DE3208720C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtmaschine für Fahrräder nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Lichtmaschinen für Fahrräder haben üblicherweise einen mehr­ poligen zylindrischen Ringläufer aus Dauermagnetwerkstoff, der im Gehäuse der Lichtmaschine von einer zylindrischen Ringspule mit parallel zur Läuferachse nebeneinanderliegenden Polzungen umgeben ist.

Bei einer anderen Ausführungsform derartiger Fahrrad-Lichtma­ schinen sind rings um den zylindrischen Läufer mehrere Spu­ lensysteme mit parallel zur Läuferachse ausgerichteten Pol­ schuhen angeordnet.

Bei einfacheren Fahrrad-Lichtmaschinen ist die Läuferachse in dem verjüngten Hals des Lichtmaschinengehäuses in bezug auf den Läufer lediglich endseitig gelagert. Nur bei teureren Fahrrad-Lichtmaschinen ist auch am Boden des Gehäuses ein zweites Endlager für die Läuferachse vorgesehen.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß derartige bekannte Fahrrad- Lichtmaschinen, insbesondere mit einseitig gelagerter Läufer­ achse, infolge der hohen seitlichen Druckbelastung, die beim Betrieb der Lichtmaschine durch die federnde seitliche Anlage des Reibrades am Fahrradreifen wirksam wird, eine verhältnis­ mäßig hohe Laufreibung haben und daher eine merklich höhere Tretkraft erfordern. So muß bisher für eine Lichtleistung von drei Watt eine Antriebsleistung von etwa acht Watt aufge­ bracht werden. Dieser hohe Leistungsverlust läßt sich bei den bekannten Lichtmaschinen kaum beheben. Eine Verbesserung der Magnetwerkstoffe am Läufer ist sehr kostspielig, ebenso wie eine Ausbildung mit beidseitig gelagerter Läuferachse, die bei den bekannten Lichtmaschinen einen hohen zusätzlichen Fertigungsaufwand erfordert.

Zur Vermeidung dieser Nachteile sind auch bereits Fahrrad- Lichtmaschinen bekannt geworden mit einer zur Laufradachse am Fahrrad parallelen Achse für eine Reibrolle, die nicht an der Seitenwand des Reifens, sondern am äußeren Reifenumfang anliegt. Diese Fahrrad-Lichtmaschinen haben eine auf der Achse feststehende Wicklung, die von einem um die Achse drehbaren Magnetring umgeben ist, der mehrpolig innenmagneti­ siert und von einem äußeren Eisenrückschluß umschlossen ist, der zugleich die Reibrolle bildet. Abgesehen davon, daß diese bekannten Fahrrad-Lichtmaschinen in der Herstellung wesent­ lich teurer als die herkömmlichen Konstruktionen mit seitlich anliegendem Reibrad sind, ist aber auch bei ihnen wegen der konstruktiven Beschränkungen aufgrund der engen Platzverhält­ nisse in der Reibrolle und wegen der geringen Antriebsdreh­ zahl der Reibrolle das Verhältnis von Antriebsleistung zu abgegebener Lichtleistung kaum nennenswert verbessert.

Bei beweglichen oder kleinen tragbaren Wechselstromerzeugern mit einem rotierenden scheibenförmigen Dauermagneten (DE-OS 22 39 028), der gegenüber einem mit der Läuferachse koaxial angeordneten Spulensystem drehbar gelagert ist, ist es zwar bereits bekannt, daß das Spulensystem aus einem topfförmigen Eisenrückschluß mit stirnseitigen, radial gegen die Läufer­ achse gerichteten Polzungen und einer darin angeordneten Ringspule besteht. Allerdings sind solche Wechselstromerzeu­ ger bisher als Fahrrad-Lichtmaschinen nicht eingesetzt wor­ den.

Dies gilt auch für eine andere bekannte Konstruktion eines Synchron-Motors nach der am 5. August 1954 bekanntgemachten DE-J 7 917 VIII b/83b, dessen Läufer mehrere gleichnamige Pole aufweist und zwischen zwei dazu koaxial angeordneten Spulensystemen mit parallel zu den beiden Stirnseiten des Läufers liegenden Polzungen drehbar gelagert ist.

Weiterhin ist aus der DE-OS 15 63 285 ein mit Platten ausge­ statteter Emersionsmotor für Unterwasservorrichtungen vorbe­ kannt, bei dem mehrere Scheibenläufer auf einer gemeinsamen Läuferachse sitzen und eine die Anzahl der Scheibenläufer um jeweils eine Einheit übersteigende Zahl von Spulensystemen in einem gemeinsamen Gehäuse koaxial und zwischen die Scheiben­ läufer jeweils kammartig eingreifend angeordnet ist.

