DE516221C - In die Radnabe eingebaute Fahrradlichtmaschine - Google Patents

Description

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Zur elektrischen Beleuchtung von Fahrzeugen, insbesondere Fahrrädern, hat man bereits die Lichtmaschine in die Nabe eines Laufrades eingebaut und den umlaufenden Anker der Maschine unter Einschaltung eines Übersetzungsgetriebes durch die sich drehende Nabe angetrieben. Man verlangt dabei von der Maschine eine hohe Anfangsleistung, die Glühlampe soll also schon bei kleinen Geschwindigkeiten des Fahrrades fast die normale Lichtstärke haben. Hierzu ist einerseits erforderlich, daß sowohl die Magnetstäbe als auch die Kerne der Ankerspulen größere magnetisierte bzw. magnetisierbare Massen aufweisen, damit ein kräftiger magnetischer Kraftfluß erzielt wird, während anderseits entweder die Drehzahl des umlaufenden Teils der Maschine sehr hoch oder die Anzahl der Pole groß sein muß. Der Drehzahl ist aber bei in die Nabe eingebauter Maschine durch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes eine Grenze gezogen. Ein hohes Übersetzungsverhältnis wird schon deshalb vermieden, um mit möglichst wenig Zahnrädern auszukommen, da deren Verschleiß groß ist und ihre Wartung Schwierigkeiten bereitet.

Die hohe Anfangsleistung der Lichtmaschine bei verhältnismäßig kleiner Drehzahl des umlaufenden Teils ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Anker und Magnetsystem in bei Fahrradlichtmaschinen an sich bekannter Weise in Richtung der Achse der Nabe nebeneinander angeordnet sind. Es lassen sich dann die Magnetstäbe und die Ankerspulen ziemlich dicht an die Radachse heranrücken, so daß man auf einem Kreise von verhältnismäßig kleinem Durchmesser eine große Anzahl Pole unterbringen kann. Die Stahlmassen der Magnetstäbe und die Eisenmassen der Ankerkerne können unter Ausnutzung der Länge der Nabe vergrößert werden, ohne den Nabendurchmesser vergrößern zu müssen. Die Maschine hat demzufolge eine hohe Anfangsleistung bei Antrieb durch ein Übersetzungsgetriebe, das verhältnismäßig wenig Übersetzungsglieder und daher auch einen besseren Wirkungsgrad hat.

Bei den bisher in eine Nabe eingebauten Lichtmaschinen hat man stets den Anker umlaufen lassen, was den besonderen Nachteil hat, daß der Strom durch Schleifringe abgenommen werden muß. Das ordnungsmäßige Arbeiten dieser Schleifringe wird, da die Ringe in der Nähe der Lager der Fahrradnabe liegen müssen, durch das Schmieröl dieser Lager beeinträchtigt, so daß man die Schleifringe durch ein Schutzgehäuse gegen das Lager der Nabe abschirmen mußte. Nach der Erfindung ist dieses Schutzgehäuse dadurch in Fortfall gebracht, daß der Anker auf der Radachse befestigt ist. Es fallen dann die Schleifringe überhaupt fort, so daß man auch ohne das Schutzgehäuse auskommt. Die Bauart der ganzen Nabe wird dadurch wesentlich vereinfacht. An sich war es bei Fahrradlichtmaschinen bereits bekannt, die Schleifringe dadurch in Fortfall zu bringen, daß man den Anker mit dem Gehäuse fest verbindet und nur das Magnetsystem umlaufen läßt; es wurde aber bei diesen Maschinen nur der Vorteil er-

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reicht, daß man die Maschine aui der Ankerseite gut einkapseln kann.

