Vergleichstest Nabendynamos welcher taugt als Minigenerator?

Re: Vergleichstest Nabendynamos welcher taugt als Minigenerator?

Beitragvon Bernd » Sa 21. Mär 2009, 09:17

Hallo Max,
Beim Nabendynamo ist der Strom bauartbedingt auf ca. 0,6 A begrenzt. Wenn man einen 12V
Akku anschliesst, dann bedeutet das ca. 7W die man dem Akku zuführen kann. Ganz genau
gemessen hab ich es noch nicht.

Die Idee die sehr geringe Spannung die wir beim Direktantrieb des Scootermotors erhalten würden,
mit einem Wandler hoch zu setzen ist an sich gut. Das Problem wird dann aber sein, das der
Scootermotor bei so geringen Drehzahlen auch nur sehr wenig Leistung abgeben kann. Vereinfacht
beträgt die Leistung dem Faktor aus Nutz- und Nenndrehzahl. Wenn der Scootermotor also eine
Nenndrehzahl von 2800 U/min hat, dann beträgt die erzeugte Leistung bei 100U/min nur ein 28tel
der Nennleistung. Tatsächlich ist die Leistung sogar noch geringer, denn ein Motor als Generator
eingesetzt liefert bei Nenndrehzahl eine geringere Nennleistung als auf dem Typenschild steht. So
dürfte der Scootermtoor ca. ein 50tel der aufgedruckten Nennleistung bei 100U/min abgeben können.
Dann kommt noch hinzu das die Leistungskurve bei sehr geringen Drehzahlen nicht gerade verläuft.
Das dürfte die mögliche Leistungsabgabe bei nur 100 U/min weiter drücken. Ich schätze das ein
250 Watt Scootermotor bei 100 U/min auch kaum mehr Leistung abgeben kann als der Nabendynamo,
evtl. sogar weniger, das müsste man ausprobieren.
Bei höheren Drehzahlen verbessert sich dann das Verhältnis zu Gunsten des Scootermotors.
Der Nabendynamo hat übrigens ca. 2 Ohm Innenwiderstand, den des Scootermotors kenne ich
noch nicht, aber ich habe etliche hier rumliegen und werde die mal vermessen. (Stammen aus einem
früheren Projekt eines automatischen Rasenmähers) :)

Positiv wäre das geringere Anlaufmoment zu werten, allerdings würden 0,3V auch erst bei 30 U/min
anstehen, was dann genau wie bei Nabendynamo, der früheste Ladebeginn wäre. Ich werde meine
Scootermotoren mal ausgraben und untersuchen. Du hast mich neugierig gemacht Max. :D

Braucht dieser Wandler nicht auch selber eine Versorgungsspannung ? Ich meine ist
es nicht so, das er sagen wir mal mit 12V versorgt wird und dann an seinem Eingang ab 0,3V
die Spannung hochtransformieren kann oder kann er sich selbst aus den 0,3V versorgen, was
ich sehr ungewöhnlich fände ? Welchen Eigenverbrauch hat so ein Wandler ?
keine komplizierten Verschaltungen und gleichrichtungen notwendig

Eine Gleichrichtung ist auch mit dem Scootermotor notwenidig und einfacher als bei der von mir genutzten
Verdopplerschaltung geht es nicht. Der sonst immer übliche Brückengleichrichter ist durchaus "komplizierter".
Nur der Name "Verdopplerschaltung" suggeriert etwas kompliziertes, tatsächlich besteht die ganze
Schaltung lediglich aus zwei Dioden, sonst nichts.

Zu dem Scheibengenerator:
Wenn es vielleicht nicht ganz 100% klappt das die beiden Magneten jeweils über den Schenkel stehen, dann
ist das sicher auch nicht so dramatisch, aber man sollte das schon anstreben. Überhaupt ist die "klassische"
Methode mit einzelnen Spulen nach meiner Meinung sicher nicht die effektivste. In dem zweiten Bild von
Tobi in dem Thread zeigt er eine Wickelvariante, mit der man sehr viel mehr Kupfer im Magnetspalt
unterbringen kann, denn letztendlich zählt für die Leistung nur wieiviel Kupfer du dort hinein bekommst.
Aus welchen Faktoren (Spannung und Strom) sich die erzeugte Leistung zusammen setzt, regelt man dann
über die Anzahl der Windungen und deren Querschnitt.