Aus der DE-PS 3 51 811 ist weiter eine Lichtmaschine für Fahr­ räder nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt mit einer zur Laufradachse des Fahrrades parallel angeordneten, am Rei­ fenaußenumfang angreifenden Reibrolle und mit einem mehrpoli­ gen Scheibenläufer mit einer Vielzahl von stirnseitigen, axial magnetisierten Polen aus Dauermagnetwerkstoff, der ge­ genüber einem mit der Läuferachse koaxial angeordneten Spu­ lensystem drehbar gelagert ist. Die Reibrolle treibt die Läuferachse mittels Kette oder Riemen an. Hierbei wird je­ doch die Achse des Scheibenläufers durch die Antriebseinrich­ tungen trotz doppelter Lagerung am Gehäuse der Lichtmaschine einseitig belastet, was zu einer ungleichmäßigen Lagerbela­ stung und damit zu einem erhöhten Lagerverschleiß führt.

Aus der DE-PS 5 16 221 ist ferner eine in die Radnabe einge­ baute Fahrradlichtmaschine bekannt, bei der Anker- und Ma­ gnetsystem in Richtung der Achse der Nabe nebeneinander an­ geordnet sind. Der Anker ist auf der Radachse befestigt, und es ist eine umlaufende Dauermagnetanordnung vorhanden, die aus mehreren Magnetstäben besteht, die durch zwei parallele Joche abgestützt werden und mit diesen beim Betrieb zweck­ mäßig unter Einschaltung von Kugellagern auf der Radachse umlaufen. Der Antrieb dieser Dauermagnetanordnung erfolgt mittels eines Übersetzungsgetriebes vom Nabenkörper aus, der mit einer Innenverzahnung versehen ist, in die ein Zahnrad eingreift, das seinerseits mit einem Zwischenrad in Eingriff steht, von dem dann ein weiteres Zahnrad angetrieben wird, das mit der Dauermagnetanordnung fest verbunden ist und mit dieser auf der Radachse umläuft. Auch hierbei greift das Zahnradgetriebe einseitig am Läufer an. Außerdem ist der konstruktive Aufbau dieser Fahrradlichtmaschine aufgrund der beengten Verhältnisse in der Radnabe kompliziert und wenig montagefreundlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Lichtma­ schine für Fahrräder mit Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 eine möglichst lagerschonende, die Lager mög­ lichst gleichmäßig belastende Bauform zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch den Kennzeich­ nungsteil des Anspruches 1 gelöst, während in den Ansprüchen 2 bis 4 besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß der Antrieb des Scheibenläufers bei völlig ausgewogener und gleichmäßiger Lagerbelastung von den beiden symmetrisch zur Radebene an der Reifenlauffläche angreifenden Reibrädern über das mit diesen gekuppelte, mittig zwischen diesen liegende Getrieberad erfolgt, wobei dieses mit einer am Umfang des Scheibenläufers vorgesehenen Verzahnung zusammenwirkt und ein gemeinsames Gehäuse vorgesehen ist, das Getriebe- und Motorachse symme­ trisch lagert. Hierdurch wird ein konstruktiv einfacher und robuster Aufbau derartiger Fahrradlichtmaschinen bei einem besonders günstigen mechanischen und elektrischen Wirkungs­ grad erreicht, wobei auch die zusätzliche Möglichkeit be­ steht, Dauermagnete mit axialer Vorzugsrichtung (Anisotropie) einzusetzen und hierdurch den elektrischen Wirkungsgrad noch zu erhöhen. Hinzu kommt der weitere Vorteil, daß ein solches System bei entsprechender Bemessung der am Reifenumfang symmetrisch angreifenden Reibräder und des mit diesen auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Getrieberades mit einer genau angepaßten optimalen Antriebsdrehzahl angetrieben werden kann, was sich besonders hinsichtlich des Gesamtwir­ kungsgrades einer solchen Lichtmaschine vorteilhaft auswirkt.

Für eine geeignete Antriebsübersetzung kann das Getrieberad auch über eine oder mehrere Zahnradgetriebestufen mit dem Umfang des Scheibenläufers zusammenwirken.

