Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Nabendynamo - Spannungsbegrenzerdioden entfernen?


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von Dieter S. (nirwana)


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Hallo,
mein Nabendymamo begrenzt seine Spannung auf 6-7 Volt. Diese Spannung 
wird bereits bei 10-15 km/h erreicht. Weiß vielleicht jemand, wieviel 
Leistung dabei in den Spannungsbegrenzerdioden verbraten wird?

Ich hatte eigentlich mit 12-24 V gerechnet, wie beim Shimano meiner 
Freundin. Diese Spannung wollte ich dann gleichrichten und glätten und 
mit einem hocheffizienten Step-Down-Wandler auf 5V runter 
"transformieren". Klar, das Projekt geht in Richtung Powerbank. Wenn die 
voll ist, schaltet sie sich einfach ab, und der Wandler zieht dann auch 
nur noch sehr wenig Strom.

Nun fahre ich meist am Tage und brauche oft weder Licht noch Ladestrom 
für die Powerbank. Dann strampele ich also (zu einem kleinen Teil) nur 
für die Erwärmung der Suppressordiode - und des Weltklimas :-)

Groß wird die Leistung nicht sein, die ich da verbrate, aber ich würde 
gern wissen wie groß. Ich hab mal was von 1 km/h Bremswirkung gelesen, 
die das ausmachen könnte. Weiß da jemand näheres?

Wenn das so ist, würde ich die Diode(n) am liebsten "rausbrennen", damit 
ich den Dynamo nicht aufschrauben muss. Ich denke, ein kurzer Impuls aus 
einem mit 400V geladenen Netzteil-Elko oder Blitzgeräte-Elko mit ein 
paar zig Mikrofarad sollte ausreichen, oder?

Sollte die Muskel-Verlustleistung allerdings vernachlässigbar sein, 
müsste ich mein Konzept überdenken und auf 6 V umstellen. Evtl. kann ich 
die Powerbank dann ohne Step-Down-Wandler betreiben.

lg
Dieter

von Sascha_ (Gast)


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Dieter S. schrieb:
> Hallo,
> mein Nabendymamo begrenzt seine Spannung auf 6-7 Volt. Diese Spannung
> wird bereits bei 10-15 km/h erreicht. Weiß vielleicht jemand, wieviel
> Leistung dabei in den Spannungsbegrenzerdioden verbraten wird?

Ohne den Strom durch die Diode zu kennen, kann man das nicht sagen. Ein 
Multimeter schafft hier Abhilfe.

> Ich hatte eigentlich mit 12-24 V gerechnet, wie beim Shimano meiner
> Freundin. Diese Spannung wollte ich dann gleichrichten und glätten und
> mit einem hocheffizienten Step-Down-Wandler auf 5V runter
> "transformieren". Klar, das Projekt geht in Richtung Powerbank. Wenn die
> voll ist, schaltet sie sich einfach ab, und der Wandler zieht dann auch
> nur noch sehr wenig Strom.
>
> Nun fahre ich meist am Tage und brauche oft weder Licht noch Ladestrom
> für die Powerbank. Dann strampele ich also (zu einem kleinen Teil) nur
> für die Erwärmung der Suppressordiode - und des Weltklimas :-)
>
> Groß wird die Leistung nicht sein, die ich da verbrate, aber ich würde
> gern wissen wie groß. Ich hab mal was von 1 km/h Bremswirkung gelesen,
> die das ausmachen könnte. Weiß da jemand näheres?

km/h ist eine Geschwindigkeitsangabe, keine Kraft.

> Wenn das so ist, würde ich die Diode(n) am liebsten "rausbrennen", damit
> ich den Dynamo nicht aufschrauben muss. Ich denke, ein kurzer Impuls aus
> einem mit 400V geladenen Netzteil-Elko oder Blitzgeräte-Elko mit ein
> paar zig Mikrofarad sollte ausreichen, oder?

Möglich. Vielleicht stirbt dabei auch noch was anderes. Vielleicht ist 
die Diode danach auch ein Kurzschluss, und es kommt gar keine Spannung 
mehr an den Klemmen an.

> Sollte die Muskel-Verlustleistung allerdings vernachlässigbar sein,
> müsste ich mein Konzept überdenken und auf 6 V umstellen. Evtl. kann ich
> die Powerbank dann ohne Step-Down-Wandler betreiben.

Davon ist auszugehen.

> lg
> Dieter

von Gustav K. (hauwech)


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Dieter S. schrieb:
> mein Nabendymamo begrenzt seine Spannung auf 6-7 Volt. Diese Spannung
> wird bereits bei 10-15 km/h erreicht. Weiß vielleicht jemand, wieviel
> Leistung dabei in den Spannungsbegrenzerdioden verbraten wird?

Woher weißt du, das da Spannungsbegrenzerdioden drin sind?
Könnte doch gut auch gleich ein Spannungsregler verbaut sein.

Dieter S. schrieb:
> Dann strampele ich also (zu einem kleinen Teil) nur
> für die Erwärmung der Suppressordiode - und des Weltklimas :-)

Genau aus diesem Grund glaube ich nicht, dass ein Hersteller mit 
Verstand hier Energie verbraten wird.

Dieter S. schrieb:
> Ich hab mal was von 1 km/h Bremswirkung gelesen

Den Wert kenne ich nicht. Man wird aber immer einen extrem geringen 
Verlust haben, selbst wenn keinerlei Leistung entnommen wird. Ein Magnet 
dreht sich und muss Eisen ummagnetisieren, das geht nicht ohne Verluste. 
Das merkt man z.B. bei den fetten Direktantrieben hinten, wenn der Akku 
leer ist. Das fährt sich dann wir mit angezogener Handbremse.

von Rufus Τ. F. (rufus) (Moderator) Benutzerseite


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Gustav K. schrieb:
> Woher weißt du, das da Spannungsbegrenzerdioden drin sind?

Das ist bei Fahrradbeleuchtungstechnik seit Jahrzehnten etablierter 
Standard. Eingeführt wurden die Dinger in den frühen 80ern, als 
Halogenbirnchen für Fahrradlampen auf den Markt kamen. Die brannten 
sogar mit den damaligen hundsmiserablen Seitenläuferdynamos bei etwas 
schnellerer Fahrt ständig durch.

Damals wurden die Begrenzerdioden in den Scheinwerfer eingebaut, um 
nicht den Dynamo wechseln zu müssen.

> Genau aus diesem Grund glaube ich nicht, dass ein Hersteller mit
> Verstand hier Energie verbraten wird.

Fahrraddynamos sind jahrzehntelang auf besonders schlechten Wirkungsgrad 
hin optimiert worden, erst mit Nabendynamos begann da ein Umdenken 
stattzufinden.

von Neugieriger (Gast)


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Rufus Τ. F. schrieb:

> Fahrraddynamos sind jahrzehntelang auf besonders schlechten Wirkungsgrad
> hin optimiert worden, erst mit Nabendynamos begann da ein Umdenken
> stattzufinden.

Das ist eine Äusserung, die mich neugierig macht. Interessant! Magst Du 
das mal etwas erläutern, bitte?

von Schreiber (Gast)


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Neugieriger schrieb:
> Das ist eine Äusserung, die mich neugierig macht. Interessant! Magst Du
> das mal etwas erläutern, bitte?

Ganz einfach: Normalerweise steigt bei einem Generator die Spannung, 
wenn die Drehzahl (beim Fahrrad Geschwindigkeit) steigt.
Damit das Birnchen nicht durchbrennt, darf die Spannung nicht zu hoch 
werden. Das erreicht man traditionell indem man den Generator so 
auslegt, dass mit steigender Drehzahl die Wirbelstromverluste stark 
ansteigen.

von juergen (Gast)


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Frage zu Seitenläuferdynamos:

Läuft der Dynamo bei Belastung durch das Fahrlicht schwerer als bei 
unterbrochenem Stromkreis? Falls so ein Dynamo eine Stromquelle 
darstellen sollte, müßte das so sein!

von juergen (Gast)


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Falsch rum! Ich meine leichter.

von Dieter S. (nirwana)


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Ich hab nochmal nachgesehen, es hieß, ein Nabendynamo bewirke bei 
mittlerer Fahrgeschwindigkeit (15-20 km/h) 0,1 km/h Verlangsamung ohne 
Licht und 1 km/h mit Licht (3W). Über Spannungsbegrenzer stand da aber 
nichts, sorry.

Ich messe einen ziemlich kleinen Widerstand am Dynamo, < 10 Ohm, keine 
messbaren Dioden. An einen eingebauten Wechsel-Spannungsregler glaube 
ich daher nicht, das wäre auch wohl eine zu komplexe Schaltung.

Ich glaube, ich freunde mich mal lieber mit dem Gedanken an, die 
Powerbank an die 6-7 V anzuschließen. Geglättet wären das ca. 8,5V, 
vielleicht 1V weniger wegen der Gleichrichter-Verluste. Ich weiß nicht, 
ob meine Powerbank das mitmacht...

Ich habe mir dieses Modell ausgesucht, wegen der energieffizienten 
Synchrongleichrichtung

 Ebay-Suche: (DIY,Kit) POWER-BANK 3X 7800

Das Modell in der flachen Alu-Dose, nicht dreieckig. Hersteller 
unbekannt, Controller-Aufdruck abgeschliffen.

Als Spannungsregler hatte ich diesen bestellt,

Ebay-Suche (Beschreibung einschließen): (Mini-360,super-mini) 
synchronous (DC-DC, Spannungsregler, Wandler, Buck-Converter, Step-Down)

Auch mit Synchrongleichrichtung, wegen der geringen Verluste. Aber ob 
der aus 7-8V noch 5V hinbekommt?

lg
Dieter

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (loetmichel)


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Fahrraddynamos sind klassisch 0,5A Stromquellen. deshalb hatten die 
"Birnchen" früher (egal ob Halogen oder normal) fix 6V 2,4W vorn und 6V 
0,6W hinten. Damit liefen sowohl die klassischen Seitenläufer-dynamos 
als auch die Nabendynamos einwandfrei. Solange keine Birne durchbrannte. 
wenn doch stieg die Spannung und die andere war sofort mit Geschichte. 
Irgendwann wurden dann die 7++V Supressordiden in den Dynamos eingeführt 
weils doch zu viele Birnchen kostet wenn man oft schnell fährt. ( Die 
Dynamos sind keine perfekten Stromquellen, der Strom steigt bei höherer 
Drehzahl doch leicht an.)

Als dann immer "bessere" Generatoren rauskamen fingen die Leute an die 
Dinger per Schaltwandler "auszureizen"... Ich kann mich an ein Modell 
erinnern ( so einer der auf der Lauffläche des Hinterrades läuft und 
unterm Tretlager montiert wird) der bei 50kmh mit durchgebrannten 
Supressordioden
knappe 90V erreichte bei 500mA Strom. Damit kann man schon das eine oder 
andere versorgen ;)


Michael.

von Günter Lenz (Gast)


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juergen schrieb:
>Falsch rum! Ich meine leichter.

Er dreht sich bei Belastung schwehrer, daß kann jeder leicht
ausprobieren, wenn man ihn kurzschließt. Also den Anschluß mal
mit Masse verbinden und dann den Dynamo mal mit der Hand drehen,
es ist deutlich zu spüren. Das ist auch eine einfache Prüfung,
ob der Dynamo noch funktioniert.

von Peter M. (r2d3)


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Michael B. schrieb:
> Als dann immer "bessere" Generatoren rauskamen fingen die Leute an die
> Dinger per Schaltwandler "auszureizen"... Ich kann mich an ein Modell
> erinnern ( so einer der auf der Lauffläche des Hinterrades läuft und
> unterm Tretlager montiert wird) der bei 50kmh mit durchgebrannten
> Supressordioden
> knappe 90V erreichte bei 500mA Strom. Damit kann man schon das eine oder
> andere versorgen ;)

50km/h und dann noch gleichzeitig 45W elektrische Energie aus einem 
Dynamo?

Unter Idealbedingungen komme ich auf 476W zuzüglich >=45W für den 
Dynamo.

