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21.5.2019
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25.06.18

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23.03.18

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Schaltung

Die Schaltung im Überblick

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Teil 1: Umschalter: Ladegerät - Aus - Lampe

Der dreistufige Umschalter (S1) besitzt folgende Funktionen

Mittelstellung (Aus-Stellung):

  • Sowohl die Lampe als auch das Ladegerät sind abgeschalten (der Nabendynamo befindet sich im Leerlauf).
  • An der 3,5mm-Buchse (ca. 6V) ist ein Betrieb von angeschlossenen Geräten über die Akkus möglich (sofern alle 4 Akkus eingelegt und geladen sind).

Stellung I (Licht-Ein):

  • Eine angeschlossene (Front-)Leuchte ist eingeschaltet. Das Ladegerät ist ausgeschaltet.

Stellung II (Ladegerät-Ein):

  • Das Ladegerät ist eingeschaltet, an den Klinken-Buchsen 2,5mm und 3,5mm liegt Spannung an, die Akkus werden geladen. Eine angeschlossene (Front-) Leuchte ist ausgeschaltet.

Die Schalterstellungen I und II sind relativ, d.h. sie hängen davon ab, wie der Schalter individuell angeschlossen und montiert wird (Beschaltung austesten!).

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Teil 2: Gleichrichtung mit Überspannungs- und Temperaturschutz sowie 2,5mm Klinkenbuchsen-Ausgang

Die vom Dynamo kommende und über den Umschalter durchgeschaltete Wechselspannung wird im Brückengleichrichter gleichgerichtet und mittels dem Elko 1000μF geglättet.

Der eingebaute Varistor (spannungsabhängiger Widerstand, 12V) mit aufgeklebtem Thermoschalter dient dem Schutz von Spannungsregler und Elko gegen Überspannung.

  • Bei leichten Überspannungen (bis etwa 35-40km/h) begrenzt der Varistor die Überspannung.
  • Falls noch schneller gefahren wird (z.B. Passabfahrten), wird der Varistor heiß (60-70°C) und der direkt auf ihn geklebte Thermoschalter schaltet die Spannung ganz ab.

Dieser Schutzmechanismus wird - wenn überhaupt - nur bei vollen Akkus aktiv (wenn kein Ladestrom fließt). Im Ladebetrieb treten keinerlei Überspannungen auf.

Durch die höhere Spannungserzeugung des Dynamos bei höheren Fahrtgeschwindigkeiten kann nach der Überspannungsschutz-Schaltung über die Klinkenbuchse 2,5mm eine geglättete, aber ungeregelte und ungepufferte, Gleichspannung abgenommen werden. Diese Spannung variiert während der Fahrt verhältnismäßig stark (schätzungsweise 9V bis 20V) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und dem Spannungsabfall durch die dahinter zu landenden Akkus (also dessen Ladezustand).

Eine mögliche Anwendung dafür wäre der Anschluss von Autoladeadaptern (z.B. Handys, PDAs etc.), falls eine Ladung mit 6V über die gepufferte und geregelte Klinkenbuchse 3,5mm nicht möglich oder nicht gewünscht sein sollte.

  • Solche Autoladeadapter, die am Kfz-Zigarettenanzünder angeschlossen werden, besitzen einen internen Spannungsregler für das anzuschließende Gerät.
  • Zerlegt man einen solchen Kfz-Adapter, kann dessen kleine und sehr effektive Elektronik auch direkt in das Forumsladergehäuse integriert werden (z.B. für Handys, PDAs etc.).

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Teil 3: Festspannungsregler zum Akkuanschluss und 6V-Ausgang

Der Spannungsregler MC7806 CT stellt in Kombination mit der an seinem Masseanschluss liegenden Schottkydiode 11DQ10 eine feste, geregelte Gleichspannung von 6,3V bereit. Hinter der danach folgenden Sperrdiode 11DQ10 beträgt die nutzbare Ausgangsspannung 6V.

Mit dieser Spannung werden zum einen die im Lader eingelegten Akkus solange geladen, bis ihre Zellspannung ebenfalls fast 6V (genau etwa 4x1.40V bis 4x1.45V je nach Akkutyp) beträgt. Bei weiterem Laden werden die Akkus auf diesem Ladeniveau gehalten - es können also immer volle Akkus entnommen werden.

Zum anderen bietet die davor liegende Klinkenbuchse 3,5mm zusätzlich die Möglichkeit, jederzeit Strom zu entnehmen.

  • Dieser kann während der Fahrt (und eingeschaltetem Ladegerät) direkt vom Festspannungsregler entnommen werden.

    • Werden dabei die Akkus geladen, teilt sich der verfügbare Ladestrom an den Verbraucher an der Buchse sowie den Akkus als zweiten Verbraucher auf.
    • Sind die Akkus voll, erhält das angeschlossene Gerät an der 3,5mm Buchse fast den gesamten Strom (abzüglich Erhaltungsladestrom für die Akkus).

  • Wird keine Spannung vom Dynamo gelieferte (Stillstand, Ausgeschalten oder Lampenbetrieb), wird das Gerät an der 3,5mm Buchse von den geladenen Akkus mit Strom versorgt.

    • Die angeschlossenen Geräte erhalten somit kontinuierlich Strom, auch wenn die Fahrt stark verlangsamt oder unterbrochen wird (Pufferfunktion der Akkus).
    • Denkbare Anwendungen dafür sind z.B. die permanente Stromversorgung von GPS-Geräten, das Laden von PDAs, Handys oder Digitalkameras.

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Teil 4: Signalisierung durch Duo-Leuchtdiode

Der Ladebetrieb wird durch eine gelb/grüne Duo-LED signalisiert:

  • Die gelbe Seite der Duo-LED ist über einen Vorwiderstand am Ausgang des Spannungsreglers angeschlossen.
    Sie leuchtet immer sobald im Ladebetrieb gefahren wird.
     
     
  • Die grüne Seite der Duo-LED liegt über einen Vorwiderstand und eine 10V Zenerdiode am Eingang des Spannungsreglers verbunden.
    Sie leuchtet nur, wenn von den Akkus nicht mehr der volle Dynamostrom abgenommen wird und dadurch die Spannung des Dynamos steigt, d.h. die Akkus sind mindestens fast voll.

Der Zeitpunkt, wann dieser Farbübergang von gelb zu grün stattfindet, ist abhängig von der gefahrenen Geschwindigkeit, der Ladezeit, der aktuellen Akkukapazität und auch vom Dynamotyp. Generell gilt aber:

  • wenn der Farbwechsel bei etwa 15km/h oder eher erfolgt: sind die Akkus schon relativ voll,
  • oder sie haben keinen Kontakt und werden deshalb gar nicht geladen Smiley.

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