Lichtmaschinen und Anlasser

Entstehung und Anwendung.

Vorspeisen.

Der Kfz-Anlasser ist eine Schlüsselkomponente des Anlassersystems eines Fahrzeugs, der das Anlassen des Verbrennungsmotors ermöglicht. Die Geschichte und die Entwicklung des Anlassers sind eng mit der Entwicklung des Automobils verbunden. In den frühen Stadien der Automobilentwicklung wurden die Motoren manuell mit einer Kurbel gestartet. Dies war eine körperlich anstrengende und oft gefährliche Lösung, da der Motor "ruckeln" konnte, was zu Verletzungen führen konnte. Im Jahr 1896 begannen Ingenieure, mit verschiedenen Methoden zum mechanischen Anlassen von Motoren zu experimentieren. Ein Beispiel ist das von Karl Benz vorgeschlagene System, bei dem Federn verwendet wurden, die von einer Kurbel angetrieben wurden. Im Jahr 1911 erfand Charles Kettering, ein Ingenieur bei General Motors, den ersten elektrischen Anlasser für Autos. Seine Erfindung wurde erstmals 1912 im Cadillac eingesetzt. Dieser elektrische Anlasser revolutionierte den Automobilbau, da er die Notwendigkeit einer Kurbel überflüssig machte. In den folgenden Jahrzehnten wurden elektrische Anlasser in den meisten Autos zum Standard. Die Anlassertechnologie wurde kontinuierlich weiterentwickelt, wobei Zuverlässigkeit und Leistung verbessert wurden. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden die Anlasser mit der Entwicklung der Automobiltechnik immer fortschrittlicher und zuverlässiger. In den 2000er Jahren wurden Start-Stopp-Systeme eingeführt, um den steigenden Anforderungen an die Kraftstoffeffizienz und die Reduzierung der Emissionen gerecht zu werden. Diese Systeme schalten den Motor automatisch ab, wenn das Fahrzeug anhält (z. B. an einer Ampel), und starten ihn wieder, wenn der Fahrer die Kupplung oder das Gaspedal betätigt. Dies erforderte die Entwicklung von robusteren und schnelleren Anlassern. Heutige Anlasser sind Teil eines komplexeren Energiemanagementsystems für Fahrzeuge. Viele moderne Autos, insbesondere Hybrid- und Elektroautos, verwenden Alternativen wie Elektromotoren als Anlasser.

Lichtmaschinen.

Die Lichtmaschine ist eine Schlüsselkomponente des elektrischen Systems eines Fahrzeugs, die für die Stromversorgung und das Aufladen der Batterie zuständig ist. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden in den ersten Autos Gleichstromgeneratoren verwendet, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelten. Diese waren jedoch weniger effizient und konnten die Batterie bei niedrigen Motordrehzahlen nur begrenzt aufladen. In den 1920er und 1930er Jahren wurden die Gleichstromgeneratoren schrittweise verbessert, aber ihre Effizienz blieb weiterhin ein Problem, insbesondere bei Fahrzeugen mit hohem Stromverbrauch.

In den 1950er Jahren begann man angesichts des steigenden Strombedarfs von Fahrzeugen mit der Erforschung effizienterer Energiequellen. Man begann, Wechselstromgeneratoren in Autos zu testen. Die ersten Serienfahrzeuge mit Lichtmaschinen kamen in den 1960er Jahren auf den Markt. Im Gegensatz zu Generatoren erzeugen Wechselstromgeneratoren einen Wechselstrom, der mit Hilfe von Gleichrichterdioden in Gleichstrom umgewandelt wird, wodurch die Batterie effizienter geladen und die elektrischen Geräte im Fahrzeug mit Strom versorgt werden können.

