP an den Minuspol gelegt. Auf der 12-V-Skala fließt der Strom über die Prüfspitze TP und die Diode D2 (D4 und D1 sperren), weiter über den positiven Anschluss des Messgeräts, R1, R2 und D3 und über die Prüfspitze MP zurück zum Minuspol der Batterie.

Die Dioden D1, D2, D3 und D4 sind alle Siliziumdioden, ausgelegt für 500 mA und 50 PIV oder mehr.

Das Potentiometer R1 ist der Abgleichwiderstand für 6 V (50 Ω). Es ist zuerst einzustellen, da in der Diode D4 ein geringer Sperrstrom auftreten kann. Der Regelwiderstand R2 ist der Abgleichwiderstand für 12 V (100 Ω).

Batteriezustandsprüfgerät

Abbildung 18-7 zeigt ein Batteriezustandsprüfgerät mit zeitgesteuerter Last von 250 A bei 6 V und 180 A bei 12 V, einem Messgerät mit gedehnter Skala und einem automatischen 6-/12-V-Wahlrelais RL3.

Das 6-/12-V-Relais RL3 besitzt einen Doppelkontaktsatz 1 und 2 sowie einen Dreifachkontaktsatz 3, 4 und 5. Bei abgefallener Spule von RL3 oder bei 6 V verbleiben die Kontakte in der dargestellten 6-V-Stellung. Bei 12 V zieht der Anker an und bewegt Kontakt 1 von Kontakt 2 weg sowie Kontakt 3 von Kontakt 4 auf Kontakt 5; damit werden Last und Messgerät auf den 12-V-Bereich gestellt. Der Magnetschalter RL1 schließt während der Prüfung „Batteriezustand“, also der Lastprüfung, sowohl bei 6 V als auch bei 12 V – entweder über die Kontakte 1 und 2 von SW1 des Zeitschalters TM, über die Kontakte 1 und 2 des Schalters „Batteriezustand“ SW3A oder über beide. Dadurch wird der 180-A-Entladewiderstand R1 an die Batterie gelegt. Bei 6 V verbindet der Kontakt RLC3 die Kontakte 1 und 2, zieht den Magnetschalter RL2 an und legt den Entladewiderstand R2 parallel zu R1 an die Batterie, um bei 6 V die höhere Last von 250 A zu erreichen.

Der Schalter „Ladezustand“ / „Batteriezustand“ SW3A und SW3B ist ein zweipoliger Umschalter (DPDT). In der Stellung „Ladezustand“ sind die Kontakte 1 und 3 von SW3B geschlossen und legen das Voltmeter VM an die Leitung für die Messwerte „Ladezustand“ und „Leerlauf“. Die Stellung „Batteriezustand“ schließt die Kontakte 1 und 2 von SW3A und zieht damit die Entlade-Magnetschalter an; die Kontakte 1 und 2 von SW3B speisen das Prüfmessgerät VM über ein Vorwiderstandsnetzwerk mit niedrigerem Widerstand, sodass die Spannung unter Last höher auf der Skala liegt. Es handelt sich um ein Messgerät mit gedehnter Skala. Die vier Siliziumdioden D1, D2, D3 und D4 sind baugleich und vereinfachen das mechanische Umschalten der Spannungsvorwiderstandskreise des Voltmeters; sie wirken als automatische Schalter. Beispielsweise fließt in der Stellung 6 V Leerlauf und „Ladezustand“ der Strom von der positiven Kabelklemme

über das Messgerät, die Kontakte 3 und 4 des Schalters RLC3, über R4 (25 Ω), R3 (33 Ω), die Diode D1 und die Kontakte 3 und 1 von SW3B zurück zum Minuspol (D2 sperrt den Strom). In der Stellung 6 V „Batteriezustand“ fließt der Strom von der positiven Kabelklemme über das Messgerät, die Kontakte 3 und 4 von RLC3, über R6 (25 Ω), R5 (18 Ω), D3 und die Kontakte 1 und 2 von SW3B zurück zur negativen Kabelklemme. In der Stellung 12 V „Ladezustand“ oder Leerlauf fließt der Strom von der positiven Batterieklemme über das Messgerät, die Kontakte 3 und 5 von RLC3, über R10 (40 Ω), R9 (100 Ω), D2 und die Kontakte 3 und 1 von SW3B zurück zur negativen Batterieklemme. In der Stellung 12 V „Batteriezustand“ fließt der Strom von der positiven Batterieklemme über das Messgerät, die Kontakte 3 und 5 von RLC3, R8 (40 Ω), R7 (75 Ω), D4 und die Kontakte 2 und 1 von SW3B zurück zur negativen Batterieklemme.

