Funktionsweise der Lichtmaschine am Motorrad

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Das elektrische System eines Motorrades setzt sich im Kern aus Lichtmaschine, einer Batterie (eigentlich ein wieder aufladbarer Akku), einem Gleichrichter und einem Regler zusammen.
Die Lichtmaschine besteht aus einem Rotor (der drehbare Teil) und einem Stator (mit Motor fest verbunden) und erzeugt bei laufendem Motor einen Dreiphasen-Wechselstrom. Man unterscheidet bei den Drehstrom-Lichtmaschinen zwei Rotorbauarten:

  • Rotor als Permanentmagnet
  • Rotor als Elektromagnet

Lichtmaschinen mit Rotor als Permanentmagnet

Der Rotor als Permanentmagnet ist entweder direkt mit der Kurbelwelle verbunden oder wird über einen Riemen angetrieben. Der Rotor dreht sich in oder um einen Stator, der mehrere Metallpole mit Kupferdrahtwicklungen (Spulen) hat. Die Drehbewegung des Rotors erzeugt ein veränderliches Magnetfeld, da die Spulenwicklungen des Stators abwechselnd dem magnetischen Nord- und Südpol ausgesetzt werden. In den Statorspulen wird somit eine dreiphasige Wechselspannung erzeugt.
Da das elektrische System eines Motorrades mit Gleichstrom arbeitet, ist eine Umwandlung des Wechselstroms in Gleichstrom notwendig. Diese Aufgabe übernimmt der Gleichrichter. Der Regler stellt wiederum sicher, dass unabhängig von der Drehzahl immer die gleiche Spannung von 14,4 Volt zur Batterie gelangt. Regler und Gleichrichter sind bei älteren Modellen getrennte Bauteile, bei modernen Motorrädern sind beide in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.
Bei hohen Drehzahlen ist die vom Stator induzierte Ausgangsspannung zu hoch – ein Nachteil dieser Bauweise – und würde (ohne Regler) die Batterie durch Überspannung zerstören. Ist die Ladespannung des Akkus erreicht, unterbricht der Regler den Aufladeprozess. Die überschüssige Spannung wird im Regler selbst, aber vor allem in den Statorspulen in Wärme umgewandelt. Hier zeigen sich wesentliche Nachteile dieser Bauart:

  • Überhitzung kann am Stator den Isolierlack zerstören und somit Schäden an den Spulen verursachen
  • Der Regler wird sehr heiß und muss Wärme über Kühlrippen an die Umgebung abführen
  • Korrosion an den elektrischen Anschlüssen kann zu Überlastung und Ausfall des Reglers führen, als Folge kann der Stator zerstört werden
  • Permanentmagnet kann nach Jahren an Kraft verlieren

Lichtmaschinen mit Rotor als Elektromagnet

Die andere, in Motorrädern anzutreffende, Bauweise verwendet einen Rotor mit Elektromagnet. Der Elektromagnet besteht aus einem Metallkern, umgeben von einer großen Wicklung. Dieser Spule wird über zwei Schleifringe ein Gleichstrom von der Batterie zugeführt, so dass ein Erregerstrom entsteht. Durch die Drehung des magnetisierten Rotors wird in den Statorspulen ein Wechselstrom induziert.
Durch konstantes Messen der Bordspannung durch den Regler, wird vom Stator nur solange ein Strom erzeugt, wie diese Spannung unter 14,2 Volt liegt. Über 14,4 Volt wird vom Regler das Erregerfeld unterbrochen. Darin liegt auch der wesentliche Vorteil dieser Bauart:

  • Vom Stator wird keine (überschüssige) Leistung generiert, die in Wärme umgewandelt werden muss.
  • Durch ausbleibende Überhitzung erhöht sich die Lebensdauer gegenüber der Permanentmagnet-Rotor Bauweise.
Motorrad-Lichtmaschine
Lichtmaschine mit getrennten Regler und Gleichrichter
Motorrad-Lichtmaschine
Motorrad-Lichtmaschine mit Gleichrichter-/Regler-Einheit

Discussion3 Kommentare

    • Mir ist keine Längsregelung bei permanent erregten Lichtmaschinen im Motorrad- oder Rollersektor bekannt. Bitte um Angabe des Herstellers und des Fahrzeugtyps. Ein Schaltplan wäre hilfreich.

  1. Guten Tag,

    ich möchte gerne etwas Information zu Lichtmaschinen mit Rotor als Permanentmagnet anfügen. Diese Lichtmaschinen sind fast immer Wechselstrommaschinen. Das erste Bild zeigt solch eine Maschine. Das grüne und blaue Kabel sind der Ladeanker der Zündung. Das Weiße und Gelbe Kabel sind der Wechselstromausgang. Die können potentialfrei sein, dann wird das Licht mit Gleichstrom nach dem Ladereglergleichrichter betrieben. Wenn sie gegen Masse beschaltet sind gibt es einen Wechselstrom- und einen Gleichspannungszweig. Licht wird hier mit Wechselstrom betrieben.

    Zur Verlustleistung durch die Regelung. Lichtmaschinen mit Rotor als Permanentmagnet sind Konstantstromquellen. Eine Regelung ist nur durch periodisches Kurzschließen des Generators möglich. Durch den geringen Innenwiderstand des Generators ist die Verlustleistung in den Spulen sehr gering. Generatoren bei Mopeds, Motorrädern und Rollern bis 125 qcm haben etwa 90 Watt. Der Innenwiderstand des Generators hat etwa 0,6 Ohm. Bei einem Kurzschluss fließt ein Strom von 7,5 A. In den Spulen entsteht eine Verlustleistung von rund 5 Watt. Der Regler muss dabei 10 Watt verbraten (Flusspannung der Gleichrichter und des Tyristors). Bei einem Generator mit doppelter Leistung wird beim Kurzschluss übrigens nur 30 % mehr Leistung in den Spulen umgesetzt, da der Innenwiderstand kleiner ist. Der Regler muss aber die doppelte Leistung schlucken.
    Sind Verbraucher eingeschaltet, sind die Verluste natürlich geringer, da der Generator in weniger der Zeit kurzgeschlossen wird.

    Bei hohen Drehzahlen erzeugt ein kurzgeschlossener Generator weniger Verlust als ein offener, da Ummagnetisierungsverluste entfallen.

    Rainer

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