In den 1970er und 1980er Jahren wurden Lichtmaschinen zur Standardausrüstung der meisten Autos. Es wurden viele konstruktive Verbesserungen vorgenommen, z. B. bessere magnetische Materialien, effizientere Kühlsysteme und präzisere Spannungsregler. Die heutigen Lichtmaschinen sind technologisch viel weiter entwickelt. Sie verwenden Mikroprozessoren zur präzisen Steuerung von Ladespannung und -strom. Durch die Verwendung moderner Materialien wie Neodym-Magneten ist die Lichtmaschine effizienter und kleiner.

Die heutigen Fahrzeuge sind mit intelligenten Energiemanagementsystemen ausgestattet, die die Leistung der Lichtmaschine je nach Betriebsbedingungen optimieren. Diese Systeme können die Lichtmaschine beim Beschleunigen abschalten, um die Motorlast zu verringern und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. In Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden herkömmliche Lichtmaschinen häufig durch ausgefeiltere Lade- und Energiemanagementsysteme ersetzt. Vollelektrische Fahrzeuge benötigen keine herkömmlichen Lichtmaschinen, da ihre Energiesysteme auf großen Traktionsbatterien und fortschrittlichen Energieumwandlungssystemen beruhen.

Aufbau und Funktionsweise.

Starter.

Ein Autoanlasser ist ein komplexes elektromechanisches Gerät, das eine Schlüsselrolle beim Anlassen eines Verbrennungsmotors spielt. Er besteht aus mehreren Grundkomponenten, die zusammenarbeiten, um elektrische Energie in mechanische Bewegung umzuwandeln.

Die Grundkomponente eines Anlassers ist ein Gleichstrom-Elektromotor (DC). Im Inneren des Motors befinden sich Kohlebürsten, die den Kommutator berühren, so dass Strom zu den Rotorwicklungen fließen kann. Der Rotor, der rotierende Teil des Motors, ist von einem Stator umgeben, der Wicklungen oder Permanentmagnete enthält, die ein Magnetfeld erzeugen. Wenn Strom durch die Rotorwicklungen fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt, das mit dem Statorfeld reagiert und den Rotor in Drehung versetzt.

Der Anlasser enthält auch einen Kupplungsmechanismus, den so genannten Bendix, der den Anlasser mit dem Schwungrad des Motors verbindet. Wenn der Anlasser aktiviert wird, bewegt sich der Bendix und greift in das Schwungrad ein, so dass das Drehmoment vom Anlasser auf die Kurbelwelle des Motors übertragen werden kann. Wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird, kuppelt der Blindniet automatisch aus, um Schäden am Anlasser zu vermeiden.

Ein weiteres wichtiges Bauteil ist der elektromagnetische Schalter, der auch als Automatikschalter bezeichnet wird. Er sorgt dafür, dass Strom zum Anlasser fließt und den Kupplungsmechanismus (Bendix) bewegt. Wenn der Fahrer den Zündschlüssel oder -knopf dreht, um den Motor zu starten, fließt Strom von der Batterie zum Solenoid. Dadurch wird in der Spule ein Magnetfeld erzeugt, das einen beweglichen Kern im Inneren der Magnetspule anzieht. Diese Bewegung hat zwei wesentliche Auswirkungen:

1. Die Zugkraft des Kerns bewirkt, dass sich die internen Kontakte schließen. Diese Kontakte wirken wie ein Relais, so dass ein großer Strom von der Batterie zum Anlasser fließen kann. Der Anlasser benötigt eine große Strommenge, um ein ausreichendes Drehmoment zum Drehen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu erzeugen. Das Schließen der Kontakte durch die erregte Magnetspule ermöglicht diesen Stromfluss.
2. Durch die Bewegung des Kerns wird der Bendix-Mechanismus bewegt, der mit dem Schwungrad des Verbrennungsmotors in Eingriff steht. Der Zahnkranz ist mit dem Rotor des Anlassers verbunden. Wenn die Magnetspule den Kern anzieht, fährt der Zahnkranz aus und greift in das Schwungrad ein. Durch dieses Ineinandergreifen wird das Drehmoment vom Anlasser auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors übertragen, so dass dieser anspringt.

Wenn der Verbrennungsmotor gestartet und der Zündschlüssel losgelassen wird, fließt kein Strom mehr durch die Schaltspule. Das Magnetfeld verschwindet und eine Feder zieht den Kern in seine ursprüngliche Position zurück. Dadurch werden die Kontakte getrennt und der Stromfluss zum Anlasser unterbrochen, was dazu führt, dass der Blindgänger vom Schwungrad des Motors abgekoppelt wird.

Das gesamte System ist in einem Startergehäuse untergebracht, das die internen Komponenten vor Schmutz und mechanischen Schäden schützt. Dieses Gehäuse besteht in der Regel aus Metall, um Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen raue Betriebsbedingungen zu gewährleisten.

Lichtmaschine.

Die Lichtmaschine eines Autos besteht aus mehreren Hauptkomponenten, die zusammenarbeiten, um Strom zu erzeugen und die Fahrzeugbatterie zu laden. Zu seiner Konstruktion gehören der Rotor, der Stator, die Gleichrichterdioden, der Spannungsregler und das Gehäuse.

Der Rotor ist die zentrale Komponente des Generators und besteht aus einer Welle, auf der die Wicklungen zu einem Elektromagneten gewickelt sind. Wenn Strom durch die Rotorwicklungen fließt, erzeugt er ein Magnetfeld. Der Rotor dreht sich im Inneren des Stators dank eines Antriebsriemens, der mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist.

Der Stator umgibt den Rotor und besteht aus einem Kern, der aus dünnen Stahlblechschichten und darum gewickelten Wicklungen besteht. Wenn sich der Rotor dreht, kreuzt sein Magnetfeld die Statorwicklungen und induziert in ihnen Wechselstrom (AC).

Gleichrichterdioden sind elektronische Bauteile, die Wechselstrom in Gleichstrom (DC) umwandeln. Eine Lichtmaschine enthält in der Regel einen Satz von sechs Dioden, die zu einem Brückengleichrichter verbunden sind. Diese Dioden lassen den Strom nur in eine Richtung fließen, wodurch Wechselstromschwankungen eliminiert werden und ein konstanter Strom an das elektrische System und die Batterie des Fahrzeugs geliefert wird.

Der Spannungsregler ist ein wichtiges Bauteil, das die Ausgangsspannung der Lichtmaschine steuert. Seine Hauptfunktion besteht darin, unabhängig von der Motordrehzahl und der elektrischen Last eine konstante Ausgangsspannung, in der Regel etwa 14,4 V, aufrechtzuerhalten. Der Spannungsregler überwacht die Ausgangsspannung und passt den Erregerstrom des Rotors entsprechend an, um eine stabile Spannung zu gewährleisten.

Das Gehäuse der Lichtmaschine schützt die inneren Bauteile vor Schmutz und mechanischen Beschädigungen. Es besteht in der Regel aus Aluminium, das für Festigkeit und effiziente Wärmeableitung sorgt. Das Gehäuse verfügt außerdem über Belüftungsöffnungen und einen Lüfter, der die Kühlung der Lichtmaschine während des Betriebs unterstützt.

Wenn der Motor des Fahrzeugs läuft, dreht der Antriebsriemen den Rotor der Lichtmaschine und erzeugt ein Magnetfeld, das in den Statorwicklungen einen Strom induziert. Dieser Strom wird dann durch Dioden gleichgerichtet und durch einen Spannungsregler reguliert, so dass das elektrische System des Fahrzeugs stabil betrieben und die Batterie geladen werden kann.

Regenerationsprozess.

Starter.

