eisenlosen Generator selber bauen ! Ideen sind gefragt !

[windy]

Ich weiß nicht, ob der Link http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Induktion schon bekannt ist, aber es ist eine gute Zusammenfassung. Es gibt nur ein Faraday´sches Induktionsgesetz, mit dem alle Phänomene (Trafo, Generator, ...) beschrieben werden können. Die physikalischen Größen sind aber als Vektoren zu sehen, somit ist auch die angeführte Multiplikation als inneres Produkt zweier Vektoren zu lesen und somit nicht mehr ganz so einfach.

[Bernd]

Ich sprach auch nicht von zwei Induktionsgesetzen, bitte immer genau lesen was ich schreibe.
Alles was ich schrieb habe ich aus genau dem Wikipedia Artikel den du uns nanntest.
Genau in dem Link werden diese Formulierungen benutzt, einfach mal etwas nach unten scrollen.

Was wolltest du denn eingentlich ausdrücken ? Ich kann nicht ganz folgen und von welcher Multiplikation
sprichst du ? Meinst du die beiden Induktionsformen die sich hier ergänzen? Wenn ja, wäre das
nicht eher eine Addition ?

Grüsse

Bernd

[arcobär]

Dieses Generatorprinzip basiert nur auf einer Flußänderung innerhalb der Spule in Ringrichtung, 90° zur Wickelrichtung.
Das bedeutet, dass die Induktion dann stattfindet, wenn sich der Magnet genau unter der 90° querverlaufenden Wicklung befindet. Da die Wickelrichtung durch die Schleifenform sich immer um 180° ändert, wird immer an den Stellen eine positive bzw. eine negative Spannung induziert, das bedeutet Wechselstrom.
Wenn die Magnete abwechselnd in ihrer Magnetrichtung montiert werden, findet ständig eine Magnetfluß-Richtungsänderung statt.
Bei gleicher Anordnung der Magnetrichtungen, nach Thurner soll ja dann nur noch jede 2. Schleife bestückt werden, bleibt die Magnetflußrichtung erhalten und es kommt nur zu Stärkeänderungen des Magnetflusses.
Die Kraftlinien, die die Wicklungsdrähte schneiden, sind durch den großen Luftspalt und den fehlenden Eisenrückschluss so gering, so dass diese Induktion nur äußerst gering ist und bei dieser Betrachtung vernachlässigt werden kann.

Gruß Uli

[Bernd]

So sehe ich das auch .
Ob es 100% stimmt wie wir uns das so denken ist noch offen, aber zumindest scheint
das für mich der richtige Weg zu sein. Einige Dinge sind für mich noch nicht ganz
zu durchschauen, aber ich hoffe das kommt noch. Am Wochende werde ich mal ein
bisschen am Experimentalgenerator herum werkeln.

Grüsse

Bernd

[CFD]

Hallo,
ich glaube ich habe das Prinzip des Thurner Unipolar-Generators jetzt verstanden.
Entscheidend weitergebracht hat mich das Simulationsergebnis der gegenpoligen Anordnung mit 32 Magnete.
Diese sieht ja nicht so vielversprechend aus, weil im Magnetkreis überall ein hohes Magnetfeld vorhanden ist.
Um in eine Spule Spannung zu induzieren braucht man aber ein veränderliches Magnetfeld.
Ausserdem war mir bis gestern nicht klar (Danke an Bernd für den Hinweis), dass auch in eine offene Spule durch ein Magnetfeld eine Spannung induziert werden kann.
Des weiteren sind auf den Skizzen von Thurner nur sehr wenige Magnete über den Umfang zu sehen (exakt 8 Stück).
Ausserdem spricht er von Gleichstrom, wie soll das denn gehen?

Nun aber mal der Reihe nach:
Lässt man gegenüber der 32-Poligen Anordnung Magneten weg, so bekommt man das veränderliche Magnetfeld.
Die Flussrichtung verläuft immer in der selben Richtung. Es wechselt zwischen Stark und Schwach. Ich nenne es mal B+ und "0".
Üblicherweise wechselt das Magnetfeld in elektrischen Maschinen ja zwischen B+ -> "0" -> B- "0". Was ja dann auch einen Wechselstrom hervorruft.
Beim Thurner-Generator gibt es aber nur B+ und "0". D.h. es wird nur die eine Halbwelle der Sinusschwingung generiert, die aber alternieren, also Gleichstrom (nur eine Polarität).

