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Fahrrad-Nabendynamo Die Erfindung bezieht sich auf einen Dynamo zum
Einbau in die Mitte der Nabe des Rades eines Fahrrades in der Art, wie in dem französischen
Patent 954 597 beschrieben. Ein derartiger Dynamo weist eine Glocke aus nichtmagnetisierbarem
Material auf, die drehfest mit dem Rad des Fahrrades verbunden ist und die an der
inneren Peripherie die ringförmigen Dauermagnete des Stators aufweist. Im Inneren
des Magnetkranzes befindet sich ein Anker, der eine Wicklung aufweist, die zwischen
zwei Polringen aus Weicheisen liegt, deren Naben ineinandergreifen. Die Polringe
weisen an der Peripherie regelmäßig abwechselnd Polausschnitte auf, die zur inneren
Peripherie des Magnetkranzes zeigen. Der Spalt zwischen dem Stator und dem Anker
ist stark reduziert, und der Anker läuft frei um die feststehende Achse des Rades
des Fahrrades. Ein besonderer Blockiermechanismus für den Anker tritt in Tätigkeit,
wenn man Beleuchtungsenergie gewinnen möchte. Der bekannte Dynamo ermöglicht die
Lieferung des Beleuchtungsstromes, der normalerweise 2,7 Watt beträgt, ergibt
jedoch ein wichtiges Problem, wenn man eine höhere Leistung gewinnen möchte, beispielsweise
3,6 Watt, ohne untragbare Gewichte zu erreichen, und wenn man den betreffenden
Dynamo mit einer Abschaltvorrichtung versehen möchte, die mit einem Handfernschalter
während der Fahrt zu bedienen ist, ohne daß man vom Rad abzusteigen braucht. Außerdem
führen die Herstellungsnormen, insbesondere die Herstellungsgenauigkeit und die
Genauigkeit der Montage, ebenso wie bestimmte Oberflächenbehandlungsverfahren, z.
B. das Verchromen, zu einem verhältnismäßig teuren Gerät.
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Bekannt sind ferner Nabendynamos mit einem fest mit dem Rad verbundenen
Ständer, einem frei mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Ständer umlaufenden
Anker sowie mit einer stromleitenden Blockiervorrichtung für den Anker und mit einer
unsymmetrischen Arretierung des Ankers, so daß schräggerichtete Kräfte am Anker
hervorgerufen werden und sowohl in mechanischer als auch in elektrischer Hinsicht
Ungleichmäßigkeiten und Ungleichförmigkeiten entstehen.
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Außerdem sind Lichtmaschinen bekannt, bei denen der Ständer aus einem
runden Kranz von Ferritmagneten besteht, die breiter als dick sind und mit Hilfe
eines Gewindes aus Weicheisen im Innern der Glocke befestigt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine völlig symmetrische
Blockiervorrichtung für den Anker eines Fahrrad-Dynamos zu schaffen. Erfindungsgemäß
wird dies bei einem Nabendynamo mit einem fest mit dem Rad verbundenen Stator, einem
frei mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Stator umlaufenden Anker und einer
stromleitenden Blockiervorrichtung für den Anker dadurch erreicht, daß die Blockiervorrichtung
aus einer symmetrisch wirkenden Backenbremse besteht, bei der ein einziger, durch
zwei Backen betätigter, elektrisch leitender Bremsbelag gegen die mit der Ankerwicklung
verbundene elektrisch leitende Bremstrommel zur Anlage kommt.
