Überholung eines LT230 Getriebes und Drehstromgenerator: Unterschied zwischen den Seiten

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[[Kategorie:Reparaturanleitungen Getriebe]][[Kategorie:Reparaturanleitungen Land Rover]]
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[[Kategorie:Begriffsklärung]]
{{Infobox Reparaturanleitung
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== Prinzip ==
|Tabellenbreite=
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[[Datei:Dynamo.wechsel.wiki.v.1.00.gif|rechts|miniatur|x200px|Bild 1 - Wechselstromgenerator (zur Animation auf das Bild klicken)]]Strom wird erzeugt, in dem ein elektrischer Leiter durch ein Magnetfeld bewegt wird. Umgekehrt entsteht um einen Leiter, durch den Strom fliesst ein Magnetfeld. Die Effekte die dies ausmachen heissen [http://de.wikipedia.org/wiki/Lorentzkraft Lorentzkraft] und [http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Induktion Induktion].<br>
|Fahrzeug=alle mit LT230 Verteilergetriebe
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Bewegt man in einem Generator Spule (=viele Wicklungen eines Leiters) oder Magneten in diesem Sinne, erzeugt er aus dieser mechanischen Energie elektrischen Strom. Das notwendige Magnetfeld kann durch Festmagneten erzeugt werden, oder durch eine weitere Spule, an die eine geringe Spannung angelegt wird, die Erregerspannung. Moderne Generatoren in Fahrzeugen haben keine Festmagneten, sondern benutzen das Prinzip der Erregerspule, an die zum initialen Starten Batteriespannung angelegt wird. Das so erzeugte Magnetfeld wird nun genutzt, um den Strom in den Generatorspulen zu erzeugen. Erzeugt der Generator erst einmal ausreichend Strom, wird in Teil davon zur Erzeugung der Erregerspannung genutzt. Eine Lichtmaschine die nach diesem Prinzip funktioniert nennt man eine selbsterregende Lichtmaschine.
|Kategorie=D
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{{Absatz-Rechts}}
|Zeitaufwand= > 10h
 
|Werkzeug=gute Werkstattausrüstung
 
|Ersatzteile=siehe Text
 
}}
 
  
== Beschreibung ==
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=== Wechselstrom ===
Überholung des LT230 Verteilergetriebes. Diese Beschreibung ist nur als Ergänzung zum Overhaul Manual von Land Rover gedacht. Sie soll und kann die Lektüre des Land Rover Manuals NICHT ersetzen. Workshop Manuals sind bei Benutzung von Internetsuchmaschinen leicht zum Download zu finden.
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[[ Datei:430px-Sinusspannung2.svg.png|rechts|miniatur|Bild 2 - Wechselspannung, u = Spannung]]Um eine dauernde Bewegung des Leiters im Magnetfeld zu erreichen, ist ein rotierender Aufbau notwendig. Das bedeutet aber auch, dass die einzelne Spule einmal durch beide Pole des Magnetfeldes bewegt wird. Das führt dazu, das die Spannung steigt und sinkt, Plus und Minus sich vertauschen und der Strom seine Flussrichtung ändert: eine typische Wechselspannung. Man beachte in der Animation zu Bild 1, wie sich die Stromflussrichtung ändert (Wechselspannung, bzw. Wechselstrom) und die Lampe immer wieder an und aus geht. Ein sich drehender Generator erzeugt daher eine sinusförmige Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom. In Bild 2 sieht man den Verlauf solch einer einphasigen Spannung, erzeugt mit einer Spule in einem Magnetfeld. Eine Umdrehung der Spule entspricht einer 360° Drehung. Die Spannung steigt bis 90° an und sinkt danach wieder ab. Bei 180° durchläuft sie den Nullpunkt und die Polarität wechselt (+ und - wechseln). Der Strom fliesst nun in die entgegengesetzte Richtung. Das nächste Spannungsmaximum ist nun bei 270°. Bei 360° bzw. 0° beginnt Zyklus von neuem. Unsere Stromversorgung zu Hause ist eine Wechselspannung, die mit einer Frequenz von 50 Hz arbeitet, d.h. 50 mal in der Sekunde wechselt die Polarität, steigt und sinkt die Spannung. Das es dennoch so aussieht, als wenn unsere Lampen nicht flackern (wie in der Animation von Bild 1), liegt an dieser Frequenz. Sie ist zu schnell, als das unser Auge die Wechsel bewusst erfassen kann.<br>
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In einer Batterie kann aber nur Gleichspannung gespeichert werden und diese kann auch nur Gleichspannung abgegeben. Daher sind die Verbraucher in einem Auto auch meistens für Gleichspannung ausgelegt. Somit muss diese Wechselspannung gleichgerichtet, d.h. eine Gleichspannung daraus gemacht werden.
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{{Absatz-Rechts}}
  
