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Ja, es steckt tatsächlich Einiges mehr dahinter - allein die umgebauten Rollentrainer sind recht preis-intensiv, was jedoch Gründe hat. Wir haben die Anlage seit Jahren in Betrieb und haben natürlich, um diese erklären zu können, Einiges demontiert und recherchiert. Ich kann somit zu den meisten Komponenten etwas ausführlicher die Funktion erläutern. Folgendes zum Rollentrainer:
Beim Einspannen des Fahrrades bilden das Hinterrad sowie der Stromgenerator ein Friktionsgetriebe. Durch die Reibung des Reifens vom Rad sowie durch die geriffelte Metalloberfläche des Rotors vom Generator wird eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt. Dieser Kraftschluss lässt sich durch die Einstellschraube unter dem Generator regeln. Es muss ein Kompromiss gefunden werden, zwischen hohem Anpressdruck (pedalieren wird schwerfälliger und Reifenverscheiß steigt an) und niedrigem Anpressdruck (Schlupf beim Anfahren bzw. hoher Geschwindigkeit). Je nach Durchmesser des Hinterrades ergeben sich unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten am Generator.
Das Übersetzungsverhältnis bei einem regulären 28 Zoll Hinterrad liegt bei ca. 1:12,7 (Außendurchmesser 28 Zoll Rad = 635 mm / Rotor des Generators = 50 mm). Folgende Beispielrechnung:
Ein 28 Zoll Fahrrad fährt mit 5 Km/h einen Weg entlang. Der Durchmesser des Hinterrades ist 63,5 cm. Der Umfang des Rades beträgt somit 200,4 cm. Bei vorweg genannter Geschwindigkeit fährt das Fahrrad in einer Stunde 5.000 Meter, in einer Minute wären dies 83,33 m bzw. 8.333 cm.
Die Anzahl der zurückgelegten Zentimeter pro Minute teilen wir nun durch den Umfang des Rades (8.333 cm : 200,4 cm) und erhalten 41,58 Umdrehungen des Rades pro Minute auf Seite des Fahrradreifens. Bei oben genannter Übersetzung dreht sich nun der Generator mit ca. 528 Umdrehungen.
Wenn wir nun davon ausgehen, dass ein normal pedalierender Fahrer im Rollentrainer 20 Km/h fährt, haben wir am Generator bereits 2.112 Umdrehungen. Was sich nach einem Film auch in Form von Wärmeentwicklung am Hinterrad / Generator bemerkbar macht.
Bei dem Generator handelt es sich genau genommen um einen bürstenlosen Gleichstrommotor in Außenläufer-Ausführung (findet man im Netz als BLDC Outrunner Motor).Das heißt, dass sich das „Motorgehäuse“ dreht. Somit umgedreht, wie bei einem „regulären Elektromotor“. Vorteil davon ist die gleichzeitige Nutzung des Motorgehäuses als Reibradverbindung zum Fahrradreifen.
In diesem Fall ist jedoch der Begriff Gleichstrommotor irreführend, da sich die Funktionsweise im Generatorbetrieb umkehrt. Im Generatorbetrieb wird der Rotor durch eine externe Kraft (Hinterrad) angetrieben. Dies führt zur Rotation des Magnetfelds im Stator, wodurch in den Statorwicklungen eine dreiphasige Wechselspannung induziert wird. Die Höhe der induzierten Spannung ist proportional zur Drehzahl des Rotors und der Stärke des Magnetfelds. Einfach bedeutet dies: Mehr Umdrehungen, mehr Spannung (Volt), mehr Stromstärke (A). In unserem Fall kann der Generator ca. 50 Volt liefern und maximal 1.000 Watt Peak-Leistung, was in der Realität jedoch nicht erreicht wird. Zudem der Kreislauf pro Station abgesichert ist mit herkömmlichen KFZ-Sicherungen. Diese lösen bei ca. 500 Watt aus um die Anlage zu schützen.
Wie schon erwähnt, erzeugen unsere Generatoren in diesem Schritt eine dreiphasige Wechselspannung, welche nicht zur Einspeisung in einen Akkumulator geeignet ist. Wir benötigen Gleichspannung. Da wir nicht der Entwickler der Anlage sind, beginnt ab hier eine wohlwollende Mutmaßung. Angesteckt an die Generatoren ist eine in Schrumpfschlauch versteckte Schaltung bzw. ein elektronischer Baustein. Dahinter vermute ich eine Drehstrombrücke, eine Variante des Brückengleichrichters. Hier wird mit Hilfe von 6 miteinander verschalteten Dioden eine dreiphasige Wechselspannung zu einer Gleichspannung.
Der in unserem Anwendungsfall genutzte Generator ist regulär ein Motor, welcher in Drohnen, Modell-Helikoptern, etc. zum Einsatz kommt. Der Wirkgrad, sprich die Effizienz ist bei diesem Motor extrem hoch. Dieser ist erhältlich bei gängigen RC-Anbietern und bewegt sich im Rahmen von ca. 150 €. Im Anhang beispielhaft ein geöffneter Motor, der normale BLDC Outrunner sowie die Lösung, welche Tim in den Rollentrainer eingesetzt hat inkl. Umhausung und verstellbarem Winkel, je nach Radgröße. Lichtmaschine wie im Auto üblich sind für diesen Anwendungsfall recht ungeeignet (groß, schwer, wenig Ausbeute, hoher Widerstand, etc.).
Je nach persönlicher Fitness, dem gewählten Rad und der optimalen Einstellung von Rad zu Reibrolle erreichen wir meist zwischen 50 und 90 Watt als Dauerleistung pro Station. Kommen Alkohol, jugendlicher Leichtsinn, extreme Hitze, etc. hinzu - weichen die Werte sowohl nach oben als auch nach unten ab :-D
Beim Einspannen des Fahrrades bilden das Hinterrad sowie der Stromgenerator ein Friktionsgetriebe. Durch die Reibung des Reifens vom Rad sowie durch die geriffelte Metalloberfläche des Rotors vom Generator wird eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt. Dieser Kraftschluss lässt sich durch die Einstellschraube unter dem Generator regeln. Es muss ein Kompromiss gefunden werden, zwischen hohem Anpressdruck (pedalieren wird schwerfälliger und Reifenverscheiß steigt an) und niedrigem Anpressdruck (Schlupf beim Anfahren bzw. hoher Geschwindigkeit). Je nach Durchmesser des Hinterrades ergeben sich unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten am Generator.
Das Übersetzungsverhältnis bei einem regulären 28 Zoll Hinterrad liegt bei ca. 1:12,7 (Außendurchmesser 28 Zoll Rad = 635 mm / Rotor des Generators = 50 mm). Folgende Beispielrechnung:
Ein 28 Zoll Fahrrad fährt mit 5 Km/h einen Weg entlang. Der Durchmesser des Hinterrades ist 63,5 cm. Der Umfang des Rades beträgt somit 200,4 cm. Bei vorweg genannter Geschwindigkeit fährt das Fahrrad in einer Stunde 5.000 Meter, in einer Minute wären dies 83,33 m bzw. 8.333 cm.
Die Anzahl der zurückgelegten Zentimeter pro Minute teilen wir nun durch den Umfang des Rades (8.333 cm : 200,4 cm) und erhalten 41,58 Umdrehungen des Rades pro Minute auf Seite des Fahrradreifens. Bei oben genannter Übersetzung dreht sich nun der Generator mit ca. 528 Umdrehungen.
Wenn wir nun davon ausgehen, dass ein normal pedalierender Fahrer im Rollentrainer 20 Km/h fährt, haben wir am Generator bereits 2.112 Umdrehungen. Was sich nach einem Film auch in Form von Wärmeentwicklung am Hinterrad / Generator bemerkbar macht.
Bei dem Generator handelt es sich genau genommen um einen bürstenlosen Gleichstrommotor in Außenläufer-Ausführung (findet man im Netz als BLDC Outrunner Motor).Das heißt, dass sich das „Motorgehäuse“ dreht. Somit umgedreht, wie bei einem „regulären Elektromotor“. Vorteil davon ist die gleichzeitige Nutzung des Motorgehäuses als Reibradverbindung zum Fahrradreifen.
In diesem Fall ist jedoch der Begriff Gleichstrommotor irreführend, da sich die Funktionsweise im Generatorbetrieb umkehrt. Im Generatorbetrieb wird der Rotor durch eine externe Kraft (Hinterrad) angetrieben. Dies führt zur Rotation des Magnetfelds im Stator, wodurch in den Statorwicklungen eine dreiphasige Wechselspannung induziert wird. Die Höhe der induzierten Spannung ist proportional zur Drehzahl des Rotors und der Stärke des Magnetfelds. Einfach bedeutet dies: Mehr Umdrehungen, mehr Spannung (Volt), mehr Stromstärke (A). In unserem Fall kann der Generator ca. 50 Volt liefern und maximal 1.000 Watt Peak-Leistung, was in der Realität jedoch nicht erreicht wird. Zudem der Kreislauf pro Station abgesichert ist mit herkömmlichen KFZ-Sicherungen. Diese lösen bei ca. 500 Watt aus um die Anlage zu schützen.
Wie schon erwähnt, erzeugen unsere Generatoren in diesem Schritt eine dreiphasige Wechselspannung, welche nicht zur Einspeisung in einen Akkumulator geeignet ist. Wir benötigen Gleichspannung. Da wir nicht der Entwickler der Anlage sind, beginnt ab hier eine wohlwollende Mutmaßung. Angesteckt an die Generatoren ist eine in Schrumpfschlauch versteckte Schaltung bzw. ein elektronischer Baustein. Dahinter vermute ich eine Drehstrombrücke, eine Variante des Brückengleichrichters. Hier wird mit Hilfe von 6 miteinander verschalteten Dioden eine dreiphasige Wechselspannung zu einer Gleichspannung.
Der in unserem Anwendungsfall genutzte Generator ist regulär ein Motor, welcher in Drohnen, Modell-Helikoptern, etc. zum Einsatz kommt. Der Wirkgrad, sprich die Effizienz ist bei diesem Motor extrem hoch. Dieser ist erhältlich bei gängigen RC-Anbietern und bewegt sich im Rahmen von ca. 150 €. Im Anhang beispielhaft ein geöffneter Motor, der normale BLDC Outrunner sowie die Lösung, welche Tim in den Rollentrainer eingesetzt hat inkl. Umhausung und verstellbarem Winkel, je nach Radgröße. Lichtmaschine wie im Auto üblich sind für diesen Anwendungsfall recht ungeeignet (groß, schwer, wenig Ausbeute, hoher Widerstand, etc.).
Je nach persönlicher Fitness, dem gewählten Rad und der optimalen Einstellung von Rad zu Reibrolle erreichen wir meist zwischen 50 und 90 Watt als Dauerleistung pro Station. Kommen Alkohol, jugendlicher Leichtsinn, extreme Hitze, etc. hinzu - weichen die Werte sowohl nach oben als auch nach unten ab :-D