Prinzipiell funktioniert der Thurner-Generator wie wenn man einen Stabmagneten in einer Zylinderspule bewegt. Nur kann Thurner die Spule wegen der Drehbewegung (Rotorscheibe) nicht schließen, deshalb die "offenen" Spulen.

Also Bernd, was heisst das für dich?
Weniger Pole, du kannst aber mehrere deiner schwachen Einzelmagnete zwecks Flusserhöhung direkt zusammenfassen oder noch weitere 7 "Monstermagnete" zum schon vorhandenen dazukaufen.

Nachfolgende ein paar Simulationsergebnisse:

Offene Spule:

Skizze 01.gif (14.73 KiB) 14048-mal betrachtet

Gruß CFD

Nachtrag vom 03.01.2010:
Die oben gemachten Ausführungen stimmen so nicht!
In der untersuchten Magnetanordnung wird eine Wechselspannung in einen Leiter (Spulenwindung) induziert, da dieser von Magnetfeldlinien, die Senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufen, geschnitten wird. Die Funktionsweise des Thurner-Generators ist also damit nicht erklärt.

Die Aussage, dass in eine offene Spule eine Spannung induziert wird ist nicht präzise genug formuliert. In eine offene Spule, wie in der obigen Skizze gezeichnet, wird eine Spannung dadurch induziert, dass Magnetfeldlinien, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Leiters verlaufen, durch den Leiter geschnitten werden.

[Bernd]

Hallo Leute
Ich habe meinen kleinen Ringgenerator Versuchsstand etwas erweitert.
Auf einer weiteren Ebene habe ich eine Holzplatte montiert auf der ich Versuchsspulen
befestigen kann.



Aus 1,5mm² Kupferdraht (weil der sich so schön in Form biegen lässt) habe ich ein paar
unterschiedliche Versuchsspulen mit einer einzigen Ader gebogen. Ich machte Versuche mit
gegenpoliger Magnetanordnung und auch mit gleichpoliger Magnetanordnung.
Ferner lies ich die Breite meiner Spule differieren.

Im ersten Test verwendete ich eine Magnetanordnung bei der sich immer gleiche Pole
gegenüber stehen. Die Spule bestand aus einen einfachen Kupferdraht. Ich lies die Spulenbreite
variieren zwischen "Spule so breit wie ein Magnet" bis Spule doppelt so breit wie der Magnetabstand.
Die höchste induzierte Spannung konnte ich feststellen bei einer Spule die genau so breit ist
wie der Abstand zweier Magnete. Ich ermittelte im Optimum ca. 20mV Wechselspannung bei 200 U/min.
Das hört sich extrem wenig an, ist es auch, aber man muss bedenken das es ja nur 1/16 Teil
der späteren Gesamtspule ist und es sich um eine einzige Windung handelt.
Würde man so einen einzelnen Draht komplett herum wickeln käme man also auf ca. 0,32Volt
pro Windung bei 200 U/min.





Im nächsten Versuch entfernte ich jeden zweiten Magneten. Daraus ergibt sich dann eine Magnetanordnung
bei denen sich jeweils Nord und Südpole gegenüber stehen. Wieder untersuchte ich verschiedene Spulenbreiten.
Erstaunlicherweise ergab sich bei einer Spule die so breit war wie der Abstand zweier Magnete nur
ein recht kleiner Spannungswert und das beste Ergebnis (wiederum für mich erstaunlich) ergab sich bei
einer Spulenbreite die gut 1/3 Magnetabstand entsprach. Im Optimum erzielte ich aber nur ca. die
Hälfte der Spannung wie im vorherigen Versuch, nämlich diesmal knapp 10mV Wechselspannung bei 200U/min.



Des weiteren versuchte ich heraus zu finden bei welche Magnetposition zur Spule die höchste Spannung
induziert wird. Das ist mir bislang nicht gelungen weil die induzierte Spannung bei nur einem Draht
zu gering ist für ein aussagekräftiges Ergebnis am Oszilloskop. Das muss ich mit einer Spule mit vielen
Windungen wiederholen.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

.
Ein weiterer Test :

Ich habe die Magnete wieder eng zusammen montiert, diesmal standen sich auch wieder Nord- und Südpole
gegenüber.
Je weiter ich die Spulenschenkel nun auseinander zog, also z.B. auf die Breite des Magnetabstandes oder
noch grösser, je geringer war die induzierte (Wechsel)Spannung.
Der Maximalwert den ich erzielen konnte ergab sich wenn die Spulenbreite ca. 1/2 Magnetabstand entsprach,
also dichter als auf dem folgenden Foto abgebildet. Es wurden maximal knapp 8mV Wechselspannung induziert.



