Fahrradgenerator

[gwhh]

Hallo @all,

nachdem ich feststellte, dass ein Generator für niedrige Drehzahlen wohl recht aufwendig zu bauen ist, die Überlegung, auf einfache vorhandene Komponenten zurückzugreifen, wie sie etwa ein Fahrradrahmen inkl. Antriebsmechanik bietet.
Der Rahmen würde so positioniert, dass die Tretlagerachse vertikal ausgerichtet ist und hierauf ein Darrieus-Rotor montiert wird.
Das Tretlager ist ausgelegt, um mit den Kräften und Drehzahlen / Drehmoment umzugehen, ebenso, wie die Antriebsmechanik bis hin zur Hinterradfelge.
Bei einer Drehzahl von 1 - 2 U/sec ergibt sich am Hinterradumfang eine Geschwindigkeit von 15 - 30km/h bzw. 4 - 8 m/sec.

Diese Umfangsgeschwindigkeit ist für den Rotor eines Generators recht hoch und dürfte es leicht machen, mit ein paar Magneten und Spulen die verfügbare mechanische Energie umzusetzen, die aussen auf / an der Felge angebracht werden.
Es sollte damit möglich sein, mit wenigen Magneten und Kupfer auszukommen.

Die Ausstattung mit Magneten / Erregerspulen stelle ich mir z.b. folgendermassen vor:
3 Magnete (Neodym) um je 120 Grad versetzt auf dem Rotor.
Der Stator z.b. mit 5 Spulen bestückt, im Bereich eines 120 Grad Sektors, jeweils mit 24 Grad Versatz.
Die Spulen z.b. auf U-Ankern aus Trafoblech, wobei die Schenkel zum Rotor hin ausgerichtet sind.

Damit gibt es 30 Rastpunkte für eine Umdrehung bzw. bei etwa 4 U/min am Hinterrad also 120 Rastpunkte für jede Windrotorumdrehung, was ausreichend verteilt sein dürfte.
Luftspalt kann recht gering sein: vlt. 3 - 5mm.

Sicher kann man Spulen / Magnete weiter verdichten. Das macht aber keinen Sinn, wenn mit der vorgestellten Bestückung die Maximallast der Gesamtkonstruktion (vlt. ca. 500W) bereits erreicht wird.

Die vorgeschlagene Konstruktion und ihre elektrische Leistung lassen sich einfach testen:
man nehme ein Fahrad überkopf auf den Boden und bestücke das Hinterrad mit ein paar Magneten, die mit Tape aufgeklebt werden..
Nun muss man nur noch aussen eine Spule anbringen und anschliessend die Tretkurbel in Drehung versetzen. Die endgültige Leistung ergibt sich dann, indem man die elektrische Leistung der Spule mit der vorgesehenen Anzahl der Erregerspulen multipliziert.
Mit diesem einfachen Arrangement kann man bereits diverse Optimierungen testen: ich denke, dass z.b. Kleintrafos oder Drosseln hervorragende Erregerspulen abgeben, wenn man eine Seite des Eisenkerns heruntertrennt, so dass ein M-Kern übrig bleibt, dessen Schenkel zum Rotor hin gerichtet werden.

Eine Frage noch hier in die Runde: wie groß muss ein Rotor (mit durchströmtem Profil) etwa sein, um 500 W Leistung umsetzen zu können?

ansonsten soweit erst einmal zu dieser Idee..

Grüße / GW

[jb79]

Halo und willkommen bei uns!

Die Frage ist, bei welcher Windstärke willst du 500W haben?
Bei 3m/s muß das Windrad schon recht groß ausfallen (etwa 42m²), bei 20m/s wirds recht kompakt (ca. 0,7m²).

Ein Berechnungstool findest du hier.

[Bernd]

Die Idee mit dem Fahrradgenerator finde ich gut.
Wie GW schon ausführte erreicht man enorm hohe Umfangsgeschwindigkeiten am Hinterrad.
Durch diese hohen Umfangsgeschwindigkeiten wird es sehr leicht (und günstig) diese früh
in hohen Spannungen bei geringen Innenwiderstand eines Generators zu verwandeln.

Gerade wegen der hohen Umfangsgeschwindigkeiten und der durch die Übersetzung geringen
Kräfte am Hinterradumfang, halte ich eine Lösung bei der Magnete eine ferromagnetische
Spule streifen aber für ungeeignet, weil sich wie gesagt das Rastmoment durch den grossen Umfang
und die Übersetzung enorm verstärkt.
Es kommt sicher auf einen Versuch an, aber ich denke das schon ein einziger Magnet an dem
eine Spule "haftet", ein erwünschtes frühzeitiges Andrehen des Windrades sicher verhindern kann.

Wenn nur wenige Spulen/Magnet Kombinationen und diese ohne Leistungsversatz (Drehstrom) verbaut
würden, dann würde es ganz gewiss zu einem starken Rütteln und starker Geräuschentwicklung
an der Konstruktion kommen. Hier sollte man dafür sorgen das die Leistung "smooth" auf dem Umfang
verteilt und entnommen wird.

Ganz prima passt so ein System mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten zu einer Generatorbauform die
kein Rastmoment besitzt. Durch die vergleichsweise enormen Geschwindigkeiten mit denen sich
Spule und Magnete treffen, wären für eine eisenlose Konstruktion gar nicht mal so grossen Spulen
oder so starke Magnete nötig. Auch hier sollte man für eine gleichmässige Leistungsverteilung auf
dem Radumfang sorgen. Ein 1 Phasen Aufbau würde aus dem Rad ein Maschinengewehr machen.

Ich sehe noch ein Problem wenn man tatsächlich den Fahrradrahmen direkt übernimmt, denn im
Bereich des Rahmens werden die Magnete sehr wahrscheinlich auf den selben wirken.

Grüsse

Bernd

[gwhh]

Halo und willkommen bei uns!

Die Frage ist, bei welcher Windstärke willst du 500W haben?
Bei 3m/s muß das Windrad schon recht groß ausfallen (etwa 42m²), bei 20m/s wirds recht kompakt (ca. 0,7m²).

Ein Berechnungstool findest du hier.

Hi Jürgen,

Dank für die Info.
Lässt sich irgendwo das Windprofil einer Region ermitteln?
Die Wetterdienste verweigern solche Auskünfte (Windstatistik) ja weitgehend.

Mit einer durchschnittlichen Windstärke von 4m/sec kommt man ja nicht weit.
Somit stellt sich die Frage: wie häufig hat man 10m/sec oder mehr?

Grüsse / GW

[andreas]

Hallo GW,

bei www.windfinder.com findest Du solche Windprofile.

MfG. Andreas

[Bernd]

Bei einem 0815 Standort kann man ohne weitere Recherche erst mal grob von 3m/s im
Jahresdurchschnit ausgehen.
Nur ganz wenige exponierte Lagen werden deutlich mehr erbringen.

Grüsse

Bernd

[gwhh]

Hi Bernd,

ich glaube nicht, dass die Zahl der Rastpunkte zu klein ist: das sind ja immerhin 60 auf eine Umdrehung des Wind-Rotors.
Ich würde das erstmal testen (das nötige Anlaufdrehmoment). Dann kann man ggf. immer noch die Zahl der Magnet / Spulen auffächern. Zum Testen brauchst du nur einen Magneten und eine Spule anbringen.
Gilt auch, um diverse elektrische Basiswerte / Ergebnisse zu ermitteln.

Ein Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, dass es kein Scheibenläufer ist, sondern die Erregerspulen aussen am Umfang angebracht werden. Die hier wirkenden Kräfte verursachen damit kein Flattern des Rades, sondern sollten bei ordentlicher Lagerung komplett durch die Konstruktion abgefangen werden.
Somit wäre auch eine Einphasenschaltung kein Problem.

Grüße / GW

[Bernd]

...Somit wäre auch eine Einphasenschaltung kein Problem.

Das Problem eines 1 Phasengenerators liegt an anderer Stelle, kann man mehrfach im Forum nachlesen.
Es sind die ständig auf- und abschwellenden Kraftimpulse mit Nulldurchlauf die ein 1 Phasen Generator in
das System induziert. Da hört man jede Amplitude.

Grüsse

Bernd

[gwhh]

Bei einem 0815 Standort kann man ohne weitere Recherche erst mal grob von 3m/s im
Jahresdurchschnit ausgehen.
Nur ganz wenige exponierte Lagen werden deutlich mehr erbringen.

Hierbei stellt sich die große Frage: wie werden solche Durchschnittswerte ermittelt / errechnet und was bringt mir der Mittelwert?

Werde ich nicht 95% meiner Windernte dann einfahren, wenn ich Windstärken zwischen 10 - 20m/sec habe?
Macht es dann Sinn, dass ich mich um die 75% Wetterlagen kümmere, wenn dies nicht der Fall ist, und wenn ich also die restlichen 5% Ausbeute in den Vordergrund stelle?

Mich würde also interessieren: wie oft habe ich mehr als 10m/sec, wie oft 15m/sec oder 20m/sec?

Grüße / GW

[gwhh]

...Somit wäre auch eine Einphasenschaltung kein Problem.

Das Problem eines 1 Phasengenerators liegt an anderer Stelle, kann man mehrfach im Forum nachlesen.
Es sind die ständig auf- und abschwellenden Kraftimpulse mit Nulldurchlauf die ein 1 Phasen Generator in
das System induziert. Da hört man jede Amplitude.

Damit man aber etwas hören kann, muss sich etwas bewegen können, z.b. durch Lagerspiel, mangelnde Steifigkeit, Fixierung u.dergl..
Das trifft natürlich einen Einscheibengenerator.
Die Fahrradkonstruktion ist aber für große Belastung ausgelegt, z.b. 100kg Gewicht auf der Hinterachse + Stoßbelastung durch Schwellen, Schlaglöcher usw.
Und die erwähnte Konstruktion lässt die Kräfte in genau der Richtung wirken, deren Last die Achse mühelos aufnehmen kann, und - falls in ordentlichem Zustand - ohne Spiel.
Diesbezüglich würde ich mir da keine Sorgen machen.

Grüße / GW