eisenlosen Generator selber bauen ! Ideen sind gefragt !

[Cyclone]

@Bernd,

Ich habe es mir so gedacht :

Wenn ich eine Spule Wechselspannung hinzufüge wird ein magnetisches Feld erzeugt.

In unserem Fall machen wir ja genau das Gegenteil, wir führen an eine Spule ein
Magnetfeld vorbei. Daraufhin fliesst in der Spule Strom. Und wenn in der Spule
ein Wechselspannungsfeld erzeugt wird, wird auch ein magnetisches Feld
erzeugt.

In der Radio HF Technik nennt man Selbstinduktion, wenn sich eine Spule
selbst mit dem von ihr selbst erzeugten Magnetfeld induziert. Bei uns passiert
das genauso - nur umgekehrt.

Eine "ideale" Spule in unserem Fall hätte dieses Verhalten nicht. D.h. sämtliche
magnetische Energie würde in Strom umgewandelt werden. In eine realen Spule
hast du folgende Verluste :

- Widerstand von Kupfer (Wärme)
- Erzeugen von einem Magnetfeld mit entgegengesetzten Polarität (Zerren an der Spule, oder Vektor F gegen die Richtung der Rotation)

In dem gesamten Generator kommt noch hinzu :
- Verlust in der Mechanik z.B. Lager (Wärme)

Das obige Problem hast du ja bei jedem Generator. Schon allein deshalb bin ich echt erstaunt über den
Wirkungsgrad von Nabendynamos..

Bin schon super gespannt, welchen Wirkungsgrad der Tunnelspulengenerator hat.. !

Gruss,
Cyclone

[Bernd]

- Erzeugen von einem Magnetfeld mit entgegengesetzten Polarität
(Zerren an der Spule, oder Vektor F gegen die Richtung der Rotation)

Auch ohne die Erzeugung einer Wechselspannung, also wenn z.B. der Lorentz Effekt Gleichstrom in
einem Leiter erzeugt, würde der Leiter versuchen der Kraft auszuweichen, das heisst die
sorgfältige Befestigung ist leider immer nötig. Es wäre ja auch ein Ding wenn ein Generator während
der Leistungsentnahme an der Welle keinen Widerstand leisten würde. Perpeteum Mobile

Ja gerade der Innenwiderstand macht mir Kopfzerbrechen denn er ist kaum in kleinen Grenzen
zu halten ohne extreme Spulen zu bauen.
Nach meiner Auffassung wird der Wirkungsgrad, neben den mechanischen Verlusten aber nur
noch durch den Innenwiderstand der Spulen und nicht durch die auftretende Selbstinduktion beeinflusst.
Begründung : Bei der Selbstinduktion verringert die gegensätzlich gerichtete Spannung den eigentlichen
Stromfluss, was die Leistungsabgabe zwar etwas reduziert, gleichzeitig aber auch eine geringere
mechanische Leistungsaufnahme zur Folge hat = Wirkungsgrad bleibt völlig unbeeinflusst.
Einzig der Zeitpunkt des anliegens einer bestimmten Leistungshöhe erhöht sich drehzahlmässig ein wenig.

Ich schätze den Wirkungsgrad auf mind. 90% ein, vorausgesetzt man kann den Innenwiederstand klein
halten und ebenso die mechanischen Verluste, die sich nur zu einem Bruchteil aus Lagerreibung aber zu
einem Grossteil aus der Luftreibung im Spulentunnel ergeben werden. Das heisst geringe Drehzahlen
wären auch hier günstig für einen geringen mechanischen Verlust. Gerade bei kleinen Minimodellen dürften
aber sehr hohe Drehzahlen notwendig sein, weswegen sie wirkungsgradmässig evt. nicht ganz so toll
abschneiden. Vielleicht überschätze ich aber auch diese mechanischen Verluste.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Weitere Ideen zur Verbesserung:

Die ganze Sache lässt mich nicht mehr los. Ich entdecke mich immer wieder dabei wie mir laufend
irgendwelche Dinge durch den Kopf gehen wie man den Generator verbessern oder vereinfachen könnte.

