Fahrraddynamo: Funktion, Aufbau und Technik

Ein Fahrraddynamo, häufig kurz als Dynamo bezeichnet, ist ein kleiner Generator für den Betrieb der Beleuchtungsanlage eines Fahrrades. In ihm wird mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt.

Wozu dient der Dynamo?

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

Aufbau und Wirkungsweise

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.

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. Das ist ausreichend, um den Scheinwerfer (meist Glühlampe mit 2,4 Watt Leistung) und Rücklicht (ca.

Bild 3 zeigt, wie das Magnetfeld des Permanentmagneten, der sich im Dynamo befindet, aussieht. 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.

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.

Ein Dynamo (so wie wir ihn aus dem Alltag kennen) ist als ein Generator, der aus Bewegungsenergie elektrische Energie erzeugt.

Mit Hilfe dieses Prinzips kannst du jederzeit selbst Strom erzeugen. Dazu benötigst du einen Dauermagneten und einen elektrischen Leider (ein einfacher Draht genügt), der möglichst viele schleifenförmige Windungen aufweist (wie eine Spule, durch den kreisförmigen Leiter wird der Induktionsvorgang noch verstärkt).

Wenn du nun noch den elektrischen Leiter durch das Magnetfeld bewegst oder “das Magnetfeld bewegst”, erzeugst du durch die Bewegung elektrische Energie, die du am Leiter durch einen Verbraucher (z.B. Damit du nun fortlaufend elektrische Energie erzeugst, musst du für eine kontinuierliche Bewegung sorgen d.h. du musst ständig beispielsweise den Leiter durch das Magnetfeld ziehen. Hierfür würdest du viel Platz benötigen, der in einem Dynamo (z.B. Fahrraddynamo) nicht immer vorhanden ist.

So hat sich das Prinzip der Drehbewegung in einem Dynamo “durchgesetzt”. So lässt sich durch Rotation oder Spule oder des Magneten, kontinuierlich Strom erzeugt. Das die erzeugte Spannung nicht konstant bleibt, lässt sich relativ einfach durch die Position des Magnetfeldes und der Spule erklären.

Laut dem Induktionsgesetz erzeugst du die größte Spannung, wenn sich (einfach ausgedrückt) der Magnet exakt über dem Leiter befindet. Da sich der Magnet aber bewegt bzw. dreht (er rotiert), damit Spannung erzeugt wird, befindet sich der Magnet mal exakt über dem Leiter (höchste Spannung wird erzeugt) und mal etwas weiter entfernt (dadurch wird weniger Spannung erzeugt).

Wie du dir vorstellen kannst, gibt es nun zwei Möglichkeiten, einen Dynamo bzw. Einerseits kannst du eine Spule in einem Magnetfeld drehen lassen. Die rotierenden Induktionsspulen werden durch ein fest stehendes Magnetfeld “gedreht”, wobei Spannungen induziert werden (siehe Skizze oben). Andererseits kannst du ein Magnet zw. Magnetfeld zwischen einer oder mehrere Spulen rotieren lassen. Dabei wird durch das rotierende Magnetfeld in fest stehenden Induktionsspulen Spannungen induziert.

Ein Fahrraddynamo ist ein typischer Innenpolgenerator, d.h. man hat ein rotierendes Magnetfeld. Dabei wird ein Magnet auf einer Achse montiert, dass über eine Welle mit dem Laufrad verbunden ist. Wird das Laufrad des Dynamos “gedreht”, so dreht sich der Magnet und führt so zu einer Änderung des Magnetfeldes, dass die Spulen umschließt.

Beim Drehen müssen nun die verschiedenen Magnetpole des Magneten an den Spulen vorbei. Dabei kommt es zwischen dem Magneten und der jeweiligen Spule zur Bildung eines magnetisches Feldes. Durch das veränderliche Magnetfeld (sowohl die Größe als auch die Richtung der Pole ändern sich beim Drehen) das der jeweiligen Spule ausgesetzt wird, wird eine elektrische Spannung induziert, die einer Wechselspannung gleicht.

Ändert sich die Ausrichtung des Magneten in Bezug auf die Spule, d.h. “sieht” beispielsweise die Spule erst den Nordpol des Magneten und anschließend den Südpol des Magneten, so kehrt sich die Polarität der Spannung um.

Mit einen normalen Dynamo lassen sich einige Watt an elektrischer Leistung erzeugen, was normalerweise ausreicht, um Vorder- und Rücklicht eines Rades mit elektrischer Energie zu versorgen.

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.

Muss jedes Fahrrad über einen Dynamo verfügen?

Nein, laut Gesetzgeber muss ein verkehrssicheres Fahrrad zwar über Beleuchtungseinrichtung verfügen, wie Sie diese allerdings betreiben, ist nicht vorgeschrieben. Sie können demnach auch Leuchten mit Batterien verwenden.

Drohen Sanktionen, wenn der Dynamo nicht funktioniert?

Ist der Dynamo defekt, kann dafür ein Verwarngeld in Höhe von 20 Euro drohen. 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.

Wenn ein Fahrrad fährt, wird je nach Bauart eine Achse im Dynamo in eine Drehbewegung versetzt. An dieser Achse ist ein Magnet mit mehreren Nord- und Südpolen angebracht, der sich innerhalb eines Käfigs aus Metallstreifen dreht.

Zu einem bestimmten Zeitpunkt liegen alle Nordpole des Magneten an den Metallstreifen des einen Käfigteils an, die Südpole an den Streifen des anderen Käfigteils. Wenn das Fahrrad fährt und sich die Achse von einem Dynamo dreht, sind die Metallstreifen der beiden Käfigteile also abwechselnd den Nordpolen und den Südpolen des Magneten ausgesetzt und werden von diesen so beeinflusst, dass sie stets einen anderen Pol haben als die benachbarte Stelle des Magneten. Die Metallstreifen beider Käfigteile sind an gegenüberliegenden Enden eines Eisenkerns befestigt.

Um den Eisenkern in einem Dynamo ist eine Spule aus Draht gewickelt. Wenn sich das Magnetfeld des Kerns ständig ändert, werden die Elektronen im Draht so in Bewegung versetzt, dass an den Enden der Spule eine Wechselspannung entsteht.

Die Möglichkeit, eine Spannung zu erzeugen, indem ein Dauermagnet und eine Drahtspule zueinander bewegt werden, entdeckte der britische Wissenschaftler Michael Faraday im Jahre 1831.

Verschiedene Typen 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: Die klassische Version der Fahrradlichtmaschine ist der Seitenläuferdynamo. 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.
• Nabendynamo: 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.
• Felgendynamo: Der Felgendynamo funktioniert im Prinzip genauso wie der Seitenläuferdynamo. Allerdings sitzt das Rad des Dynamos nicht an der Außenwand des Reifens auf, sondern an der Felgenseite.
• Speichendynamo: Speichendynamos sind an der Gabel des Rades befestigt und werden nicht vom Reifen oder der Felge, sondern von den Speichen in Bewegung versetzt. Um die Fahrradlampe zum Leuchten zu bringen, muss der sogenannte Mitnehmer umgelegt sein. Die Speichen treiben den Fahrraddynamo dann an.
• Rollen- oder Walzendynamo: Der Rollen- oder Walzendynamo schließlich sitzt nicht an der Seite des Rades, sondern oben auf der Lauffläche auf. 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.

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.

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.

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