Fietsdynamo

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Een fietsdynamo is een wisselstroomdynamo die de fietsverlichting van een fiets van spanning voorziet. De rotatie van het fietswiel wordt overgebracht op de as van de dynamo. De dynamo levert dus alleen spanning aan de verlichting tijdens het fietsen, tenzij de verlichting uit een andere bron zijn energie krijgt zal de verlichting dan ook niet werken zonder draaiende wielen.

Gebruikelijke types van dynamo's bij fietsen zijn de band-, naaf- en roldynamo. Andere types fietsdynamo's zijn onder meer de velg- en spaakdynamo.

Types[bewerken]

Banddynamo[bewerken]

Banddynamo

De banddynamo is meestal bevestigd aan de voorvork, soms aan de achtervork en grijpt in werking op de zijkant van de fietsband aan. In zeer uitzonderlijke gevallen grijpt de dynamo op de velg aan en spreekt men over een velgdynamo. De banddynamo zit meestal aan de linkerkant van het wiel.

Bij banddynamo's wordt het geribbelde aandrijfwieltje (loopwiel) op de as door veerkracht tegen de buitenband gedrukt en zal de rotatie ervan overnemen. Door de ribbels en de wisselende magnetische krachten tussen rotor en stator klinkt er een karakteristiek gezoem bij gebruik. Met een blokkeerinrichting kan het loopwiel overdag op enige afstand van de band worden gehouden, zodat de dynamo niet meedraait. De overbrengingsverhouding van het wiel naar de conventionele banddynamo is zeer groot (ca. 30 keer), de mechanische verliezen zijn dat ook. Een deel van het vermogen dat iemand al trappend aan de dynamo toevoert wordt in elektrische energie omgezet. Bij het fietsen is de weerstand van de dynamo duidelijk te voelen, het maakt daarbij weinig uit of er wel of geen verlichting is aangesloten. De ene pool van de elektrische aansluitingen is verbonden met de metalen behuizing en wordt via het frame met de verlichting verbonden. De andere pool bevindt zich aan de onderzijde en wordt met een enkele draad naar de koplamp en een andere draad naar het achterlicht gevoerd. Tegenwoordig worden steeds vaker de toevoerdraden dubbel uitgevoerd waardoor er een plus- en een mindraad mogelijk is. De door corrosie verbroken stroomkring en het daardoor weigeren van de verlichting komen dan minder voor. Het aansluitpunt tussen de draden en de dynamo kan uitgevoerd zijn met een klem-, schroef- of steekverbinding. Bij de banddynamo past desgewenst over het loopwiel een speciaal kunststof kapje, waardoor vooral bij nat weer de grip van de band erop wordt versterkt. Overmatige slijtage van de band wordt er ook door voorkomen. Bij sommige typen banddynamo's vormt een permanente magneet de rotor en de spoel de stator, bij andere typen is het net andersom.

Een banddynamo kan uitgerust zijn met een ingebouwde accu om de fietsverlichting bij zeer lage snelheden te kunnen versterken.

Roldynamo[bewerken]

Roldynamo bevestigd achter de trapas

De roldynamo is een variant op de banddynamo, die aangrijpt op het loopvlak van de band. Bij conventionele fietsen is de roldynamo achter de trapas bevestigd.

Naafdynamo[bewerken]

Naafdynamo

Een dynamo in de naaf werd vanouds, onder de naam Dynohub, gemaakt door het Engelse Sturmey-Archer, eventueel in combinatie met een drieversnellingsnaaf. Merkwaardig is dat Engelse fietsers meestal met batterijverlichting rijden. De naafdynamo geeft bij uitgeschakelde verlichting vrijwel geen weerstand.

Tegenwoordig is een dynamo in de naaf van het (voor)wiel zeer populair geworden. De moderne naafdynamo draait veel lichter dan vroeger - het verschil met een naaf zonder dynamo is te verwaarlozen. Het grote nadeel van de over de band rollende dynamo - slippen - is geheel afwezig. Het zoemen van de banddynamo ontbreekt geheel en men ziet dan ook vaak dat fietsers overdag het licht aanhebben - de fietser "merkt er niets van" (maar moet wel het elektrische vermogen opfietsen). Naafdynamo's zijn qua gewicht zwaarder dan banddynamo's.

Omdat een naafdynamo altijd met het wiel meedraait is er een aparte schakelaar nodig om het licht mee aan en uit te schakelen. Sommige moderne koplampen schakelen automatisch aan als het donker wordt, vaak is er ook een handschakelaar aanwezig. Er is nauwelijks verschil te merken tussen een niet-belaste en een belaste dynamo. Het rendement van een goede naafdynamo is door het ontbreken van mechanische verliezen hoger dan dat van een banddynamo. Beide polen van de elektrische aansluiting zijn geïsoleerd van het metalen huis. De verbinding met de koplamp gebeurt met twee draden die met een speciaal plugje op de dynamo worden aangesloten. Het achterlicht verbruikt door het gebruik van leds zo weinig energie dat het door batterijen kan worden gevoed. Zo is er geen lange en kwetsbare draad meer nodig.

De frequentie van de opgewekte stroom is vrij laag en daardoor ziet men het licht vaak snel knipperen, een verschijnsel dat bij de banddynamo niet zichtbaar is. Veel moderne lampen bevatten echter een buffer (condensator of accu) om het knipperen te verhinderen en bovendien ook bij stilstand enige tijd licht te geven.

Spaakdynamo[bewerken]

Spaakdynamo

De spaakdynamo is een dynamo in het voor- of achterwiel die wordt aangedreven door middel van een meenemer op een spaak of via de spaakflens. Deze dynamo loopt zwaar en is luidruchtig. Bovendien breekt de meenemer tussen de spaken gemakkelijk. Dit type dynamo is dan ook niet populair geworden.

