Ursachenforschung: Lima-Regler defekt

[agapanthus]

Hallo zusammen!

Eine Frage treibt mich um: Warum ist der Lima-Regler im Boot gestorben?

Aber der Reihe nach...:
Der Start in unseren Kurz-Bootsurlaub war etwas holprig, der Kurzurlaub dadurch noch kürzer: Wenige Kilometer nach dem Ablegen wurden die Batterien (24V-Anlage) nicht mehr geladen. Also Anker runter, Maschine aus, Fehlersuche an der Drehstrom-Lima mit externem Regler (siehe Bild). Bei stehendem Motor und eingeschalteter Zündung glimmt die Ladekontrolle, also Verdacht auf Defekt im Stromkreis der Erregerwicklung (Übergangswiderstand, Kabelbruch?). Da auch bei laufender Maschine nicht geladen wurde, habe ich den Defekt entweder zw. D+ (Lima) und D+ (Regler), zw. DF (Regler) und DF (Lima) oder einer schlechten Masseverbindung der Lima vermutet. Masse und die Leitungen waren alle ok. Kabel DF an Lima abgezogen und bei eingeschalteter Zündung und stehendem Motor die Spannung gegen Masse gemessen: der Regler liefert ca. 24V, das sollte reichen zur Erregung. Dann den Widerstand der Erregerwicklung gemessen, bei einer 24V-Lima sollte der zw. 6 und 9 Ohm liegen, gemessen habe ich zw. 50 und 200 Ohm. Vermutung: Kohlebürsten abgenutzt --> Übergangswiderstand zu hoch --> zu wenig Erregerstrom --> keine Batterieladung.

Also zurück zum Hafen. Lima ausgebaut, ab nach Hause. Lima zerlegt. Tatsächlich war der Bürstenhalter gebrochen, Kohlen stehen wie schiefe Zähne, außerdem war eine Kohle falsch eingebaut und konnte so nicht richtig an den Schleifring kommen. Ein Schleifring schön blank, einer schwarz. Hier hats schon gefunkt. Den ganzen (Sonntag-)Abend einen neuen Bürstenhalter gebaut, Schleifringe nachgedreht, Lima montiert, jetzt messe ich zw. DF und Masse 8 Ohm, super, morgen früh gehts in den Urlaub!

Denkste! Morgens Lima eingebaut - Ladekontrolle glimmt nur. Was nun? Nochmal messen. Widerstand Erregerwicklung ok. Dann ist mir eingefallen, dass noch ein Betriebsstundenzähler (wie Trennrelais im Bild) an D+ hängt. Der ist hochohmig, es reicht aber, dass die Ladekontrolle glimmt. Den abgeklemmt, Ladekontrolle aus. Wenn alle Kabel ok sind, dann kann es eigentlich nur der Regler sein. Stecker vom Regler abgezogen, DF und D+ gebrückt - Ladekontrolle leuchtet! Maschine gestartet - Batterie wird geladen! Ab zum Daimler-Nutzfahrzeug-Fritzen, ist ja schließlich ein Unimog-Motor. Ohne Teilenummer ist nichts zu machen, alle anderen KFZ-Teilehändler und Bosch winken bei 24V sofort ab. Letzte Hoffnung: Winkler-Nutzfahrzeug-Teileservice. Die könne über Nacht den Regler beschaffen, nächsten Morgen eingebaut, läuft, Urlaub!

Gestern zu Hause den defekten Regler untersucht: Regelbares Netzteil + an D+, - an D-, 24V-Glühlampe (2W) zw. DF und D-. Die Lampe sollte leuchten, solange die Spannung unter der Ladeschlussspannung liegt, tut sie aber nicht. Allerdings messe ich an DF annähernd die Eingangsspannung, wenn an DF keine Last hängt - der Regler ist also hochhomig zw. D+ und DF.

Was mich interessiert: Was war die Ursache für den Reglerausfall? Gibt es Ursachen, die ich nicht erkannt habe und die den neuen Regler ggf. auch früher oder später himmeln?

