Wartung/C- Rotor

[Cyclone]

Hallo zusammen,

gespannt verfolge ich die Diskussion rund um den C- Rotor. Ich bin auf der Suche nach eine Möglichkeit ein sog. „geophysikalischen Sferics“ Projekt mit Energie zu versorgen.

Geophysikalischen Sferics sind natürliche elektromagnetische Wellen im sehr langwelligen Spektrum.
Deshalb bedient man sich meistens eine „Ferritstab“ Antenne, um diese Wellen zu empfangen.

Mir schwebt ein Projekt vor, das über einen sehr langen Zeitraum (10 Jahre+) Daten sammelt. Um von dem
allgemeinen „ElektroSmog“ nicht beeinträchtig zu sein, soll das Projekt in Island durchgeführt werden.
Die Daten werden über einen Zeitraum gesammelt grob verdichtet und dann über Kurzwellenfunk übertragen.

Benötigt werden ca. 500mW permanent und während der Datenübertragen an die 2 W. Für die Stromversorgung
möchte ich Solarzellen sowie den C- Rotor einsetzen.

Da das Projekt abgeschieden, sozusagen mitten im „nichts“ platziert ist, ist das Thema Wartung sehr wichtig.
Deshalb meine Frage an das Forum hier. Es es möglich einen ca. 50 cm C- Rotor zu konstruieren, der über
einen Zeitraum von 10 Jahren Wartungsfrei arbeitet ? Knackpunkte sind sicherlich Verschleiss der Lager,
Materialermüdung aufgrund der Fliehkräfte, Sturm, etc.

gruss,
Cyclone

[jb79]

Hallo und Willkommen!

Langzeiterfahrungen mit dem aktuellen C- Rotor gibts noch keine, er scheint aber recht robust zu sein, wie Bernd's neuester Prototyp erst bewiesen hat.
Als Schwachstellen sehe ich genau wie du die Lagerung und eventuell Materialermüdung, außerdem noch die Elektronik für das Ganze bzw.
Der C- Rotor ist allerdings ein eher langsamlaufender Rotor, darum treten nicht so extreme Fliehkräfte auf.
Sturm hat ja schon Bernd's halbfertiger Aufbau recht gut überstanden, ein gut konstruierter Mast mit 2-3m auf einem stabilen (Beton)fundament sollte eigentlich lange genug halten.
10 Jahre ohne Wartung halte ich aber für unmöglich, bei jeder Installation denke man sollte da schon 1x im Jahr vorbeischauen.
Würde eventuell noch Meßwerte von der Stromversorgung nehmen bzw. die Leistung mitloggen, die Solarpanel und Windrad liefern bzw. der Aufbau verbraucht.
Dann kann man mögliche Ausfälle wegen Ausfall des Windrades oder des Solarpanels und darauffolgender Entladung der Batterie eventuell vorhersehen und doch eine Wartung durchführen.
Wenns wirklich in der Wildnis steht muß man auch immer mit irgendwelchen Getier rechnen das zerstörerische Tendenzen an den Tag legen könnte.

Wie schauts mit Wind in Island aus?

[Cyclone]

Hallo jb79,

vielen Dank für deine Anmerkungen. Stimme dir zu, Messwerte (Drehzahl, Leistung, etc) werde ich ebenso mitloggen und auswerten.

Wind gibt es in Island in rauen Mengen, das ganze Jahr über. Deshalb auch die Idee mit dem C- Rotor als Stromversorgung. Denn Sonne, wenn sie denn auch durch die Wolken kommt, hat aufgrund der geographische Lage (ca. 200 Km von Grönlands Küste entfernt) nur noch sehr wenig Leistung. Das verwenden von Windenergie zwingt sich geradezu an. Als weiteres Problem könnte Schnee sein, bzw. ein Schneesturm sein.

Sämtliche elektronischen Systeme würde ich mindestens doppelt dimensionieren, um so das Ausfallrisiko zu reduzieren. Kopfzerbrechen macht mir aber der mechanische Verschleiss.

Ich glaube ich werde mal „klein“ anfangen. Ich baue gerade den 50cm Rotor nach zusammen mit dem Nabendynamo. War letztens mein Händler um die Ecke und habe mir ein paar Dynamos zeigen lassen. Leider hatte er das Shimano DH-3N71 nicht vorrätig. Ich hatte ein SON Modell in der Hand und muss sagen, dass selbst das rotieren in der Hand gar nicht so leicht geht. Kann mir so auf Anhieb gar nicht vorstellen, dass ein Rotor das Nabendynamo drehen kann. Ich werde es aber einfach ausprobieren.

Sollte es tatsächlich funktionieren, stelle ich den Rotor irgendwo in die Alpen, auf etwa 3500 m ü. M. auf, denn dort herrschen Wettertechnisch ähnliche Bedingungen wie in Island. Mal sehen, ob und wie lange der Rotor hält.

Für Anmerkungen bzw. Ideen bin ich dankbar.

[Bernd]

Hallo Cyclone, auch von mir ein herzliches Willkommen hier im Forum.
Der von Dir bereits "getestete" SON- Nabendynamo ist so ziemlich das edelste das man derzeit
erwerben kann. Ich selber hatte noch nicht das Glück einen solchen Dynamo mal "Probdrehen"
zu dürfen, aber nach den Werten aus divesen Test sollte er vergleichweise sehr leicht zu drehen sein.
Hattest du die Gelegenheit als Vergleich einige andere Nabendynamos zu drehen ?

Was das schwer zu Drehen anbelangt, da unterliegt unsere menschliche Beurteilung gerne einer Täuschung.
Du hast ja den Nabendynamo an der kleinen 10mm Achse gedreht, bzw. diese zu diesem Zweck fest
gehalten. Wenn man an der Achse einen Hebel anbringt, empfindet man das ganz anders. Wenn ich den
50cm Rotor mit Dynamo drehe, dann fühlt sich das schon viel viel leichter an. Es ist sogar so das
ich den Rotor dann durch pusten in einen Flügel zum Andrehen bringe. Der Ladebeginn mit einem gesplitteten
12V Akku (zwei auf 12V verbundene 6V Akkus) liegt bei unserem Versuchsrotor dank Verdopplerschaltung (extrem
simpel und daher auch unempfindlich) bei nur ca. 2,5m/s.

Ich persönlich kann mir durchaus eine Haltbarkeit OHNE Wartung von 10 Jahren vorstellen, das ist ganz
einfach eine Frage der Auslegung der Komponenten. Natürlich müsste dann alles grosszügig überdimensioniert
werden. Insbesondere die Lagerung ist dann gut zu überdenken und entsprechend auszuführen. Hier dürfen
nur hochwertigste Lager mit Langzeitstabilität zum Einsatz kommen. Die Flügel bekommt man, bei der
Auswahl der richtigen Materialien, sicher auch langfristig haltbar. Man kann durch entsprechende Versteifungen
dann auch eine gute Strumfestigkeit erzeugen, es muss ja in diesem Fall nicht gut aussehen, nur halten.

Problematisch sehe ich da eher das Speichermedium, also den Akku. Mir ist kein Akkutyp bekannt der
problemlos 10 Jahre überstehen würde.
Im Generator drehen sich sehr starke magnetische Felder die zum Teil auch ausserhalb wirken. Würde das
deine Messreihe nicht beeinflussen ?

Grüsse

Bernd

[Cyclone]

Hallo Bernd,

ich konnte leider nicht wirklich vergleichen, der Händler hatte nur den SON auf Lager.
Die Teile sind schon sehr teuer. Ich habe unterdessen den Shimano DH-3N71
bei Ebay organisiert. Gleichzeitig war ich heute im Baumarkt um das nötige
Material für einen Prototyp zu organisieren. Werde es wohl mit eine 3mm PVC
Folie probieren. Laut Beschreibung kann man die auch thermisch bearbeiten.
Mal sehen ob das klappt.

Das mit dem Akku ist tatsächlich ein Problem. Evtl. könnte so etwas gehen :

http://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ei ... kkumulator

"Je nach Bauart ist eine Ladung auf 90 % innerhalb von fünf Minuten möglich.
Beim „1 C Cycling“ ist seine Impedanz (ca. 15 mOhm für den Zelltyp 18650, das heißt mit
18 mm Durchmesser und 65 mm Länge[3]) selbst nach 4000 Zyklen quasi unverändert. "

Oder eben davon ausgehen, dass es in Island immer Wind gibt und die Energie in Kondensatoren
zwischen speichern.

Gute Idee mit den Störungen durch die Magnetfelder im Generator. Ich werde einfach mal
einen Ferritstab nehmen, bisschen Draht umwickeln und an einen Spectrum Analyzer anschließen.
Mal sehen was da so empfangen wird.

