Dynohub

Dynohubs sind elegante elektrische Generatoren, die sich in speziellen Naben befinden. Sie wurden über Jahrzehnte von Sturmey-Archer in England hergestellt und es gibt inzwischen neuere Varianten von Sturmey-Archer aus Taiwan. Nabendynamos werden auch von Schmidt, Shutter Precision, Shimano und anderen hergestellt. Diese sind allerdings keine "Dynohubs", weil das eine Handelsmarke von Sturmey-Archer ist.

Nabendynamos sind ziemlich schwer. Moderne Varianten wiegen Dank Seltene-Erden-Magneten und Aluminiumhüllen weniger. Alle Varianten sind jedoch absolut still und haben keine beweglichen Teile, die zusätzliche Reibung erzeugen würden. Sie funktionieren durch das Umkreisen eines ringförmigen mehrpoligen Magnets, der im Inneren eines übergroßen Nabenkörpers angebracht ist, um eine stationäre Spule, die mit der Achse verbunden ist.

Fortschritte bei der Magnettechnologie haben Nabendynamos deutlich leichter und leistungsfähiger gemacht als die originalen Dynohubs. Die Beleuchtungen sind Dank des Einsatzes von Halogen- und LED-Leuchten wesentlich stromsparender und können ein vielfaches an Lichtausbeute erzeugen als klassische Dynohub-Systeme. Die originalen Dynohub Systeme erzeugten eine Leistung von rund 1,8 Watt bei 6 Volt. Die meisten anderen Systeme erzeugen zwischen 2,4 und 3,6 Watt. Die Frontleuchten, die mit den Dynohubs ausgeliefert wurden, waren darauf abgestimmt, mit dieser geringen Leistung möglichst viel Licht zu erzeugen.

Ein originaler Dynohub liefert gleichwohl ausreichend Spannung für moderne LED Beleuchtungssysteme. Es existieren inzwischen sogar LED Birnchen, die in die Original-Raleigh-Leuchten passen. Die originalen Birnchen liefern nicht nur weniger Licht, sie sind inzwischen sogar sehr selten geworden. Von Zeit zu Zeit findet man die originalen Raleigh Dynohubs noch bei schweren Stahllaufrädern von Raleigh-Industries Drei-Gang-Fahrrädern. Üblich waren früher 32-Speichen Vorderrad-Laufräder mit dem GH6-Dynohub oder 40-Speichen Hinterrad-Laufräder mit der AG Drei-Gang-Nabe. Ein guter Funktionstest ist es, einen Schlüssel über die beiden Ausgänge zu halten und das Laufrad zu drehen. Wenn der Dynohub noch in Ordnung ist, fliegen Funken.

Dynohubs erzeugen Wechselstrom. Nabendynamos können im Gegensatz zu Felgendynamos vernünftige Lichtausbeute auch bei niedrigen Geschwindigkeiten erzeugen, weil die Wechselstromfrequenz niedrig ist. Die Birne leuchtet am Strompulshöhepunkt auf. Bei niedrigen Geschwindigkeiten pulsiert das Licht sichtbar, währen das Licht eines Felfgendynamos einfach dunkler wird.

Je höher die Geschwindigkeit des Dynamos wird, desto höher wird die Wechselstromfrequenz. Das ist praktisch, weil die Spule des Generators den Wechseltrom weniger effektiv weitergibt, je höher die Frequenz wird. So wird die Tendenz, immer mehr Spannung bei höheren Geschwindigkeiten zu erzeugen, effektiv ausgebremst. Der induktive Effekt lässt den Nabendynamo bei einer großen Geschwindigkeitsbandbreite einsetzbar bleiben.

Wie auch andere Dynamos kann der Dynohub Glühbirnen durchbrennen lassen, wenn man zu schnell fährt. Fahrradfahrer, die oft sehr schnell fahren, sollten deswegen auf der Hut sein, wenn sie kein modernes Lichtsystem mit Spannungsregulator einsetzen. Ein Nabendynamo erzeugt bei kleinen Laufrädern mehr Strom schon bei geringen Geschwindigkeiten und hier läuft man Gefahr sehr schnell viele Glühbirnen zu verbrennen. Moderene Nabendynamos sind für kleinere Laufräder ausgelegt und dieser Effekt tritt nicht mehr auf.

