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Verfahren zur Stromversorgung mindestens einer Fahrrad-
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Lichtquelle und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens Die vorliegepde
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stromversorgung mindestens einer Fahrrad-Lichtquelle
und auf eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
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Fahrräder sind üblicherweise mit einer elektrischen Beleuchtungsanlage
versehen. Dabei ist ein Fahrrad-Wechselstrom-Dynamo vorgesehen, welcher zur Stromversorgung
mit seinem Antriebsritzel mit dem Reifen eines Rades in Reibungskontakt gebracht
wird. Außer dem Fahrrad-Wechselstrom-Dynamo weist die Beleuchtungsanlage des Fahrrades
zum mindesten einen in Fahrtrichtung gerichteten Scheinwerfer, vorzugsweise aber
auch noch ein Rücklicht auf.
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Die bekannten Fahrrad-Beleuchtungsanlagen ergeben zwar schon bei mäßiger
Fahrgeschwindigkeit eine ausreichende Beleuchtung des Fahrweges, hingegen ergibt
sich während des Stoßens des Fahrrades, z. B. bei Steigungen, nur eine noch knapp
ausreichende Helligkeit des Scheinwerf erlichtes, um das Fahrzeug für andere Straßenbenützer
noch erkennbar zu machen. Trotzdem genügen sie den derzeit in
einzelnen
Ländern bestehenden amtlichen Vorschriften für Fahrrad-Beleuchtungsanlagen.
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Vom Standpunkt der Verkehrssicherheit ergibt sich jedoch mit den bekannten
Fahrrad-Beleuchtungsanlagen eine unbefriedigende Situation immer dann, wenn der
Fahrradfahrer beispielsweise bei Dunkelheit aus verkehrs technischen Gründen gezwungen
ist, anzuhalten. Dies ist zum Beispiel besonders dann der Fall, wenn er in einem
Land mit Rechtsverkehr in eine nach links abgehende Strasse einbiegen will und dabei
eine Lücke im Gegenverkehr abwarten muss, um die Gegenfahrbahn zu kreuzen. (In Ländern
mit Linksverkehr tritt der entsprechende Fall bei Abbiegung nach rechts auf).
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Während des Stillstandes des Fahrrades wird ja kein Strom erzeugt
und die Beleuchtung des Fahrrades, und zwar sowohl das Scheinwerferlicht als auch
das Rücklicht fallen daher aus. Auch beim langsamen Anfahren aus dem Stand ist die
Helligkeit noch sehr gering. Durch passive Rückstrahler kann zwar beim Stillstand
auf der Strasse die Gefahr des Ueberfahrenwerdens durch nachfolgende Motorfahrzeuge
gemildert werden, hingegen ist der Fahrradfahrer durch den Ausfall seines Scheinwerferlichtes
in den genannten Situationen durch den Gegenverkehr sehr gefährdet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Stromversorgung mindestens einer Fahrrad-Lichtquelle und einer Vorrichtung zur
Ausführung des Verfahrens zu schaffen, welches den genannten Nachteil nicht aufweist
und welches insbesondere gestattet, wenigstens für eine beschränkte Zeitdauer das
Fahrrad auch im Stillstand bzw. bei sehr aeringer Geschwindigkeit sicherheitstechnisch
noch ausreichend zu beleuchten.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stromversorgung
mindestens einer Fahrrad-Lichtquelle, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die
Fahrrad-Lichtquelle bis zu einer kritischen Geschwindigkeit mit Gleichstrom aus
einer Batterie, hingegen oberhalb dieser kritischen Geschwindigkeit mit pulsierendem
Gleichstrom betrieben wird, wobei der pulsierende Gleichstrom einen höheren Effektivwert
aufweist als der unterhalb der kritischen Geschwindigkeit fliessende Gleichstrom.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtunq zur Ausführung
des genannten Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass dem Wechselstrom-Fahrrad-Dynamo
ein Gleichrichter zugeordnet ist, wobei vom Ausgang des Gleichrichters einerseits
ein erster Strompfad zu mindestens einer Fahrrad-Lichtquelle und andrerseits ein
zweiter Strompfad der einen Widerstand enthält als Ladepfad zu einer Batterie führt
von welcher Batterie ein dritter Strompfad welcher eine Diode in Durchlassrichtiing
aufweist ebenfalls zur Fahrrad-Lichtquelle führt.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung
@@ beispielsweise erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine zum Stande der Technik gehörende
Lösung für Stromversorgung bei einem Motorfahrzeug; Fig. 1 a ein Diagramm für die
Spannung bei der Lösung nach Fig. 1 in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit v; Fig.