Die vielen Spulenlöcher bei der klassischen Methode mit einzelnen Spulen können nach meiner Einschätzung
energetisch niemals förderlich sein. Schaut man in einen industriellen Motor, da ist alles mit Kupfer zugewickelt
bis zum geht nicht mehr, da gibts nie einen Aufbau mit Löchern über die der Magent nutzlos drüber rotiert.
Außerdem kann man nach Tobis Methode einen perfekten 120 Grad Versatz zwischen den Phasen erreichen.
Einen Versuch wären auch mal Spulen wert, bei denen praktisch kein Spulenloch vorhanden ist und
die Spulenschenkel quasi direkt nebeneinander liegen. So wie ich es verstehe entsteht nämlich die
Leistung hauptsächlich wenn die Magnete über die Spulenschenkel streifen und weit weniger wenn ein Magnet
das Spulenloch überstreicht. Hmm... wäre echt einen Versuch wert.
Den Phasenversatz bekommt man aber vermutlich am leichtesten nach Tobis Methode hin.

Grüsse

Bernd
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Re: Vergleichstest Nabendynamos welcher taugt als Minigenerator?

Beitragvon Bernd » Sa 21. Mär 2009, 12:15

Während des Duschens hab ich nochmal über meine Idee mit den Spulen nachgedacht, bei denen
die Spulenschenkel direkt nebeneinander liegen. Dafür würde man auch Magnete benötigen die
direkt nebeneinander liegen, also sehr viele Magnete mit den Dimensionen eines Spulenschenkels.
Das würde die Sache sicher verteuern. Außerdem entstände dann glaube ich ein magnetischer
Kurzschluss wenn relativ schmale Magnete direkt nebeneinander liegen. Die Feldlinien würden
dann nur einen kurzen Weg vom einen zum anderen Magneten zurück legen müssen.
Ich glaube die durchschnittliche Feldlinienlänge vom einen zum anderen Magneten sollte auf
jeden Fall länger sein als zum gegenüberliegenden Magneten. Das ist zumindest meine Einschätzung.

Grüsse

Bernd
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Re: Vergleichstest Nabendynamos welcher taugt als Minigenerator?

Beitragvon Bernd » Sa 21. Mär 2009, 17:50

Davon mal abgesehen, hat ein Nabendynamo nicht auch ein eingebautes getriebe...? Oder wie komt der sonst so schnell auf Spannung?
Was ist eigentlich der aktuelle Stand der DInge?
Wieviel Ladestrom an einer 12 volt Batterie konntet ihr denn nun schon messen?

Es gibt meines Wissens einen einzigen Nabendynamo der ein Getriebe enthält, alle anderen
arbeiten ohne Getriebe.
Der Grund warum sie so früh solch hohe Spannungen erzeugen liegt an deren Auslegung auf
geringe Drehzahlen. Diese Dynamos erreichen Vollast bei ca. 250 U/min. Um das zu erreichen
sind in dem kleinen Ding sehr viele Magneten verbaut. (Klauenpolgenerator)
Der Ladestrom an einem 12V NIMH Akku den ich duch Drehen von Hand erreichen konnte lag
bei ca. 2,6W. Schneller konnte ich nicht drehen. Ein längerer Test im Garten steht noch aus.
Hier ein paar Zahlen die ich bisher ermitteln konnte:

Ladebeginn ist ab ca. 29 -30 U/min
ab ca. 40 U/min fliessen ca. 15 mA = ca. 0,20 W
ab ca. 60 U/min fliessen ca. 60 mA = ca. 0,78 W
ab ca. 80 U/min fliessen ca. 105 mA = ca. 1,37 W
ab ca. 100 U/min fliessen ca. 160 mA = ca. 2,08 W
ab ca. 120 U/min fliessen ca. 200 mA = ca. 2,60 W

Die max. Drehzahl die ich mit dem unfertigen Prototypen bislang im Wind erreichte waren
ca. 210 U/min. Ich hoffe das der verbesserte Protoyp bald fertig ist. Der kommt dann in den
Garten samt Messcomputer Überwachung für Spannung, Strom, Drehzahl und Windgeschwindigkeit.
Dann kann ich sehr genaue Werte liefern aber eins vorab, Wunder darf man sich von so einem,
ganz bewusst einfach gehaltenen und aufgebauten, Windrad nicht erwarten.

Grüsse

Bernd
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Re: Vergleichstest Nabendynamos welcher taugt als Minigenerator?

Beitragvon Menelaos » So 22. Mär 2009, 01:25

Hallo Bern, Carl...
Da hatte ich wohl die Daten nicht mehr ganz richtig im Kopf...aber immerhin habe ich den Link zum wandler gefunden:

https://shop.strato.de/epages/Store.sf/ ... ducts/M026

Vielleicht könnt ihr ja dennoch was damit anfangen, auch wenn die Verluste recht hoch sind und der Eingangsbereich erst ab knapp einem Volt startet.