== Fehlersymptome und Analyse ==
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=== Gleichrichtung ===
* Ölverlust an der Zwischenwellenlagerung
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Bei der Gleichrichtung wird der Wechselstrom durch [http://de.wikipedia.org/wiki/Diode Dioden] geschickt, die den Strom immer nur in eine Richtung durchfliessen lassen. D.h. nur jeweils die Hälfte (180°) einer Phase passieren die Diode. Wenn man sich den Verlauf der Wechselspannung in Bild 3 (Oben) ansieht und diesen mit einer einfachen Gleichrichtung gleichrichtet (eine Diode), wird praktisch die untere Kurve abgeschnitten, siehe Bild 3 (Mitte). Die Polarität wechselt nun zwar nicht mehr, aber die Spannung steigt und sinkt immer noch zwischen Null und dem Spannungsmaximum und es fehlt immer eine halbe Phase. Benutzt man 2 Dioden kann man die fehlende halbe Phase noch dazu gewinnen, bildlich gesprochen, wird die halbe Sinuskurve nach oben geklappt, wie man in Bild 3 (Unten) sieht. Jetzt gibt es zwar nur noch die positiven Spannungsanteile (d.h. der Strom fliesst nur noch in eine Richtung) aber er steigt und sinkt immer noch alle 90°.<br>
* Kupferspäne im Öl
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Um diesen Verlauf weiter zu glätten und einen möglichst gleichmässigen Gleichstrom zu erhalten, werden in dem Wechselstromgenerator des Fahrzeugs nun drei Spulen verwendet, die mit 120° Versatz angeordnet sind. Daraus resultieren drei um 120° versetzte Phasen Wechselspannung, wie sie in Bild 4 zu sehen sind. Jede dieser Phasen wird mit Dioden gleichgerichtet, d.h. alle negativen Spannungen werden, wieder bildlich gesprochen, nach oben geklappt (siehe Bild 5). Es ist zu erkennen, dass durch die Verwendung von drei gleichgerichteten Phasen eine wesentlich gleichmässigere Spannung als mit nur einer Spule entsteht (Vergleich: Bild 3, unten). Die Spannung sinkt nicht mehr unter einen bestimmten Wert (U<sub>min</sub>). Es ist aber auch zu ersehen, dass diese Gleichspannung nicht glatt ist, sondern immer einen Wellenanteil hat. Die Verbraucher im Fahrzeug sind aber dafür ausgelegt.
* hohes Verdrehspiel zwischen den Flanschen
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<gallery>
* vertikales Spiel der Abtriebswellen
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Image:566px-Einweg Zweiweg Gleichrichtung.svg.png|Bild 3 - Gleichrichtung einer Phase
 
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Image:3_phase_AC_waveform.svg.png|Bild 4 - Dreiphasenstrom
Nach dem Zerlegen zeigt sich folgendes:
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Image:373px-3-fas-effekt.svg.png|Bild 5 - Drei Phasen, gleichgerichtet]]
 
 
Kupferspäne im Getriebegehäuse. Die Kupferspäne kommen von einer zerlegten Druckscheibe (Thrust washer) im Differenzial. Es sind nur noch 3 Druckscheiben an den Planetenrädern vorhanden. Die zerlegte Scheibe hat es aus dem Diff genudelt und sie lag nun in fein verteilten Flocken im Gehäuse. Ob solche Späne im Getriebe rum fliegen lässt sich beim Ölwechsel im Öl erkennen, oder noch besser: den grossen rechteckigen Deckel über der Zwischenwelle abnehmen und reinschauen.
 
Interessanterweise hat die fehlende Scheibe im Diff kein übermäßiges (Verdrehspiel) an den Flanschen zur Folge gehabt.
 
Die Planetenräder haben jedoch schon deutliche Spuren im Diff-Gehäuse hinterlassen. Nicht so stark, dass man es nicht mehr nutzen kann, aber deutlich erkennbar auch an den Planetenrädern, wo die Druckscheiben noch da waren.
 
Meine Vermutung: Zu schlechtes (falsches) Öl benutzt, oder nicht häufig genug gewechselt. Da das Diff der wichtigste Punkt im VTG ist, ist meine Lehre draus: lieber öfter mal Getriebeöl wechseln.
 
Die Querwellen im Diff sind leicht eingelaufen. Im Prinzip können sie weiterverwendet werden, aber der Tausch ist billig (13,- BP). Die Planetenräder zeigen innen Laufspuren, aber sie sind maßhaltig. Also weiterbenutzen. Die Verzahnungen in den Sonnenrädern sind i.O.
 
 
 
Alle Zahnräder sind in erstaunlich gutem Zustand und können weiterbenutzt werden. Die Tragbilder auf den Zahnflanken sind perfekt. Kein Pitting, kein Karies, kein Zahnausfall.
 
 
 
Wirklich verschlissen ist die HI/LO Schaltmuffe, sie hat deutliche Abdrücke. Sie kostet mit ihrem Trägerrad 77,- BP. Ich weiß, dass mit der Schaltmuffe eigentlich auch die Gangräder gewechselt werden sollten, aber deren Mitnehmer sind erstaunlicherweise recht gut. Die Schaltmuffe scheint also die "Soll" Verschleißstelle zu sein.
 
 
 
Ansonsten sind nur Lager, Dichtungen und Simmerringe zu wechseln.
 
 
 
Die Gehäusebohrung für die Zwischenwelle ist um gute 3/10mm aufgeweitet. Ich werde eine Buchse einsetzen.
 
 
 
Die Kosten für alles werden sich um die 240 Euro bewegen, nicht eingerechnet die Gehäusebuchse (das werde ich selber machen).
 
 
 
Das Zerlegen ist völlig unproblematisch. Sauberkeit und Platz um die Teile zu ordnen und in der Anordnungsreihenfolge einzusortieren sind hilfreich.
 
 
 
=== Teile ===
 
Das sind die Teile, die gewechselt werden. Oben alle Lager.<br>
 
Im linken Bild: Links unten die Hi/Lo Schaltmuffe, in der Mitte die Thrust washer des Diffs, rechts die Stauchhülse der Zwischenwelle. Sie muß immer erneuert werden, da sie beim Einbau irreversibel gestaucht wird.<br>
 
Im rechten Bild noch die Wellen des Differenzials. Dazu kommen natürlich noch die Dichtungen und Simmerringe.
 
