12 Volt Gleichstromnetz mit induktivem Wandler

[Ewald]

Helle 12 Volt Beleuchtung hat einige Mopedfreunde wie ein Virus angesteckt, täglich erhalte ich mindestens ein Mail welches mit diesem Thema zu tun hat! Vor kurzem wünschte ein Zündapp Besitzer daß bei seinem 50ccm Moped der Scheinwerfer mit dem einschalten der Zündung auch ohne laufenden Motor hell leuchtet, mit der Bemerkung "wenn ich im Topcase einen Akku transportieren muß wäre das auch kein Problem"! Ein schwerer Akku in einem Topcase auf dem Gepäckträger ist ein nicht zu unterschätzendes Sicherheitsrisiko, das Moped könnte dadurch ins schlingern geraten! Nachdem mir dieser gute Mann einen neuwertigen Boch Mhkz Stator zum umwickeln zusendete habe ich ein kleines Problem, ich verändere sehr ungern klassische Originalteile wenn sie sich noch in technisch einwandfreien Zustand befinden! Einen Ausweg bietet nur ein induktiver Wandler, womit man die gesamte Generatorleistung mit sehr geringen Verlusten auf eine kräftige galvanisch getrennte Wicklung mit Mittelanschluß umformen kann, damit ein Gleichstromnetz auch sinnvoll wird muß die Generatorgesamtleistung mindestens 100 Watt bei 7000 Upm betragen. Ich verwendete einen geglühten Ringkern mit hochwertigem 0,25 dicken / 30mm hohen Eisenkernband und 80mm Außendurchmesser, nachteilig ist nur das Gewicht von 700 Gramm! Dieser Ringkern hat auch bei 600 Hz noch sehr geringe Eisenverluste und war ursprünglich für eine Leistung von 120 VA bei 50 Hz bestimmt, die empfohlene Windungszahl liegt bei 6 Windungen pro Volt mit 50 Hz Netzfrequenz. Ein 6 poliger Bosch Mhkz Stator erzeugt bei 1000 Upm eine Wechselstromfrequenz von 50 Hz und eine Leerlaufspannung von ca. 3,3 Volt, folglich benötigt man am Ringkern 20 Windungen für die Lichtspule (gelbes Kabel) und ebenfalls 20 Windungen für die Ladespule (grünes Kabel):



Einige werden vielleicht an höhere Magie glauben, 2,5 Meter 1,2mm dicker Kupferlackdraht müßte doch bei 30 Volt einen satten Kurzschluß verursachen? Es wird aber nichts heiß und es gibt auch keinen nennenswerten Spannungsabfall, das ist eben das wunderbare an der magnetischen Induktion! Bei 525 Hz Wechselstromfrequenz werden schon in einem einzigen Leiter 1,5 Volt induziert und mit 4 Windungen erreicht die abgebildete 6 Volt 35 Watt Lampe ihre Nennspannung. Der 120 VA starke Ringkern wäre bei 500 Hz ohne Spannungsabfall an den Spulen für induktive Übertragungsleistungen bis zu 1 Kilowatt in der Lage. Nachdem unsere Betriebsspannungen eher niedrig sind, läßt sich aber unerwünschter Spannunsabfall nicht verhindern. Ich belastete den Bosch Mhkz Stator (Licht und Ladespule parallelgeschaltet) exakt mit 100 Watt ohmscher Last, anschließend schaltete ich den Ringkerntrafo mit Primär 2 x 20 Windungen und Sekundär 1 x 20 Windungen 1,20 mm Kupferlackdraht dazwischen. Die an der Sekundärwicklung abgegebene Energie betrug ca. 92 Watt, was einem Wirkungsgrad von über 90% entsprach. Dieser hohe Wirkungsrad ist für derart niedrige Spannungen ein sehr guter Wert, folglich kann man auf das umwickeln der Generatorspulen verzichten, wenn im Fahrzeug ausreichend Platz für den Transformator vorhanden ist. Mit 90% Wirkungsgrad war ich nicht ganz zufrieden, dehalb wickelte ich nochmal in einem Arbeitsgang alle 4 Wicklungen nebeneinander sodaß sich ein gleichmäßiger geschloßener Kreis ergab. Folglich konnte ich den Wirkungsgrad noch erhöhen:



Nach dem Gleichrichter verringert sich erfahrungsgemäß die Leistung aus physikalischen Gründen leider um ca. 40%, der 6 polige Bosch Mhkz Generator leistet dann nur bescheidene 65 Watt am geregelten 12 Volt Gleichstrombordnetz. Mit einer 12 Volt 35/35 Watt H4 Scheinwerferlampe wird allerdings der Akku schon im moderaten Drehzahlbereich ausreichend geladen und ein schwerer Zusatzakku wäre völlig überflüssig. Das Übersetzugsverhältnis vom Ringkerntrafo habe ich für die Leistungstabelle noch geringfügig optimiert, die beiden Primärspulen hatten 22 Windungen mit 1,2mm Kupferlackdraht und die beiden Sekundärwicklungen (ebenfalls 22 Windungen /1,2mm Drahtstärke) habe ich für die Messungen parallelgeschaltet. Für den Gleichrichtet/Thyristorregler werde ich die sekundäre Windungszahl auf jeweils 25 Windungen erhöhen.