Das Prüfverfahren und die Auslegung der Messwerte sind auf der Frontplatte abgedruckt.

Die Magnetschalter RL1 und RL2 sind 6-V-Ausführungen für Aussetzbetrieb, halten aber die 12 V für die wenigen Sekunden ihrer Ansteuerung aus.

Universalprüfgerät für Batterien

Abbildung 18-8 zeigt das Schaltbild eines Universalprüfgeräts für Batterien. Mit diesem Universalprüfgerät lassen sich mehrere unterschiedliche Batterieprüfungen durchführen.

Die auf der Frontplatte des Prüfgeräts abgedruckten Prüfverfahren lauten wie folgt:

Prüfung 1: Batterieladung

Den Schalter „Fahrzeugbatterie“ SW1 mit den Ebenen A, B, C und D auf den Fahrzeugtyp einstellen (6 V, 12 V Kompaktwagen oder 12 V Standard). Steht Kontakt 4 jeder Ebene von SW1 auf Kontakt 1, ist die Schaltung für 6-V-Batterien eingerichtet; auf Kontakt 2 für 12-V-Batterien von Kompaktwagen; auf Kontakt 3 für 12-V-Batterien mit höherer Kapazität von Standardfahrzeugen.

Die rote Klemme an den Plus- und die schwarze Klemme an den Minuspol der Batterie anschließen.

Den Lastschalter SW2, Ebenen A und B, 15 s lang drücken, um die Oberflächenladung abzubauen. Stehen die Ebenen A und B von SW1 in Stellung 1 für 6 V, ziehen die Magnetschalter RL1 und RL2 an, und die Entladewiderstände R1 und R2 werden parallel mit einer Last von 165 A an die Batterie gelegt. Stehen die Ebenen A und B von SW1 in Stellung 2, zieht nur der Magnetschalter RL1 an und legt den Lastwiderstand R1 an die Batterie, womit 12-V-Batterien von Kompaktwagen mit 150 A belastet werden. Stehen die Ebenen A und B von SW1 in Stellung 3, zieht nur der Magnetschalter RL2 an und legt den Entladewiderstand R2 mit 180 A an die Batterie, für 12-V-Fahrzeugbatterien in Standardgröße. Gleichzeitig legen die Ebenen C und D von SW1 das Prüfmessgerät über Reihenwiderstände an die Batterie.

In Stellung 1 (6 V) verbindet SW1D die positive Klemme über Kontakt 4 und Kontakt 1 von SW1D, über R4A (32 Ω), R3 (8 Ω), R10 (siehe Tabelle 18-2) von rot nach weiß, über die Kontakte 1 und 3 von SW2B und über das Prüfmessgerät zurück zur negativen Klemme. Parallel zum Prüfmessgerät liegt eine Zenerdiode Z, die vor Verpolung und vor transienten Spannungen über 16 V schützt. R10 ist ein Temperaturkompensationsfühler aus einer vergossenen Spule aus Nickeldraht, deren Widerstand sich mit der Temperatur des Elektrolyts in der Batterie ändert. Dieser Fühler ist in eine beliebige Zelle einzusetzen, und zwar ausschließlich während der Lastprüfung. Er verändert die Kalibrierung der Lastskala in Abhängigkeit von seiner Temperatur. Bei der Leerlaufprüfung ist er nicht im Stromkreis. Die Werte für Temperatur und Widerstand sind in Tabelle 18-2 aufgeführt.

In den Stellungen 2 und 3 verbindet SW1D die positive Klemme mit Kontakt 4 über die Kontakte 2 und 3, über R4B (90 Ω), R5 (25 Ω), R10 von schwarz nach weiß, über die Kontakte 1 und 3 von SW2B und über das Prüfmessgerät zurück zur negativen Klemme.

