Ausgabe 11 · April 2010

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Steckdose unterwegs

Nabendynamo-Ladeadapter im Vergleich

von Andreas Oehler

Noch vor kurzer Zeit galt es als umstritten, ob ein Reiserad überhaupt einen Dynamo brauche. Schließlich sei man auf großer Tour nur sehr selten bei Dunkelheit unterwegs und der (Naben-)Dynamo somit unnötiger Ballast. Der Trend zu stets mitgeführten Mobiltelefonen, Navigationsgeräten und Digitalkameras sorgt nun aber dafür, dass die ständige Angst vor leeren Geräteakkus den Nabendynamo als Energiequelle während der Fahrt attraktiv macht. Smartphones im Navigationsmodus halten oft nur 3 Stunden mit einer Akkuladung durch – damit wäre noch nicht mal eine Nachmittagstour möglich. Verschiedene Hersteller, aber auch Bastler haben Adapter entwickelt, die den Nabendynamo-Strom für übliche Mobilgeräte aufbereiten.

Als De-Fakto-Standard für die Versorgung mobiler Elektronik hat sich der USB-Anschluss etabliert. Das bedeutet, dass aus der stark variierenden Wechselspannung des Nabendynamos eine Gleichspannung im Bereich 5 Volt ± 0,2 Volt generiert werden muss. Üblich ist eine Stromaufnahme von 300 bis 500 mA – manche Geräte erwarten aber auch 700 mA oder mehr. Da Entwickler von Mobiltelefonen oder GPS-Geräten verständlicherweise nicht an den Nabendynamo als Energiequelle gedacht haben, sondern an Ladegeräte, die in der heimischen Steckdose stecken, reagieren manche Geräte mit »Widerwillen« auf schwankende Eingangsspannung. In diesen Fällen empfiehlt sich ein Ladeadapter, der einen eigenen Akku enthält, um die USB-Spannung auch bei Stopps oder Langsamfahrt konstant zu halten.

Die Ladeadapter werden von den Herstellern recht knapp beworben. Meist heißt es nur, dass ab 10 km/h ein Gerät mit USB-Anschluss geladen wird. Da sich die Preise aber um mehr als den Faktor 4 unterscheiden, soll mit diesem Test versucht werden, die elektrischen Eigenschaften aller am Markt verfügbaren oder angekündigten Ladeadapter praxisnah zu vergleichen.

Verbraucher mobil

Zunächst gilt es zu untersuchen, welche Leistungsaufnahme übliche Mobilgeräte aufweisen. Dazu werden sie über den USB-Anschluss mit einer Gleichspannung zwischen 3 und 5,6 Volt versorgt.

Wie man sieht, muss die Versorgungsspannung je nach Gerät mindestens zwischen 3,6 und 4,4 Volt betragen, damit überhaupt Strom fließt. Geräte ohne Akkuladefunktion wie die Garmin Outdoor-GPS-Geräte Oregon 450 und GPSMap 60CSx oder ein voll geladenes Smartphone benötigen 0,7 bis 1,2 Watt. Wenn Akkus geladen werden müssen, liegt die Leistungsaufnahme bei Smartphones im Bereich 2 bis 2,5 Watt. Bei dem Nokia-Handy, dem Auto-Navigationsgerät und dem PDA steigt die Leistungsaufnahme stark mit der Spannung an. Während bei 4,6 Volt noch 2 bis 2,5 Watt verbraucht werden, sind es bei höheren Spannungen deutlich über 3 Watt. Die Hintergrundbeleuchtung macht dabei mehr als 0,5 Watt aus. Als Navigationshilfe tagsüber am Fahrrad genutzt, wird man aber nahezu immer mit maximaler Beleuchtung arbeiten, da man die Displays sonst schlecht ablesen kann. Die Messdaten beziehen sich daher immer auf 100 % Licht.

Da Smartphones mittlerweile weit verbreitet sind und sich das MDA Compact mit seinen Leistungsdaten schön im Mittelfeld der Messwerte bewegt, wird dieses im Folgenden als Standard-Last verwendet.

Die Garmin Outdoor-GPS-Geräte sind nicht optimal auf das wechselnde Leistungsangebot von Dynamos abgestimmt. Alle Gerät melden mit einem »Fenster«, wenn die Ladespannung zu niedrig ist. Diese Meldung muss mittels Tastendruck entfernt werden. Bei den modernen Touchscreen-Geräten muss das innerhalb 30 Sekunden passieren, sonst schalten sie sich ab. Erneut anliegende Versorgungspannung führt zum Auswahldialog, ob man in den Massenspeichermodus wechseln wolle. Auch einige Mobiltelefone laden nicht weiter, wenn die Spannung nicht konstant bleibt. In diesen Fällen hilft ein externer Pufferakku – wie ihn vier der hier getesten Ladeadapter enthalten.

