Elektromagnetisches Vakuumventil (EMV) - Funktion und Diagnose

Die Folgen einer defekten Unterdrucksteuerung sind bekannt:

• stark erhöhte Drehzahlen im unteren Geschwindigkeitsbereich,
• übermäßiger Kraftstoffverbrauch und
• erhöhter Verschleiß.

Ein Totalausfall ist leicht zu diagnostizieren und wird von vielen Fahrern erkannt und behoben.
Ein schleichender Druckverlust, hervorgerufen durch kleine Undichtigkeiten, bleibt dagegen üblicherweise unbemerkt!
Bei letzterem baut sich durchaus ein Schongang-Unterdruck auf, der an Steigungen jedoch wieder verlorengeht. Dies wird von den Fahrern nur selten bemerkt, da das Schaltverhalten in Abhängigkeit von Fahrwiderstand, Geschwindigkeit und Schaltvakuum sehr komplexen Steuerkurven folgt. Zudem verschlechtert sich die Funktion der Unterdrucksteuerung oft nur ganz allmählich. Eindeutig feststellbar ist der schleichende Druckverlust daher nur über die Anzeige von Manometern im Fahrbetrieb.

0. Übersicht

1 Ausführungen
2 Elektrik
3 Pneumatik
4 Manometer und Druckangaben
5 Diagnose am Prüfstand
6 Diagnose im Fahrbetrieb
7 Sonstige Diagnosen

1. Ausführungen

a) ohne Druckbegrenzer (DAF 55 bis 1969) Erkennbar am schmalen Mittelteil. Motordrehzahl, bei der der Microschalter am Vergaser schaltet: 2900 U/min. Bei seitlich abgehenden Kontakten können leider keine Schutzkappen ("Gummiohren") angebracht werden.
b) mit Druckbegrenzer (ab 1970) Motordrehzahl, bei der der Microschalter am Vergaser schaltet: 2650 U/min. Der Massekontakt liegt direkt auf den Metallkappen, die wiederum durch die Spannschrauben miteinander verbunden sind. Daher nur ein Massekabel erforderlich. Mit kalibriertem, verengtem Querschnitt auf der Bremsvakuumseite. Unbedingt mit Schutzkappen betreiben, da eindringendes Spritzwasser zum Festrosten der Kolben der Magnetspulen führen kann.
c) mit Diode (ab 1976) Auf der Schongangseite befindet sich eine Diode zur Funkenlöschung. Um ein Verpolen auszuschließen, ist der 12-V-Kontakt schmaler als die übrigen Kontakte (gelegentlich genauso breit, aber mit schwarzen, beschrifteten Isolierungen). Die Massekontakte sind isoliert ausgeführt (galvanische Trennung der Magnetspulen). Daher müssen zwei Massekabel verwendet werden.

Gründe für die Umstellung von Modell a) zu b) (DAF 55 - Serviceliteratur):

• "Das neue elektromagnetische Vakuumventil begrenzt das Vakuum in den Außenkammern der beweglichen Trommeln, wodurch ein minder großer Heraufschalteffekt in Overdrive-Stellung erreicht wird. Als Folge hiervon ist stabileres Fahren im Schaltbereich niedrigerer Geschwindigkeiten möglich."
• "Das neue elektromagnetische Vakuumventil hat außerdem eine kalibrierte Öffnung an der Zurückschaltseite, wodurch die Innenkammern der beweglichen Trommeln bei Betätigung des Motorbremsknopfes oder der Fußbremse gleichmäßiger entlüftet werden und der Motor in minderem Maße von der zugeführten Luft beeinflusst wird."

Die Modelle sind gegeneinander austauschbar, dabei muss gemäß Service-Literatur jedoch die für den jeweiligen Ventiltyp vorgesehene Schaltdrehzahl (2650 bzw. 2900 U/min) eingestellt werden. Tatsache ist aber, dass die Schaltdrehzahl grundsätzlich deutlich niedriger eingestellt werden kann, um das Schongang-Fahren in Tempo-30-Zonen zu ermöglichen.

Grund für die Umstellung von Modell b) zu c) (Volvo 66 - Serviceliteratur):

• Schutz der Kontakte am Kick-down-Schalter (siehe hierzu den Abschnitt zur Funkenlöschung)

2. Elektrik

DAF 44 Variomatic: Spannung: 6 V oder 12 V ?

Bei den DAF 44 gab es beides. Ist die Nennspannung einer Magnetspule unbekannt, so legen Sie versuchsweise 6 V an. Im Falle eines 12 V-Ventils ergibt sich nur ein minimaler Strom von 0,2 A (= 0,4 W). Das 6 Volt-Modell nimmt dagegen 0,8 A (= 4,8 W) auf.