1 h ein Diagramm für die Spannung bei der Lösung nach Fig. 1 in Abhängigkeit vom
Ladezustand der Batterie; Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der Lösung gemäss vorliegender
Erfindung; Fig. 2 a ein Diagramm der Spannung an der Lichtquelle bei der Lösung
nach Fig. 2 in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit v; Fig. 2 b ein Diagramm
der Batteriespannung bei der Lösung nach Fig. 2 in Abhängigkeit vom Ladezustand
der Batterie; Fia. 2 c ein Diagramm des Verlaufes des Stroms zur Fahrrad-Lichtquelle
oberhalb der kritischen Gescrsindigkeit; Fig. 3 ein Schaltbild eines ersten Asführungsbeispieles;
Fig. 3 a ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles;
Fig.
4 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispieles; Fig 5 ein Schaltbild eines
vierten Ausführunasbeispieles; Fig. 6 ein Schaltbild eines fünften Ausführungsbeispieles;
Fig. 7 ein Schaltbild eines sechsten Ausführungsbeispieles.
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In allen Figuren sind für sich entsprechende Teile die gleichen Hinweiszeichen
verwendet.
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Bevor einzelne Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden,
wird das zu lösende Problem näher erläutert. an könnte zunächst vermuten, dass die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe in gleicher Weise wie bei Motorfahrzeugen
gelöst werden könnte. Eine genauere Betrachtung zeigt jedoch, dass dieser Weg nicht
zum Erfolg führt. Während nämlich bei Motorfahrzeugen durch den dauernd laufenden
Motor eine stets, also auch bei vorübergehendem Anhalten des Fahrzeuges, verfüabare
Kraftquelle, eben der laufende Motor, als Antriebskraft für den Stromerzeuger verfügbar
ist, ist dies beim Fahrrad nicht der Fall. Ein weiterer Unterschied liegt darin
begründet, dass der Motor eines Motorfahrzeuges, sei es ein Auto oder Motorrad oder
auch nur ein mit einem Hilfsmotor ausgerüstetes Fahrrad ohne körperliche Anstrengung
des Fahrers ausreichende Energie für Beleuchtungszwecke zu liefern vermag, wogegen
dies bei langsamer Fahrt, beispielsweise beim Bergaufwartsfahren bzw. Stossen des
Fahrrades oder sogar beim vorübergehenden Anhalten beim Fahrrad nicht der Fall ist.
Im Hinblick auf die bremsende Wirkung des belasteten Dynamos kann auch seine Ergiebigkeit
nicht soweit gesteigert werden, um einen Batteriebetrieb der Fahrrad-Beleuchtung
bei Nennspannung der Fahrrad-Lichtquelle zu erlauben. Ein Betrieb mit im wesentlichen
konstanter Speisespannung und dadurch gleicher Helligkeit bei allen Fahrgeschwindigkeiten
und beim Stillstand ist beim Motorfahrzeug hingegen durch Anwendung einer Pufferbatterie
im Parallelbetrieb zur Lichtmaschine problemlos. Im Unterschied dazu liefert ein
beispielsweise den einschlägigen Verkehrsvorschriften genügender Fahrrad-
Dynamo
erst ab einer Fahrgeschwndigkei-L von etwa 10 kmsh eine die volle Helligkeit ergebende
Klemnenspannung von beispielsweise 5 bis 6 V (Effetivwert). Unterhalb dieser Geschwindigkeit,
dsh. im Marschtempo von etwa 4 bis 5 km/h, liegt die Klemmenspannung nur bei etwa
3 V. Die sich damit ergebende Helligkeit der Fahrrad-Beleuchtung wird zwar zur Zeit
für die Erkennbarkeit des Fahrzeuges durch andere Strassenbenützer als gerade noch
ausreichend angesehen.
