DiscGen mir 100cm Radius und Platinenspulen?!

[M*I*B]

Hallo liebe Forengemeinde,

ich lese schon eine ganze Weile interessiert und aufmerksam mit. In dem Zusammenhang hat sich in meinem Hirnchen so eine Idee manifestiert, die ich hier an dieser Stelle gerne diskutieren möchte

Als Antrieb soll vermutlich ein C-Rotor mit etwa 2m Durchmesser und ebenso etwa 2m Höhe zum Einsatz kommen. Genaues weiss ich aber noch nicht, da sich sowas ja auch mit begrenztem finanziellen und werkzeugtechnischem Aufwand umsetzen lassen muss. Aber irgendwo da soll es hin gehen.

Natürlich könnte ich da einen fertigen Generator ggf. über Getriebe anpappen, aber das widerspricht irgendwie meinem Forscherdrang und ist nicht selbstgebaut...

Die Grundsätzliche Überlegung ist, das ein Generator mit grossem Durchmesser und entsprechender Menge an Magnetpolen schon bei geringster Rotation ordentlich feuert. Umgekehrt wirkt er bei entsprechender Auslegung der Elektronik dahinter um so besser als Bremse, je grösser der Durchmesser ist.

Nun mal zur Idee an sich:
Da ich aus dem Elektronikbereich komme (Entwicklung, Kalibrierung, ...) und Spulenwickeln mir schon immer zuwider war, dachte ich an Spulen auf mehreren Doppellayer- Platinen (Glasgewebe) in der Form, das auf zwei Platinen jeweils auf der Ober- und Unterseite jeweils die Spulen der Phasen untergebracht sind und diese durch eine gleichdicke Platine ohne Kupfer aufeinander gestapelt/geklebt werden. Das ergibt dann bei Verwendung eines dünnen Trägers vier Ebenen / 4 Phasen mit einer Dicke von höchstens 2mm. Wenn ich jetzt noch jeweils 0,5mm Abstand zum Rotor rechne (ober- und unterhalb der Platine, unterhalb freilaufend), dann habe ich eine enorme magnetische Durchdringung der Printspulen. Wenn ich jetzt hingehe und den Durchmesser des aktiven Bereiches auf etwa 1,5m ausdehne, auf dessen Radius jede Menge Spulen/Magnete passen, bin ich vom Gedankenbild schon ziemlich nahe an meinen Vorstellungen ...
Natürlich ergeben sich bei einem solchen Durchmesser mechanische Stabilitätsprobleme, die man aber in den Griff bekommt (mitlaufende Stützlager beim Anlauf, selbstzentrierung bei Betrieb, ...)

Ich hoffe, ich konnte so in etwa vermitteln, was ich mir wie vorstelle und möchte mal eure Meinung dazu hören. Wenn jemand sowas schon gemacht hat, wäre es natürlich noch besser

[Bernd]

Hallo Micha und herzlich willkommen hier im Forum.
Tatsächlich wurde die Idee die Spulen als Leiterbahnen auszuzführen schon realisiert, den Link habe ich aber nicht parat.
Das Projekt das ich jetzt meine verwendete eine Art Folie auf der sich die Leiterbahnen befanden.
Trotzdem war das Verhältnis aus Trägermaterial zu nutzbaren Kupfer relativ ungünstig.
Wenn du Platinenmaterial verwenden willst, dann dürfte das Verhältnis aus Platinenmaterial und nutzbarer
Kupferbahn noch ungünstiger ausfallen.

Anzustreben ist immer ein möglichst hoher Kupferanteil im zur Verfügung stehenden Spulenraum.
Ideal wäre 100 % Kupfer. Mit den üblichen Scheibengeneratoren mit einzelnen Spulen erreicht man ca. 50%, vielleicht
auch etwas mehr, manchmal sicher auch weniger, je nach Auslegung der Spulen.
Du kannst Dir selber anhand deines geplanten Platinenmaterials errechnen wie das Verhältnis in deinem Falle wäre.

Ein grosser Durchmesser ist für kleine Drehzahlen sehr vorteilhaft und macht den Generatorbau viel einfacher.
Allerdings steigt auch der Generatorpreis enorm an.

Bei einem Rotor von 1,5m Durchmesser halte ich die Einhaltung eines Luftspaltes von nur 0,5mm für mechanisch nahezu
unmöglich, es sei denn man ist auf Maschinenbau spezialisiert.
Ein super enger Luftspalt ist auch nicht unbedingt sooo erstrebenswert. Es ergibt sich meist eine "ideale" Höhe des
Luftspaltes, bei der das Produkt aus magnetischen Fluss und Kupfervolumen sein Maximum erreicht.

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo Micha,

so etwas habe ich schon gebaut, hier auch ein Bild davon eingestellt, suche nach Mehrscheibengenerator. Das Problem dabei: Die Kupferschicht auf den Platinen ist zu dünn, der Innenwiderstand sehr hoch. Wenn Du dort 0,5er Kupferschichten drauf hättest, wäre es erträglich. Aber die paar µm bringen keinen Strom, es sei denn, Du machst die Spulenwindungen recht breit.

MfG. Andreas

[M*I*B]

Hallo Bernd, hallo Andreas,

Dank euch für die schnelle Antwort...

Ok, mit dem Cu- Anteil hast du natürlich recht; da sind Folien sicherlich die bessere Wahl. Aber solche Folien haben m.E. andere Tücken. Da ist zum einen die mechanische Stabilität, die gerade bei einem hohen Durchmesser echt Stress machen kann und dann wäre da noch der echt heftige Preis der Fertigung.
Gerade kommt mir so, da es ja ggf. auch mit quadratisch gezogenem Draht klappen würde, wenn man horizontal nur eine Lage wickelt; hasse ich nicht Spulenwickeln ?!

Bei der Gelegenheit stellt sich unabhängig von der Machart die Frage nach der Spulenform. Grundsätzlich haben Versuche bei meinem letzten Arbeitgeber im mittelfrequenten Bereich (100-500kHz) gezeigt, das es vollkommen Banane ist, ob die Spule rund, oval, quadratisch, dreieckig oder sonstwie geformt ist (Platinenspulen sind gemeint). Es ergaben sich nur minimalste Verzerrungen im Bereich der unharmonischen Oberwellen, die aber an der übertragenen Leistung keinen Anteil haben.
Viel mehr stellt sich die Frage, ob man die Spulen eher Tortenstückähnlich aufbait (mit der Spitze zur Achse zeigend) oder ob es sinniger ist, die Spulen als flache Oval auf den Radius zu zimmern. Dann passen war weniger Spulen auf den Radius, aber bei dem Durchmesser ist immer noch reichlich Frequenz da...

Andreas hat da auch nicht ganz unrecht bezüglich Zusammenhang Kuperstärke/Strom. Da habe ich auch schon drüber nachgegrübelt. Ich ziele allerdings hier mehr auf eine hohe Ausgangsspannung; bei dem angedachten Umfang von etwa 4,7 Metern kommen da fett Windungen zusammen. Eine hohe Spannung lässt sich problemlos mit Schaltreglern auf das vorhandene 24V System runterholen. Wenn ich die ganze Sache auf 120V o.ä. auslegen kann, habe ich genug Strom nach Wandlung. Leistungselektronik und µC Steuerung ist sowieso notwendig, da das ganze System vollkommen autark arbeiten muss, auch was das elektronische Bremsen bei zu viel Himmelsgeblähe (wie die letzten Tage z.B.) betrifft.

Ich werde aber mal nach deinem Versuch suchen und mich mal schlau machen, was du so herausgefunden hast... Viel hilft viel (in dem Zusammenhang viel Wissen/Lernen...)

[andreas]

Hallo Micha,

die Spulen sollten eher dem Tortenstück ähneln. Im Gegensatz zu reinen Induktivitäten wird hier Energie aus dem bereits bestehenden Magnetfeld geholt. Daher sollten die Spulenschenkel möglichst genau auf die Achse zielen (vielmehr: quer zum Rotationskreis der Magnetmitten stehen) und im Magnetfeld gerade verlaufen. Dann ist die Kopplung dort optimal, die Schenkel der Spule passieren das Magnetfeld im Winkel von 90 Grad.

Nur mal zum Abschätzen des Innenwiderstandes: die gedruckte Phase, welche ich damals im Bild gezeigt habe, hatte einen Innenwiderstand von ca. 10 Ohm. Und das waren nur wenige Windungen... Bei Längen im Meterbereich dürfte es noch wesentlich mehr sein.

MfG. Andreas

[M*I*B]

... wie jetzt ?!? Wie breit waren denn deine Bahnen? Da habe ich jetzt nicht drauf geachtet.

Ok, also Tortenstückchen. Bei dem Durchmesser aber eher die Seite, wo die Kirsche drauf sitzt
Ich dachte da an 70µ Cu und Breiten von 1,27mm (passt so schön ins Raster). Platine 1 soll die Spulen von Phase 1 und 3 enthalten, Platine 2 Phase 2 und 4. Ich muss mal schauen, was mein Platinenmokel so an Material hat, was Dicke und Auflage betrifft. Ich habe natürlich nicht vor, den ganzen Kreis in einem Stück fertigen zu lassen, sondern dachte an einzelne, rechteckige Segmente, die jeweils zwei Spulen enthalten. Wenn man die Bohrungen / Durchkontaktierungen passend setzt, lassen sich alle Segmente dann darüber präzise zu einem ganzen Kreis zusammensetzen.

[Ekofun]

Hallo M*I*B,

habe das jetzt richtig verstanden: Spulen werden auf Leiterplaten(Platinen) gezeichnet und dann geezt mit Eisen3clorid oder mit Fotding.
Sieher, das geht,mich interesiert wo ist da Vorteil gegenüber gleichen Abmesung aber mit Spulen herkömliche Art.Ist Wirkung solchen Genis besser?Platienen sind auch nicht soo bilig,und es kommt gute Mänge auf solche Durchmesser.

Grüße

Ekofun

[andreas]

Hallo Micha,

die Wicklung war so knapp wie möglich gehalten, es war ja nur ein ganz kleiner Generator geplant.

GedruckteSpule.png (80.58 KiB) 10882-mal betrachtet

Ich hatte dort zehn Leiterzüge nebeneinander untergebracht, siehe Bild. Damit ergab das 60 Windungen.

MfG. Andreas

[M*I*B]

Spulen werden auf Leiterplaten(Platinen) gezeichnet und dann geezt mit Eisen3clorid oder mit Fotding.

Oha, seit dem ich Multilayer für SMD 0402 mache, habe ich mir das Selberätzen ganz schnell abgewöhnt Ich lasse ätzen

Vom Aufbau her ist eine Platine wohl viel einfacher, schneller und vor allen Dingen reproduzierbarer herzustellen als eine gleichwertige Spule. Auch trägt sich die ganze Konstruktion selber, was bei Spulen nicht so ist.

Ob das elektrodynamisch sinnvoll ist, das mit Platinen zu machen, muss sich erst herausstellen. Vom Gedanken her sollte die Frequenz bei einem Durchmesser von 1,5 Metern auch bei niedriger Drehzahl ziemlich hoch liegen, da schätzungsweise mindestens 50 Spulen auf dem Umfang Platz haben.
Nachteil ist natürlich die dünne Kupferschicht, weswegen ich auch auf Spannung und nicht auf Strom setze. Den notwendigen Strom generiere ich nachträglich über Schaltregler.

Aber wie gesagt... Alle Theorie ist erstmal grau ...

Ich hatte dort zehn Leiterzüge nebeneinander untergebracht

... ah, ok. Das erklärt den hohen Widerstand. Mein geplantes Teil hat ja nun ganz andere Dimensionen

Ich habe jetzt mal ganz schnell was gezeichnet. Dabei sind 4mm breite Bahnen bei heraus gekommen bei 14 Windungen / Spule (7 oberseite, 7 Unterseite). Die Höhe der Spule beträgt 30cm, die Breite 10,5cm. TLayer, BLayer

[Ekofun]

Hall M*I*B,

es ist sehr interesant wie Sie das machen wollen.Bin sehrgespant auf weiter Berichte von Ihnen.

Grüße

Ekofun