Sektion H: Elektrotechnik
Erfindung des Monats Januar
In unserer Internet-Präsentation "Das Auto und die IPC" zeigen wir bahnbrechende und auch vergessene Erfindungen zum Thema Kraftfahrzeugbau. Außerdem stellen wir mit der "Erfindung des Monats" aktuelle oder auch historische Innovationen vor, die bei heutigen Autos nicht mehr wegzudenken sind.
Im Januar geht es um die Lichtmaschine, die inzwischen auch die Energie für das Autoradio und die Klimaanlage liefert.
Lichtmaschine
H02K 3/18
Figur 1: Fahrzeugnabe mit im Inneren eingebauter Lichtmaschine zur Fahrzeugbeleuchtung aus DE 454 022 A.
Im Kraftfahrzeug wird mittlerweile sehr viel elektrische Energie verbraucht, sei es für die Beleuchtung, den Betrieb des Autoradios oder die Klimaanlage. Diese Energie kann nicht allein durch die Batterie des Autos aufgebracht werden, sondern muss diesem Energiespeicher ständig durch Aufladen wieder zugeführt werden. Dies geschieht über einen elektrischen Generator, der umgangssprachlich als "Lichtmaschine" bezeichnet wird. Diese Benennung hat historische Gründe, da in den ersten Jahrzehnten des Automobilbaus dieses Aggregat nur zum Betrieb der elektrischen Beleuchtung des Fahrzeugs eingesetzt wurde.
Die Energieerzeugung mittels dieses Generators beruht auf dem von Michael Faraday 1831 entdeckten physikalischen Prinzip der elektromagnetischen Induktion, wie es auch in der Umsetzung vom Fahrraddynamo her bekannt ist. Eine Ausgestaltungsmöglichkeit ist, dass ein "Rotor", "Anker" oder "Läufer", der aus einem Magneten besteht, über eine mechanische Antriebswelle, gegenüber einem feststehenden mit Leiterwicklungen versehenen "Stator" oder "Ständer" in eine Drehbewegung versetzt wird. Das den Rotor umgebende magnetische Gleichfeld induziert daraufhin aufgrund der Lorentzkraft in den Leiterwicklungen eine elektrische Spannung, die entsprechend der baulichen Ausführung des Generators nach ggf. weiteren Schritten (z.B. Gleichrichtung) zum Laden einer Batterie oder direkt zum Betrieb eines elektrischen Gerätes genutzt werden kann. In einem Automobil ist die Lichtmaschine meist entweder an ein Rad gekoppelt oder unmittelbar über einen Riemenantrieb oder eine Welle an den Motor.
Die Figur 1 (DE 454 022 A aus dem Jahre 1926) zeigt, wie solch eine Lichtmaschine an einer Fahrzeugnabe ausgestaltet sein kann. Ein vierpoliger Anker 12 dreht sich hier über die Welle 13, die der Radachse entspricht, gegenüber Permanentmagneten abwechselnder Polarität 14 und erzeugt somit eine Spannung, die über die Stromabnehmerbürsten 20 abgegriffen wird um sie z.B. per Verkabelung an einen Verbraucher abzugeben.
Figur 2: Rotor 1 und Stator 3 einer Lichtmaschine aus EP 1 708 338 A1.
Die Ausgestaltung des Rotors und des Stators, die Optimierung der Energieausbeute, die Erhöhung der Stabilität, Kühlmechanismen, die Minimierung von Reibungsverlusten und anderen den Wirkungsgrad herabsetzenden Faktoren und immer wieder auch spezielle Wicklungstechniken stellen wesentliche Innovationsziele für derartige Generatoren dar. Ein Beispiel für einen moderneren Rotor-Stator-Verbund zeigt die Figur 2 (aus EP 1 708 338 A1).
Bei diesem Generator wird besonders auf die Ausgestaltung und Verschaltung der Wicklungszähne 7 des Stators 3 und die Führung des einzigen Wicklungsdrahtes 23 geachtet, um eine optimale Energieausbeute bei geringem Produktionsaufwand und kleiner Baugröße zu erzielen. Zudem kann dieser Generator auch als Motor betrieben werden und sieht für diesen Fall z.B. auch die Verwendung zwei gegeneinander winkelversetzter Statoren vor, um dadurch ein geringeres Anlaufmoment für den Motor zu erzielen.
| IPC | Technischer Aspekt |
|---|---|
| H02K 3/18 | Wicklungen für die Pole dynamoelektrischer Maschinen |
| H02K 5/00 | Gehäuse für dynamoelektrische Maschinen |
| H02K 7/00 | Verbindung von Dynamo und angetriebener Maschine |
| H02K 9/00 | Kühlung eines Dynamos |
| F02N 11/04 | Motor-Generatoren zum Anlassen einer Brennkraftmaschine |
| B60L 11/00 | Antrieb elektrisch angetriebener Fahrzeuge mit bereitgestellter Energie |
| Patentnummer | Jahr | Titel |
|---|---|---|
| EP 1 708 338 A1 | 2006 | Elektrische Maschine |
| DE 454 022 A | 1926 | Fahrzeugnabe mit im Innern eingebauter Lichtmaschine fuer elektrische Fahrzeugbeleuchtungen |
© 2013 Deutsches Patent- und Markenamt | 22.02.2013