Kurzvorstellung Ladeadapter

Am längsten auf dem Markt sind die Geräte von Stollberg Elektrotechnik. Die Variante Dynalader Direkt ist mit 29 € das preisgünstigste käufliche Gerät. Es stellt schlicht eine USB-Buchse zur Verfügung. Die Variante Dynalader USB2 verfügt über einen Halter für 4 NiMH-Zellen im AA-Format, die als Puffer für den USB-Ausgang dienen oder auch zum Betrieb in anderen Geräten geladen werden können. Eine große grüne LED signalisiert, ob geladen wird. Die Elektronik ist schmucklos in einem Stück Schrumpfschlauch versteckt. Als Zuleitungen zum Akkupack dient der klassisch-empfindliche Anschluss für 9 V-Blocks. Sinnvollerweise wird man diese Geräte in einer Lenkertasche betreiben.

Ebenfalls schon über ein Jahr verfügbar ist das »Zzing«. In einem reichlich Zigarettenschachtel-großen Kunststoff-Gehäuse befindet sich hier ein verschweißter Akkupack aus 5 NiMH-Zellen im AA-Format. Zur Befestigung wird ein Klick-Fix-Halter zur Lenkermontage mitgeliefert. Ein Schiebeschalter kontrolliert die Spannung an der USB-Buchse. Eine blaue LED signalisiert den Ladevorgang, eine gelbe die eingeschaltete USB-Spannung. Das Gehäuse kann mittels Schraubendreher geöffnet und der Akkupack ersetzt werden. Bei starkem Regen sollte das Gerät vermutlich auch besser in ein wasserdichte Tasche wandern.

Auf der letzten Eurobike waren sie am Rohloff-Stand vertreten: PedalPower+ aus Australien. Der Hersteller bietet neben einem sehr kompakten und leichten Ladeadapter auch einen externen Pufferakku mit 5.600 mAh LiIon-Zelle und Ladestandanzeige.

Wenig bekannt sind noch die Ladeadapter von Kuhn Elektronik. Im Unterschied zu allen anderen Geräten ist hier das Kabel zum Mobilgerät fest angeschlossen. Man muss auswählen, ob man einen 2-mm-Rundstecker für Nokia-Handys, einen Mini-USB-Stecker oder eine der vielen anderen Varianten braucht. Das erscheint unflexibel, hat aber den Vorteil die relativ empfindliche große USB-Buchse überflüssig zu machen.

Busch&Müller ist der erste etablierte Hersteller im Fahrradteilemarkt, der mit dem E-Werk auch einen Nabendynamo-Ladeadapter anbietet. Besonderheit sind zwei Drehschalter, die Spannung (zwischen 2,8 und 13,3 Volt) und Strombegrenzung einstellbar machen. Gedacht ist dies, um damit beliebige Geräte zu versorgen, aber auch Akkupacks direkt zu laden. Wir untersuchen hier in erster Linie den direkten USB-Betrieb (Spannungsschalter auf 4,9 Volt). Angekündigt ist ein Zusatzakku aus 4 NiMH-Zellen und Steuerelektronik zum Puffern der USB-Spannung. Da gängige USB-Geräte Spannungen zwischen 4,0 und 5,6 Volt tolerieren, haben wir hier einfach einen »nackten« 4-Zellen-Akkupack an das E-Werk in 5,6-Volt-Einstellung geklemmt. Um die Grenzen auszuloten wurde zudem ein Notebook in der 13,3-Volt-Einstellung aufgeladen.

Seit mehreren Jahren angekündigt und nun als erste seriennahe Muster verfügbar sind die beiden Varianten des ADA-Bikeconverter, mit und ohne Akkupuffer. Die Akkulösung enthält vier kleine 150-mAh-NiMH-Zellen, die auf schonende 5,2 Volt geladen werden. Die geringe Kapazität dieses Puffers kann bei Smartphones und ähnlichem aber nur kurze Stopps überbrücken.

Reiseradhersteller ToutTerrain arbeitet seit über einem Jahr an einem Ladeadapter, der sich elegant im Gabelrohr versteckt und den USB-Anschluss an Stelle der Ahead-Kappe platziert. Wir hatten hier ein Vorab-Exemplar, das im wesentlichen aus der Elektronik bestand, sodass die mechanischen Eigenschaften nicht beurteilt werden können.

