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Elektrischer Widerstand einer Vorglühanlage


Diagnose von Glühkerzen

 

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Zahlenbeispiele

Spannungsteiler, Grundlagen (1)

Spannungsteiler, Experiment 1

Spannungsteiler, Experiment 2

Spannungsteiler, Grundlagen (2)

Stromteiler, Grundlagen

Zusammenfassung + Beispiel

Beispiel 1: Innenwiderstand 1,5V Bat.

Beispiel 2: Innenwiderstand 12V Bat.

Beispiel 3: Vogel auf Leitung

Beispiel 4: Ältere Hauselektrik

Beispiel 5: Lichterkette

Beispiel 6: Transformator

Beispiel 7: Föhn in Badewanne

Beispiel 8: Baden im See bei Gewitter

Beispiel 9: Lügendetektor

Beispiel 10: Lampenkontrolle

Beispiel 11: Hochspannungsleitung

Beispiel 12: Vorglühanlage, Diagnose

Beispiel 13: Blankdraht Durchlauferhitzer

Beispiel 14: Waschbecken und Steckdose

Genaueres zu Stromschlägen

 

In diesem Kapitel werden nicht nur die Verhältnisse einer Vorglühanlage erklärt, sondern auch, wie man sich das Phänomen "Spannungsteilung" bei der Fehlersuche zu Nutze machen kann.

Dadurch wird es möglich, mit einfachen Mitteln den Zustand einer Vorglühanlage ziemlich zuverlässig zu ermitteln.

 


 

Das grundsätzliche Problem bei der Diagnose von Glühkerzen sind die relativ grossen Ströme bei gleichzeitig kleinen Spannungsabfällen.


Das macht messtechnische Spezialausrüstung erforderlich (Stromzange,...).

Fast ebenso wirksam ist es, wenn man sich den Spannungsabfall am Innenwiderstand der Autobatterie zunutze macht.

Dies funktioniert sogar mit einfachsten Multimetern, oder mit Spannungsmessern, die man in den Zigarettenanzünder steckt.

Im letzteren Fall braucht man zur Diagnose nicht einmal die Motorhaube zu öffnen.

Der verwendete Spannungsmesser sollte Zehntel Volt Schritte im Bereich von 12V auflösen können, was heutzutage alles andere als eine Herausforderung darstellt. Auf die Absolutgenauigkeit kommt es überhaupt nicht an, da es genügt, Spannungsunterschiede festzustellen, und keine absoluten Spannungen.

Der einzige Haken hierbei ist, dass man die Spannungsverhältnisse seiner Vorglühanlage im fehlerfreien Zustand kennen muss, oder alternativ ein baugleiches Fahrzeug zur Verfügung haben sollte.

 

Bei einer Vorglühanlage ist es unerheblich, ob 6, 8, 10 oder 12 Ampere pro Glühkerze fliessen.

Die Hauptsache ist dass die Glühkerzen während des Vorglühens auf grob 1000°C kommen.

Wenn bei einem Vierzylinder genau eine Glühkerze defekt (und der Motor an sich in gutem Zustand) ist, wird es sich in vielen Fällen kaum bis gar nicht auf das Startverhalten auswirken.

Die Vorglühüberwachung wird es wohl detektieren und anzeigen, aber unbedingt sicher ist das nicht.

 

Eine grundsätzliche Aussage über den Zustand einer Glühkerze kann man bereits machen, indem man ihren elektrischen Widerstand misst.

Dieser sollte ganz grob im Bereich von 1 Ohm liegen. (Immer die Zuleitung von der Vorglühüberwachung zu der jeweiligen Glühkerze gemeinsam mit der Glühkerze messen!)

Misst man z.B. ca. 1 Ohm, dann ist die Glühkerze sehr wahrscheinlich in Ordnung.

Bei z.B. 5 Ohm, 30 Ohm oder 1000 Ohm kann die Glühkerze defekt sein, oder die Kontaktierung der Messspitzen ist schlecht.

Aus diesem Grund werden in Fachbetrieben die Ströme während des Vorglühens mit einer Stromzange gemessen.

Fast so zuverlässig ist es, wie bereits erwähnt, den Spannungsabfall am Innenwiderstand der Autobatterie zu messen, denn bei Spannungsmessungen besteht das Kontaktierungsproblem nicht, das man bei kleinen Widerständen sonst immer hat. 

 

Alle im folgenden angenommenen und berechneten Werte sind nicht absolut, sondern als Anhaltspunkte zum Verständnis der Materie an sich zu sehen.

Je nach Fahrzeug können die Werte etwas anders liegen. Das generelle Prinzip bleibt jedoch bestehen.

 

Das folgende Bild zeigt die ungefähren Verhältnisse bei einem Vierzylinder-Motor.

 

Vorglühen Diesel Steuerung

Es gibt insgesamt 4 Glühkerzen. Jede Glühkerze hat ca. 1 Ohm Widerstand. Der Innenwiderstand der Autobatterie liegt bei ca. 0,03 Ohm (Siehe Innenwiderstand 12V Batterie).

Die genauen Verhältnisse hängen natürlich vom Autotyp ab, allerdings nicht in sehr grossem Masse.