Um bei magnetelektrischen Wechselstromkleinmaschinen zu verhüten, daß die Glühlampe bei größeren Geschwindigkeiten durchbrennt, hat man vorgeschlagen, einen magnetischen Nebenschluß für die Kraftlinien anzuordnen, durch die bei hohen Umlaufszahlen der Maschine das Übermaß der Kraftlinien vernichtet wird. ίο Zur Erzielung dieses magnetischen Nebenschlusses wird nach der Erfindung die Nabe selbst herangezogen. Zu diesem Zweck besteht der Nabenkörper aus magnetischem Stoff und umgibt den Spalt zwischen den Polflächen der parallel zur Radachse liegenden Magnetstäbe und den Polflächen der ebenfalls parallel zur Radachse liegenden Ankerkerne unmittelbar. Infolge der Überbrückung des Spaltes durch den zweckmäßig eisernen Nabenkörper ist in besonders wirksamer Weise erreicht, daß bei hoher Geschwindigkeit des Fahrrades das magnetische Feld durch die Erzeugung von W^Tirbelströmen so geschwächt wird, daß die Spannung die normale Höhe annähernd beibehält.

Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer elektrischen Fahrradlichtmaschine nach der Erfindung dargestellt.

Abb. ι zeigt einen Längsschnitt durch die Nabe des einen Laufrades des Fahrrades und durch die eingebaute Lichtmaschine; Abb. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie A-B der Abb. ι und Abb. 3 ein Querschnitt nach der Linie C-D der Abb. 1.

An den beiden Enden 1 der Vorderradgabel des Fahrrades ist durch Muttern 2, 3 die stillstehende Radachse 4 befestigt. Die Nabe des Rades besteht aus einem eisernen, zylindrischen Körper 5, der in bekannter Weise mit Flanschen 6 versehen ist, an welchen die Speichen 7 befestigt sind. An den Stirnenden sind in den Nabenkörper 5 Deckel 8, 9 eingesetzt, die mit Dichtungsflächen 10 an den Enden 11 des Nabenkörpers 5 anliegen. Die Deckel 8, 9 stützen sich mittels Kugellager 12, 13 auf die Radachse 4.

In den Raum zwischen dem Nabenkörper 5 und den Deckeln 8, 9 ist eine magnetelektrische Lichtmaschine eingebaut, bei welcher die Längsachsen der Magnetstäbe und der ihren Stirnflächen gegenüberliegenden Ankerspulen parallel zur Achse liegen. Der Dauermagnet besteht demgemäß aus den stählernen Magnetstäben 14, die mit ihren den Polflächen 15 abgewandten Enden in einem Joch 16 aus Weicheisen befestigt und dicht bei den Polflächen noch durch ein unmagnetisches Joch 17 abgestützt sind. Die Joche 16 und 17 laufen beim Betriebe an ihren Lagerstellen 18 zweckmäßig unter Einschaltung von Kugellagern auf der Radachse 4 um. Ihr Antrieb erfolgt mittels eines Übersetzungsgetriebes vom Nabenkörper 5 aus, der mit einer Innenverzahnung 19 versehen ist. In diese Verzahnung greift ein Zahnrad 20 ein, das anderseits mit einem Zwischenrad 21 in Eingriff steht. Diese beiden Räder sind an einem mit der Radachse 4 fest verbundenen Träger 22 drehbar gelagert. Auf der Achse 4 sitzt lose ein weiteres Zahnrad 23, in welches das Zwischenrad 21 eingreift und welches mit dem Joch 16 des Dauermagneten fest verbunden ist.

Der Anker besteht aus den Polkernen 24 aus Weicheisen, deren Polflächen 25 den Polflächen 15 der Magnetstäbe 14 gegenüberstehen, und zwar unter Belassung eines Spaltes 26, der senkrecht zur Radachse 4 steht. Die Polkerne 24 sind mit ,ihren den Polflächen 25 abgewandten Enden in einem Joch 27 aus Weicheisen befestigt und tragen die Ankerspulen 28. Das Joch 27 ist z. B. auf der Radachse 4 aufgekeilt. Der Anker 24, 27, 28 steht somit still.

Die Achsen der Magnetstäbe 14 und der Polkerne 24 sind dabei so weit an die Radachse 4 herangerückt, als dies die Bauart der Kugellager 18 und der Ankerspulen 28 nur zuläßt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Wechselstrommaschine sind sechs Pole vorgesehen. Der Durchmesser des Nabenkörpers 5 ist ferner so klein gewählt, daß der Nabenkörper die Maschine möglichst nah umgibt, also ziemlich dicht an den Spalt 26 zwischen Magnetsystem und Anker heranrückt.

