Der NabeNDyNamo als KraftwerK

Der Nabendynamo als Kraftwerk
Das Handy, das GPS-Gerät, der MP3-Player, der PDA - immer mehr Geräte sind „dabei“ und brauchen Energie.
Diese steht beim Fahrrad ausreichend zur Verfügung. Wie Sie die nutzen können, zeigt
unsere Info. Über Ihre Kommentare und Vorschläge freuen wir uns unter:
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Der Dynamo
Wenn wir hier von Dynamo sprechen, ist grundsätzlich ein Nabendynamo gemeint.
Der klassische „Reibrad“-Dynamo ist wegen seines schlechten Wirkungsgrades, seiner Unzuverlässigkeit unter erschwerten Bedingungen und seiner eingeschränkten Leistungsfähigkeit weitgehend
ungeeignet. Die Leistungsabnahme des Nabendynamos spürt man während der Fahrt erfahrungsgemäß überhaupt nicht!
Nabendynamos gibt es einige auf dem Markt, unsere Versuche und Erfahrungen haben wir mit dem SON-Nabendynamo aus Tübingen (www.nabendynamo.de) gemacht.
Spannungsverhalten
Das nebenstehende SON-Diagramm zeigt:
1. Die Leerlaufspannung nimmt linear mit der Geschwindigkeit zu und erreicht bereits bei mittleren
Geschwindigkeiten Beträge, die für manche elektronische Geräte viel zu hoch sind.
2. An einer Last 6V/3W werden bei ca. 13km/h die 6V Nennspannung erreicht.
3. An einer Last von 12V/5,4W werden bei ca. 22km/h 12V Nennspannung erreicht.
Dynamos sind sogenannte „Konstantstromquellen“, d.h. sie geben über einen großen Bereich einen konstanten Wechselstrom - ca. 0,5 A - ab, dessen Frequenz linear mit der Fahrgeschwindigkeit
zunimmt. Nimmt der Innenwiderstand der Last ab wird kein höherer Strom erzeugt, sondern die Spannung sinkt bis zum Arbeitspunkt ab.
Aus diesen Randbedingungen ist es sehr einfach mit „uralten“ Elektronikschaltungen und einfachsten Bauteilen ein akzeptables Fahrrad-Kraftwerk zu konstruieren.
1. Spannungsbegrenzung.
1.
Widerstand der Kabel
Ausgangs-Wechselspannung auf 14 Volt begrenzt
Zenerdioden
Dynamo
Masse
2. Lade-Gleichspannung von ca. 6V erzeugen
2.
Eingangs-Wechselspannung 0 bis 14 Volt
Masse
4 Dioden
Kondensator
vom Dynamo
3.
EingangsWechselspannung
0 bis 14 Volt Masse
Damit nicht bei einer plötzlichen Schussfahrt das Handy platzt, begrenzen wir die Spannung
auf verträgliche 14 Volt. Dazu werden aus dem Elektronikfachhandel 2 Stück Zenerdioden 14Volt
/ 1A / 5Watt benötigt.
Die beiden Dioden werden gegenläufig geschaltet. Die Ausgangsspannung kann jetzt den Wert
von 14V nicht mehr überschreiten.
Diese beiden Dioden müssen für diese, wenn auch nur seltene Überbelastung eine Verlustleistung
von min. 5 Watt aufweisen. Diese Wärme muss über ein Kühlblech abgeführt werden. Je nach
Diodenkonstruktion hat das Gehäuse Kontakt zu einem Anschluss oder ist selbst ein Anschluss.
Dann muss das Kühlblech vom Fahrradrahmen isoliert montiert werden.
Die Verlustleistung bei „Schussfahrt“ wird natürlich um die Leistung, die ein evt. angeschlossenes
Gerät benötigt, vermindert.
+
Gleichspannung
-
Kondensator
3. Lade-Gleichspannung von ca. 12V erzeugen
Manche Geräte sind mit den oben angebotenen ca. 6V nicht zufrieden. Das gilt z.B. für alle Geräte,
die über ein 12V Zigarettenanzünderkabel geladen werden, wie Handys.
Die nebenstehende Spannungsverdoppler-Schaltung wird nach Schaltung 1 angeschlossen
und liefert ca. 0,25 bis 0,3A bei bis zu 14 Volt. Das ist ausreichend zum Handy laden. Die Dioden
entsprechen denen von Schaltung 2.
Mit der Größe der Elektrolytkondensatoren muss man selbst etwas experimentieren. Je nach
anschlossenem Gerät erhält man die besten Ergebnisse mit Kondensatoren zwischen 1000 und
10000uF (Microfarad) / 25Volt.
Kondensator
2 Dioden
Die nebenstehende Gleichrichterschaltung wird nach der Schaltung 1 anschgeschlossen und
benötigt 4 handelsübliche Dioden mit einem Durchlassstrom von ca. 1 A (incl. Reserven), die
wie nebenstehend dargestellt zu einer Brücke zusammengelötet werden. Die entstehende
Ausgangsspannung pulsiert sehr stark und wird durch den parallel geschalteten Elektrolytkondensator (ab 2200uF/40V) geglättet.
Da der Generator aber nur 0,5A liefern kann, wird die Gleichspannung bei angeschlossenen
Kleinverbrauchern kaum über 6 V ansteigen.
Mit dieser Schaltung sind z.B. 4 AA-Akkuzellen mit 2600mAh in etwa 5 Stunden normaler Fahrt
voll. Ein GARMIN GPS 60C lässt sich schon beim langsamen Schieben des Rades betreiben! Für
den neuen, nicht so energiesparenden 60Cx muss man schon etwas flotter laufen.
+
Doppelte
Gleichspannung
und halber Strom
-
4. Sonstiges
Wer beide Spannungen benötigt, muss eben beide Schaltungen aufbauen und mit einem
kleinen Umschalter versehen. Alle Anschlüsse haben wir als Steckanschlüsse ausgeführt unter
Verwendung üblicher Cinch-Stecker und Buchsen. Diese wurden, ebenso wie die Schaltungen
in ein kleines Kästchen eingebaut, wasserdicht versiegelt und irgendwo am Lenker montiert.
Die Ladespannungen sind ungeregelt und schützen nicht vor Überladung! Sobald die Geräte
geladen sind, sollte der Dynamo abgeschaltet werden, um Überspannung zu verhindern.
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