DAF 55/66 Variomatic: Kein Schongang ?

Falls sich beim Gasgeben kein Schongang einstellen will, so muss das nicht zwangsläufig an einer Fehlfunktion dieses Unterdruckzweigs liegen.
Prüfen Sie (und wenn Sie Manometer an Bord haben, sehen Sie es sofort !), ob sich beim Gasgeben sowohl auf der Schongang- als auch auf der Bremsseite Vakuum einstellt. Da nun beide Seiten der Variomatic gleichzeitig mit Vakuum beaufschlagt werden, ergibt sich der gleiche Effekt, wie wenn sich auf beiden Seiten KEIN Vakuum einstellt.
Verantwortlich hierfür sind üblicherweise unterbrochene Massekontakte.

Volvo 66 Variomatic: Funkenlöschung

Genau wie die Zündspule des Motors erzeugen die kleinen Magnetspulen beim Ausschalten eine hohe Induktionsspannung umgekehrter Polarität. Diese Spannung erzeugt an den Schaltkontakten (im Falle des Motors: den Unterbrecherkontakten) einen Lichtbogen (= Funken), der den Kontakt verbrennt. Dieser Funke kann mit Hilfe von Kondensatoren oder Dioden unterdrückt ("gelöscht") werden. => Allgemeine Informationen zu diesem Thema
Bei den EMVs wurden ca.1976 im Zusammenhang mit der Einführung eines zusätzlichen Schaltkontakts am Gaspedal die zwei Magnetspulen elektrisch voneinander getrennt. Gleichzeitig bekam die im Vergleich zur Bremsseite häufig geschaltete Schongangsteuerung eine Funkenlöschung in Form einer Diode spendiert. Hier ist die Polung nicht mehr beliebig !
Um ein Verpolen auszuschließen, wurde der 12-V-Stecker nur halb so breit ausgeführt. Dieser Stecker passt nicht mehr auf die Ventile alter Bauart. Umgekehrt passen Ventile neuer Bauart aber in ältere Fahrzeuge ("abwärts kompatibel"), sodass hier Verpolungsgefahr besteht. Tipp: Markieren Sie in diesem Fall die richtige Polung gut sichtbar außen am Gehäuse.

Funktionsprüfung der Diode

Bestromen Sie die Magnetspule mit der Diode in Sperrrichtung. Es stellt sich ein typischer Strom von 0,4 A ein. Unterbrechen Sie daraufhin die Spannungsversorgung mehrmals an einem offenen Kontakt. Bildet sich ein deutlich sichtbarer Funke (oder erhalten sie einen elektrischen Schlag), so ist die Diode defekt.
Natürlich können Sie die Funktion auch prüfen, indem sie die Magnetspule einmal für einen ganz kurzen Augenblick mit der Diode in Durchlassrichtung bestromen. Dabei erhalten Sie vermutlich einen Vollausschlag ihres Netzgerätes (sofort wieder trennen, sonst müssen Sie ganz sicher den folgenden Abschnitt befolgen).

Austausch der Diode

Typ: 1N 4004
Max. Sperrspannung (reverse voltage): UR = 400 V
Max. Durchlassstrom (forward current): IF = 1 A
Grundsätzlich können Sie auch die Diodentypen 1N 4005...7 verwenden, da diese sich nur durch die höhere Sperrspannung unterscheiden.
Die Dioden müssen zur Funkenlöschung in Sperrrichtung betrieben werden. Hierfür kommt die positive 12-V-Spannung auf die Ringseite.
Bezug: Zum Beispiel bei Conrad. Dort können Sie auch ein Datenblatt von Philips herunterladen.
=> Allgemeine Informationen rund um Dioden

3. Pneumatik

Hätten Sie's gewusst? Das so genannte "elektromagnetische Vakuumventil" der DAF 55/66 Variomatic enthält genau genommen vier (!) Pneumatik-Ventile:

• zwei 3/2-Wegeventile,
• ein Rückschlagventil und
• ein Druckbegrenzerventil (ab Bj. 1970).
  

Gezeichnet als pneumatische Schaltung ergibt sich dieses Bild:

Anmerkung: Die Pfeile müssten genau genommen den "Energiefluss", also den Fluss des Unterdrucks angeben. Ich habe sie hier jedoch so gezeichnet, dass sie den Fluss der Luftmoleküle anzeigen.

Die folgenden Schnitte verdeutlichen die Funktion:

EMV in Grundstellung:
Hier wurde die Magnetspule der Schongangseite mit Spannung beaufschlagt. Der Zustrom atmosphärischen Drucks (Luftfilteranschluss) ist gesperrt. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Schongangausgang und der mittleren Kammer (die direkt mit dem Eingangsvakuum in Verbindung steht) öffnet das Rückschlagventil. Die Schongangseite der Variomatic wird nun entlüftet.
Hier wurde das maximale Schongangsvakuum erreicht. Da nun auf beiden Seiten des Rückschlagventils der gleiche Druck ansteht, geht dieses in die geschlossene Grundstellung (Zustand beim Fahren im Schongang).
Dieses Bild zeigt ein EMV mit zusätzlichem Druckbegrenzer auf der Schongangseite (ab ca. 1970). Die Funktion dieses Ventils wird weiter unten erläutert. Gut zu sehen ist auch die kalibrierte Verengung auf der Bremsvakuumseite.

3/2-Wegeventile

Diese Ventile besitzen - wie der Name verrät - 3 Anschlüsse ("Wege") und 2 Schaltstellungen. Nach außen ergibt sich durch die Kopplung ein 4/4-Wegeventil. Die vierte Schaltstellung (beide Ausgänge führen Vakuum) kommt jedoch höchstens dann vor, wenn man bei aktiviertem Bremsvakuum durch Gasgeben auch das Schongangvakuum einschaltet.
Häufigster Defekt: die schwarzen Gummikappen auf den Metallbolzen reißen ab. Das Ventil schaltet zwar noch hörbar mechanisch, ist aber zumeist dauerhaft für das Schaltvakuum gesperrt.
Auswirkungen auf der Schongangseite: das Getriebe schaltet beim Gaswegnehmen nicht in den Schongang. Auf der Bremsseite: der Motorbremsschalter bleibt wirkungslos.
Reparatur: Siehe meinen Artikel in einem früheren DAF-Boten.

Rückschlagventil

Die Rückschlagventile weisen oft eine mäßige bis unbefriedigende Leistung auf. Gelegentlich fällt die Rückschlagwirkung auch gänzlich aus. Zur Diagnose des Rückschlagventils im eingebauten Zustand: siehe den Artikel zur Überholung der Unterdruckanlage.
Überholung: Das Rückschlagventil sitzt im Grundblock am Übergang zur Belüftungsscheibe. Bei den frühen EMVs ohne Druckbegrenzer war die Belüftungsscheibe abnehmbar, so dass das Rückschlagventil leicht zugänglich war. Ab ca. 1970 wurde die Belüftungsscheibe dagegen mit dem Grundblock verklebt. Mit einem Schraubenzieher kann die Belüftungsscheibe aber normalerweise zerstörungsfrei weggehebelt werden:

Das Rückschlagventil ist ein nicht dokumentiertes Ersatzteil (schauen Sie einfach mal in Ihrem Ersatzteilhandbuch beim EMV). Der echte DAF-Schrauber weiß aber natürlich, dass diese Ventile auch in der Benzinpumpe des DAF 44 verbaut wurden.
Normalerweise erübrigt sich der Austausch, die Ventile sind lediglich stark verschmutzt. Nach einer Reinigung sollte das Problem behoben sein.

Druckbegrenzerventil

Funktion: Wie aus dem Bild leicht zu ersehen, ist die Saugstutzenfläche sehr klein im Vergleich zur Fläche der Membran (Durchmesser 2 mm : 26 mm, somit theoretisches Flächenverhältnis 1: 169). Daher bleibt das Ventil nach Wegfall des Motorvakuums zunächst geschlossen. Auf dem Prüfstand öffnet es sich typischerweise nach 10...60 s mit einem leisen, aber deutlich vernehmbaren "Blubb".
Diagnose: Dieses Ventil zeigt das typische Verhalten aller weichdichtenden Ventile: Nach längerer Stillstandszeit kleben die Gummidichtungen fest und lassen sich erst bei erhöhtem Kraftaufwand oder mit zeitlicher Verzögerung wieder bewegen. Das merken Sie spätestens dann, wenn Sie ein Ventil prüfen, das einige Jahre auf Lager gelegen hat. Auf meinem Prüfstand begrenzte in einem Fall ein Ventil beim ersten Belüften den angelegten Druck erst bei -0,75 bar (!). Nach mehreren Schaltzyklen normalisierte sich dieser Wert auf -0,45 bar.
Die Ventile wurden zwar herstellerseitig auf einen Wert von -0,4 bar kalibriert, zeigen aber heutzutage durchaus Unterschiede (ca. -0,35 ... 0,5 bar). Erfolgt die Begrenzung erst bei stärkerem Unterdruck, so schaltet das Getriebe kräftiger hoch. Dadurch ergeben sich in Abhängigkeit vom jeweils montierten EMV Drehzahl-Unterschiede des Motors von bis zu 300 U/min (gemessen bei 50 km/h unter identischen sonstigen Bedingungen).
Einstellung: Dieses Ventil besteht im Wesentlichen aus einer Gummi-Membran und einer Schraubenfeder. Die Vorspannung der Schraubenfeder und damit die Druckbegrenzung können Sie einstellen, indem Sie die Madenschraube verdrehen, deren Bohrung neben dem Vakuumeingang vom Vergaser liegt. Diese Bohrung wurde mit einer Vergussmasse plombiert, die Sie zuerst mit einem Stabschleifer (Dremel o.ä.) wegschleifen müssen. Die Madenschraube ist jedoch von minderer Qualität und lässt sich schlecht verstellen, so dass ich von einer Einstellung abrate.
Reparatur: Der Deckel an der Unterseite der EMV ist verklebt und sollte nur abgehebelt werden, falls das Ventil tatsächlich defekt ist. Mir ist jedoch kein Fall einer gerissenen Membran bekannt.