Der eine Pol der durch die Ankerspulen 28 gebildeten Ankerwicklung liegt auf Masse, ist also mit dem Rahmen 1 stromleitend verbunden, während der andere Pol an einem Kabel 29 liegt, welches durch eine Längsbohrung 30 der Radachse 4 aus der Nabe herausgeführt ist. Der eine Pol der Glühlampe liegt in bekannter Weise ebenfalls auf Masse, während dem anderen Pol der Strom durch das Kabel 29 zugeleitet wird.

Da der Dauermagnet 14, 16 in der Längsrichtung der Radachse 4 neben dem Anker 24, 27, 28 innerhalb des Nabenkörpers 5 angeordnet ist, baut sich dessen Durchmesser verhältnismäßig klein. Das Gewicht der Nabe ist dementsprechend klein und die federnde Länge der Speichen 7 entsprechend groß, so daß das Rad trotz Einbau der Lichtmaschine in die no Nabe eine gute Federung hat. Entsprechend dem kleinen Durchmesser des Nabenkörpers 5 sind auch die Dichtungsflächen 10 der Nabendeckel 8 und 9 sowie die entsprechenden Dichtungsflächen der Enden 11 des Nabenkörpers 5 klein, so daß sich eine gute Abdichtung der Lichtmaschine nach außen hin durchführen läßt. Die Massen der Magnetstäbe 14 und der Polkerne 24 lassen sich dabei verhältnismäßig. groß machen, da infolge der Nebeneinanderlagerung von Magnetsystem und Anker für die Unterbringung der erforderlichen Massen

in der Längsrichtung der Nabe hinreichend Platz zur Verfügung steht. Auf einem kleinen Durchmesser läßt sich ferner eine verhältnismäßig große Anzahl Pole unterbringen, da man die Magnetstäbe 14 und die Polkerne 24 ziemlich dicht an die Achse 4 heranrücken kann. Die Maschine läßt sich daher so ausgestalten, daß schon bei kleinen Geschwindigkeiten des Fahrrades die Glühlampe fast die normale Helligkeit hat. Dabei braucht das Übersetzungsgetriebe nur aus den verhältnismäßig wenigen Gliedern 19, 20, 21, 23 zu bestehen und hat somit einen guten Wirkungsgrad.

Da der Dauermagnet 14, 16 umläuft und der Anker feststeht, kommt man bei der Herausführung des Stromes aus der Nabe ohne Schleifringe aus, die oft zu Störungen Veranlassung geben können. Es genügt vielmehr, den einen Teil der Ankerwicklung 28 durch das Kabel 29 mit der Glühlampe zu verbinden. Ein Durchbrennen der Glühlampe bei hohen Geschwindigkeiten des Fahrrades ist zugleich dadurch vermieden, daß bei diesen Geschwindigkeiten in dem Eisen des Nabenkörpers 5, welcher den Spalt 26 zwischen den Polflächen 15 der Magnetstäbe 14 und den Polflächen 25 der Ankerkerne 24 verhältnismäßig dicht umgibt, Wirbelströme erzeugt werden, durch welche das magnetische Kraftfeld so geschwächt wird, daß die Spannung die normale Höhe nicht wesentlich überschreitet. Ein besonderer magnetischer Nebenschluß ist somit durch Ausnutzung des Nabenkörpers 5 für diesen Zweck in Fortfall gebracht.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. In die Radnabe eingebaute Lichtmaschine, insbesondere für Fahrräder, dadurch gekennzeichnet, daß Anker und Magnetsystem in bei Fahrradlichtmaschinen an sich bekannter Weise in Richtung der Achse der Nabe nebeneinander angeordnet sind.

2. Fahrradlichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (24, 27, 28) auf der Radachse (4) befestigt ist.

3. Fahrradlichtmaschine nach Anspruch 1 und 2, bei der ein magnetischer Leiter den scheibenringförmigen Spalt zwischen den Magnetstäben und den Ankerkernen umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetischer Leiter der Nabenkörper (5) selbst dient.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen