Lichtmaschine verschmort

  • Hallo,
    ich brauche Rat bei folgendem Problem:
    Motorrad- Drehstromlichtmaschine mit Leistung 430 W. Defekt nach Spannungsabfall der Ladespannung und Erneuerung im letzten Jahr des Lima- Stators mit Wicklungen. Gleichzeitig Erzatz des Ladereglers und der AGM -Batterie durch Gelbatterie Exide Marathon L12V15 , angebllich besonders hochstromfähige Batterie. Nach 15 000 km dieses Jahr das Gleiche: Abfall der Ladespannung und verkohlte Wicklungen des Lichtmaschinenstators.


    Im Forum des Motorrades ist das Problem bekannt. Dort herrscht die Meinung, durch zu starke Verbraucher (Zusatzbeleuchtung und Griffheizung) wird die Lima überlastet. Abhilfe schaffe eine geänderte Verkabelung, damit sämtliche Stromabnehmer sich ausschließlich über die Batterie bedienen und nicht direkt an der Lima. Diesen Umbau habe ich auch leztes Jahr ausgeführt, zusätzlich alle Kontakte überprüft und teilweise Masseanschlüsse mit völlig überdimensinierten vergoldeten Bauteilen aus der Hifi- Abteilung umgebaut.
    Alles mit oben genannten Erfolg.


    Meine Recherchen haben nun Folgendes ergeben: Drehstromlimas liefern immer den gleichen drehzahlabhängigen Strom, egal was als Verbraucher dranhängt. Der Tipp im Motorradforum ist daher unnütz.Der Kabelumbau wird zudem als Parallelverschaltung ausgeführt (um nicht wirklich etwas kaputt zu machen :-)), wobei natürlich der Strom nach wie vor den Weg des geringsten Wiederstandes nimmt.


    Der Regler des Motorrades funktinioniert erstens als Diodengleichrichter um aus dem dreiphasigen Stromsalat Gleichstrom herzustellen und zweitens als Hochspannungskurzschliesser, der Spannungen hoher Drehzahlen in die Phasen der Lichtmaschine selbst kurzschliesst. Und da liegt meiner Meinung nach der Hase begraben. Dieses Hochspannungskurzdschliessen in die Lima zurück erwärmt nicht nur den Regler, sondern vor allem die Lima selbst und führt vermutlich zum Selbstgrillen der Lima. Nun war das sicherlich von Entwicklern nicht so gedacht. Es muss weitere Ursachen geben. Meine Vermutung ist die neue Batterie, die zwar besonders teuer aber villeicht bauartbedingt (Gel) einen zu hohen Innenwiderstand hat und zusätzlich einen Schutz vor zu hoher Ladespannung (gasungsladung) besitzt und deshalb Ladeströme hoher Drehzahlen nicht aufnehmen kann.


    Mein neuer Lösungsansatz: neuer Stator für die Lima und Einbau einer Billig- Batterie: Klassische "offene" Nassbatterie, kaum noch zu bekommen. Die hat zwar nur 11 Ah statt die empfohlenen 12 Ah und man baut sich damit eine Knallgasfafrik unter den Hintern, aber die verträgt wenigstens die auftretenden Ströme.


    Meine Frage: Ich verbaue jetzt wiederholt einen Stator aus dem Zubehörhandel, der nur ein Drittel des originalen Stators kostet. Mich interessiert natürlich, ob ich mit meiner obigen Ursachenforschung auf der richtigen Fährte bin oder ob vielleicht die mindere Qualität der verbauten Statoren meine Laune am Motorradfahren trübt. Die Qualität der Wicklungen und vor allem des verwendeten Isolierlackes / -harzes soll ja sehr entscheidendend für die Temperaturfestigkeit sein.
    Eine Frage dazu: Sind die drei Phasen der Drehstromlima gleichwertig? d.h. egal wie an den Regler angeschlossen, oder gibt es da Vorschriften? Die Farbkennungen der Kabel passen nicht zwischen Original und Ersatzteil.
    Weiterhin: Gibt es eine Möglichkeit, zwischen Regler und Lima eine Art spannungsabhängigen Drehstrohmverbraucher zu installieren?


    Interressiert es den Regler eigentlich, welche Spannung die Batterie aufnehmen kann ? Ich habe irgendwo gelesen, dass der die Ladespannung einfach kappt, ohne eine Spannungsverträglichkeit der Batterie zu messen.