Den Lastschalter 15 s lang drücken, um die Oberflächenladung abzubauen. Während sich die Batteriespannung beruhigt, die Verschlussstopfen abnehmen und den Wasserstand prüfen.

Die mittlere Skala „Batterieladung“ ablesen. Liegt der Messwert im roten Bereich, ist die Batterie nachzuladen. Liegt er im grünen Bereich, ist die Ladung in Ordnung.

Prüfung 2: Batteriezustand.

HINWEIS: Diese Prüfung nur durchführen, wenn Prüfung 1 einen Ladezustand von 25 % oder mehr ergibt. Bei weniger als 25 % Ladung die Batterie nachladen und anschließend Prüfung 2 durchführen.

Den Temperaturkompensationsfühler R10 in eine beliebige Zelle der Batterie einsetzen, um die Temperatur des Elektrolyts zu kompensieren.

Die rote Klemme an den positiven und die schwarze Klemme an den negativen Batterieanschluss anschließen.

Den Prüfschalter „Fahrzeugbatterie“ SW1, Ebenen A, B, C und D, wie in Prüfung 1 einstellen.

Den Schalter (Zeiger) „Ladeprozent“ auf den in Prüfung 1 ermittelten Wert (25 % oder mehr) einstellen.

Den Lastschalter drücken und dabei die untere mittlere Skala „Batteriezustand“ ablesen.

Wurde die Batterie vollständig geladen, den Schalter (Zeiger) „Ladeprozent“ auf den Pfeil „after charge“ stellen. Liegt der Messwert im roten Bereich, ist die Batterie zu ersetzen. Liegt er im grünen Bereich, ist die Batterie in Ordnung.

Prüfung 3: Ladesystem, obere rechte Skala

Bei allen vollständig geladenen Batterien den Batterieschalter SW1 wie in Prüfung 1 und 2 einstellen. Die rote Klemme an den Plus- und die schwarze Klemme an den Minuspol der Batterie anschließen. Alle elektrischen Verbraucher ausschalten. Den Motor warmlaufen lassen und 5 Minuten mit erhöhtem Leerlauf betreiben. Danach – bei weiterhin erhöhtem Leerlauf – die obere rechte Skala ablesen.

Ein Messwert im roten Bereich oben zeigt an, dass der Spannungsregler nachgestellt werden muss, um Überladung und Sieden des Elektrolyts oder andere Schäden an der Batterie zu vermeiden.

Ein Messwert im grünen Bereich zeigt an, dass Drehstromlichtmaschine beziehungsweise Gleichstromlichtmaschine und Spannungsregler in Ordnung sind.

Ein Messwert im roten Bereich unten zeigt an, dass der Keilriemen rutscht oder dass Drehstromlichtmaschine, Gleichstromlichtmaschine oder Regler defekt sind.

Zuerst den Keilriemen prüfen. Gleichstromlichtmaschinen werden geprüft, indem die Feldleitung (F) am Regler abgeklemmt und der abgeklemmte Draht zunächst an Masse und danach an den mit „GEN“ oder „ARM“ bezeichneten Anschluss des Reglers gehalten wird.

Drehstromlichtmaschinen werden geprüft, indem die Feldleitung (F) am Regler abgeklemmt und der abgeklemmte Draht an den Anschluss „IGN“ oder „SW“ des Reglers gehalten wird.

Ergeben diese Prüfungen an der Gleichstrom- oder Drehstromlichtmaschine einen Messwert im grünen Bereich oder im roten Bereich oben, ist der Regler zu ersetzen. Andernfalls ist die Gleichstrom- oder Drehstromlichtmaschine zu ersetzen.

Zum Prüfen oder Kalibrieren des Messgeräts ist Abbildung 18-9b zu entnehmen, welche Spannung mit welchen Toleranzen an den in Abbildung 18-9a gezeigten Prüfpunkten anliegen muss.

Prüfung 4: Anlasser. Die Batterie muss vollständig geladen sein.

Den „Batterieschalter“ auf die richtige Batteriespannung einstellen (6 V oder 12 V).

Die rote Klemme an den Plus- und die schwarze Klemme an den Minuspol der Batterie anschließen. Alle elektrischen Verbraucher ausschalten.

