Laderegler bauen mit dem anhand eines Dynamos ein Handy oder Navi mit Strom versorgt werden kann

[SteffPriko (Gast)]

Hallo,

bitte helft mir mal bei meinem Problem:

Wenn ich eine Radtour mache, will ich mit einem Dynamo ein Handy oder 
ein Navi mit Strom versorgen können. Das heißt ich möchte einen 
Laderegler bauen, mit dem man anhand eines Fahrraddynamos (6V,3W) einen 
(oder mehrere) Verbraucher mit 5V betreiben kann.

Im Bild seht ihr die von mir durchdachte Idee!
Mittels Bückengleichrichter und dem Kondensator (4,7mF) soll eine 
Gleichspannung erzeugt werden. Danach soll ein Spannungswandler die 
Eingangsspannung auf 5V herabsetzen.
Die Z-Diode dient der Spannungsbegrenzung und wird so dimensioniert, wie 
die maximal erlaubte Eingansspannung des DC-DC-Wandlers um eine 
Überspannung zu verhindern.
Da es auch vorkommt, dass ich mit dem Rad stehen bleibe (Kreuzung, oder 
einfach nur ne kurze Pause), habe ich mir gedacht, dass ich nach dem 
DC-DC-Wandler den Akku von meinem alten Nokia Handy einbaue. Wenn also 
kein Strom vom Dynamo kommt, wird der Strom vom Akku an die Verbraucher 
weiter gegeben...
Wenn ich mein Handy angeschlossen habe dann soll (wenn möglich) eine LED 
leuchten, wenn das Handy erfolgreich mit Strom versorgt wird.
Hinweis: U1 und U2 sind die Ausgangsspannungen 5V!

Meine Fragen:
1) Wie sind die Widerstände zu Dimensionieren? Ein Kollege hat mir 
nämlich gesagt, dass immer ein Widerstand dazwischen eingebaut werden 
muss (vor dem DC-DC-Wandler, vor dem Akku, und vor jedem Verbraucher). 
Ich weiß aber nicht wie groß die Widerstände sein müssen bzw. ob ich das 
richtig verstanden habe!
2) Ist die Idee mit den LED's (als Anzeige für erfolgreiche 
Stromversorgung) wie im Bild ersichtlich sinnvoll?
3) Wie suche/finde ich meinen passenden Spannungswandler? Worauf muss 
ich dabei achten?

Bitte schreibt mir eure Ideen, Hinweise und Tipps!!
Ich bin für jede einzelne Antwort sehr dankbar!!

Mfg

[Weingut P. (weinbauer)]

Dein Dynamo gibt 6V aus wenn ich das richtig lese ... warum gehst Du 
nicht den umgekehrten Weg, wandelst auf 12V und verwendest 
KFZ-Ladegeräte?

Wenn Dein Dynamo Wechselstrom abgibt kannst Du das evtl. recht einfach 
mit nem 1:2-Übertrager machen, dahinter dann gleichrichten und nen 
Ladekondensator oder so

[Holler (Gast)]

Dynamos an Fahrrädern sind meist sog. Klauenpolgeneratoren: die haben 
ein Verhalten das dem einer Stromquelle ähnelt, d.h. das mit steigender 
Geschwindigkeit der Strom einigermassen stabil bleibt, nur die 
Leerlaufspannung steigt immer weiter an.

Was ich damit sagen will: bei fehlender Belastung wird die Zehnerdiode 
mit dem Strom des Dynamos (ca 0,5A) x Zehnerdiodenspannung belastet. Bei 
z.B. 12V sind es 6Watt. Die Diode brennt ab.

Vom Prinzip her wird deine Schaltung funktionieren: nimm einen Step-Down 
Konverter der mind. 35V Spannung verträgt, auch der Elko sollte das 
abkönnen. Die Zehnerdiode lass weg.

Ich habe so eine ähnliche Schaltung seit einigen Jahren in Betrieb. Für 
den Gleichrichter habe ich Schottky-Dioden benutzt. Der Konverter 
springt erst ab einer Spannung von mind. 7V Gleichspannung am Ladeelko 
an und ist stromgeregelt, d.h. mit zunehmender Ladeelkospannung wird der 
mögliche Ausgangsstrom auf bis zu 1,5A erhöht. Als Schaltregler ist ein 
LM2675 im Einsatz. Nicht der beste, war aber gerade zur Hand und kommt 
mit hoher Eingangsspannung klar.

