Gelijkstroomdynamo Bosch voor NSU 1000
Als de dynamo te weinig spanning levert, zal de accu onvoldoende geladen worden en na verloop van tijd zal het starten steeds moeilijker gaan en uiteindelijk gaat het licht echt uit. De accu bijladen via een acculader is een tijdelijke oplossing.
Een nieuwe accu is ook heel prettig, maar als de dynamo de accu tijdens het rijden niet oplaadt dan komt het euvel snel terug. Het rode waarschuwingslampje in de snelheidsmeter geeft dit goed aan. De tijd is dan aangebroken het dynamo-circuit te onderzoeken. Omdat de dynamo niet direct onder handbereik zit en weinig onderhoud vraagt, wordt dit meestal ook niet gegeven...Onderdelen en werking
De gelijkstroomdynamo is van het type shuntdynamo en deze is als volgt opgebouwd. In het dynamohuis zitten 2 veldpolen (1 Noordpool en 1 Zuidpool) met daar omheen gewikkeld de veldspoelen. De 2 veldspoelen die in serie zijn geschakeld, worden in de dynamo aan de ene zijde met de geïsoleerde borstel verbonden (dat is de D+) en de veldkring wordt gesloten door het andere eind (DF) via de (spannings)regelaar met de massa te verbinden.
Omdat de veldspoelen parallel geschakeld zitten aan de ankerwikkelingen, is de naam shuntdynamo ontstaan. Gaat er door de veldspoelen een stroom (als het startcontact wordt aangezet), dan worden de veldpolen (veldschoenen) magnetisch. De veldpolen blijven overigens altijd iets magnetisch, dat is het remanent magnetisme. In het dynamohuis draait het anker, dat is opgebouwd uit dunne plaatjes dynamostaal, die onderling zijn geïsoleerd. In het anker zijn gleuven gemaakt, waarbinnen geïsoleerd koperdraad is gewikkeld, de ankerwikkelingen. Deze wikkelingen zijn aangesloten op de collector, een verzameling van 30 lamellen van een koperlegering. Deze lamellen zijn van elkaar geïsoleerd door een laagje mica. Deze lamellen geven via de koolborstels de spanning af (2 koolborstels voor zowel 12 Volt én 6 Volt dynamo's). Zodra het anker in het zwakke magnetische veld draait, wordt in het anker (de windingen) een spanning opgewekt die ook een kleine stroom opwekt in de veldwikkelingen. De stroom vloeit via de veldwikkeling (DF) naar de (regelaar) massa. Het magnetisch veld wordt vervolgens sterker en de opgewekte spanning in het anker hoger. De steeds hoger opgewekte spanning op D+ zal vervolgens de regelaar beïnvloeden, tot de regelspanning van 14 Volt is bereikt in de regelspoel. DF wordt dan van de massa ontkoppeld en de stroom zal nu via de D+ en de stroomspoel van de regelaar de accu gaan laden. 
Het dynamo principe: opwekken van spanning
Alvorens in te gaan op het onderhoud of reparatie geef ik aan de hand van enkele tekeningen uitleg van het elektromagnetisch principe. Tussen de veldpolen van de dynamo lopen magnetische krachten, van Noord naar Zuid. Deze magnetische instraling is en blijft altijd aanwezig. Ontleden we de ankerwikkelingen tot één wikkeling en draaien we die rond, dan zal er een stroom gaan lopen in de draad volgen de z.g. 'rechterhandregel'. Afhankelijk van magnetische krachtlijnen en draairichting van de draad, wordt de stroomrichting bepaald. Als deze 'ankerwikkeling' wordt rondgedraaid, zal de stroomrichting in hetzelfde draadstuk steeds van richting veranderen, maar gezien vanaf bijvoorbeeld de magnetische Noordpool blijft de stroomrichting in de draad 'die daar passeert' gelijk. In figuur 1a en 1b is deze situatie getekend. De collector is getekend met 2 lamellen en daartussen de isolatie. Vanwege de constructie van de collector zien we dat de stroomrichting bij de onderste koolborstel (+) in beide gevallen gelijk is. Dit resulteert in een pulserende gelijkspanning, zie figuur 3. Verder is de stand van de ankerwikkeling van belang. Is de stand loodrecht op de magneetpolen volgens figuur 2a, dan loopt en geen stroom, iets verdraait weer wat meer tot de maximale stroom-stand in figuur 2b.
