Lichtmaschine I Generator im Oldtimer Traktor

Eine Gleichstromlichtmaschine (auch DC-Generator genannt) ist ein elektrisches Gerät, das mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, wobei der erzeugte Strom als Gleichstrom (DC) bereitgestellt wird. Diese Maschinen wurden in der Vergangenheit häufig in Fahrzeugen, landwirtschaftlichen Maschinen und kleineren elektrischen Anlagen verwendet, bevor sie von effizienteren Wechselstromlichtmaschinen (Alternatoren) abgelöst wurden.

Wir wollen Ihnen die einzelnen Komponenten einer Gleichstrom-Lichtmaschine hier einmal näher bringen.

Grundlegende Beschreibung der Gleichstromlichtmaschine

  1. Erzeugung des Magnetfelds
    Durch die Erregerwicklung des Stators fließt ein geringer Strom, der ein Magnetfeld erzeugt.
  2. Induktion
    Der Rotor wird mechanisch (z. B. durch einen Motor oder eine Kurbelwelle) in Rotation versetzt, wodurch die Kupferwicklungen des Rotors das Magnetfeld durchqueren.
  3. Stromerzeugung
    Durch die Bewegung der Rotorwicklungen im Magnetfeld wird ein Wechselstrom (AC) induziert.
  4. Gleichrichtung
    Der Kommutator sorgt dafür, dass der erzeugte Strom an den Bürsten als Gleichstrom ausgegeben wird, indem er die Polarität des Wechselstroms mechanisch umkehrt.
  5. Stabilisierung
    Der Regler überwacht die Ausgangsspannung und passt den Strom durch die Erregerwicklungen an, um eine konstante Ausgangsspannung zu gewährleisten.

Vorteile

  • Robuster Aufbau
  • Geeignet für Anwendungen, die eine Gleichstromversorgung erfordern.

Nachteile

  • Niedriger Wirkungsgrad im Vergleich zu Wechselstromlichtmaschinen.
  • Höherer Wartungsaufwand aufgrund der Bürsten und des Kommutators.
  • Begrenzte Lebensdauer der mechanischen Kontakte.
Die Gleichstromlichtmaschine bleibt ein faszinierendes Beispiel für klassische Ingenieurskunst und Elektrotechnik.

Gleichstrom Anker - Lichtmaschine

Rotor (Anker)

  • Funktion Der Anker ist mechanisch mit einem Motor oder einer anderen drehenden Quelle verbunden. Wenn der Anker sich dreht, durchqueren die Kupferdrahtwicklungen ein Magnetfeld. Diese Bewegung erzeugt einen elektrischen Strom in den Drahtwicklungen, ähnlich wie bei einem Dynamo, der Strom durch Bewegung erzeugt.
  • KommutatorAm hinteren Ende des Ankers befindet sich ein Bauteil namens Kommutator. Der Kommutator sorgt dafür, dass der erzeugte Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird, damit die Lichtmaschine eine konstante Stromversorgung bietet. Der Kommutator ist ein zylindrisches Teil, das in Segmente unterteilt ist, und es funktioniert zusammen mit den Kohlebürsten, um den Stromfluss richtig zu lenken.
  • Wicklungen und MaterialDie Kupferwicklungen auf dem Anker sind der Teil, der den eigentlichen Strom erzeugt. Kupfer wird dafür verwendet, weil es ein exzellenter elektrischer Leiter ist, der wenig Widerstand bietet.
Zusammengefasst: Der Anker ist also der "drehende" Teil der Lichtmaschine, der dafür sorgt, dass durch seine Bewegung im Magnetfeld elektrischer Strom erzeugt wird. Der Kommutator hilft dabei, den erzeugten Strom in eine gleichmäßige, stabile Form umzuwandeln, die dann zum Laden einer Batterie oder für die Stromversorgung verwendet werden kann.

