Wissenswertes: Lichtmaschine
Lichtmaschine eines Toyota Corolla von 1998 Als Lichtmaschine (kurz LiMa) bezeichnet man bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor den Generator, der die elektrischen Geräte an Bord mit Energie versorgt und die Fahrzeugbatterie auflädt. Inhaltsverzeichnis 1 Mechanischer Antrieb 2 Funktion 3 Bauarten 3.1 Gleichstromgenerator 3.1.1 Regler 3.2 Drehstromgenerator 3.2.1 Regler 4 Abgabeleistung 5 Klemmenbezeichungen Mechanischer Antrieb Die Lichtmaschine wird vom laufenden Motor als Nebenaggregat angetrieben. Der Antrieb erfolgt im Automobil üblicherweise mit einem Riementrieb (z. B. Keilrippen- oder Keilflachriemen). Neuerdings finden sich auch im Automobilbereich Lösungen, bei denen die Lichtmaschine wie bei vielen Motorrädern direkt von der Kurbelwelle angetrieben wird. Hierbei können auch die Funktionen von leistungsfähiger Lichtmaschine und Anlasser in einer Dynastartvorrichtung kombiniert werden. Bei Motorrädern sind, meist abhängig von der Motorbauart, zwei Varianten des Lichtmaschinenantriebs möglich: Der direkte Antrieb der Lichtmaschine von einem Ende der Kurbelwelle, die Lichtmaschine ist unter einem Kurbelgehäusedeckel angeordnet. Der indirekte Antrieb der Lichtmaschine über Keilriemen, Zahnkette oder Zahnräder, die Lichtmaschine besitzt wie im Automobil ein eigenes Gehäuse. Sie kann bei Reihenmotoren somit platzsparend hinter oder vor der Zylinderbank oder bei Boxermotoren oberhalb des Kurbelgehäuses angeordnet werden. Funktion Bei laufender Lichtmaschine wird ein Strom zur Ladung der Autobatterie und für die angeschlossenen Verbraucher bereitgestellt. Die Lichtmaschine wandelt dabei die bereitgestellte mechanische Energie in elektrische Energie um, wobei die erforderliche mechanische Leistung ungefähr proportional zur abgegebenen elektrischen Leistung ist. Die Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie ist nicht verlustfrei. Ursache sind Reibung in den Lagerungen der Rotorwelle, Wirbelstromverluste, der elektrische Widerstand der aus Kupferdraht gewickelten Spulen sowie Verluste im Gleichrichter von Drehstromlichtmaschinen. Das Verhältnis von erzeugter elektrischer zu aufgewendeter mechanischer Leistung wird als Wirkungsgrad bezeichnet. Bei niedrigen Drehzahlen, zum Beispiel wenn der Motor im Leerlauf läuft, sinkt die von der Lichtmaschine erzeugte elektrische Leistung. Ist die im Fahrzeug benötigte Leistung der eingeschalteten Verbraucher höher, so wird die Differenz aus der Fahrzeugbatterie entnommen, im umgekehrten Fall wird die Fahrzeugbatterie geladen. Die Spannung eines Generators würde bei konstantem Magnetfeld des Rotors stark mit der Drehzahl und der angeschalteten Last schwanken. Damit Lichtmaschinen schon bei niedriger Drehzahl die Nennspannung des Bordnetzes aufbauen, wird das Magnetfeld des Rotors Last- sowie Drehzahlabhängig verändert. Als Steuergerät dient dazu der so genannte Laderegler. Dieser vergleicht die Ist- Spannung im Bordnetz mit einer eingebauten Spannungsreferenz und steuert den Magnetisierstrom der Rotorspule so lange nach, bis entweder der zulässige Sättigungsstrom der Rotorspule oder die Ladeschlussspannung des Fahrzeugakkumulators erreicht wurde. Bauarten In der Regel unterscheidet man zwei Bauarten. Zum einen den Topfgenerator, bei dem das Luftschaufelrad außen beim Riemenantrieb sitzt und zum anderen den Kompaktgenerator bei dem dieser ins Gehäuse mit eingefasst ist. Gleichstromgenerator Bis in die 1970er Jahre wurden Lichtmaschinen als Gleichstromgeneratoren ausgeführt. Im Stator wird durch die vom Erregerstrom durchflossenen Magnetspulen das Erregerfeld gebildet, in dem sich der Rotor dreht und dabei Wechselstrom erzeugt. Dieser Wechselstrom wird durch den auf der Rotorwelle angeordneten Kollektor gleichgerichtet und über Kohlebürsten abgeleitet. Nachteilig ist dabei, dass die Kohlebürsten den vollen Ausgangsstrom des Generators übertragen müssen und daher relativ stark verschleißen. Zudem ist durch den Kollektor die maximal zulässige Drehzahl des Gleichstromgenerators kleiner als der von Drehstromausführungen. Durch das entsprechende Übersetzungsverhältnis des Antriebs durch den Fahrzeugmotor ist die Folge, dass erst bei höherer Motordrehzahl nennenswerte elektrische Leistung produziert wird. Bei ungünstigen Betriebsbedingungen mit großer Anzahl von eingeschalteten elektrischen Verbrauchern im Fahrzeug und häufig niedrigen Drehzahlen der Lichtmaschine führt dies zur Entladung der Fahrzeugbatterie. Vorteil des Gleichstromgenerators ist, dass keine zusätzliche Gleichrichtung des erzeugten Stroms nötig ist. Dies war vor der Verfügbarkeit von leistungsfähigen Halbleiterdioden ausschlaggebend für seine Verwendung im Fahrzeugbau. Regler Die Regelung erfolgte durch einen elektromagnetisch arbeitenden Lichtmaschinenregler, der drei Funktionen vereinte: Regelung der erzeugten Spannung der Lichtmaschine Schutz vor Überlastung durch zu hohen Ausgangsstrom Schutz vor Rückstro