Angekündigt ist schon seit über einem Jahr das »ReeCharge« (früher »FreeCharge«) von Faltradhersteller Dahon. Zum Zeitpunkt des Tests war aber laut Dahon Europe nur ein Exemplar in Europa und dieses bei einer anderen Zeitschriftenredaktion im Test.

Weil die Entwicklung noch jung ist, gibt es Potential für Eigenbau-Lösungen. Das bekannteste Projekt ist hier der »Forumslader«. Entwickler Jens During war so freundlich, uns extra für den Test ein Exemplar mit allen erdenklichen Features neu aufzubauen: LiFePo-Akkupack, 2 Ladestufen, schaltbarer USB-Ausgang, 12-V-Ausgänge, Zigarettenanzünder-Buchse, stromgeregelte Ausgänge für LED-Scheinwerfer, …

Das Gerät ist in einem robusten, aber schweren Metallgehäuse untergebracht. Eine Status-LED signalisiert grün den Ladevorgang und gelb das Abschalten der Ladung bei überhitztem Regler. Anspruch des Forumslader ist es, möglichst viel Leistung aus dem Nabendynamo zu holen, um so Reiseradlern mit anspruchsvollem Gerätepark genug Energie zu bieten. Als unter Zeitdruck gebasteltes Gerät zeigte es als einziges im Test aber auch die Nachteile der Selbstbaulösung: Ein entschuldbarer Flüchtigkeits-Fehler im Gehäuse machte es notwendig, kurz nochmal zum Lötkolben zu greifen und ein Kabel wieder anzulöten.

Während der Forumslader groß, schwer und für den Löt-Anfänger abschreckend ist, versucht der »Minimal«-Lader nur das allernötigste für den Zweck »USB-Spannung« aufzuwenden: Ein Brückengleichrichter aus 4 Schottky-Dioden, ein Glättungs-Kondensator und eine 5,1 Volt/ 5 Watt Zenerdiode. Zusammen mit einer USB-Doppelbuchse und einem Kühlblech für die Zenerdiode wird das ganze mit Epoxidharz in ein kleines Kunststoffgehäuse platziert. Fertig ist das Ladegerät für nur 5 €. Als Variante für mehr Strom bei mittlerem Tempo wird ein nicht-polarisierter Kondensator mit 330 µF in eine der Nabendynamo-Zuleitungen platziert.

Ladeleistung und Tempo

Wie zuvor gezeigt, brauchen die meisten Mobilgeräte zwischen 0,7 und 3 Watt. Das als Beispiel dienende MDA Compact braucht zum Aufladen etwa 2,3 Watt. Ein guter Ladeadapter sollte diese Leistung bei möglichst niedrigem Tempo und bei möglichst gutem Wirkungsgrad bereitstellen. Getestet wurde hier an einem 28″-Laufrad mit SON28 und regelbarem Reibradantrieb. Ein auf 700 mm Durchmesser kalibrierter Fahrrad-Tacho misst die Drehzahl. Am Wechselspannungs-Eingang und am USB-Ausgang wird die Leistung mit je einem Metrahit GMC29s bestimmt. Dank gilt Olaf Schultz, der ein GMC29s zur Verfügung stellte, unabhängige Kontrollmessungen unternahm und immer wieder als Diskussionspartner zur Verfügung stand.

Ab reichlich 20 km/h liefern alle Geräte genug Leistung, um das MDA Compact mit vollem Ladestrom zu versorgen. Wer allerdings häufiger langsamer unterwegs ist, erlebt große Unterschiede: Während die Billig-Lösung »Minimal«-Lader plus Serienkondensator bei 15 km/h immer noch mit vollen 2,2 Watt glänzt, liefert der KE-Charger nur noch die Hälfte und »The Plug« schaltet ganz ab. Bei ToutTerrain vertritt man die Position: Entweder volle 5 Volt oder gar nichts, da manche Verbraucher bei schwankender Spannung Probleme bereiteten. Das E-Werk ist bei mittlerem Tempo das stärkste kommerzielle Gerät und zudem über den gesamten Drehzahlbereich mit Abstand der Effizienz-Sieger bei um die 80 % Wirkungsgrad. Erstaunlicherweise liegt die Minimal-Bastellösung (ohne Serienkondensator) aber nicht so viel schlechter.

Bei den Ladeadaptern mit Akkupuffer betrachten wir zunächst nicht den Fall Nabendynamo-zu-USB sondern Nabendynamo-zu-Akku. Die Geräte wurden dazu geöffnet und Strom und Spannung direkt am Akku gemessen. Beim ADA Bikeconverter mit Akkupuffer ist das zerstörungsfreie Öffnen des Gehäuse nicht möglich – daher bleibt dieses Gerät hier außen vor. Weit überlegen zeigt sich der Forumslader. In der Einstellung »langsam« sorgt er bereits bei 15 km/h für über 3 Watt Ladeleistung am Akku, während die beste kommerzielle Lösung E-Werk mit 4-Zellen NiMH-Akku nur gerade für 2 Watt sorgt. Bei 30 km/h beeindruckt der Forumslader mit 8,5 Watt – das reicht, um auch stromhungrige Geäte für lange Fahrpausen zu versorgen. Die Messungen für das E-Werk gelten nur für den Fall eines leeren Akkupacks im guten Zustand. Die Spannungsbegrenzung auf 5,6 Volt sorgt bei leicht gealterten Akkus mit erhöhtem Innenwiderstand dafür, dass der Ladestrom schnell zusammenbricht und somit weniger Ladeleistung genutzt werden kann. Bezüglich Effizienz kann der Forumslader dem exzellenten E-Werk paroli bieten. Der Dynalader-USB2 entäuscht hingegen mit nur reichlich 50 %.

Nach dem Akku-Laden gilt es, das Entladen zu betrachten. Auch hier schneidet der Forumslader sehr gut ab, indem er die Energie aus dem Akku mit über 85 % am USB-Ausgang verfügbar macht. Der Dynalader weiß diesbezüglich bei geringen Strömen zu gefallen. Der Zzing hingegen entäuscht gerade in diesem Bereich. Um ein voll geladenes Handy oder GPS-Gerät mit 1 Watt zu versorgen, sind hier mehr als anderthalb Watt aus dem Akku nötig. Teil des Problems scheinen hohe Leerlaufverluste zu sein – bei Nichtgebrauch sollte das Zzing unverzüglich abgeschaltet werden.

Bremser im Leerlauf

Bis auf den Forumslader haben die hier getesten Adapter keinen Schalter, um sie vom Nabendynamo zu trennen, wenn sie nicht gebraucht werden. Wer ein Gerät zur GPS-Navigation am Lenker betreibt, kommt selten in diese Situation. Wer nur gelegentlich etwas auflädt, sollte hingegen schon versuchen, unnötige Leerlaufverluste nach Beenden dieses Vorgangs zu vermeiden. Beim E-Werk ist dies allerdings unnötig. Auch bei schneller Fahrt bleiben die Verluste stets unter 0,1 Watt. Der KE-Charger bleibt mit maximal 0,4 Watt auch noch im vernachlässigbaren Bereich. Bei den anderen Adaptern sollte man über das Nachrüsten eines Schalters auf dem Weg zum Nabendynamo nachdenken.

Lichtstrom

Radreisen finden selten bei Dunkelheit statt – Ausnahmen bestätigen die Regel. Die deutsche StVZO erlaubt es nicht, dass nennenswerte Zusatzverbraucher parallel zur Lichtanlage betrieben werden und die Lichtausbeute reduzieren. Zzing, ThePlug, KE-Charger und Forumslader stellen dementsprechend auch konsequent die Stromaufnahme ein, wenn parallel geleuchtet wird. Der Pedalpower+ lädt mit Licht auch nur noch im homöopatischen Umfang. Wer parallel zur Lichtanlage noch nennenswert Ladestrom braucht, ist mit der »Minimal«-Lösung ohne Serienkondensator gut bedient. Ein Edelux-Scheinwerfer erreicht so noch etwa 20 statt 60 Lux. Auch E-Werk und Dynalader Direkt sind für diese Nutzung noch überlegenswert.

Leistungsreduktion »delux«

Seit Januar 2010 ist der kleine, leichte, verlustarme Nabendynamo SONdelux auch für 28″-Räder zugelassen. Ein Teil seiner geringeren Verluste ist aber auch geringerer elektrischer Leistung bei Langsamfahrt geschuldet. Was bedeutet das für die Ladeadapter? Eine Auswahl wurde bei sonst unverändertem Setup mit einem Laufrad mit SONdelux vermessen. Die geringsten Unterschiede zum SON28-Betrieb gibt es bei Nutzung der »Minimal«-Lösung mit Serienkondensator. Ab Tempo 15 steht auch mit SONdelux volle Leistung zum Laden eines MDA Compact bereit. Beim E-Werk sind ab etwa 20 km/h keine Unterschiede mehr da. Der Dynalader Direkt liefert am SONdelux sogar bei höherem Tempo mehr Leistung als am SON28. Beim KE-Charger hingegen sinkt die ohnehin geringe Leistung bei mittlerem Tempo noch weiter ab.