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In weiterer Ausbildung des Nabendynamos nach der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Anker einen schalenartigen Randansatz mit isoliert eingesetztem Innenring
aufweist, der leitend mit der Ankerwicklung verbunden ist und als Bremstrommel mit
den Bremsbacken über den elastischen, elektrisch leitenden Bremsbelag zusammenwirkt,
wobei die Bremsbacken aus Isoliermaterial bestehen, einzeln um Bolzen schwenkbar
gelagert sind und durch einen Betätigungsnocken betätigt werden, dessen Bewegung
durch eine Ausschaltvorrichtung mit Handhebel gesteuert wird. Außerdem ist vorgesehen,
daß die Ausschaltvorrichtung als nachgiebigeBetätigungseinrichtung aus einer Feder
in dem Handhebel der Ausschaltvorrichtung oder aus einer Bewegungsübertragungseinrichtung
mit Hilfe eines leicht dehnbaren Seiles, beispielsweise aus einem Polyamid, besteht.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Bremsbelag
beider Bremsbacken aus einem einzigen Stück besteht und daß der als Brems-trommel
dienende Innenring kleine Kerben an der Innenseite aufweist, deren Länge der Breite
des
Innenringes oder derjenigen des Bremsbelages entspricht. Außerdem
ist vorgesehen, daß ein Ende des Bremsbelages dauernd an der entsprechenden Fläche
der Bremsbacken anliegt, während das andere Ende des Bremsbackens infolge einer
geringen Konkavität des Bremsbackens den Bremsbacken nicht berührt, und schließlich,
daß das freie Ende -des Bremsbelages hinsichtlich der konkaven Stelle des entsprechenden
Bremsbackens leicht zurückgebogen ist, so daß sich ein Stück des Bremsbelages in
eine Kerbe des Innenringes legt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Innenringes gegen
den Bremsbelag einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
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Bei dem Nabendynamo nach der Erfindung können keine elektrischen Ungleichmäßigkeiten
und Ungleichförmigkeiten entstehen. Außerdem hat der neue Dynamo im Vergleich zu
den bekannten Nabenstromerzeugem bedeutend geringeren Gesamtdurchmesser, da er aus
wesentlich weniger Teilen besteht und man zu seiner Herstellung mit Dreharbeiten
auskommt, wodurch die Anfertigung bedeutend erleichtert und verbilligt wird, so
daß man den Fahrrad-Nabendynamo vollständig mit Automaten herstellen kann. Schließlich
wird bei dem Nabendynamo nach der Erfindung durch das Fehlen des Schleifringes,
also durch Vermeidung von übermäßigem Verschleiß ausgesetzten Teilen, die Lebensdauer
beträchtlich erhöht und ein zuverlässiges Arbeiten des Dynamos gewährleistet.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Beispielen näher erläutert.
Von den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine Schnittansicht des Dynamos nach der
Erfindung, F i g. 2 die Innenseite dieses Dynamos, F i g. 3 die Außenseite
des Dynamos, die die Abschaltvorrichtung zeigt, um den Läufer gegen den Induktor
zum Stillstand zu bringen, Fig.4 den Handhebel für'die Abschaltvorrichtung und Fig.
5 und - 6 senkrechte Schnittansichten von Ringankern des Läufers.
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Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform sieht man
den drehbaren Teil der-Radnabe, auf dem die Glocke 2 aus nichtmagnetisierbarem Metall
angebracht ist. In dem Ring 3 aus Weicheisen sind in der Peripherie die Ferritmagnete4
eingesetzt, die einen verhältnismäßig viel breiteren als dicken Kranz bilden.
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Ia die Glocke 2 ist eine Beilagescheibe 5 aus behandeltem bzw.
vergütetem Stahlblech eingelegt, die einen Anschlag für den Anker bildet. Dieser
besteht im wesentlichen aus zwei Polringen 6 und 7 (s. auch F i
g. 5 und 6), die gegeneinandergerichtet eingesetzt sind und zwischen
sich einen Raum frei lassen, der die Wicklung 8 des Ankers 2 aufnimmt. Die
Pohinge enden in bekannter Weise in Nuten, die am Umfang des Ankers eingearbeitet
und gegeneinander versetzt sind. Die Polringe des Ankers bestehen aus reinem Sintereisen,
das mit öl getränkt ist, was sie in ihrer Drehbewegung gegen die Nabe und
gegen die Belagscheibe 5 selbstschmierend macht, wenn sie gegen den Stator
stillstehen. Die äußere Peripherie der Polzähne, die die Stärke des Luftspaltes
bestimmt, ist lediglich durch Abdrehen bearbeitet.
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Die gesamte Breite des Ankers ist etwas größer als die Breite des
Kranzes der Ferrritmagnete 4 des *Stators. Diese leicht überstehende Anordnung bewirkt
eine magnetische Anziehungskraft des Ankers in F i g. 1 nach rechts, so daß
ohne besondere Blokkiereinrichtung der Anker selbsttätig zum Innern der Glocke 2
des Stators zentriert und dauernd gegen die Beilagescheibe 5 gehalten wird.
