LowCost Generatoren für einfache Windräder.

[unregistred_1]

Hallo,
ich habe mal ein paar Fotos gemacht, um den inneren Aufbau von geblechten Steppermotoren und im Gegensatz dazu von diesen primitiven Blechbüchsen, die nach dem Klauenpolprinzip arbeiten. Als erstes möchte ich mal einen solchen geblechten Steppermotor in seinen Einzelteilen zeigen

Image3.jpg

Dieser Steppermotor entspricht in seiner Bauform etwa den bei Pollin angebotenen Motor mit der bestellnummer 310435. Leider habe ich es noch nicht geschafft, eine masseschlußfreie neue Wicklung anzubringen.

Dieses Foto zeigt einen Klauenpol-Steppermotor.

Image7.jpg

So sieht das Innenleben aus

Image8.jpg

Hier sieht man das etwas detaillierter

Image9.jpg

Image13.jpg

Zum Schluß noch ein Hinweis zur Gleichrichtung. Die Zeichnung zeigt zwei getrennte Graetz-Brücken. Diese kann ich auf der Gleichstromseite in Reihe, oder auch parallel schalten. Versuch macht klug

Steppergleichrichtung.jpg

Ich glaube, es bedarf keiner großen Erläuterung, welcher der beiden hier vorgestellten Steppertypen als Generator besser geeignet ist. Grundsätzlich funktionieren die Klauenpol-Blechbüchsen auch, aber das Gelbe vom Ei ist es nicht.

Gruß Ullrich

[Carl von Canstein]

Hallo Ullrich!
Nett, dass Du uns die preisgünstigen Steppermotore hier so ausführlich vorstellst. Mich würde interessieren, was es denn mit den zahnradähnlichen Strukturen auf sich hat?
Es scheint ja so zu sein, dass man mit solchen Motoren eine sehr ordentliche Bestückung noch kleinerer Windraeder als unser 50cmx50cm Rotormodell vornehmen kann, mit direktem Nutzwert der Energieerzeugung und Speicherung für Hochleistungsled´s etwa.
Das erweitert unser bisheriges Angebot mit Nabendynamos auf noch kleinere Modelle.
Eine prima Option für diejenigen, die an der Windkraft interessiert sind und nicht unbedingt gleich ein grosses Windrad bauen wollen!
Ein kleineres Windrad hat ja auch mehr Drehzahlen, mich würde sehr interessieren, wie klein man unseren Rotor dann bauen kann damit er noch genügend Drehmoment hat um Deinen Vorzugs-Steppermotor anfahren und betreiben zu können!
Auch ist es ja so, dass man bei kleineren Rotoren viel sinnvoller eine Vorrichtung für Strömungsverstärkung (feststehende Einleitflächen,Mantelturbine etc.) bauen kann als bei grossen Modellen.
Kleine Rotoren sind weniger anfällig, ausserdem sind solche Strömungsverstärker fast unkaputtbar weil sie ja kaum mechanischem Verschleiss unterliegen. So, das bei vergleichbarer Leistung nur ein kleinerer Wartungs oder Reparaturaufwand zu erwarten ist als sonst bei entsprechend grösseren Rotoren.
Im Übrigen: Leider kann ich mit Dir nicht über elektrotechnische Dinge fachsimpeln, da haben andere viel mehr Ahnung davon.
Gruss, Carl

[Mark]

Den Gibts bei Pollin als Angebot des Tages.

http://www.pollin.de/shop/shop.php?cf=d ... c1OTg2OTk=

Laufruhiger Gleichstrom-Getriebemotor mit sehr niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment, verwendbar für Modellbau, Antriebe, Spielzeuge, kleine Fahrzeuge usw. Mit robustem Aluminium-Getriebegehäuse mit M4-Gewindebohrungen zur einfachen Befestigung.

Technische Daten:
- Betriebsspannung 3...12 V-
- Stromaufnahme ca. 0,4 A
- Drehzahl bei 3 V: 7,5 U/min, 6 V: 15 U/min, 12 V: 30 U/min
Motormaße ohne Welle (Lxø): 52x36 mm
Getriebemaße 91x56x22 mm, Welle (Lxø): 16x8 mm




6,95 EUR
Best.Nr. 310 428


Gurß

[windstav]

Hallo,
inzwischen habe ich auch einige Messunngen mit dem neu-gewickelten Auto-Lüfter-Motor gemacht.

