Neue Ladelösungen aus aller Welt – Messehype und Wirklichkeit
von Andreas Oehler
Nach munteren Fortschritten in der Leistungsausbeute von USB-Ladeadaptern
für Nabendynamos in den ersten fünf Jahren nach Beginn der Artikelserie
»Steckdose unterwegs«, hörte man in den letzten zwei Jahren wenig Neues.
Auf der Eurobike 2017 gab es nun aber gleich drei spannende neue Produkte
zu sehen: Tout Terrain präsentierte »The Plug V«, NC17 hatte den
»AppCon3000« dabei und Neco zeigte stolz einen
15-Watt-Drehstrom-Nabendynamo für USB-Versorgung namens »Rove«. Alle drei
beinhalten eine Powerbank im Gabelschaftrohr und geben eine hohe
Ladeleistung an. Jeder der drei Hersteller verspricht, wesentlich mehr zu
bieten als jedes zuvor am Markt angebotene Produkt, sowohl elektrisch als
auch mechanisch. Muster wurden Fahrradzukunft für Anfang Oktober 2017
zugesagt. Wir bereiteten somit alles für einen neuen Test vor.
Bild 1: The Plug V von Tout Terrain aus Gundelfingen: Mittels drehbarem
Aluminium-Ring lässt sich der USB-C-Anschluss bei Nichtbenutzung perfekt
abdichten. The Plug V beinhaltet einen im Gabelschaftrohr fest verbauten
Pufferakku und bietet laut Hersteller deutlich mehr Leistung vom
Nabendynamo bei langsamer Fahrt als das Vorgängermodell Plug 3.
Von: Tout Terrain
Bild 2: AppConn3000 von NC17 aus Köln: Leicht lässt sich das Gerät mit
integrierter 2.000-mAh-Powerbank aus der Hülse im Gabelschaftrohr
entnehmen. Die Verbindung zum Nabendynamo und zu USB-Verbrauchern
erfolgt über kurze Kabel mit Steckverbindungen. Laut Hersteller ist das
Gerät leistungsstärker als das Vorgängermodell Dynamo Harvester Plus.
Von: NC17
Bild 3: Werbung auf der Eurobike 2017 für den Neco Rove aus Taiwan: Eine
USB-Ladelösung, die eindrucksvolle 15 Watt schon bei 12 km/h aus dem
bulligen Nabendynamo zu liefern verspricht.
Von Neco aus Taiwan kam nach der Eurobike keinerlei Reaktion auf E-Mail-
Anfragen. Der deutsche Importeur Messingschlager hatte zur Messe exakt
zwei Mustergeräte erhalten und diese umgehend an Fahrradhändler
weitergegeben. Wie es mit dem Rove-System und seinem Vertrieb in Europa
weitergeht, sei aber nicht klar. Von NC17 hieß es, die Prototypen des
Appcon3000 seien doch noch nicht weit genug gediehen um sie uns zu geben.
Tout Terrain antwortet sehr zurückhaltend und will momentan (Stand
Dezember 2017) kein Muster liefern. Ohne ein einziges Testmuster hätte der
Artikel nun hier enden müssen.
Nun ergab sich aber, dass eines der Muster des Neco Rove in die Hände von
Fahrradzukunft-Leser Horst Koschuta geraten war, der es uns dankenswerter
Weise zum Test zur Verfügung stellte. Dann lief uns der chinesische Zjego
Reibraddynamo mit USB-Ausgang und integriertem Pufferakku zu. Hinzu kam
das Angebot von Kai Stollberg, seinen aktuellen »Dynalader Digital« zu
testen – der Name ist noch bekannt aus dem ersten Artikel der Serie.
Bild 4: Zjego USB Generator: Für 23 € bei Amazon angebotener
Reibraddynamo mit zwei USB-Anschlüssen und Pufferakku.
Bild 5: Dynalader Digital von Stollberg Elektrotechnik: Robustes
Metall-Gehäuse und Industrie-Steckverbinder.