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Der Anker hat einen mittleren Durchmesser, der einerseits so groß
ist, daß hinreichend lineare Umfangsgeschwindigkeit erzielt wird, und andererseits
genügend Platz in dem hohlen axialen Raum vorhanden ist, um die Aufnahme von mindestens
einem Teil der Nabe 1 zu gewährleisten. Der Dynamo umgibt also die Nabe und
ist nicht seitlich hiervon angeordnet, wodurch es ermöglicht wird, die Größe der
Nabe und des gesamten Dynamos beträchtlich zu verringern.
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Wie aus F i g. 5 hervorgeht, weist der Polring 6
des
Läufers einen Ansatz 6a in Form einer Schale auf, in deren Innerem sich einerseits
ein Isolierring 9
und andererseits ein Innenring 10 aus behandeltem
Stahl befindet; letzterer ist also gegen den Polring 6
elektrisch isoliert.
Der innere Durchmesser des Innenringes 10 ist gleich dem Innendurchmesser
der Nabe des Polringes 6. Ein Endstück 11 (F i g. 2) der Läuferwicklung
ragt durch ein entsprechendes Loch des Ansatzes 6 a -und des Isolierringes
9. Der abisolierte Leiter ist dann an der Masse des Innenringes
10 angeschweißt. Dieser Innenring 10 bildet den Kollektor.
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Der Innenring 10 spielt gleichzeitig eine. zweite Rolle. Er
dient als Reibungs-Bremstrommel, auf der eine Bremseinrichtung angreift, die durch
die in F i g. 3 und 4 dargestellte Ausschaltvorrichtung betätigt wird. Wenn
durch die Ausschaltvorrichtung die progressive Bremse des Ankers betätigt wird,
um ihn gegenüber dem Stator zum Stillstand zu bringen, so wird gleichzeitig ein
elektrischer Kontakt hergestellt, um den Strom an den Kontakt 13 zu leiten.
Der Kontakt 13 ist zwischen Isolierblöcken 14 und 15 auf einer Kappe
16 aus einer Aluminiumlegierung, verchromtem Messing oder Kunststoff angebracht,
die sich mit dem Außenrand in eine entsprechende Nut einer Kappe 17 legt,
die wiederum an dem Rand der Glocke 2 befestigt ist. Die Kappe 16 ist auf
einer Bundbuchse- 18 aus Stahl befestigt, deren Bohrung 19
von der
festen Achse der Nabe 20 durchragt wird. Die Bundbuchse 18 weist einen zylindrischen
Schaft 21 auf, um den Bremsbacken angeordnet sind, die später erläutert werden.
Der Kontakt 13 durchdringt die Isolierblöcke 14 und 15 mit Hilfe eines
Kabels 22. Dieses Kabel 22 ist an die Innenseite einer als Bremsbelag wirkenden
Vorrichtung 23 aus behandeltem bzw. vergütetem Stahl angebracht, die koaxial
zu dem Innenring 10, aber einige zehntel Millimeter -hiervon entfernt ist.
Die Vorrichtung 23 bremst den Läufer, wenn sie mit dem Innenring
10 in Berührung kommt, und spielt zugleich die Rolle des elektrischen Kollektors;
ddnn wenn sie den Innenring 10
berührt, wird das Ende 12 des Kabels des Läufers
in elektrischen Kontakt mit dem Leiter 22 gebracht, der mit dem Kontakt
13 verbunden ist.
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Die Steuerung der radialen Ausdehnung der Vorrichtung 23 gegen
ihre elastische Widerstandskraft wird durch die Verschiebung zweier Bremsbacken
24 und 25 (F i g. 2) aus Nylon oder Debrin, beispielsweise von besonderer
Form, die voneinander verschieden sind, gewährleistet. Diese in die Bundbuchse
18 eingenieteten Backen drehen sich um Bolzen 26
und 27. Das
freie Ende der Backen 24 und 25 weist je ein metallisches Blättchen
28 bzw. 29 auf" zwisehen
die ein Betätigungsnocken
30 eingesetzt ist, von der man in F i g. 1 die Betätigungsachse
31 am anderen Ende der Bundbuchse 18 sieht. Die Achse 31 wird
durch einen Hebel 32 betätigt, dessen freies Ende eine Befestigungseinrichtung
33 für das Ende des Seiles 34 (F i g. 3 und 4) aufweist. Dieses Seil
gehört zu einem Bowdenzug 35, dessen Ende 36 an einer Platte
37 anliegt, die am Ende des Hebels 28 vorgesehen und mit Hilfe von Nieten
39 und 40 fest mit der Kappe 16 und der Bundbuchse 18 verbunden
ist. Der Hebelkasten 41 (F i g. 4) für die Abschaltvorrichtung weist einen
Handhebel 42 bekannter Bauart auf, der am Ende seines Weges an einem Zahn 43 verriegelt
werden kann. Der Handhebel 42 ist um die Achse 44 drehbar und überträgt seine Bewegung
auf einen Winkelhebel 45 unter Zwischenschaltung einer Ausgleichsfeder 46.
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Die nachgiebige Vorrichtung 23 kann aus behandeltem Stahl bestehen;
sie kann aber auch aus Bronze angefertigt werden, so daß sie einen besseren elektrischen
Kontakt gewährleistet. Auch kann sie an der Oberfläche einen elektrolytischen überzug
haben.
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Der Innenring 10 weist an der Innenseite vier kleine, längsgerichtete
Kerben 47 auf, die in ihrer Länge der Breite des Innenringes 10 oder der
Vorrichtung 23 entsprechen.
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Während der Nylon- oder Debrinbacken 25 konstant an der Innenfläche
der Vorrichtung 23 anliegt, weist der Backen 24 eine leichte Konkavität auf,
die dem entsprechenden Ende 23 a der Vorrichtung 23
eine gewisse Anlagefreiheit
läßt. Das Ende 23 b der Vorrichtung bildet das hintere Ende einer Bremsvorrichtung,
die am Ende sich im Eingriff befindet und nicht in die längsgerichteten Kerben 47
eingreifen kann, während das Ende 23 a im Gegensatz hierzu sich am Anfang
befindet und infolgedessen dazu bestimmt ist, in eine Kerbe 47 einzugreifen.
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Vorausgesetzt, daß sich das Rad in dem durch den Pfeil 48 (F i
g. 2 und 3) angedeuteten Sinn dreht, tritt der Innenring
10, wenn man die Ausschalteinrichtung betätigt, in progressive Reibung mit
der Vorrichtung 23 und hat die Tendenz, das Ende 23 b der Vorrichtung
23 mitzunehmen. Wenn man im Gegensatz hierzu das Ende 23 a betrachtet,
so stellt man fest, daß der Innenring 10 das Bestreben hat, das Ende
23 a mitzunehmen und die Vorrichtung 23 in diesem Bereich in radialer
Richtung zu bewegen, wodurch auf diese Weise eine Selbstkleinmung entsteht. Solange
die Geschwindigkeit des Innenringes 10 gegen die Vorrichtung 23 genügend
hoch ist, entsteht nichts dergleichen.
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Wenn jedoch die relative Geschwindigkeit unter eine bestimmte Grenze
sinkt, so greift das Ende 23 a
in eine Kerbe 47 ein, und die Blockierung
der Drehbewegung des Ankers in bezug auf den Stator wird von diesem Augenblick an
wirksam. Hierbei kann sich das Ende 23 a sogar wölben, da eine hohle Form
des sich anschließenden Teiles des Backens 24 vorgesehen ist.
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Es genügt, den radialen Ansatz der Backen 24 und 25 freizugeben,
damit die blockierte Kerbe 47 sich von dem Ende 23 a löst und damit der magnetisch
mitgenommene Anker sich von neuem mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Stator
dreht, wobei die Leistung des Dynamos wieder zu Null wird.
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Infolge gewisser Verformungen der Radspeichen kann die Glocke 2 bestimmte
Fehler der Zentrierung auf der Nabenachse aufweisen. Unter diesen Bedingungen ist
man bestrebt, eine leichte »fliegende« bzw. »schwimmende« Montage des Ankers im
Innem des Stators zu erreichen. Die Weichheit der Bedienung der Ausschalteinrichtung
für das Wiedereinklinken und Ausschalten des Spieles wird durch die Feder 46 gewährleistet,
die zuvor erwähnt wurde. Man kann jedoch ebenso dieses Wiedereinklinken durch einen
starren Handhebel erreichen, der auf ein Seil 34 wirkt, das nicht aus Stahl, sondem
beispielsweise aus Nylon besteht, wobei die leichte Dehnbarkeit dieses Materials
die gleichen Ergebnisse liefert wie eine elastische Betätigung mit Hilfe der Feder
46.