Die Berechnung habe ich hier entnommen:

http://www.kreuzotter.de/deutsch/speed.htm

Ein schönes Märchen?

von Ernst O. (ernstj)


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Auf der Internetseite forumslader.de findet sich eine Fülle von 
Informationen zu diesem Thema.

von Peter II (Gast)


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Günter Lenz schrieb:
> juergen schrieb:
>>Falsch rum! Ich meine leichter.
>
> Er dreht sich bei Belastung schwehrer, daß kann jeder leicht
> ausprobieren, wenn man ihn kurzschließt. Also den Anschluß mal
> mit Masse verbinden und dann den Dynamo mal mit der Hand drehen,
> es ist deutlich zu spüren. Das ist auch eine einfache Prüfung,
> ob der Dynamo noch funktioniert.

nein das ist nicht bei jedem Dynamo der Fall. Es gibt auch welche die 
Drehen bei Kurzschluss leichter.

(was auch logisch ist bei einer perfekten Stromquelle, sie gibt beim 
Kurzschluss keine Leistung ab)

von Michael B. (loetmichel)


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Peter M. schrieb:

> 50km/h und dann noch gleichzeitig 45W elektrische Energie aus einem
> Dynamo?
>
> Unter Idealbedingungen komme ich auf 476W zuzüglich >=45W für den
> Dynamo.
> [...]
> Ein schönes Märchen?

Wie kommste da drauf?

Hat ja keiner verlangt daß das den Brenner RAUF erreicht wird. Nicht mal
daß da ein Mensch trampelt. Wenn ich mich recht Erinnere war das ein 
Fahrrad auf einem Laufband. Und es hing (via Schaltwandler) ein Camping 
(12V) Röhrenfernseher dran.

Michael.

von Günter Lenz (Gast)


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Peter M. schrieb:
>50km/h und dann noch gleichzeitig 45W elektrische Energie aus einem
>Dynamo?

Ich habe mal irgendwo gelesen, ein gut trainierter Mensch
schaft im Durchschnitt über einen längeren Zeitraum nur
eine Leistung von etwa 100W.

von Peter II (Gast)


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Günter Lenz schrieb:
> Ich habe mal irgendwo gelesen, ein gut trainierter Mensch
> schaft im Durchschnitt über einen längeren Zeitraum nur
> eine Leistung von etwa 100W.

nein, das ist viel zu wenig.

http://www.kreuzotter.de/deutsch/speed.htm

z.b. MTB mit 26km/h sind schon 170W und dann sollte ein gut trainierter 
Mensch bequem über eine Stunde schaffen.

von Peter M. (r2d3)


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Michael B. schrieb:
> Wie kommste da drauf?
>
> Hat ja keiner verlangt daß das den Brenner RAUF erreicht wird. Nicht mal
> daß da ein Mensch trampelt. Wenn ich mich recht Erinnere war das ein
> Fahrrad auf einem Laufband. Und es hing (via Schaltwandler) ein Camping
> (12V) Röhrenfernseher dran.
>
> Michael.

Danke für den Hinweis.
Also geht es um reale Leistungen in einer fiktionalen Umgebung. :)

von Michael B. (loetmichel)


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Günter Lenz schrieb:

> Ich habe mal irgendwo gelesen, ein gut trainierter Mensch
> schaft im Durchschnitt über einen längeren Zeitraum nur
> eine Leistung von etwa 100W.

Na ja. Der Typ der (irgendwann in den 80ern) mit einem Pedalbetriebenen 
Leichtflugzeug über den Armelkanal geflogen ist musste mehrere stunden 
500++W strampeln. Gut durchtrainiert gehts wohl ;)

Aber wie oben schon gesagt: Die Dynamo-demonstartion war mit einem 
(angetriebenen) Förderband auf das ein fahrerloses Fahrrad geschnallt 
war.

Ging ja darum was der Dynamo Leistet, nicht was der 
Durchscnitts-Fettsack wie ich erreicht ;)

Michael.

von hinz (Gast)


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von Günter Lenz (Gast)


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Peter II schrieb:
>nein das ist nicht bei jedem Dynamo der Fall. Es gibt auch welche die
>Drehen bei Kurzschluss leichter.

Habe ich bis jetzt bei intakten Dynamos noch nie erlebt,
aber kann ja jeder selbst mal probieren.

von Michael M. (Firma: DO7TLA) (do7tla)


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Michael B. schrieb:
> Fahrraddynamos sind klassisch 0,5A Stromquellen. deshalb hatten die
> "Birnchen" früher (egal ob Halogen oder normal) fix 6V 2,4W vorn und 6V
> 0,6W hinten. Damit liefen sowohl die klassischen Seitenläufer-dynamos
> als auch die Nabendynamos einwandfrei. Solange keine Birne durchbrannte.