Statt drei real käuflichen High-End-Systemen zum Einbau in die Gabel
testen wir nun somit einen aufwändigen taiwanesischen Prototyp mit völlig
unklarer Zukunft, ein billiges Reibrad-Schnäppchen aus dem Internet-Handel
und eine seriöse, regulär käufliche Ladeschaltung eines kleinen deutschen
Elektronik-Entwicklers – alle drei mit integriertem Pufferakku.
Neco Rove – der erste getriebelose Drehstrom-Nabendynamo mit USB-Ausgang
Bild 6: Das Neco Rove-System besteht aus dem Drehstrom-Nabendynamo,
einem Kunststoff-Kästchen mit Gleichricher und Spannungswandler sowie
einer Hülse zur Montage im Gabelschaftrohr mit daraus entnehmbarer
Powerbank.
Bild 7: Neco Drehstrom-Nabendynamo offen. 20 NdFeB-Magnete rotieren um
einen Stator mit 18 Polen.
Bislang kennt man Neco als Hersteller preiswerter aber brauchbarer
Tretlager, Steuerlager und Pedale aus Taiwan. Für einen Neueinsteiger im
Bereich Fahrrad-Elektrik ist der Nabendynamo durchaus beeindruckend: In
der ansprechend gerundeten Nabenhülse mit Bremsscheibenaufnahme sitzt ein
Stahlrohr und darin finden sich eingeklebt 20
Neodym-Eisen-Bor-Quadermagnete dicht an dicht nebeneinander. Der Stator um
den diese rotieren basiert auf 44 gestapelten Generatorblech-Sternen mit
18 Wicklungen. Jeweils 6 Wicklungen sind in Reihe geschaltet, als
Sternschaltung verbunden und in einem dreiadrigen Kabel dicht neben der
Achse nach außen geführt. Beim Öffnen der Nabe oder auch nur beim
Montieren des Laufrad in einer Gabel besteht so leider ein hohes Risiko
das Kabel abzuscheren. Der Nabendynamo wiegt 933 Gramm – doppelt so viel
wie ein SON28 und schwerer als selbst ein billiger Shimano DH-3N20. Der
Stator enthält eben – typisch für diese Bauform – relativ viel schweren
Stahl und Kupfer. Wenn man die Achse ohne angeschlossene Last dreht, fühlt
man nur geringe Rastmomente.
Bild 8: Vorschalt-Elektronik mit Gleichrichter, Glättungskondensator und
Schaltregler.
Die drei Phasen des Drehstrom werden mit sechs simplen 1N4007
Silizium-Dioden gleichgerichtet und in einem 1.000-µF-Kondensator
gepuffert. Als Step-Down-Wandler dient ein mit AH8663 gekennzeichneter
chinesischer Baustein. Die wenigen verfügbaren Informationen dazu lauten:
4,5–55 Volt Eingangsspannung, maximal 3 Ampere Ausgangsstrom,
Kurzschlussschutz, Soft-Start und ein Wirkungsgrad von bis zu 92 %. Der
Wandler ist somit prinzipiell in der Lage, wie beworben bis zu 15 Watt an
5 Volt zu liefern.
Speist man den Eingangselko mit 10–20 Volt Gleichspannung, so lassen sich
bei 5–10 Watt Eingangsleistung auch wirklich Wirkungsgrade um die 90 % in
Richtung des 5-Volt-Ausgangs messen. Bei Betrieb am Nabendynamo kommen
dazu aber noch die Verluste des Gleichrichter.
Die Neco Powerbank besteht aus einem zylindrischen Aluminiumgehäuse mit 20 mm Durchmesser und 90 mm Länge. Als Kapazität nennt der Hersteller 3.000 mAh. Vermutlich befindet sich eine 18650 Lithium-Ionen-Zelle im Gehäuse.
