From: mel@iitb.fhg.de (Wolfgang Melchert)
Subject: Re: Durchgebrannte Laempchen
Organization: Institut fuer Informations- und Datenverarbeitung
Date: Mon, 27 Jul 1992 14:54:12 GMT

In <2+FAjgj010n@nvmr.hotb.sub.org>
schreibt ar@nvmr.hotb.sub.org (Andreas Raab):

> Um das teure Halogenbirnchen zu schuetzen, habe ich mir folgende Schatung
> ausgedacht:
> 
>  ________      _____________      __________________
> | Dynamo |----|Gleichrichter|----|Spannungsregler 6V|-----> 6V =
> |________|----|_____________|    |__________________|      zu den Lampen
>                          |          |
>                          |          |
>                          Masse(Rahmen)

Die Schaltung sieht auf den ersten Blick gut aus, auch ich hatte die Idee 
schon. Die dargestellte Art der Spannungsregelung nennt man "Laengsregelung",
sie ist im Prinzip der bei Fahrraedern uebliche "Querregelung" mit Z-Dioden
vorzuziehen. Die Schaltung fuehrt aber zu mehreren Problemen, so dass sie 
nicht praktikabel erscheint (ich bemuehe mich hier um eine einfache 
Darstellung und lasse einiges weg, was ich als ET-Ing. auch noch dazu 
sagen koennte):

Kritik an der vorgeschlagenen Schaltung
---------------------------------------

1. VERLUST IM SPANNUNGSREGLER
   Die ueblichen Spannungsregler-IC's, z. B. 7806, brauchen mindestens
   ca. 2 V mehr Eingangsspannung als sie am Ausgang liefern. Also muessen
   mindestens 8 V eingespeist werden, um 6 V zu erhalten. Man koennte
   allenfalls aus diskreten Bauteilen Spannungsregler mit geringerer 
   Schwellenspannung bauen.

2. GLEICHSPANNUNGSBETRIEB
   Spannungsregler wie 7806 sind laut Datenblatt fuer Gleichspannungsbetrieb
   ausgelegt. Am Eingang ist ein Elko erforderlich um die Restwelligkeit 
   der Gleichspannung ausreichend klein zu machen. Die Kapazitaet des 
   Elkos haengt vom Laststrom und auch von der Frequenz (hier: 
   Fahrgeschwindigkeit) ab, bei Interesse koennte ich seinen Wert fuer 
   Fahrraddynamobetrieb ausrechnen. Am Ausgang brauchen Spannungsregler 
   laut Datanblatt einen Pufferkondensator, um Schwingungen des Reglers
   bei langen Ausgangsleitungen zu unterdruecken, Wert ca. 10 uF.

3. VERLUST IM GLEICHRICHTER
   Der Gleichrichter, ich nehme an, du denkst an einen Brueckengleichrichter,
   braucht am Eingang ca. 1,4 V mehr Spannung, als am Ausgang zur Verfuegung
   steht. Dies liegt an den jeweils zwei in Reihe geschalten Dioden. Also
   geht hier einiges an Leistung verloren.

4. STOSSBELASTUNG DES DYNAMOS
   Baut man die Schaltung entsprechend dem oben gesagten auf, dann gibt es
   Probleme mit dem Dynamo: Fahrraddynamos sind naemlich fuer den Betrieb 
   mit ohmschen Lasten (Fahrradgluehbirnen sind etwas nichtlineare ohmsche 
   Lasten) ausgelegt. Eine Gleichrichterschaltung mit Elko, wie oben 
   angegeben, entnimmt aber immer nur kurzzeitig grosse Stromstoesse, wenn 
   die Spannung (Wechselspannung) im Bereich ihres Maximums ist. Bei Strom 
   aus der Steckdose (bzw. Netztrafo) kann man sowas in gewissem Umfang 
   machen, jedes Radionetzteil funktioniert so. Die Abnahme groesserer 
   Leistungen im "Stossbetrieb" aus der Steckdose ist aber auch von den 
   Elektrizitaetsgesellschaften verboten, weil dann ihre Generatoren und 
   Trafos kaputt gehen koennen. Aehnlich unguenstig ist die Stossbelastung
   fuer den Fahrraddynamo. Der geht zwar nicht gleich kaputt, wenn er 
   stossfoermig belastet wird, hat aber wesentlich mehr Verluste als bei 
   ohmscher Belastung.

Zusammenfassung der Kritik:

Die Schaltung funktioniert zwar insoweit, dass die Birnen nicht durchbrennen. 
Das Ganze ist aber mit so hohen Verlusten verbunden dass man schon sehr 
schnell fahren muss, damit die Lampen ueberhaupt hell leuchten.

Alternativen:
-------------

Da ein Fahrraddynamo verlustarm (relativ verlustarm jedenfalls) nur mit
ohmschen Lasten betrieben werden kann, kommen alle Schaltungen, die 
die Beleuchtung mit Gleichspannung betreiben, nicht in Frage. Deshalb 
koennen die ueblichen Spannungsregler nicht benutzt werden. Auch
die Benutzung eines Brueckengleichrichters erscheint wegen den hohen 
Verluste nicht sehr sinnvoll. Ich sehe aber zwei gangbare Wege:

a. Entwicklung eines Spannungsreglers mit geringer Schwellenspannung,
   der bipolar mit Wechselspannung arbeitet. (Wenn ich nicht soviel
   radfahren wuerde, haette ich das vielleicht schon entwickelt :-) )

b. Anstelle eines kontinuierlich arbeitenden Reglers Einsatz von
   Schaltern (Relais), die bei hoeherer Eingangsspannung Vorwiderstaende
   in die Lampenzuleitung schalten. In diesem Fall braucht nur die
   geringe Betriebsleistung fuer die Relais (z. B. 5 V 10 mA Reed-Relais)
   durch Gleichrichtung gewonnen werden. Dadurch, dass beim Vorschalten 
   eines Vorwiderstands die Dynamospannung ansteigt, ergibt sich sogar
   die gewuenschte "Hysterese", ohne die ein solcher Schaltregler
   gar nicht funktionieren wuerde. Vorteil dieser Loesung: Bei geringen
   Geschwindigkeiten liegt nichts zusaetzliche Spannungsfressendes
   im Lampenstromkreis, die Lampen brennen also so hell wie zuvor.

               ____Widerstand____o\  (Relais-Kontakt)
   ____________|_________________o \o___________________________
   |     |                                                     |
   |     |___Gleichrichtung + Glaettung +                      |
Dynamo   ____Ansprechschwelle + Relais-Spule                 Lampen
   |     |                                                     |
   |_____|_____________________________________________________|


Wolfgang
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