Das IKEA-Windrad

[Andreas_46]

Vorerst mal ein nettes Hallo in die Runde und Gratulation zu diesem tollen Forum!

Folgendes, ich plane den Bau eines einfachen Vertikalrotors. Die wenigen dafür notwendigen Komponenten finden sich in nahezu fertiger Form bei IKEA. Als Generator und Lager soll ein günstiger Shimano DH-3N20 (Nabendynamo) zum Einsatz kommen.

Die 6V/3W sollen dabei möglichst sinnvoll verwertet werden. Am liebsten wäre mir das Laden eines zyklenfesten Blei/Gel-Akkus (12V).

Welche Fertiglösungen bieten sich dafür an?

- Step-Up-Wandler? (z.B. das E-Werk, siehe http://www.bumm.de/index.html?docu/361.htm )
- Trafo mit Gleichrichter? (falls möglich?)
- ???

Besten Dank im Voraus und nette Grüße

Andreas (46)

[Bernd]

Hallo Andreas und herzlich willkommen bei uns im Forum.

Ich bin wie du ein Freund davon Teile zu verwenden die schon nahezu fertig in Regalen liegen und denen
man zuvor ihre neue Nutzung gar nicht zugetraut hätte. Auch ich stöbere da unter anderen gerne
bei IKEA und eines dieser "Bauteile" die ich meine ist z.B. der IKEA Hocker "Frosta". Er besteht aus
extrem festen Multiplexmaterial sowie einer kreisrunden Multiplexscheibe und alles zusammen für nur 8 Euro.

Wenn du vor hast mit einem Nabendynamo 12 V zu laden brauchst du gar keinen Spannungswandler.
Du wirst dich jetzt vielleicht wundern, aber der Nabendynamo kann ohne weiteres direkt 12 V laden.
So hatte ich es auch bei meinem kleinen Wndrad gemacht.
Einzige Voraussetzung ist das das Windrad schnell genug dreht. Ab ca. 1 U/Sekunde beginnt dann schon
der erste Ladestrom in einen 12V Akku zu fliessen. Bei ca. 200 U/min wäre es dann voller Ladestrom.

Es ist natürlich abhängig vom Bautyp deines Windrades, aber z.B bei den häufig verwendten Typen wie
Lenz, Savonius, C-Rotor sollte der Durchmesser des Windrades dafür ca. 50cm betragen.
Eine Höhe von ebenfalls 50cm oder evtl. etwas mehr wäre passend.

Das ganze mit dem direkt 12V laden hat dann sogar noch einen Riesenvorteil. Wir erzielen so nämlich die
doppelte Leistung wie im 6V Betrieb mit Spannungswandler. Bei 12V Direktladung kannst du also mit etwa
6 Watt rechnen anstatt den 3 Watt im 6V Betrieb.
Für das eingesparte Geld kannst du vielleicht noch einen zweiten Dynamo verbauen und hättest dann schon
erstaunliche maximal 12 Watt zu Verfügung.

Falls dein Windrad einen Durchmesser hätte der etwas gross für direkte 12V Ladung wäre, dann könntest
du einen so genannten "Verdoppler" einsetzen. Das ist eine ganz einfache Gleichrichterschaltung die die
Spannung während der Gleichrichtung verdoppelt. Auch das hatte ich schon im Einsatz.

Genug gelabert

Grüsse

Bernd

[jb79]

Hallo Andreas!

Die einfachste Möglichkeit ist ein einfacher Brückengleichrichter, idealerweise aus Schottky (geringere Flußspannung und damit weniger Verluste).
Du könntest auch einen Spannungsverdoppler bauen, ich hab eine Schaltung gebaut, die beides (mit doppeltem Umschalter) kann klick.
Wie Bernd schon gesagt hat: Bei Nabengeneratoren ist es besser, wenn die Spannung höher und der Strom kleiner ist, das maximiert die entnehmbare Leistung. Besser wäre also eher ein Step-Down Converter (Abwärtswandler)

Wenn du mit höheren Spannungen arbeiten willst, dann einfach gleichrichten (Brückengleichrichter und einen Step-Down (Buck) Converter (z.B. EBAY Nr. 120618654622) verwenden und den auf 13,8-14V einstellen.

[Bernd]

Ein Stepdown Converter ist doch gar nicht unbedingt nötig. Das bräuchte er nur wenn sein Nabendynamo
sehr schnell drehen würde, z.B. hinter einem Getriebe.
Ich vermute aber das er den Dynamo direkt vom Windrad angetrieben verbaut.

Bernd

[Andreas_46]

Servus Bernd, Servus Jürgen

Herzlichen Dank für die netten und echt hilfreichen Antworten. Das hört sich alles sehr vielversprechend an!

Kurz zum Eigenbau des Rotors: In der Küchenabteilung bei IKEA gibt es einen schicken runden kugelgelagerten Drehteller aus Holz, Durchmesser rund 400mm, Holzstärke schätzomativ 12mm. Gleich daneben stapeln sich schöne halbkugelförmige Rührschüsseln aus rostfreiem Stahl, Durchmesser geschätze 300mm, Blechdicke vielleicht 0,5mm.