Onderhoud aangepak
Voordat de dynamo wordt 'losgetrokken', eerst enkele algemene controles uitvoeren.
1. De V-snaar moet redelijk strak staan, totaal circa 1 centimeter speling.
2. Controleer ook of de massa-aansluitingen (dynamo / regelaar) en de dynamo-aansluitingen goed vastzitten. Als b.v. de contactvlakken van de bevestigingsoren van de dynamo verroest zijn, dan maakt de dynamo onvoldoende massa aan de motor / carrosserie.
3. Controleer de plus- en min bevestiging van de accu; schuur de plus- en minpool van de accu blank en klem de aansluiting goed vast.
4. Maak de minkabel (plat lint) los van de carrosserie en schuur de contactvlakken blank en maak de minkabel stevig vast aan de carrosserie.
5. V-snaar verwijderen en controleren of er kogellagerspeling is aan de poelie-kant.
6. Als bij controle blijkt, dat draden los zitten en verroest zijn, los dat op en doe dan verder even 'niets' en bekijk of de situatie verbeterd. Wordt er wederom niet geladen, ga dan verder testen.
De dynamo kan op 2 manieren getest worden
1. Als dynamo kan de opgewekte spanning (draaiende motor) gemeten worden.
2. de dynamo kan als motor worden aangesloten en getest.
Dynamotest
Doel: deze test geeft inzicht of er voldoende spanning wordt opgewekt en of bij hoger oplopend toerental de spanning oploopt. Geeft dit onvoldoende resultaat dan moet de dynamo worden nagekeken, zie figuur 6 voor de opstelling.
Maak de aansluitingen D+, D- en DF los (merken!) van de dynamo en verwijder de stofband om het gedrag van de koolborstels te kunnen beoordelen. De stofband zit met een klein schroefje vast.
Let op. De stofband eraf is prettig, maar als het niet lukt... gewoon laten zitten.
De dynamo is dus gemonteerd aan de motor en wordt door de V-snaar aangedreven. Verbindt de DF en de D- met een draad aan elkaar en sluit een voltmeter aan op D+ en D-/DF. Start de motor en laat deze stationair draaien. De dynamo levert nu een spanning van ± 9 Volt. Bij dit toerental zal de accu dus nooit worden bijgeladen! Verhoog het toerental langzaam tot het spanningsniveau van 20 Volt is bereikt. De motor draait dan niet eens zo erg hard.
Laat het toerental niet te hoog oplopen want de spanning komt dan boven de 30 Volt en dat is niet de bedoeling.
Voor de 6 Volt dynamo mag de spanning niet boven de 10 Volt komen.
Voor de 12 Volt dynamo mag de spanning niet boven de 20 Volt komen.
De spanning zal dus geleidelijk hoger worden bij langzaam oplopend toerental.
De afgegeven spanning wordt in bedrijfstoestand begrenst door de regelspoel in de regelaar. Wordt deze te hoog, dan wordt de veldwikkeling (DF) van de massa geschakeld en het 'laden' kan beginnen.
De oorzaak van een te lage spanning kan liggen aan: versleten of vastzittende koolborstels, koolborstelveren zijn te slap geworden of een slechte (vuile of ingelopen) collector.
Het 'polen' van de dynamo - Wijziging tekst en 4 afbeeldingen (26-01-2023)
Wanneer de afgegeven spanning van de dynamo te laag is, kan dit liggen aan het verdwenen remanent magnetisch veld van de poolschoenen of dat deze de verkeerde kant op werkt.
Bij dit 'polen' spelen verschillende factoren een rol. Hoe zijn de veldwikkelingen aangesloten (2 mogelijkheden) en wat voor soort regelaar is aangesloten.
Test dus eerst om welk type dynamo het gaat!
Bij de Bosch-gelijkstroomdynamo die gebruikt wordt in de NSU auto in combinatie met een Bosch-varioden-regelaar geeft dat een combinatie: dat de bekrachtiging van de dynamo 'tegen de massa' wordt geregelt, afbeelding 11-46 rechts Type 1.
Met dank aan M. Jongenelen voor technische ondersteuning.