Ich evrstehe noch nicht, Bernd, warum ein Scootermotor deiner Meinung nach einen Gleichrichter brauchen sollte (weil ist ja schon DC was da heraus kommt) aber ich merke schon dass ihr lieber bei eurem Nabendynamo bleiben wollt, was ja auch verständlich ist nachdem ihr euch so intensiv mit den Dingern befasst habt.

EIne idee habe ich übrigens noch die man auch mal ins Auge fassen könnte.
Wie ihr vielleicht wisst, habe ich meine ersten Versuche WIndräder zu bauen mit Akkuschraubern gestartet und damit auch gute Ergebnisse erzielen können. Nun ist ein Akkuschrauber natürlich nichts, was man mit einem Rotor der hier gegebenen Größenordnung verbinden könnte ABER es gibt diese Mini-Schrauber. Gibt es in fast jedem Baumarkt mittlerweile schon unter 10 Euro quasi in der Grabbelkiste.
Diese 4,8 bis 6 Volt Dinger die (zumindest mir) total nutzlos erscheinen. Darum habe ich mir mal so ein Ding gekauft :D
nun lässt sich meine Bohrmaschine nicht genau bedienen aber mein 6 volt modell bringt bei etwa 60 UPM 3,5 V. Dabei läuft er auch recht langsam an. Schwerer zwar als ein Scootermotor aber leichter als ein herkömmlicher Dynamo. Vielleicht kann man da ja was draus machen. Ist jedenfalls billig und kommt Strom raus und robust gebaut....und ebenfalls schon DC, kann also direkt in den genannten Wandler gejagt werden. Könnte man ja auch mal verchiedene von testen und schauen was sie so bringen.
Ich habe mir daraus jetzt einen kleinen Kurbelgenerator für die Handtasche gebaut. Isn niedliches DIng....nur so ne Idee am Rande.

Über den Scheibengenerator muss ich noch ne Weile nachdenken und melde mich dann unter der entsprechenden Rubrik zu Wort wenn mir was schlaues eingefallen ist. ;)

Was habt ihr eigentlich alle gegen Übersetzungen?
Da skann manchmal wesentlich einfacher sein als ohne...und leichtläufiger. Was spricht gegen den kleine 3 Euro motor den auch XXLRAY verwendet?
Es gibt ihn auch noch eine Nummer größer. Der läuft super leicht an und landet auch irgendwo um die 10 Watt peak. Allerdings kostet er nur 3,95 €. Für so einen kleine Leistung reicht als Übersetzung quasi schon Omis EInweckgummi...und auch das hält ne Weile durch. EIne kleine Riemenübersetzung wäre denkbar einfach und günstig. Ich male bei Gelegenheit mal auf wie ich mir das clever verpackt vorstelle.
Gruß
Max
Menelaos
 
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Re: Vergleichstest Nabendynamos welcher taugt als Minigenerator?

Beitragvon Carl von Canstein » So 22. Mär 2009, 08:32

Hallo Max!
Ich verstehe von der Elektrik nicht allzuviel, immerhin glaube ich zu wissen dass ein DC Motor immer Kohlebuersten o.Ae. haben muss. Das schraenkt die Tauglichkeit im Aussenbetrieb insofern ein, als die wenigsten Leute Lust haben, alle Jubeljahre oder oefter an ihrem Windrad herumzufummeln um es zu warten. Sowas bleibt uns Tueftlern als "Lustbarkeit" vorbehalten! Auch das mit dem Accuschrauber ist zwar einmalig gut fuer Einsteiger und Leute, die selber erste Experimente machen wollen, aber witterungsbestaendig sind die Dinger nun meistens nicht.
Unser Nabendynamo wurde von den Entwicklungsingenieuren lagermaessig auf aeusserste Belastbarkeit fuer´s Fahrrad und Robustheit auch in feuchter Witterung ausgelegt. Die Lager sind gedichtet. Die Leistung hat sich auch als akzeptabel fuer ein so kleines Windrad wie unseres herausgestellt.
Besser koennten wir es vielleicht nur dann haben, wenn speziell fuer unser Windrad zugeschnitten ein langsamlaufender, gegen Verschmutzung und Feuchtigkeit verkapselter Generator erst noch entwickelt wird.
Fuer die Zwecke, die wir uns wuenschten, reicht der Nabendynamo voll aus: Ledbeleuchtung in einem Werkstattschuppen z.B.
Bernd hatte bei sehr wenig Wind schon 7 sehr helle Leds an seinem bisher besten Probemodell in voller Leuchtkraft an der Litze!
Zu unserer grossen Ueberraschung koennen wir mit dem kleinen 50cm x 50cm Rotor und einem Nabendynamo sogar ab 2,5m Windgeschwindigkeit einen 12 Volt Accu laden!
Da nun fuer etwas kostenguenstigere andere Generatoren die Stabilitaet, Witterungsfestigkeit und Wartungsfreiheit zu verschenken waere der totale Wahnsinn!
Nichts gegen Versuche und Experimente mit den von Dir vorgeschlagenen Modellen, das wollen und koennen wir ja auch machen, dennoch ist bisher qualitativ zum Nabendynamo noch keine vergleichbar solide Loesung in Sicht.
Gruss, Carl
Carl von Canstein
 