Es kann auch jeder andere preiswerte Thyristorregler von neueren italienischen Rollern verwendet werden, wurde ohnehin alles von früheren deutschen 12 Volt Fahrzeugen nachgekupfert! Nachdem der große Ringkerntrafo bei höheren Drehzahlen bedingt als Speicherdrossel wirkt, ist der Wirkungsgrad im mittleren und vor allem im oberen Drehzahlbereich besser als erwartet ausgefallen:



Bei 3000 Upm muß man noch mit 40% Leistungseinbuße leben, bei 7000 Upm sind es nur 20% inklusive der Verluste am Transformator. Mit erhöhen der Sekundärspulen auf jeweils 30 Windungen, könnte man die Leistung im niedrigen Drehzahlbereich geringfügig verbessern, über 4000 Upm würde dann der Wirkungsgrad leider absinken. Würde man einem 12 Volt 130 Watt Motoplat Generator an den gelben Kabeln einen Ringkerntrafo zum Regler einfügen und den Mittelanschluß der Sekundärwicklung als roten verwenden, dann könnte er über 150 Watt Gleichstromleistung erreichen. Der starke Motoplat Stator wurde falsch gewickelt (keine Zweischichtwicklung) und verliert bei den Umpolvorgängen ca. 50% seiner möglichen Leistungsentfaltung, nur fällt das kaum jemand auf der nicht starke Halogen-Doppelscheinwerfer am Bordnetz betreiben will! Im Sommer 1980 wurde ich das erste Mal mit einer KTM 50 RLW mit geregelten 12 Volt Gleichstromnetz konfrontiert, ich besorgte sofort einen Motoplat Gleichrichter/Regler und benötigte etwas Zeit bis behirnte daß mit zwei Thyristoren in negativer Richtung gleichgerichtet wird und der Mittelanschluß der massefreien Generatorwicklung gleichzeitig zum Pluspol wurde. In meiner vieletten Zündapp KS50 Watercooled von 1975 war ein starker 4 poliger 6 Volt 35/15/5Watt Bosch Mhkz Generator istalliert mit dem ich schon über ein Jahr die starke Lichtspule mit einer 12 Volt 55/60 Watt H4 Lampe betrieb. Ich versuchte Licht Rücklicht und Bremslichtspule parallelzuschalten, war aber mit dem Ergebnis sehr unzufrieden:



Die Spulen sind zwar alle im gleichen Wicklungssinn gewickelt, aufgrund stark unterschiedlicher Ausgangsspannungen würgten sie sich gegenseitig nieder, sodaß an eine brauchbare Gleichstromleistung nicht zu denken war. Das Umwickeln sämtlicher Spulen und Blechpaketverstärkung hätte die bestmögliche Leistung gebracht, aber ich wollte damals eine schnelle Lösung ohne mindestens 10 mal Zündung ein und ausbauen um kleine Optimierungsergebnisse auszutesten. Folglich schlachtete ich einen damals noch sehr teuren 120VA Ringkerntrafo und versuchte die verschiedenen Generatorspulen bestmöglich zusammenzuführen. Obwohl die kleinen aufgepappten Rücklicht und Bremslichtspulen von der Ausgangsleistung nicht viel Wert sind, war der Leistungsgewinn erheblich. Im folgenden Meßversuch habe ich die Sekundärspulen im Übersetzungsverhältnis ungefähr an die Leerlaufspannung vom 6 poligen Bosch Mhkz Generator angepaßt:



Nachdem die erzeugte Wechselstromfrequenz bei 4 poligen Generatoren um 50% niedriger ist, mußte auch die Windungszahl erhöht werden. Höhere Windungszahl bei niedrigen Spannungen verursacht einen höheren Innenwiderstand und folglich auch mehr Spannungsabfall. Obwohl der verwendete Kupferlackdraht sehr dick ist, liegt der Wirkungsgrad aufgrund geringfügig höherer thermischer Verluste bei maximal 90%. Durch die kürzere Sekundärübersetzung und optimale Zusammenführung aller Spulen, konnte ich die Ausgangsleistung erheblich verbessern. Zum Motoplat oder Ducati Gleichrichter/Regler muß man die Sekundärspulen auf jeweils 36 Windungen erhöhen und in Reihe schalten, die Gleichstrom Gesamtleistung ist dann vergleichbar mit dem 6 poligen Bosch Mhkz Generator. Ich habe 1980 gleich den Transformator in die 517er KS50 eingebaut und eine 12 Volt 55/60Watt H4 Lampe für den Scheinwerfer verwendet, damals kannte ich ohnehin nur 2 Gasgriffstellungen und Motordrehzahlen zwischen 7500 bis 10000 Upm. In diesem Drehzahlbereich wurde der 12 Volt 7Ah Akku auch mit 60 bis 65 Watt Grundlast immer ausreichend geladen.  



Mehr zu diesem Thema etwas später!



Gruß
Ewald