Het 'polen' gebeurt dan door de DF van de Regelaar los te nemen en te verbinden met massa of de D- aan de dynamo. Haal de V-snaar los. Dan de B+ en de D+ even met elkaar te verbinden, zie de afbeelding rechts 11-46. De dynamo draait nu als motor en het magnetisch veld wordt hersteld.
Bij het Type 2 'polen' wordt de aansluiting DF van de dynamo losgenomen en kortstondig aangetipt tegen de B+ (plus accu), zie figuur 11-47.
Lokaliseren van een storing + Meten om welk type dynamo het gaat met Volt-meter.
Hierboven de 2 Typen dynamo's en hoe deze opnieuw bekrachtigt kunnen worden.
De Bosch gelijkstroomdynamo in de NSU van het Type 1.
In het boek “Quersnitt 148” Auto-Reparaturanleitung (20 Mb) op blz 66 staat ook uitleg over dit 'polen' of magnetiseren.
Het 'polen' kan ook worden uitgevoerd door de dynamo, losgekoppeld van de regelaar, als motor te laten draaien, zie figuur 325.
Het bovenstaande schema is het uitgangspunt hoe de NSU gelijkstroomdynamo met de regelaar samenwerkt, uitzonderingen zijn niet uit te sluiten. Dus eerst meten zoals eerder is omstreven in het stuk "Het lokaliseren van een storing" en "Regelt de dynamo tegen de massa of tegen de geïsoleerde borstel". Deze schakelschema-combinatie dynamo met regelaar (afb. 8.20 op blz 91) heb ik ook gebruikt in het grote Elektrisch principeschema NSU 1000
Motortest
Doel: door de dynamo onbelast als motor te laten draaien kan direct het algemeen functioneren goed worden afgeleid. De werking van de koolborstels en de collector kan goed beoordeeld worden en ook de toestand van de 2 kogellagers.
Zie figuur 7 voor de opstelling.
Om een algehele indruk te krijgen over de toestand van de dynamo, kan deze worden aangesloten op een accu, waardoor deze onbelast gaat draaien als motor. Dit is waarschijnlijk ook de beste (en snelste) manier om direct resultaat te boeken. Bovendien kan die stofband veel makkelijker verwijderd worden en je kan dan meteen de koolborstel situatie bekijken.
De dynamo zit met 3 bouten vast; zie voor het geheel demonteren verderop.
Deze test kan op 2 manieren worden uitgevoerd; aan de uiteinden van de aansluitdraden (draden eerst bij de regelaar loshalen) én aan de dynamo-aansluitingen zelf. Bij de eerste manier worden de aansluitdraden meegetest, want draadbreuk of slecht contact kan de werking uiteindelijk ook nog beïnvloeden.
Haal eerst de accupolen los en haal de accu uit de auto. De accu hebben we nodig voor deze test. Controleer dan meteen de ladingstoestand van de accu met een zuurweger en schuur beide polen vrij van oxiden.
Vóórdat u de accuspanning op de dynamo loslaat, moeten de DF en D- klemmen met elkaar verbonden worden. Bevestig nu een testdraad aan de aansluitingen D+ én de D-/DF van de dynamo. Druk de D-/DF testdraad op de min (-) accupool en druk vervolgens de D+ testdraad op de plus (+) accupool.
De dynamo draait nu met rustig toerental als motor, als het goed is. De werking van de koolborstels (wel of niet vonken) is goed te beoordelen. Ook de beide kogellagers kunnen eens 'beluisterd' worden, bij vreemde geluiden moeten die vernieuwd worden. De draairichting als motor moet dezelfde zijn als dynamo, zie hiervoor de pijl op het dynamohuis. Als de draairichting tegengesteld is, dan moet de dynamo 'omgepoold' worden. Verbindt dan de plus-pool van de accu enkele ogenblikken aan de D+ van de dynamo, bij gesloten stroomkring.
Het meten van stroom
De stroomsterkte in het circuit bij draaiende motor is een maat voor de dynamotoestand, dus het is prettig om te weten wat deze waarde is. Sluit een Ampèremeter aan in de stroomkring. Als de dynamo als motor draait, zal er een stroom lopen tussen de 8 en 10 Ampère.