Mit angeschlossener 12V - 10 W Lampe (vom Auto) :
630 U/Min = 4V 0,4A
1050 U/Min = 8V 0,7A
1575 U/Min =10V 0, 8A
1785 U/Min =12V 0,8A

Mit angeschlossener 12V Bleibatterie (Ladezustand 11V) :erster Ladestrom bei 1260 Umdrehungen.

Die Wicklung besteht aus 72 Metern Draht. Durchschnitt ist 0,35mm.
Er hat zwei rundförmige Magnete aussen.
Wellendurchchnitt ist 6,5 mm, ohne Gewinde. Ich habe da ein Zahnrad von einem Schrittmotor draufgepresst.
Leider keine Kugellager.
Zwei Kohlebürsten.

Gruß
Stav

[unregistred_1]

Hallo Carl,
nach meinen bisherigen Recherchen ist das Problem eines langsam drehenden Generators im Leistungsbereich bis etwa 10 Watt bisher noch lange nicht gelöst. Hervorragend finde ich die Pionierarbeit die Bernd hier mit den Nabendynamos geleistet hat. Ich glaube aber, mittlerweile baut sich eine unbegründete Hemmschwelle vor dem Problem Cogging auf. Einen langsam drehenden Generator in diesem Leistungsspektrum zu bauen kann doch eigentlich gar nicht so kompliziert sein. Was der Herr Schmidt mit seinem SON Nabendynamo für Fahrräder herstellt, könnte ja in angepasster Form als Generator für Picoturbinen im Wasserkraft-und Windbereich hergestellt werden. Gegenwärtig befinde ich mich im Gespräch mit einem Hersteller von Weichferitten, der mir durchaus Unterstützung signalisiert hat. Einen Selbstbau Klauenpolgenerator ohne die Beschränkungen der STVZO herzustellen und diesen auf die Belange der langsam drehenden Generatoren anzupassen, wird doch keinesfalls unlösbares Hexenwerk sein. Im Prinzip stelle ich mir das so vor, dass eine Gießform für einen Klauenpolgenerator hergestellt wird, die dann mit einem Gemisch aus Epoxidharz und Ferittpulver gefüllt wird. Da hier nur zylindrische Formen auftreten kann man sich so eine Gießform theoretisch mit einer Stichsäge und einer Bohrmaschine aus Holz herstellen. Das Wickeln der notwendigen einzigen Spule ist auch kein Problem. Ich bleibe einfach mal an der Sache dran und werde zu gegebener Zeit mal wieder berichten.
Gruß Ullrich

[Carl von Canstein]

Hallo Ullrich!
Vielen Dank für Deine Bereitschaft, Dein Wissen und auch Hilfe beim Weiterentwickeln bezahlbarer und gleichzeitig leistungsfähiger Generatortechnik in unser Forum mit einzubringen.
Wie Du sicherlich in unserer Sparte Generatortechnik schon gesehen hast, wird hier in einem anderen Thread nachzuverfolgen auch ein spezieller eisenloser Generator entwickelt, der insbesondere die Spitzenleisungen bei starkem Wind miteinfahren soll und nicht nur für das Jahresmittel an Windgeschwindigkeit konzipiert ist.
Bernd hat dies angestossen und weitergeführt, sein Motiv ist, dass in den Windspitzen mehr Energie steckt als über das ganze Jahr bei mittleren Geschwindigkeiten gesammelt werden kann.
Ich selber zweifle dies nicht an, vermute allerdings, dass bei einem derart leistungsfähigen Generator die Energie in das Netz gespeist werden muss, wie sollte man denn so enorme Spitzen für späteren Gebrauch speichern? Das würde wohl eine grosse Akkukapazität benötigen, wenn man überschüssige elektrische Energie nicht gerade direkt und sofort in die Warmwasserversorgung verheizen will. Letzteres ist natürlich auch eine gute Alternative.
Für den einfachen Betrieb mit Akkus und für denjenigen, der nur Licht und kleine Elektrowerkzeuge mit selbsterzeugtem Strom aus einem Akku betreiben will denke ich mal, sollte auch ein etwas weniger leistungsstarker einfacher Generator ausreichen.
Da allerdings sind wir ja noch weitgehend auf der Suche nach passenden Modellen!
Parallell dazu erscheint mir der Ansatz, den Du verfolgst also als sehr vielversprechend!
Schliesslich kann nicht jeder Bastler die etwas kompliziertere Bauform des "Eisenlosen" nachbauen. Auch ist soetwas, wo der Mgnet in einem Käfig aus Spulen läuft etwas schwieriger zu montieren oder bei Bedarf wieder auseinanderzunehmen, so ist jedenfalls mein Eindruck als Laie.
Dazu eine günstige Alternative zu haben, die ähnlich wie der Nabendynamo leicht zu beschaffen oder auch selbst zu bauen ist, weckt natürlich sofort mein Interesse!
Sicherlich gibt es einige unter uns, denen es genauso geht, das war ja wohl auch Bernd´s gute Idee, als er dieses Thema hier eröffnete.
Das ein solcher Generator wie der, den Du Dir vorstellst bis zu 10 Watt leisten soll, ist für ein kleines Windrad im Garten auch schon sehr akzeptabel.
Sehr interessant finde ich Deine Erwähnung kleiner Turbinen für Wasserkraft. Hier kommt uns die geringe Schnellläufigkeit und gute Anlaufverhalten unseres Rotors mit den durchströmten Flügeln sehr zugute, weil beispielsweise ein schnelldrehender H-Rotor mit gewöhnlichen Profilen dort vielleicht garnicht die Touren unter Last erreichen kann die er braucht, um seine volle Leistung zu bringen.
Dort vermute ich, dass die Dichte des Wassers ein Auftourenkommen und die Empfindlichkeit bei Belastung durch den Generator noch stärker beeinflusst ganz so wie der normale Darrieusrotor ja schon an der Luft ein empfindliches Anlaufverhalten zeigt. Soetwas müßte aber wirklich erst einmal im Versuch ausgelotet werden.
Für sehr kleine Turbinen im Wasser würde ich selber allerdings auch vom Savoniusrotor Vorteile erwarten, die unser Rotor mit den durchströmten Flügeln dann mit weiterer Baugröße hoffendlich noch ergänzen kann.

Ich freue mich schon sehr auf Deine Ergebnisse, und hoffe, dass auch Bernd bald wieder mit seinen unschätzbaren Fähigkeiten hier im Thread mitdiskutiert und mitmacht.
Gruß, Carl
Nachtrag: wurde nochmals überarbeitet morgens am 19.9.2009.

[Carl von Canstein]

@Windstav:
Mit Lüftermotoren aus der Autoelektrik habe ich an unseren langsamlaufenden Rotoren eigentlich keine guten Erfahrungen gemacht. Da sie leicht vom Schrott zu beschaffen sind, galt ihnen anfänglich mein besonderes Interesse und ich habe auch einige davon umgewickelt, obwohl ich selber eher Angst vor den Innereien eines Elektromotors habe!
Mein Resultat war, dass mit den Typen mit 2 Magneten und 6 Spulen an unserem Windrad auch bei 6facher Windungsanzahl noch kein Ladebeginn für einen 12V Akku zu erzielen war.
Das Gleiche an einem Lüftungsmotor der Marke Asti wie sie in manchen älteren Fiat 1600 Modellen verbaut sind ergab dann den erwünschten Ladebeginn bei 6 facher Wicklung. Das war dann ein ganz dünner Kupferdraht mit entsprechend hohem Widerstand. Dieser Asti hat 4 Magnete und wenn ich mich recht erinnere hat er auch mehr Spulen.
Dennoch erbringt die 6fache Wicklung keinen sehr starken Ladestrom. Der Wirkungsgrad war also gering.
Das Modell, welches Du neu gewickelt hast, ist wegen der Laufbuchsen aus Messing anstelle von geeigneter Kugellagerung auch recht anfällig, nach einigen wenigen Jahren schlackern sich die Laufbuchsen garantiert lose.
Wer das vermeiden will, achtet von vornherein auf passende Lagerung.
Ein Radiallager ist prinzipiell nicht dafür konzipiert, die Dauerlast die auf ihm liegt aus achsialer Richtung zu erfahren, wenn man dennoch ein Radiallager nimmt, so sollte man sicherstellen, das es dementsprechend auch stark genug ist. Ich selber habe in 20 Jahren Bastelerfahrung mit vertikalen und horizontalen Rotoren einigen Ärger mit Radiallagern erfahren, darum erwähne ich das ja andauernd. Selbst ein Spielzeugwindrad, welches ich als Horizontalläufer mit den Radiallagern (2 Stück) in einer Skateboardrolle lagerte wurde nur durch den Windruck aus achsialer Richtung aufgerieben die Kugeln fielen nach 9 Monaten Betrieb bei gutem Wind aus den Lagerschalen, das Windrad saß dann fest!
Man nimmt idealerweise ein Radiallager als Führungslager, während ein weiteres Lager speziell auf die achsiale Last ausgerichtet sein sollte. So machen es die Experten manchmal sogar bei den Horizontalwindrädern bei denen Radiallager für das reine Rotorgewicht doch schon ausreichen würde. Dort tun sie das wegen dem Winddruck in achsialer Richtung. Bei uns liegt das Rotorgewicht in achsialer Richtung, es ist übertrieben, dass Bernd sagt, der Rotor müsse schon aus Gusseisen gebaut sein, um durch sein Gewicht die Radiallager zu beeinflussen. Sagen wir mal so: Ich achte sehr, was Bernd hier bei uns geleistet hat. Er ist hier der Macher, eindeutig. Jedenfalls kann man seine Leistungen nicht übersehen, wir verdanken ihm sehr viel. Aber was die Lagerung betrifft, da lasse ich mich nicht davon abbringen, meinen Senf dazuzugeben: Wenn man Radiallager aus der falschen Richtung belastet so erhöht sich auch deren Reibungswiderstand erheblich. Kann schon sein, dass solche Bedenken beim Bau erster kleiner Versuchsmodelle mit wenig Lebenserwartung kaum eine Rolle spielen, nur - warum soll man nicht auch gleichzeitig sagen, worauf es beim Bau soliderer Windräder ankommt. Man kann ja auch kleine Windräder langlebig bauen, warum denn eigentlich nicht? Ich will niemandem den Spass am Experimentieren nehmen.
Gruss, Carl

[andreas]

Hallo Allerseits,

ich möchte dieses Thema noch mal aufgreifen. So habe ich vor einiger Zeit auch mal bei Pollin die hier benannten Motore zum Testen bestellt und natürlich sind sie kaum geeignet als Windgenerator. Beide ließen sich relativ leicht öffnen, aber bei dem scheibenförmigen Modell ist es es mir nicht gelungen, die Nabe von der Welle zu ziehen. Vermutlich reicht der Strom vom Schweißgerät nicht aus, die Nabe so weit so erwärmen, als daß sie sich von der Welle abziehen läßt - ist mir hier jedenfalls nicht gelungen, es kam bloß die vorgelagerte Sicherung.

Den 18-V-Okin-Motor habe ich geöffnet (der hat übrigens einen Drehzahlgeber drin, das sind die drei kurzen Kabel) und die Wicklung wegen zu geringer Spannung entfernt. Auch mal das Drehmoment ermittelt, liegt so bei 0,0045 kpm bzw. 0,044 Nm, die Rastung ist recht hoch. Da ich alte Servomotore besitzen, die kaum eine Rastung haben (0,00017 kpm / 0,0017 Nm), versuche ich mal, den Aufbau der Servomotore teilweise auf den Odin-Motor zu übertragen.

Diese Servomotore sind recht spezielle Ausführungen und waren hier als Plotter-Ersatzteile im Bestand. Mitsamt der zugehörigen Positioniertechnik (Schlitzscheibe, optisch abgetastet) konnte man damit also leicht auf ein oder zwei Grad genau eine bestimmte Position anfahren und halten. Die beiden Magnete in den Servomotoren scheinen gewöhnliche zu sein, die Besonderheit ist allein die Ausführung des Ankers. Dieser ist siebenpolig, damit ungradzahlig und das Blechpaket ist leicht verwunden geschichtet, auch die Wicklungen sitzen also leicht schräg. Ein testweise umgebauter Servomotor (mit 7x 250 Wdg.) bringt bei nur leichter Drehung (halbe Umdrehung) an der Welle schon eine Led zum Aufleuchten.

An der blechernen Poligkeit eines Ankers ist ja nichts zu ändern, aber vielleicht kann man das Blechpaket ein wenig in sich verdrehen? Die wellenstumpfseitige Isolierkappe abgezogen und die Isolierpapiere aus dem Kern entfernt. Mit geeignetem Werkzeug und genug Kraft ist es tatsächlich möglich, einzelne Blechscheiben zu verdrehen! Das mittlere Blech (Nr. 16 von 31) habe ich markiert, es sollte in der alten Position bleiben. Die Scheiben darüber werden ein wenig in die eine Richtung, die Scheiben darunter in die andere Richtung verdreht.