Zu den Widerständen: dein Kollege hat Recht, wenn er von (älteren ?) 
Nokias spricht. Ich selbst hatte bis vor kurzem ein E60, das war 
ziemlich wählerisch bei Ladespannung und Strom (d.h. Innenwiderstand): 
Die Spannung musste unbedingt etwas über 5V liegen (gewählt habe ich 
5,3V) und der Innenwiderstand nicht zu klein. Ein 1 Ohm Widerstand längs 
in die Plusleitung ging schon.

Noch was: keinesfalls einen Li-Ionen-Akku o.ä. ohne Ladeschaltung 
einbauen. Im besten Fall geht der einfach nur kaputt. Im schlechten Fall 
brennt der ab und ist kaum zu löschen.


Viel Spass beim experimentieren. Oder fertig kaufen:
http://www.heise.de/ct/artikel/Smartphone-Akku-waehrend-der-Radtour-laden-1261317.html

[SteffPriko (Gast)]

Danke für eure Antworten!

Hätte da an Holler ein paar Fragen:
So wie ich das verstanden habe, liefert mein Dynamo MINDESTENS 6V. Wie 
hoch kann die Spannung werden (zum Bsp bei sehr schnellen Fahrt bergab)?
Darf ich einen Voltmeter direkt an den Dynamo anschließen um 
herauszufinden bei welcher Geschw. welche Spannung erzeugt wird? Ich 
kenne mich nicht sehr gut aus, daher mag die Frage vielleicht blöd 
klingen, aber ich meine: ist ein Digitalmultimeter wie ein Verbraucher 
zu sehen, damit die Zenerdiode im Dynamo nicht zerstört wird?

Ich glaube das mit dem Akku einbauen kann ich vergessen; 1. hätte ich 
nur einen Li-Ionen-Akku und 2. habe ich gesehen dass die Handy-Akkus nur 
3.7V verfügen. Somit zu wenig um das Handy oder ein Navi zu versorgen.
Ist es möglich anstatt einem Akku einen großen Elko-Kondensator 
(mF-Breich) mit einem großen Widerstand einbauen (um wenigstens für ein 
paar Sekunden zB bei kurzem Anhalten bei einer Kreuzung Strom zu 
erhalten)?
Andererseits habe ich mir gedacht, dass ich beim DC-DC Wandler beim 
Output auf 7,2V einstelle und statt einem Akku 5x 1,2V wiederaufladbare 
Batterien in Serie schalte. 7,2V daher, um vor jedem Verbraucher (5V) 
noch genügend Spannung (2,2V) für eine Leuchtdiode mit Vorwiderstand zu 
haben.
Oder sollte ich das mit den Leuchtdioden (als Anzeige für erfolgreiche 
Stromversorgung) und das mit dem Akku bzw. aufladbare Batterien 
vergessen? So wäre die Schaltung zwar sehr einfach, aber die 
Stromversorgung wäre hin und wieder unterbrochen (geht sehr an die 
Lebensdauer von Navi- und HandyAkku).

Ist ein Widerstand vor dem DC-DC-Wandler auch nötig? Soll ich hier auch 
einen 1Ohm Wiederstand einbauen?

Danke wieder für zukünftige Antworten!
Freue mich über alle Hinweise, Ideen und Tipps!

PS: dass es bereits fertige Laderegler zu kaufen gibt, weiß ich. Es geht 
mir viel mehr darum, spielend und experimentell praktische Dinge in der 
Technik zu verstehen und vor allem zu lernen.

[Roger Unsinn (Gast)]

SteffPriko schrieb:
> Es geht
> mir viel mehr darum, spielend und experimentell praktische Dinge in der
> Technik zu verstehen und vor allem zu lernen.

Dann mach es wie in der Praxis: Den einfachsten und zuverlässigsten Weg 
finden, um das Ziel zu erreichen. Je mehr Bauteile du verbaust, umso 
größer die Wahrscheinlichkeit, dass sich Fehler einschleichen. Manchmal 
muss man auch um die Ecke denken und plötzlich ist eine extrem einfache 
Sache die einfachste. Fang bloß nicht an, Laderegler selber zu 
entwickeln. Dafür gibt es fertige Bauelemente, welche entsprechend 
beschaltet und eingesetzt werden können.