Beim Forumslader mit seinen immensen Reserven sollte für den Durchschnittsnutzer im »langsam«-Mode kein Unterschied durch die Dynamowahl festzustellen sein. Bei mehr als 24 km/h ist der Ladestrom beim SONdelux sogar höher. Auch bei der Kombination E-Werk mit Akkupuffer ist der Unterschied gering. Die etwas geringere Ladeleistung lässt sich z. T. auch durch höhere Fahrgeschwindigkeit mit dem verlustärmeren Generator ausgleichen.

HighSpeed = HighPower

Was passiert bei sehr schneller Fahrt? Elektronische Bauteile reagieren sehr empfindlich auf zu hohe Spannungen. Hochwertige Nabendynamos geben bereits bei Tempo 50 Spitzenspannungen von bis zu 100 Volt ab. Um die Auswirkungen auf die Ladeadapter zu testen, wurden diese für jeweils 5 Minuten ohne angeschlossenen Verbraucher an einem SON28 bei 85 km/h betrieben. Dabei gab es keine Ausfälle zu beklagen. Die meisten schalten sich ganz oder teilweise ab.

Das E-Werk wird mit eindrucksvollen »bis zu 16 Watt« beworben und liefert in höchster Einstellung 13,3 Volt. Das sollte reichen, um gängige Note- oder Netbooks mit 3- bzw. 6-Zellen-Akkupacks aufzuladen. Zum Versuch stand ein HP NC6000 Business-Notebook parat. Hiermit kann bis zu höchster denkbarer Downhill-Geschwindigkeit volle verfügbare Leistung aus dem E-Werk entnommen werden. Bis Tempo 30 entspricht die Ladeleistung recht genau dem oben betrachteten Fall der Aufladung von 4 NiMH-Zellen. Danach steigt die Leistung weiter linear mit der Drehzahl an. Bei 85 km/h kann man immerhin mit 14,4 Watt laden – leider fährt man selten so schnell …

Fazit

Der tagsüber ungenutzte Nabendynamo kann bei längeren Radtouren mit Navigationsgerät sehr gut zum Stillen dessen Energie-Hunger dienen. Größere Ausfälle zeigte keines der Testmuster. Am meisten Möglichkeiten bieten die teuren bzw. aufwändigen Lösungen E-Werk und Forumslader. Bei schmalem Geldbeutel, Nutzung ausschließlich mit einem der unproblematischeren Smartphones (z. B. die HTC-Modelle) und geringer Bastelfreude sind Dynalader Direkt und ADA Bikeconverter attraktive Lösungen. Das zusätzliche Betreiben eines Akkupuffer sollte vermieden werden, da es weitere Verluste, Gewicht, Kosten und Platzprobleme mit sich bringen kann. Nur wenn die anzuschließenden Mobilgeräte nicht anders arbeiten, sollte man diese Lösung verfolgen. Bevor man sich aber in Unkosten stürzt, empfiehlt es sich über den schnellen und kostengünstigen Nachbau der »Minimal«-Lösung nachzudenken. Die Verantwortung, auf gute Kühlung der Zenerdiode, Schutz vor Kurzschlüssen und korrekte Polung zu achten, kann man dabei aber nicht abgeben. In jedem Fall bleibt ein Restrisiko für Schäden am angeschlossenen Mobilgerät. Allein das Gerüttel am Fahrradlenker, ein ständig an der Ladebuchse des Handy herumwackelnder Ladestecker, Sonne, Regen, Stürze bergen die Gefahr, dass das Mobilgerät schnell einen mechanischen Schaden erleidet.

Abschließend bleibt noch die philosophische Frage, ob Radreisen und ein Park an ständig ablenkenden Geräten überhaupt zusammenpassen. Der Versuchung via Handy stets erreichbar zu sein oder via mobilem Internet »mal schnell« Mails zu checken, sollte man eigentlich widerstehen. Wenn das Navigieren nach GPS auch entspannen mag, da man sich kaum noch verfährt, nimmt es einem auch Flexibilität und den »Blick aufs Ganze«, den einem die klassiche Landkarte bietet.