<gallery widths="300px" heights="300px">
 
Image:gewechselte_Teile_1_klein.jpg
 
Image:gewechselte_Teile_2_klein.jpg
 
</gallery>
 
 
 
=== Vergleich - alt/neu ===
 
Vergleich alte Schaltmuffe (rechts) - neue Schaltmuffe (links). Als ich die neue Schaltmuffe hatte, zeigte sich, daß sie die gleichen Abdrücke aufweist. Mist, das soll also so sein! Offensichtlich ist das die Rastung, die verhindert, dass die Gänge rausfliegen.
 
[[Datei:Schaltmuffenvergleich_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px|Schaltmuffenvergleich, links neu, rechts alt]]
 
 
 
 
 
Zum Vergleich: Diff mit neuem Thrust washer (links) und altem (rechts). Hier sieht man auch recht gut, dass die Tragbilder der Zahnflanken ganz gut aussehen. Oben auf dem Sonnenrad liegt die braune Kunststoffdistanzscheibe
 
[[Datei:Thrustwashervergleich_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px|Thrustwasher, links neu, rechts alt]]
 
 
 
 
 
Vergleich der Thrustwasher: Reste einer Scheibe (links), alte Scheibe mit nur noch 0,1mm (mitte) und neue Scheibe mit 0,9mm (rechts).
 
[[Datei:Thrust washer_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px|Thrustwasher]]
 
 
 
 
 
Zustand des Diff Gehäuses mit Laufspuren der Thrustwasher. Hätte man evtl. auch erneuern können, was aber den finanziellen Rahmen gesprengt hätte. Zudem ergab ein Telefonat mit einem namhaften Getriebebauer, dass dort ebenfalls solche Gehäuse weiterbenutzt werden.
 
[[Datei:Diffgehäuse_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px|Differentialgehäuse mit Laufspuren]]
 
 
 
 
 
Stauchhülsen der Zwischenwelle alt (links) - neu (rechts)
 
[[Datei:Stauchhülsen_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px|Stauchhülsen - links alt, rechts neu]]
 
 
 
 
 
Eingedrückte Bohrung der Zwischenwelle im Gehäuse
 
[[Datei:Bohrung_Zwischenwelle_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px|Bohrung Zwischenwelle]]
 
 
 
 
 
Nachgeplante Dichtflächen. Das war alles krumm und bucklig. Die hellen Stellen sind durch Abziehen mit einer grossen, feinen Feile abgetragen
 
[[Datei:Gehäuse_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px|Geplante Dichtflächen]]
 
 
 
 
 
Hier nochmal die gerne mal undichte Stelle am LT230, wo die Zwischenwelle nur mit einem O-Ring abgedichtet ist. Die Welle hat gut 3/10mm Spiel in der Bohrung und auch ein neuer O-Ring konnte nicht mehr dichten. Diese Bohrung werde ich auf der Fräsmaschine aufspindeln und dann eine etwas längere Stahlhülse einschrumpfen, damit die Welle dann sogar auf einer größeren Fläche tragen kann.
 
[[Datei:Bohrung_Zwischenwelle_2_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px|Bohrung Zwischenwelle]]
 
 
 
=== Kraftfluß im Getriebe ===
 
Hier sieht man den Kraftfluß im Verteilergetriebe (HI-Einstellung rot, LO-Einstellung blau):
 
 
 
Das Eingangszahnrad ist ganz unten. Hier kommt das Drehmoment an und wird auf das mittlere Zahnrad der Zwischenwelle übertragen. Von der Zwischenwelle aus geht das Drehmoment weiter über das jeweils im Eingriff befindliche Straßengangrad (rechts) oder über die Geländeuntersetzung (links). Über das dazugehörige Zahnrad auf der Hauptwelle, das über die Schaltmuffe mit der Welle verbunden ist, wird das Drehmoment nun auf das Gehäuse des Differenzials übertragen und von dort über die Planetenräder des Diffs auf die Sonnenräder und damit an die Abtriebswellen für Vorder- und Hinterachse.
 
[[Datei:LT230_Kraftfluss_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px|Kraftfluß]]
 
 
 
 
 
Häufig wird bei eingebautem Getriebe ein Radialspiel am Antriebsflansch festgestellt. Das muss nicht zwingend das Abtriebslager sein. Die Abtriebswellen stecken innen nur in den Sonnenrädern des Diffs. Man spürt unter Umständen am Flansch darum nur das Spiel im Diff am anderen Ende der Welle, wenn die Welle insgesamt um das Abtriebslager schwenkt.<br>
 
Auf diesem Bild sieht man leider etwas unscharf die Schaltmuffen der HI/LO Fahrstufen (rechts), sowie der Differenzialsperre (links). Die Differenzialsperre verblockt einfach das Gehäuse des Differenzials mit der Vorderachsausgangswelle.
 
[[Datei:Schaltmuffen_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px]]
 
 
 
 
 
Bis hierher die Bestandaufnahme zum Zustand des Getriebes. Jetzt geht’s los mit den Einstellungen am Differential.
 
 
 
== Arbeitsschritte ==
 
 
 
=== Differential ausdistanzieren ===
 
 
 
Die Ausdistanzierung des Diffs habe ich folgendermaßen bewerkstelligt: Dazu habe ich mir Distanzscheiben aus Alufolienpaketen mittels auf der Drehbank gefertigtem Stempel ausgestanzt. Eine Alufolie hat 1,5/100mm Dicke. Entsprechend lassen sich unterschiedlich dicke Scheiben herstellen und damit das Diff distanzieren. Die Folienscheiben halten natürlich die Belastung im Betrieb nicht aus und darum werden sie nur zur Messung benutzt und damit die Dicke der erforderlichen Scheiben ermittelt.
 
