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erregende Generatoren

Als Gott das Licht erfand

hatte er wohl keine Ahnung von Elektrotechnik.
Sonst hieße der Teuefel wohl "LUCAS" (sinnbild für die elektrisch betriebene Dunkelheit; zumindest in Mechanikerkreisen)

Quatsch beiseite:

Habe mich HIER ein wenig über Lichtmaschinen ausgelassen


Nun denn:




 

Das Batterie-Ladesystem

An modernen Motorrädern gibt es (in den allermeisten Fällen) eine Batterie, um den Motor zur starten. Das ist nur möglich, weil dieser Akkumulator fähig ist, eine gewisse Menge elektrischer Energie zu speichern. Der Akku selbst (im folgenden auch mal Batterie genannt) wird durch einen "Generator“ geladen. Dieser Generator (oder auch Lichtmaschine) genannt wird vom Motor angetrieben und "pumpt" elektrische Energie in den Akku.
Die Leerlaufspannung einer vollgeladenen "12V"-Batterie beträgt 12,8 bis 13,2 Volt. Die Lichtmaschine selbst ist im oder am Motor montiert. Zum Laden sollte sie idealer Weise eine konstante Spannung von 14,4 Volt bereitstellen, die sich auch bei unterschiedlichen Belastungen und Motordrehzahlen nicht ändern soll.
Zu jeder Art dieser Generatoren gehört unverzichtbar der "Lichtmaschinenregler“, der die Batterie-Ladespannung auf dem nötigen Level zwischen 14,2 und 14,4 Volt hält. Hinzu kommt – oft genug im selben Gehäuse des Reglers integriert – der Gleichrichter. Er ist nötig, um den Wechselstrom "gleich zu richten“. Schließlich sind moderne Motorräder mit einem leistungsfähigem "Dreiphasen-Wechselstrom- (Drehstrom-) –Generator“ ausgestattet, während die gesamte Elektrik des Motorrades auf Gleichstrom basiert. Der Drehstromgenerator wird hauptsächlich deshalb eingesetzt, weil er wesentlich effizienter als ein Gleichstromgenerator ist. Er kann sogar noch Ladestrom für die Batterie liefern, wenn der Motor mit niedriger Drehzahl im Leerlauf läuft, wo der Gleichstromgenerator längst passen muss. Man erinnere sich an alte BMW-Boxer oder Guzzi's, bei denen im Leerlauf die rote Lima-Kontrolleuchte glimmt.




 

Lichtmaschine selbst erregend

Der "selbst erregende" Permanentmagnetgenerator

Merke: Hier geht es nur um elektrische Ströme!

Eine Lichtmaschine produziert dadurch elektrische Leistung, dass ein Magnetfeld - hier der sich drehende Rotor mit seinen Pemanentmagneten - um eine Wicklung dreht und so durch das sich ständig änderndes Magnetfeld elektrische Energie in einer feststehenden Wicklung (Stator) induziert. Also einfach gesagt: Strom erzeugt.
Diesen Lichtmaschinenaufbau nennen wir aus dem Grund einen „selbsterregenden oder Permanentmagnet-Generator“ weil das Schwungrad Dauermagnete besitzt welche permanent magnetisch sind, und "selbsterregend" weil diese Art von Stromerzeuger keine elektrische Leistung benötigt, um seine Arbeit aufzunehmen,
sich also selbst zur Stromerzeugung anregt.

Die Leistung eines solchen Generators hängt einmal von der Drehzahl ab (je höher die Geschwindigkeit der Magnetfeldänderung – also Motordrehzahl, desto höher die Generatorleistung) und zum Zweiten von der Kraft des Magnetfeldes (welche hier konstant ist).




 

Stator mehr über Lichtmaschinen

Der erzeugte Wechselstrom wird dem Gleichrichter zugeleitet, welcher seinem Namen in der Regel alle Ehre tut, den über 3 Leitungen ankommenden Wechsel- (Dreh-)Strom gleichrichtet und diesen Gleichstrom in das Bordnetz zur Stromversorgung und Batterieladung leitet.

Weil die Lichtmaschinenleistung und damit die abgegebene Spannung mit der Motordrehzahl ansteigt und im Leerlauf ja auch schon 14,4 Volt anliegen sollen, würde die in das Bordnetz geleitete Spannung spätesten bei 3000 Umdrehungen/sek sämtliche Verbraucher überfordern. Glühbirnen würden zerplatzen, die Zündbox still und leiste ein letztes mal aufrauchen....

- kleiner Einwurf: Zündboxen sind mit Rauch gefüllt, man wenn sie kaputt gehen, steigt er auf ;-)

Gott sei Dank erfand da wer den Lichtmaschinenregler (Gott war’s natürlich nicht! Der hatte ja wohl keine Ahnung von Elektrik). Dieser „Regler“ leitet solange alle überflüssig produzierte Energie gen Masse (was im Grunde einem Kurzschluss entspricht), bis die Spannung die idealen 14,2-14,4 Volt nicht mehr übersteigt. Diese Regulierung geschieht in irrer Geschwindigkeit, so daß davon nichts zu merken ist. Außer dass der Regler dabei warm wird.

Der Permanentmagnetgenerator ist nicht der effizienteste seiner Art, dafür ist er sehr simpel, günstig herzustellen und ziemlich zuverlässig. Das erklärt, warum er das am meistbenutzte System bei Motorrädern ist.

Eines der Probleme dieses Systems ist das Ableiten der überschüssigen Energie.
Das wird – wie wir schon wissen - vom Regler erledigt. Er muss überschüssige Leistung durch Kurzschließen regelrecht vernichten, was zur Folge hat, dass die Lichtmaschinenwicklung (die dabei ständig unter Vollast läuft) und der Regler sehr heiß werden.