4. Manometer und Druckangaben

In den Werkstättenhandbüchern finden sich Druckangaben in den unterschiedlichsten Einheiten, und auch die Manometer, die man auf Flohmärkten für 2-3 Euro erwerben kann, weisen die unterschiedlichsten Beschriftungen auf. Deswegen hier:

Umrechnung der Druckangaben:
0,4 bar
= 40 kPa = 0,04 MPa
= 4 m WS = 0,29 m Hg
= 157 inch of water = 11,4 inch of mercury
1 cm WS = 98,07 Pa
1 mm Hg = 133,3 Pa
1 inch of water = 249 Pa
1 inch of mercury = 3,386 kPa
Pa = Pascal; WS = Wassersäule; Hg = Quecksilbersäule (mercury)

• Einheitenrechner
• www.vacuworld.com Hier gibt es auch Manometer mit 63 mm Durchmesser, wie sie für unsere DAFs als Zubehör für die Mittelkonsole erhältlich waren (natürlich ohne die originale Beschriftung, aber Ziffernblätter kann Ihnen auf Wunsch auch ein Tachodienst herstellen).
• Vakuumpumpe Sehr hilfreich für die Suche nach Undichtigkeiten ist eine handbetätigte Vakuumpumpe wie die Mityvac (auch: Mighty Vac), die Sie z. B. bei Scheuerlein erhalten können (unter Zubehör).

5. Diagnose am Prüfstand

Für den Aufbau eines Prüfstandes benötigen Sie lediglich eine elektrisch oder mechanisch angetriebene Unterdruckpumpe (kleiner Vakuumkompressor), ein 12-V-Netzgerät, 2-3 Manometer und natürlich Schläuche und T-Stücke.

• Schließen Sie ein Manometer über ein T-Stück am Unterdruckeingang an, und ein zweites am zu prüfenden Ausgang (die Schongangseite ist interessanter, denn die Bremsseite besitzt weder Rückschlag- noch Druckbegrenzerventil). Die Magnetspule muss unter Spannung stehen.

Dieses Bild zeigt ein Ventil "im Einsatz", so wie es im Fahrbetrieb bei Schongang vorliegt. #1: 3/2-Wegeventil #2: Rückschlagventil #3: Druckbegrenzer
Nach Wegnahme des Eingangsvakuums ergibt sich auch am Ausgang ein Abfall, der Rückschlüsse auf die Dichtigkeit und somit Funktionsfähigkeit des Prüflings zulässt. Das "Blubb" des Begrenzers ist typischerweise nach 30...120 s zu hören (siehe Abschnitt Funktion dieses Ventils). Davor und danach unterscheide ich die Bereiche I und II. Dieses Bild zeigt ein sehr gutes Ventil, bei dem weder im Bereich I noch II ein nennenswerter Vakuumsabfall auftritt.
Häufig ist leider dieses Verhalten: Während Ventil #1 seine Dichtfunktion gut erfüllt (sonst wäre bereits im Bereich I ein stärkerer Abfall zu verzeichnen), fällt das Vakuum im Bereich II nach dem Öffnen (Blubb) von Ventil #3 schnell ab. Offensichtlich erfüllt hier das Rückschlagventil #2 seine Funktion nur mangelhaft.