Leider stellte sich heraus, dass die eingebauten Originalscheiben schon die dicksten sind, die es gibt (1,45mm). Ich brauche sie nun aber 1/10mm größer. Damit werde ich sie wohl selbst anfertigen müssen. Interessant ist, dass diese Scheiben unter den Sonnenrädern überhaupt keinen Verschleiß hatten. Sie sind immer noch 1,45mm dick, obwohl die Scheiben unter den Planetenrädern quasi völlig verschwunden sind. Das erklärt wohl auch, warum die Distanzscheiben unter den Sonnenrädern aus Kunststoff sind. Sie werden offensichtlich kaum belastet.
 
<gallery widths="300px" heights="300px">
 
Image:Distanzscheiben_klein.jpg|Distanzierscheiben, selbstgefertigt
 
Image:Sonnenscheiben_Vergleich_klein.jpg|Alte Kunststoffscheiben oben, neue Rotgussscheiben unten.
 
</gallery>
 
 
 
=== Einschleifen ===
 
Immer feste Schleifen, reinigen und dann Diff zum Test zusammenschrauben … was, passt immer noch nicht? Dann noch mal schleifen …
 
[[Datei:Einschleifen_2_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px|Einschleifen]]
 
 
 
=== Montage ===
 
… zu und wieder auf und wieder zu …
 
 
 
Das Diff ist nun mit selbst gedrehten Rotgußscheiben ausdistanziert. Die Anweisung im WHB das Diff mit der Schlepplastwaage auszudistanzieren kann man getrost vergessen. Die Scheiben gibt es (wenn man sie nicht grade selbst dreht) in Abstufungen von 5/100mm. Der Unterschied zwischen klemmt total und läuft schön locker sind aber schon wenige Hundertstel. Ich habe die Scheiben auf der Glasplatte eingeschliffen und mich lieber für locker entschieden. Nach 10x Diff auf und zu wars erledigt :-). Auch die Anweisung die Zahnstellungen beim Zerlegen zu markieren kann man getrost vergessen, denn die Sonnenräder haben wie es sich gehört ungerade Zähnezahlen. Damit rotieren die tragenden Zähne durch und der Verschleiß verteilt sich immer gleichmäßig.
 
 
 
<gallery widths="300px" heights="300px">
 
Image:Diff_Montage_klein.jpg|
 
Image:Diff_Montage_2_klein.jpg|
 
</gallery>
 
 
 
Meine Schlussfolgerung zum Differential:
 
 
 
1. Es ist wichtig neue Thrustwasher einzubauen, damit der Abstand zwischen Planetenrad und Diff-Gehäuse gewährleistet ist.
 
 
 
2. Das absolute Spiel zwischen den Wellen (Scheiben unter den Sonnenrädern) ist nicht so wichtig, denn erstens sind sie sowieso kaum belastet und zweitens wird es auch in der Realität zu gross gewählt, denn die Zahl der Distanzscheiben ist beschränkt.
 
 
 
3. Dieses Spiel lieber zu gross wählen, als zu klein!
 
 
 
4. Viel wichtiger ist das eigene Verhalten im Fahrbetrieb: '''Sperre einlegen, wenn möglich und nicht, wenn nötig!''' Das entlastet die Thrustwasher im Gelände und sie können dann auf der Strasse (wenn das Diff wirklich gebraucht wird) zuverlässiger ihren Dienst verrichten. '''Möglich''' ist es dann, wenn der Untergrund rutschig ist und die Räder durch leichten Schlupf die Aufgabe des Diff (Drehzahlausgleich zwischen den Achsen) übernehmen können.
 
 
 
=== Reparatur Zwischenwellenbohrung ===
 
Aufspindeln der Bohrung für die Zwischenwelle und Einschrumpfen der Lagerbuchse
 
[[Datei:Fräsmaschine_klein.jpg|miniatur|zentriert|x400px|Aufspindeln Bohrung Zwischenwelle]]
 
 
 
 
 
Eingeschrumpfte Buchse. Gehäuse im Backofen auf 150°C erwärmen, Buchse in den Gefrierschrank und schon plumpst sie rein. Ich hatte flüssigen Stickstoff zur Verfügung, das plumpst noch besser :-). Wichtig ist eventuelle Mitbewohner, die berechtigtes Interesse am Backofen haben könnten vor dieser Aktion zum Shoppen zu schicken. Das Shopping ist in der Kostenaufstellung nicht berücksichtigt.
 
[[Datei:Buchse eingeschrumpft_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px|Eingeschrumpfte Buchse]][[Datei:Buchse mit Welle_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px|Eingeschrumpfte Buchse mit probeweise eingesetzter Welle]]
 
 
 
 
 
Nach erfolgreicher Reparatur der Zwischenwellenbohrung habe ich noch in den höchsten Punkt des VTG ein 8er Gewinde gebohrt um darin eine Ringschraube montieren zu können. Ich kann das Getriebe nun zur Montage im Auto an dieser Schraube aufhängen und an einer quer im Auto liegenden Stange mit dem Flaschenzug hochziehen. Es lässt sich damit viel leichter einbauen, als nur zu zweit von unten hochzustemmen und dabei ziemlich sicher den Eingangssimmerring an der Schaltgetriebehauptwelle beim drüber schieben zu ruinieren.
 
 
 
=== Einsetzen der Differentialgruppe ===
 
 
 
'''WICHTIG: Jede Ausdistanzierung macht nur mit den Dichtungen Sinn, die man dann auch verwenden will. Die unterschiedlichen Hersteller der Dichtungssätze verwenden unterschiedlich dickes Material! Das ist auch bei Reparaturen zu beachten!'''
 