Von dieser Anordnung erwarte ich ein etwas geringeres Rastmoment, was man ja jederzeit durch Zusammenstecken der Zutaten und erneutem Ermitteln der Nm feststellen kann.

MfG. Andreas

[Bernd]

mal bei Pollin die hier benannten Motore zum Testen bestellt und natürlich sind sie kaum geeignet als Windgenerator.

Also für kleine Windräder finde ich sie eigentlich recht gut. Wenn man den Preis ins Verhältnis zum gebotenen
setzt, dann finde ich sie sogar sehr gut geeignet, es kommt halt immer darauf an das der Generator zum
Windrad passt, vor allen von der Drehzahl her.

Beim Leerlaufmoment bin ich auf folgende Werte gekommen, die fast eine Zehnerpotenz von deinen abweichen:
Leerlaufmoment Modell 540 = 0,032 Nm
Leerlaufmoment Modell 304 = 0,017 Nm
Für den Pollin 300 Watt Motor ermittelte ich ca. 0,1 Nm.

Dein Servormotor hat laut deiner Angabe fast 30x weniger Leerlauf- bzw. Rastmoment als der Pollin 504 Motor.
Das ist eine Sensation denn dann ist dieser Servomotor quasi Leerlaufmomentfrei. In dieser Grössenordnung
bewegen sich nämlich die Verluste innerhalb der Kugellager. (0,00017Nm) Vielleicht hast du dich aber versehentlich
um eine oder zwei Kommastellen vertan ?
Was hat denn dieser Servomotor für elektrische Daten ? Wäre er vergleichbar den Pollinmotoren hinsichtlich Drehzahl
Leistung und Spannung ? Wenn ja dann wäre er äusserst interessant.

Das Schrägstellen der Blechpakte soll einer starken Rastung entgegen wirken und für einen gleichmässigeren
und leiseren Rundlauf sorgen, allerdings auf Kosten der Effektivität.
Die Induktion in einer Eisenspule lebt von einem möchlichst schnellen und möglichst hohen Anstieg des magnetischen
Flusses im Eisen was dann ebenso schnell wieder abgebaut werden soll. Dem wirkt ein Schrägstellen entgegen, deshalb
darf man es vermutlich nicht übertreiben mit dem "Rastung abgewöhnen".

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo Bernd,

natürlich sind die Preise absolut ok, aber ich sehe die Rastung als sehr belastend an. Ich habe anfänglich mal mit Steppermotoren gespielt und da dieses Verhalten als ungeeignet erkannt.

Daß Dein ermitteltes Drehmoment anders liegt, kann gut sein. Solche Teile haben eine gewisse Streuung und der hier war vor der Messung mehrfach mit kleinen wie hohen Drehzahlen im Test und schließlich auch mehrfach zerlegt worden. Dabei dreht es vermutlich auch die Lager etwas frei und vor allem das hintere Gleitlager ganz allmählich in Flucht, was bei einem Neuteil kaum so genau passen dürfte.

Der Servomotor (hier mal ein Bild dazu):

Servo1.jpg (5.36 KiB) 14785-mal betrachtet

ist ein recht kleines Teil, D 40 mm, L 50 mm, beiderseits 4er Achse, ein Ende abgeflacht. Er hat ein sehr geringes Rastmoment, es liegt dennoch fühlbar über der reinen Lagerreibung.

Vielleicht habe ich es ja auch falsch berechnet? Auf die Achse habe ich einen zylindrischen gerändelten Drehknopf gesetzt und an dessen Querschraube ein dünnes Abbindegarn befestigt und einige Male um den Knopf geschlungen. Am Fadenende war ein Blechstreifen mit vielen M3-Löchern, die ich Stück für Stück mit Schrauben befüllt habe. Der Radius des Drehknopfes plus halbe Fadendicke lag bei 6,35 mm, das Gewicht beim Loslaufen bei 27 g. Beide Werte multipliziert, kam ich auf die benannten Werte. Oder fehlt da noch etwas?

Für den Odin 540 war das natürlich absolut unpassend, da habe ich einen Arm angebaut und hatte so einen Abstand von 3,6 cm von der Wellenmitte, wobei er erst mit 124 g anlief, nun aber per Wasserfüllung in ein lose hängendes Gefäß belastet. Mit nur 6 leicht verdrehten Blechen im Paket ging das notwendige Gewicht auf 94 g runter:

paket1.jpg (6.27 KiB) 14791-mal betrachtet

MfG. Andreas