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Lichtmaschine Aufbau, Historie und Entwicklung

Die interessante Technik der Lichtmaschine

Lichtmaschine Aufbau, Historie und Entwicklung

Eine Lichtmaschine ist vor allem den Autoprofis ein Begriff, doch auch jeder der sich nur etwas auf dem Gebiet von Fahrzeugen auskennt, wird schon einmal mit einer Lichtmaschine aneinandergeraten sein.

Als Lichtmaschine bezeichnet man den elektrischen Generator, der den elektrischen Verbrauch an Bord eines Fahrzeuges steuert. Hierzu bedient er sich von er Energie vom Verbrennungsmotor des Autos. Als Ausgleich dient die Batterie als Energiespeicher und Puffer. Diese sorgt für eine stabile Spannung an Bord um ggf. Lastspitzen der elektrischen Verbraucher auszugleichen. Deswegen kann Strom auch bei langsam laufenden oder abgestellten Motor zur Verfügung stehen.

Der Aufbau und Funktion der Lichtmaschine

Die Lichtmaschine wird durch den laufenden Motor in zahlreichen Automobilen über den Riemenantrieb angetrieben. Auch in Motorrädern wird die Lichtmaschine vom Verbrennungsmotor angetrieben. Bei manchen Fahrzeugen kann man die Lichtmaschine auch direkt mit der Kurbelwelle koppeln.. Nun wandelt die Lichtmaschine mechanische Energie in elektrische Energie um. Hierbei ist die erforderliche mechanische Leistung aufgrund des Wirkungsgrades höher wie die abgegebene elektrische Leistung. Der Verschleiß entsteht meist durch Reibung in den Lagern oder auch am Kollektor, sowie den Schleifringen.

Lichtmaschine Aufbau, Historie und Entwicklung

Lichtmaschine Aufbau und Einzelteile:

Statische Bauteile:
- Aluminium-Gehäuse
- Abdeckkappe
- Laderegler mit Kohlebürsten
- Dioden
- Stator-Wicklung

Dynamische Bauteile:
- Läufer inkl. Rotor-Wicklung
- Riemenscheibe
- Kugellager
- Schleifring

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Ein kleiner Rückblick

Die Geschichte der Lichtmaschine ist sehr interessant, schon ihr Name ist historisch bedingt. In der Anfangszeit des Autos nutzte man den Generator ausschließlich dafür, dass die Fahrzeugscheinwerfer mit Strom versorgt wurden. Die zuvor entwickelte Magnetzündung blieb vollkommen unabhängig von der Lichtmaschine. In den frühen Zeiten (bis 1924) wurde das Auto sogar noch oft  per Handkurbel gestartet und an eine Batterie im Auto war gar nicht erst zu denken.

Natürlich hat die Lichtmaschine in unterschiedlichen Teilen der Welt verschiedene Namen. In den angelsächsischen Ländern wird sie oft als Alternator bezeichnet. Einige Hersteller benennen sie dagegen als Generator oder Stromerzeuger und wiederum wird die Lichtmaschine auch öfter von alten Zeiten her "Dynamo" genannt.

Klemmenbezeichnung und Anschlüsse an der Lichtmaschine:


 

Die Geschichte und Funktion der Lichtmaschine

In den 1970er Jahre wurde die erste Lichtmaschine für ein Fahrzeug entwickelt. Damals trug sie auch den Namen „Gleichstromgenerator“. Die Funktion und der Aufbau des Gleichstromgenerators ist recht simpel. Im Stator wird eine Magnetspule (Erregerwicklung) von Erregerstrom durchflossen. Durch diesen Erregerstrom wird ein Erregerfeld gebildet. Der Rotor dreht sich innerhalb des Stators und erzeugt somit Gleichstrom. Dieser Strom wird dann über die angeordneten Kollektoren über die Kohlebürsten abgeleitet. Der große Nachteil bei dieser Technik war, dass die Kohlebürsten relativ schnell verschlissen sind. Sie mussten den vollen Ausgangsstrom der Gleichstromlichtmaschine übertragen und somit hielten die Kohlenbürsten nie lange. Zudem ist die maximale Drehzahl wesentlich geringer, als bei einer modernen Drehstromlichtmaschine. Durch dieses geringe Übersetzungsverhältnis wurde dann erst bei einer hohen Motordrehzahl auch genug elektrische Leistung erzielt. Dafür wurde aber keine zusätzliche Gleichrichtung benötigt. Im Leerlauf lieferte die Gleichstrom-Lichtmaschine fast gar keinen Strom.

Nach dem Gleichstromgenerator folgte der Drehstromgenerator. Im Gegensatz zu der Gleichstromausführung sind die Funktionen des Rotors und des Stators vertauscht. Das bedeutet, dass Erregerfeld wird durch den Rotor erzeugt. Durch das induzieren in den Spulen des Stators wird dann zunächst eine einphasigen Wechselspannung erzeugt. Nach der Gleichrichtung über Dioden steht sie dem Fahrzeug dann als Gleichspannung zur Verfügung. In den nachfolgenden Jahren war es möglich, dass die Wechselspannung bis auf drei Phasen erhöht werden konnten. Diese 3-Phasen Lichtmaschine wird auch heute noch verwendet. Natürlich wird die Lichtmaschine auch in den nachfolgenden Jahren noch starke Veränderungen und Entwicklungen durchlaufen, doch das Grundprinzip bleibt das Gleiche.

Fehler überprüfen

Gibt es einen Unterschied in der Spannung zwischen Batterie und Lichtmaschine, leuchtet eine Kontrolllampe auf. Ist die Spannung wieder ausgeglichen, erlischt diese. Allerdings verrät die kleine Leuchte nicht, ob die Batterie wirklich von der Lichtmaschine aufgeladen wird. Lässt sich das Auto morgens nicht oder nur schwer starten, kann die Batterie leer sein, die Dioden, der Regler oder die Verkabelung könnte defekt sein oder der Schleifring ist verschlissen. Wenn die Kontrolllampe leuchtet, die den Ladevorgang anzeigt, kann entweder der Keilriemen lose sein, oder es ist ein Kabel an der Batterie oder der Lichtmaschine defekt oder abgerissen. In der Lichtmaschine Teile auszutauschen geht mit ein wenig technischem Sachverstand relativ einfach. Dafür muss allerdings in den allermeisten Fällen die Lichtmaschine ausgebaut werden, damit die Lichtmaschinen Ersatzteile, wie der Schleifring, ausgetauscht werden kann.

Wenn die Lichtmaschine kaputt ist

Auch die Lichtmaschine kann irgendwann einmal defekt sein. Das können zum einen verschlissene Kugellager sein. Hier ist es möglich, das beispielsweise der Stator durch den Anker berührt wird und daraufhin kein elektrischer Strom erzeugt und somit die Batterie nicht mehr aufgeladen wird. Ist das der Fall, leuchtet am Armaturenbrett die Ladekontrolllampe auf, so dass der Fahrer das Problem erkennen kann. Immer dann, wenn die Lichtmaschine nicht genügend Strom erzeugt, leuchtet die Ladekontrolllampe auf. Sollte der Regler defekt sein, leuchtet sie ebenfalls. Dieses elektronische Bauteil gleicht ständig die Spannung, welche durch die Lichtmaschine geliefert wird, entsprechend an, so dass die Ist-Spannung des Generators konstant bleibt. Dagegen begrenzen die Statorspulen mit ihrem Innenwiderstand den Generatorstrom. Ist der Regler defekt, werden alle elektrisch betriebenen Teile durch die Batterie versorgt. Mit einem Diagnosegerät stellt eine Werkstatt fest, wo der Fehler liegt. Mit Lichtmaschinen Ersatzteile können Sie die Lichtmaschine relativ einfach reparieren. Ist Ihnen bekannt, wo der Fehler liegt, dann können Sie ihn auch beheben, indem Sie die entsprechenden Teile der Lichtmaschine austauschen.

Die Funktion der Lichtmaschine prüfen

Wie bereits beschrieben, ist ein erstes Indiz, dass die Lichtmaschine nicht mehr funktioniert, dass die kleine rote Kontrollleuchte im Armaturenbrett leuchtet. Normalerweise erlischt diese, sobald der Motor läuft und die Batterie über die Lichtmaschine mit Strom versorgt wird. Ist das nicht der Fall, leuchtet das Lämpchen weiter und sagt, dass die Lichtmaschine defekt sein könnte. Ein weiteres Indiz für eine nicht mehr funktionierende Lichtmaschine ist es, wenn eine neue Batterie bereits nach wenigen Tagen wieder entladen ist. In diesem Fall könnte allerdings auch der Regler betroffen sein.


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