Heute habe ich mir dann etwas magnetisches Grundwissen reingezogen.
Der magnetische Fluss, der sich zwischen den Polen ausbildet, ist mit dem Strom in einem Stromkreis
vergleichbar. Der Strom wird in einem Stromkreis durch den elektrischen Widerstand begrenzt.
Der magnetische Fluss wird durch das Material begrenzt, das sich zwischen den Polen befindet.
Je höher der Fluss, desto mehr Energie wird in die Kupferspule induziert.
Da das Material zwischen den Magnetpolen in unserem Fall Luft ist, sollten wir versuchen diese "Luftbrücke"
so kurz wie möglich zu halten, denn Luft ist kein guter magnetischer Leiter.

Mir kam daher zum einen die Idee eine Magnetbauformen zu wählen, bei denen die durchschnittliche
Feldlinienlänge durch die Luft nicht zu lang wird.
Zum anderen kam mir die Idee die Luft zwischen zwei hintereinander liegenden Magneten, bei denen
ja immer gleiche Pole zueinander weisen, mit einem besseren magnetischen Leiter zu überbrücken.
Dann würde die Feldlinien erst am Rand dieses Leiters in den schlechteren Leiter Luft austreten.
Die Länge der "Luftbrücke" würde sich dadurch deutlich verkürzen.

Ich habe daher folgendes Experiment gemacht:
ich habe 3 Mini Neodymmagneten mit 10mm Durchmesser und 5mm Dicke über ca. 2cm lange
Eisenstücke verbunden. Der Einfachheit halber nahm ich dafür kleine Stecknüsse.
Das daraus entstandene Gebilde steckte ich durch eine Minispule mit 18 Windungen.



Obwohl gleichnamige Magnetpole zueinander weisen haften die Magneten erstaunlicherweise dennoch
auf den eisernen Stecknüssen, allerdings nur wenn diese nicht allzu klein sind.
Beim Durchstecken dieses Gebildes durch die Spule erziele ich ca. 6mV und ca. 5mA. Angesichts der
primitven Spule und des kleinen Aufbaus gar nicht mal so wenig finde ich, zumal die Geschwindigkeit
beim Durchführen nur ca. 20-30cm/sec betrug.

Ich fertigte ein zweites Gebilde an, diesmal mit kleinen Holzstückchen anstatt der eisernen Stecknüsse
und wiederholte den Versuch. Ich erzielte zwischen 2,6 und 3mA, also deutlich weniger als mit der
Variante mit den eisernen Zwischenstücken. Hier scheinen sich mal Theorie und Praxis zu decken.
Leider würde sich das Gewicht des Magnetrotors durch diese Idee mind. verdoppeln.

Grüsse

Bernd

[Menelaos]

Das Prinzip ist nicht neu...!

"Generator" hatte im Kleinwindanlagenforum mal recht ausführlich darüber berichtet und Zig-fach höhere Feldstärken erhalten als es mit den bloßen Magneten möglich war:

http://www.kleinwindanlagen.de/Forum/ph ... sc&start=0

Das dürfte nach meinem verständnis auf der gleichen Wirkungsweise beruhen....hast ja damals auch mitgelesen Bernd...
Gruß
Max

[Cyclone]

Hallo,

hatte mir den Link angesehen und es scheint tatsächlich wichtig/möglich zu sein, den Magnetfluss
zu bündeln.

Nur stellt sich mir die frage, wohin sollte man diesen bündeln ? Die Tunnelspule umgibt die
Magnete fast völlig. Einzig der Spalt zwischen den Magneten wäre zu überbrücken.

Am besten wäre es doch, komplett auf die Spalten zwischen den Magneten zu verzichten
und einen durchgehenden "Ringmagnet" zu bauen. Mir ist die Polarität noch nicht ganz klar.
Würde man jeweils die entgegengesetze Polarität der Magnete verbauen können, wäre die
mechanische Durchführung kein Problem sein. Bei gleichen sind die Kräfte der Magnete
wohl zu stark um daraus einen "Magnetring" zu bauen.

Hier ein Zitat von "Generator" :

Hallo WWWFREAK,
ja das sieht schon gut aus, so kann man das ohne weiteres bauen wobei ich schon fast 3 Jahre nicht mehr so baue sondern nur noch Eisenlos wegen dem Rast-Halltemomment vom Eisen.
gruß Generator

D.h. doch kein "Eisen" im Generator ? Wir haben kein Eisen in den Spulen, sodass "Eisen" zwischen den Magneten nicht stören dürfte. Evtl. könnte man auch
andere Materialien verwenden anstelle von Eisen, etwas mit einen höheren magnetischen Leitfähigkeit (Permeabilität). Einige Ferrite
scheinen geeignet zu sein. Die geeignete Form dürfte aber nur schwer zu beschaffen sein, evtl. könnte man Ferritpulver mit
Epoxydharz vermischen und die nötige Form "giessen".

Egal was wir machen, der Rotor bekommt mehr Masse, also wird das Drehmoment steigen. Wenn der magnetische Fluss dadurch aber steigt,
dürfte sich es lohnen.. (kann man den Fluss auch messen ?, wenn ja womit ?)

Gruss,
Cyclone

[Bernd]

Das Prinzip ist nicht neu...!

Das habe ich ja auch nirgendwo behauptet !
Aber du hast Recht Max, ich bin sogar der Meinung das es sicher schon 100 Jahre nichts neues mehr im Bereich
des Elektromagnetismuss bzw. Generatorbaus gibt, auch wenn einige Leute auch heute noch ihre Basteleien als
"ihre persönliche Erfindung" darstellen wollen.
Insofern kann man heute keine neue Generatorbauform mehr erfinden, man kann bestenfalls eine unbekannte
und in Vergessenheit geratende ausgraben und evtl. verbessern.
Leider hat das Eisen zwischen den Magneten den Nachteil das der Rotor erheblich schwerer wird.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

@ Cyclone
Die Magneten ohne Luft dazwischen direkt hintereinander zu montieren, würde nur gelingen wenn sich
unterschiedliche Pole gegenüber stehen, das aber widerum würde dann einen magnetischen Kurzschluss bedeuten,
denn die Feldlinien würden dann nicht mehr um den Magneten herum, sondern einfach durch den Magnetring
hindurch von einem zum anderen verlaufen, der Magnetring wäre dann für uns nutzlos.
Bei unterschiedlichen Polen kriegst du die Magneten nicht zusammen gedrückt, das kann man vergessen.
Nach meiner Einschätzung kriegt man sie kaum näher montiert als doppelte Magnetdicke.
Ja du hast Recht, das Eisen zwischen den Magneten würde keine Wirbelstromverluste erzeugen, denn es
bleibt immer gleichförmig magnetisiert, im Gegensatz zu dem Eisen innerhalb von Spulenkernen das ständig
ummagnetisiert wird.

Egal was wir machen, der Rotor bekommt mehr Masse, also wird das Drehmoment steigen.

Die Masse des Rotors, also das Gewicht, hat nichts mit dem erzielbaren Drehmoment zu tun. Sie verlangsamt
durch ihre Trägheit "lediglich" die Reaktionsgeschwindigkeit des gekoppelten Windrades.

Grüsse

Bernd

[Cyclone]

Die Masse des Rotors, also das Gewicht, hat nichts mit dem erzielbaren Drehmoment zu tun. Sie verlangsamt
durch ihre Trägheit "lediglich" die Reaktionsgeschwindigkeit des gekoppelten Windrades.

ok, anders gesagt, braucht es für das "Andrehen" des Rotors die gleiche Kraft, die aber über eine
längere Zeit wirken muss um den Rotor in Bewegung zu bringen. Naja, ist doch gar nicht so schlecht.
Dann dreht der Rotor eben gleichmässige..

Gruss,
Cyclone

[Bernd]

Das klingt plausibel, tatsächlich ist ein reaktionsschnelles Windrad aber besser in der Lage die
Energie z.B. von Böen auszunutzen.

P.S. ich wollte mal nebenbei anmerken das mir die lebhafte Diskussion hier sehr gefällt !!
Ich glaube wir werden zusammen am Ende einen für Windräder sehr gut geeigneten Generatortyp
konstruieren, der die Belange der Nutzung der Windenergie weit besser berücksichtigt als das bei
den derzeitigen Modellen der Fall ist, insbesondere was niedrige Drehzahlen angeht. Weiter so !!

[Bernd]

Weiter gehts mit diversen Versuchen :

Ich habe die Minimagnetstange (mit den kleinen Stecknüssen als eiserne Zwischenstücke) durch eine Spule
aus 0,4mm Kupferdraht mit 35m Länge, geführt. Die Spule hat 6 Ohm, das wäre natürlich viel zuviel aber
es ist ja nur ein Versuch was sich dann für Werte einstellen.
Ich ermittelte maximal ca. 0,20 Volt und ca. 100mA bei ca. 20cm/sec. Mir scheint das ab einer gewissen
Dicke der Spule im Verhältnis zur Magnetgrösse, sich die Spannung nicht in dem Masse erhöht wie man das
rechnerisch erwarten würde. Was ich auch nicht verstehe ist die Tatsache das die Spannung viel höher sein
müsste damit sich die gemessenen 100mA Strom einstellen, nämlich ca. 0,60Volt.





Um die Frage zu beantworten ob die gepante Generatorkonstruktion auch schon bei geringen Drehzahlen genug
Leistung in das Spulenpaket induzieren kann, wollte ich heraus finden wie gross die Bremskraft im Kurzschlussfall ist,
die sich durch die Spulenpakete und die Magnete ergeben wird, denn diese Bremskraft lässt Rückschlüsse darauf zu
wieviel Energie in diesem Moment gerade induziert wird.
Mir kam dazu die Idee ein Spulenpaket durch einen Alustreifen zu ersetzen, der in dem Fall als Wiebelstrombremse
fungiert. Dabei machte ich die nützliche Erkenntnis das, zumindest bei der Aluwirbelstrombremse, der Magnet doch
relativ nahe am Alu vorbei streichen muss um maximale Bremswirkung zu erzielen.
Die Bremswirkung die sich in dem auf dem Foto sichtbaren Alutunnel ergab war subjektiv empfunden schon recht gross.
Wenn man sich nun vorstellt das 10 dieser Magnete gleichzeitig ihre "Bremswirkung" addieren, dann ist das schon
sehr beachtlich und macht mir Hoffnung das wir vielleicht doch ohne Fluss verstärkende Maßnahmen bei unserem
geplanten Generator auskommen.




Dann wickelte ich noch zwei weitere Spulenpakete aus dem Schaltdraht, um eine "Drehstromversion" zu simulieren.
Das Foto zeigt die noch nicht ausgerichteten Spulenpakete. Jede Spule hat 40 Windungen. Würde sie aus dem reinen
Kupferdraht bestehen wäre sie nur halb so dick, denn der Schaltdraht hat eine Isolierung die ihn doppelt so dick
macht wie den eigentlichen Kupferdraht im Inneren. Im tatsächlichen Betrieb müsste der Draht aber noch viel dicker
sein wie derzeit der Schaltdraht.
Weil die erzeugten Spannungen für einen Drehstromgleichrichter zu klein waren, verschaltete ich alle drei Spulen in Reihe
was nicht ganz optimal ist.
Beim Durchführen des Monstermagneten ( 60 x 60 x 30mm ) durch das Spulenpaket ergab sich eine Spannung von bis
zu maximal 1,5 Volt bei ca. 50cm/sec Magnetgeschwindigkeit. Den Strom konnte ich nicht messen, weil ich mittlerweile
bei allen Messgeräten den grossen Strombereich gekillt habe. Man spürt beim Kurzschluss des Spulenausgangs schon
eine gewisse Kraft beim Durchführen des Magneten, allerdings deutlich kleiner als bei der Aluwirbelbremse, da muss
mehr Kupfer drum !!