Zusammenfassend kann ich sagen das sich die grösste induzierte Spannung beim ersten Versuch ergab, bei der
Magnetanordnung bei der sich gleichartige Magnetpole gegenüber stehen und die Spulenbreite dem Magnetabstand
entsprach.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Nun folgte der Test, vor dem ich die meisten Bedenken hatte.
Unser User Cyclone hatte auch schon ähnliche Experimente gemacht und jedesmal wenn
er eine Mehrfachspule ausprobierte erzielte er keine Spannungserhöhung sondern die Ergebnisse
blieben wie bei einer einzelnen Spule.

Ich weiss nicht warum aber bei meinem Test war es glücklicherweise anders. Hier erzielte
ich mit 3 Spulen über den Magneten genau die 3 fache Spannung wie mit einer einzelnen
Spule nämlich bei 200 U/min ca. 60mV . Juchuuu !



Ich habe schon mal ein wenig hochgerechnet wie Daten eines fertigen Generators,
basierend auf diesem Magnetring, ausschauen könnte.

Derzeit würde ich ca. 0,32 Volt pro Gesamtwindung erzeugen.
Wenn wir z.B. bei 200 U/min 14 Volt erzielen wollen, müssen wir die Windungsanzahl auf 14 : 0,32 = 43,75
also auf rund 45 Windungen erhöhen. Jetzt rechne ich mal aus wie hoch wohl der Innenwiderstand in etwa
ausfallen würde.
Pro Windung benötigt man im Schnitt ca. 3m Draht. Insgesamt dann 3m x 45 = 135 m Draht.
Um diese Menge an Draht unterbringen zu können dürfte Kupferlackdraht mit ca. 0,7mm erforderlich sein.
Viel dickeren Draht wird man in dieser Menge kaum auf dem Umfang unterbringen können, so meine Schätzung.
135m Draht mit 0,7mm Durchmesser hätte einen Widerstand von ca. 6,3 Ohm.

Das sind natürlich alles andere als Traumwerte. Weder ist die angepeilte Ladedrehzahl sonderlich gering,
noch ist der Innenwiderstand auch nur annähernd akzeptabel. Allerdings war ein Ergebnis in dieser
Grössenordnung bei den schwachen Magneten klar und ich habe es für diesem Testrotor in etwa so erwartet,
eigentlich hatte ich es vor den Tests sogar noch etwas schlechter ausgerechnet.

Was lässt sich verbessern ?
Zunächst mal könnte man die Ladedrehzahl auf Kosten des Innenwiderstand senken und umgedreht, das sei
nur der Vollständigkeit halber erwähnt. So wären es bei ca. 500 U/min Ladedrehzahl (14V) dann nur noch
ca. 2,5 Ohm Innenwiderstand oder bei 100 U/min für 14V dann 12,6 Ohm Innenwiderstand.
Auch wären vielleicht noch 0,9mm Draht möglich, dann wären es (14 V bei 200 U/min) statt 6,3Ohm dann
nur noch ca. 3,8 Ohm. Ich bezweifle aber das man den dickeren Draht gescheit unterbringen könnte. Da kommt
es auf einen Versuch an.

Was bringen stärkere Magnete ?
Das scheint die Schlüsselfrage zu werden. Die derzeitigen Magnete bestehen aus dem Material N33 und haben bei
20 x 5mm ca. 1,5 cm³ Volumen pro Stück.
Was wäre wenn ich statt diesen 32 kleinen Magnete 32 grosse mit z.B. 45 x 15mm verwenden würde ?
Bei der Grösse 45 x 15mm hätte ein Magnet ein Volumen von 23,85 cm³, also ca. 16x mehr Volumen als
meine derzeitigen kleinen Magnete.
Mein "Monstermagnet" hat sogar 108 cm³ und somit ca. 72x mehr Volumen.
Wieviel mehr an Leistung, an Drehzahlsenkung oder Verringerung des Innenwiderstandes würde das ergeben ?

Grüsse

Bernd

[Savoniususer]

Super gemacht Bernd.
Ein ganz feiner Versuchsaufbau und gut dokumentiert.
Das Ergebnis lässt ja hoffen.

An die runden Magnete lassen die Spule gut anschmiegen.
Ob das bei rechteckigen Magneten genausogut geht?
Beim Spule wickeln sind die Rundungen bestimmt von Vorteil.

Grüße

Savoniususer

[jb79]

Bernd, hast du berücksichtigt, daß es sich um Wechselspannung handelt und daß der Gleichrichtwert wohl etwas höher wäre?