Den Motor mit dem Fernstartschalter durchdrehen und den Zündschlüssel dabei ausgeschaltet lassen.

Der Motor kann auch mit dem Schlüssel oder dem Startschalter des Fahrzeugs durchgedreht werden; dann ist jedoch die mittlere Leitung von der Zündspule abzunehmen, damit der Motor nicht anspringt.

Ein Messwert im roten Bereich unten weist auf schadhafte Lager oder einen defekten Anker im Anlasser hin. Ein Messwert im grünen Bereich zeigt an, dass der Anlasser in Ordnung ist.

Ein Messwert im roten Bereich oben weist auf verschlissene Kohlebürsten, lose Verbindungen oder schadhafte Kabel hin.

Prüfung 5: Kurzschluss oder Ableitstrom in der Fahrzeugelektrik.

Alle Verbraucher ausschalten.

Das Massekabel von der Batterie abnehmen. Den Batterieschalter auf die richtige Batteriespannung einstellen (6 V oder 12 V).

Bei Fahrzeugen mit Minus an Masse die schwarze Prüfklemme an den Minuspol der Batterie und die rote Klemme an das Massekabel oder an den Motorblock anschließen.

Bei Fahrzeugen mit Plus an Masse die vorstehenden Anschlüsse vertauschen: Die rote Prüfklemme an den Pluspol der Batterie und die schwarze Klemme an das Massekabel oder an den Motorblock anschließen.

Jeder Messwert – auch ein kleiner – zeigt eine Entnahme aus der Batterie an. Das Massekabel kurz an seinen Batteriepol halten, um die elektrische Uhr, falls vorhanden, aufzuziehen.

Kalibrierung – Modell 260N, nur Lastkreis

Zeigt das Messgerät danach weiterhin einen Wert an, liegt in der Fahrzeugelektrik ein Kurzschluss oder ein Ableitstrom vor.

Bei der Suche nach Kurzschlüssen oder Ableitströmen im Bordnetz ist das Messgerät angeschlossen zu lassen, damit es anzeigt, wann der Fehler gefunden ist.

In den Prüfungen 3, 4 und 5 wird das Prüfmessgerät am Leerlaufanschluss (O.C.) betrieben; im Stromkreis liegen die Vorwiderstände R6 (40 Ω), R7 (100 Ω), R8 (25 Ω) und R9 (39 Ω). Beim Drücken des Lastschalters fällt die Spannung ab. Damit der Zeiger höher auf der Skala steht, werden die niedrigeren Vorwiderstände R3 (8 Ω), R4A (32 Ω), R4B (90 Ω), R5 (25 Ω) und R10 (nur bei der Lastprüfung) verwendet. Die Widerstandswerte von R10 für verschiedene Temperaturen sind in Tabelle 18-2 aufgeführt.

Abbildung 18-9a zeigt die gedehnte Skala des Messgeräts, Abbildung 18-9b die Kalibrierspannungen für die angegebenen Prüfpunkte. Tabelle 18-1 enthält die Kalibrierung der Skala „L“ für verschiedene Temperaturen, Tabelle 18-2 die Widerstandswerte von R10 für verschiedene Temperaturen. Alle genannten Abbildungen und Tabellen beziehen sich auf das Schaltbild in Abbildung 18-8.

Batterie-Last- und Zellenprüfgerät

Abbildung 18-10 zeigt ein Batterieprüfgerät mit zwei Prüfspitzen PR1 und PR2 zum Ablesen der Einzelzellenspannungen an allen Batterien außer solchen mit einteiligem Deckel.

Die Prüfspitzen messen die Spannung jeweils einer Zelle, sowohl bei der Lastprüfung mit dem Fahrzeuganlasser als auch im Leerlauf oder bei der Ladeprüfung. Alle Zellen müssen dieselbe Spannung aufweisen. Ein zu niedriger oder zu hoher Messwert weist auf eine schadhafte Zelle hin. Die Nennleerlaufspannung (unbelastet) sollte etwa 2–2,1 V pro Zelle betragen. Die Prüfspitzen nicht verwenden, solange die großen Klemmen angeschlossen sind