wechselstrom beim fahrraddynamo
hallo :) ich arbeite zur zeit an einem physikportfolie und muss erklären wie ein fahrraddynamo funktoniert. ich bin jetzt gerade beim wechselstrom, und beim wechselstrom wird die polarität 100mal in der sekunde verändert.
meine frage ist: trifft das 100 malige wechseln der polarität auch auf den fahrraddynamo zu oder ist der anders? -z.b. je nach tretkraft?
9 Antworten
http://fahrradzukunft.de/1/wirkungsweise-fahrradlichtmaschinen/ könnte weiterhelfen. Es wird teilweise sehr mathematisch/physikalisch, aber Du musst ja nicht alles lesen.
Der 100malige Wechsel der Polarität bezieht sich auf den haushaltsüblichen Wechselstrom aus der Steckdose. Der kommt mit ziemlich genau 50 Hz. Beim Fahrraddynamo ist die Frequenz abhängig von der Bauweise des Dynamos und der Drehzahl. Je mehr Pole der Dynamo hat, desto höher ist bei gegebener Geschwindigkeit die Frequenz. Es hat, wenn mich mein Gedächtnis nicht täuscht, auch schon Fahrradtachos gegeben, die die Geschwindigkeit aus der Frequenz des Wechselstroms errechnet haben.
Nimmst Du einen Nabendynamo mit 26 Polen, ändert sich die Polarität pro Umdrehung des Laufrades 52 Mal. Ein 28-Zoll-Fahrrad ist dann rund 2,10 Meter weit gefahren. Wenn Du diese Entfernung in 1 Sekunde zurücklegst, fährst Du rund 7,5 km/h. Bei etwa 15 km/h hättest Du also etwa die 100 Polaritätswechsel des haushaltsüblichen Wechselstroms.
Bedenke aber: Unterschiedliche Dynamos haben eine unterschiedliche Anzahl an Polen. Beim einzigen Dynamo, wo ich auf die Schnelle die Anzahl konkret finde, ist der iLight D3 von SRAM, der hat 36 Pole und damit überdurchschnittlich viele. Die 26 habe ich genommen, weil die beiden Klauenteile auf dem Bild im genannten Artikel je 13 Klauen haben - die stammen vom SON. Ah, hier noch eine nicht mehr ganz taufrische Übersicht: tandem-fahren.de/Technik/Dynamo/
ja. aber nur bei einer bestimmten geschwindigkeit. wenn du den Abrollumfang deines rades kennst, und den duchmesser deines dynamorades, dann lässt sich die Drehzahl reltativ genau bestimmen...
gehen wir mal von einer relativ dicken 26" bereifung aus. da dürfte der abrollumfang auf der dynamorille ca. 2 Meter betragen. sagen wir, die Rolle am Dynamo hat ca. 16 mm im Duchmesser das ergibt einen Umfang von etwa 50 mm macht ein übersetzungsverhältniss von 1:40
für eine 2polige Maschine, von der wir hier als dynamo mal ausgehen, wechselt die Stromrichtung mit jeder halben umdrehung. das heißt wir haben mit einer umdrehung des rades 80 Wechsel der Stromrichtung. für 100 Wechsel wären es also 1,25 Umdrehungen. die müssten also in einer sekunde erfolgen. bei dieser geschwindigkeit legt das Rad innerhalb von 3600 Sekunden (1 Stunde) 4500 Umdrehungen zurück....
als letztes müssen wir noch bedenken, dass die seitenfläche etwas weniger umfang hat als die Mitte der Lauffläche, nehmen wir hier mal 2100 mm (2,1 M) an, dann kommen wir auf 9450 Meter pro Stunde. oder eben rundgerechnet 9,5 Kilometer in der Stunde...
lg, Anna
PS: die eingetragenen werte sind reine annahmen. für das reale expirment müsste man mal selbst messen
Die Frequenz des Wechselstroms hängt davon ab wie oft sich das Magnetfeld in einem Generator umkehrt, denn das erzeugt ja schließlich den Strom.
Im Europäischen STromnetz rotieren die Generatoren mit 3000U/min was dann die 50Hz Wechselstrom erzeugt die wir hier haben. In den USA rotieren die mit 3600U/min was dann die 60Hz erzeugt.
Die Frequenz hängt also davon ab wie schnell der Dynamo rotiert, also wie schnell man fährt. Das regelt übrigens auch die SPannung im Fahrrad. Je schneller man fährt, desto mehr Spannung würde der Dynamo erzeugen, aber je schneller man fährt, desto höher ist die Frequenz des Wechselstroms und der Dynamo besteht aus einer großen Spule und Spulen haben eine Frequenzabhängige Impedanz. Je schneller man fährt, desto höher wird der elektrische Widerstand des Dynamos. So kann man mit ordentlich Licht langsam fahren, die Birnen brennen aber nicht durch wenn man einen Berg herunterrast.
Ein klassischer Dynamo mit Reibrad macht pro Radumdrehung ja - ich sag mal - 100 Umdrehungen, win Nabendynamo (Vorderrad mit eingebautem Dynamo in der Radnabe) macht ja nur eine.
Der Nabendynamo enthält eine Polscheibe wo sich N und S des Magnetfeldes mehrfach pro Umdrehung abwechseln. So kann der auch mit niedriger Drehzahl Strom machen. Da er aber nicht "100" Polpaare haben kann, erzeugt der Nabendynamo eine viel niedrigere Frequenz. Damit der immer noch genug Strom macht, braucht der besonders starke Magnete. D.h. der macht zwar weniger Impulse bei gleicher Fahrgeschwindigkeit, die sind aber viel stärker.
Schiebt man ein Fahrrad mit Nabendynamo, flackert das Licht, man kann die langsamme Frequenz also sehen. Schiebt man ein Rad mit klassischem Dynamo, glimmt das Licht nur, die Frequenz ist zwar noch so hoch, dass das Licht einer Glühlampe nur wenig flackert, das Licht ist aber viel dunkler. Der Nabendynamo konzentriert die Energie auf weniger Pulse die dann für das Auge viel Heller erscheinen. Tatsächlich bringen beide aber in etwa gleich viel Leistung.
Jein...
Physikalisch hat dompfeifer völlig recht, aber: Es kommt auch auf das Tempo an, dass man fährt. Der Reifen dreht das Kontaktstück des Dynamos, und dass dreht innen den Magneten (den inneren vom Magnetmotor). Das heißt, bei geringerem Tempo ist auch die Frequenz geringer. Und bei höherem Tempo ist die Frequenz höher.
Aber: Wenn auf dem Dynamo draufsteht: 50Hz Dann ist das die maximale Frequenz, drüber schaltet sich der Überspannungsschutz ein. Das bedeutet, es können auch größere Frequenzen auftreten, aber nur im Magnetmotor. Eine größere Spannung als die bei 50Hz könnte dazu führen, dass der Draht in der Birne schmilzt.
meine frage ist: trifft das 100 malige wechseln der polarität auch auf den fahrraddynamo zu oder ist der anders? -z.b. je nach tretkraft?
Die Frequenz hängt von der Umdrehungsanzahl des Dynamos ab. Wenn du schneller unterwegs bist (und sich damit das Rad schneller dreht) dreht sich auch der Dynamo schneller und die Frequenz wird höher. Das muss nicht unbedingt von der Tretkraft abhängen. Wenn es abwärts geht, dreht sich das Rad oft ohne zu treten.