Geregelte 12 Volt Zweiradbeleuchtung

[Ewald]

In diesem Teil will ich ausführlich beschreiben, wie man leistungsstarke Magnetzündergeneratoren auf 12 Volt Gleichstromnetz umbauen und damit 12 Volt Bleiakkus bei moderaten Drehzahlen fachgerecht laden kann. Einige wollen sicher wissen: Warum wurden Mopeds und Kleinkrafträder nicht schon immer mit geregelten Gleichstromgeneratoren ausgerüstet? Erst vor 2 Wochen erhielt ich ein Mail von einem Schüler, der bei Ebay einen 12poligen Bosch Mhkz Anker viel zu teuer ersteigerte und schon 12 Volt Lampen, Gleichstromhorn und einen Akku dafür kaufte. Er wollte von mir noch wissen wie man an den vielen bunten Kabeln den Akku und die restliche 12 Volt Elektrik bzw. den Gleichrichter anschließen muß, manche stellen sich derartige Umrüstungen viel zu einfach vor! Sie glauben aus Unwissenheit oft an einbaufertige leistungsstarke Zündlichtgeneratoren und bezahlen sinnlos viel zu hohe Summen an "schmierige" Verkäufer! Ich machte ihm für den fachgerechten Umbau einen Kostenvoranschlag von 100.- Euro und er bekam folglich beinahe einen Nevenzusammenbruch, im unveredelten Rohzustand sind solche Statoren wirklich nicht viel Wert wenn man damit ein geregeltes kräftiges Gleichstromnetz realisieren will! Deshalb habe ich einen alten 12 poligen Bosch Stator nach einfachsten Grundregeln für ein geregeltes 12 Volt Bordnetz umgewickelt, diesen kann jeder selber nachbauen und 100.- Euro für das umwickeln einsparen.  



Die angerostete Zündanlage habe ich vor 2 Jahren samt Montageplatte, Polrad und Fahrradschalgerät für 32.- DM bei Ebay ersteigert. 2 Lichtspulen hatten Windungsschluß, aber die Hochspannungsladespulen und das Zündschaltgerät funktionierten einwandfrei. Vor wenigen Tagen wurde wieder eine baugleiche vergammelte 12 polige Zündanlage ohne Zündschaltgerät versteigert. Ich hätte sogar bis 30.- Euro dafür geboten, aber der Auktionspreis endete höher. Es soll jeder vor dem Erwerb derartiger Teile immer überlegen ob er sie später auch verwenden kann, die Spulen an diesen Statoren kann man nicht gut mit der Maschine wickeln (außer man fertigt dafür ein passendes Verlegewerkzeug und Haltevorrichtung für den Stator an)! Nachdem man alle 10 Lichtspulen mit dickem 0,95mm Kupferlackdraht per Hand hineingewickelt und die Kabel angeschlossen hat, weiß man was man an diesem Tag gearbeitet hat. Leichte Schnittverletzungen und Blasen auf den Fingern sind bei derartigen Arbeiten nicht wegzudenken, aber das hell leuchtende Ergebnis entschädigt später die zeitaufwendige Arbeit. Ich übersetzte die Ankerköpfe mit jeweils 40 Windungen relativ lang, um ausreichend Spannung im niedrigen Drehzahlbereich zu erzeugen. Die fertige Generatorwicklung verfügt wie bei 12 Volt 130 Watt Motoplat Statoren über 3 massefreie Spulenausgänge, die Aussenleiter sind gelb und den Mittelanschluß führte ich mit einem violeten Kabel aus. Rot wird schon für die Hochspannungsladespule verwendet, 2 gleichfärbige unterschiedliche Kabel wären nicht sinnvoll. Wer ein unverbesserliches Schwein im Straßenverkehr ist, der kann diesen umgebauten Stator sofort ungeregelt mit zwei Stück 24 Volt 70 Watt Halogen-Weitstrahler an einem lahmen Moped betreiben:



