Fahrraddynamo gleich oder wechselstrom

Die Fahrradlichtmaschine (fälschlicherweise wird meist Dynamo dazu gesagt) stellt eine hübsche Anwendung des Innenpolgenerators dar. Die gängige Vorstellung, dass bei der Fahrradlichtmaschine ein einfacher Magnet in einer Spule rotiert und dadurch Wechselspannung erzeugt, beschreibt die Vorgänge nur sehr grob. Ganz wesentlich ist nämlich der Eisenkäfig in welchen die Spule eingebaut ist. Würde man diesen ausbauen und den Magneten- so wie oben gesagt - nur in der Spule rotieren lassen, würde man fast keine Spannung erhalten. Im Weiteren soll daher die Funktionsweise des "Fahrrad-Dynamos" etwas genauer betrachtet werden.

Mit einem Dynamo, auch Lichtmaschine genannt, wird während des Fahrradfahrens die Beleuchtung durch die bloße Drehbewegung sichergestellt. Der elektrische Generator konnte sich, trotz zahlreicher LEDs und Batterien am Markt durchsetzen. Das liegt daran, dass sich der klassische Seitenläufer Dynamo über den Speichendynamo zum Nabendynamo immer weiter entwickelt hat. Er versorgt die Lampen am Fahrrad zuverlässig mit Strom und trägt somit entscheidend zur Sicherheit im Straßenverkehr bei.

Was ist ein Dynamo für das Fahrrad?

Der Fahrraddynamo hat die Aufgabe, den Scheinwerfer und das Rücklicht am Fahrrad zum Leuchten zu bringen. Das tut er, indem er Bewegung in Strom umwandelt. Auf dem Markt existieren verschiedene Arten von Dynamos: der Nabendynamo, Seitenläufer Dynamo und der Speichendynamo. Technisch gesehen handelt es sich um elektrische Generatoren, genauer um Einphasen-Wechselstromgeneratoren. Wenn sie mit dem Rad des Fahrrads in Berührung kommen, nehmen sie die Bewegung auf. Ein Magnet beginnt sich zu drehen und erzeugt eine Wechselspannung. Die Leistung der einzelnen Dynamos kann im Vergleich stark variieren, den höchsten Wirkungsgrad erzielt der Typ Nabendynamo. Dynamos bringen den Vorteil, dass die Verwendung von Akkus oder Batterien für das Licht am Fahrrad nicht notwendig ist.

Eine noch relativ junge Entwicklung ist der Vorderrad-Nabendynamo. Er arbeitet - wie die meisten Seitendynamos - mit einem Klauenpolgenerator. Permanentmagnete erzeugen durch die Drehung des Laufrades ein rotierendes Magnetfeld, das in der feststehenden Statorwicklung eine elektrische Wechselspannung induziert. Mit Aufgaben.

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• 🕙 18.02.2009 (geändert: 08.08.2016)

Nabendynamo 

Der Fahrraddynamo erzeugt eine elektrische Leistung zum Betrieb des Scheinwerfers und des Rücklichts. In Deutschland sind - festgeschrieben in der Straßenverkehrs-Zulassungsordnung StVZO - 6 Volt Nennspannung und 3 Watt Nennleistung üblich. Mit dieser Leistung erreicht man eine Helligkeit, die in einem brauchbaren Verhältnis zum Tretaufwand liegt. Weil die Höhe der Spannung von der Drehzahl des Generators abhängig ist, wurden in Deutschland folgende Werte festgelegt: Bei einer Fahrgeschwindigkeit v = 5 km/h liefert der Generator mindestens 3 V, bei 15 km/h mindestens 5,7 V, für Geschwindigkeiten bis 30 km/h maximal 7,5 V.

Aufbau eines Nabendynamos

(Bilder: Einzelteile SON; Schnittzeichnung tec.LEHRERFREUND) 

Der Vorderrad-Nabendynamo arbeitet (wie auch die meisten Seitendynamos) mit einem Klauenpolgenerator. Im Nabenmantel eingelegte Permanentmagnete schneiden mit ihren Magnetfeldern bei der Drehung des Rades die Windungen der feststehenden Statorspule; in ihren Wicklungen wird eine elektrische Wechselspannung induziert. Umgeben ist die Spule von einem Blechkäfig mit schmalen Fingern, den Klauen; sie stehen als Nord- und Südpol den Magnetpolen des Rotors gegenüber und leiten das Magnetfeld durch die Spule.

Eingeschaltet wird die Beleuchtung über einen Schalter am Scheinwerfer oder über eine elektronische Steuerung, die bei Dunkelheit die Beleuchtung automatisch schaltet.

Nabendynamos haben die höchsten Wirkungsgrade im Betrieb. Im nicht eingeschalteten Zustand besitzen sie wegen der im Leerlauf auftretenden Ummagnetisierungsverluste ein geringes Verlustmoment, das beim Treten zusätzlich aufgebracht werden muss.

Wie schließt man einen Nabendynamo richtig an? Was tun, wenn die Verbindungen korrodiert sind?
Bei Nabendynamos ist die übliche Masse über eine zweite Ader angeschlossen. Bei zweiadrigen Leitungen hat eine der Leitungen eine durchgängigen weiße Linie. Die Leitungen werden vom Dynamo zu Vorder- und Rücklicht geführt. Mit den Leuchten verbundene Stecker garantieren das richtige Anschließen des Kabels. Bei fachgerechtem Anschluss müssen der Scheinwerfer und das Rücklicht leuchten. Mit etwas Sprühöl kann man die Kontakte gegen Korrosion schützen. Am Dynamo sind die Anschlussstellen am gefährdetsten, weil sie dort meistens am stärksten verschmutzt sind.

Aufgaben

Die unten gezeichneten Kurven stammen aus Versuchsreihen eines Nabendynamo-Herstellers. Die Werte wurden unter einer Belastung von 12 Ω ermittelt. Beantworten Sie folgende Fragen:

1. Welche Größen wurden in den Versuchen ermittelt?

2. Charakterisieren Sie den Verlauf des Wirkungsgrads.

3. Bei welcher Fahrgeschwindigkeit hat der Dynamo seinen besten Wirkungsgrad?

4. Welche Spannung erzeugt der Dynamo bei 15 km/h?

5. Ziehen Sie zwei Grenzlinien für die unterste zulässige Spannung (bei 15 km/h) und die oberste zulässige Spannung (bei 30 km/h). 

Welchen Strom erzeugt ein Fahrraddynamo?

Welche spannungsart liefert ein Fahrraddynamo?

Warum erzeugt ein Dynamo Wechselspannung?

Was für eine Spannung liefert ein Nabendynamo?