Wie leicht ersichtlich, wird sich bei an- oder gar abgerissener Gummikappe des Ventils #1 kein nennenswertes Ausgangsvakuum einstellen. Auch bei einer gerissenen Membran (sehr selten) des Begrenzers #3 würde sich am Ausgang kaum ein Vakuum aufbauen, da der Eingang dann direkt zu atmosphärischem Druck in Verbindung steht.

Für Messungen können Sie z. B. diese Tabelle benutzen:

6. Diagnose im Fahrbetrieb

Es genügt, zwei Manometer ins Auto einzubauen, an denen Sie während der Fahrt die Werte des Vakuumeingangs und des Schongangs ablesen können.

Das folgende Bild zeigt einen typischen Fahrverlauf:

gestrichelte Linie: Verlauf des Eingangsvakuums; duchgezogene Linie: Schongangvakuum.

Beschreibung der einzelnen Phasen:
1) Fahrt bei konstanter Geschwindigkeit (z.B. 50 km/h) im Schongang, Gaspedal nur sehr wenig gedrückt (leichtes Gefälle).
2) Diagnosephase: Bei stärker getretenem Gaspedal sinkt der Unterdruck im Ansaugrohr und damit im Eingang zum EMV. Das Schongang-Vakuum muss sich an Steigungen mehrere Minuten lang bei 0,4 bar halten ohne auf einen niedrigeren Wert des Eingangsvakuums abzufallen (bei Mikroschalter auf "Schongang") !
Typischer Fehler: Der Schongang baut sich in der Ebene auf, geht aber an Steigungen wieder verloren. Grund: Durch Undichtigkeiten kann sich der einmal aufgebaute Unterdruck im Schongang-Strang (max. 0,4 bar) nur bis zur Höhe des Eingangsvakuums halten. Sinkt Letzteres beim Gasgeben auf einen niedrigeren Wert (z.B. 0,2 bar), so fällt das Schongang-Vakuum auf denselben Wert ab - obwohl der Mikroschalter am Vergaser noch auf "Schongang" steht. Die Variomatic schaltet nun deutlich stärker zurück, als ab Werk für die gegebene Belastungssituation vorgesehen. Hierdurch steigen Drehzahl, Geräusch und Benzinverbrauch !
3) Überholen mit Kickdown: kein Unterdruck im Ansaugrohr und kein Vakuum im Schongang
1) Fahrer nimmt das Gaspedal zurück, Vakuum baut sich auf (wie oben)
4) Fahrer geht vom Gas, sehr hoher Unterdruck im Ansaugrohr, kein Unterdruck im Schongang

7. Sonstige Diagnosen

Außer der Unterdrucksteuerung der DAF Variomatic können Sie über ein Manometer noch viele weitere Komponenten Ihres Fahrzeugs überprüfen:

• Eindeutig und sofort diagnostizierbar ist eine Vergaservereisung: Das Eingangsmanometer geht in so einem Fall trotz voll durchgetretenen Gaspedals nicht auf Null zurück. Je weiter die Querschnittsverengung fortschreitet, desto höher ist der "Basisunterdruck", unter den Sie trotz Gasgebens nicht kommen. Kurz vor dem Liegenbleiben stellt sich dann eine Unterdruck-Situation wie im Leerlauf ein.
• Falls Ihre Zylinderkopfdichtung gelegentlich oder dauerhaft undicht ist, also Verbrennungsgase ins Kühlwasser gelangen, dann zeigt das Manometer bis über 1 bar an und vollführt einen wilden Veitstanz. Das Überdruckventil am Kühler schafft es nicht schnell genug, den Druck abzulassen.
  Bei mir war nach einem solchen Ereignis (Anzeige spielte ca. 10 s lang verrückt) die Zylinderkopfdichtung wieder dicht und ich bin noch ca. 3000 km damit gefahren, bevor eine neue eingebaut wurde.
• Das Verhalten der Nadel des Eingangsmanometers bei Leerlaufdrehzahl lässt Rückschlüsse auf den Zustand des Motors zu: Zittert oder schwankt die Anzeige merklich, könnte es an hängenden oder undichten Ventilen liegen (s. hierzu beispielsweise die Bedienungsanleitung zur Vakuumpumpe Mighty Vac).
• Benzinpumpenförderdruck und -sog lassen sich ebenfalls messen, um die korrekte Funktion der Benzinpumpe und des Belüftungsventils des Tanks zu überprüfen.
• Die Unterdruckverstellung am Zündverteiler oder
• die Funktion/Dichtheit des pneumatischen Bremskraftverstärkers stellen weitere Prüfmöglichkeiten dar.

© 2005 Christian Merten