Re: Vergleichstest Nabendynamos welcher taugt als Minigenerator?

Beitragvon Bernd » So 22. Mär 2009, 09:32

Ich kann Carl nur voll zustimmen. Derzeit vereint der Nabendynamo so viele Vorteile in sich
wie kein anderer mir bekannter Generator, bezogen auf den Einsatzzweck für den er hier gedacht ist,
also für ein langsam drehendes Miniwindrad, Carl hatte die Vorteile ja alle aufgelistet. Einziger mir
bekannter Nachteil, sofern man das bei dem anvisierten Einsatzzweck einer ist, ist die
Leistungsbegrenzung auf theoretisch ca. 7Watt, Messungen müssen noch folgen.

Wir haben sicher nichts gegen andere Lösungen, denn besser ist immer des Guten Feind. Allerdings bedeutet
das dann auch das die neue "bessere" Lösung noch mehr Vorteile bieten sollte als die bisherige und nicht
nur "andere" Vorteile. Immerhin benötigt man beim Scooter z.B. zusätzliche Elektronik und der Motor
ist nicht so wetterdicht wie der Nabendynamo. Ich wäge da immer sehr genau Vor- und Nachteile
gegeneinander ab. Max du hast natürlich Recht das man den Strom aus dem Scootermotor nicht mehr
gleichrichten muss, der Scootermotor ist ein Gleichstrommotor mit Bürsten, da hatte ich nicht mehr
drann gedacht. Carl nannte schon den Nachteil von Bürstenmotoren. Eine Zeit lang sollten die aber auch
halten und unsere derzeitigen Testmodelle sind noch nicht für die Ewigkeit gebaut. In einem Modell das
länger im Einsatz verbleiben soll, würde ich aber nur bürstenlose Generatoren einsetzen.

Ich habe derzeit zwei verschiedene Modelle Scootermotoren in meiner Messie Bude. Ein Modell
mit 100W und einer mit 180W, der das gleiche Gehäuse hat wie die 250W Modelle. Ich habe
mal den Innenwiderstand gemessen der je nach Stellung des Rotors in den Motoren zwischen 1,0 und
1,6 Ohm lag. Also auch nicht soo wesentlich anders als der Dynamo. Ich werde später noch genauere
Messungen duchführen. Ein ganz klaren Vorteil haben die Scootermotoren, sie liefern bei hohen
Drehzahlen wesentlich mehr Leistung, die aber natürlich auch erstmal in Form von mechanischer
Ernergie anstehen muss.
Was ich noch nicht ganz verstehe Max, wo siehst du denn die Nachteile des Nabendynamos bei
einem kleinen, langsam drehenden, Miniwindrad ?
Ich versuche ja wirklich objektiv zu sein, aber ich sehe praktisch nur Vorteile wie z.B. den Ladebeginn
bei nur 30U/min (!) ohne weitere Elektronik, etc. etc.

Wir haben auch nichts gegen Übersetzungen, immerhin hab ich dverse Planetengetriebe in meiner
Beobachtungsliste bei Ebay. :D Ideal fände ich dabei so etwas wie Servomotoren, bei denen das
Getriebe eine Einheit mit dem Generator bildet. Wie du schon selber festgestellt hast, taugen die aber
nicht so toll zum Batterie laden, denn sie sind meist auf sehr hohe Spannungen getrimmt, was
zwar einen sehr frühe Ladebeginn ergibt, den maximalen Dauerstrom aber auf um die 10A begrenzt.
Allerdings empfinde ich eine Lösung ohne Getriebe grundsätzlich als besser, sofern sie sich ohne
grossen Aufwand realisieren lässt, was bei grösseren Rotordurchmessern immer schwieriger wird.

Die Idee mit dem Akkuschrauber finde ich nicht schlecht, bringt er doch immerhin auch gleich noch
eine Möglichkeit mit, die Windradrotorwelle zu befestigen. Einen Akkuschrauber hat fast jeder zu hause.
Also hat auch jeder die Möglichkeit damit erste Erfahrungen zu sammeln.