Ich plane nun drei dieser Rührschüsseln seitlich am Drehteller anzubringen, jeweils um 120Grad versetzt. Prinzip Anemometer, siehe: http://www.orbital.dk/data/images/produ ... r%2001.jpg
Dazu mache ich in den hölzernen Drehteller vom Rand ausgehend einfach drei kreisbogenförmige Einschnitte, vielleicht 100mm tief, mit der Stichsäge. In diese Einschnitte klebe ich dann die Schüsseln mit http://www.pattex.de/Pattex-Montage-Kra ... 495.0.html dauerhaft und bombenfest ein.

Zuletzt entferne ich den Fuß und das Lager des Drehtellers und verschraube die obere Platte mit dem Nabendynamo mittig. Abschließend mache ich den Dynamo mit einer weiteren, kleineren Rührschüssel als Abdeckkuppel wetterfest.

Hoffe ich konnte das Prinzip jetzt einigermaßen erklären und rüberbringen.

Mir ist schon klar dass ein derart einfach aufgebautes Windrad keinen besonders guten Wirkungsgrad liefern wird. Angesichts der einfachen Bauweise würde ich aber trotzdem gerne wissen ob bei diesem Konzept überhaupt Aussicht auf Erfolg besteht?

Nochmals besten Dank und nette Grüße aus Wien

Andreas (46)

[Bernd]

Da der Nabendynamo auch nicht gerade ein Ausburt an Leistung ist schätze ich mal könnte das
schon klappen mit deinen Dynamo Anemometer. Du solltest aber schauen ob die Lagerung des
Küchenuntensils etwas ist das auch einige Monate in der Witterung überleben kann.
Ein Anemometer dreht langsamer als die sonst üblichen Windradbauformen.
Wenn deine Schüssel also noch sagen wir mal jeweils 20cm auf jeder Seite über den inneren
Bereich von 40cm Durchmesser hinaus ragen, dann hätte das ganze ca. 0,8m Durchmesser.

Um da auf die benötigten Drehzahlen zu kommen um mit dem Nabendynamo einen 12 V Akku
zu laden wirst du um den Einsatz der Verdopplerschaltung leider nicht herum kommen.

Grüsse

Bernd

[Andreas_46]

Danke Bernd

Das originale Lager des Drehtellers würde ich nur belassen falls der Dynamo überhaupt keinen Sinn machen würde. Das Ganze wäre dann lediglich ein "Windspiel", siehe oben.

Verstehe, Du meinst also ich brauche ausreichend Drehzahl. Mit einem Wort: mit den Schalen möglichst eng zusammen damit der Gesamtdurchmesser nicht allzu groß wird. Sprich die gekrümmten Schlitze ins Holz möglichst tief. Ich hoffe nur das Drehmoment reicht dann aus?

Mal angenommen es reicht und der Dynamo liefert genug um direkt 12V zu laden, einen simplen Gleichrichter brauchen ich dann aber trotzdem, oder?

Danke und Grüße

Andreas

[Bernd]

Achso, hast ja recht, eigentlich stellt ja der Dynamo selber die Lagerung dar.
Die zusätzliche Lagerung der Holzplatte ist also nur eine Option.

Richtig, je näher du die Schalen zur Achsmitte setzt, desto höher wird die Drehzahl ausfallen.
Auch das Drehmoment das durch die Schalen entsteht kann man recht einfach überschläglich
berechnen. Wir brauchen nur den Durchmesser der Schüsseln.

Einen normalen Brückengleichrichter bräuchtest du in jedem Fall, den gibts aber auch fertig
für ganz kleines Geld zu kaufen ( ca. ein, zwei Euro), das sollte kein Problem darstellen.

Grüsse

Bernd

[Andreas_46]

Ok Bernd, Danke

Ich werd mal alle Teile besorgen und dann rechnen wir mal ob das Ganze überhaupt zur Stromerzeugung Sinn macht

Bis dann und nette Grüße

Andreas

[Andreas_46]

So, wie versprochen hab ich nun alles beisammen. Bis auf den Nabendynamo DH-3N20, der ist gerade am Postweg. Hab die Teile nur mal nebeneinander aufgelegt und Naturmaße genommen. Der hölzerne Drehteller hat einen Durchmesser von 39cm. Die drei großen Schüsseln jeweils 28cm, die kleine Schüssel (die dann als Abdeckkappe den Nabendynamo vor Regen schützt) 12cm.



Meine Frage jetzt an Euch: Wie tief soll ich nun die seitlichen Einschnitte mit der Stichsäge machen in die dann die drei Schalen eingeklebt werden?

Und zwar sollen Drehzahl und Drehmoment möglichst gut an den Nabendynamo angepasst sein. Was meint Ihr?

Besten Dank im Voraus

Nette Grüße

Andreas (46)

PS: Das Holz bekommt nach den Sägearbeiten natürlich noch einen wetterfesten Anstrich aus Tiger Bootslack
.