    Wenn ein Konstruktionsfehler vorliegt, was die diversen Beiträge zu diesem Thema im entsprechenden Forum nahelegen, dann passt der Regler nicht zur Lichtmaschine, weil zuviel Kurzschlussregelung die Lima grillt.


    Für eine Antwort wäre ich sehr dankbar.


    Joachim Nolte

  • Hallo Herr Nolte,


    so wie ich Sie verstanden habe, handelt es sich bei Ihrer Lima nicht im eigentlichen Sinne um eine Drehstrom-, sondern um eine Abart einer permanenterregten Wechselstrom-Lichtmaschine. Besonderes Kennzeichen einer KFZ-Drehstrom-Lichtmaschine ist, daß der Regler über einen kleinen Vorerregungsstrom das Magnetfeld der Rotorwicklung verändert und darüber die (viel höhere) Ausgangsleistung der Statorwicklung regelt. Sie erklären aber, Ihr Regler besitzt Gleichrichterdioden und würde einzelne Phasen kurzschließen, um die Leistungsabgabe zu regeln. Er arbeitet abweichend zu dem Prinzip der Drehstrom-Lichtmaschine also im Lastkreis. Solche Regler laufen unter dem Synonym "Thyristorregler" und werden zur Regelung permanenterregter Wechselstromlichtmaschinen verwendet, wie sie häufig in Zweirädern verwendet werden. Hier dreht sich üblicherweise ein Polrad mit Permanentmagneten um eine Anzahl von Wicklungen, die um Eisenkerne gewickelt sind. Besonderer Vorzug solcher Lichtmaschinen ist der geringe Herstellungspreis, was diesen Typen auch zu einer sehr weiten Verbreitung in Mopeds, Rollern und Rasentreckern verholfen hat.


    Diese Art der Regelung ist in der Tat störanfällig, weil einerseits die Regler oft defekt werden und andererseits auch die Statorwicklungen häufig verschmoren. Beides ist die Folge (zu) hoher Energiedichten an bestimmten Stellen in Regler und Wicklung und diese hohen Energiedichten, die zur Erhitzung einzelner Teile (Thyristoren, Dioden und Wicklungen) führen, sind hier leider prinzipbedingt. Sie können also Ihre Verbraucher verdrahten wie Sie wollen, am grundsätzlichen Problem partiell (zu) hoher Temperaturen an Limaspulen und Regler ändert das leider nichts. Das einzige, was hier Erfolg verspricht, sind verringerte Temperaturen an den ausfallträchtigen Teilen, z.B. durch verbesserte Kühlung der hochbelasteten Komponenten, beispielsweise durch verstärkte Zuführung von Kühlluft, Verbesserung der Wärmeableitung vom Regler über Aluminium- oder Kupfer-Kühlkörper usw.


    Auch verminderte Motordrehzahlen können helfen, die in und von den Statorspulen erzeugte Energiemenge zu verringen, was dann auch eine geringere Erwärmung derselben zur Folge hätte. Denn die Leistungserzeugung erfolgt hier etwa linear mit der Drehzahl. Wird die erzeugte Leistung dann von der Bordelektrik nicht aufgenommen, beginnt der Regler bei Überschreiten der Nennspannung einzelne Phasen kurzzuschließen und so weitere Energieeinspeisung ins Bordnetz zu verhindern. Der zeitweilige gewollte Kurzschluß "verbrät" dann überschüssige Leistung unmittelbar in Wärme. Bei diesem Vorgang kommt es dann gehäuft zu den geschilderten Defekten: Durch thermische Überlastung kurzgeschlossene Regler-Dioden und/oder -Thyristoren, bzw. verbrannte Statorspulen (Lackisolierung verbrennt partiell, es bilden sich einzelne kurzgeschlossene Windungen, durch die dann vermehrt dauerhaft auftretende Wärme verbrennt dann schnell die ganze Spule).


    Der Austausch der Batterie gegen eine anderen Typs birngt hier keine Heilung. Alles was Sie machen können, ist, den Motor mit eher geringen Drehzahlen zu betreiben und den Regler auf diese Weise so arbeitslos wie möglich machen, in dem Sie z.B. immer mit Licht fahren und der Lichtmaschine möglichst viel Strom abzunehmen. Denn wenn der Regler selbst nicht aktiv werden muß, schließt er auch keine Wicklungen mehr kurz, um überschüssigen Strom in Wärme zu verbraten, was den Wärmehaushalt von Lichtmaschine und Regler in einen günstigeren Bereich bringt (beide laufen kühler). Daß hier des Pudels Kern begraben liegt, haben Sie ja auch völlig richtig selbst erkannt. Eigentlich ist dieses Reglerprinzip aber kaum geeignet, um jahrzehntelang problemlos zu funktionieren, denn die Ursachen der Defekte sind nun mal prinzipbedingt.