 
 
 
 
Nun wird die Hauptwelle distanziert und schon taucht das nächste Problem auf. Die Ausdistanzierung der Hauptwelle (und auch der Eingangswelle) ist abhängig von den Dichtungsstärken der verwendeten Dichtungen für die Achsabtriebsgehäuse (bzw für den PTO-Deckel). Ich habe erst mal die Lagerschalen ohne Distanzring eingebaut, die Dichtung raus gelassen und das Wellenspiel mit der Messuhr gemessen. Den Distanzring, den ich mit meinen vorhandenen Dichtungen bräuchte (1,20mm) gibt es nicht. Hmm ... seltsam .. die englischen Ingenieure. Na gut, dann mach ich ihn eben wieder selber.
 
<gallery widths="300px" heights="300px">
 
Image:DiffimGehaeuse_klein.jpg|
 
Image:Messuhr_klein.jpg|
 
 
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[[Bild:LP Gleichrichter 01.png|x180px|miniatur|rechts|Stromlauf und Spannung beispielhaft für eine gleichgerichtete Spule. Die anderen Spulen verhalten sich ebenso.]]Bild 6 zeigt das Prinzip eines Gleichrichters. An die Erregerspule L1 wird Spannung angelegt und diese induziert in die drei Generatorspulen einen Strom. Beispielhaft ist der Stromfluss sowie die Spannung (rot + / blau -) für eine Umdrehung (360°) für eine Spule dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der Stromfluss und die Polarität nach 180° Grad in der Generatorspule die Richtung wechseln, aber am Gleichrichterausgang gleich bleiben. Da die Dioden den Strom immer nur in eine Richtung fliessen lassen, verhindern sie einen Kurzschluss.
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{{Absatz-Rechts}}
  
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== Aufbau ==
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[[Datei:LP_Td5_Generator_ohne_Regler_001.jpg|rechts|miniatur|x200px|Bild 2 - Rückseite Generator,ohne Regler.]][[Datei:LP_Td5_Generator_Kohlebuersten_001.jpg|miniatur|links|x100px|Kohlebürsten]]In der Mitte des Generators ist eine Welle, die vom Motor üblicherweise über einen Rippenriemen, gedreht wird. Auf ihr sitzt die Erregerspule und bildet mit der Welle den Rotator oder Rotor. Diese Erregerspule wird über zwei Kohlebürsten, die an die Welle geführt werden, mit Spannung versorgt. Im Gehäuse sind um den Rotor drei Spulen angeordnet, die jeweils um 120° versetzt sind. Die Anzahl und der Versatz der Spulen, sorgt für eine gleichmässigere aber immer noch pulsierende Gleichspannung nach der Gleichrichtung. (siehe [[Drehstromgenerator#Wechselstrom und Gleichrichtung|Gleichrichtung]]).<br>
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Zur Kühlung der Leistungsdioden des Gleichrichters und des Generators ist ein Lüferrad angebracht. Generatoren mit sehr hoher Leistung sind oftmals flüssiggekühlt. Die Leistungsabnahme erfolgt über eine große Schraube. Diese ist mit dem Ausgang des Gleichrichters verbunden. Als Eingang besitzt der Generator eine Buchse, an der die Erregerspannung mit einem Stecker angelegt wird.
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{{Absatz-Rechts}}
  
Diffgehäuse nach der Distanzierung endgültig aufsetzen: Dazu ist es notwendig vor der Montage des Diffgehäuses den kleinen Deckel auszutreiben (roter Pfeil), Durch diese Bohrung wird nach der Montage des Gehäuses die Welle für die Differenzialsperrenklaue eingeführt. Den Deckel nach der Montage mit Dichtungsmasse wieder reinklopfen.
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== Funktionsprinzip ==
[[Datei:Diffgehaeuse_klein.jpg|miniatur|zentriert|x300px]]
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=== Stromerzeugung  ===
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Solange der Motor noch nicht die Welle des Generators dreht, gibt es nur eine Energiequelle im Fahrzeug, die Batterie. Die Lichtmaschine ist auf deren Strom angewiesen, um mit der Erregerspule ein Magnetfeld aufbauen zu können. Daher wird über den Regler die Batteriespannung an die Welle des Rotors angelegt. Dreht der Anlasser nun den Motor und damit auch den Rotor, dreht sich das erzeugte Magnetfeld mit. In den äusseren drei Spulen wird nun ein Strom induziert. Dieser Strom wird Gleichgerichtet und zur Speisung der Batterie und zur Versorgung der Verbraucher benutzt. Ein geringer Teil davon kann dann zur Erregung genutzt werden, d.h. es ist ein selbsterregender Generator. Fahrzeuge mit tiefentladener Batterie können deshalb auch nicht angeschleppt werden, es ist nicht genug Spannung für die Erregerspule vorhanden, um den Prozess der selbsterregenden Stromerzeugung in Gang zu bringen.
  
Alle Schrauben, die in den durchgebohrten Gewinden sitzen mit Dichtungsmasse einbauen. Durch die Gewinde suppt sonst immer ein wenig Öl raus.
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=== Regelung ===
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[[Datei:LP_Regelung_Generator_01.png|miniatur|rechts|Prinzipschaltung der Spannungsregelung]]Die Strom- und Spannungserzeugung des Generators ist von der Drehzahl und der stärke des Magnetfeldes abhängig. Die Drehzahl wird durch den Fahrer bestimmt und eignet sich somit nicht zur Regulierung der Spannung. Wohl aber das durch den Rotor erzeugte Magnetfeld. Daher wird dieses zur Regulierung der Spannung benutzt.
  
Die Montage des LT230 ist hier nicht vollständig beschrieben. Der Grund dafür ist, dass alle anderen Montagepunkte im WHB absolut ausführlich beschrieben sind und deshalb nicht wiedergekäut werden müssen. Ich habe im Prinzip nur die Arbeitsvorgänge beschrieben, die nicht im WHB erwähnt sind, weil man in diesen Handbüchern ja doch immer wieder davon ausgeht, dass alle Einzelteile in einbaufertigem und maßhaltigem Zustand sind. Meine Beschreibung der Überholung bezieht sich also hauptsächlich darauf, was man tun kann, wenn das WHB nicht weiterhilft. Ansonsten ist das WHB zusammen mit meiner Beschreibung ein guter Helfer.
+
Bei einer Methode misst der Regler am B+ Kontakt, an dem der Generator und die Batterie angeschlossen sind vorliegende Spannung. Überschreitet diese den gewünschten Spannungswert (meistens um die 14 Volt), wird über die Regelelektronik der Strom für die Erregerspule am DF (Dynomo Field) Kontakt kurzzeitig abgeschaltet. Dadurch sinkt die Spannung an B+ wieder. Fällt sie unter einen bestimmten Wert, wird der Erregerstrom wieder eingeschaltet. So pendelt sich die Spannung auf den gewünschten Wert ein. Der Spannungswert muss etwas über dem Batteriewert liegen, damit ein Ladestrom zur Batterie hin fliessen kann. Er darf aber auch nicht zu hoch sein, da sonst die Batterie zu Gasen anfängt, d.h. die produziert übermässig viel Wasserstoff. Die Ladekontrollleuchte ist entweder zwischen Batterie-Plus und B+ geschaltet oder Batterie-Plus und dem Regler. Solange auf beiden Seiten die Spannung gleich ist, ist die Leuchte aus. Fällt die Spannung auf einer Seite ab (Zündung aus / Generator- oder Reglerfehler), fängt sie durch das unterschiedliche Spannungpotential an zu leuchten.<br>
 +
Moderne Regler messen zusätzlich über Ihren S Kontakt ständig die Batteriespannung, da hier weniger Spannungsabfall durch eine kürzere Verbindung zur Batterie gegeben ist und beziehen diese in die Regelung mit ein. Dies ermöglicht so eine verbesserte Regelung. Am DFM Kontakt (Dynamo Field Monitor), gibt der Regler das Pulssignal zur Auswertung durch die Fahrzeugsteuwerung aus.<br>
 +
Manche Regler haben Zusatzfunktionen:
  
Fragen und Ergänzungen sind willkommen. Fragen bitte an s(ät)heiderei.de
+
* LRS - Load Response Start
 +
*:Hier wird verhindert, dass während des Anlassens der Generator bereits Strom erzeugt bzw, abgebeben muss, um beim Startvorgang des Motors keinen zusätzlichen mechanischen Widerstand für den Anlasser zu erzeugen.
 +
* LRF - Load Response Fahrt
 +
*:Diese Funktion schaltet trotz direkter Anforderung des Fahrers starke Verbraucher langsam, bzw. verzögert zu, um den plötzlich zunehmenden Widerstand (Drehmoment) des Generators nicht direkt an den Motor weiterzugeben. Die Last wird langsam erhöht.
  
== Haftungsauschluss ==
+
Neuere Systeme binden die Regelung in die gesamte Energiesteuerung des Fahrzeugs ein. Dabei wird dann auch die Batterie mir ihren Parametern (Spannung, Strom, Temperatur) in die Regelung mit einbezogen, auch bei ausgeschaltetem Motor. Dies ist z.B. zwingend bei Stopp-Start Systemen notwendig. Stellt das System z.B. fest, dass die Batterie nicht mehr genug Leistung für einen weiteren Start hat, darf sie den Motor nicht automatisch abschalten. Diese Steuerungssysteme greifen an vielen Stellen im Fahrzeug ein, sie können den Stromverbrauch einiger Systeme reduzieren oder im Leerlauf eine höhere Motordrehzahl für mehr Leistung anfordern. Die Lebensdauer einer Batterie wird durch diese intelligente Steuerung verlängert, bzw. sie kann dann besser den gestiegenen Anforderungen, z.B. durch ständige Verbraucher gerecht werden.
Die hier veröffentlichte Anleitung wurde vom Autor nach Bestem Wissen und Gewissen erstellt. Dennoch kann es durch
 
den Nachbau, bzw. den Ein-, Um- oder Anbau zu eventuellen Schäden am Fahrzeug kommen und die ABE (Allgemeine
 
Betriebserlaubnis) kann erlöschen. Ebenso können einige Umbauten ausschließlich dem Zweck eines
 
Wettbewerbseinsatzes dienen und sind eventuell im Bereich der StVZO (Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung) bzw.
 
der StVO (Straßenverkehrs-Ordnung) nicht zulässig. Das Forum und der Autor des jeweiligen Beitrages übernehmen
 
hierfür keinerlei Haftung. Der Nachbau, Ein-, Um- oder Anbau geschieht immer auf eigene Gefahr.
 

Version vom 11. Januar 2013, 14:36 Uhr

Prinzip

Bild 1 - Wechselstromgenerator (zur Animation auf das Bild klicken)
Strom wird erzeugt, in dem ein elektrischer Leiter durch ein Magnetfeld bewegt wird. Umgekehrt entsteht um einen Leiter, durch den Strom fliesst ein Magnetfeld. Die Effekte die dies ausmachen heissen Lorentzkraft und Induktion.

Bewegt man in einem Generator Spule (=viele Wicklungen eines Leiters) oder Magneten in diesem Sinne, erzeugt er aus dieser mechanischen Energie elektrischen Strom. Das notwendige Magnetfeld kann durch Festmagneten erzeugt werden, oder durch eine weitere Spule, an die eine geringe Spannung angelegt wird, die Erregerspannung. Moderne Generatoren in Fahrzeugen haben keine Festmagneten, sondern benutzen das Prinzip der Erregerspule, an die zum initialen Starten Batteriespannung angelegt wird. Das so erzeugte Magnetfeld wird nun genutzt, um den Strom in den Generatorspulen zu erzeugen. Erzeugt der Generator erst einmal ausreichend Strom, wird in Teil davon zur Erzeugung der Erregerspannung genutzt. Eine Lichtmaschine die nach diesem Prinzip funktioniert nennt man eine selbsterregende Lichtmaschine.



Wechselstrom

Bild 2 - Wechselspannung, u = Spannung
Um eine dauernde Bewegung des Leiters im Magnetfeld zu erreichen, ist ein rotierender Aufbau notwendig. Das bedeutet aber auch, dass die einzelne Spule einmal durch beide Pole des Magnetfeldes bewegt wird. Das führt dazu, das die Spannung steigt und sinkt, Plus und Minus sich vertauschen und der Strom seine Flussrichtung ändert: eine typische Wechselspannung. Man beachte in der Animation zu Bild 1, wie sich die Stromflussrichtung ändert (Wechselspannung, bzw. Wechselstrom) und die Lampe immer wieder an und aus geht. Ein sich drehender Generator erzeugt daher eine sinusförmige Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom. In Bild 2 sieht man den Verlauf solch einer einphasigen Spannung, erzeugt mit einer Spule in einem Magnetfeld. Eine Umdrehung der Spule entspricht einer 360° Drehung. Die Spannung steigt bis 90° an und sinkt danach wieder ab. Bei 180° durchläuft sie den Nullpunkt und die Polarität wechselt (+ und - wechseln). Der Strom fliesst nun in die entgegengesetzte Richtung. Das nächste Spannungsmaximum ist nun bei 270°. Bei 360° bzw. 0° beginnt Zyklus von neuem. Unsere Stromversorgung zu Hause ist eine Wechselspannung, die mit einer Frequenz von 50 Hz arbeitet, d.h. 50 mal in der Sekunde wechselt die Polarität, steigt und sinkt die Spannung. Das es dennoch so aussieht, als wenn unsere Lampen nicht flackern (wie in der Animation von Bild 1), liegt an dieser Frequenz. Sie ist zu schnell, als das unser Auge die Wechsel bewusst erfassen kann.

In einer Batterie kann aber nur Gleichspannung gespeichert werden und diese kann auch nur Gleichspannung abgegeben. Daher sind die Verbraucher in einem Auto auch meistens für Gleichspannung ausgelegt. Somit muss diese Wechselspannung gleichgerichtet, d.h. eine Gleichspannung daraus gemacht werden.



Gleichrichtung

Bei der Gleichrichtung wird der Wechselstrom durch Dioden geschickt, die den Strom immer nur in eine Richtung durchfliessen lassen. D.h. nur jeweils die Hälfte (180°) einer Phase passieren die Diode. Wenn man sich den Verlauf der Wechselspannung in Bild 3 (Oben) ansieht und diesen mit einer einfachen Gleichrichtung gleichrichtet (eine Diode), wird praktisch die untere Kurve abgeschnitten, siehe Bild 3 (Mitte). Die Polarität wechselt nun zwar nicht mehr, aber die Spannung steigt und sinkt immer noch zwischen Null und dem Spannungsmaximum und es fehlt immer eine halbe Phase. Benutzt man 2 Dioden kann man die fehlende halbe Phase noch dazu gewinnen, bildlich gesprochen, wird die halbe Sinuskurve nach oben geklappt, wie man in Bild 3 (Unten) sieht. Jetzt gibt es zwar nur noch die positiven Spannungsanteile (d.h. der Strom fliesst nur noch in eine Richtung) aber er steigt und sinkt immer noch alle 90°.
Um diesen Verlauf weiter zu glätten und einen möglichst gleichmässigen Gleichstrom zu erhalten, werden in dem Wechselstromgenerator des Fahrzeugs nun drei Spulen verwendet, die mit 120° Versatz angeordnet sind. Daraus resultieren drei um 120° versetzte Phasen Wechselspannung, wie sie in Bild 4 zu sehen sind. Jede dieser Phasen wird mit Dioden gleichgerichtet, d.h. alle negativen Spannungen werden, wieder bildlich gesprochen, nach oben geklappt (siehe Bild 5). Es ist zu erkennen, dass durch die Verwendung von drei gleichgerichteten Phasen eine wesentlich gleichmässigere Spannung als mit nur einer Spule entsteht (Vergleich: Bild 3, unten). Die Spannung sinkt nicht mehr unter einen bestimmten Wert (Umin). Es ist aber auch zu ersehen, dass diese Gleichspannung nicht glatt ist, sondern immer einen Wellenanteil hat. Die Verbraucher im Fahrzeug sind aber dafür ausgelegt.

Stromlauf und Spannung beispielhaft für eine gleichgerichtete Spule. Die anderen Spulen verhalten sich ebenso.
Bild 6 zeigt das Prinzip eines Gleichrichters. An die Erregerspule L1 wird Spannung angelegt und diese induziert in die drei Generatorspulen einen Strom. Beispielhaft ist der Stromfluss sowie die Spannung (rot + / blau -) für eine Umdrehung (360°) für eine Spule dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der Stromfluss und die Polarität nach 180° Grad in der Generatorspule die Richtung wechseln, aber am Gleichrichterausgang gleich bleiben. Da die Dioden den Strom immer nur in eine Richtung fliessen lassen, verhindern sie einen Kurzschluss.