Ein Selbstbau-Gleichrichter

Sheldon Browns Artikel stammt aus der Jahrtausendwende. Im folgenden beschrieb er einen primitiven Spannungsregulator, den er ein paar Jahre früher gebaut hatte. Wenn man diesen Nachbauen möchte, sollte man beachten, dass der vom Dynohub erzeugte Strom von 0,3 Ampere einen NiCd (Nickel-Cadmium) oder NiFe (Nickel-Eisen)-Hybrid Akku mit einer Kapazität von 10 Ah benötigt, um ein überladen in der "Tag"-Stellung zu vermeiden.

Ergänzung
Sheldon konnte im Jahr 2000 natürlich nicht wissen, dass im Dezember 2004 der EU-Ministerrat eine Richtlinie verabschiedete, um die technische Nutzung von Cadmium zu reduzieren. Vorbehaltlich der Zustimmung des EU-Parlaments war vorgesehen, dass die Mitgliedsstaaten innerhalb von zwei Jahren das Inverkehrbringen von Nickel-Cadmium-Akkus durch nationale Gesetze verbieten. Auf Wunsch einiger Mitgliedsstaaten, darunter auch Deutschland, wurden unter anderem schnurlose Elektrowerkzeuge von dem Verbot zunächst ausgenommen, weil „für Elektrowerkzeuge nicht sichergestellt ist, dass gleichwertiger Ersatz aktuell verfügbar ist“. Diese Ausnahme sollte vier Jahre nach Inkrafttreten der Richtlinie überprüft werden, um das Cadmium-Verbot dann möglicherweise auszudehnen.

2006 nahm das Europäische Parlament eine veränderte Version der Richtlinie an, welche Batterien und Akkumulatoren mit mehr als 0,002 Gewichtsprozent Cadmium verbietet.

Durch das am 1. Dezember 2009 in Kraft getretene Batteriegesetz (BattG) hat der deutsche Gesetzgeber die Richtlinie in nationales Recht umgesetzt. § 3 Abs. 2 BattG verbietet das Inverkehrbringen entsprechend cadmiumhaltiger Batterien mit Ausnahme von solchen für Not- oder Alarmsysteme, Notbeleuchtung und medizinische Ausrüstung. Kabellose Elektrowerkzeuge waren bis zum 31. Dezember 2016 von dem Verbot ausgenommen.

Quelle


Auch ein NiCd oder NiFe-Akku kann tiefentladen und Schaden nehmen, wenn die stärkere der Zellen Strom durch die schwächeren Zellen leiten (Polaritätsumkehr). Ein "schlaues" System unterbricht daher den Ladevorgang des Akkus, wenn dieser voll ist und unterbricht das Entladen auf einem sicheren Level. Moderne Dynamos mit Standlichteigenschaften haben für solche Situationen eine LED mit einem Kondensator zum kurzen Speichern von Energie.

Reflektoren an Seite und vorne sind bei fahrendem Fahrrad quasi nutzlos, bei stehendem Fahrrad effektiv und können ein wirkungsvoller Ersatz für Dynamosysteme sein.

Sheldon Brown hatten am Tandem einen Dynohub, der zu einerm sehr hohen Glühbirnenverschleiß führte. Das Problem (und noch ein paar andere) löste er damit, dass er den Ausstoß des Dynohub durch einen Doppelweg-Brückengleichrichter schickte und den so entstehenden Gleichstrom paralell zu einem 6 Volt (5 * 1,2 Volt Zellen) NiCd-Akku schaltete. So wurde nicht nur Strom geliefert, wenn das Fahrrad stand, sondern auch während der Fahrt gleichzeitig der Akku geladen. Wenn das Tandem so schnell wurde, dass die Spannung über 6 Volt stieg, konnten die NiCd-Akkus den Überschuss wegen des geringen inneren Widerstands aufnehmen und wurden zugleich etwas überladen und schützten die Glühbirne.

Der gleichgerichtete Ausstoß des Dynohub war immer mit dem Licht verbunden. es gab keine Möglichkeit, das Licht auszuschalten während man sich bewegte. Es wäre natürlich sehr einfach gewesen, einen Schalter zu diesem Zweck einzubauen. Der Dynohub erzeugt recht geringen Widerstand, der höher wirkt, wenn das Vorderrad in der Luft bewegt wird. Den niedrigsten Widerstand haben die SON Dynamos, aber die aktuellen Dynohub Modelle sind weiterhin mit vergleichsweise hohem Widerstand gesegnet. In keinem Fall wird man diesen beim Fahren bemerken.

Sheldon hatte sich einen Drei-Wege-Schalter gebaut, der das Akkupack mit den Leuchten verband.

  • In der Nacht-Stellung waren die NiCd-Akkus parallel zum gleichgerichteten Ausstoß des Dynohub geschaltet
  • In der Tag-Stellung waren die NiCD-Akkus mittels einer Diode (Gleichrichter) mit dem Dynohub und den Leuchten verbunden. Dadurch konnte der Dynamo die Akkus laden, wenn man schnell genug fuhr. Gleichzeitig konnte die Beleuchtung keinen Strom aus den Akkus ziehen.
  • In der Parken Stellung wurden die Akkus vollständig vom System getrennt, weil Dioden nicht ganz perfekt sind und so ein minimaler Stromfluss die Akkus mit genügend Zeit entladen könnte.

Da Dynohubs nicht am Rahmen geerdet sind, können sie genau für diese Art Aufbau genutzt werden. Wenn man einen Zweiphasen-Gleichrichter einsetzt, muss man den Wechselstrom immer getrennt vom Gleichstrom halten. Dadie meisten Dnyamos den Rahmen als Erdung benutzen, ist das ein Problem. Um einen Zweiphasen-Gleichrichter benutzen zu können, müssen entweder Dynamo oder die Lampen isoliert vom Rahmen bleiben. Originale Dynohubs sind isoliert vom Rahmen. Daher haben sie zwei geschraubte Steckverbindungen und zweiadrige Kabel. Das ist bei modernen Nabendynamos nicht immer der Fall.

Über Gleichrichter

Ein Gleichrichter ist ein Gerät, welches Wechselstrom in Gleichstrom wandelt. Die einfachste Art eines Gleichrichters ist eine Diode - eine Art gerichtetes Ventil für Elektrizität. Wenn man eine Diode in reihe zu einer Wechselstromquelle schaltet, lässt Sie nur die eine Hälfte der Spannungsspitzen durch - nämlich die zur Diode passende Richtung. So erhält man pulsierenden Gleichstrom. So hat man das Problem, dass man nur die Hälfte der Elektrizität erhält.

Eine einfache Schaltung mit vier Dioden (Brückengleichrichter) entledigt sich dieses Problems. Dieser Brückengleichrichter wechselt die Polarität mit dem Takt des Gleichstroms (stark vereinfacht) und so erhält man mit wenig Verlust Gleichstrom. Sheldon hat einfach vier Dioden korrekt zusammengelötet - es ist jedoch inzwischen kein Problem mehr, sich einen Zweiphasen-Brückengleichrichter beim lokalen Elektronikhändler zu besorgen. Hierbei sollte man beachten, dass durch die niedrigen Spannungen des Dynohubs, der Verlust beim Einsatz von Silizium-Dioden (1,4 Volt) recht hoch ist, während man bei Einsatz von Germanium-Dioden (0,4 V) nur recht wenig Spannungsverlust hat. Man kann den Verlust noch weiter reduzieren - das dürfte jedoch ein Bastelprojekt für deutlich versiertere Elektrnikhacker sein.

1952er Werbematerial

Eine Sturmey-Archer Lampe

Übersetzung aus dem Werbeprospekt Sturmey-Archer 50 Jahre Marktführer von 1952:

Der Sturmey-Archer Dynohub wird wahrlich: "Weltbestes Fahrradlichtsystem" genannt.

Die Stirnleuchte hat ein modernes Design und als einzige Fahrradstirnlampe mit einer extern per Schraube einstellbaren Fokussierung ausgestattet. Die Vorderseite ist sicher fixiert und klapperfrei sowie sicher gegen Lösen durch Vibrationen. Ein akkurat geformter und aufs höchste polierter Drei-Zoll-Reflektor garantiert außergewöhnlich brillantes Licht. Der Schalter liegt als Wetterschutz unter der Lampe und alle Verbindungen sind nahtlos in die Lampe integriert., damit unschöne außenliegende Verbindungen vermieden werden. Das Rücklicht ist vollständig gegen Feuchtigkeit versiegelt und seine rote Kunststoffhaube ist von allen Blickwinkeln von hinten gut sichtbar. Die Glühbirne hat genügend Brillanz, um auch aus beträchtlicher Entfernung wahrgenommen zu werden.

Der ultramoderne Dynamo, der weltweit patentiert ist, hat keine mechanischen Verluste und ist elektrisch hocheffizient. Er liefert bei 2 Watt ganze 6 Volt. Da er die bereits existierenden Laufradlager und keine problematischen Kontaktbürsten benutzt, ist er komplett ohne mechanischen Widerstand oder verschleißenden Teilen aufgebaut. Den Dynamo anzutreiben erfordert vernachlässigbaren Aufwand. Mangels eines Getriebes ist er absolut leise und er wird durch seine Position in der Nabe des Laufrads gegen Beschädigungen geschützt. Spannungsregulierung ist außergewöhnlich gut, so dass auch bei niedrigen Geschwindigkeiten schon ein gutes Licht produziert wird. Bei höheren Geschwindigkeiten wird ein zu starker Anstieg der Spannung verhindert und so die Gefahr verringert, dass die Glühbirnen durchbrennen.

