Lichtmaschine

Aus Fivefivezero
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Diese Kapitel soll sich der Funktion der der Stromversorgung unserer XZ widmen. Ich verzichte hier bewust darauf, detailliert auf die physikalischen Grundlagen einzugehen.

Allgemeines

Das System besteht im wesentlichen aus drei Komponenten: Generator, Gleichrichter / Regler, Batterie.

Der Generator ist ein permanenterregter Drehstromgenerator oder 3-Phasen-Wechselstromgenerator. Permanent erregt bedeutet das es einen Permanentmagenten gibt, der Strom in der Wicklung erzeugt. Dieser Magnet, ein recht fettes Teil, sitzt im Schwungrad unter dem linken Motordeckel direkt auf der Kurbelwelle. Die Wicklung, die Stator genannt wird, ist im linken Motorseitendeckel verschraubt. Wie man den Stator möglicherweise renovieren kann.

Der Gleichrichter und der Spannungsregler sind in einem Gehäuse zusammen untergebracht. Es ist ab Werk von hinten auf die Batterie-Box geschraubt und besteht aus massivem Metall mit einigen Kühlrippen.

Die Batterie sitzt hinter dem linken Seitendeckel. Es ist eine 12V Batterie, womit auch klar ist das es sich bei der Stromversorgung unserer IXe um ein 12V System handelt. Das heißt aber nicht, das alle Verbraucher tatsächlich mit 12V betrieben werden. Die Spannung liegt bei einem intakten System aus Generator Regler und Batterie immer um einiges darüber.

Generator

Neuer Stator. Befestigung mit Innensechskant statt Kreuzschlitz.
Verbrannte Vergussmasse lässt nichts Gutes erahnen.

Nehmen wir mal an, wir haben es geschafft unser Zweirad in Betrieb zu setzen. Ich weiß es ist ein erbitterter Kampf gewesen, aber jetzt stehen wir, Schweißtropfen von der Stirn wischend vor der Kiste die auf dem Ständer stehend vor sich hinbullert. Wenn der Motor läuft, bedeutet das (zumindest in den allermeisten Fällen :-)), dass sich die Kurbelwelle und das Schwungrad mit seinen Magneten dreht.

Blick auf das reparierte Schwungrad (Polrad) mit neu gebohrten Löchern.

Im Inneren des topfförmigen Schwungrades sitzt, fest verschraubt mit der Wand des Motorgehäuses der Stator. Auf den ersten Blick sieht es so aus, als wären es eine Vielzahl von Wicklungen die an dem sternförmigen Eisenkern angebracht sind, bei "elektrischer" Betrachtung stellt sich aber heraus, das es in Wirklichkeit nur 3 Wicklungen sind. Jede ist verteilt auf 6 Teile jeweils um 20° versetzt angeordnet. Jede der Spulen hat zwei Enden. Die Drei Spulen sind mit je einem Ende sternförmig verbunden. Dieser Sternpunkt liegt irgendwo in der Vergussmasse des Stators. Die drei übrigen Enden werden durch eine Dichtung aus dem Motor herausgeführt (gelb) und münden am Gleichrichter/Regler. Normalerweise sind diese drei Enden mit weißem Kunststoff isoliert. Da alle drei Spulen gleich sind, braucht man keine unterschiedlichen Farben um sie zu unterscheiden und es ist auch egal in welcher Reihenfolge sie am Regler angeschlossen werden.

Was passiert, wenn der Magnet mit affenartiger Geschwindigkeit um den Stator kreiselt nennt man ? --- Genau! Induktion.

In elektrischen Leitern, die sich durch ein magnetisches Feld bewegen, wird eine Spannung und bei geschlossenem Stromkreis ein Stromfluss induziert. Wer mehr darüber wissen will: http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetismus#Elektromagnetismus

In unserem Fall bewegt sich nicht der Leiter sondern das Magnetfeld, was aber der Induktion piep-egal ist. Ein Magnet hat immer einen Nord- und einen Südpol. Diese kommen abwechselnd an unserer Spule vorbei und das bedeutet, das einmal eine positive Spannung und einem eine negative Spannung erzeugt wird. Der Fachman nennt sowas Wechselspannung. Jaaa genau! Dat is' genau dat gleiche Dingen als wie inne Steckdose drin. Es wird eine Wechselspannung erzeugt; oder genauer gesagt sogar drei Wechselspannungen - schließlich haben wir ja drei Leiter, sprich Spulen in unserem Stator. Da diese schön gleichmässig auf dem Umfang verteilt liegen passiert diese Spannungserzeugung nicht gleichzeitig sondern nacheinander. Es entstehen die sogenannten Phasen. Mehr zum 3-Phasen-Wechselstrom: http://de.wikipedia.org/wiki/Drehstrom.

Gleichrichter

Mit dieser "Drehspannung" können wir nicht sehr viel anfangen. Wir brauchen Gleichspannung. Warum aber haben wir nicht nach alter Väter Sitte direkt Gleichspannnung erzeugt. Früher, als hier überall noch Wasser war und es noch keine Gleichrichter gab wurde direkt Gleichspannung mit einem Generator erzeugt. Allerdings ist der Bedarf an elektrischer Leistung immer mehr gestiegen. Und ein Gleichstromgenerator baut bei gleicher Leistung ungleich größer als ein Drehstrom-Generator. Ausserdem haben wir eine elektronische Zündanlage und einen elektronischen Drehzahlmesser und die Spannung aus einem Gleichstromgenerator pulsiert sehr stark, das mag keine Elektronik.

Deshalb haben wir den Gleichrichter. Es ist ein 3-Phasen-Brückengleichrichter. Er besteht aus 6 Dioden, jeweils eine für die positive und die negative Halbwelle von jeder Phase. http://de.wikipedia.org/wiki/Gleichrichter. Eine Diode ist ein elektronischs Bauteil, das elektrischen Strom nur in einer Richtung leitet - so ähnlich, wie ein Ventil am Reifen. Jede dieser Dioden verursacht in Durchlassrichtung einen Spannungsabfall von ca. 0,7 V. Wenn jetzt im Bordnetz die Verbraucher (Licht, Lüfter, Zündung....) eingeschaltet werden, fließt ein Strom über die Dioden und dadurch wird Leistung erzeugt, d.h. die Dioden werden warm, sie werden sogar richtig heiß - daher auch der Name "gleich-riecht-er". Würde man die Wärme nicht von Ihnen wegführen, dann würden die Dioden zerstört. Der erste Grund, warum das Gehäuse des Gleichrichters als Kühlrippen ausgebildet ist.

Wie man auf dem Bild erkennen kann. Sieht die Spannung hinter dem Gleichrichter schon ganz gut aus. Aus der 3-Phasen-Wechselspannung ist eine Gleichspannung geworden. Allerdings ist die Höhe der Spannung bei der Induktion von der Geschwindigkeit des vorbeirasenden Magneten abhängig, d.h. wenn wir beherzt am Gasdriff drehten bräuchten wir vermutlich einen Eimer voller neuer Glühlampen für unsere Beleuchtung. Und die TCI, naja --- R.I.P. Zum Glück gibt es den Regler. Dieser sitzt wie schon erwähnt zusammen mit dem Gleichrichter in dem Kühlkörperteil auf der Rückseite des Batteriekastens. Er sorgt dafür, das die Spannung im Bordnetz immer schön konstant bleibt.

Regler

Das funktioniert folgendermaßen: Überschreitet die Spannung im Bordnetz einen bestimmten Wert, dann werden die drei Phasen des Generators gegen Masse geschaltet und führt zu einem Kurzschluss über die jeweilige Diodenreihe des Gleichrichters. Das bewirkt in der Wicklung des Generators sogenannte "Blindleistung". An diesem Begriff sind schon Generationen von Elektriker-Lehrlingen gescheitert, deshalb würde die genaue Erklärung hier etwas zu weit führen - mal ganz abgesehen davon, das meine eigene Ausbildung schon etwas, äähm, länger her ist. Dazu nur soviel: 1. Es hat nichts mit der Sehkraft zu tun und 2. Die Blindleistung verringert die vom Generator abgegebene Wirkleistung - das ist die Leistung die wir in Form von Spannung und Strom nutzen können. Mehr dazu findet man in jedem brauchbaren Elektriker-Berufsschulbuch oder bei ratet mal: http://de.wikipedia.org/wiki/Blindleistung

Permanenterregte Lichtmaschine.png

Die Anschlüsse unseres Gleichrichter/Regler-Bauteils sind zum einen 3x weiß, rot, schwarz und braun. Die Weißen sind die Eingänge der vom Stator kommenden Leitungen - hatten wir schon. Rot ist +, Schwarz -, Gelb ist nicht belegt. Wofür ist Braun?