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Aus Sicherheitsgründen dürfte sie jedoch etwas höher liegen.
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Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen bei Motorfahrzeugen, wo stets
mit angenähert konstanter Betriebsspannung gearbeitet wird, wird nun vorgeschlagen,
unterhalb einer kritischen Geschwindigkeit des Fahrzeuges die Speisung der mindestens
einer Fahrrad-Lichtquelle aus eie Batterie insbesondere einer Speicherbatterie mit
gegenüber der Nennspannung der Fahrrad-Lichtquelle deutlich reduzierter Spannung,
und zwar mit Gleichstrom vorzunehmen, hingegen ab bzw. oberhalb diese kritischen
Geschwindigkeit die Speisung aus dem Fahrrad-Dynamo,welchem ein Gleichrichter nachgeschaltet
ist, vorzunehmen. Dabei kann zum mindesten zeitweise während der Periodendauer der
Dynamo-Wechselspannung auch noch ein Gleichstromanteil aus der Batterie zur Stromlieferung
zur Fahrrad-Lichtquelle fliessen.
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Ohne zusätzliche Anwendung eines ausreichend grossen Siebkondensators
nach dem Gleichrichter ergibt sich dann cberhalb der genannten kritischen Geschwindigkeit
ein pulsierender
Gleichstrom. Wählt man die Klemmenspannung an
der Batterie beispielsweise etwa 15 % niedriger als die Nennspannung der Fahrrad-Lichtquelle,
so ergibt sich sowohl eine für die Erkennung des stehenden oder langsamfahrenden
Fahrrades ausreichende Helligkeit der Fahrrad-Lichtquelle als auch eine ausreichende
Energieökonomie.
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Es ist ja zu bedenken, dass die Speicherbatterie aufgeladen werden
muss, um während der genannten Stillstandszeiten beim Abbiegen bzw. beim Bewegen
des Fahrzeuges unterhalb der kritischen Geschwindigkeit eine ausreichende Energiereserve
zu haben. Ohne auf eine untragbare Bremsung durch den eingeschalteten Dynamo zu
kommen, ist es eben wichtig, mit der aus dem Fahrrad-Dynamo entnehmbaren Energie
sparsam umzugehen. Je nach den gegebenen Verhältnissen kann die Klemmenspannung
der Batterie auch mehr als 15 , unter der Nennspannung der Fahrrad-Lichtquelle liegend
gewählt werden.
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Die Fig. 1 zeigt eine zum Stande der Technik gehörende Lösung für
die Stromversorgung bei einem Motorfahrzeug.
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Eine Lichtmaschine 1, beispielsweise ein Gleichstrcmdynamo mit Anschaltrelais
oder ein Drehstromgenerator, ein sogenannter Alternator mit zugeordnetem Gleichrichter
speist eine Akkumulatorenbatterie 2 im Pufferbetrieb und die Last 3, beispielsweise
die Beleuchtung, Signalvorrichtungen, Anlasser usw. sind direkt an die Batterie
anschliessbar.
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Die Fig. 1 a zeigt ein Diagramm welches die Spannung U der Batterie
in Funktion der Geschwindigkeit v des Fahrzeuges darstellt. Man erkennt, dass vom
Stillstand an für alle Geschwindigkeiten praktisch die gleiche Spannung auftritt,
insbesondere ist also auch beim Stillstand oder ganz langsamer Fahrt die volle Helligkeit
der Beleuchtung gewährleistet.
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Die Fig. 1 b zeigt, dass lediglich eine geringfügige, einige wenige
Prozente betragende,in der Praxis jedoch bedeutungslose Schwankung der Spannung
Ub der Batterie zwischen den Werten Ubmax und Ubmin je nach deren Ladezustand auftritt.
