Der Zweck der Lichtmaschine ist die Stromerzeugung in einem Auto mit Verbrennungsmotor. Sie ist die Hauptstromquelle – die Batterie hat nur eine Hilfsfunktion, die es ihr ermöglicht, das System zu starten und zu betreiben, wenn der Motor nicht läuft. Sobald der Motor anspringt, versorgt die Lichtmaschine alle elektrischen Systeme des Fahrzeugs mit Strom und lädt die Batterie auf. Der ordnungsgemäße Zustand der Lichtmaschine ist entscheidend für das einwandfreie Funktionieren des gesamten elektrischen Systems und der Batterie, die als erstes unter Problemen mit der Lichtmaschine leiden wird.
Die Verwendung von Lichtmaschinen in Fahrzeugen hing mit der steigenden Nachfrage nach Strom zusammen. Die zuvor verwendeten Gleichstromgeneratoren erwiesen sich als weniger effizient und störanfälliger. Ein Wechselstromgenerator besteht aus einem Rotor (Läufer) und einem Stator (Ständer). Der Rotor ist ein einzelner Elektromagnet, der durch zwei Drähte (über Bürsten) angetrieben wird und ein Magnetfeld erzeugt. Dies wird als Erregungskreislauf bezeichnet. Wenn der Rotor angetrieben wird, induziert das rotierende Magnetfeld Strom in den Statorwicklungen, wo Elektrizität erzeugt wird. In der Regel werden drei Wicklungen verwendet, die einen dreiphasigen Wechselstrom erzeugen (ähnlich wie im Stromnetz, nur dass die Frequenz nicht konstant ist und von der Geschwindigkeit des Motors abhängt).
Wie verwenden Sie dann die Lichtmaschine in dem Gleichstromkreis, mit dem das Auto betrieben wird? Es wird ein Gleichrichter benötigt, um den Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Eine klassische Schaltung mit 6 Halbleiterdioden wird für diese Aufgabe verwendet. Ein Problem bleibt – der Stromkreis des Rotors (der die Erregung liefert). Es stellt sich heraus, dass nicht nur die Frequenz mit der Rotation variiert, sondern auch die Spannungen. Der Gleichrichter löst das Frequenzproblem, aber die Spannung muss sich innerhalb bestimmter Grenzen bewegen. Der Wechselstromgenerator benötigt einen Spannungsregler, um den im Rotor fließenden Strom so zu regulieren, dass die Ausgangsspannung angemessen ist. Dabei handelt es sich um eine elektronische Schaltung, die in der Regel von 3 zusätzlichen Gleichrichterdioden gespeist wird.
Die klassische Lichtmaschine hat einen festen Spannungswert zwischen 13,8 und 14,5 V. Viele der verwendeten Regler heben die Spannungen leicht an, wenn die Temperatur sinkt.
Je nach Bauart der Lichtmaschine und der Art des verwendeten Spannungsreglers werden unterschiedlich viele Drähte verwendet. Die gebräuchlichsten Bezeichnungen zur Bezeichnung des Ausgangs (einige Buchstabenbezeichnungen haben je nach Hersteller unterschiedliche Bedeutungen):
Der Ausgang der Lichtmaschine ist direkt mit der Batterie verbunden, so dass der Ladestrom in einer solchen Schaltung nicht reguliert wird und nur durch die Batterie begrenzt ist. Blei-Säure-Zellen können auf diese Weise sicher betrieben werden – der Strom wird nur anfangs hoch sein und sich selbst begrenzen, wenn die Spannung stimmt. Um diesen Prozess besser kontrollieren zu können, wurde eine Schaltung vorgeschlagen, die die Spannung so anpasst, dass der Strom den gewünschten Wert hat. In der einfachsten Variante wird die Ladespannung der Lichtmaschine bei Bedarf vom Computer des Autos reduziert (C-Terminal-Versionen, die bei Honda-Fahrzeugen verwendet werden). Heutzutage werden immer häufiger Steuergeräte verwendet, die eine stufenlose Spannungsanpassung durch das Steuergerät ermöglichen, entweder über ein PWM-Signal oder einen digitalen Datenbus (z.B. LIN-, BSS-Schnittstellen). Diese Steuerfunktion ermöglicht die Steuerung des Ladevorgangs und stellt sicher, dass die Batterie unter Berücksichtigung des Verschleißes ausreichend geladen wird (häufig werden gleichzeitig spezielle Klemmen zur Stromüberwachung eingesetzt). Die Änderung der eingestellten Spannung kann auch andere Funktionen haben – durch die Verringerung der Ladung wird die Belastung durch die Lichtmaschine reduziert, so dass vorübergehend mehr Leistung zur Verfügung steht. Einige Fahrzeuge nutzen die Lichtmaschine zur teilweisen Rückgewinnung von Bremsenergie. Durch eine plötzliche Erhöhung der Spannung wird eine zusätzliche Last erzeugt und die Energie fließt in die Batterie (die Lichtmaschine bremst das Auto bis zu einem gewissen Grad). Der Nachteil dieser Lösung ist, dass die Batterie zu etwa 80 Prozent geladen bleibt, was ihre Lebensdauer in gewissem Maße verkürzt. Eine unvollständige Ladung ist notwendig, um die Bremsenergie aufnehmen zu können.
