DE29822380U1

DE29822380U1 - Fahrraddynamo

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Publication number: DE29822380U1
Application number: DE29822380U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2008-12-17

Description

Fahrraddynamo

Die Erfindung betrifft einen Fahrraddynamo nach dem Oberbegriff des efira-spruchs 1.

Die Beleuchtungsanlagen von zum öffentlichen Straßenverkehr zugelassenen Fahrzeugen unterliegen gesetzlichen Vorschriften, zu denen unter anderem auch Mindestanforderungen an die zu ihrem Betrieb bereitzustellende elektrische Leistung gehören. So schreibt insbesondere die deutsche Straßenverkehrsordnung für einen Dynamo zur Fahrradbeleuchtung vor, daß Fahrräder für den Betrieb des Scheinwerfers und der Schlußleuchte mit einem Dynamo ausgerüstet sein müssen, dessen Nennleistung mindestens 3 Watt und dessen Nennspannung 6 Volt beträgt. Für den Betrieb von Scheinwerfer und Schlußleuchte darf zusätzlich eine Batterie mit einer Nennspannung von 6 Volt verwendet werden.

Zum heutigen Stand der Technik gehören 5 Typen von Fahrraddynamos: Konventionelle Reibraddynamos,

Leichtlauf-Rollendynamos,

Walzendynamos,

Nabendynamos (z.T. mit nabeninternem Getriebe),
sowie

Speichendynamos.

Reibrad-, Rollen- und Walzendynamos werden mit einer rastenden Vorrichtung an die Seitenwand oder Lauffläche des Radmantels federnd angelegt und damit vom drehenden Vorderoder Hinterrad angetrieben. Bekannte Nachteile dieser klassischen Ausführungen sind der hohe Geräuschpegel sowie die Beeinträchtigung der Funktion durch Rutschen bei Nässe, starker Verschmutzung oder Schnee. Reibraddynamos zeichnen sich meist durch einen sehr schlechten Wirkungsgrad wegen der Ver-

luste durch hohe mechanische Reibung aus. Dies führt häufig zum gefährlichen Verzicht auf die nächtlich vorgeschriebene Beleuchtung. Nachteile anderer Dynamotypen sind meist der hohe Preis, mangelnde Zuverlässigkeit, die fehlende oder nur mit baulichen Veränderungen am Fahrrad mögliche Nachrüstbarkeit oder hohe Verluste und Verschleiß durch aufwendige Getriebe.

Aus der EP 0 820 922 A2 ist ein Nabendynamo bekannt, der nachträglich an einem Fahrrad angebracht werden kann und ohne Zwischenschaltung eines Getriebes die Relativdrehbewegung von Nabe und Achse eines Rades in elektrische Leistung umsetzt. Bei diesem Dynamo ist der Stator starr mit der Achse verbunden, während der Rotor mit der Nabe über *ein Verbindungsglied gekoppelt ist, welches eine Reihe verschiedener Ausführungs- - formen annehmen kann. Im einfachsten Fall kann es sich hierbei um einen Gummiring handeln, der bei der Montage axial komprimiert wird und auf diese Weise für eine kraftschlüssige Drehmomentübertragung zwischen Nabe und Rotor sorgt. Alternativ lehrt jene Schrift auch verschiedene Varianten der formschlüssigen Kraftübertragung zwischen Nabe und Rotor, beispielsweise in Form des Eingriffs eines am Rotor angebrachten Mitnehmerstiftes in ein zwischen zwei Speichen geklemmtes Gegenstück, oder in Form eines U-förmigen Drahtbügels, dessen klammerartig ausgebildete Enden mit zwei Speichen verhakt sind, während sein Mittelteil in am Rotor angebrachte Schnapphaken eingreift. Die Relativbewegung von Rotor und Stator wird bei jenem bekannten Dynamo durch ein eigens dafür vorgesehenes Rillenkugellager geführt.

Obgleich die Lösung nach der EP 0 820 922 A2 herkömmlichen Reibraddynamos überlegen ist, weist sie noch diverse Nachteile auf. So erscheinen die dort vorgeschlagenen Arten der Drehmomentübertragung zwischen Nabe und Rotor als relativ aufwendig und/oder in Anbetracht typischer Betriebsbedingun-

gen von Fahrrädern zu störungsanfällig. Auch erhöht das vorgesehene Kugellager die Herstellungskosten und sorgt für Reibungsverluste im Betrieb. Ferner entstehen zusätzliche Reibungsverluste durch die Belastung der Radnabe mit einer Axialkraft, welche die Reibung des Radlagers erhöht.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe

der Erfindung, einen kostengünstig herstellbaren, robusten und zuverlässigen Fahrraddynamo zu schaffen, der in einfacher Weise nachträglich an einem Fahrrad anbringbar ist und einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Der erfindungsgemäße Dynamo ist in sich absolut reibungsfrei und erzielt dadurch einen hohen Wirkungsgrad. Wegen der dadurch bedingten geringen körperlichen Zusatzbelastung steigt die Bereitschaft des Fahrers, die Beleuchtung bei Dunkelheit einzuschalten. Da keine Teile aneinander oder an Teilen des Fahrrads reiben oder schleifen, ist der erfindungsgemäße Dynamo auch weitestgehend verschleiß- und wartungsfrei und läuft nahezu geräuschlos. Durch die geringen Leerlaufverluste, die sich alleine aus den Feldkräften der Dauermagneten ergeben, kann der Dynamo stets unbelastet mitlaufen. Das Einschalten der Beleuchtung kann über einen zentral angebrachten Schalter (Lenker, unterhalb des Sattels etc.) jederzeit, auch im Fahren, gefahrlos erfolgen. Die Erzeugung der zur Beleuchtung erforderlichen elektrischen Energie ist absolut unabhängig von Witterungslage oder Straßenzustand. Da der Dynamo stets mitläuft, kann bei Tagesfahrten ein geeigneter Akkumulator stets aufgeladen werden, um die elektrische Energie für

Not- oder Standlicht sowie für weitere elektrische Verbraucher (Blinker, Hupe, Sprechfunk, GPS etc.) bereitzustellen. Der Dynamo kann sowohl in Serie bei Neurädern eingebaut wie auch bei bereits gelieferten Rädern problemlos ohne Notwendigkeit irgendwelcher konstruktiver Veränderungen an den Bauteilen des Fahrrades nachgerüstet werden. Auch kann er leicht von einem Fahrrad demontiert und an einem anderen erneut montiert werden. Die vom Dynamo gelieferte Wechselspannung kann den Geber für einen Tacho oder Fahrradcomputer ersetzen. Eine Verschmutzung oder Korrosion der Dynamo-Innenteile ist nahezu ausgeschlossen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Von diesen zeigt
Fig. 1 eine Längsschnittansicht des erfindungsgemäßen

Dynamos,

Fig. 2 das Statorblech mit Nuten,
Fig. 3 die Montage des Rotors an der Radnabe mit Hilfe

einer speziellen Spannvorrichtung
20

Der erfindungsgemäße Dynamo besteht in seiner Grundausführung aus einem ringförmigen innen liegenden Rotor 2,5,6, der am Umfang ein System von Permanentmagneten 6 mit hoher magnetischer Energiedichte trägt und über einen Adapter 1 fest mit der Nabe 11 des Hinterrades auf der dem Kettenradkranz abgewandten Seite verbunden ist sowie aus einem außenliegenden ebenfalls ringförmigen Stator 3,4,7, der ein Paket von weichmagnetischen Elektroblechen 3 enthält, in welches in regelmäßigen Abständen Nuten eingelassen sind zur Aufnahme von Kupferwicklungen 4.

Um den magnetischen Streufluß so gering wie möglich zu

halten, sind die Permanentmagneten 6 des Rotors auf der Außenseite eines Rings aus Weicheisenmaterial, dem Rückschlußring 5, aufgebracht, beispielsweise geklebt. Der Rück-

schlußring 5 mit den Magneten 6 ist zentrisch an die Innenseite des Rotorgehäuses 2 montiert, beispielsweise geklebt oder verschraubt. Das System von Permanentmagneten 6 kann für eine Serienfertigung durch einen Magnetring 6 realisiert werden, der am Umfang mit wechselnden Polen magnetisiert ist. Das Rotorgehäuse 2, das gleichzeitig den inneren Gehäusedekkel des Dynamos bildet, ist fest mit dem Adapter 1 verschraubt, der wiederum stoffschlüssig mit der Nabe 11 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Rotor-Adapter 1 und der Radnabe 11 erfolgt durch Kleben mit einem Zweikomponenten-Kunststoff kleber unter Zuhilfenahme einer einfachen Spannvorrichtung 21, wie im weiteren anhand von Fig. 3 näher beschrieben werden wird.

Das Blechpaket 3 des Stators besteht aus einer Vielzahl von einzelnen ringförmigen Elektroblechen, die gegeneinander isoliert sind, um Wirbelstromverluste zu minimieren. Das Blechpaket 3 weist ringsum auf der Innenseite radial verlaufende Nuten 19 auf, zur Aufnahme der Statorwicklungen 4, die alle in Serie geschaltet sind. Mit dieser Bauform läßt sich ein Maximum an magnetischem Nutzfluß der Rotormagnete 6 erfassen. Das Blechpaket 3 des Stators wird von einem ebenfalls ringförmigen Statorgehäuse 7 aufgenommen. Fig. 2 zeigt das Statorblechpaket 3 mit den Nuten 19 und den sich mit letzteren abwechselnden Polschuhen 20.

Das Statorgehäuse 7 ^nit Blechpaket 3 und Wicklungen 4 wird konzentrisch mit dem äußeren Teil 8 des Dynamogehäuses verschraubt (Schrauben 16). Im Zentrum dieses äußeren Gehäuseteils 8 befindet sich eine Nabe 9 mit einer an die Radachse 12 angepaßten Bohrung, z.B. vom Durchmesser 10H6. Damit ist gewährleistet, daß über das Gehäuseteil 8 der Stator bezüglich der Radachse 12 zentriert wird und somit ein gleichmäßiger Luftspalt zwischen Statorinnen- und Rotoraußenseite ein-

gehalten wird. Axial nach innen schließt an die Nabe 9 eine Distanzhüls 13 an, die ihrerseits an der inneren Lagerschale des Radlagers 10 anliegt und durch ihre Länge die axiale Position des Stators festlegt. Zur Anpassung des Generators an unterschiedliche Radtypen, d.h. zur optimalen gegenseitigen axialen Ausrichtung von Rotor und Stator können Distanzhülsen 13 unterschiedlicher Länge und/oder zusätzliche Distanzscheiben abgestufter Dicke eingesetzt werden. Das äußere Dynamogehäuse 8 weist auch eine Bohrung auf, um die beiden Anschlußdrähte der Wicklung nach außen zu führen.

Um den Innenbereich des Dynamos vor Spritzwasser und Verschmutzung zu schützen und dennoch jegliche Berührung und damit Reibung zwischen beiden Gehäuseteilen 2,8 zu vermeiden, bilden Innen- und Außendeckel durch die Gestalt ihrer Außenränder im zusammengefügten Zustand eine berührungsfreie Dich-, tung in Form eines Luftspalts 14 welcher den Innenraum des Dynamos nach Art einer ein- oder mehrstufigen Labyrinthdichtung abdichtet. Damit erlangt der Dynamo Wartungsfreiheit und hohe Lebensdauer.

Beim Zusammenbau wird zunächst der Adapter 1 auf den Endabschnitt der Radnabe 11 aufgeklebt. Hierzu werden die zu verbindenden Flächen entsprechend der Verarbeitungsspezifikation des verwendeten Klebers ein- oder beidseitig mit Kleber versehen. Dann wird der Adapter 1 auf den Endabschnitt der Radnabe 11 aufgesteckt. Durch die konische Form des letzteren und die daran angepaßte Neigung der Innenfläche des Adapters 1 ergibt sich eine definierte Endposition des Adapters 1 in axialer Richtung sowie eine koaxiale Anordnung des Adapters 1 und der Radnabe 11.

Um einen exakten Sitz des Adapters 1 auf der Radnabe 11 während des Aushärtens des Klebers zu gewährleisten und die

Klebung mit einem definierten Druck zu beaufschlagen, wird anschließend eine Spannvorrichtung 21 von im wesentlichen hohlzylindrischer Gestalt auf die Radachse 12 aufgesteckt und durch Anziehen einer Mutter 15 am äußeren Endabschnitt der Radachse 12 gegen den Adapter 1 gedrückt. Zu diesem Zweck entspricht der Innendurchmesser der Spannvorrichtung 21 (Fig. 3) dem Außendurchmesser dör Radachse 12 (Spielpassung), während der Außendurchmesser der Spannvorrichtung 21 größer ist als der Innendurchmesser des Adapters 1, so daß die Spannvorrichtung 21 in axialer Richtung gegen den Adapter 1 drückt.

Nach dem Aushärten des Klebers wird die Mutter 15 gelöst und die Spannvorrichtung 21 entfernt. Als nächstes wird der Rotor, bestehend aus seinen vorher zusammengefügten Komponenten 2,5,6 mittels einiger Schrauben 17 am Adapter 1 befestigt .

Sodann wird die Distanzhülse 13 und eine eventuelle zusätzliche Distanzscheibe sowie schließlich das äußere Dynamogehäuseteil 8 zusammen mit dem zuvor darin montierten Stator 3,4,7 bis zum Anschlag auf die Radachse 12 gesteckt und mit einer Mutter 15 auf dem Gewinde der Radachse 12 fixiert. Dadurch bestimmen die Längen der Nabe 9 des äußeren Dynamogehäuses 8 und der Distanzhülse 13 sowie die Dicke der eventuellen zusätzlichen Distanzscheibe den Abstand zwischen den beiden Gehäuseteilen, nämlich dem inneren Rotorgehäuse 2 und dem äußeren Dynamogehäuse 8.