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Die Fig. 2 zeigt das Prinzip der vorliegenden Erfindung.
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Einem Fahrrad-Dynamo 4, welcher Wechselstrom erzeugt, ist ein Gleichrichter
5 nachgeschaltet. Vom Ausgang 6 des Gleichrichters 5 führt ein erster Strompfad
7 zu einer Fahrrad-Lichtquelle 8. Ein zweiter Strompfad 9, welcher einen Widerstand
aufweist, führt zu einer Batterie 11, beispielsweise aus drei Nickel-Cadmium-Zellen
bestehend.
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Von der Batterie 11 führt ein dritter Strompfad 12, welcher eine Diode
13 in Durchlassrichtung aufweist, ebenfalls zur Fahrrad-Lichtquelle 8. Vorzugsweise
wird, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, jeweils ein Anschluss der Batterie und
der Lichtquelle an das Gestell des Fahrrades geführt, um so eine Massenverbindung
herzustellen. Auch der Dynamo kann einpolig mit Masse verbunden sein bzw. der Gleichrichter
6 wie dies später noch gezeigt wird.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Verbindungspunkt 14 und der Glühlampe
der Lichtquelle 8 noch ein in Fig. 2 nicht gezeichneter Schalter 15 vorgesehen.
Dieser Schalter 15 kann baulich mit der Fahrrad-Lichtquelle 8 vereinigt oder als
separate Einheit ausgebildet sein.
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Die Fig. 2 a zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf des Effektivwertes
der Betriebsspannung der Fahrrad-Lichtquelle in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
v einer Vorrichtung gemäss Fig. 2 darstellt. Man erkennt, dass vom Stillstand bis
zu einer kritischen Geschwindigkeit vk von beispielsweise etwa 5 km/h die Betriebsspannung
gleich der Batteriespannung Ub und konstant ist. Ab dieser kritischen Geschwindigkeit
vk steigt die Betriebsspannung an, bis sie schliesslich den Nennwert UN erreicht.
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Die Fig. 2 b zeigt, dass die Batteriespannung Ub im wesentlichen zeitlich
konstant ist und lediglich nach deren Ladezustand eine geringfügige wenige Prozente
ausmachende Unterschiede zwischen Ubmax und Ubmin aufweist.
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Die Fig. 2 c zeigt, dass sobald die Geschwindiykeit v grösser wird
als die kritische Geschwindigkeit vk eine pulsierende Spannung U und damit ein pulsierender
Gleichstrom auftritt. Im Bereich der Nulldurchgänge der Wechselspannung des Fahrrad-Dynamos
übernimmt vorübergehend die Batterie 11 die Stromversorgun . ft
Die
Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines einen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dem
Fahrrad-Dynamo 4 ist ein Gleichrichter in Graetz-Schaltung 5' nachgeschaltet, wobei
dessen Wechselstromanschlüsse mit der Wicklung des Dynamos und der Minuspol des
Gleichrichters mit Masse verbunden ist. Vom Ausgang 6 des Gleichrichters 5' führt
wieder der erste Strompfad 7 huber den Punkt 14 und den Schalter 15 zur Lichtquelle
8. Die Fahrrad-Lichtquelle 8 ist der Fahrrad-Sche nwerler, während eine weitere
Lichtquelle beispielsweise ein Rücklicht 8' der Lichtquelle 8 parallel geschaltet
sein kann. Der zweite Strompfad 9 enthält als Ladepfad den Widerstand 10, welcher
zur begrenzung des in Batterie 11 fliessenden Ladestroms dient. Würde man nämlich
diesen Begrenzungswiderstand 1G nicht anwenden, so würde der Fahrrad-Dynamo 4 durch
den zusätzlich zum Strom fieber den Strompfad 7 zur Lichtquelle 8 fliessenden Ladestrom
so stark belastet, dass die Nennspannung UN auch bei normaler Fahrgeschwindigkeit
nicht erreicht würde und damit nicht die volle Helligkeit des Scheinwerfers erzielt
würde. Die Ergiebigkeit des Fahrrad-Dynamos 4 kann eben mit Rücksicht auf seine
bremsende Wirkung aus praktischen Gründen nicht beliehig erhöht werden. Damit die
Batterie 11 nicht rückwärts huber den dritten Strompfad 12 vom Schaltungspunkt 14
her und daher ohne Begrenzungswiderstand aufgeladen. wird, enthält dieser dritte
Strompfad 12 noch die Diode 13 nlt Durchlassrichtung in Riohtung zur Fahrrad-Tichtquelle
8.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, auch im zweiten Strompfad 9
eine Diode 16 anzuordnen, um einen Leistungsverlust im Begrenzungswiderstand 10
zu vermeiden, wie er sich bei einem Stromfluss von der Batterie 11 via Begrenzungswiderstand
10 und über den Strompfad 7 ergeben könnte.
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Die Fig. 3 a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel als vorteilhafte
Variante der Schaltung nach Fig. 3. Am Ausgang 6 des Gleichrichters 5' ist noch
ein Kondensator 17 angeordnet, welcher eine gewisse Glättung der Ausgangsspannung
am Ausgang 6 herbeiführt und dadurch die Stromentnahme aus der Batterie 11 im Bereich
der Nulldurchgänge der Wechselspannung des Dynamos vermindert oder vermeidet. Die
übrige Schaltung ist gleich wie bei Fig. 3 ausgeführt.
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Die Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Hier ist der Fahrrad-Dynamo
4 mit einer Wicklung 4' mit Mittelanzapfung ausgeführt. Dies erlaubt anstelle eines
Graetz-Gleichrichters mit nur zwei Gleichrichter-Dioden 5'' auszukommen. Die übrige
Schaltung ist wie in Fig. 3 ausgeführt.
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Die Fig. 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. Hier ist der Fahrrad-Dynamo
mit zwei Wicklungen 4'' ausgeführt, welche elektrisch um 90 gegeneinander verschoben
sind. Die Anwendung zweier Gleichrichter 5' welche gemeinsam an den Ausgang 6 geschaltet
sind erlaubt zusammen
mit den um 900 versetzten Ausgangsspannungen
der beiden Wicklungen 4'' eine geringere Welligkeit der Ausgangsspannung am Ausgang
6 und damit ebenfalls eine geringere Belastung der Batterie 11 zur Deckung des Strombedarf
im Bereich der Nulldurchgänge der Wechselspannung des Fahrrad-Dynamos zu erreichen.
Die übrige Schaltung ist wie in Fig. 3 ausgeführt.
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Die Fig. 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel. Hier ist der Fahrrad-Dynamo
4 als Drehstromgenerator mit drei in Sternschaltung angeordneten Wicklungen 4'''
ausgeführt und mit einem Gleichrichter 5''' mit 6 Dioden versehen.
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Die übrige Schaltung ist wie in Fig. 3 ausgeführt. Diese Anordnung
erlaubt gegenüber den früher beschriebenen Varianten eine noch geringere Welligkeit
der Spannung am Ausgang 6 zu erreichen.
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Schliesslich zeigt die Fig. 7 ein sechstes Ausführungsbei spiel. Auch
hier ist der Fahrrad-Dynamo als Drehstromgenerator ausgeführt, wobei jedoch die
drei Wicklungen 4''' in Dreieckschaltung angeordnet sind.
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Allen Ausführungsvarianten ist gemeinsam, dass bis zur kritischen
Geschwindigkeit die Fahrrad-Lichtquelle mit Gleichstrom versorgt wird, während ab
bzw. oberhalb der kritischen Geschwindigkeit zur Fahrrad-Lichtquelle ein pulsierender
Gleichstrom fliesst, dessen Effektivwert grösser ist als derjenige des Gleichstroms
der bis zur kritischen Geschwindigkeit fliesst.
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