Fahrrad mit Generator: Funktionsweise und Aufbau

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.

Ein Fahrraddynamo - kurz Dynamo - ist ein kleiner elektrischer Generator, der während der Fahrt die Stromversorgung der Beleuchtung mittels einer Drehbewegung sicherstellt. Ein Fahrraddynamo ist ein kleiner elektrischer Generator. Er wird oft auch einfach Dynamo genannt, doch korrekterweise ist es eigentlich eine Fahrradlichtmaschine. In ihm wird mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt.

Ein Dynamo ist ein elektrischer Generator. Bei einem Dynamo wird mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt.

Aufbau eines Fahrraddynamos

Der Fahrraddynamo besteht aus mehreren Komponenten. Von außen ist vom Dynamo nur das Gehäuse zu sehen und obenauf ein Laufrad. Ein Dynamo besteht im Wesentlichen aus einem drehbar gelagerten Permanentmagneten (Rotor) und einem Stator, der sich aus einer Spule und einem Eisenkern zusammensetzt.

Am oberen Ende des Dynamos befindet sich ein Reibrad, welches über den Rand des Reifens angetrieben wird. Dieses wird mit einer Feder zum Beispiel an den Gummimantel des Reifens gedrückt.

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.

Eigentlich würde der Dynamo auch mit einem Magneten funktionieren. Um die Effektivität des Dynamos zu erhöhen, werden i.d.R. segmentierte Magnete eingesetzt. Damit ändert sich das Magnetfeld pro Umdrehung nicht nur einmal, sondern mehrfach.

Funktion des Fahrraddynamos

Wenn das Reibrad an den Reifen gedrückt wird, dann beginnt es sich zu drehen. Dabei dreht sich auch der Magnet im Dynamo. Durch die Drehbewegung des Laufrades rotiert auch der Magnet in der Spule. Dort erzeugt er eine Veränderung des Magnetfelds. 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.

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

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. 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.

Die Fahrradlichtmaschine (fälschlicherweise wird meist Dynamo dazu gesagt) stellt eine hübsche Anwendung des Innenpolgenerators dar. Aufgrund seines Aufbaus (Induktionsspulen ruhend, felderzeugender Magnet rotiert) ist ein Fahrraddynamo ein Innenpolgenerator.

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.

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.

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.

Natürlich kann man den Stromkreis auch mit einem Rückkabel schließen. Dies hätte jedoch den Nachtteil, dass ein weiteres Kabel kaputt gehen kann. Anstatt eines Rückkabels gibt es den Metallrahmen des Fahrrads. Der Stromkreis wird beim Fahrrad über den Metallrahmen geschlossen.

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.

• Der Seitenläuferdynamo ist der klassische Fahrraddynamo.
• 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.
• 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.
• Auch beim Speichendynamo deutet die Bezeichnung die Funktionsweise an. Um die Fahrradlampe zum Leuchten zu bringen, muss der sogenannte Mitnehmer umgelegt sein. Die Speichen treiben den Fahrraddynamo dann an.
• 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.

Mit einem Nabendynamo kann man sein Rad bequem mit Strom und Licht versorgen. Der Nabendynamo an einem Fahrrad versorgt die Lichteinrichtungen mit dem notwendigen elektrischen Strom.

Der Generator befindet sich in der Nabe des vorderen Rades und erzeugt durch einen Permanentmagneten, welcher durch die Bewegung sich um den Stator kreist, den elektrischen Strom. Dabei handelt es sich um einen Wechselstromgenerator.

Die bedeutendsten Aspekte für einen Nabendynamo sind Haltbarkeit, Gewicht, Wirkungsgrad und die Leerlaufverluste. Die Nabendynamos besitzen die höchsten Wirkungsgrade im aktiven Betrieb.

Vor- und Nachteile des Fahrraddynamos

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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