Überholung Lima und Umbau auf 60/90W

[bujatronic]

Inzwischen können wir uns auch dem Regler widmen. Es gibt mehrere Möglichkeiten:
1. Einen elektronischen Regler, der sollte aber für einen normalen Blei-Akku auf eine Spannung von mindestens 7V regeln, damit die Vorteile der größeren Leistung auch zum Tragen kommen (ich empfehle den hier im Forum von ddomes angebotenen Regler).
2. Beibehaltung des originalen mechanischen Reglers. Auch wenn immer mal wieder Kritik an diesem System geäußert wird, wenn Kabel, Kontakte usw. in Ordnung sind, tut es ein gut eingestellter und noch nicht zu sehr verschlissener mech. Regler auch. Ich fahre seit über vier Jahrzehnten MZs mit mechanischen Reglern (ETS, TS und ETZ) und hatte noch nie damit Probleme.
Der mechanische BK-Regler ist jedoch ein Exot, ich habe es zunächst nicht glauben wollen, aber nach mehreren Messungen gibt es keinen Zweifel.
Praktisch alle Gleichstrom-Regler von IKA arbeiten nach dem Prinzip der nachgiebigen Spannungsregelung und realisieren damit einen (wenn auch dürftigen) Überlastschutz für den Generator. Dazu haben diese Regler neben der Spannungsspule eine gleichsinnig gewickelte Stromspule. Die Magnetkraft, die den Regelkontakt bewegt und damit den Erregerstrom abregelt, ist somit näherungsweise proportional der Spannung an D+ plus proportional des Stroms. D.h. die Spannung wird mit zunehmender Stromentnahme auf immer kleinere Werte geregelt und damit die Leistung reduziert.
Der BK-Regler sieht auf den ersten Blick genauso aus. Ist er aber nicht. Hier ist die Stromspule (roter Pfeil) gegensinnig gewickelt! Es wird also mit steigender Belastung über das geschwächte Magnetfeld die Spannung immer höher geregelt! Man kann nur spekulieren: Es war wahrscheinlich beabsichtigt, den Spannungsabfall an dem relativ großen Innenwiderstand des Generators zu kompensieren. Die Steilheit dieser Regelung ist jedoch gering, der eigentliche Sinn dieser Spule besteht darin, das Abfallen des Rückstromschalters zu unterstützen. Wenn nämlich bei niedriger Drehzahl die Spannung des Generators unter die der Batterie fällt, dreht sich die Stromrichtung um, die Batterie wird über den Generator entladen (was natürlich nicht gewollt ist!). Dadurch dreht sich auch die Polarität des in der Stromspule erzeugten Magnetfeldes um, das resultierende Feld wird schwächer, der Rückstromschalter trennt.
Für uns bedeutet das, dass wir mit der jetzt stärkeren Lichtmaschine keinesfalls die Spannung zu hoch einstellen dürfen. Diese Ausführung wurde ja im Original- (TS-) Einbau durch die nachgiebige Spannungsregelung geschützt, jetzt jedoch nicht mehr, im Gegenteil. Und es dürfen keine größeren zusätzlichen Verbraucher angeschlossen werden, sonst glüht der Kollektor schnell aus!

