Innovative Fahrradelektrik

Innovative Fahrradelektrik

Innovative Fahrradelektrik (Prof. Ossner)

Integrierte Elektrik mit Richtungsanzeige und Beleuchtungsautomatik

Eine wesentliche Ursache für die allgemein beklagte Umweltzerstörung ist der Autoverkehr. Luftverschmutzung, Lärm und Landverbrauch sind die schädlichen Folgen unserer automobilen Fortbewegung. Der intensivere Gebrauch des Fahrrades würde eine beachtliche Verbesserung dieser negativen Folgen bewirken.

Für die Akzeptanz des Fahrrades ist seine ständige Gebrauchsbereitschaft unerlässlich. Das übliche Rad ist jedoch, besonders in seiner elektrischen Ausstattung, völlig unzureichend. An eine moderne elektrische Ausstattung des Rades sind folgende Forderungen zu stellen:

 

1. Ständige Betriebsbereitschaft, auch im Stand z. B. an der Ampel

2. Richtungsblinker

3. Beleuchtungsautomatik

4. Minimaler Energieeinsatz

 

Das hier vorgestellte elektrische System erfüllt diese Forderungen. Grundlage eines modernen Elektrosystems am Rad ist ein Nabendynamo.

Als Beispiele seien die Nabendynamos von Shimano und SON erwähnt. Der Nabendynamo in derVorderradnabe des Fahrrades dreht sich während der Fahrt ständig mit. Aber nur dann, wenn ihm Leistung entnommen wird, ist dafür merklich Energie vom Fahrer einzusetzen. Die hiergemachten Angaben beziehen sich auf eine Fahrgeschwindigkeit von 20 km/h. Dabei beträgtder Leerlaufverlust ca. 0,6 Watt. Dies entspricht weniger als 1% der vom Fahreraufzubringenden Leistung. Erst wenn vom Dynamo elektrische Leistung erbracht wird, isteine Zusatzleistung von 5 W erforderlich.

Gegenwind, schlechte Fahrbahn oder falscher Reifendruck erfordern wesentlich mehr Zusatzleistung des Fahrers. Der elektrische Wirkungsgrad dieser Dynamos beträgt ca. 70%. An einem modernen Rad muß elektrische Leistung jederzeit, also auch im Stand, zur Verfügung stehen. Deshalb wird mit Hilfe des Nabendynamos ein NiMH-Akku mit 6 Volt Nennspannung, vom Fensterdiskriminator gesteuert, bei Bedarf nachgeladen.

Das folgende Blockschaltbild zeigt das System. Eine ausführliche Beschreibung des Projektes finden Sie in der Zeitschrift "ELECTRONIC AKTUELL MAGAGZIN" Ausgabe 03/2003, erschienen im VTP-Verlag, Nordring 98a, 90409 Nürnberg. Die einzelnen Komponenten sind in meinem Patent DE 100 00 734 C1 ausführlich dargestellt. Die abgebildeten Fotos zeigen die konkrete Ausführung.

In einer Zentraleinheit (ZE), die im Scheinwerfer des Rades eingebaut ist, befindet sich ein elektronischer Fensterdiskriminator (FD) mit Gleichrichter, der die automatische Nachladung des Akkus (AK) bewirkt. Die Taktgeber (TR), (TL), ein Helligkeitssensor mit Schalter (AS) und die weiteren Schalter.

Da der Akku ständig betriebsbereit ist, kann leicht wie angegeben, eine Fahrtrichtungsanzeige ähnlich wie bei Motorrädern integriert werden. Diese wird mit einem Daumenschalter (BS) am Lenker bedient.

Dies ist eine entscheidende Neuerung des hier beschriebenen Systems. Der Radfahrer hat nach der Straßenverkehrsordnung jeden Fahrtrichtungswechsel durch Handzeichen anzuzeigen oder zu signalisieren. Dadurch tritt notwendigerweise eine Veränderung der Schwerpunktlage des Systems Fahrer- Rad ein. Eine Instabilität des Systems ist die unvermeidliche Folge dieser Methode. Das Loslassen des Lenkers führt zu einer weiteren Destabilisierung und zu einer Verunsicherung des Fahrers. Kleine Hindernisse auf der Fahrbahn, die überrollt werden oder denen der Fahrer auszuweichen versucht, können sogar zum Sturz führen.

Nachts kann eine Signalisierung des Fahrtrichtungswechsels durch Handzeichen vom nachfolgenden Verkehrsteilnehmer u. U. nicht rechtzeitig erkannt werden. Es besteht dann erhöhte Unfallgefahr.

Die hier eingesetzte Blinkeinrichtung ist am Tag mindestens 50 m und nachts bis zu 200 m weit gut sichtbar. Die entscheidende Neuerung besteht in der Verwendung von gelben ( = 590 nm) LED als Blinker (VL, HL, VR, HR),die einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweisen. Bei einer Spannung von 6 V fließt in dem LED-Blinker ein Strom von nur ca. 100 mA. Dies bedeutet im Vergleich zu einem Glühlämpchenblinker mit üblicherweise 12 W (teilweise sind bei Motorrädern bis zu 21 W im Einsatz) ein Leistungsverhältnis von 0,6 W :

12 W = 1 : 20. Es ist also nur 5% der bisher nötigen Energie für den gleichen Effekt einzusetzen.

Das Gewicht eines Prototyps dieser neuen Radelektrik beträgt mit 4 Blinkern (ohne Dynamo) weniger als 500 g.

Während des Blinkbetriebes und nachts bei eingeschalteter Beleuchtung entlädt sich der Akku.
Seine Spannung wird daher ständig elektronisch mit dem Fensterdiskriminator in der Zentraleinheit überwacht. Ist die Spannung unter 5,7 V abgefallen, wird automatisch der Dynamo zum Laden des Akkus zugeschaltet, bis dieser wieder eine Spannung von 6,5 V erreicht hat. Dann wird die Verbindung zum Dynamo automatisch unterbrochen bis die Spannung wieder auf 5,7 V abgefallen ist usw. Um die bei einem Blinkvorgang aus dem Akku entnommene Energie wieder nachzuladen ist etwa 10% der aufgewendeten reinen Blinkzeit als Betriebszeit des Dynamos erforderlich.

Da das Linksabbiegen i. a. gefährlicher ist, sollte die Blinkfrequenz dabei höher als beim Rechtsabbiegen sein. Ein integrierter Tongenerator zeigt die Blinkfrequenz akustisch an. Damit ist der Status der Blinker nicht nur aus der Stellung des Daumenschalters (BS) erkennbar.

Die Beleuchtungsanlage (LI) enthält dem Stand der Technik entsprechend eine Halogenlampe mit 2,4 W Leistung und ein Rücklicht mit integrierten LED, die die Standlichtfunktion übernehmen. Der Fahrer kann entscheiden, ob die Beleuchtung bei Eintritt der Dämmerung automatisch oder von Hand eingeschaltet wird.

 

Um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten, wird die Verkabelung der Komponenten im Zweileitersystem durchgeführt. Die elektrischen Leitungen sollten im Fahrradrahmen oder in einem entsprechenden Kabelkanal geführt werden.

Die Lebensdauer der im Scheinwerfer eingebauten Elektronik und der LED-Blinker ist beinahe unbegrenzt.

 


Im nebenstehenden Bild ist der gesamte Fahrradscheinwerfer zu sehen. Der Akku und die Elektronik bilden die Zentraleinheit.

Durch das hier gezeigte System werden die obigen Forderungen 1 bis 4 erfüllt.

 

 

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