Fahrrad: Lichtanlage 05.08.2008, 15:29

Das System ist nicht sehr kompliziert: Soll Strom fließen und eine Glühlampe leuchten, muss der Stromkreis geschlossen sein. Euli hat genau geprüft, warum am Fahrrad das Licht brennt.

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Fahrrad: Lichtanlage

Beachten Sie bitte auch den Beitrag zum Nabendynamo

Ich könnte mir keinen besseren Sitzbalken vorstellen als den in Ulis Scheune. Aber manchmal blendet mich Uli mit seinem Fahrradscheinwerfer. Weiß er, wie sehr ich künstliches Licht hasse? Obwohl es meine empfindlichen Augen sehr schmerzt, habe ich mich auch mit der lästigen Fahrradbeleuchtung beschäftigt. Sie bildet einen Kreislauf, den ich dir hier kurz beschreiben möchte.

Der elektrische Stromkreis ist nichts Geheimnisvolles. Man kann ihn mit einem Bach vergleichen, der ein Wasserrad antreibt.
 

Auch hier gibt es einen Kreislauf. Er fängt im Meer an, über dem durch die Sonnenwärme Wasser verdunstet. Dabei steigt Dampf nach oben und bildet Wolken. Diese treibt der Wind über Land, wo sie sich früher oder später ausregnen. Das Regenwasser strömt in einem Bach zusammen, der das Wasserrad antreibt. Danach fließt der Bach ins Meer weiter, wo das Ganze von vorne beginnt.
Würde dieser Kreislauf an einer Stelle unterbrochen, dann könnte das Wasserrad nicht mehr angetrieben werden.

Aufgabe: Versuche, zwei mögliche Unterbrechungen im Wasserkreislauf zu finden. 

Im elektrischen Kreislauf ist es ähnlich. Studiere die folgende Skizze und beschreibe den Weg, den der Strom nimmt. (Anmerkung: Von der ersten Glühlampe geht auch eine Leitung (blaue Leitung) zur Stromquelle zurück. Aus Vereinfachungsgründen habe ich sie weggelassen).

Über die Funktion der Batterie brauchst du dir jetzt keine Gedanken zu machen. Du wirst sie später kennen lernen. Im Moment ist sie (und auch der Dynamo) einfach eine Einrichtung, die Strom ins Kabel schickt. 

Das Herzstück der Fahrradelektrik ist die Stromquelle, der Dynamo, den Uli auch als Lichtmaschine bezeichnet. Ein bisschen angeberisch, finde ich.

Wenn einmal Spannung da ist, dann muss der Strom mit einem Kabel vom Dynamo zum Scheinwerfer und seiner Glühbirne geführt werden - genau wie in der Skizze »Geschlossener Stromkreislauf«. Am Scheinwerfer gabelt sich das Kabel und geht nach hinten zur Schlussleuchte. Der größte Teil des Kabels ist im Inneren der Rohre verlegt. Schließlich kommt es am Ende des Rahmens wieder heraus, wird um die Schutzblechstrebe gewunden und zur Glühbirne des Rücklichts geführt.

Glühbirnenskizze: Die Glühbirne hat zwei mit der Stromquelle verbundene Anschlüsse. Sie führen durch die Glühwendel, die glüht und Licht abgibt, wenn der Strom sie durchfließt.

Was danach geschieht, habe ich lange selbst nicht verstanden. Denn so, wie ich die Anlage bis hierher beschrieben habe, leuchtet noch keine Birne. Warum nicht?
Weil sie nur leuchten kann, wenn der Stromkreis wirklich ein Kreis, also geschlossen ist. Das heißt, es fehlt uns noch ein Stück Kabel vom Schlusslicht zurück zum Dynamo.
Dieses Kabel spart man sich, denn der Metallrahmen des Fahrrads leitet den Strom fast so gut wie ein Kupferkabel. Also lässt man den Strom über den Rahmen zurück fließen. Man muss dabei nur beachten, dass an allen Übergangsstellen blankes und damit gut leitendes Metall vorhanden ist. Wäre z. B. eine Übergangsstelle zulackiert, wäre es vorbei mit der Stromleitung. Lack leitet den Strom nicht.
Der Strom muss von der Rückleuchte auf das Schutzblech übergehen können, vom Schutzblech auf den Rahmen, vom Rahmen auf die Dynamo-Befestigungslasche. (Genau so wird es auch bei Autos gemacht. Allerdings werden sie mit Gleichstrom betrieben.)

Dazu kannst du zusammen mit deinem Lehrer und deinen Freunden schöne Versuche machen. Sie sind ungefährlich, weil der Dynamo eine nur geringe Spannung erzeugt.
 

A. Allgemeines

1. Warum führt man die Kabel durch das Innere des Rahmens?
2. An den Bohrungen am Rahmen sind Gummitüllen eingesetzt. Warum?
3. Streiche in der folgenden Aufzählung die 6 Werkstoffe an, die den Strom nicht oder ganz schlecht leiten: Holz, Kunststoff, Eisen, Messing, Gummi, Kupfer, Lack, Leder, Aluminium, Silber, Stoff.
Zu welcher Stoffklasse kann man die übrigen Werkstoffe zählen?
4. Im Wasserkreislauf gibt es ein Wasserrad. Welchem Bauteil entspricht es in der Fahrradelektrik?

B. Stromkreis unterbrechen

1. Drehe dein Fahrrad um und stelle es auf Lenker und Sattel. Lege zuerst eine Decke auf den Boden, damit du die auf dem Boden aufstehenden Teile nicht verkratzt. Kippe die Dynamo-Laufrolle an den Reifen und kontrolliere, ob beim Drehen des Rads beide Lichter brennen.
2. Unterbrich an einer geeigneten Stelle die leitende Verbindung. Brennen noch beide Lichter?
Je nach Stelle, an der du die Verbindung unterbrichst, könnte noch die Glühbirne des Scheinwerfers brennen. In welchem Bereich ist dann die Unterbrechung? Markiere sie im Schaltplan.

Lösungen

A1. Dort sind die Kabel geschützt.
A2. Die Rahmenbohrungen könnten scharfkantig sein und das dünne Kabel durchscheuern.
A3. Holz, Kunststoff, Eisen, Messing, Gummi, Kupfer, Lack, Leder, Aluminium, Silber, Stoff. Die anderen Stoffe sind Metalle; sie leiten den Strom gut.
A4. Der Glühbirne

B1.—-
B2. Nach der Kabelgabelung.