[Holler (Gast)]

- natürlich kann maan ein Multimeter zur Spannungsmessung an den Dynamo 
anschliessen. Da geht nichts kaputt, wenn du den richtigen Meßbereich 
wählst: Wechselspannung direkt am Dynamo, Gleichspannung hinterm 
Gleichrichter/am Ladeelko.
Wenn am gleichen Rad ein Tacho hängt läßt sich das ohne Kunststücken 
messen: das Rad kopfüber auf den Boden und per Hand drehen. Mit einem 
Nabendynamo ohne Belastung dreht das Rad lange nach.

Am Ladeelko wirst du eine höhere Gleichspannung als die Wechselspannung 
am Dynamo messen, Ugleich = 1,4 x (Uwechsel - Ugl). Ugl ist der 
Spannungsverlust am Gleichrichter, ca 1,5V bei Silizium, 0,6V bei 
Schottky-Dioden.

- lass das mit dem integrierten Akku:
zu kompliziert bei deinen Vorkenntnissen: der Gewinn ist eh marginal, 
die Lebensdauer der angeschlossenen Handyakkus ist das egal.

- ein großer Pufferkondensator müßte schon mehrere Farad haben. Gibts 
zwar, aber hier völlig oversized.

- keinesfalls zwischen Ladeelko und Spannungsregler ein Widerstand 
schalten. Ganz im Gegenteil, kurzen dicken Draht/Leiterbahn. Erst recht 
bei einem Schaltregler.

- Habe ich das richtig verstanden? Du willst längs zwischen Spannung und 
Verbraucher eine LED einschleifen? Geht gar nicht, LEDs vertragen meist 
nur 20mA (Das Handy nimmt je nach Typ 400mA - über 1A). Außerdem 
verlierst du dabei viel zu viel Spannung.

- bei deinen Vorkenntnissen ggf erstmal mit einem Linear-Spannungsregler 
anfangen. Sollte ein Low-Drop-Typ sein. Zwar wirst du hier nur 500mA 
Ladestrom erreichen, dafür hast du keinen Stress mit einem Schaltregler.
Die Teile sind kritisch beim Aufbau, besonders Spule, Freilaufdiode, 
Schalter und Stützkondensator müssen eng beieinander.

[GroberKlotz (Gast)]

@SteffPriko

Bitte beachte doch auch die Infos auf dieser Seite:
[http://fahrradzukunft.de/1/wirkungsweise-fahrradlichtmaschinen/]

Auszug:
......Da ein Generator unbewegt gar keine und bei geringer Drehzahl nur 
wenig Spannung erzeugt, muss auf die Forderung nach 
geschwindigkeitsunabhängiger Leistungsabgabe verzichtet und stattdessen 
eine mit zunehmender Geschwindigkeit möglichst schnell bis zum Nennwert 
ansteigende Spannung/Leistung gefordert werden. Entsprechend steht in 
der TA 24: Mindestens 3 V bei 5 km/h, mindestens 5,7 V bei 15 km/h und 
maximal 7,5 V für Geschwindigkeiten bis 30 km/h (s. Bild 3).......

Gruss
GroberKlotz

[GroberKlotz (Gast)]

Hallo,

mich hat das Problem mal von der theoretischen Seite aus interessiert. 
Deshalb habe ich versucht einen Klauenpolgenerator - 
Fahrradlichtmaschine - mit LTSpice nachzubilden.

Kann sein, dass ich das etwas zu blauäugig sehe, dennoch stelle ich das 
Ergebnis - Daten nach Gleichrichtung - jetzt einfach mal zur Diskussion.

Ausgangsdaten:
Radumfang: 2m, Geschwindigkeit zwischen 5.25kmh ergibt eine Radrehzahl 
von
0,7 - 3,5 Umdrehungen je Sekunde. Geht man davon aus, dass der 
Klauenpolgenerator 13 Klauen hat, ergibt dies 0,7x13 = 9,1Hz bis 3,5*13= 
45,5 Polwechsel/sek (Hz)

Zieldaten: 3,5Veff bei 5kmh - 6,5Veff bei 25kmh RLast 12Ohm

mfG
GroberKlotz

[Holler (Gast)]

Sehr interessant: wenn das Model passt, könnte ich meinen Lader auch 
noch etwas optimieren ...

Was bedeutet die Zeitachse? Hast du nach 1s bereits 25km/h oder erst 
nach 2s?
Kenne mich mit LTspice nicht aus: wie hast du den Generator modelliert?

[GroberKlotz (Gast)]

@Holler

Die Zeitachse ist nur zur Darstellung des Geschwindigkeitsverlaufes von
0 - 25kmh Ab 1s bleibt die Geschwindigkeit bei 25kmh.
Den Generator habe ich so wie im Rahmen oben modelliert. Um den 
Frequenzhub zu erreichen waren "Klimmzüge" erforderlich.

Um die mit der Drehzahl steigende Amplitude des Generators zu simulieren 
wurde der veränderliche Widerstand R2 im Ausgangspannungsteiler 
eingefügt. Ein solches Modell ist aber in LTSpice nicht enthalten.

Deshalb wurde dieses so nachgebildet:
A1 ist ein VCO desen Frequenz über den Eingang FM und dessen Amplitude 
über den Eingang AM festgelegt wird.
Die Spannungsquelle V1 erzeugt eine während 0 - 1s von 0 - 1V 
ansteigende Spannung. Diese steuert den mit der Direktive space -mark 
angegebenen Frequenzbereich durch.

V2 steuert mit der Spannungsrampe 0 - 34V die Amplitude der 
VCO-Frequenz. Zugleich ist der Strom durch den Lastwiderstand R1 das Maß 
für den Widerstand von R2 (Formel bei R2:  R=I/R1). Die Spannungswerte 
und Teiler wurden so angepasst, dass sich bei 12 Ohm (Fahrradglühbirne?) 
eine Spannung von 6V nach Gleichrichtung ergibt.

Besser wären natürlich reale Spannungs-/Strommessungen im angeführten 
Geschwindigkeitsbereich

Hoffentlich war das verständlich.

mfG
GroberKlotz

[SteffPriko (Gast)]

Hey,

@Holler:

hab mir das Datenblatt vom DC-DC-Wandler "LM2675" angesehen. Da hätte 
ich wieder eine Frage:
Beim Pin "On/Off" muss laut Datenblatt eine Spannung zwischen 0,8 und 2V 
anliegen. Wie realisiere ich das?
Mit einem einfachen Spannungsteiler? Da ist das Problem, dass die 
Eingangsspannung nicht immer gleich ist, daher kann ich das mit dem 
Spannungsteiler vergessen, oder?
Könntest du mir hier die Lösung gut erklären bzw. beschreiben wie du das 
gemacht hast?

Vielen Dank!
lg

[Hannes L. (hannes)]

SteffPriko schrieb:
> Beim Pin "On/Off" muss laut Datenblatt eine Spannung zwischen 0,8 und 2V
> anliegen. Wie realisiere ich das?

Woher nimmst Du diese Info?

Ich verstehe das so, dass der Regler bei offenem Pin arbeitet und bei 
auf GND gelegtem Pin abgeschaltet wird. Im offenen Zustand wird die 
Spannung durch die interne Z-Diode auf 7V begrenzt.

...

[Dieter (Gast)]

Hallo,
ich hätte dazu auch eine Frage. Wie groß ist der typische 
Eingangswiderstand von Handys?
Vielen lieben Dank
Didi

[Axel S. (a-za-z0-9)]

SteffPriko schrieb:
> Wenn ich eine Radtour mache, will ich mit einem Dynamo ein Handy oder
> ein Navi mit Strom versorgen können. Das heißt ich möchte einen
> Laderegler bauen, mit dem man anhand eines Fahrraddynamos (6V,3W) einen
> (oder mehrere) Verbraucher mit 5V betreiben kann.

Wow! Du bist der erste Mensch, der auf eine derartig geniale Idee 
kommt! Deswegen gibt es noch kein einziges derartiges Gerät!1!elf

Wenn du damit fertig bist, solltest du das unbedingt auf einer eigenen 
Webseite vorstellen. Nenn sie am besten http://www.forumslader.de/ - 
damit jeder gleich sieht, daß es eine Ladeschaltung ist und daß sie aus 
einem Forum stammt ...

[Tom (Gast)]

GroberKlotz schrieb:
> Besser wären natürlich reale Spannungs-/Strommessungen im angeführten
> Geschwindigkeitsbereich

Soetwas gibt es doch
http://enhydralutris.de/Fahrrad/Modellierung_eines_Nabendynamos__Mathias_Magdowski_.pdf