Das ist der Grund, warum Autos Wechselstrom erzeugende Lichtmaschinen verwenden, wenn sie mit Gleichstrom betrieben werden

Haben Sie sich jemals über den Strom gewundert, der durch Ihr Auto fließt? Haben Sie den Verdacht, dass ein Blitz in einem Zauberglas gefangen ist? Nein, natürlich nicht. Sie sind ja kein Neandertaler. Sie wissen, dass es eine Batterie und eine Lichtmaschine gibt. Sie wissen vielleicht sogar, dass Ihre Batterie Gleichstrom liefert, den das Auto nutzt, aber Ihre Lichtmaschine erzeugt Wechselstrom. Kommt Ihnen das nicht seltsam vor? Warum ist das so?

Es ist eine interessante Frage, weil es einfach keinen Sinn zu machen scheint. Wenn alles in Ihrem Auto mit 12 Volt Gleichstrom läuft, warum verwenden die Autohersteller dann keine Generatoren mehr, die satten, cremigen Gleichstrom erzeugen? Warum sollte es Sinn machen, Wechselstrom zu erzeugen und ihn dann in Gleichstrom umzuwandeln?

Wie Sie wahrscheinlich schon erraten haben, gibt es einen guten Grund, und ich werde versuchen, ihn Ihnen jetzt zu erklären.

Zunächst sollten wir klären, was wir mit Wechselstrom und Gleichstrom meinen. Autos benutzen Gleichstrom, DC. Das ist die Art von Elektrizität, die von Batterien erzeugt wird, und sie fließt in eine konstante Richtung. Es ist auch die Art von Elektrizität, die von einem Generator erzeugt wird, der von den frühen 1900er Jahren bis in die 1960er Jahre in Autos verwendet wurde.

Die andere Art von Strom ist der Wechselstrom, da er periodisch die Richtung wechselt. Das ist die Art von Elektrizität, die über jede Steckdose zugänglich ist, und wir benutzen sie, um Häuser, Gebäude, Städte usw. mit Strom zu versorgen, weil sie leichter über große Entfernungen zu übertragen ist. Die meisten elektronischen Geräte – einschließlich so ziemlich alles in Ihrem Auto – verwenden intern Gleichstrom und müssen den Strom aus der Steckdose von Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln. Deshalb haben so viele elektronische Geräte diese großen, ziegelsteinähnlichen Stecker: Darin befindet sich die Hardware für die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom (und etwas Wärme).

Warum also noch einmal etwas vom Automotor betreiben, das die falsche Art von Strom erzeugt?

Die Antwort ist im Grunde nur, dass Lichtmaschinen einfach besser darin sind, Drehbewegungen in Strom umzuwandeln. Das war aber nicht immer der Fall. In den ersten Benzinautos mit Verbrennungsmotor wurden Magnetos verwendet, die so etwas wie grobe Lichtmaschinen für sehr einfache elektrische Systeme ohne Batterien waren. Sie wurden von einem Mann mit dem besten Namen aller Zeiten, Hippolyte Pixii, entwickelt.

Jetzt kommt das eigentliche Geheimnis von all dem. Gleichstromgeneratoren (auch Dynamos genannt) erzeugen eigentlich auch Wechselstrom, da sich der Anker (der drehende Teil) im Stator (der äußeren „Hülle“, die ein konstantes Magnetfeld hat) dreht. Um diesen Umkehrstrom in Gleichstrom umzuwandeln, wird ein Kommutator verwendet. Ein Kommutator ist eine mechanische Vorrichtung, die einen segmentierten Zylinder auf den rotierenden Teilen und einige Bürsten verwendet, um einen elektrischen Kontakt herzustellen.

Das funktioniert, aber es gibt eine Menge mechanischer Teile und die Bürsten können manchmal etwas heikel sein. Dennoch war dies der beste Weg, um Gleichstrom zu erhalten, den man braucht, um die Batterie zu laden und die Systeme eines Autos zu betreiben.

Eine Lichtmaschine ist einfacher und leichter, liefert aber nicht den Gleichstrom, den ein Auto braucht. Die mechanische Umwandlung ergibt im Grunde nur einen Generator, wozu also eine Lichtmaschine?

Nun, es gab keinen Grund, bis in den späten 1950er Jahren eine elektronische Lösung für die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom über Siliziumdioden-Gleichrichter aufkam.

Diese Gleichrichter (manchmal auch als Diodenbrücke bezeichnet) konnten Wechselstrom viel besser in Gleichstrom umwandeln, was die Verwendung einfacherer und robusterer Lichtmaschinen in Autos ermöglichte. Der erste Automobilhersteller, der diese Idee wirklich entwickelte und auf den Markt brachte, war Chrysler, der dank der vom Verteidigungsministerium geförderten Forschungsarbeiten bereits Erfahrung mit Gleichrichtern und elektronischen Spannungsreglern hatte.

Das erste Auto, das serienmäßig mit einer Lichtmaschine ausgestattet war, war, ob Sie es glauben oder nicht, der Plymouth Valiant von 1960 (obwohl man anfangs wollte, dass der Valiant eine eigene Marke ist). Einer der sofort ersichtlichen Vorteile der Lichtmaschine war, dass sie im Leerlauf bei niedriger Geschwindigkeit immer noch genug Strom erzeugte, um die Batterie geladen zu halten – etwas, was die meisten Lichtmaschinen nicht konnten.

Generatoren sind billiger in der Herstellung als Lichtmaschinen, sie halten länger und erzeugen mehr Strom über den gesamten Drehzahlbereich. Sie sind einfach so viel besser, dass es keine große Sache ist, ihren Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln – zumindest ist es seit der Entwicklung des billigen, zuverlässigen Festkörperrekorders keine große Sache mehr.

So, fassen wir noch einmal zusammen: Alle Methoden zur Erzeugung von Elektrizität durch das Drehen von etwas in einem Magnetfeld oder das Drehen eines Magnetfelds um etwas oder was auch immer führen zu Wechselstrom, der in Gleichstrom umgewandelt werden muss, um ihn im Auto zu verwenden. Ein Generator erledigt dies intern und mechanisch mit einem Kommutator und Bürsten. Eine Lichtmaschine schafft das gleiche Kunststück mit Elektronik von außen.

Das Endergebnis ist jedoch Gleichstrom, und eine Lichtmaschine plus Gleichrichter ist einfach billiger, robuster und besser darin, die Drehbewegung in Scheinwerferlicht oder Radiomusik oder Scheibenwischen oder was auch immer zu verwandeln.

Siehst du? Es macht also doch Sinn!