Bei der Überholung wird jeder Anlasser in seine Einzelteile zerlegt, die dann gereinigt werden. Alle Teile werden gründlich gereinigt, um Schmutz, Öl, Staub und andere Verunreinigungen zu entfernen. Metallteile können mit Chemikalien oder mechanischen Mitteln wie Sandstrahlen gereinigt werden. Die Reinigung ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die neuen Komponenten in einer sauberen Umgebung ordnungsgemäß funktionieren. Der nächste Schritt ist eine gründliche Bewertung von Verschleiß und Zustand aller Komponenten. Besonderes Augenmerk gilt dabei dem Zustand der Kohlebürsten, des Kommutators, der Lager, der Rotor- und Statorwicklungen sowie des Bendix und des Schaltmagneten. Alle Teile, die beschädigt oder abgenutzt sind oder die für den ordnungsgemäßen Betrieb des Anlassers entscheidend sind, werden durch neue Teile ersetzt. Nach der Montage wird der Anlasser einem Belastungstest unterzogen, bei dem seine Betriebsparameter überprüft werden. Ein angemessenes technologisches Verfahren, hochwertige Ersatzteile und eine abschließende Prüfung der Leistung des Anlassers garantieren seine korrekte Funktion nach dem Einbau in das Fahrzeug.

Lichtmaschine.

Jeder Generator wird im Aufarbeitungsprozess in seine Einzelteile zerlegt, die dann gereinigt werden. Alle Teile werden gründlich gereinigt, um Schmutz, Öl, Staub und andere Verunreinigungen zu entfernen. Metallteile können mit Chemikalien oder mechanischen Mitteln wie Sandstrahlen gereinigt werden. Die Reinigung ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die neuen Komponenten in einer sauberen Umgebung ordnungsgemäß funktionieren. Der nächste Schritt ist eine gründliche Bewertung des Verschleißes und des Zustands aller Komponenten. Abgenutzte oder beschädigte Teile werden durch neue oder überholte Teile ersetzt. Typische zu ersetzende Komponenten sind Kohlebürsten, Schleifringe, Lager und Gleichrichterdioden. Auch der Spannungsregler kann ersetzt werden, wenn er beschädigt ist. Die Gleichrichterdioden und der Spannungsregler werden gründlich getestet, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. Beschädigte Dioden werden ersetzt und der Spannungsregler wird auf eine stabile Ausgangsspannung geprüft. Der zusammengebaute Generator wird auf einem Prüfstand getestet, um seine Funktion zu überprüfen. Dabei werden u. a. die Ausgangsspannung, der Ladestrom und die Stabilität des Betriebs bei verschiedenen Drehzahlen geprüft.

Ursachen und Arten von Schäden.

Symptome, die auf einen defekten Anlasser hinweisen können:

1. Keine Reaktion auf Drehen des Schlüssels oder Drücken der Starttaste.
2. Zu niedrige Anlasserdrehzahl, der Anlasser "dreht" sich langsamer als üblich.
3. Geräusche während des Anlasserbetriebs.
4. Probleme beim Anlassen eines warmgelaufenen Motors.
5. Unregelmäßige Leistung - manchmal funktioniert es, manchmal nicht.

Die häufigsten Fehler beim Anlasser sind:

1. Verschmutzung.
2. Überspannungen.
3. Beschädigung oder Verschleiß von mechanischen Teilen.
4. Beschädigung oder Verschleiß elektrischer Komponenten.
5. Korrosion.
6. Überhitzung.

Symptome, die auf eine defekte Lichtmaschine hinweisen können:

1. Aufleuchten der Ladekontrollleuchte auf dem Armaturenbrett.
2. Ungewöhnliche Geräusche aus dem Motorraum.
3. Spannungsspitzen im System - Verdunkelung der Lichter, Probleme mit dem Betrieb von Geräten wie dem Radio oder der Navigation.
4. Schwierigkeiten beim Anlassen des Motors aufgrund einer unzureichenden oder fehlenden Batterieladung.

Die häufigsten Fehler der Lichtmaschine sind:

1. Verschmutzung.
2. Korrosion.
3. Beschädigung oder Verschleiß von mechanischen Teilen.
4. Beschädigung oder Verschleiß elektrischer Komponenten.
5. Überspannungen.