Gegen 6000 Upm an dem alten Moped wirkt im Vergleich die Lichtleistung von modernen mehrspurigen Kraftfahrzeugen eher bescheiden, wer noch eine echte Wildsau auf 2 Rädern bei Nacht ist und Motordrehzahlen bis 13000 Upm liebt, der verwendet besser gleich folgende Beleuchtungvariante:



3 Stück 12 Volt 55 Watt Halogen-Weitstrahler an einem Moped sind schon sehr brutal und ich will in der Nacht einem solchen "Biker" nicht gerne als Gegenverkehr begegnen. Mit diesen beiden leuchtenden Beispielen wollte ich zeigen zu welchen Leistungen diese eher unscheinbaren Bosch Magnetzündergeneratoren mit ürsprünglich 6 Volt 15 oder 20 Watt ohne Gleichrichter und Regelung wirklich fähig sind. Für die nächste Prüfung habe ich 2 Stück 12 Volt 60 Watt H4 Glühfäden in Reihe geschaltet und will feststellen wie sich dieser kräftige Generator bei 120 Watt Nennlast über den gesamten Drehzahlbereich verhält:



Als ungeregelter Wechselstromgenerator wäre diese Abstimmung das optimalste was man sich nur vorstellen kann, schon bei 2000 Upm leistet jede Lampe über 32 Watt und bei 4500 Upm wird auch schon die Nennspannung erreicht! Wenn man aber einen Bordakku fachgerecht laden muß dann wäre diese Grundlast schon theoretisch viel zu hoch, der Akku würde frühestens über 9000 Upm mit Strom geladen. Mit maximal 12 Volt 100 Watt Gesamtlast nach dem Gleichrichter/Thyristorregler, würde theoretisch ab 4000 Upm keine Energie mehr aus dem Akku entnommen. Unbelastet wird der Akku garantiert schon bei Drehzahlen um 2000 Upm geladen, mit 100 Watt Dauerlast sollte die Akkuladung über 4500 Upm erfolgen? Als passenden Gleichrichter/Regler kann man fertige Thyristorregler von Motoplat oder Ducati verwenden, wie sie in neueren 80ccm Fahrzeugen oder Plastikroller verbaut wurden! Ein erfahrener KFZ-Elektriker sagte zu mir einmal, die Nennleistung eines ungeregelten Zweirad-Wechselstromgenerator verringert sich nach einem Gleichrichter/Regler je nach Drehzahl um 30 bis 100%. Die folgende Tabelle zeigt auch die nackte Wahrheit!



Vor vielen Jahren wickelte ich einen Bosch MHKZ Anker für ein Gleichstrom nach dem Muster der starken Motoplat Statoren um, das Ergebnis war vernichtend und völlig unbrauchbar. Der 12 poliger Bosch Sternanker ist aber wesentlich stärker und die erzeugte Gleichstromleistung würde für viele Zweiradfahrer ausreichen, mir gefällt dieses Ergebnis trotzdem nicht. Bei den beiden in Reihe geschalteten Spulengruppen werden bei positiver und negativer Halbwelle abwechselnd nur 5 Spulen verwendet und der Generator folglich nicht optimal ausgenützt. Motoplat hat diesen Mangel beim 12 Volt 130 Watt Generator mit einen extrastarken Polrad behoben, welches dafür viel zu heiß wird und ordentlich Kraft frißt. Um den guten 12 poligen Bosch Stator zu einer besseren Gleichtromleistung zu erziehen, habe ich noch einen zweiten Stator in Zweischichttechnik gewickelt:



Eine Zweischichtwicklung besteht aus zwei voneinander isolierten Wicklungslagen auf den selben Ankerköpfen, der Anker muß folglich zweimal mit der halben Windungszahl gewickelt werden. Nachdem bei diesem Stator (auch einmal von Ebay erworben) die Hochspannungsladespulen defekt sind (was der Verkäufer damals verschwieg), wäre er für die überwiegende Mehrheit ein wirtschaftlicher Totalschaden. Über 2600 Windungen dünnen Kupferlackdraht mit der Hand hineinwickeln würde sich von der Abrbeitszeit niemals lohnen, deshalb wickelte ich eine 20 Watt starke Primärspule mit dickerem Draht und erzeuge später die erforderliche Hochspannungsladespannung mit einen externen Ringkerntransformator. Ich konnte deshalb sogar 11 Polflächen für den Generatorteil verwenden und die Windungszahl pro Halbspule verringerte sich auf 18, bei den Umpolvorgängen fließt nun abwechselnd in allen unteren und oberen Spulenenhälften der volle Strom. Der Generatorteil wird bestmöglich ausgenützt und die Einschaltdauer der Spulenhälften beträgt 50%, der höchstzulässige Nennstrom wäre folglich 12,30 : 1,41 = 8,72 Ampere Dauerstrom pro Wicklungshälfte:



Die Messergebnisse entsprechen weitgehend meinen vorherigen Berechnungen, mit durchschnittlicher Dauerlast von 65 Watt (H4 Abblendlicht, Rücklicht und Instrumentenbeleuchtung) wird der Bordakku über 3500 UPM schon ausreichend geladen. Für 100 Watt Dauerlast sind entgegen meinen Erwartungen üppige 5500 bis 6000 Upm für ausreichende Akkuladung erforderlich. Würde ich die Spulen kürzer übersetzten, dann leidet wieder die Spannung für die Teillastladung im niedrigen Drehzahlbereich. Der Stator erreichte nach einer Stunde mit 8,65 Ampere Gleichstrombelasteten Dauerlauf bei 6000 Upm nur bescheidene 48°C an den Spulen, und das Polrad erwärmte sich auf 42°C, von derart milden Temperaturen könnte Motoplat nur träumen. Jetzt geht es ernsthaft an die Regelung, dafür habe ich folgende Schaltung aufgebaut (Bilder sagen bekanntlich mehr als 1000 Worte):



Das Herzstück ist in diesem Fall ein Motoplat Gleichrichten/Thyristorregler, diese Teile werden gelegentlich bei Ebay angeboten, waren aber nach meinen persönlichen Erfahrungen überwiegend fehlerhaft. Wer mehr als 10.- Euro für einen ungeprüften Motoplat Regler bei Ebay bezahlt, der spielt hoch. Prüfen kann man diese Regler nur wie am abgebildeten Aufbau, die Abschaltspannung muß bis zum höchsten Drehzahlbereich annähernd konstant bleiben und der Längsstrom von beiden Halbwellen soll über den ganzen Drehzahlbereich bis auf ± 0.5 Ampere gleich sein. Es gibt viele fehlerhafte Regler welche beispielsweise auf einem Spulenende 8 Ampere und auf dem anderen nur 2 Ampere Strom ziehen, durch das schräge Gleichgewicht verringert sich auch die Leistung erheblich. Bei 12 Volt 130 Watt Motoplat Generatortoren könnte sogar der halbe Generatorteil bei Vollast abbrennen, weil er überlastet wird. Der Referenzsspannungseingang vom Regler benötigt einen Ruhestrom von ca. 20mA, deshalb muß der Akku bei abgeschaltetem Motor immer vom Regler getrennt werden. Am besten führt man auch die Referenzleitung als unbelastetes Kabel direkt vom Zündschloß bis zum Regler, in diesem Fall wird der Spannungsabfall vom Generator bis zum Zündschloß ausgelichen. Es darf nie ein schlechter oder kapazitätsloser Akku verwendet werden, sonst beginnen Motoplat oder Ducati Thyristorregler manchmal zu spinnen und regeln gar nicht mehr ab. Die Zerstörung der kompletten Bordelektrik könnte eine logische Folge von solchen Sparmaßnahmen nach dem langen Winter sein! Den Bleigelakku mit 6,5 Ah habe ich bewußt in das Bild eingeschmuggelt. Von derartigen teuren wartungsfreien Akkus wurden oft wahre Wunder versprochen, für Motorräder aber völlig ungeeignet. Durch häufige unsaubere Lade und Entladezyklen werden sie schnell zerstört und es brechen gelegentlich sogar Bleiplatten ab, wohl der schlimmste Alptraum den man sich als Zweiradfahrer bei Nacht vorstellen kann (also nur normale gute Säure-Bleiakkus verwenden)! In folgender Tabelle habe ich alle Teilströme im Bereich zwischen 500 bis 6000 Upm gemessen:



Für die Vollastprüfung mußte ich den den Strom vom geladenen Akku über einen 0,68 Ohm Leistungswiderstand erheblich abgeschwächen, folglich kann man den Leistungsverlauf vom Generator viel besser erkennen. Vor der Teillastprüfung habe ich noch den Akku völlig entleeert und realistische Verhältnisse im Straßenverkehr nachgebildet. In Großstädten passiert es auch gelegentlich daß man bis zu 30 Minuten mit Leerlaufdrehzahl im Stau steckt und dann sind kleine Akkus an H4 Lampen völlig im Keller. Nun zieht neben der starken Scheinwerferlampe auch der Akku mächtig Strom und der Generator muß zeigen wozu er fähig ist. 110 Watt Spitzenleistung bei 6000 Upm sind in jedem Fall zufriedenstellend und viele Zweiradfahrer hätten sich gefreut wenn Bosch ihre 12 poligen Magnetzündergeneratoren schon in den 80er Jahren nach meiner Umbauanleitung produziert hätte. Für ein brauchbares Gleichstrom-Bordnetz benötigt man Generatoren mit mindestens 100 Watt Wechselstromleistung bei 6000 Upm, nach der Gleichrichtung und Regelung bleiben maximal 70 Watt Spitzenleistung übrig. Folglich wurden früher alle Mopeds mit preiswerten aber schwachen Wechselstromgereratoren ausgerüstet. Ich kann mich noch erinnern wie sehr in den frühen 80er Jahren einige Zündapp KS80 Super Fahrer aus dem benachbarten Passau ihre Motoplat Lichtmaschinen verfluchten. 2 integrierte 12 Volt Halogenscheinwerfer in der Vollverkleidung hätte doch die 130 Watt Lichtmaschine versorgen müssen, in der Praxis war aber dauernd der Bordakku leer. Die ungeregelte Wechselstromleistung von diesem Generator wäre dagegen überhaupt nicht schlecht:



Damit kann man 2 starke 12 Volt 90 Watt H3 Lampen betreiben, und mit 36 Volt Lampenbestückung wäre sogar die magische 250 Watt Barriere erreichbar! Der große Fehlgriff bei diesem Anker liegt den falsch gewickelten Spulen, eine Zweischtwicklung würde den Wirkungsgrad erheblich verbessern. 12 Volt 130 Watt Nennleistung bei moderaten Drehzahlen existierten nur in der Theorie, die Leistungsdaten dieser spanischen Lichtmaschine muß man leider als Etikettenschwindel bewerten:



Weil ich dieses Problem schon lange kenne, belastete ich den Generator bei der Prüfung nur mit 2 Stück 12 Volt 55 Watt H7 Lampen. Obwohl diese Belastung schon 20% unter der Nennleistung liegt, ziehen die Lampen erst bei 6000 Upm keinen Strom mehr aus dem Akku. Auch eine helle 12 Volt 80/100 Watt H4 Lampe überschreitet den Stromhaushalt, es kommen ja noch 5 Watt für das Rücklicht, gelegentlich Blinker, Bremslicht usw. dazu. 12 Volt 65 bis 70 Watt Grundlast sind für den große Motoplat Magnetzündergenerator eine gute Wahl. Die lauten Betriebsgeräusche und extrem hohe Temperaturentwicklung sind das schlimmste Übel, imzuge der Leistungsprüfung erreichten die Polflächen schon 65°C. Wenn man eine Stunde mit höheren Drehzahlen fährt, dann sind Temperaturen bis 90°C realistisch! Der umgebaute 12 polige Bosch Generator ist im Vergleich zu misslungenen Motoplat Zündanlage ein optimaler Kompromiß für alle 50ccm Motoren mit dünnen Kurbelwellenkonus.   



PS: Wer noch wichtige technische Fragen dazu hat, darf mich auch unter der Nummer 0043 7732 4145 anrufen!

Gruß
Ewald