Gegevens gelijkstroomdynamo
6 Volt en 12 Volt voor NSU type 1000 en 1000C
6 Volt
Merk Bosch onderdeelnummer 0 101 206 086 087
Typenummer EG (<-) 7V 50A 25
Nominaal vermogen 200 Watt
Inschakeltoerental 1600 toeren per min.
Toerental onbelast 1550 toeren per min.
Toerental belast 2500 toeren per min. bij 33 A
Maximum toerental 10.000 toeren per min.
Maximum stroomsterkte 50 Ampère
Toerental bij max. vermogen 3050 toeren per min.
Toerental bij nom. vermogen -
Koolborstels BX 131 (1 107 014 109) nr. 842 (6x14mm)
12 Volt
Merk Bosch onderdeelnummer 0 101 206 102 103
Typenummer EG (<-) 14V 25A 25
Nominaal vermogen 225 Watt
Inschakeltoerental -
Toerental onbelast 1850 toeren per min.
Toerental belast 2400 toeren/min bij 17 A. 20°C 2600 toeren/min bij 17 A. 60°C
Maximum toerental 10.000 toeren per min. 10.000 toeren per min.
Maximum stroomsterkte 25 Ampère
Toerental bij max. vermogen -
Toerental bij nom. vermogen 2900 toeren per min.
Koolborstels BX 131 (1 107 014 109) nr. 842 (6x14mm)
Demonteren en monteren gelijkstroomdynamo
De gelijkstroomdynamo kan dus best eens onderhoud gebruiken. Met name de koolborstels, de behuizing daarvan, de borstelveren, de collector, het dynamohuis en de kogellagers. Demonteren is een eenvoudige klus. Tevens kan dan de vervuiling binnenin met koolstof, roest en vuil meteen worden aangepakt en dat zal de werking ten goede komen. Vóórdat de draden van de dynamo worden losgeschroefd, is het handig eerst even de draden met een labeltje te merken met waaraan ze vast (moeten) zitten (D+ / DF / D-). Als de dynamo nog aan de motor zit, moeten onderaan 2 bevestigingsbouten worden losgedraaid (M8 x 60 mm en M8 x 45 mm) en bovenaan M8 x 15mm. Ringsleutel 13 mm. Een V-snaar kan erg lang meegaan, maar vernieuw deze eens. Meestal gaat dit het makkelijkst als deze éérst bij de grootste poelie (bij de krukas) wordt losgenomen. Monteren in omgekeerde volgorde; eerst aan de dynamokant erom leggen, dan bij de krukaspoelie.
Controleer van tevoren of de 2 lagers speling hebben. Aan de kant van de poelie is de belasting het grootst en zal daar het eerste probleem geven. Ga na of daar speling zit alvorens verder te gaan. Als de dynamo nog in elkaar zit kan de onrondheid van de collector gecontroleerd worden door het koolborstelveertje weg te halen en met de vinger op de koolborstel drukken en het anker dan ronddraaien. De borstel mag niet op- en neer gaan.
Schroef de lange bevestigingsschroeven van de dynamo los (cilinderkop M6 x 158 mm). Tik nu voorzichtig het lagerhuis bij de poelie (of koolborstelzijde) los van het dynamohuis. Als het goed gaat, zal na enig geduld dit lagerhuis loskomen mét het gehele anker en het achterste kogellager. Het geheel kan nu uit het huis getrokken worden.
Het kogellager- koolborstelhuis kan verwijderd worden door eerst het M4 x 6 mm schroefje van de D+ los te draaien. Nu kan het huis worden losgetikt. Bekijk de koolborstelplaat, haal de koolborstels uit de houders en maak vervolgens de koolborstelhouders goed schoon. Controleer ook de werking van de koolborstelveren, maak ze schoon en vet ze eventueel een beetje in met hittebestendig kopervet. Controleer ook of de koolborsteldraadjes goed vastzitten of vernieuw de koolborstels (ver ingesleten koolborstels worden met minder druk op de collector gedrukt). Maak aan de D+ kant ook de isolatieplaat goed schoon.
Controleer de draden van de veldwikkelingen. Deze mogen geen sluiting maken met massa of met de 2 lange bevestigingsschroeven. Herstel eventueel ontbrekende isolatie met isolatieband. Kortsluiting kan betekenen dat de DF voor altijd aan massa blijft zitten waardoor niet meer wordt 'bijgeladen'.