    Noch dieses zur "Spannungsaufnahmekapazität" eines Bleiakkus: Sowas gibt es natürlich nicht. Bleiakkus besitzen bestimmten Betriebs-Parameter, die u.a. auch den Bereich der zulässigen Ladespannung definieren. Dieser Bereich ist vom Lade-/Entladeschema und der Temperatur abhängig und liegt bei 12V-Bleiakkus so etwa zwischen 13,5 und 14,8V.


    Wenn ich so einen Problemfall besäße, dann würde ich mir von einer Marken-Werkstatt Lichtmaschine, Regler und Batterie ersetzen lassen und bei einem erneuten Defekt innerhalb der 24 monatigen Sachmängelhaftungsfrist kostenlosen Ersatz fordern. Oder einen Regler verwenden, der den überschüssigen Strom ohne Defektanfälligkeit problemlos in Wärme umsetzen kann, wie beispielsweise der MicroCharge-Überladeschutz (der kann aber nur 50W umsetzen, müsste also größer ausgeführt werden).


    Viele Grüße!


    Thomas Rücker

  • Hallo Herr Rückker,


    vielen Dank für die schnelle und kompetente Antwort.


    Da hilft dann wohl erst mal nur alle Verbraucher einzuschalten, wenn mit hohen Drehzahlen gefahren wird.


    Der Überspannungsschutz den Sie erwähnen, würde der zwischen Lima und Regler geschaltet ? Und würde der auch - bei angemessener Positionierung und Wärmrableitung- auch mit einer derartigen Lima (drehender Permanentmagnet) funktionieren, bzw. helfen ?


    Mein Rasentraktor ist eine Triumph Tiger 955i, Bj. 2002, (in grün !), Auf Drehzahlen zu verzichten fiele mir schwer.


    Grüße und nochmals Danke


    Joachim Nolte

  • Der Überladeschutz wird einfach zwischen Plus und Minus, also sinngemäß parallel zur Batterie geschaltet. Sobald die Spannung über 14,2V hinaus ansteigt, beginnen Leistungstransistoren im Überladeschutz leitend zu werden und zwar genau so viel, daß die überschüssige Leistung, die andernfalls zum weiteren ansteigen der Spannung führen würde, in Wärme umgewandelt wird. Dieser Überladeschutz ist genau für diese Art von Lichtmaschinen entwickelt worden. Nur daß die bei Ihrem "Rasentrecker" anfallenden Leistungen eben deutlich höher sind. Hier müsste man also einen Überladeschutz haben, der über einen deutlich größeren Kühlkörper verfügt, um die vermehrte Wärme sicher abzugeben. Das wäre auch kein Problem, so etwas könnte ich für Sie anfertigen. Stellt sich nur die Frage, welche Kühlkörper-Abmessungen Sie unterbringen können und wo man das Teil dann anbaut. Es muß auf jeden Fall ein gut belüfteter Ort sein. Notfalls könnte man auch eine Kühlkörper-Lüfter-Kombination verwenden, nur sind die bekannten 12V-Lüfter, wie man sie aus dem PC-Bereich her kennt, nicht gerade für Außenbereiche und Wind und Wetter geeignet. Da wird also noch etwas Arbeit nötig sein. Aber das Prinzip ist m.E. viel besser geeignet, um solche Limas zu regeln, da hier keine Überlastungen mehr auftreten und dementsprechend auch keine Defekte mehr. Zudem ist die Spannung sehr viel konstanter, als mit den bekannten Thyristor-Kurzschluss-Reglern.


    Viele Grüße!


    Thomas Rücker

  • Ist nicht so leicht pauschal zu sagen, weil ich nicht weiß, welche Leistung denn permanent abgeführt werden muß. Da es aber logisch ist, daß bei länger anliegender Volllast auch eine entsprechende Fahrgeschwindigkeit vorhanden ist, sollten so etwa 100 bis 150cm² Kühlkörperfläche, die im Fahrtwind liegen, ausreichend sein. Gut möglich, daß auch deutlich weniger ausreicht. Man müsste halt mal messen, wie viel Leistung wirklich zu "vernichten" wäre. Die Form des Kühlkörpers ist letztlich egal, da würde ich mal schauen, welcher Montageort sich anbietet und dann danach einen passenden Kühlkörper aussuchen.