Wicklung (Stator)

  • FunktionDer Stator ist dafür verantwortlich, das Magnetfeld zu erzeugen, das den Rotor (den Anker) umgibt. Wenn durch den Stator ein elektrischer Erregerstrom fließt (ein kleiner Strom, der über den Regler von außen zugeführt wird), wird ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld ist für die Stromerzeugung im Anker entscheidend. Der Erregerstrom fließt durch die Kupferwicklungen des Stators, die sich in den Polschuhen befinden. Dadurch entsteht das Magnetfeld, das dann den drehenden Rotor (Anker) durchzieht.
  • Wirkungsweise des Stators
    Der Stator selbst bleibt stationär, das heißt, er dreht sich nicht. Der Anker (der Rotor) ist der Teil, der sich dreht.
    Das Magnetfeld, das vom Stator erzeugt wird, „schneidet“ die Wicklungen des Ankers, während dieser sich dreht. Diese Bewegung erzeugt einen elektrischen Strom im Anker.
    Der Stator sorgt also dafür, dass der Anker in einem stabilen Magnetfeld arbeitet, was notwendig ist, um die Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie zu ermöglichen.
Wicklung Gleichstrom-Lichtmaschine
Zusammengefasst: Der Stator in einer Gleichstromlichtmaschine ist der stationäre Teil, der das Magnetfeld erzeugt, das notwendig ist, damit der rotierende Anker (die Wicklung des Rotors) Strom erzeugen kann. Der Stator sorgt also dafür, dass die Lichtmaschine funktioniert, indem er das Magnetfeld bereitstellt, das die Stromerzeugung im Anker ermöglicht. Während der Stator selbst nicht beweglich ist, spielt er eine entscheidende Rolle in der gesamten Funktionsweise der Lichtmaschine.

Kohlensatz Lichtmaschine

Kohlen (Bürsten)

  • Funktion
    Die Kohlebürsten sitzen an den Seiten des Kommutators und halten permanenten Kontakt mit ihm. Sie übertragen den Strom vom rotierenden Kommutator zu den äußeren Anschlüssen der Lichtmaschine, die den Strom weiterleiten.
    Diese Bürsten fungieren also als Verbindung zwischen dem rotierenden Teil (Anker) und dem festen Teil (Stator), sodass der erzeugte Strom genutzt werden kann.
Zusammengefasst: Die Kohlebürsten sind also ein entscheidender Bestandteil der Gleichstromlichtmaschine. Sie stellen sicher, dass der erzeugte Strom vom rotierenden Anker über den Kommutator zu den äußeren Anschlüssen der Lichtmaschine weitergeleitet wird. Da sie kontinuierlich mit dem Kommutator in Kontakt stehen, nutzen sie sich ab und müssen regelmäßig gewartet und ersetzt werden, um eine ordnungsgemäße Funktion der Lichtmaschine zu gewährleisten.

Regler

Wir funktioniert der Lichtmaschinenregler

  • Überwachung der Spannung
    Der Regler misst ständig die Spannung, die die Lichtmaschine liefert. Diese Spannung kann sich je nach Motordrehzahl ändern, da die Lichtmaschine bei höherer Drehzahl mehr Strom erzeugt.
    Wenn der Regler feststellt, dass die Spannung zu hoch wird, stoppt er die Erregung des Stators (die Menge an Strom, die durch die Feldwicklungen des Stators fließt), um die Spannung zu senken.
  • Anpassung des Erregerstroms
    Der Lichtmaschinenregler regelt den Erregerstrom, der durch den Stator fließt. Der Erregerstrom ist der kleine Strom, der erforderlich ist, um das Magnetfeld zu erzeugen, das den Strom im Rotor induziert.
    Bei niedrigeren Motordrehzahlen sorgt der Regler dafür, dass genug Erregerstrom fließt, um eine ausreichende Spannung zu erzeugen. Bei höheren Drehzahlen verringert der Regler den Erregerstrom, um zu verhindern, dass die Spannung zu hoch wird.
  • Vermeidung von Überladung
    Der Regler schützt die Batterie vor Überladung. Wenn die Spannung zu hoch wird, kann dies die Batterie beschädigen. Der Regler stellt sicher, dass die Spannung innerhalb eines sicheren Bereichs bleibt und die Batterie nicht überladen wird.
Gleichstrom Regler
Zusammengefasst: Der Lichtmaschinenregler ist dafür verantwortlich, die Spannung, die von der Lichtmaschine erzeugt wird, zu überwachen und zu regulieren. Er sorgt dafür, dass die Spannung innerhalb eines sicheren und konstanten Bereichs bleibt, um die Batterie und andere elektrische Komponenten zu schützen. Ohne den Regler könnte es zu Problemen wie Überladung oder unzureichendem Laden der Batterie kommen, was die Lebensdauer des Fahrzeugs oder der Maschine verkürzen würde.