Der Regler war ein elektronischer von Hüco, kein mechanischer, etwa 10 Jahre alt. Fällt der ohne Grund aus? Kann ja sein. Oder hat der defekte Bürstenhalter und das Bürstenfeuer für Induktionsspitzen gesorgt und den Regler zerschossen? Haben sich die Bürsten im Bürstenhalter so verklemmt, dass sie einen Kurzschluss gemacht haben und der Regler an Überlast gestorben ist? Dass bei laufendem Motor mal die Batterie abgeklemmt war (z.B. Hauptschalter aus) und die Bordspannung weit über 24V gestiegen ist, kann ich ausschließen (99.9%).

Habt Ihr Ideen? Was kann/sollte ich noch prüfen?

Danke und schöne Grüße!
Frank

[uli07]

Selbstverständlich kann oder fällt so etwas von jetzt auf gleich aus. Ist wie beim Radio , Fernsehn oder Glühlampe.

[coffeemuc]

Zitat von agapanthus

Der Regler war ein elektronischer von Hüco, kein mechanischer, etwa 10 Jahre alt. Fällt der ohne Grund aus? Kann ja sein. Oder hat der defekte Bürstenhalter und das Bürstenfeuer für Induktionsspitzen gesorgt und den Regler zerschossen? Haben sich die Bürsten im Bürstenhalter so verklemmt, dass sie einen Kurzschluss gemacht haben und der Regler an Überlast gestorben ist? Dass bei laufendem Motor mal die Batterie abgeklemmt war (z.B. Hauptschalter aus) und die Bordspannung weit über 24V gestiegen ist, kann ich ausschließen (99.9%).

Normalerweise fallen Regler nach 10 Jahren nicht einfach so aus.
Es fahren massenhaft 10 Jahre (und mehr) alte Autos und Motorräder mit dem ersten Regler herum.
Die genannten Überlastfälle sollte ein Bauteil für den Nutzfahrzeug oder Militärbereich eigentlich können, sonst wäre das aus meiner Sicht ein Konstruktionsfehler.

Zitat von agapanthus

Habt Ihr Ideen? Was kann/sollte ich noch prüfen?

Führt der Einbauort zur starken Erhitzung des Reglers, durch schlechte Kühlung oder gar Fremdaufheizung?
Ist er starken Vibrationen ausgesetzt, die zu kalten Lötstellen führen können?
Oder Korrosion im inneren durch Feuchtigkeit?

Kannst du den alten Regler öffnen? evtl. sieht man etwas.

[agapanthus]

Zitat von uli07

Selbstverständlich kann oder fällt so etwas von jetzt auf gleich aus. Ist wie beim Radio , Fernsehn oder Glühlampe.

Ja, aber das Zusammentreffen von 2 Ereignissen, defekter Bürstenhalter und defekter Regler, lässt auch andere Gründe zu.

Zitat von coffeemuc

Die genannten Überlastfälle sollte ein Bauteil für den Nutzfahrzeug oder Militärbereich eigentlich können, sonst wäre das aus meiner Sicht ein Konstruktionsfehler.

Das sehe ich auch so, trotzdem kann es mal passieren wie bei o.g. Radio, Fernseher oder Glühlampe.

Zitat von coffeemuc

Führt der Einbauort zur starken Erhitzung des Reglers, durch schlechte Kühlung oder gar Fremdaufheizung?
Ist er starken Vibrationen ausgesetzt, die zu kalten Lötstellen führen können?

Naja, hängt im Motorraum, das wird es schon warm... Und ein so ein alter OM312-6-Zylinder-Diesel rüttelt...

Zitat von coffeemuc

Oder Korrosion im inneren durch Feuchtigkeit?
Kannst du den alten Regler öffnen? evtl. sieht man etwas.

Der Regler ist mit Silikon-ähnlicher Masse vergossen, trotzdem bin ich natürlich neugierig und werde demnächst versuchen, den mal zu öffnen. Zum Glück ist die Vergussmasse ja weich.

Ich werde berichten.

Schönen Abend!
Frank

[Emma]

Eine neue 24V-Lima (Drehstrom inkl. Regler) kostet in der Bucht zwischen 60 und 70€. Man kann dasselbe (nicht das gleiche!) Modell auch bei SVB für 300€ kaufen
Bei den Preisen halte ich jedwede weitere Überlegung für überflüssig.