Auf der unteren Stirnseite findet man zwei konzentrische Kontaktringe –
worüber federnde Kontakte in der ins Gabelschaftrohr montierten
Aluminiumhülse die 5 Volt vom Ausgang des Schaltreglers zur Powerbank
leiten. Auf der nach oben weisenden Stirnseite gibt es eine USB-A-Buchse
zum Anschluss von Verbrauchern und daneben eine Mikro-USB-Buchse zum
optionalen Aufladen per Netzteil. Im Inneren scheint es blinkende
Status-LEDs zu geben, die aber bei eingestecktem USB-Kabel nicht mehr
erkennbar sind. Leider sind die elektrischen Eigenschaften enttäuschend:
Die Powerbank nimmt maximal 1,1 Ampere Ladestrom auf und liefert nur
maximal 0,5 Ampere am Ausgang. Zudem schaltet sie den USB-Ausgang aus,
während sie aufgeladen wird. Mit dieser Powerbank läßt sich das ganze Neco
Rove-System nicht sinnvoll nutzen. Nötig ist eine Powerbank, die höhere
Ein- und Ausgangsströme sowie den gleichzeitigen Betrieb von Ein- und
Ausgang ermöglicht. Wir haben versuchsweise eine preisgünstige Intenso
S10000 angeschlossen, die 2.1 Ampere an Ein- und Ausgang zulässt. Damit
lässt sich deutlich mehr Leistung vom Nabendynamo ernten und es ist echter
Pufferbetrieb mit gleichzeitigem Laden und Entladen möglich.
Zjego USB – der knallgrüne Reibraddynamo für 23 €
Bild 9: Zjego Reibraddynamo mit abgenommenem Deckel, zwei USB-Buchsen,
roter Betriebs-LED und Akkupack unter dem Generator.
#Bild 10: Reibraddynamo offen. Um den 9-poligen, geblechten
Drehstrom-Stator rotiert ein Magnetring aus kunststoffgebundenem NdFeB.
Dazu zwei Lithium-Polymer-Zellen, ein profiliertes Kunststoffreibrad und
eine weiche Gummi-Kappe.
Das leuchtend grüne Kunststoffgehäuse des Zjego Reibraddynamo wirkt nicht
sehr vertrauenerweckend. Die Einrück-Mechanik ist den Union-Dynamos der
späten 70er Jahre nachempfunden. Als Generator wird aber nicht der
klassische, einphasige Klauenpolgenerator verwendet sondern ein winziger,
flacher Drehstromgenerator. Gelagert ist er in zwei Gleitlagerbuchsen, die
im Stator und oben im Kunststoffgehäuse angeordnet sind. Direkt unter dem
Generator – und damit leider auch direkt der ungesunden Abwärme ausgesetzt – sitzt der Pufferakku aus zwei Lithium-Polymer-»Tütenzellen« mit 1.000 mAh nomineller Kapazität in Reihenschaltung. Der Generator liefert bis zu
3,7 Watt in den Puffer. An den beiden USB-Buchsen kann insgesamt maximal 5 Watt entnommen werden. Mit 145 Gramm ist er nicht schwerer als klassische
Reibraddynamos.
Mit der weichen Gummikappe läuft der Dynamo verglichen mit billigen
Reibraddynamos recht geräuscharm. Nimmt man die Kappe ab und lässt das
profilierte Kunststoffreibrad auf dem Reifen laufen, wird das Geräusch
ähnlich unangenehm wie man das von schlechten Dynamos kennt.
Dynalader Digital – robustes Metallkästchen mit fettem Pufferakku
Bild 11: Dynalader Digital – große Taster für’s Ein- und Ausschalten,
blaue Status-LED. Die drei Lithium-Ionen-Zellen sind fest eingelötet.
Alle größeren Bauteile sind zusätzlich mit Heißkleber gegen
Erschütterungen gesichert. Der Nabendynamo wird über einen einrastenden
Industriestecker angeschlossen.
Der Dynalader hat mit drei 18650-Zellen insgesamt 24 Wh Pufferkapazität.