Oft Brennt da immer die Rücklichtlampe durch.
Die vordere konnte deutlich mehr ab.
Ich hab zuletzt immer in der Rücklichtleuchte eine VorderlichtLampe 
eingedreht.
Da musste ich allerdings die Rote Abdeckung ein wenig Modifizieren damit 
die Draufpasst.
Das Licht ist zwar etwas Dunkler aber da hat dann nichts mehr 
duchgebrannt.
Erst als es die LED Rücklichter gab war das Problem gelöst.
Nur der nachteil bei den LED Rücklicht mit Standlicht war, das die bei 
der dauerden erschütterung irgendwann den Goldcap von der Platine 
verloren.
So war dann kein Standlicht mehr möglich.

von g457 (Gast)


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> Ich habe mal irgendwo gelesen, ein gut trainierter Mensch
> schaft im Durchschnitt über einen längeren Zeitraum nur
> eine Leistung von etwa 100W.

Nicht 'gut trainiert', sondern 'untrainiert'. Das ist realistisch.

von Volker B. (Firma: L-E-A) (vobs)


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Schreiber schrieb:

> Damit das Birnchen nicht durchbrennt, darf die Spannung nicht zu hoch
> werden. Das erreicht man traditionell indem man den Generator so
> auslegt, dass mit steigender Drehzahl die Wirbelstromverluste stark
> ansteigen.

Eine sehr gewagte These! Kannst Du diese mit Zahlenwerten belegen?

Ansonsten würde ich mit einer anderen Theorie aufwarten, welche die 
Induktivität der Wicklung mit einbezieht. Wie man wissen könnte, 
berechnet sich der induktive Blindwiderstand aus dem Produkt von 
Winkelgeschwindigkeit (omega) und Induktivität (L), er wächst also 
proportional mit der Frequenz und, da es sich beim Dynamo um eine 
Synchronmaschine handelt, auch mit der Drehzahl. Die induzierte Spannung 
ist ebenfalls proportional zu Frequenz bzw. Drehzahl. Was folgern wir 
daraus: Der induktive Widerstand steigt genauso an, wie die Spannung. 
Wenn dem Dynamo nun ein konstanter Strom entnommen wird, so steigt der 
Spannungsabfall über der Induktivität in dem Maße, wie die Spannung 
ansteigt. Die Differenz bleibt also idealerweise konstant.

Das große Kunststück der Maschinenauslegung ist es nun, induzierte 
Spannung, ohmschen Wicklungswiderstand, Haupt- und Streuinduktivität so 
einzustellen, dass bereits bei der geforderten Mindestdrehzahl die 
Klemmenspannung ausreicht, um die Lämpchen deutlich wahrnehmbar zum 
Leuchten zu bringen, ohne diese bei maximaler Drehzahl zu zerstören.

Die Eisenverluste spielen bei der Auslegung keine nennenswerte Rolle, 
außer, dass eine zu hohe Qualität des Elektroblechs die 
Herstellungskosten des Produkts negativ beeinflussen würde; also 
verwendet man billigstes "Gießkannenblech".

Üblicherweise wird die Streuinduktivität auf den gewünschten Wert 
eingestellt, indem man beispielsweise die Pollücken zwischen den Klauen 
entsprechend gestaltet.

So, nun kann der geneigte Leser auch das Phänomen erklären, warum stets 
beide Glühlämpchen nahezu gleichzeitig "sterben". Meist brennt das 
Lämpchen im Rücklicht zuerst durch (vermutlich aufgrund der 
hochohmigeren Wendel und dem daraus resultierenden dünneren Glühdraht).

Merke, nicht hinter jedem Phänomen, das sich der Laie nicht auf Anhieb 
erklären kann, steckt eine "pöse" Verschwörungstheorie...

Grüßle,
Volker.

von Dieter S. (nirwana)


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Die Birnchen sterben ja nicht gleichzeitig. Oft ist es nur die kleine, 
und wenn alle beide, dann in logischer Abfolge. Erst die große, dann 
steigt die Spannung an, und dann folgt die kleine.

BTW, sind eigentlich immer noch die jahrhundertealten Glühlampen 
vorgeschrieben?