[agapanthus]

Zitat von Emma

Bei den Preisen halte ich jedwede weitere Überlegung für überflüssig.

Da stimme ich Dir komplett zu, darüber hatte ich auch nachgedacht! Aber: wir wollten in den Urlaub, und eine neue Lima bedeutet bei mir: Umbau der Halterung, ggf. neue Riemenscheibe für die neue Lima, weil Durchmesser und Riemenprofil nicht passen, Elektrik umbauen, weil derzeit ein externer Regler verbaut ist... Und bei Lieferzeiten von 3-5 Tagen wäre der ohnehin viel zu kurze Bootsurlaub um gewesen.

Im Herbst wechsle ich noch den Selbstbau-Bürstenhalten gegen ein Originalteil (15€ incl neuer Kohlen), ein externer Regler kostet 17€. Die Lager der Lima sind gut, die habe ich bei der Reparatur geprüft, die Schleifringe natürlich abgedreht. Warum soll dann eine neue her?

Die Analyse des defekten Reglers ist eher akademischer Natur, ich will einfach wissen, was da los war.

Zitat von agapanthus

Ich werde berichten.

Die Reglerelektronik ließ sich leicht aus Vergussmasse popeln. Die Schaltung ist übersichtich, eine handvoll Rs, zwei Cs, zwei Transistoren, eine Diode und ein Leistungstransistor (Darlington-Stufe mit Freilaufdiode, damit fallen negative Induktionsspitzen als Ursache schon mal aus). Abgesehen von reichlich Flussmittelresten (Handarbeit?) sehen alle Lötstellen gut aus. Der Leistungstransistor hat laut Datenblatt eine max. Kollektorstrom von 10A (15A Pulse), ein Kurzschluss bringt ihn um. Bei Gelegenheit werde ich die Schaltung mal überprüfen, im Moment fehlt ein bisschen die Zeit.

Ich werde berichten.

Schönen Tag!
Frank

P.S. Ich hatte, als am letzten Montag erstmal keiner einen 24V-Regler liefern konnte, kurz darüber nachgedacht, einen selbst zu bauen: ein Arduino, der misst per ADC die Batteriespannung und schaltet bei Erreichen der Ladeschlussspannung mit einer Hysterese von einem Volt ein Relais, welches zw. D+ und DF hängt und den Erregerstrom schaltet, so wie es die klassischen eletromechanischen Regler auch getan haben.

[ralfschmidt]

so ein Teil kann immer mal kaputt gehen, lohnt einfach nicht sich da Gedanken drüber zu machen wenn man keine weiteren Fehler findet

[uli07]

Zitat von coffeemuc

Normalerweise fallen Regler nach 10 Jahren nicht einfach so aus.

Mit "normalerweise" hast du vollkommen Recht.


@ agapanthus

Ist die Lima so alt das der Regler noch außerhalb sitzt? Dann müßte die ja um Baujahr 1975 sein.

[agapanthus]

Zitat von uli07

Ist die Lima so alt das der Regler noch außerhalb sitzt? Dann müßte die ja um Baujahr 1975 sein.

Das genaue Baujahr der Lichtmaschine kann ich nicht sagen, könnte aber sein. Ursprünglich war am Motor (OM312, Bj. 1961) eine Gleichstromlichtmaschine verbaut, die aber ausgetauscht wurde. Ob das einer der Vorbesitzer gemacht hat oder ob es noch zu Einsatzzeiten bei der Marine passiert ist, weiß ich nicht. Vermutlich wurde, falls es damals schon interne Regler gab, eine Lima genutzt, bei der der Änderungsaufwand bei der Verkabelung am geringsten war, die Gleichstromlima hatte auch einen externen Regler mit ähnlicher Anschlussbelegung.

[uli07]

Soweit ich weiß ist diese Umstellung von extern auf intern so Mitte - Ende der 70iger Jahre gewesen. Mein E24 Bj.79 hat einen internen Regler, mein 3,0CSI Bj.74 hatte einen externen. Das waren damals auch keine elektronischen Regler sondern einfache mechanische. Eine Lima von internem auf externen Regler ist wohl möglich aber warum? Ist in meinen Augen Blödsinn.

[coffeemuc]

Zitat von agapanthus

Der Leistungstransistor hat laut Datenblatt eine max. Kollektorstrom von 10A (15A Pulse), ein Kurzschluss bringt ihn um.

Das passt ja zu den gefundenen Kurzschluss Symptomen.
Bei dem Kühlblech würde ich bei 10 A auch eher in Sekunden rechnen als mit einer Dauerbelastung.

[coffeemuc]

Zitat von coffeemuc

Ist er starken Vibrationen ausgesetzt, die zu kalten Lötstellen führen können?

War unglücklich formuliert. Muss natürlich heißen:

Ist er starken Vibrationen ausgesetzt, die bei kalten Lötstellen zu schlechtem Kontakt führen können?

[agapanthus]

Zitat von coffeemuc

Ist er starken Vibrationen ausgesetzt, die bei kalten Lötstellen zu schlechtem Kontakt führen können?

Das habe ich schon so verstanden
Die weitere Untersuchung des defekten Reglers muss bis nächste Woche warten ...

Schönes Wochenende allen!

[agapanthus]

Hallo zusammen!

ich hatte mal wieder Zeit, mich dem defekten Laderegler zuzuwenden. Habe nochmal mit einer Testschaltung wie im Einganspost beschrieben (Regelbares Netzteil Plus an D+, Minus an D-, 24V-Glühlampe (2W) zw. DF und D-) getestet: Die Spannung an DF steigt proportional zur Spannung an D+ an bis die Ladeschlussspannung erreicht wird. Dann schaltet der Regler DF ab. Regle ich die Spannung an D+ wieder unter die Ladeschlussspannung, sollte auch wieder an DF die Spannung für die Erregerwicklung anliegen - tut sie aber nicht. Der Reger "hängt" im abgeschalteten Zustand. Mein Fehler bei der ersten Prüfung: mit Ladeschlusspannung starten und runterreglen. Damit hatte der Regler sofort abgeschaltet und bei runterregeln nicht wieder eingeschaltet.

Anders als Anfangs angenommen war nicht der Leistungstransistor (B1259) defekt sondern einer der beiden Kondensatoren. Interessenten finden im Anhang den Stromlaufplan. Der B1259 ist eine pnp-Darlingtonstufe. Beim anderen Transistor bin ich mir nicht sicher, weil die Beschriftung nicht wirklich lesbar ist, es könnte ein npn-Transistor sein. Die Beschriftung (Y3p) der Diode ist auch schlecht, es könnte eine Z-Diode mit 13V Durchbruchspannung sein. Die Widerstände 7,76k und 3,4k passen in keine E-Reihe, sie sind jeweils durch Parallelschaltung zweier Widerstände realisiert und werden scheinbar manuell zum Abgleich benutzt.

Der defekte Kondensator hat einen Kurzschluss, weshalb die Basis vom npn-Transitor nach Regler-Abschaltung über 1kΩ und die Erregerwicklung (8Ω) auf Masse gezogen wird und den Regler so "festhält".

Leider lässt sich der Wert des defekten Kondensators nicht ermitteln, mit einem testweise eingesetzten 100nF geht der Regler wieder. Dass keramische SMD-Kondensatoren kaputt gehen (Kurzschluss) kenne ich aus Fritzboxen. Alle Fritzboxen, die ich durch Kondensatortausch reparieren konnte, waren lange an Stellen mit schlechter Belüftung und erhöhten Gehäusetemperaturen im Einsatz. So wie der Regler, der im Motorraum ganz sicher über 80°C warm wurde.

Dass auch der Bürstenhalter kaputt war, war nicht der ursächliche Grund für das Nicht-Laden. Die Lima wäre deshalb ganz sicher später aufgefallen. Seit dem die Lima über den reparierten Bürstenhalter eine ordentliche Erregerspannung bekommt, zappelt der Drehzahlmesser (Klemme W) auch nicht mehr sondern steht wie angenagelt.

Jetzt wird der andere Kondensator noch gewechselt und der Regler wieder vergossen, so habe ich einen Ersatz an Bord (und der neue geht nie mehr kaputt).

Schönen Tag!
Frank