    Viele Grüße!


    Thomas Rücker

  • Hallo,


    ich muss erst einmal den Stator wechseln und danach die auftretenden Ladespannungen messen. Ich meine mich erinnern zu können, dass ich nach Einbau des letzten Stators maximale Spannungen von 13,8 V gemessen habe. Dann wäre ein Überspannungsschutz, der ab 14,0 Volt einsetzt, nicht sinnvoll, da der Regler anscheinend früher kurzschließt. Ich habe ja noch den alten originalen Regler, ich werde beide mal testen. Den Stator zu wechseln wird bis Ende der Woche dauern, da ich diesen erst am Mittwoch bekomme. Werde mich nach Abschluss der Arbeiten wieder melden.


    Gruß
    Joachim Nolte

  • Der Überladeschutz wird dem alten Regler nicht parallel geschaltet, sondern er ersetzt ihn komplett. Man muß dann nur die Gleichrichterdioden des alten Reglers durch externe Dioden ersetzen.


    Viele Grüße!


    Thomas Rücker

  • dann liegt aber die gesamte Bordelektronik "in den Händen" des Überspannungsschutzes. Wenn dieser einen Defekt erleidet, raucht wahrscheinlich mein Motormanagement samt zentraler Prozessoreinheit ab. Das stellt für mich als potentiellen Käufer eines Neuproduktes ein hohes Risiko dar. Ich habe grundsätzlich ja keine Ahnung, wie zuverlässig der Überspannungsschutz ist.


    Dann wäre da noch der "einfache" Ersatz der Thyristoren zur Gleichrichtung. Die sind ja derzeit im Regler integriert. Müssen die nicht geregelt werden (es verlassen drei Phasen die Lima) ?


    joachim Nolte

  • Da raucht nichts ab, solange die Batterie angeschlossen bleibt. Für eine doppelte Ausfallsicherheit des Lichtmaschinenreglers dürfte es bei einem Motorrad keine Notwendigkeit geben. Im schlimmsten Fall eines Defekts würde die Batterie überladen, aber das riecht man schon. Mit Blick auf die notorisch unzuverlässige bisherige Lösung dürfte so ziemlich alles andere bereits eine merkliche Verbesserung darstellen... ^^


    Die Thyristoren des alten Reglers brauchen Sie nicht (Sie wollen ja eben nicht mehr über den Thyristorregler regeln, sondern nur gleichrichten). Statt dessen werden handelsübliche Gleichrichterdioden eingesetzt, um die Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln. Diese wird dann direkt in die Batterie eingespeist und vom Überladeschutz begrenzt.


    Aber damit das klar ist: Ich will Ihnen hier nichts verkaufen, sondern tue nur meine Meinung kund. Wie erwähnt würde ich an Ihrer Stelle 100% Original-Equipment einbauen lassen und die nächsten zwei Jahre dann den Hersteller mit Reklamationen wegen der dauernd abgebrannten Teile nerven.


    Viele Grüße!


    Thomas Rücker

  • Ein Shuntregler würde im Vergleich zur Thyristor Crowbar vielfach mehr Wärme verbraten, das wäre völlig sinnlos! Permanenterregte Wechselstromgeneratoren arbeiten ähnlich wie Konstantstromquellen, deren Kurzschlußstrom (auch Blindstrom) nur unwesentlich höher als der Betriebsstrom ist. Manche permanenterregte Drehstromgeneratoren wurden zwar produziert, aber vorher überhaupt nicht wirklich durchkonstruiert und da liegt das Problem!


    Die Limawicklungen müssen unbedingt so niederohmig ausgelegt sein, daß sie deren Blindleistungen im Dauerkurzschlußbetrieb thermisch ausreichend ableiten können. Würde man bei höheren Motordrehzahlen die Last vom Generator wegnehmen, verursacht das schneiden der Feldlinien im Polrad eine enorme Hitzeentwicklung. In jedem Fall wird schon ab ca. 6000 Upm mehr Antriebsleistung für einen permanenterregten leerlaufenden Generator benötigt, als wenn die Generatorwicklungen kurzgeschlossen werden!


    Fazit: Schwerer Konstruktionsehler, nur das schwächen der Magneten könnte dauerhafte Abhilfe schaffen, was auch manche Hersteller nach jahrelangen Problemen am Ende an Ersatzpolrädern machen.

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