Die Funktion des Fahrraddynamos

Jedes Fahrrad sollte über eine Beleuchtung verfügen. Bei einigen Fahrrädern wird der Strom für die Beleuchtung über eine Batterie zur Verfügung gestellt. Bei den meisten Fahrrädern geschieht das aber über einen Dynamo.

Was ist ein Dynamo?

Ein Fahrraddynamo, häufig kurz als Dynamo bezeichnet, ist ein kleiner Generator für den Betrieb der Beleuchtungsanlage eines Fahrrades. Er wird oft auch einfach Dynamo genannt, doch korrekterweise ist es eigentlich eine Fahrradlichtmaschine. Ein Dynamo ist ein Gerät, das mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.

Der Fahrrad-Dynamo wandelt die die Bewegung des Rades in Strom um, mit dem die Beleuchtung betrieben wird.

Ein straßentaugliches Fahrrad muss einen Dynamo oder eine andere Stromquelle aufweisen, mit dem die Leuchten des Fahrrades betrieben werden. Wenn Sie lieber am Fahrrad ein Batterielicht beziehungsweise einen Akku anstelle von einem Dynamo anschließen wollen, dürfen Sie dies gerne machen.

Kurzer geschichtlicher Abriss

Ein Fahrraddynamo war bis 2013 an jedem Fahrrad eine Pflicht, doch seine Geschichte ist noch viel älter. Der deutsche Ingenieur Werner von Siemens gilt als Begründer der modernen Elektrotechnik. 1867 stellte er auf der Pariser Weltausstellung einen elektrischen Stromgenerator vor. Doch erst über zwanzig Jahre später kam ein Modell auf den Markt, das eine Fahrradlampe mit ausreichend Licht versorgen konnte und dabei erschwinglich war.

Wie funktioniert ein Fahrraddynamo?

Ein Dynamo (so wie wir ihn aus dem Alltag kennen) ist als ein Generator, der aus Bewegungsenergie elektrische Energie erzeugt. Dieses Prinzip der elektromagnetischen Induktion lässt sich auf Michael Faraday bis ins 19 Jhd. zurückführen.

Einfach gesagt, befinden sich in einem Dynamo Magnete, die sich um eine Spule drehen. Die Möglichkeit, eine Spannung zu erzeugen, indem ein Dauermagnet und eine Drahtspule zueinander bewegt werden, entdeckte der britische Wissenschaftler Michael Faraday im Jahre 1831.

Um die Fahrradlampe zum Leuchten zu bringen, muss der sogenannte Mitnehmer umgelegt sein. Die Speichen treiben den Fahrraddynamo dann an.

Bestandteile und Funktionsweise

Der Fahrraddynamo besteht aus mehreren Komponenten. Von außen ist vom Dynamo nur das Gehäuse zu sehen und obenauf ein Laufrad. Dieses wird mit einer Feder zum Beispiel an den Gummimantel des Reifens gedrückt.

Die wichtigsten Teile eines Fahrraddynamos sind in Bild 2 dargestellt. Ein Laufrad ist über eine Welle mit einem runden Permanentmagneten verbunden. Innen im Gehäuse befinden sich Spulen, die mit diesem Gehäuse fest verbunden sind. Der runde Permanentmagnet kann sich innerhalb dieser Spulen drehen. Aufgrund seines Aufbaus (Induktionsspulen ruhend, felderzeugender Magnet rotiert) ist ein Fahrraddynamo ein Innenpolgenerator.

Wenn das Laufrad an den Reifen gedrückt wird, dann beginnt es sich zu drehen. Dabei dreht sich auch der Magnet im Dynamo. Der Eisenkern wird jetzt, je nach Stellung des Magneten unterschiedlich magnetisiert. Dabei ändert sich das Magnetfeld in der Spule. Ein verändertes Magnetfeld in der Spule erzeugt eine Induktionsspannung. Diese Spannung kann am Dynamo abgegriffen werden.

Je fester der Fahrradfahrer in die Pedale tritt, umso schneller läuft das Rad und damit auch das Laufrad des Dynamos. Dabei wird die Bewegungsenergie beim Treten in mechanische Energie und diese anschließend in elektrische Energie umgewandelt.

Das Laufrad des Fahrraddynamos ist wiederum mit einem Rundmagneten verbunden. Im Gegensatz zu anderen Magneten hat dieser nicht nur je einen Nord- und Südpol, sondern insgesamt vier oder sogar sechs Pole. Der runde Magnet sitzt in einer Spule aus gewickeltem Draht. Sie ist fest mit dem Gehäuse des Fahrraddynamos verbunden. Durch die Drehbewegung des Laufrades rotiert auch der Magnet in der Spule. Dort erzeugt er eine Veränderung des Magnetfelds. Durch Rotationsenergie entsteht elektrische Spannung. Bei normaler Geschwindigkeit beträgt die Spannung in einem Fahrraddynamo etwa sechs Volt, die elektrische Leistung ungefähr drei Watt. Das reicht aus, um Scheinwerfer und Rücklicht zum Leuchten zu bringen.

Wird das Laufrad durch eine Feder an den Reifen gedrückt, so wird es bei Bewegung des Rades in Umdrehungen versetzt. Damit rotiert der Permanentmagnet vor den Spulen und führt zu einer Änderung des von den Spulen umschlossenen Magnetfeldes. Nach dem Induktionsgesetz wird dadurch in den Spulen eine Spannung induziert. Sie beträgt bei einem Fahrraddynamo bei normaler Fahrt etwa 6 V, die elektrische Leistung einige Watt.

