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Der Drehstromgenerator

Hier wird oberflächlich die Funktion der Lichtmaschine und Regelung erklärt, wie sie im murena Verwendung findet. Die physikalischen Zusammenhäge wie elektrische Induktion werden nicht erklärt und sollten bei Interesse aus Fachbüchern entnommen werden.

mechanischer Aufbau

Die Lichtmaschine besteht aus einem Läufer (Klauenpolläufer), in dem sich die Erregerspule befindet. Die Anschlüsse der Erregerspule sind mit den beiden Schleifringen verbunden, auf denen die Bürsten (landläufig auch als Kohlen bezeichnet) laufen. Dies ist neben den Lagern das einzige echte Verschleißteil einer Lichtmaschine. Wer noch aus dem Physikunterricht die "Rechte Hand Regel" für die elektrische Induktion kennt, sieht daß die Erregerspule ein Magnetfeld entlang der Klauen im Läufer erzeugt, das immer an den Stator- oder Ständerwicklungen vorbeiläuft und dadurch eine Spannung erzeugt.
Um eine möglichst gleichmäße Spannung ohne Siebaufwand zu erreichen (z.B. mit Elkos oder Caps, was in Zukunft aber bei den neuen 42 Volt Boardspannungssystemen der Fall sein wird), baut man drei um 120° verdrehte Wicklungen in den Stator ein, was auch eine so verschobene Spannungserzeugung ergibt, wenn man diese über den Wellendrehwinkel aufträgt. Diese drei Wicklungen werden über Dioden auf der Gleichrichterplatte (die wirklich viel Strom aushalten müssen) gleichgerichtet, womit eine pulsierende Gleichspannung nach dem unteren Bild entsteht. Man hat also eigentlich einen Drehstromgenerator mit integriertem Gleichrichter.
Die Spannungsregelung bei wechselnder Drehzahl und Last übernimmt der Regler, der aber nicht wirklich die großen Leistungen zu verarbeiten hat. Bei sich ändernder Spannung am Stator regelt er lediglich die Erregerspannung im Läufer so nach, daß die Ausgangsspannung nahezu konstant bleibt. Darum gibt es auf der Gleichrichterplatte Leistungs- und Erregerdioden. Das ist auch deshalb nötig, da die Leistungsdioden eine größere Durchbruchspannung haben.

Die drei Statorwicklungen werden auch mit U, V und W bezeichnet, im rechten Bild ist deren Spannungsverlauf über den Drehwinkel der Lichtmaschine aufgezeichnet (die durchgezogenen Linien, die auch in den negativen Bereich gehen).
Durch den Gleichrichter erzeugt man den gestrichelten Spannungsverlauf. Das Diodennetzwerk ist so verschalten, daß aus der im Vorzeichen wechselnden Spannung eine pulsierende Gleichspannung herauskommt. In der Summe ist dann der Verlauf der oberen Linie "I-" zu sehen.

Umrüstungen

Auch hier gibt es einiges zu bemängeln. Durch die schlechte Zugäglichkeite der Lichtmaschine ist das Spannen sehr schwierig. Ich ersetze das Blech durch eine Koppelstange mit zwei Unibalgelenken. Aufgebaut ist diese aus einem Links- einem Rechtsgewinde und einer Kontermutter, die Koppelstange ist aus VA, die Unibalgelenke aus verzinktem Stahl. Damit ist ein einhändiges Riemen-Spannen möglich. Nur für das Anziehen einer Kontermutter ist ein 13'er Gabelschlüssel nötig.

Leider komme ich auch hier nicht zügig voran. Beim ausserhalb des Motorraumes aufgebauten Motor ist nach der Riemenmontage deutlich zu erkennen, dass die von der Firma Simon Automobile gelieferte Lichtmaschine überhaupt nicht korrekt montiert ist. Der Riemen läuft mit einem Versatz von über 7mm! Natürlich toleriert dieser dies, nur wie lange, so ist das nicht vorgesehen. Die passenden Adapterringe habe ich aus VA gedreht, im Bild oben schon montiert. Ausserdem empfehle ich wie bei der Wasserpumpe Lichtmaschinen lieber an Spezialfirmen zur Aufbereitung zu schicken (siehe Oldtimerzeitung).

Beim Testen des Motors hatte sich auch ein Kabel im Versuchsaufbau des Instrumentenbrettes gelöst und schon wieder war der LIMA Regler hin. Also Ladekontrolleuchte ging überhaupt nicht. Also beim KFZ Handel einen Neuen besorgt (diesmal nur mit Anschluss für die Ladekontrolleuchte, der linke Kontakt im Bild) und bei der Gelegenheit noch mal den LIMA Halter raus. Die LIMA montiert, Riemen gespannt und schon wieder kippt die LIMA so stark zur Seite, dass der Riemen schräg läuft. Der Haltewinkel hat eine Bohrung von ca. 11mm, Befestigung mit M10 Schraube und im LIMA Gehäse ein 10,4mm Loch. Wie soll das gerade bleiben, also alle Bohrungen auf 11mm aufgebohrt (auf der Deckel Fräsmaschine, keinen China Wackel-Bohrständer) und eine VA Passchraube selber gedreht und auf wenige 1/100mm Spiel angepasst.

Dann neuen LIMA Regler montiert und Motortest. Diesmal leuchtet die Ladekontrolleuchte ging aber nie aus, außerdem funktionierte die LIMA nicht. Genauere Kontrolle: die Dioden für die Erregerwicklung waren hin. Also Diodenplatte hin, nicht zu vergessen, als ich den Murena gekauft hatte, war die LIMA schon defekt, diese hatte gerade mal 1000km auf dem Buckel!
Nun fliegt dieser LIMA Typ endgültig raus, nachdem drei moderne LIMA's ohnehin schon rumliegen...

Außerdem gibt es keinen Grund mehr, einen neuen Regler zu kaufen. Man kann das Originalgehäuse leicht öffnen und die defekte Elektronik entfernen. Dann eine Schaltung nach diesem Vorbild aufbauen und in das Kühlkörpergeäuse einkleben. Diese Schaltung ist bestimmt leistungsfähiger und elektrisch unempfindlicher, wie das kostenoptimierte Gelump, was man aus den Regalen der Autohersteller bekommt... Zu sehen an der Schutzdiode D2, die vermutlich bei allen Serien Reglern eingespart werden. Abgesehen davon ist der Diodensatz der Murena LIMA für die Erregerwicklung auf der Gleichrichterplatte Schrott und geht sehr leicht kaputt.

Ersatzteile:
Der Riemen ist kein Matra Sonderteil, dass bei Spezialhändlern geordert werden muss, sondern ein Norm SPZ Riemen:
SPZ 1, die es in unterschiedlichen Wirklängen gibt.

Ausblick: 42V Start-Generatoren

Durch die steigende Zahl der elektrischen Verbraucher und sinnvollerweise der Entkopplung mancher Aggregate vom Motor, (z. B. Servolenkung und Bremsanlage) ist der Strombedarf in einem aktuellen KFZ relativ hoch. Es kann schon ein Spritverbrauch von 2l/100km alleine auf die Erzeugung der elektrischen Energie für die Nebenaggrregate nötig sein, ganz zu schweigen von den Verlusten in den Zahnriemen der Servopumpe und Lichtmaschine. Somit ist der Spannungsabfall in den "teuren" Kupferkablen sehr hoch. Um diese Verluste zu verringern, bedient man sich des gleichen Wissens wie es seit Jahrzenten bei Überlandleitungen angewendet wird, man erhöht die Spannung.
Das ist noch nicht alles: links sieht man die Schwungscheibe eines Motors mit dem Startgenerator. Die 42V Technik enthält ein komplett neues elektrisches System mit sehr vielen Vorteilen:

• Hier entfällt nicht nur der Zahnriemen der Lima, sondern auch der Elektrostarter mit seinen verschleißanfälligen Zahnrädern und Freilauf. Der Motor wird beim Starten auf Leerlaufdrehzahl hochgedreht, womit eine sichere Durchschmierung auch bei "Nichtanspringen" gesichert ist. Der Motor springt auch besser an, damit kann nun endlich die Start-Stop Automatik im Stadtverkehr in Serie gehen. Es gibt auch keine lästigen, metallischen Startgeräusche mehr.
• Der Generator kann bis zu 8kW elektrische Leistung bei 80% Wirkungsgrad erzeugen, bei den bisherigen Lichtmaschinen waren es maximal 1.5kW mit 70% Wirkungsgrad und 30% bei hohen Drehzahlen!
• Der Startgenerator unterstützt beim Anfahren als "Elektromtor" den Verbrennungsmotor mit ca. 15 kW zusätzlicher Leistung. Der Elektromotor hat hierzu die optimale Drehmomentkennlinie (am höchsten bei Stillstand, sinkt kontinuierlich mit steigender Drehzahl), die subjektiv mit 5-10x stärkeren Verbrennungsmotoren beim Anfahren verglichen werden muß. Gerade die im Drehzahlbereich bis 1200 1/min extrem unwirtschaftlichen Dieselmotoren (!!!) können davon nochmals profitieren. Der Spritverbrauch in der Stadt wird nochmals reduziert.
• Die Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors wird ausgeglichen, damit können die Schwungmassen reduziert werden und ein 4 Zylinder 4-Takt Motor soll die Laufruhe eines 8 Zylinders erreichen.

Man sieht, was die böse Elektronik alles für Chancen bringt. Es handelt sich also um ein komplett neues elektrisches KFZ Boardspannungsnetz und Regelung. Viele Nebenaggregate, die heute den Motor umlagern, können entfallen und schaffen wieder etwas mehr Platz und eine bessere Wartbarkeit. Die ersten Vorserienfahrzeuge sind bereits im Einsatz, nur bei extrem hohen Temperaturen liegen noch Probleme vor. Siemens will schon ab Frühjahr 2002 die ersten Exemplare ausliefern, es ist wohl ab 2003 mit den ersten Serienfahrzeugen zu rechnen.

Wie ich von Mitarbeitern erfahren habe, die schon die ersten straßentauglichen Prototypen kennengelernt haben, fahren sich die Fahrzeuge übrigens ganz hervorragend, also wesentlich ruhiger und elastischer als die jetzt üblichen PKW. Gerade die Ausführungen mit wenig Hubraum und Zylinder werden enorm profitieren und deutlich weniger Benzin verbrauchen, auch wenn dies heute keinen mehr interessiert.

Update 2007: inzwischen wurde aufgrund politischer Spielchen von Managern diese Technologie totgelegt und dabei Steuergelder vernichtet. Der Umzug der Firma von LL nach B (interessiert Leser können hiermit herausfinden, um welchen Saftladen es sich handelt, dessen Produkte zu boykotieren sind.
Hinweis: auch keine Reifen deutscher Hersteller kaufen!) hat doch die meisten Mitarbeiter vergrault und da Manager keine Produkte herstellen können, auch wenn diese bereits serienreif sind, ist die Serienproduktion durch Know How Verlust fehlgeschlagen und nun nicht mehr möglich.

Update 2008: Die Unfähigkeit der Manager dieser AG und die wenig sinnvolle Geschäftspolitik der kurzfrisitigen AG Geschäftsgebaren zeigt sich in 2008 durch die finanziellen Probleme und Übernahmegerüchte durch eine Gesellschaft in Privathand ;-). Jeder kennt die turbulenten Geschichten.

Update 2018: Durch den Druck der Hybrid- und E-KFZ auf die konventionellen Verbrennungsmotoren versuchen die Konzerne nun doch wieder mit der 42V Technik den Verbrenner aufzupeppen, aber der Zug ist nun abgefahren, der reine E Antrieb ist nun im Kommen und die (aufgepeppten) Verbrenner werden langfristig aussterben.