Das Testen eines vom Motorsteuergerät gesteuerten Generators erfordert, dass dieser mit den richtigen Steuersignalen versorgt wird. Dazu brauchen wir einen Tester, der das richtige Signal nach einer bestimmten Norm liefert. Der Altalyzer ist ein solches Gerät. Er bietet die Möglichkeit, im Fahrzeug eingebaute Lichtmaschinen zu testen und kann auch auf Lichtmaschinenprüfständen verwendet werden.
Um die Lichtmaschine des Fahrzeugs zu überprüfen, müssen wir sie vom Motorsteuergerät (ECU) abtrennen. Wir verbinden den Tester mit dem Anschluss an der Lichtmaschine gemäß der Anschlussanleitung für die jeweilige Variante. Anschließend geben wir im Gerätemenü die Fahrzeugmarke an und können den Test starten.
Beim Testen einer Lichtmaschine untersuchen wir, wie die Ladespannung im getesteten Stromkreis auf die vom Tester eingestellte Spannung reagiert. Wenn der Generator die geforderten Werte ohne Probleme erreicht, können wir ihn als betriebsbereit betrachten. Achten Sie beim Testen auf die Belastung – viele elektronisch gesteuerte Generatoren geben ein Signal über ihren Belastungsgrad (DFM). Wenn wir den Generator bei einer bestimmten Spannung überlasten, fällt die Spannung ab. Es lohnt sich auch, auf das korrekte Ablesen des Lastwerts zu achten. Generatoren, die die korrekte Spannung nicht aufrechterhalten können, haben möglicherweise einen Fehler in den Reglern selbst oder in anderen Komponenten des Generators, wie z.B. abgenutzte Bürsten.
Wenn wir Lichtmaschinen außerhalb des Fahrzeugs testen, müssen wir daran denken, sie richtig anzuschließen. Dies gilt nicht nur für Lichtmaschinen, die von der ECU elektronisch gesteuert werden, sondern auch für klassische Ausführungen. Lassen Sie Generatoren nicht auf dem Prüfstand laufen, ohne dass die B+ Klemme angeschlossen ist. Wenn die Lichtmaschine über eine separate Spannungsmessklemme (S-Klemme) verfügt, müssen Sie diese unbedingt anschließen. Die Folge eines falschen Anschlusses kann im ungünstigen Fall ein übermäßiger Anstieg der Spannung sein, der das Bauteil beschädigen kann. Manchmal fungiert der Ausgang zur Steuerung (Klemme L) auch als Reglerschalter oder ist an der Spannungsregelung beteiligt.
Dank der integrierten Bluetooth-Konnektivität des Altalyzer-Testers haben wir die Möglichkeit, eine Verbindung zu einer speziellen Android-Anwendung herzustellen. Die Anwendung ermöglicht es uns, die Ergebnisse der durchgeführten Messungen zusammen mit Daten über den getesteten Generator einfach aufzuzeichnen; diese Einträge können sogar durch ein Foto der getesteten Komponente ergänzt werden. Darüber hinaus können wir mit der Anwendung den Verlauf des Tests fernsteuern – ohne die Kabel zu verlängern, können wir die Empfänger bequem von der Kabine aus steuern und gleichzeitig die Spannung einstellen und den Spannungswert und den Belastungsgrad auslesen.
Autor: Produktingenieur Piotr Libuszowski
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