Alternator/Generator und Spannungsregler

Stromerzeugung an Bord

Während der Motor läuft, erzeugt die Stromerzeugungs­anlage den gesamten Energiebedarf der Avionik, Beleuchtung, Pitot-Heat etc. und lädt die Bord-Batterie nach. Bei Motorstopp übernimmt allein die Batterie.

Generator vs. Alternator

Generator (DC-Generator) — älteres System

• Erzeugt direkt Gleichstrom (DC).
• Funktioniert mit Kommutator und Kohlebürsten.
• Liefert ab ca. 1 200 RPM ausreichend Spannung — bei niedrigerer Drehzahl entlädt sich die Batterie.
• Geringere Effizienz, höhere Verschleißteile.
• In älteren Cessna/Piper-Mustern.

Alternator (AC-Generator mit Gleichrichter) — heutiger Standard

• Erzeugt zuerst Wechselstrom (AC), dann wird über eine Diodenbrücke (Gleichrichter) Gleichstrom gemacht.
• Funktioniert mit Schleifringen statt Bürsten → längere Lebensdauer.
• Liefert ausreichende Spannung schon bei niedrigen Drehzahlen (Leerlauf ~700 RPM) — Batterie lädt auch im Standgas.
• Höhere Effizienz und Leistungsdichte.
• Standard in modernen Kleinflugzeugen (C172, PA-28, DA40).

Aufbau eines Alternators

Hauptteile:

• Rotor mit Elektromagnet (Erregerwicklung), angetrieben über Keilriemen vom Motor.
• Stator mit drei Phasen-Wicklungen, in denen die wechselnde magnetische Flussdichte des Rotors eine Wechselspannung induziert (Faraday).
• Diodenbrücke (6 Dioden) — wandelt 3-Phasen-AC in pulsierende DC.
• Spannungsregler — steuert die Erregerspannung am Rotor; passt die Ausgangsspannung so an, dass das Bordnetz konstant bei 14 V (oder 28 V) bleibt.

Spannungsregler (Voltage Regulator)

Aufgabe: Hält die Bordspannung konstant bei der Soll-Spannung, unabhängig von:

• Motor-Drehzahl,
• Last (wie viele Verbraucher eingeschaltet sind),
• Temperatur.

Funktionsweise: Misst die Bordspannung; ist sie zu niedrig → mehr Erregerstrom in den Rotor → stärkeres Magnetfeld → mehr Induktion. Ist sie zu hoch → weniger Erregerstrom.

Typische Soll-Spannung:

• 14 V Bordnetz: 13,8–14,2 V.
• 28 V Bordnetz: 27,6–28,4 V.

Verteilung der erzeugten Energie

Vom Alternator führt eine Hauptleitung zum:

• Hauptbus (Main Bus) — versorgt fast alle Verbraucher (Avionik-Bus, Beleuchtung, Pitot-Heat).
• Batterie — über das Master-Solenoid (Hauptrelais); Batterie wird geladen, wenn Alternator-Spannung > Batteriespannung.

Bordverbraucher

Typische Verbraucher in einem Kleinflugzeug:

• Hochleistung: Anlasser (100–300 A, nur kurz), Pitot-Heat (5–15 A), Landescheinwerfer (5–10 A), Beheizte Sitze.
• Mittlere Last: Funk (TX 2–3 A, RX 0,3 A), Transponder (0,5 A), GPS/EFIS-Display (1–3 A), Positionslichter.
• Geringe Last: Instrumenten­beleuchtung, Anti-Kollisions-Lichter (LED moderner).

Ausfall des Alternators

Symptome:

• Roter „ALT"-/„LOW VOLTAGE"-Warnhinweis im Cockpit.
• Ammeter zeigt Entladung (negativ).
• Bordspannung sinkt langsam ab.

Reaktion (Standard-Verfahren):

1. ALT-Schalter aus und wieder ein (Reset);
2. Wenn ohne Wirkung: nicht essenzielle Verbraucher ausschalten (Landescheinwerfer, Pitot-Heat soweit verzichtbar, Heizung, sek. Avionik);
3. Batterie nur für essenzielle Funktionen verwenden (Funk, ein Transponder, ggf. ein Display);
4. Landung am nächsten geeigneten Flugplatz;
5. Bei IMC mit elektrischen Pflichtinstrumenten: höchste Priorität, sofort zur sichtbaren Bedingung oder Flugplatz.

Restzeit der Batterie: bei reduzierter Last ca. 30–45 Minuten, je nach Batteriezustand.