Anmerkungen von John Allen zu diesen Werbeaussagen
Die Stirnlampe produzierte einen schmalen und recht hellen Lichtstrahl. Der nickelbedampfte Reflektor erforderte jedoch regelmäßiges Polieren. Das Rücklicht hatte keinen fokussierenden Reflektor und wirkt zerbrechlich im Vergleich zu modernen Rücklichtern, die ebenfalls die gleiche 0,6 Watt Glühbirne benutzten.

Die Glühbirnen der Stirnlampe waren für 1,8 Watt ausgelegt


Aus dem 1952er Sturmey-Archer Werbeprospekt

Wartung eines GH-6 Vorderrad-Dynohubs

Chris Hayes war s freundlich die Anleitung "The Secret Is Fully Enclosed" zum Zerlegen des GH6 Dynohubs aus dem Sturmey Archer Katalog von 1956 abzutippen. Hier folgt nun eine Deutsche Übersetzung.

Ergänzung von John Allen
Die Lagerschalen sind integraler Bestandteil des Nabenkörpers und können nicht ersetzt werden. Die Lagerkonusse sehen denen der AW-Nabe ähnlich. Sie sind jedoch nicht gleich, weil der Achsendurchmesser kleiner ist


Zerlegen

Hinweis
Diese Anleitung muss genau befolgt werden. Wenn man die Spule von den Magneten trennt, schwächt man die Magnete permanent


Gehe wie folgt vor
  1. Entferne die dynamoseitigen Sicherungsmutter und Unterlegscheiben. Notiere Dir, wie diese arrangiert waren, damit sie beim Ersetzen wieder an die ursprüngliche Position kommen.
  2. Entferne die vier Muttern und Sicherngsscheiben, die den magnet fixieren auf der Rückseite der Nabe. Danach kann man die vier Schrauben herausziegen, die den Magnetring halten, entfernen.
  3. Halte das Laufrad mit dem Dynamo in Richtung Boden, ganz knapp über die Werkbank. Durch ein paar leichte Schläge mit dem Werkstatthammer auf die Welle, fällt die Dynamoeinheit komplett heraus.
  4. Der Magnetabstandhalterring kann nun aus dem Nabenkörper gezogen werden.
  5. Außer es ist absolut unumgänglich, sollten Spule und Magnet niemals getrennt werden. Wenn es nicht anders möglich ist, muss ein Sicherungsring benutzt werden, weil der Magnet sofort einiges seines Magnetismus verliert, außer es befindet sich immer ein Metallkern im Inneren. Sogar ein kurzer Moment der Trennung führt zu sofortigem Magnetismusverlust und auch ein Schlüssel, der über den Magnet gelegt wird ist kein Ersatz für einen Magnet-Sicherungsring. Um Spule und Magnet zu trennen, halte (als Rechtshänder) den Dynamo mit der Endplatte zur Handfläche hin in der linken Hand. Nun lege den Magnet-Sicherungsring über die Spule und schlage leicht auf den Sicherungsring, um ihn zwischen Magnet und Spule zu treiben. Der Magnet wird nun von der Spule weg heraus- und auf den Sicherungsring heraufgeschoben. Jetzt ist es ratsam, die Spule mit einem Spulenprüfgerät zu testen. Wenn man keine Messung ablesen kann, ist die Spule irgendwo gebrochen. Hat man kein Spulenprüfgerät zur Hand kann man mittels einer Batterie und einer Glühbirne Stromfluss messen. Ein zweiter Test besteht darin, die Zuleitung vom Spulenanschluss zu trennen und die äußeren Enden der Armatur mit der bloßen Zuleitung zu berühren. Wenn die Glühbirne leuchtet, ist das ein Hinweis auf einen Kurzschluss.
  6. Entferne nun die Sicherungsmutter des Konus auf der linken Nabenseite und schraube den linksseitigen Konus heraus.
  7. Die Staubkappe der Kanalsektion ist eingepresst. Sie kann mit einem (sehr) breiten Schraubendreher (um Schäden zu vermeiden) herausgedrückt werden. Der Kugelkäfig kann zur Inspektion der Lagerfläche herausgezogen werden. Falls neue Kugellager eingesetzt werden müssen, sollte man auch gleich die Staubkappe ersetzen. Beiden Nabenkappen sind Teil des Nabenkörpers. Wenn eine verschlissen ist, sollten direkt der ganze Nabenkörper getauscht werden.
  8. Die Welle kann nun zusammen mit dem rechten Konus von der Dynamoseite her aus der Nabe gezogen werden. Wenn die Lagerfläche gut aussehen und die Gewinde noch gut aussehen, gibt es keine Notwendigkeit, den Konus zu tauschen.
  9. Der Kugellagerkäfig kann zur Inspektion der Lagerfläche herausgenommen werden.
Spezieller Hinweis
GH6 Naben aus der Produktion vor 1952 hatten einen einstellbaren Konus auf der Dynamoseite. Dieser Konus ist verlängert, um durch die Spulenarmatur zu passen. Er ist auf außen abgeflacht und wird mit einer Zahnscheibe (K428) gesichert und wird mit dieser eingestellt. Die Zerlegeanleitung ist für die Schritte 1 bis 5 genau gleich zum "aktuellen" Modell. Bei Schritt 6 sollte es nun heißen Schraube den dynamoseitigen Konus heraus und hebe den Kugellagerkäfig aus dem Nabenkörper. Die Welle kann nun zur gegenüberliegenden Seite zusammen mit dem festen Konus hinausgezogen werden. Alle anderen Schritte stimmen wieder für alle GH6-Versionen überein.


Zusammenbau

Gehe wie folgt vor (und beachte den speziellen Hinweis im vorigen Abschnitt, ob das Modell vor 1952 produziert wurde):

  1. Setze den Lagerkugelkäfig mit dem Käfig nach außen weisend in die Lagerschale der linken (kleineren) Seite des Nabenkörpers ein. Falls eine neuer Lagerkäfig verbaut wird, muss auch die Staubkappe gegen eine neue getauscht werden.
  2. Setze die Staubkappe mit dem Kanal nach außen zeigend ein und klopfe ihn mit dem Werkstatthammer an seinen Platz.
  3. Falls der dynamoseitige Konus von der Welle entfernt wurde, ersetze ihn (LB357AZ) durch einen Neuen und schraube ihn fest gegen die Schulter der Welle.
  4. Setze den Lagerkugelkäfig mit dem Haltering nach außen weisend in die Lagerschale der dynamoseitigen Seite dsr Nabenkörpers ein.
  5. Schiebe die Welle von der Dynamoseite her in den Nabenkörper.
  6. Setze den linksseitigen Konus ein und stelle die Nabenlager ein wie in The Fitting and Adjustment of Sturmey-Archer Hubs beschrieben. Ein korrekt eingestelltes Laufrad muss einen wenig Spiel haben.
  7. Setze die Konus-Sicherungsmutter auf und schraube sie fest gegen den linksseitigen Konus.
  8. Falls Magnet und Spindelarmatur getrennt wurden, halte Magnet und Sicherungsring in der linken Hand und halte mit der rechten Hand die Spindelaramatur an diesen.
  9. Während Du den Magnet mit der Abschrägung auswärts weisend festhälst, drücke die Spindelarmatur gegen den Sicherungsring, so dass der Magnet vom Sicherungsring auf die Armatur rutscht.
  10. Setze die Platinenscheibe (mit der Patentnummer) in die Abdeckung, so dass die Kerbungen den Kerbungen des Magnets gegenüberliegen.
  11. Führe die Außenabdeckung über den Magnet, bei dem die Abschrägung nach innen zeigt. Stelle sicher, dass die vier Bohrungen der Außenabdeckung mit den Kerbungen der Platine und des Magnets übereinstimmen.
  12. Setze den Metallabstandhalterring in den Nabenkörper ein.
  13. Führe die Abstandshalterunterlegscheibe über den Konus.
  14. Drücke die komplette Dynamoeinheit in den Nabenkörper, so dass die Bohrungen der Außenabdeckung mit den Bohrungen im Nabenkörper übereinstimmen.
  15. Setze die vier Magnethalteschrauben, Unterlegscheiben und Mutter ein.
  16. Setze die Abstandhalterschale, Unterlegscheiben (falls vorhanden) und Dynamokonussicherungsmutter wie in der Zerelegeanleitung gemerkt wieder ein.

Ersatzteile sind nicht mehr verfügbar

Für den GH6 Dynohub gibt es keine Ersatzteile mehr. Wenn man einen GH6 Instandsetzen möchte, benötigt man einen Zweiten als Teilespender.

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Siehe auch

Quelle

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Dynohub von der Website Sheldon Browns. Originalautor des Artikels ist Sheldon Brown.