 

Lichtmaschine selbst erregend

Die feldgeregelte Lichtmaschine,

das System der Auto-Lichtmaschinen.

Ein besseres aber teureres System ist die "feldgeregelte" oder "fremderregte" Lichtmaschine.
Der bezeichnende Unterschied liegt darin, dass es keine rotierende Permanentmagnete gibt, sondern an dessen Stelle ein Elektromagnet (eine weitere Wicklung) tritt, die das erforderliche Magnetfeld bereitstellt. Der Elektromagnet ist eine einzige große Wicklung auf einem Metallkern, der magnetisch wird, sobald ein Gleichstrom durch die Wicklung fließt. Dieser Strom wird von der Batterie bereitgestellt.

Bei den meisten der feldgeregelten Systeme besteht der Rotor aus einem Metallkern mit klauenförmigen Polen, dazwischen eine Wicklung und zwei Schleifringe zur Stromaufnahme. Das ganze Teil rotiert natürlich abhängig von der Motordrehzahl. Der Lichtmaschinenregler muss hier nicht mehr die hohe Ausgangsleistung des Generators "verbraten", sondern leitet solange Strom (ca. 1-3 Ampére) für die Magnetfelderzeugung zum Lichtmaschinenrotor, bis die gewünschte Ausgangsspannung erreicht ist. Dazu misst der Regler ständig die Spannung im Bordnetz.
Liegt sie unter 14,2 Volt, schaltet er das Feld an (er legt Bordnetzspannung an die Schleifringe des Rotors). Im Rotor entsteht sofort ein Magnetfeld und der Stator liefert die elektrische Energie. Wenn die Spannung an der Mess-Stelle des Reglers über 14,4 (für Wartungsfreie Batterien manchmal 14,8) Volt steigt, schaltet der Regler das Feld wieder ab. Daraufhin bricht das Magnetfeld zusammen, die Lichtmaschine hört auf elektrische Leistung zu erzeugen, die Bordspannung sinkt. Sobald diese wieder unter 14,2 Volt fällt, schaltet der Regler das Feld erneut ein. Dieser Vorgang erfolgt innerhalb Sekundenbruchteilen immer wieder.
Einziger Wartungspunkt sind die verschleißenden "Bürsten", die Schleifkohlen, die spätestens alle 24000 Kilometer kontrolliert werden sollten.

Die moderne, kompakte und leistungsfähige Version dieser Generatoren fand sich im Motorradbau als erstes in der GSXR750 von 1985 wieder und hielt danach in vielen größeren Modellen aller Hersteller Einzug. Aufbau und Funktion decken sich mit dem oben beschriebenen, nur Gleichrichter und Regler finden sich im Lichtmaschinengehäuse wieder und die komplette Einheit wird als autarkes Bauteil am Motor angeflanscht.
Die einzigen Verbindungen zur Bordelektrik sind die positive Ausgangleitung zum Batterie-Pluspol und eine Messleitung vom Zündschloss zum Regler. Manchmal kommt noch eine Masse-Leitung hinzu.




 

Lichtmaschine fremderregt

Eine völlig wartungsfreie Abart

Dieses System wurde wohl wesentlich früher schon zB. in Hondas CBX650 und CB750K verbaut. Hier sind beide Wicklungen feststehend montiert, zwischen ihnen rotiert ein eiserner Klauenpol, der vom Motor angetrieben wird. Der Nachteil dieser Bauart ist ein zusätzlicher Luftspalt zwischen der magnetfelderzeugenden Feldwicklung und dem Klauenpol, was zu reduzierter Leistung bzw. erhöhter Baugröße führt. Teurer und schwerer isses auch noch!

Je geringer die Spaltmaße, desto effizienter arbeitet ein Generator.



Qualitätsunterschiede bei den Reglern

Die Regeleinheit muss also ständig irgendwo im System die aktuelle Spannung messen. Bei den billigst aufgebauten Geräten (das betrifft sehr viele Originalteile) wird nicht die Spannung im Bordnetz gemessen, sondern die Wechselspannung zwischen einer Phase des Stators und Batterie-Minus (Masse) und manchmal wird die überschüssige Leistung nur von einer der Wechselstromphasen kurzgeschlossen, anstatt alle drei Phasen zu regeln. Die eine - ständig geregelte - Phasenwicklung ist dann die erste, die wegen Überhitzung den Dienst versagt, weill hier deutlich höhere Ströme fließen.

Die besseren Lichtmaschineneregler messen ihre eigene Ausgangsspannung und regulieren die Eingangsleistung aller drei Stator-Phasen gleichmäßig.

Einige Regler haben eine besondere Leitung, um die Bordspannung zu messen. Diese Spannung wird nicht direkt an der Batterie sondern irgendwo mitten im Bordnetz oder am Zündschloß gemessen, was eventuelle Spannungsabfälle durch schlechte Verbindungen zwischen dem Gleichrichter und den Batteriepolen ausgleichen soll. Das Resultat ist, dass die Ladespannung solange angehoben wird, bis am Messpunkt 14,4 Volt anliegen. Bei intakter elektrischer Anlage treten hier keinerlei Probleme auf. Erst wenn nach einigen Jahren die Leitfähigkeit der Kabel und Steckverbinder nachlässt, so der Ladekreis seine Spannung weiter erhöht, bis die erwünschte Spannung am Messpunkt durch den Regler erkannt werden, kann es zu einer Überspannung an elektrischen Bauteilen und zur ständigen Überladung der Batterie kommen. Ein erstes Anzeichen hiefür ist, dass über die Jahre die Haltbarkeitszeiten der Batterien sinken und immer öfter Batteriewasser aufgefüllt werden muss (sofern keine Wartungsfreie Batterie verwendet wird).




 

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