Als Lichtmaschine (kurz: Lima) bezeichnet man beim Automobil den Stromerzeuger, der die elektrischen Geräte an Bord eines Autos mit Strom versorgt und die Autobatterie auflädt. Es handelt sich um einen elektrischen Generator.
Mechanischer Antrieb
Die Lichtmaschine wird mit einem Riementrieb (z.B. Keil- oder Flachriemen) vom laufenden Motor als Nebenaggregat mit angetrieben. Nur bei sich drehender Lichtmaschine kann ein Strom an die Autobatterie und den angeschlossenen Verbrauchern bereitgestellt werden. Die bereitzustellende elektrische Leistung folgt synchron mit der erforderlichen Leistung. Sie ist gleich der bereitzustellenden mechanischen Leistung und wirkt als bremsendes Drehmoment auf den Motor.
Bei kleinen Lichtmaschinen-Drehzahlen (Motor im Leerlauf) ist die elektrisch abgebbare Leistung begrenzt, d.h. kleiner als die theoretisch mögliche Leistung. Wird mehr elektrische Leistung gefordert, muss die Differenz der Bleiakku als Puffer bereitstellen.
Arten von Lichtmaschinen
Gleichstromgenerator
Früher waren die Lichtmaschinen Gleichstromgeneratoren, die aber den Nachteil hatten, erst bei höherer Drehzahl einen nennenswerten elektrischen Strom zu produzieren. Das führte vor allem im winterlichen Betrieb in der Stadt häufig wegen der niedrigen Drehzahlen der Lichtmaschine und voller Wagenbeleuchtung und der elektrisch heizbaren Heckscheibe zu entladenen Starterakkus. Darüber hinaus wurden die elektrischen Verbraucher im Auto über die Jahre immer vielfältiger und brauchten mehr elektrischen Strom.
Drehstromgenerator
Seit den 1970er Jahren werden Drehstromgeneratoren verwendet, die schon bei der Leerlaufdrehzahl des Motors einen nennenswerten elektrischen Strom liefern und wesentlich kleiner als die Gleichstromlichtmaschine gebaut werden können. Der erzeugte 3-Phasen-Drehstrom wird durch Hochleistungs-Halbleiterdioden in Gleichstrom umgewandelt. Die so genannte Diodenplatte ist in der Lichtmaschine integriert.
Aktuelle Drehstromlichtmaschinen sind durch Hauptstromzenerdioden vor gefährlichen Überspannungen intern geschützt und damit für einen Betrieb ohne Batterie geeignet.
Bleiakku als Referenz
Im Gegensatz zu den Gleichstromlichtmaschinen mussten früher Drehstromlichtmaschinen immer an eine Batterie angeschlossen sein. Diese Drehstromlichtmaschinen benötigten den Bleiakku immer als Referenz einer stabilen Spannung mit geringen Innenwiderstand, damit die Halbleiter-Sperrschicht der Gleichrichterdioden nicht durch Überspannung "Durchschlagen" und damit unbrauchbar wurden. Wichtig ist daher auch eine sichere elektrische Verbindung zwischen der Lichtmaschine und dem Bleiakku. Schon korrodierte Anschlüsse führten häufig zu Ausfällen von Gleichrichterdioden.
Abgabeleistung
Die mögliche Abgabeleistung der Lichtmaschinen von üblichen PKW liegt bei (2 ... 3) kW. Bei 14 Volt Bordspannung fließt somit ein elektrischer Strom von bis zu (I=P/U = 3000W/14V) 215 Ampere.
Regler
Da die Spannung eines Generators stark mit der Drehzahl und der angeschalteten Last schwankt und diese Schwankungen beispielsweise zu starken Helligkeitsschwankungen der Scheinwerfer oder zu unzureichender oder zu starker Ladung der Batterie führen würden, ist es notwendig, diese Schwankungen mit einem Generatorregler auszugleichen.
Regler für Drehstrom-Lichtmaschinen
Dazu wird bei Drehstrom-Lichtmaschinen das elektrisch erzeugte Magnetfeld des Lichtmaschinen-Rotors durch einen üblicherweise auf der Antriebsseite entgegengesetzten Seite angebauter integrierter Schaltkreis, den elektronischen Laderegler, beeinflusst. Durch diesen Laderegler wird auch der maximal mögliche Ladestrom als auch die Maximalspannung limitiert. Der so genannte Erregerstrom wird über Schleifringe dem Rotor-Elektromagnet zugeführt.
Die vom Stator gleichgerichtet abgegebene Ist-Spannung mit einer internen, stabilen Referenzspannung verglichen und entsprechend die Stärke des Magnetfeldes durch mehr oder weniger Stromfluss nachgeregelt.
Regler für Gleichstrom-Lichtmaschinen
Diese elektromechanische Regler beeinflussen das Magnetfeld des Stators und in Neukonstruktionen nicht mehr gebräuchlich. Eine Beschreibung ist unter den Weblinks zu finden.
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