Roheinstellung des Reglers
Wer ein regelbares Netzteil hat, sollte auch gleich eine Roheinstellung vornehmen. Plus an D+, Minus an Masse, Spannung langsam erhöhen (Stromaufnahme des Reglers sollte ca. 0,5 A sein). Die Grundeinstellung würde ich nur verändern, wenn sicher ist, dass jemand mal an den Schrauben rumgespielt hat (Plombierlack ist beschädigt).
Die Luftspalte sollten m.E. auf beiden Seiten 0,8 ... 0,9 mm (beim Rückstromschalter zwischen Anker und Klebeniet (unter dem grünen Pfeil, der leider etwas verrutscht ist) gemessen) betragen. Wichtig ist auch, dass diese Spalte frei von Verunreinigungen sind. Der BK-Regler hat schließlich kein Gehäuse, es reicht, wenn er nur mal in der Nähe von Eisenspänen lag, und schon lagern diese sich an den magnetischen Teilen an (Remanenz!). Man kann sie aber mit Druckluft ausblasen.
Die folgenden Spannungswerte gelten für einen normalen Blei-Akku!
Der Rückstromschalter darf erst bei einer Spannung von > 6,3 V schließen (Ruhespannung eines voll geladenen Blei-Akkus bei 25°C), aber nicht zu hoch (gut sind 6,5 ... 6,7V), sonst fließen beim Schalten zu große Ströme und der Kontakt verbrennt rasch.
Nun wird die Spannung auf 6,8V erhöht und die Aluzunge am Reglerkontakt so gebogen, daß der mittlere Kontakt gerade eben in der Mittellage verbleibt, bei 7,0V muß er am oberen rechten) Kontakt anliegen. Das ist zwar noch nicht die Ladeschlußspannung bei 25°C, aber wegen der beschriebenen Stromabhängigkeit sollte man nicht höher gehen.
Nach dem Einbau sollte man die Einstellung im Betrieb noch einmal überprüfen, wenn ohne weitere Verbraucher (also Licht aus!) bei Drehzahlen um die 3.000 U/min die Spannung zwischen 6,6 und 7,0V liegt, wird die Batterie ausreichend geladen und der Generator geschont. Groß rumfummeln würde ich dann nicht mehr, man kommt ja im eingebauten Zustand an die Federbügel so schlecht ran!
Ich möchte darauf hinweisen, dass das keine Einstellvorschriften des Herstellers sind, sondern meine Erfahrungswerte. Wer andere Erfahrungen gemacht hat, soll die bitte posten, ich lerne gern dazu.
Allzeit gute Fahrt!

[Utomborder]

Zitat von Oldie:

"Es sollte vielleicht noch erwähnt werden, dass die Feldspule anders herum anzuschließen ist, da die BK anders herum dreht.
Außerdem ist bei Erstinbetriebnahme die magnetische Remanenz umzupolen. Dazu wird kurz Batterie + auf die Feldspulenwicklung gegeben."

Wo muß ich das + "draufgeben" und was soll ich umpolen? Hast Bilder für einen Laien?

Danke!

[Oldie]

Ich hatte diesen Link oben schon mal eingestellt. Lies den doch mal.
viewtopic.php?f=5&t=1483&p=9608&hilit=F ... lung#p9608
Oldie

[bujatronic]

da kommen die Details noch und hängen (wie auch der Widerstand) u.a. davon ab, welcher Regler verwendet wird. Der originale BK-Regler ist "minusregelnd", d.h. die Erreger- (Stator-)wicklung hängt mit einem Pol an D+, der Reglerschalter im Strompfad zu Masse (minus). Bei allen anderen MZs und den meisten PKW wird jedoch plusgeregelt, bei vielen elektronischen Reglern auch. Die (hier nicht dargestellte) Stromspule hängt übrigens zwischen dem Rückstromschalter und Kl. 51.

[ddomes]

eine Ergänzung hätte ich noch: Die Reglerschalter haben genaugenommen drei Stellungen:
a) Feldspule direkt an Ausgangsspannung, maximaler Stromaufbau in Feldwicklung (in bujatronic seiner Zeichnung die eingezeichnete Stellung)
b) mittige Stellung des Schalters ohne Kontakte zu schließen: Strom in Feldwicklung wird durch Reglerwiderstand begrenzt
c) Stellung des Schalters lt. Skizze rechts: Feldwicklung wird kurzgeschlossen, Strom in Feldwicklung wird abgebaut

Diese mittige Stellung hat man eingeführt, um bei moderater Schaltfrequenz des Reglerschalters eine doch noch akzeptabel glatte Ausgangsspannung zu erhalten. Hätte man die mittige Stellung nicht, müsste die Schaltfrequenz des mech. Reglerschalters höher sein, als diesem verschleißbehafteten System zuzumuten ist. Ein elektronischer Regler, wenn er denn nach dem verlustarmen Schaltprinzip arbeitet, braucht keine mittige Stellung, er schaltet schnell genug zwischen Zustand a) und c) hin und her.