Nadat de collector (van het anker) is opgeknapt (eventueel nadraaien) kan het geheel weer in omgekeerde volgorde gemonteerd worden.
Als de open eenrijige kogellagers (15 x 35 x 11 mm, SKF 6202) vernieuwd moeten worden, dan heeft u een kogellagertrekker nodig, een stevige bankschroef en een momentsleutel om de moer (slw19mm) van de poelie los te draaien en vast te zetten. Klem het anker in de bankschroef (met loden bekbescherming) en draai de poeliemoer los. De poelie kan verwijderd worden; let op de spie in de anker-as. Hierna kunnen de lagers van de as getrokken worden met een poelietrekker en worden vernieuwd. (Beslist niet slaan op de ankeras om de lagers te verwijderen).
Een ingelopen of uitgelopen lager kan grote schade veroorzaken. Door de groter wordende speling gaat het anker slingeren en de veldwikkelingen worden daardoor stukgeslagen en vervolgens wordt het anker (en de wikkelingen) vernield. Vanwege de permanente aandrijving door de V-snaar kan dit dus grote schade opleveren.
Dus als het even mogelijk is; kogellager vernieuwen of in ieder geval schoonmaken en opnieuw met vet smeren. Bij montage van de poelie moet het anker in een bankschroef worden geklemd (met loden bescherming) en de moer moet met een momentsleutel met 4,0 kgm of 40 Nm worden aangetrokken.
Spanningsregelaar
Bij toenemend toerental levert de dynamo een oplopende spanning en daardoor ook een hogere stroomsterkte. Omdat de motor en dus ook de dynamo met lage en hoge toerentallen draait, moet door middel van een (spannings)regelaar, de spanning én stroomsterkte binnen vooraf vastgestelde waarden worden begrensd. Er moet ook een voorziening worden getroffen dat de verbinding tussen de accu en de dynamo alleen tot stand komt, als de spanning van de dynamo hoger is dan de accuspanning. Deze verbinding moet weer worden verbroken, wanneer de retourstroom van de accu naar de dynamo zo groot wordt dat gevaar ontstaat voor oververhitting. De regelaar moet dus zowel een spannings- en stroomregelende werking hebben en de dynamo tegen te grote retourstroom beschermen.
Gegevens van de spanningsregelaar
6 Volt en 12 Volt voor NSU type 1000 en 1000C (gelijkstroomdynamo).
6 Volt
Merk Bosch Typenummer VA 7V 50A
Sluitspanning 5,9 - 6,5 Volt
Regelstroom 65 Ampère
Retourstroom 2 - 7,5 65 Ampère
Regelspanning onbelast 6,8 - 7,4 Volt
Regelspanning belast 6,2 - 7,0 Volt
Accu capaciteit 66 Ah *
* Bij 20-urige ontlading
12 Volt
Merk Bosch Typenummer VA 14V 25A
Sluitspanning 12,4 - 13,1 Volt
Regelstroom 37 Ampère
Retourstroom 2,5 - 9,5 Ampère
Regelspanning onbelast 13,5 - 14,5 Volt
Regelspanning belast 12,8 - 13,8 Volt
Accu capaciteit 32 Ah
* Bij 20-urige ontlading
Collector, anker en koolborstel
De koperen lamellen slijten als gevolg van de koolborsteldruk. Op een gegeven moment kan de slijtage zo ver gaan, dat de mica isolatie gelijk komt met het koper. Het mica moet dan voorzichtig 'weggezaagd' worden.
Wanneer de kogellagers speling krijgen, zal het anker gaan rammelen en trillen, met gevolg dat de koolborstels gaan trillen op de collector en hierdoor extra zullen slijten.
Als er ongelijkmatige slijtage wordt vastgesteld aan de collector, kan deze worden afgedraaid en gevlakt op een draaibank.
In combinatie hiermee moeten nieuwe koolborstels worden geplaatst.
Storingsoorzaken
1. Klemmende koolborstels
2. Versleten koolborstels
3. Totaal vervuilde collector
4. Gedeeltelijk ingebrande collector
5. Koolborstels staan op mica-isolatie
6. Koolborstelveren te slap
7. Kogellagers versleten 15 x 35 x 11 mm SKF 6202
8. V-snaar versleten of te slap ingesteld of slipt - Gates 6205 9,5 x 625 La