Fernöstliche Powerbank-Hersteller würden schlechteres mit »10.000 mAh«
bewerben. Die Zellen sorgen zusammen mit dem stabilen, etwas über
Zigarettenschachtel großen Gehäuse aber auch für 315 Gramm Gewicht. Zwei
in Reihe geschaltete 470-µF-Kondensatoren die per Relais in die
Zugangsleitung geschaltet werden, sorgen für ordentliche Ladeleistung an
herkömmlichen Nabendynamos. Der Hersteller gibt einen Ladebeginn ab 12 km/h und maximal 6,8 Watt Ladeleistung an. Die Status-LED signalisiert nur
ob geladen wird oder nicht. Informationen, wie viel Ladung noch im Akku
schlummert, gibt es nicht. Das Gehäuse sieht keine Befestigung am Fahrrad
vor. Sinnvoll erscheint die Nutzung in einer Lenkertasche. Erhältlich ist
das Gerät im Direktvertrieb für 129 €.
Prüfaufbau und Messergebnisse
Vermessen wurde die Dynamos und die daran angeschlossene Ladeelektronik
auf dem Ausroll-Prüfstand bei Schmidt Maschinenbau in Tübingen. Damit kann
die mechanische Antriebsleistung und die elektrische Ausgangsleistung von
Dynamos vermessen werden. Der Neco Rove und der SON28 (mit angeschlossenem
Dynalader Digital) konnten uneingespeicht vermessen werden. Der Zjego
Reibraddynamo lief an einem 28″-Laufrad mit Schwalbe One-Reifen der
Dimension 28-622. Die elektrische Ausgangsleistung der Dynamos sowie die
Lade-/Entladeleistung in den Pufferakku des Ladeadapter wird mit jeweils
einem GMC Metrahit 29S gemessen. Als USB-Verbraucher wird die
programmierbare elektronische Last Array 3711A verwendet. Sie ermöglicht
es, die USB-Verbrauchsleistung auf 0,1 Watt genau einzustellen sowie
Spannung und Strom zu messen.
Bild 12: Prüfstandsaufbau mit angetriebenem Laufrad, Leistungsmessgerät
und elektronischer Last.
Bild 13: Ladeleistung, die ohne angeschlossenen USB-Verbraucher in den
Akku fließt.
Der Dynalader Digital am SON28 zeigt sich bei 15-20 km/h vergleichbar
leistungsstark wie der aktuelle Forumslader, dem leistungsstärksten System
am Markt. Oberhalb von 23 km/h sinkt die Leistungsausbeute des Dynalader
wieder ab. Er ist somit weniger gut als Forumslader oder Dynamo Harvester
Plus dafür geeignet, bei schnellen Abfahrten viel Energie in den Akku zu
holen. Der Ladevorgang startet bei knapp unter 10 km/h. Die Angaben des
Herstellers zur maximalen Ladeleistung können bestätigt werden. Der
Ladevorgang beginnt sogar bei niedrigerem Tempo als beworben. Hut ab vor
solch seriösem Understatement!
Der Zjego Reibraddynamo beginnt mit montierter Gummikappe erst bei knapp
unter 15 km/h zu laden. Um mit besseren Nabendynamo-Ladeadaptern bezüglich
der Ladeleistung mithalten zu können, müsste man ihn laut heulend ohne
Gummikappe betreiben.
Bild 14: Messergebnisse der maximalen dauerhaften Ausgangsleistung am
USB-Anschluss. Es wird so gemessen, dass dabei kein Strom aus oder in
den Akku fließt.