Ein besonders günstiger Wirkungsgrad einer solchen Fahrrad­ lichtmaschine ergibt sich weiterhin dadurch, daß der Schei­ benläufer zwischen zwei koaxial dazu angeordneten Spulensy­ stemen drehbar gelagert ist, während der Aufbau einer solchen Lichtmaschine noch dadurch weiter verbessert werden kann, daß das Spulensystem einen topfförmigen Eisenrückschluß mit stirnseitigen, radial gegen die Läuferachse gerichteten Polzungen und eine darin angeordnete Ringspule sowie einen zum Boden des Eisentopfes führenden zentralen Eisenring aufweist, durch den die Läuferachse hindurchgeführt ist und an dem zwischen die stirnseitigen Polzungen des Eisentopfes eingreifende, ebenfalls stirnseitige Polzungen befestigt sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 die Anordnung einer Lichtmaschine mit Reibradan­ trieb am Reifenumfang eines Fahrrades,

Fig. 2 die Lichtmaschine am Reifenumfang in vergrößerter Seitenansicht,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine derartige Lichtmaschine mit einem einzigen Scheibenläufer zwischen zwei koaxial dazu angeordneten Spulensystemen am Rei­ fenumfang,

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Spulensystem einer solchen Lichtmaschine für Fahrräder,

Fig. 5 einen axialen Schnitt durch das Spulensystem gemäß Schnittlinie V-V von Fig. 4,

Fig. 6 die Einzelteile eines derartigen Spulensystems in auseinandergezogener Darstellung,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausfüh­ rungsform eines Scheibenläufers für derartige Fahr­ radlichtmaschinen und

Fig. 8 eine gegenüber Fig. 7 weiter abgewandelte Ausfüh­ rungsform eines derartigen Scheibenläufers.

In Fig. 1 bis 3 ist eine Lichtmaschine 20 mit einem Gehäuse 1 und einem Scheibenläufer 2 für Fahrräder gezeigt mit einem Reibradantrieb durch zwei an der Lauffläche 21 a eines Fahr­ radreifens 21 symmetrisch angreifende Reibräder 22.

Statt am Vorderrad eines Fahrrades kann die Lichtmaschine 20 auch am Hinterrad angreifen, beispielsweise im Bereich der rückwärtigen Radgabel zwischen Reifen und Tretlager, wobei zum Abheben der Lichtmaschine von der Reifenlauffläche 21 a ein geeigneter Bowdenzug vorgesehen ist.

Der Scheibenläufer 2 der Lichtmaschine 20 ist mit einer am Gehäuse 1 beidseitig gelagerten Läuferachse 3 parallel zur Fahrradachse 23 (Fig. 1) angeordnet und wird von den an der Lauffläche 21 a des Fahrradreifens 21 etwa achsparallel zur Laufradachse 23 angreifenden beiden Reibrädern 22 über ein Zahnradgetriebe 24 angetrieben.

Der Scheibenläufer 2 der Lichtmaschine 20 ist zwischen zwei zur Läuferachse 3 koaxial angeordneten Spulensystemen 4, 4 a, 4 b mit parallel zu den Stirnseiten des Scheibenläufers 2 liegenden Polzungen 8 (Fig. 4) drehbar gelagert, und der Antrieb des Scheibenläufers 2 erfolgt über die beiden Reibrä­ der 22 mit einem zentralen oder mittigen Antriebsabgriff, wobei ein auf der Drehachse 25 der beiden Reibräder 22 sitzendes und mit den Reibrädern formschlüssig verbundenes Zahnrad 26 unmittelbar in eine Umfangsverzahnung 27 am Scheibenläufer 2 eingreift.

Wie in Fig. 4 bis 6 weiterhin gezeigt ist, besteht das Spu­ lensystem 4, 4 a, 4 b der Fahrradlichtmaschine 20 aus einem topfförmigen Eisenrückschluß mit stirnseitigen Polzungen 8, die radial gegen die Läuferachse 3 gerichtet sind und sich neben einer im Eisentopf 7 angeordneten Ringspule 9 erstrek­ ken.

Der Eisentopf 7 hat stirnseitige Ausnehmungen 10 zur Aufnahme der Polzungen 8 und weist einen zum Boden 11 des Eisentopfes 7 führenden zentralen Eisenring 12 auf, durch den die Läufer­ achse 3 konzentrisch hindurchgeführt ist und an dem die in die stirnseitigen Ausnehmungen 10 am Eisentopf 7 eingreifen­ den Polzungen 8 befestigt sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 und 6 ist der zentrale Eisenring 12 durch eine den Boden 11 des Spulensystems 4, 4 a, 4 b bildende flache Ringscheibe 11 a mit der zylindrischen Aus­ senwand 7 a des Eisentopfes 7 verbunden. Statt dessen können bei Bedarf die Polzungen 8 an dem Eisentopf 7 aber auch beid­ seitig angeordnet sein, indem auch auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Eisentopfes 7 statt der geschlossenen Ring­ scheibe 11 a eine Anordnung mit stirnseitigen Ausnehmungen 10 und in diese eingreifenden Polzungen 8 vorgesehen ist.

Die Ringspule 9 ist eine einfache Zylinderspule, die den Raum zwischen den Stirnseiten des Eisentopfes 7 einnimmt, während die Polzungen 8 in die Ausnehmungen 10 an der Stirnseite des Eisentopfes 7 mit allseitigem Luftspalt 10 a eingreifen.

Der Scheibenläufer 2 mit der Umfangsverzahnung 27 kann auch mit einer Vielzahl von über den Läuferumfang verteilten Polstücken wechselnder Polarität ausgebildet sein, wie dies in Fig. 7 und 8 gezeigt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 sind Polplättchen 13 a, 13 b wechselnder Polarität an den beiden Stirnseiten des Scheibenläufers 2 einander jeweils paarweise gegenüberliegend befestigt, während bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel von Fig. 8 der Scheibenläufer 2 mit achs­ parallelen Durchbrüchen für die Aufnahme von Polstücken 13 c, 13 d ausgebildet ist, die nach beiden Seiten des Scheibenläu­ fers 2 wirken. Statt der gezeigten kreisförmigen oder zylin­ drischen Ausbildung der Polstücke oder Polplättchen 13 a, 13 b, 13 c, 13 d können diese auch jede andere geeignete Form haben.

Sie können sowohl segmentartig als auch sektorförmig ausge­ bildet und ebenso wie die gezeigten Polstücke oder Polplätt­ chen ringförmig an den beiden Stirnseiten des Scheibenläufers 2 verteilt sein.

Ebenso, wie der Scheibenläufer 2 mit einer unterschiedlichen Anzahl von zum Beispiel vier, sechs, acht oder gegebenenfalls auch mehr Polplättchen oder Polstücken 13 a, 13 b, 13 c, 13 d bestückt sein kann, kann jedes Spulensystem 4 a, 4 b stirnsei­ tig auch eine unterschiedliche Anzahl von zum Beispiel vier, sechs, acht oder mehr Polzungen 8 aufweisen.

Claims (4)

1. Lichtmaschine für Fahrräder mit zur Laufradachse des Fahrrades parallel angeordneter, am Reifenaußenumfang angreifender Reibrolle, mit Getriebe, mit einem Schei­ benläufer mit einer Vielzahl von stirnseitigen, axial magnetisierten Polen aus Dauermagnetwerkstoff, der ge­ genüber mindestens einem mit der Läuferachse koaxial angeordneten Spulensystem drehbar gelagert ist, da­ durch gekennzeichnet, daß der An­ trieb des Scheibenläufers (2) durch zwei symmetrisch zur Radebene angreifende Reibräder (22) erfolgt, daß ein mit den Reibrädern (22) gekuppeltes, mittig zwischen diesen liegendes Getrieberad (26) mit einer am Umfang des Scheibenläufers (2) vorgesehenen Verzahnung (27) zusam­ menwirkt, und daß ein gemeinsames Gehäuse (20) vorgese­ hen ist, das Getriebe- und Motorachse symmetrisch la­ gert.

2. Lichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Getrieberad (26) über eine oder mehrere Zahnradgetriebestufen mit dem Umfang des Scheibenläufers (2) zusammenwirkt.

3. Lichtmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenläufer (2) zwischen zwei koaxial dazu angeordneten Spulensyste­ men (4, 4 a, 4 b) drehbar gelagert ist.

4. Lichtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Spu­ lensystem (4, 4 a, 4 b) einen topfförmigen Eisenrückschluß mit stirnseitigen, radial gegen die Läuferachse (3) ge­ richteten Polzungen (7 a) und eine darin angeordnete Ringspule (9) sowie einen zum Boden (11) des Eisentopfes (7) führenden zentralen Eisenring (12) aufweist, durch den die Läuferachse (3) hindurchgeführt ist und an dem zwischen die stirnseitigen Polzungen (7 a) des Eisentop­ fes (7) eingreifende, ebenfalls stirnseitige Polzungen (8) befestigt sind.