Grüsse

Bernd
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Re: Vergleichstest Nabendynamos welcher taugt als Minigenerator?

Beitragvon Menelaos » So 22. Mär 2009, 11:32

Moin!

Ich habe überhaupt nichts gegen die Nabendynamos und finde es toll, dass sie sich so modifizieren lassen dass sie sich sogar zum Batterieladen eigenen. Mich stört an dem ganzen nur immer die Leistungsbegrenzung und der nach oben hin rpide sinkende Wirkungsgrad sowie das schwere anlaufen, deshalb versuche ich Alternativen aufzuzeigen, die man zumindest mal durchmessen bzw. testen kann, vielleicht ist ja doch was ergibigeres darunter...Ansonsten scheint mir der Dynamo für dieses Projekt aber auch sehr geeignet.

Das mit den Kohlebürsten ist glaube ich kein Punkt über den man reden muss. SIe halten bei Nenndrehzahl an die 10.000 Stunden und bei um die 100 UPM also etwa 30 Mal mehr...300.000 Stunden sind Jahrzehnte...
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Re: Vergleichstest Nabendynamos welcher taugt als Minigenerator?

Beitragvon Bernd » So 22. Mär 2009, 11:57

Guter Einwand das die Haltbarkeit evtl. nur von der Drehzahl abhängt. Ich könnte mir aber
auch vorstellen das evtl. der fliessende Strom einen grossen Einfluss auf die Haltbarkeit hat.
Beide Faktoren sprechen nicht gegen einen Einsatz eines Bürstengenerators bei Nutzung geringer
Leistungen und geringer Drehzahlen.

10.000 Stunden kann ich aber so nicht stehen lassen, denn ich musste in meinem 46 jährigen
Leben schon mehrfach Kohlebürsten tauschen von Geräten die bestenfalls einige hundert
Stunden liefen, wenn nicht manchmal sogar deutlich weniger. Sicher gibt es da auch Qualitätsunterschiede.
Ich stimme Dir aber völlig zu, das die Haltbarkeit, mindestens für ein Experimentalwindrad,
vermutlich völlig ausreichend sein wird.
Zu dem schweren Anlaufen ist zu bemerken das das nur bei reinen Auftriebsläufern ein grösseres
Problem ist. Savonius und Canstein erzeugen im Stand das grösste Drehmoment und ausserdem
braucht man bei diesem Dynamo kein Getriebe, was das Anlaufmoment ja auch vergrössern würde.
In so fern ist das nicht soo das Problem, ich hätte natürlich auch lieber einen eisenlosen Generator. :)
Ganz besonders interessieren mich daher deine Bemühungen in Sachen Scheibengenerator.

P.S. Am längsten hielten bislang die Kohlen in der Waschmaschine... :D

Grüsse

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Re: Vergleichstest Nabendynamos welcher taugt als Minigenerator?

Beitragvon Menelaos » So 22. Mär 2009, 13:06

...Ein Scheibengenerator ist sicherlich am effektivsten, allerdings auch nur sehr zeitintensiv herzustellen und alles andere als günstig. Ich habe für den Bau meines Exemplars 300 Euro einkalkuliert. Das wird auch denke ich nicht unbedingt billiger werden....

Die scootermotoren gibt es übrigens auch bürstenlos, nur mal so nebenbei, auch gibt es kleine 40 Watt Motoren. Diese könnten euch gefallen.

40 Watt
24 Volt Ausführung
12 V bei knapp 80 UPM, durch eingebautes Getriebe
bürstenlos
voll-gekapselt...also wetterfest.
Gibt es nicht hier in Deutschland aber anderswo...und das zu einem sehr guten Preis.
Wohl perfekt in Verbindung mit zum beispiel dem USW525 von ELV.

Dann kann man schon ab knapp 40 UPM laden. Und die Endleistung läge bei etwa 30 Watt. SOmit ist nach oben hin alles offen und wenn dann wirklich mal 8m/s wind oder mehr kommen kann man diese dann auch nutzten...aber macht man erstmal mit euren Nabendynamos weiter, die Messungen sind ja noch nicht abgeschlossen...

Gruß
MAx
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Re: Vergleichstest Nabendynamos welcher taugt als Minigenerator?

Beitragvon Bernd » So 22. Mär 2009, 13:10

und mit den Nabenmotoren... die haben immerhin auch 250W oder mehr aber unglaublicher
weise eine viel geringere Spannung pro U/min. :)
Dein kleiner Motor mit Getriebe hört sich auch sehr gut an, haste da einen Link ?

Grüsse

Bernd
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