Der Neco Rove Nabendynamo mit Vorschaltelektronik beginnt erst ab 15 km/h
im 28″-Rad nennenswerten Ladestrom zu liefern. Die in der Neco-Werbung
genannten 12 km/h sind somit als die Minimalgeschwindigkeit für einen
Ladevorgang im 26″-Rad zu verstehen. Dort werden dann aber nicht – wie
leicht misszuverstehen – 15 Watt, sondern nur 0,15 Watt geliefert. Erst
bei über 20 km/h kommt man in den Bereich von über 2 Watt, die ein
modernes Smartphone im Betrieb benötigt. Die beworbenen 15 Watt an USB
werden erst bei 50 km/h erreicht. Wenn nun noch eine Powerbank mit
entsprechenden Verlusten nachgeschaltet wird, schneidet das Neco-System
noch entäuschender ab.
Der Dynalader Digital kann hingegen auch große, leistungshungrige
Verbraucher dauerhaft mit 1 Ampere versorgen, wenn man meist mit 20–30 km/h unterwegs ist.
Der Zjego kann zwar kurzfristig 5 Watt aus dem Akku liefern. Da dieser
aber nur mit bis zu 3,7 Watt nachgeladen wird, sind selbst bei schneller
Fahrt maximal 700 mA an USB lieferbar,
Bild 15: Wirkungsgrad bei der Nutzung des USB-Anschlusses ausschließlich
mit Energie aus dem Pufferakku.
Alle hier betrachteten Ladeadapter sind relativ verlustarm wenn es darum
geht, aus dem Pufferakku wieder USB-Spannung für einen Verbraucher zu
generieren. Der billige Zjego hat bei niedrigen Leistungen hier sogar die
Nase vorne. Die Powerbank des ausgeliehenen Neco Rove konnten wir nicht
zerlegen und somit auch nicht vermessen.
Bild 16: Antriebsleistung des Neco Drehstrom-Nabendynamos an
verschiedenen Verbrauchern und im Leerlauf. Zum Vergleich die
Leerlaufleistung verschiedener anderer Nabendynamos. Elektrische
Ladeleistung des Neco Rove in die mitgelieferte Powerbank und zum
Vergleich in eine Intenso S10000.
Der Neco Nabendynamo läuft mit angeschlossenen Verbrauchern bei langsamen
und mittlerem Tempo relativ leicht – weil eben auch wenig elektrische
Leistung erzeugt wird. Der kräftig ladende Dynalader Digital am SON28
bremst bei 15–20 km/h um ein Mehrfaches. Im elektrischen Leerlauf ist der
Neco verlustreicher als hochwertige, herkömmliche Nabendynamos wie SON28
oder Shimano DH-3N80. Bessere Powerbanks wie die Intenso S10000 holen bei
schneller Fahrt deutlich mehr Leistung aus dem Neco als die mitgelieferte.
Bild 17: Antriebsleistung des Zjego Reibraddynamos mit und ohne
Gummikappe.
Der Reibradantrieb ist verlustreich, wie schon das Geräusch vermuten
lässt. Aber auch der Generator arbeitet ineffizient. Bei einer Minute
Betrieb mit 50 km/h werden deshalb Temperaturen über 80°C erreicht, was
dem direkt darunter liegenden Akkupack nicht gut tun wird.
Fazit
Drehstromgeneratoren sind dank ihrer geringeren Rastmomente und der wenig
welligen gleichgerichteten Ausgangsspannung reizvoll am Fahrrad. Wie man
am technisch recht hochwertig ausgeführten Neco Rove sieht, machen die
geringe Leistung bei niedriger Drehzahl und das hohe Gewicht diese Bauform
als getriebeloser Nabendynamo aber wenig reizvoll. Als Reibraddynamo mit
entsprechend hoher Drehzahl hat das ganze aber durchaus Potential, wie der
mechanische sehr einfach aufgebaute Zjego zeigt. Der Dynalader Digital ist
das einzig durchgehend erfreuliche Produkt dieses Tests: Er hat deutlich
mehr Aufmerksamkeit verdient!
Zum Autor
Andreas
Oehler (Jg. 1966) arbeitet als Maschinenbauingenieur beim
Fahrradbeleuchtungshersteller Schmidt Maschinenbau.