Bei 5- oder 6 Zylinder-Motoren liegen die im folgenden berechneten Ströme etwas höher, bzw. die Gesamtwiderstände etwas niedriger, aber die grundsätzlichen Verhältnisse bleiben die selben.

 

Der Widerstand der Glühkerzen erhöht sich während des Vorglühens aufgrund der Erwärmung etwas, sodass der Strom durch die Glühkerze allmählich kleiner wird. Diesen Effekt kann man für die folgenden Betrachtungen jedoch ausser Acht lassen.

 

Infolge der Parallelschaltung der 4 Glühkerzen beträgt der Gesamtwiderstand aller Glühkerzen zusammen ca. 1 Ohm/4 = 0,25 Ohm (siehe Stromteiler).

Beim Vorglühen fliesst demnach folgender Gesamtstrom:

 

I = U/R = 12V/0,25 Ohm = 48 Ampere.

Der Innenwiderstand der 12V Batterie wurde soeben vernachlässigt. Er liegt mit den 0,25 Ohm in Reihe, sodass der Gesamtwiderstand dieser Anlage bei 0,25 Ohm + 0,03Ohm = 0,28 Ohm liegt.

Der Gesamtstrom beträgt daher nur 43 statt 48 Ampere.

Dieser Strom erzeugt am Innenwiderstand der 12V Batterie einen Spannungsabfall Delta U:

Delta U = Ri x I =0,03 Ohm * 43Ampere = 1,3V.

 

--> Während des Vorglühens würde man an der Batterie nicht 12 V, sondern 12V - 1,3V = 10,7V messen.

 

Fall 1: Alle Glühkerzen intakt.

 

Wie zuvor beschrieben, würde man an der Batterie ca. 12V - 1,3V = 10,7V messen.

Da die Urspannung von Autobatterien nicht genau 12V, sondern 12,5 V beträgt, misst man 12,5V - 1,3V = 11,2V.

 

Fall 2: Eine Glühkerze defekt.

 

Defekte Glühkerzen haben immer einen zu hohen bis hin zu unendlichem Widerstand.

Eine hypothetische Glühkerze mit zu geringem Widerstand würde relativ schnell zerstört werden (und damit einen hohen Widerstand annehmen), da sie infolge des höheren Stromes jedes mal zu heiss würde.

Praktisch gemessene Werte des Verfassers bei defekten Glühkerzen lagen in der Vergangenheit bei mehreren Zig Ohm, einigen hundert Ohm, einigen Kiloohm und unendlich.

 

Der Einfachheit halber nehmen wir an, die defekte Glühkerze hätte unendlich hohen Widerstand. Dies vereinfacht die Rechnung, und verfälscht sie dabei nur unwesentlich.

Nun sind nur noch 3 Glühkerzen parallel geschaltet, und zusammen mit dem Innenwiderstand der Batterie ergibt sich ein Gesamtwiderstand von

1 Ohm/3 + 0,03 Ohm = 0,33 Ohm + 0,03 Ohm = 0,36 Ohm.

 

Beim Vorglühen fliesst demnach folgender Gesamtstrom:

 

I = U/R = 12V/0,36 Ohm = 33 Ampere.

 

Dieser Strom erzeugt am Innenwiderstand der 12V Batterie den folgenden Spannungsabfall:

Delta U = Ri x I = 0,03 Ohm * 33Ampere = 1,0 V.

 

Da die Urspannung von Autobatterien nicht genau 12V, sondern 12,5 V beträgt, misst man 12,5V - 1,0V = 11,5V.

Dies sind 0,3V mehr im Vergleich zu dem Fall, wo alle 4 Glühkerzen intakt sind.

 

Diese 0,3V Unterschied sind mit billigsten Multimetern, oder noch einfacher, mit billigen Spannungsmessern am Zigarettenanzünder ohne weiteres erkennbar.

 

Fall 3: Mehr als eine Glühkerze defekt.

 

Sind 2 oder mehr Glühkerzen defekt, dann ist der gemessene Spannungsunterschied entsprechend grösser: 

Annahme: 2 Glühkerzen defekt.

Gesamtwiderstand = 1 Ohm/2 + 0,03 Ohm = 0,5 Ohm + 0,03 Ohm = 0,53 Ohm.

I = U/R = 12V/0,53 Ohm = 23 Ampere.

Delta U = Ri x I = 0,03 Ohm * 23Ampere = 0,7 V.

 

Da die Urspannung von Autobatterien nicht genau 12V, sondern 12,5 V beträgt, misst man 12,5V - 0,7V = 11,8V.

Dies sind 0,6V mehr im Vergleich zu dem Fall, wo alle 4 Glühkerzen intakt sind.

 

Hinweis:

Bei neueren PKW dürften alle Ströme kleiner sein als in diesem Kapitel dargelegt.

Die Spannungsunterschiede bleiben aber mit einfachsten Mitteln messbar.

 

Zusammenfassung

Kennt man die Spannungsverhältnisse seines PKW beim Vorglühen im nicht-defekten Zustand (indem man z.B. einen einfachen Spannungsmesser in den Zigarettenanzünder steckt), oder hat man ein vergleichbares intaktes Fahrzeug zur Hand, dann kann man praktisch ohne Aufwand eine ziemlich genaue Aussage über den Zustand der Vorglühanlage machen.

Stromzange und andere Messmittel kann man sich dann sparen.


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