Insgesamt wird in einem Fahrraddynamo mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Diese Energie muss durch den Radfahrer mit aufgebracht werden. Das bedeutet: Beim Fahren mit Licht muss eine etwas größere Energie zum Bewegen des Fahrrades aufgewendet werden als beim Fahren ohne Licht.

Da sich auch die Richtung des Magnetfelds ändert, ändert sich auch die Polung an den Spulenenden. Es wird eine Wechselspannung generiert.

Warum ein Eisenkäfig?

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.

In dem aus den acht Eisenstreifen gebildeten Käfig rotiert ein Magnet, der vier Nord- und vier Südpole besitzt. Bei Rotation des Magneten ändert sich also ständig die Richtung des Magnetfeldes, welches die Spule durchsetzt.

Aus diesem Bild ist erkennbar, dass dieser Magnet nicht nur einen Nordpol und einen Südpol hat, sondern insgesamt 6 Pole. Diese Anordnung wird gewählt, um auch bei relativ geringer Drehzahl eine ausreichende Spannung in den Spulen zu induzieren.

Die verschiedenen Bauweisen von Fahrraddynamos

Zwar funktionieren alle Dynamos nach dem gleichen Prinzip, doch es gibt verschiedene Typen. Fachleute unterscheiden beim Fahrraddynamo danach, wo er angebracht ist und wie er angetrieben wird.

• Seitenläuferdynamo: Der Seitenläuferdynamo ist der klassische Fahrraddynamo. Er ist an der Halterung des Rades angebracht und kann bei Bedarf an die Außenwand des Reifens gedrückt werden. Wenn das Laufrad sich dreht, versetzt es ein kleines Rad am Dynamo in Bewegung, das wiederum den Magneten im Inneren in Drehung versetzt. Seitenläuferdynamos sind leicht, günstig und einfach nachzurüsten, müssen allerdings genau justiert werden, um ihre maximale Wirkung zu entfalten.
• Felgendynamo: Beim Felgendynamo handelt es sich um eine spezielle Form des Seitenläuferdynamos. Wie der Name schon verrät, trifft dieser Dynamo nicht auf den Reifen, sondern auf die Felge.
• Rollen- oder Walzendynamo: Eine andere Variante des Seitenläuferdynamos ist der Rollen- oder Walzendynamo. Bei diesem Modell wird nicht nur das Laufrad gedreht. Stattdessen rollt ein zylinderförmiger Außenläufer auf der Lauffläche des Hinterrades. Darum sitzt der Rollendynamo meist hinter den Pedalen an der Mittelstange. Er wird mit Hilfe eines Bowdenzuges vom Lenker aus bedient. Er ist zwar einfacher zu justieren als Seitenläuferdynamos. Allerdings kann es sein, dass sich bei schmutzigeren Strecken Dreck an der Walze ansammelt, welcher regelmäßig entfernt werden muss. Außerdem eignet er sich nicht für Reifen, welche ein stark ausgeprägtes Profil haben.
• Speichendynamo: Auch beim Speichendynamo deutet die Bezeichnung die Funktionsweise an. Die Speichen treiben den Fahrraddynamo dann an.
• Nabendynamo: Den Nabendynamo gibt es schon seit 1913, doch seinen Siegeszug trat er erst ab den 1980er Jahren an. Seither gilt er als der beliebteste Fahrraddynamo. Auch vom Nabendynamo gibt es verschiedene Varianten. Doch allen ist gemein, dass dieser Dynamo statt der herkömmliche Nabe im Vorderrad eingesetzt wird. Damit ist der Nabendynamo witterungsunabhängig. In der Regel hat ein neues Fahrrad heutzutage einen Nabendynamo, welcher die Spannung dadurch erzeugt, dass er direkt in der Nabe des Vorderrades sitzt und beim Fahren in eine Drehbewegung versetzt wird. Allerdings drehen sich bei dieser Konstruktion die Metallkäfige um den still stehenden Magneten herum. Ein Nabendynamo hat zwar einen hohen Wirkungsgrad und funktioniert unabhängig von der jeweiligen Witterung gleich gut. Allerdings ist es aufwändiger, ihn auszutauschen, falls er nicht mehr funktionieren sollte.

Vor- und Nachteile des Dynamos

Im Gegensatz zu Leuchtmitteln mit Batterien oder Akkus hat der Fahrraddynamo den Vorteil, dass er immer einsatzfähig ist. Es gibt keine leere Batterie, die dich plötzlich im Dunkeln stehen lässt. Die meisten Dynamos funktionieren dabei auch unabhängig vom Wetter.

Für viele Radfahrer ist jedoch der mechanische Antrieb ein echter Nachteil. Wer nicht besonders fit ist, kann oft nicht stark genug in die Pedale treten, um ausreichend Licht zu erzeugen. Gerade bergauf ist das ein echtes Problem.

Gesparte Rückleitung

An vielen Fahrrädern ist zu erkennen, dass vom Dynamo nur jeweils eine Leitung zur Lampe verlegt ist. Wie funktioniert das? Kann der Stromkreis zwischen Lampe und Dynamo mit einem Kabel geschlossen sein?

Die Antwort lautet - „meistens JA“! Die meisten Fahrradrahmen bestehen aus Metall, sind also gute Leiter. Der Dynamo ist mit einer Schraube am Fahrradrahmen befestigt. Gleiches gilt für die Lampen. Der Rahmen, sofern er aus einem leitenden Material besteht, kann eine Leitung des Stromkreises ersetzen. Der Stromkreis wird hier über den Rahmen geschlossen.

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