Aufbau

Bild 2 - Rückseite Generator,ohne Regler.
Kohlebürsten
In der Mitte des Generators ist eine Welle, die vom Motor üblicherweise über einen Rippenriemen, gedreht wird. Auf ihr sitzt die Erregerspule und bildet mit der Welle den Rotator oder Rotor. Diese Erregerspule wird über zwei Kohlebürsten, die an die Welle geführt werden, mit Spannung versorgt. Im Gehäuse sind um den Rotor drei Spulen angeordnet, die jeweils um 120° versetzt sind. Die Anzahl und der Versatz der Spulen, sorgt für eine gleichmässigere aber immer noch pulsierende Gleichspannung nach der Gleichrichtung. (siehe Gleichrichtung).

Zur Kühlung der Leistungsdioden des Gleichrichters und des Generators ist ein Lüferrad angebracht. Generatoren mit sehr hoher Leistung sind oftmals flüssiggekühlt. Die Leistungsabnahme erfolgt über eine große Schraube. Diese ist mit dem Ausgang des Gleichrichters verbunden. Als Eingang besitzt der Generator eine Buchse, an der die Erregerspannung mit einem Stecker angelegt wird.



Funktionsprinzip

Stromerzeugung

Solange der Motor noch nicht die Welle des Generators dreht, gibt es nur eine Energiequelle im Fahrzeug, die Batterie. Die Lichtmaschine ist auf deren Strom angewiesen, um mit der Erregerspule ein Magnetfeld aufbauen zu können. Daher wird über den Regler die Batteriespannung an die Welle des Rotors angelegt. Dreht der Anlasser nun den Motor und damit auch den Rotor, dreht sich das erzeugte Magnetfeld mit. In den äusseren drei Spulen wird nun ein Strom induziert. Dieser Strom wird Gleichgerichtet und zur Speisung der Batterie und zur Versorgung der Verbraucher benutzt. Ein geringer Teil davon kann dann zur Erregung genutzt werden, d.h. es ist ein selbsterregender Generator. Fahrzeuge mit tiefentladener Batterie können deshalb auch nicht angeschleppt werden, es ist nicht genug Spannung für die Erregerspule vorhanden, um den Prozess der selbsterregenden Stromerzeugung in Gang zu bringen.

Regelung

Prinzipschaltung der Spannungsregelung
Die Strom- und Spannungserzeugung des Generators ist von der Drehzahl und der stärke des Magnetfeldes abhängig. Die Drehzahl wird durch den Fahrer bestimmt und eignet sich somit nicht zur Regulierung der Spannung. Wohl aber das durch den Rotor erzeugte Magnetfeld. Daher wird dieses zur Regulierung der Spannung benutzt.

Bei einer Methode misst der Regler am B+ Kontakt, an dem der Generator und die Batterie angeschlossen sind vorliegende Spannung. Überschreitet diese den gewünschten Spannungswert (meistens um die 14 Volt), wird über die Regelelektronik der Strom für die Erregerspule am DF (Dynomo Field) Kontakt kurzzeitig abgeschaltet. Dadurch sinkt die Spannung an B+ wieder. Fällt sie unter einen bestimmten Wert, wird der Erregerstrom wieder eingeschaltet. So pendelt sich die Spannung auf den gewünschten Wert ein. Der Spannungswert muss etwas über dem Batteriewert liegen, damit ein Ladestrom zur Batterie hin fliessen kann. Er darf aber auch nicht zu hoch sein, da sonst die Batterie zu Gasen anfängt, d.h. die produziert übermässig viel Wasserstoff. Die Ladekontrollleuchte ist entweder zwischen Batterie-Plus und B+ geschaltet oder Batterie-Plus und dem Regler. Solange auf beiden Seiten die Spannung gleich ist, ist die Leuchte aus. Fällt die Spannung auf einer Seite ab (Zündung aus / Generator- oder Reglerfehler), fängt sie durch das unterschiedliche Spannungpotential an zu leuchten.
Moderne Regler messen zusätzlich über Ihren S Kontakt ständig die Batteriespannung, da hier weniger Spannungsabfall durch eine kürzere Verbindung zur Batterie gegeben ist und beziehen diese in die Regelung mit ein. Dies ermöglicht so eine verbesserte Regelung. Am DFM Kontakt (Dynamo Field Monitor), gibt der Regler das Pulssignal zur Auswertung durch die Fahrzeugsteuwerung aus.
Manche Regler haben Zusatzfunktionen:

  • LRS - Load Response Start
    Hier wird verhindert, dass während des Anlassens der Generator bereits Strom erzeugt bzw, abgebeben muss, um beim Startvorgang des Motors keinen zusätzlichen mechanischen Widerstand für den Anlasser zu erzeugen.
  • LRF - Load Response Fahrt
    Diese Funktion schaltet trotz direkter Anforderung des Fahrers starke Verbraucher langsam, bzw. verzögert zu, um den plötzlich zunehmenden Widerstand (Drehmoment) des Generators nicht direkt an den Motor weiterzugeben. Die Last wird langsam erhöht.
Neuere Systeme binden die Regelung in die gesamte Energiesteuerung des Fahrzeugs ein. Dabei wird dann auch die Batterie mir ihren Parametern (Spannung, Strom, Temperatur) in die Regelung mit einbezogen, auch bei ausgeschaltetem Motor. Dies ist z.B. zwingend bei Stopp-Start Systemen notwendig. Stellt das System z.B. fest, dass die Batterie nicht mehr genug Leistung für einen weiteren Start hat, darf sie den Motor nicht automatisch abschalten. Diese Steuerungssysteme greifen an vielen Stellen im Fahrzeug ein, sie können den Stromverbrauch einiger Systeme reduzieren oder im Leerlauf eine höhere Motordrehzahl für mehr Leistung anfordern. Die Lebensdauer einer Batterie wird durch diese intelligente Steuerung verlängert, bzw. sie kann dann besser den gestiegenen Anforderungen, z.B. durch ständige Verbraucher gerecht werden.