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Wie funktioniert die Motorradbatterie? |
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Für die Überlassung dieses Artikels aus der GummikuH bedanken wir uns ganz herzlich beim Verleger Rainer Baues.
"Gummikuh & past perfect" war ein hervorragendes, unabhängiges Klassiker-Magazin der 90er Jahre, dass sich vorwiegend mit der Technik an Motorrad-Oldies beschäftigte.
Rainer hat noch nahezu alle Ausgaben der Gummikuh im Regal, bei Interesse bitte einfach eine kurze Email an  bauesverlag@freenet.de. |
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FahrzeugelektrikMotorrad + Batterie = MotorradbatterieDie Batterie, erster Teil10.10.2004 | Autor: Stromi Prinzipiell seit 100 Jahren unverändert, ist eine Batterie von heute leistungsfähiger und langlebiger. Die Chemie und Physik ist jedoch immer noch dieselbe. |
Inhalt |
3. Motorradbatterie
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Manchmal schlägt die Entwicklung von selbstverständlichen Dingen geradezu Purzelbäume. Als z.B. der Verbrennungsmotor in seiner Anfangsphase endlich eine gewisse Zuverlässigkeit und Serienreife erlangt hatte, wurde er sofort von
den verschiedensten Berufsständen konsequent für die jeweiligen Belange ausgenutzt.
Leider, wie so oft bei technischen Entwicklungen, mußten erst Jahre vergehen, ehe man die eine Entwicklung mit der anderen zusammenbrachte. Einer dieser verschlungenen Pfade der Vergangenheit findet sich deshalb auch beim Fahrzeugbau in Verbindung mit der Elektrik und hier noch ganz speziell bei den Zweirädern.
Als die Motorradhersteller noch krampfhaft versuchten, die Kraft ihrer Motoren durch dubioseste Konstruktionen auf das Antriebsrad zu übertragen, lief bei den Elektrikern schon zuverlässig die motorgetriebene Dynamomaschine. Die vergleichsweise schon in ihren Erfindungen abgeschlossene Elektrik nahm dankbar dieses neue Produkt an.
Umgekehrt war der Weg leider nicht so konsequent beschritten worden. Erst in den 20er Jahren, als immer mehr zivil genutzte Fahrzeuge auch nachts die Straßen bevölkerten, tauchte die Frage nach einer ernsthaften Beleuchtung auf. Statt nun das vorhandene Wissen und Können der Elektriker zu nutzen, besonders die im 1. Weltkrieg gesammelten Erfahrungen auf diesem Gebiet waren enorm, mußte das Rad noch einmal neu erfunden werden. Erneut tauchten im Zubehörhandel Lampen mit Kerzen, Petroleum oder Acetylen auf, aus heutiger Sicht durchaus sammelwürdige Konstruktionen aber in der Alltagspraxis recht untauglich.
Immer noch lag die Dynamomaschine ausgereift herum, ohne ihren verdienten Siegeszug anzutreten. Doch langsam tauchten hier und da Fahrzeuge mit diesem neuartigen Gerät auf, wobei sofort die Frage nach Licht bei stehendem Motor oder Fahrzeug die Gemüter erhitzte. Auch die Batterie als Strompuffer war vorhanden, nur leider mußte die gesamte Beleuchtung als "Luxus" gesondert bezahlt werden. Dynamo, Batterie und Lampe erreichten im Preis ganz beachtliche Werte. Es mußte also weiter gespart werden, und der am Reifen mitlaufende Dynamo war dann auch einige Zeit die größte Verbeugung an die Neuzeit. Aber immerhin, solange das Fahrzeug sich bewegte, konnte man schon von Beleuchtung sprechen.
Zuverlässig war diese Koppelung Dynamo/Reifen natürlich nicht. Matsch, Regen oder Schnee beendeten meist bald die Freude mit dem erzeugten Licht. Übrigens, mit den gleichen Problemen kämpfen 70 Jahre später noch immer die Eigner eines Velos.
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Bedingt auch durch die Entwicklung bei den Automobilen wurde das mitlaufende kleine elektrische Kraftwerk auch bei den Motorrädern zur konstruktiven Selbstverständlichkeit. Die Problematik des nicht vorhandenen Stromes bei stehendem Motor war damit aber noch nicht gelöst. Doch auch hier konnte man auf fast ausgereifte Konstruktionen zurückgreifen. Batterien als Stromspeicher waren schon seit langem bekannt und in Gebrauch.
Größere Probleme bereitete dagegen die Koppelung stromerzeugendes Aggregat - Stromspeicher. Einerseits mußte der Stromspeicher immer gleichmäßig geladen werden, andererseits durfte er auch nicht überladen werden. Das mußte bei brennenden Verbrauchern aber auch bei abgeschalteten Verbrauchern erkannt und durchgeführt werden.
Der Weg über den Regler bis zur heutigen elektronischen Schaltung mit all seinen Tücken ist wohl jedem geläufig. Abgeschlossen ist er bestimmt noch nicht, denn dieser tückische Bereich ist bei einer Störung ein Quell unsagbarer Freude. Irgendwelche Menschen mit dem Hang zu statistischen Aussagen haben festgestellt, daß bei Störung in der elektrischen Anlage von Fahrzeugen 50 % bei der Schaltung und Regelung, 30 % bei der Batterie, 5 % bei der Lichtmaschine und der Rest bei sonstigen Einflüssen zu suchen ist. Erstaunlich bei dieser Ansage ist zunächst, daß solch eine erprobte Konstruktion wie eine Batterie eine relativ hohe Störanfälligkeit hat. Erinnert man sich darüber hinaus noch an seine eigenen negativen Erfahrungen mit diesen Geräten, so erstaunt es schon, daß nach 130 Jahren Entwicklungszeit immer noch keine befriedigende Speicherkonstruktion auf dem Markt ist.
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3. Motorradbatterie Top |
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Bevor irgendwelche Schuldzuweisungen aufkommen, sollte die Wirkungsweise dieser kleinen Kraftstationen aber zuerst untersucht werden.
Was muß geleistet werden?
1. Wie schon beschrieben, hat ein Dynamo oder auch eine Lichtmaschine Strom zu erzeugen, um bestimmte, je nach Fahrzeug auch verschiedene Aggregate anzutreiben oder zu bedienen. Das ergibt teilweise Leistungsspitzen, die ausgeglichen werden müssen.Die Batterie übernimmt in diesem Fall die zusätzliche Energielieferung.
2. Auch bei ruhendem Fahrzeug müssen Verbraucher, wie Licht, Hupe oder Anlasser, betriebsbereit sein. Die Batterie übernimmt in diesem Fall die gesamte Energielieferung.
3. Energie muß zu jeder Zeit in ausreichender Menge vorhanden sein. Die Batterie muß eine definierte Kapazität haben. Die Batterie muß aufladbar sein.
4. Nebenbedingungen müssen selbstverständlich erfüllt werden.
a) Lange Lebensdauer b) Wartungsfreiheit c) Kleine(s) Abmessungen/Gewicht d) Preisfrage
5. Vom Benutzer verursachte unsachgemäße Behandlung muß problemlos weggesteckt werden.
Nach Durchsicht dieses Wunschkataloges ist es natürlich interessant zu wissen, was überhaupt technisch machbar ist. Gleich hier liegt schon der erste Fehler in unserer Vorstellung, nämlich die technische Machbarkeit ist nur nachrangig. Bei einer Batterie sind die chemischen Abläufe vorrangig und absolut bindend. Es gibt keinen Weg, sich diesen Zwangsabläufen zu entziehen.
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Grundlage Elektrochemie:
Reines Wasser leitet den elektrischen Strom fast nicht, weil es nur wenige bewegliche Ladungsträger enthält. Deswegen wird Wasser mit Säuren, Laugen oder Salzen versetzt, um eine leitende Lösung zu erhalten.
Diese Lösungen oder Schmelzen nennt man dann Elektrolyte.
Beispiel: Festes Kupferchlorid (CuCIZ) ist ein Nichtleiter. Beim Lösen in Wasser (H,O) wird dieses Salz in geladene Teilchen, Cu2+ und Cl-, zerlegt. Diese geladenen Teilchen heißen Ionen. Sie können wandern. Deshalb ist die Lösung elektrisch leitend.
Wird nun über zwei eingeführte Kohlestifte (Elektroden) 6 V Gleichspannung angelegt, wandern die positiven Kupferionen (Cu2+) zur negativen Elektrode, werden dort entladen und schlagen sich als Kupferatom (Cu) nieder. Dies ist die Katodenseite.
Die negativen Chlorionen (Cl-) wandern zur positiven Elektrode, müssen ihre negativen Elektronen abgeben und scheiden sich als Chlormoleküle (Cl4) ab. Dies ist die Anodenseite.
Das Zerlegen eines Stoffes durch Wandern und Entladen von Ionen ist eine Elektrolyse. Elektroden und Elektrolyt bilden eine galvanische Zelle. Da aber dieser Vorgang nur unter Zuhilfenahme von Strom abläuft, ist diese Art von Zelle ein Verbraucher. Durch Veränderung dieser chemischen Bedingungen kann man aus einem Verbraucher aber auch einen Produzenten machen.
Das Elektrodensystem Mangandioxid/ Zink und Ammoniumchlorid als Elektrolyt wurde schon 1860 von Leclanche entwickelt. Ein Zinkstab tauchte als negative Elektrode in die Ammoniumchlorid-Lösung, und die positive Elektrode bildete ein poröser Tonkörper, in dem mit Kohle vermischtes Mangandioxid gepreßt war. Leclanche wandelte die galvanische Zelle in ein galvanisches Element um. Manspricht von "Galvanische Primärelemente". Bei galvanischen Elementen wird die weniger edle Elektrode negativ und löst sich auf. Die edlere Elektrode wird positiv; an ihr scheidet sich Wasserstoff ab. In der Abbildung sieht man eine Galvanische Zelle als Erzeuger.
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Gelöstes Ammoniumchlorid ist ionisiert, ebenso in geringem Maße das Lösungsmittel Wasser.
NH4Cl ? NH4+ + Cl-; H20 - H+ + OH- .Zink ist weniger edel als Kupfer. In Elektrolyten hat Zink, im Gegensatz zu Kupfer, das größere Bestreben, sich aufzulösen. Zink gibt positive Ionen (Zn2+) an die Elektrolyte ab und wird negativ. Dafür wandern in den Elektrolyten andere positive Ionen (H+) zur Kupferplatte. Diese wird positiv, weil sie zur Entladung der Wasserstoffionen (H+) Elektronen abgeben muß. Dies ist nur ein Beispiel einer stromerzeugenden Zelle.
Durch Veränderung des Elektrolyten und der Elektroden kann man verschiedene stromerzeugende Zellen herstellen mit besonderen (gewünschten) Eigenschaften. Für die Elektroden bieten sich verschiedene Metalle an (siehe Abbildung).
In der Praxis kennen wir dieses System bei den verschieden geformten Batterietypen. Durch Verbesserungen der chemischen Ausgangsstoffe oder auch fertigungstechnischen Möglichkeiten wurde zwar die Standzeit (Haltbarkeit) verbessert, aber die Nennspannung kann nicht manipuliert werden.
Bei Mangandioxid als Depolarisator erhalten wir 1,5 V, bei Silberoxid 1,55 V und bei Quecksilberoxid 1,35 V.
Luft-Zink-Elemente enthalten als positive Elektrode kein Metalloxid sondern einen Katalysator. Bei Eindringen von Luftsauerstoff bewirkt der Katalysator, daß Zink oxidiert und sich dabei negativ auflädt. Dieses System erbringt eine Nennspannung von 1,3-1,4 V. Vorteil ist in diesem Fall: kleinste Bauart, leider aber auch kleine Leistung.
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am Beispiel HONDA
Zum Artikel vom 10.10.2004