Der Braune Draht ist die sogenannte Sense-Leitung. "Sense" bedeutet soviel wie "fühlen, tasten", mit dieser Leitung fühlt oder misst der Regler die Spannung im Bordnetz. Man könnte auch direkt an dem roten Draht des Reglers messen, dadurch hätte man wieder ein Kabel gespart. Tja, wie immer im Leben ist das nicht so einfach. Vom Regler kommend fließt ein relativ hoher Strom über die rote Leitung in das Bordnetz und verteilt sich auf die verschiedenen Verbraucher. Ein relativ starker Verbraucher ist die Batterie, wenn sie leer ist zieht sie locker einige Ampere Strom zum laden. Da ein hoher Strom Spannungsverluste auf den Leitungen und Steckern verursacht, führt das zu einem Spannungsunterschied zwischen der Klemme am Regler und der Klemme an der Batterie. Würde jetzt an der Reglerklemme gemessen, dann wäre hier die Spannung noch ok, also etwa 14,x V. Durch die Verluste läge am Verbraucher (Batterie) aber nur eine geringere Spannung an. Bei den anderen Verbrauchern käme es noch dicker, die Wege vom Regler über Kabelbaum, Zündschloss, Stecker hier, Stecker da zum Verbraucher sind lang und die Spannung würde immer weiter abfallen. Jetzt kommt die braune Sense-Leitung ins Spiel. Diese ist irgendwo im Bereich des Zündschlosses angeklemmt und liegt somit schon einmal ein ganzes Ende dichter am Verbraucher. Hier wird nun die Spannung gemessen. Der Regler regelt also immer so das an diesem Referenzpunkt die gewünschte Spannung anliegt.


Regler versetzen

Der Regler sitzt bei der XZ an einem denkbar ungünstigen Platz direkt hinter der Batterie, wo sich die Wärme staut. Gerade im Sommer kann es dazu kommen, dass der Regler kurzschließt und die Spannung einbricht. Dann kann es Schwierigkeiten beim Starten einer warmen XZ geben. Deswegen ist die Versetzung des Ladereglers an einen kühleren Platz ein lohnender Umbau, der die Elektrik der Ixe ein bisschen zuverlässiger macht.

Eine Möglichkeit, die hier näher beschrieben wird ist der Umbau an die linke hintere Fußraste mit einem Halteblech. Dazu wird ein Halteblech angefertigt, welches unten ein Loch für die Schraube der Fußraste hat und oben zwei Löcher mit Gewinde um den Laderegler anzuschrauben. Die Zeichnung des Halteblechs gibt es hier als PDF zum Herunterladen:

Um den Regler heraus zu holen muss die rechte Verkleidung vor dem Kühlmittelbehälter und der TCI entfernt werden. Dann kann die obere Schraube am Kühlmittelbehälter gelöst werden. Den oberen Schlauch kann man bedenkenlos abziehen, der untere sollte gesteckt bleiben, da man sonst eine feuchtfröhliche Überraschung erlebt. Nun kann man die Stecker am Regler lösen und den Regler herausbauen. Es kann sein, dass sich die Stecker nicht lösen lassen, wenn sie verschmort sind. Dann sollte man sich neue Stecker besorgen und die alten abknipsen.

Dies ist ein guter Zeitpunkt um den Laderegler zu prüfen, da man ihn ausgebaut hat und die Stecker auseinander sind.

Nun die Fußraste hinten links abschrauben (17er Schlüssel) und das neue Halteblech samt aufgeschraubtem Laderegler anschrauben.

Nun müssen noch die Leitungen verlegt werden. Ab und zu sind die vorhandenen Leitungen zu kurz, dann muss sie verlängert werden. Dabei bitte auf einen ausreichenden Querschnitt der Leitungen und ordentliche, wasserdichte Verbindungen achten.