In der neuesten Fassung der StVZO vom Juni 2016 heißt es

§ 67 Lichttechnische Einrichtungen an Fahrrädern.
(10) In den Scheinwerfern und Leuchten dürfen nur die nach ihrer Bauart 
dafür bestimmten Glühlampen verwendet werden.

Bis wann waren eigentlich Karbid-Lampen vorgeschrieben?

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Günter Lenz schrieb:
>> nein das ist nicht bei jedem Dynamo der Fall. Es gibt auch welche die
>>>Drehen bei Kurzschluss leichter.
>
> Habe ich bis jetzt bei intakten Dynamos noch nie erlebt,

Dieser Effekt tritt erst bei etwas höheren Geschwindigkeiten ein.

Wenn du also nur ganz langsam mit der Hand durchdrehst, wirst du
das nicht merken.

Dennoch dürfte die Bremswirkung deutlich höher werden, wenn du
statt des Kurzschlusses einen Lastwiderstand nimmst.

von Elektrofan (Gast)


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>> Damit das Birnchen nicht durchbrennt, darf die Spannung nicht zu hoch
>> werden. Das erreicht man traditionell indem man den Generator so
>> auslegt, dass mit steigender Drehzahl die Wirbelstromverluste stark
>> ansteigen.

> Üblicherweise wird die Streuinduktivität auf den gewünschten Wert
> eingestellt, indem man beispielsweise die Pollücken zwischen den Klauen
> entsprechend gestaltet.

Würde man das Problem

"schneller fahren => Lämpchen schneller durchgebrannt"

mittels zunehmender Wirbelstromverluste begrenzen, anstatt mit der 
Streuinduktivität, hätte man bei höherer Geschwindigkeit einen immer 
(noch) schlechteren Wirkungsgrad, man müsste also (noch) stärker treten.

-

Die Halogenbirnchen (für vorne, 2,4W) sind deutlich empfindlicher, als 
die einfachen, klassischen Lämpchen.
Abhilfe:  Es gibt zugelassene Halogenlämpchen mit 3W, die sind für 
Betrieb ohne Rücklicht 0,6W vorgesehen (wenn dieses mit Batterie läuft).
Schaltet man dennoch ein Rücklicht (bzw. einen Ersatwiderstand mit 62 
Ohm) dazu parallel, ist dies zwar nicht so gedacht, aber man muss nicht 
so oft tauschen.

von Joachim B. (jar)


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Dieter S. schrieb:
> mein Nabendymamo begrenzt seine Spannung auf 6-7 Volt.

sicher?

macht meiner nicht, das muss zu meinem Leidwesen die BUSCH LED IQfly 
übernehmen, ich hasse es auch, so wird kostbare Energie vernichtet statt 
sie anderweitig zuzuführen.

von Dieter S. (nirwana)


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Es gibt eben Nabenynamos mit und ohne Begrenzung.

Ich hatte oben einen einstellbaren Spannungsregler erwähnt, mit dem du 
die Spannung energieeffizient begrenzen kannst:

Ebay-Suche (rechts oben "Beschreibung einschließen" anklicken!):

(Mini-360,super-mini)
synchronous (DC-DC, Spannungsregler, Wandler, Buck-Converter, Step-Down)

Meine Frage, ob der aus 7-8V noch 5V hinbekommt, kann ich inzwischen 
bejahen.

Du musst die Wechselspannung natürlich gleichrichten und mit einem Elko 
puffern, dann flackert das Licht auch nicht mehr so.

: Bearbeitet durch User
von Volker S. (vloki)


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Letzte Woche habe ich auch so was zusammen gebastelt, weil mein Sohn ein 
USB Ladeteil für Radtouren haben wollte. Ursprünglich war auch ein dcdc 
Wandler von eBay vorgesehen, aber dann kam er noch mit so einem 
Billigadapter für den Zigarettenanzünder an, weil das im Auto ja auch 
praktisch wäre.
Tja, das Innenleben des Teil s war kleiner als das von eBay und die 
richtige USB-Buchse auch schon drauf. Gleichrichter und Elko davor, 
Schrumpfschlauch drüber. Scheint gut auszu funktionieren...
(für's Auto mussten wir dann eben nochmal eines kaufen)

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