Gruß
Daniel

P.S.: Den Reglerwiderstand einer BK-Lima habe ich gerade zu 7Ohm gemessen. In Stellung c) liegt dieser direkt über der Ausgangsspannung der Lima, sieht bei z.B. 7V Ausgangsspannung 1A Strom. Macht in diesem Zustand 7W. Zwischendurch hängt er auch oft in Reihe zur Feldwicklung und sieht da z.B. 7V/(7Ohm+2Ohm)=777mA, macht in dem Zustand 7Ohm*777mA^2 ca. 4W. Jetzt kann man ohne Messungen streiten, wie lange welche Zustände genau anliegen und welche mittlere Leistung sich ergibt. Ich biete mal 4W mittlere Leistung im Reglerwiderstand an.
Da jede Maschine (so auch der Generator) hinsichtlich seiner unter Betriebsbedingungen abgebbaren Leistung bewertet wird, sind diese Reglerverluste bei der Angabe Dauerleistung 45W schon mit einkalkuliert. Die Lima leistet eigentlich mehr als sie abgibt, sie hat "Eigenbedarf". Diese 4W stehen bei Verwendung eines digital schaltenden elektronischen Reglers zur freien Verfügung , da diese Verluste dank des Wegfalls des Reglerwiderstands nicht mehr zu decken sind. Die einfachen elektronischen Regler arbeiten nicht im Schaltbetrieb und konsumieren diese Verluste gleich wieder, siehe auch den Schluss von viewtopic.php?f=5&t=1812

[bujatronic]

Der Widerstand hat vor allem die Aufgabe der Funkenlöschung. Die Erregerwicklung hat eine beträchtliche Induktivität, darin wird ein Haufen Energie gespeichert, immerhin beträgt der Erregerstrom beim BK-Generator bei Vollerregung etwa 3,7A Wäre der Widerstand nicht, würde diese Energie beim Öffnen des Kontakts eine gewaltige Spannungsspitze von mehreren hundert Volt erzeugen: U = L * di/dt (analog Zündung, nur ist dort eine Kapazität parallel zum Unterbrecher), der Reglerkontakt wäre bald abgebrannt. Durch den Widerstand wird nach dem Ohmschen Gesetz diese Spannungsspitze auf ca. 25V begrenzt, der Strom, der bisher über den geschlossenen Kontakt geflossen ist, fließt weiter durch den Widerstand und baut sich nach einer Exponentialfunktion ab. Würde der Reglerkontakt ohne Verzögerung zwischen den beiden dargestellten Lagen umschalten können (elektronische Regler machen das mittels einer schnell schaltenden Freilaufdiode), wäre der Widerstand nicht nötig. Im Normalbetrieb und bei relativ konstanter Last schaltet der Regler praktisch nie in die Oberlage, das tritt eigentlich nur beim Lastabwurf (z.B. Licht ausschalten) mal ein. Auch dort fließt der Erregerstrom zunächst weiter, nur die Zeitkonstante, mit der er abklingt, ist eine andere.
Übrigens haben viele Kfz.-Relais aus dem gleichen Grunde einen Widerstand parallel zur Wicklung.

[bujatronic]

Heute noch etwas zum Einbau des Reglers. Wer den originalen mechanischen Regler weiter verwenden will, kommt um folgende Überlegung nicht herum:
Original ist der Regler mit 4 Schrauben M4 befestigt. 2 Schrauben gehen in das Eisengehäuse, 2 in den Aludeckel.
Ich glaube zwar, daß infolge des relativ guten Masseausgleichs des Boxermotors die mechanische Belastung nicht so übermäßig ist, so daß die 2 Schrauben im Deckel reichen müßten, habe aber da keine Erfahrung.
Bei Verwendung des TS-Generators tritt das Problem auf, daß genau dort, wo die 2 weiteren Schrauben ins Gehäuse gehen müßten, ein Einstich ist (dessen Funktion mir schleierhaft ist), so daß dort keine Gewindebohrungen eingebracht werden können.
Als Alternative bietet sich an, die Bohrungen an anderer Stelle anzubringen und am Regler 2 neue Löcher zu bohren.
Dazu muß 1. angerissen werden. Die beiden Gehäuse werden in gleicher Stellung fluchtend eingespannt und die Bohrungen unmittelbar nach dem Einstich angerissen, die Pfeile zeigen auf die originalen Bohrungen:

[bujatronic]

Dummerweise liegen die Bohrungen genau so, daß sich dahinter 2 Feldwicklungen befinden, es versteht sich wohl von selbst, daß man die erst lösen muß, bevor gebohrt wird. Die Schrauben sind verstemmt und sitzen sehr fest, ich habe sie erst im zweiten Versuch mit einem Schlagschrauber los gekriegt. Ich habe den Verdacht, daß man dabei auch mal schnell das Gehäuse verbiegen kann, wer also einen ausreichend kräftigen Dorn hat, sollte besser diesen einspannen und das Gehäuse auf den Dorn schieben:

[bujatronic]

Zur Sicherheit wird ein Blech zwischen die gelöste Wicklung und das Gehäuse geschoben, dann gebohrt und Gewinde geschnitten, das Material ist weich (St38?).
Dann müssen am Regler noch 2 neue Löcher gebohrt werden, wenn man es sehr genau macht, müssen das keine Langlöcher sein. Zuletzt wird alles mit Druckluft ausgeblasen, damit ja keine Späne in den Magnetsystemen verbleiben.
Als ich das Projekt begonnen habe, war mir das Problem mit dem Regler nicht bewußt.
Angesichts dieses Aufwands kann man natürlich überlegen, ob man nicht doch alle 6 Feldwicklungen bei beiden Gehäusen aus- und umbaut.

[DS]

Weshalb wird alternativ im elektronischem Regler Regelstufe "C" nicht weggelassen und der Regelwiderstand dynamisch, sprich über Transistor dargestellt und somit der Strom begrenzt?

Gruß Dirk

[Utomborder]

......

Also ganz ehrlich, jez bin ich genauso schlau wie vorher. Ich bin im Bereich Elektrik Laie und bräuchte Bilder oder einfach nur eine Beschreibung, welches Kabel wohin muß. Ich kann euch da nich so ganz folgen....

Warum kann man eigentlich nich den Regler aus der TS nehmen? Mit dem BK-Regler, unverändert gehts nich??

Danke schonmal vorab! Sehr interessanter Bericht.

[Utomborder]

..brauch ich auch den Rotor von der ES/TS?????

[ddomes]

@bujatronic:
Absolut korrekt, ohne dem Widerstand würde die Sache wegen Kontaktabbrand nicht lange laufen. Ein Kondensator wäre prinzipiell auch denkbar, nur würde der ein Vielfaches des Bauvolumens des Reglerwiderstands einnehmen, von den erhöhten Kosten mal abgesehen.

@DS:
Gut geschlussfolgert! Die einfachen elektronischen Regler machen genau das. Das Problem ist nur, dass die Verluste, die vorher am Widerstand angefallen sind, sich nun im Regeltransistor wiederfinden. Die müssen abgeführt werden, was sich dann in großen Kühlblechen bzw. verrippten Alugehäusen äußert... Das digital schaltende Prinzip ist praktisch verlustlos.

@Utomborder:
Der Rotor muss natürlich auch mit gewechselt werden. Der größere Rotor ist eigentlich die Ursache dafür, dass die Ausgangsleistung der Lima gestiegen ist (Cu-Drähte haben mehr Querschnitt). Die Feldspulen mussten daher bei gleichem Lima-Aussendurchmesser flacher sein. Betreibt man die flachen Feldspulen mit kleinem (BK) Rotor, so ist das nicht von Erfolg gekrönt, da der resultierende Luftspalt zwischen Polschuhen der Feldspulen und Rotoreisen viel zu groß ist, es kommt damit kein ausreichender magentischer Fluß im Anker und folglich keine ausreichende Ausgangsspannung zustande.

@all:
Ich habe gestern Abend meine BK mit kompletter TS-Lima und meinem Zünd-/Reglersystem erstmalig in Betrieb genommen, Umbau ist denkabar einfach, da nur ein Feldkabel umgeschraubt werden muss, mehr nicht. Ausführliche Anleitung folgt.

[Utomborder]

nagut, ddomes, denn wart ich noch ein bischen. Ich hab das zwar auch gern original, aber wenn die BK deswegen immer öfter in der Garage bleibt, weil Batterie leer usw. dann muß ich wohl doch mal was tun. Was für erfahrungen hast denn mit deiner elektronischen Zündung/rRegler mit der 45 Watt LIMA??

[bujatronic]

natürlich muß der Rotor mit gewechselt werden. Er hat vor allem auch einen größeren Eisenquerschnitt, da kommt grundsätzlich die größere Leistung her. Der Energieerhaltungssatz gilt auch für Generatoren. Mehr Leistung = (bei gleicher Drehzahl) größerer magn. Fluß (B * A) = größere Eisenfläche A, da die Induktion B sich nicht beliebig steigern läßt (Sättigung).
Bei gleichen Anschlußmaßen (Konus, Unterbrecheraufnahme, Kollektor) ist der 60W-Anker in Durchmesser und Länge größer.
mfg, Chr.