Die mechanische Beanspruchung der Lager dürfte der Knackpunkt sein. Gibt es derzeit Lager die
über einen so langen Zeitraum nicht gewartet werden müssen ?

grüsse,
Cyclone

[Bernd]

Hi Cyclone

Werde es wohl mit eine 3mm PVC
Folie probieren. Laut Beschreibung kann man die auch thermisch bearbeiten.
Mal sehen ob das klappt.

Genau aus diesen PVC-Hartschaumplatten habe ich unseren Prototypen (weiss-gelb) konstruiert.
Das beste ist wenn du dir zunächst eine Form baust über die du die zuvor erwärmten Platten
formen kannst. Das Erwärmen klappt hervorragend im Backofen bei 100 Grad oder sehr vorsichtig
mit einem Heißluftfön. Ohne so eine Form wirst du zumindest den Vorflügel nicht vernünftig geformt
bekommen. Alternativ kannst du dir z.B. beim Hornbach Baumarkt Alubleche mit 0,8mm für
einen noch verträglichen Preis besorgen. Für den Langzeiteinsatz sind beide Materialien aber
nicht geeignet. Der Kunststoff ist nicht UV-stabil und das genannte Blech zu dünn. Für erste
Experimente ist es aber genau das richtige.
Bezüglich der Langzeitstabilität von Lagern kann ich Dir leider nichts raten oder erzählen, nur soviel
das die PVC-Platten sicher nicht 10 Jahre halten werden.

Bedenke bei deiner Akkuwahl auch, das ein einfacher Akku keine so komplizierte (und vermutlich
auch empfindliche) Ladeelektronik erfordert wie ein sehr spezieller Akku.
Wie lange sendet denn deine Einrichtung mit 2W an Stück ?

Grüsse

Bernd

[jb79]

Welches Ladeverfahren wird bei den LiFe Akkus angewendet? Laden die ähnlich wie Lipos auch erst mit konstantem Strom und anschließend auf die Maximalspannung?

[Carl von Canstein]

Hallo Cyclone!
Willkommen bei uns im Forum! Es ehrt uns ausserordentlich, dass Du mit unserem optimierten, weiterentwickelten Rotor eine wissenschaftliche Untersuchungsreihe mit Energie versorgen willst!
Dafuer sollst Du von uns jede moegliche Unterstuetzung erhalten.
Was den Langzeitbetrieb mit unserem Rotor betrifft: So in der Form, wie er sich momentan praesentiert, gibt es allerdings keinerlei Aussagen zur Langlebigkeit!
Dennoch kann ich von einem ersten Prototypen noch sehr primitiver Bauart und mit bei weitem bescheideneren Leistungsdaten als bei den aktuellen Ergebnissen gemeinschaftlicher Entwicklungsarbeit (bei der Bernd besonders hervorzuheben ist) berichten, der schon fast 20 Jahre auf den Canaren im Dauerbetrieb laeuft, auch heute noch!
Die Lagerung dort ist ein Lenkungslager von einem Fahrrad, der Rotordurchmesser 1m und 0,50m Fluegelhoehe.
Proportional entsprechen hier die Fluegel also in ihrer Hoehe dem Radius des Rotors.
Das ist sehr wichtig wenn man von periodisch starken Winden ausgeht und der Fluegelbefestigung an nur einem Tragarm.
Die Belastungen durch Fliehkraft und Lastwechsel in der Stroemung koennen bei starken Winden sehr hoch ausfallen, auch bei einem kleinen Rotor mit nur 50cm Durchmesser.
Ein Einsatz in Island wuerde dem Rotor ein hohes Mass an Stabilitaet abverlangen, weshalb ein Rotor 50cm x 50cm sehr gut ausgewuchtet sein muesste und in der Fertigung und Materialwahl besonders StABIL gebaut sein muesste.

Du hast mit der Wahl des Nabendynamos von Shimano einen exellenten Griff getan, nicht nur weil sich hier ein guter Montagepunkt der Tragarmhalterung durch die Aufnahme der Scheibenbremse ergibt.
Wenn Du ueber den Verschraubungen an dieser Stelle noch eine Schutzkappe anbringst, ist das Lager zusaetzlich vor der Witterung geschuetzt und wird wohl auch nicht vereisen.
Die Haltbarkeit der Lager in einem Nabendynamo ist beim Gebrauch mit unserem Rotor fast als unendlich zu betrachten, von daher also fuer den Zeitraum der 10 Jahre der Untersuchung keinerlei Bedenken!
Was die Leistung des Shimano Dynamos betrifft, so hat Bernd bereits mit seiner Studie festgestellt, dass wir damit ein sehr leistungsfaehiges Modell in Haenden halten.
Was die Wahl des Fluegelmaterials betrifft, so wuerde ich zu Aluminium raten, nicht zu duenn und mit Pulverbeschichtung und Schutz gegen elektrolytische Aufloesung in der stark angreifenden Witterung Islands. Die Befestigungspunkte der einzelnen Fluegelteile zueinander wuerde ich unbedingt zusaetzlich noch durch Beschlaege aus gleichen Material (Aluminium) verstaerken, ohne Ruecksicht darauf, dass dadurch geringfuegige Verluste durch verminderte Windschluepfrigkeit entstehen koennten. (Vielleicht genietet, wie der klassische Landrover und zusaetzlich noch verklebt!)
Die Tragarme koennen aus seefestem Bootsbausperrholz nach Tobis Entwurf gefertigt sein, jedoch wuerde ich auf die noch stabilere Ausfuehrung, die auch den Fluegelspant mit einem Schlitz fuer die Aufnahme der Leitflaeche mit in das gesamte Werkstueck aus Bootsbausperrholz integriert vorziehen, zumal dann auch der Vorfluegel um diesen Spant gebogen mit dort befestigt ist, an einer Stelle, wo auch der Zug- und Druckpunkt im Betrieb maximal zur Wirkung kommt. Irgendwo muss da noch eine primitive Zeichnung davon im Forum versteckt sein.
Auch dieses spezielle Sperrholz wuerde ich zusaetzlich noch sorgsam impraegnieren und vor der Witterung schuetzen. Es sollte eine Wandstaerke von mindestens 20mm haben.
Was die Elektrik betrifft, so bin ich ueberfragt, kann jedoch Bernd´s Einschaetzung, dass normale Akkus keine 10 Jahre wartungsfrei durchhalten sehr gut nachvollziehen. Da jedoch so gut wie immer Wind am Einsatzort anzutreffen ist und unser Rotor sowieso schon beim leisesten Lueftchen anspringt, wuerde auch ich mich fuer die Superkondensatoren als Zwischenspeicher interessieren, zumal ja die angeforderte Betriebsdauerleistung sehr bescheiden ausfaellt.
Was ansonsten die Elektrik und Elektronik betrifft, so haben wir hier im Forum ja einige begnadete Mitglieder, die hierzu sicherlich noch manchen wertvollen Beitrag leisten werden.
Gruss, Carl

[Menelaos]

Das Problem mit dem nicht witterungsbeständigen PVC lässt sich ganz einfach beseitigen: Anstreichen.

Wenn die Farbe lichtundurchlässig ist, wird das Material nicht angegriffen und hält ewig. Das mache ich bei meinen Rohrflüglern auch so und während Vergleichsproben schon fast weiß sind, blieben die lackierten Flügel schön elastisch und Farbenfroh auch unter ihrer Schutzschcht.

Gruß
Max

[Cyclone]

Hallo zusammen,

vielen Dank für die Beiträge.

Die Idee mit dem PVC ist ja nur für den Protypen - der im "Garten" beweisen soll,
dass er in der Lage ist ein Nabeldynamo zu bewegen. Mehr nicht. Für ein weiteres Model
würde ich ggf. sogar 1 mm Edelstahl Blech in betracht ziehen. Nächstes Wochenende fange ich
an zu bauen..

Die Dauer der Übertragung ist noch nicht festgelegt. Es ist nicht mal die Art der Modulation
definiert. Im ersten Schritt werde ich mal einen Sender bauen der mit einem
Atmel AVR Tiny ein und ausgeschaltet wird, d.h. CW Modus (Morse Code). Allgemein wird
die Sendung wohl nicht mehr als in paar Minuten täglich sein.

Was mir noch nicht ganz klar ist, ist die "Höhe" der Flügel von der Vorderansicht. Die Draufsicht
ist durch die Excel Arbeitsmappe super beschrieben. Wie hoch sollen die Flügel dein sein, was ist
sinnvoll, gibt es schon ein paar Empfehlungen ?

Vielen Dank nochmal !

Gruss,
Cyclone