Claims

1. Fahrraddynamo, geeignet zum Anbau an ein Rad eines Fahrrades außerhalb der Nabe, wobei der Stator an der Achse des Rades und der Rotor an der Nabe des Rades dergestalt befestigbar sind, daß die Relativdrehbewegung von Nabe und Achse in eine koaxiale Relativdrehbewegung von Rotor und Stator mit gleicher Winkelgeschwindigkeit umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbewegliche Lagerung (10) der Nabe (11) des Rades auf der Achse (12) des Rades zugleich die einzige Lagerung des Rotors (2, 5, 6) gegenüber dem Stator (3, 4, 7) darstellt.

2. Fahrraddynamo nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung des Rotors (2, 5, 6) an der Nabe (11) über einen für jeden Nabentyp spezifischen Adapter (1) erfolgt.

3. Fahrraddynamo nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (1) stoffschlüssig mit der Nabe (11) verbindbar ist.

4. Fahrraddynamo nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Adapter (1) und der Radnabe (11) um eine Klebverbindung handelt.

5. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (1) die Form eines Hohlzylinders besitzt, dessen Mantelflächen konische Abschnitte aufweisen können.

6. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Mantelfläche des Adapters (1) in koaxialen Eingriff mit einer äußeren Mantelfläche eines konischen Abschnitts der Radnabe (11) und die äußere Mantelfläche des Adapters (1) in koaxialen Eingriff mit einer inneren Mantelfläche eines konischen oder zylindrischen Abschnitts des Rotorgehäuses (2) verbringbar ist.

7. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Radnabe (11) zur direkten Befestigung des Rotorgehäuses (2) vorgerichtet ist, d. h. der Adapter (1) unmittelbar durch den äußeren Endabschnitt der Radnabe (11) realisiert ist.

8. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er am Hinterrad eines Fahrrades auf der dem Kettenradkranz abgewandten Seite montierbar ist.

9. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich der Drehachse des Rotors (2, 5, 6) die elektrischen und magnetischen Komponenten (5, 6). desselben radial weiter innen und diejenigen (3, 4) des Stators (3, 4, 7) weiter außen angeordnet sind.

10. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2, 5, 6) am Umfang mit einem System von Permanentmagneten (6) mit hoher magnetischer Energiedichte ausgestattet ist.

11. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2, 5, 6) einen Ring (6) aus magnetisierbarem Material aufweist, der am Umfang vielpolig wechselnd magnetisiert ist.

12. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (3, 4, 7) aus einem Paket von weichmagnetischen, gegeneinander isolierten Elektroblechen (3) besteht, in das auf der Innenseite äquidistante Nuten (19) zur Aufnahme von Kupferdrahtwicklungen eingelassen sind.

13. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorgehäuse (2) gleichzeitig den inneren Gehäusedeckel des Dynamos bildet und reversibel mit dem Adapter (1) verbindbar ist.

14. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechpaket (3) des Stators von einem ebenfalls ringförmigen Statorgehäuse (7) aufgenommen wird, welches konzentrisch mit dem äußeren Teil (8) des Dynamogehäuses verbindbar ist.

15. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Dynamogehäuseteil (8) in seinem Zentrum eine Nabe (9) enthält, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Radachse (12) entspricht, wodurch das äußere Dynamogehäuseteil (8) auf die Radachse (12) aufsteckbar ist.

16. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Position des äußeren Dynamogehäuseteils (8) auf der Radachse (12) innenseitig durch einen auf der Achse vorhandenen Anschlag (10) und außenseitig durch eine auf die Radachse aufschraubbare Mutter (15) fixierbar ist.

17. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Gehäuseteilen, dem inneren Rotorgehäuse (2) und dem äußeren Dynamogehäuseteil (8) sowie die relative axiale Lage von Rotor (2, 5, 6) und Stator (3, 4, 7) durch die Länge der im Zentrum des Gehäuseteils (8) befindlichen Nabe (9) allein oder in Verbindung mit der Länge einer zusätzlichen, zwischen dem inneren Anschlag (10) auf der Radachse (12) und der Nabe (9) anordenbaren Distanzhülse (13) festgelegt wird.

18. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorgehäuse (2) und das den Stator tragende äußere Gehäuseteil (8) durch ihre Form einen ein- oder mehrstufigen labyrinthartigen Luftspalt (14) bilden, welcher den Innenraum des Dynamos nach Art einer Labyrinthdichtung abdichtet.

19. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest bei Nichtbetrieb der Beleuchtung über eine Ladeschaltung mit einem Akkumulator verbunden ist, wodurch elektrische Leistung aus dem Dynamo in den Akkumulator einspeisbar ist, an welchen weitere elektrische Verbraucher anschaltbar sind.

20. Fahrraddynamo nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Dynamo gelieferte, geschwindigkeitsabhängige Wechselspannung direkt oder über eine Anpassungsschaltung an einen Tachometer oder an einen Fahrradcomputer angeschlossen ist.