Elektrische eigenschappen[bewerken]

De werking van de dynamo berust op de inductiewet van Faraday, waaruit is af te leiden dat de opgewekte spanning evenredig met het toerental van de dynamo is. Er hoeft niet hard te worden gefietst om voldoende lichtopbrengst te krijgen. Toch branden de lampjes bij hoge snelheid niet door. De verklaring hiervoor is dat de magnetismegeleiding van de kern waar de spoel op gewikkeld is bij een stroomsterkte van 0,5 ampère in verzadiging raakt en daardoor het magnetisme niet toeneemt en dus de inductiespanning beperkt blijft, zodat de dynamo dan in feite als stroombron in plaats van als spanningsbron functioneert. Daardoor blijft de stroom, en daarmee de klemspanning, beperkt. Dit betekent wel dat de lampjes ook wat betreft gezamenlijk stroomgebruik bij de dynamo moeten passen.

Een normale fietsdynamo kan ongeveer 0,5 ampère wisselstroom leveren bij een klemspanning van 6 volt, dit komt overeen met een elektrisch vermogen van ongeveer 3 watt. Hierbij hoort de standaardcombinatie van een voorlicht dat 400 mA verbruikt met daaraan parallel geschakeld een achterlicht dat 100 mA verbruikt. Een andere veelvoorkomende combinatie is 450 mA voor en 50 mA achter. Het loopwiel van een conventionele banddynamo heeft een diameter van 18 tot 25 mm en het aantal polen is meestal 4. Een naafdynamo heeft meer polen, meestal 14. Het aantal polen (of eigenlijk poolparen, er is altijd een N-pool en een Z-pool per paar) van een banddynamo is duidelijk te voelen door de rotor langzaam rond te draaien. Men voelt dan bijvoorbeeld 8 keer per omwenteling een tegenkracht, gevolgd door een meekracht. Er zijn dan 8 polen. De krachten zijn de magneetkrachten tussen de permanente magneten in de rotor en het ijzer in de spoelen in de stator. De frequentie van de opgewekte wisselspanning van een banddynamo volgt uit:

f= \frac{V_{f}  *  1000}{3600}\  *  \frac{P}{\pi \  *  D_{d}}\   hertz

Hierin is:

Dd = diameter van dynamowieltje in meter

Vf = snelheid in km/h

P = aantal poolparen in dynamo

Voorbeeld: Bij een dynamo met een wieltje van 3 cm diameter en 8 polen, een fietssnelheid van 18 km/h wordt de frequentie:

18 * 1000 / 3600 * 8 / (3,14 * 0,03) = 424 hertz.

Bij een naafdynamo is de magneetkracht ook waarneembaar, maar moeilijker. Met de fiets opgehangen om het wiel vrij te laten draaien is waarneembaar dat het wiel bij draaiing op vaste plaatsen tot stilstand komt, door de magneetkrachten. Hieruit is het aantal poolparen te ontdekken. De frequentie van de opgewekte wisselspanning van een naafdynamo volgt uit:

f=\frac{V_{f}  *  1000}{3600}\  *  \frac{P}{\pi \  *  D_{w}}\   hertz.

Hierin is:

Dw = Diameter van fietswiel in meter

Vf = snelheid in km/h

P = aantal poolparen in dynamo

Voorbeeld: Bij een wieldiameter van 74 cm en een naafdynamo met 24 polen en een fietssnelheid van 18 km/h wordt de frequentie:

18 * 1000 / 3600 * 24 / (3,14 * 0,74) = 51,6 hertz.

Het overwinnen van de magneetkrachten kost in principe geen vermogen, aangezien de optredende krachten zowel tegen als in de draairichting werken. Dit is de reden dat bij uitgeschakelde verlichting de naafdynamo (vrijwel) geen vermogen opneemt. Anderzijds is het onvoordelig om overdag met licht aan te rijden, dit kost vermogen dat men zelf moet optrappen.

Rendement en weerstand[bewerken]

Met verlichting[bewerken]

Het rendement van een fietsdynamo is verschillend en sterk afhankelijk van het type, de fietssnelheid en de kwaliteit van de dynamo. Over het algemeen geven naafdynamo's een hoger rendement dan banddynamo's. Voor een vergelijking met een door een dynamo aangedreven fietsverlichting van 3 watt en 6 volt, kan het zijn dat de gemiddelde fietser bij een snelheid van 20 km/h bij een matige banddynamo ongeveer een kwart van zijn trapvermogen gebruikt voor de fietsverlichting. Deze gemiddelde fietser genereert circa 50 watt vermogen. Een kwalitatief matige banddynamo heeft een rendement van circa 25%, waardoor de fietser 12 watt (een kwart) van zijn trapvermogen inlevert aan de dynamo in plaats van dat dit gebruikt wordt voor snelheid. De kwalitatief beste banddynamo's kunnen een rendement halen van 40% of meer. Bij naafdynamo's ligt het rendement gemiddeld rond de 42%, bij een zeer goede naafdynamo rond de 55%.

Zonder verlichting[bewerken]

Naafdynamo's geven tijdens het fietsen zonder verlichting, afhankelijk van de kwaliteit, een lichte weerstand van circa 1 tot 4%. Band- spaak- en roldynamo's die niet in werking zijn, geven natuurlijk geen extra weerstand (afgezien van de verwaarloosbare luchtweerstand en het extra gewicht), want ze worden van het wiel losgekoppeld.

Andere toepassingen[bewerken]

Naast het gebruik voor fietsverlichting, worden fietsdynamo's ook wel gebruikt als oplader voor bijvoorbeeld een mobiele telefoon.

Zie ook[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties