eisenloser Testgenerator, Ergebnisse, Fotos, Videos

[Bernd]

Zielsetzung:
Aufbauend auf den Erkenntnissen dieses Threads: viewtopic.php?f=8&t=245 wurde
ein völlig eisenloser Ringgenerator gebaut, der ohne eiserne Rückschlussbleche auskommt.
Der Aufbau des Testgenerators diente dem Zweck zu ergründen ob sich völlig eisenlose Generatoren mit
vertretbaren Aufwand herstellen lassen und ob das Verhältnis von Bauvolumen zu abgegebener Leistung und
Verlusten in einem praktikablen Verhältnis zueinader steht. Alle Punkte kann man heute positiv beantworten.

Vor dem Bau wurden erste Hochrechnungen anhand der Ergebnisse von Experimenten mit Einzelspulen und
Einzelmagneten ermittelt. Aus diesen Hochrechnungen erwartete ich für den fertigen Ringgenerator
einen Ladebeginn bei etwa 500 U/min und einen Innenwiderstand von 6 bis 10 Ohm.
Das sind keine Traumwerte, aber es sollte ja ein reiner Testgenerator werden aus dessen Resultaten und
Erkenntnissen man Nutzen für einen späteren wirklichen Nutzgenerator ziehen könnte.

Beschreibung:
Die im Inneren des Generators rotierende Magnetscheibe hat einen Durchmesser von ca. 18cm.
Sie trägt 32 Rundmagnete mit 2cm Durchmesser und 5mm Dicke. Das Magnetmaterial ist N33.
Die Magnete sind so montiert, das jeweils gleiche Pole zueinander zeigen.
Ich haben 16 Spulen aus 0,7mm Kupferdraht gewickelt .
Jede Spule hat 30 Windungen und besteht aus ca. 5m Draht.
Die Spulen habe ich auf einem Besenstiel gewickelt, in den ich winzige Nägel als Führung
eingeschlagen hatte. Die Spulen wurden, noch während sie auf der "Wickelform" waren, mit Sekundenkleber
fixiert und nach dessen Aushärtung in Polyesterharz getaucht. So ergab sich eine sehr feste Struktur der Spulen.
Die Spulen wurden mit Heißkleber auf der Holzplatte so fixiert das sich zwischen
Spule und Magnetring ein möglichst gleichmässiger Luftspalt von 1 - 2 mm ergab.

Die erste wichtige Erkenntnis ist, das man unbedingt eckige Magnete verwenden sollte, denn die
C-förmigen Spulen, die bei Rundmagneten nötig sind, lassen sich nur sehr schwer über den Magnetring "stülpen".
Dieses Montageproblem war auch der Grund warum ich keine Drehstromspulen gewickelt habe, sondern
herkömmliche Spulen verwendete, so das sich ein normaler 1 Phasen Wechselstromgenerator ergab.

bisherige Messergebnisse :
Leerlaufmoment: praktisch nicht vorhanden bzw. so klein das mit meinem Mitteln nicht messbar ist.
Bei 270 U/min werden 12 Volt eff. Wechselspannung erzeugt bzw. 16,9 Volt Peak.
Hinter einem Brückengleichrichter aus Schottkydioden liegt der Ladebeginn bei einem 12V Bleiakku bei ca. 240 U/min.
Der Innenwiderstand der Generatorspule beträgt ziemlich genau 3,0 Ohm (zu hoch für eine sinnvolle hochstromige Leistungsentnahme)
Ladebeginn und Innenwiderstand liegen dennoch deutlich günstiger als ursprünglich für das Fertigmodell erwartet.

In den folgenden Bildern ist gut zu erkennen das über die Hälfte des zur Verfügung stehenden
Spulenwickelraums ungenutzt blieb. Das heisst wenn man bei eckigen Magneten die (allerdings komplizierteren)
Drehstromspulen wickelt, dann ergäbe das ohne weitere Änderungen nochmal ca. doppelt so gute Ergebnisse !
Die vielen Luftspalte im Spulenbereich des Testgenerators sorgen allerdings für eine perfekte Luftkühlung der Spulen
wie sie wohl kein anderer Generatortyp so ideal erreicht.

Jetzt ein paar Bilder:


Bild 1 zeigt den Testgenerator mit montierten Darrieusflügeln.
In dieser Konstellation schaffe ich es mit meinen beiden Zimmerventilatoren die Darrieus-Generatorkombination
auf Drehzahlen zu bringen bei denen er einen 12V Bleiakku zu laden beginnt.
Gleiches gilt bei Nutzung mit Cansteinflügeln und Gleichrichtung über eine simple Spannungsverdoppler Gleichrichtung.












Grüsse

Bernd

[Bernd]

Ein paar weitere Erfahrungen mit dem Ringgenerator:

Als erstes und herausragendes Merkmal einer eisenlosen Generatorkonstruktion ist die Leichtgänigkeit
zu nennen, die ganz im Gegensatz zu Permanentmagnet erregten Konstruktionen mit Eisen schon
fast spektakulär leichtgängig wirkt. Es sei erwähnt das dieser Vorteil allen eisenlosen Konstruktionen
zu eigen ist, nicht nur diesem Ringgenerator.
Das folgende Video, bei dem ich dem Rotor mit montierten Cansteinflügeln ein kleinen Schubs
gab, soll verdeutlichen wie leichtgängig so ein Generator dreht. Im Grunde wirkt im Video fast nur
noch die Reibung der Kugellager und die Luft an den Flügeln als Bremse.

Ringgenerator in HD-Qualität




Im Testbetrieb fiel mir auf das die gesamte Konstruktion eines späteren Ringgenerators für den "wirklichen"
Nutzeinsatz sehr verwindungssteif aufgebaut werden muss wenn man sicher gehen will das die Magnete
bei mechanischen Belastungen der Rotorachse nicht auf die Spulen aufsetzen.
Bemerkenswert ist auch das Bremsmoment im Kurzschlussfall. Es ist dann schon beeindruckend wie schwer sich
die Achse des kurz geschlossenen Generators von Hand drehen lässt.

Der nächste Versuch ist zugegebener maßen bewusst auf "spektakulär" getrimmt.
Das gezeigte hat im Grunde keinen wirklichen Nutzwert aber es verdeutlicht immerhin das die Leistung von
eisenlosen Generatoren durch Erhöhung der Drehzahl sehr hoch getrieben werden kann.
Generatoren MIT Eisen kommen ab einer bestimmten Stromstärke in die magnetische Sättigung, die
einen weiteren Anstieg der Stromstärke verhindert. Dieses "Problem" gibt es bei Luftspulen nicht. Hier steigt
die Leistung mit zunehmender Drehzahl so lange an, bis die Spule bei stetig steigender Leistungsabgabe irgendwann
durch Überlastung durchbrennt. Im Video ist eine "Halogenwand" zu sehen die aus 10 Stück 50 Watt Halogenstrahlern besteht.
Durch unterschiedliche Abgriffe auf der Rückseite kann ich mehr oder weniger Halogenstrahler gleichzeitig
betreiben.
.

Im Video sieht man das ich einmal 4 und danach 8 Strahler a 50 Watt betrieben habe, also 200 Watt bzw. 400 Watt.
Unter dieser Last ist an der Bohrmaschine schon sehr deutlich das Drehmoment zu spüren das an die Generaorachse
abgeben wird. Alle 10 Lampen packt die Bohrmaschine leider nicht, sie kommt dann nicht mehr auf Drehzahl.
Der Generator selbst wäre schon in der Lage alle 10 Lampen zu betreiben. Sinn würde es aber keinen machen, denn die
Verluste, in der mit 3 Ohm recht hochohmigen Testgeneratorspule, sind bei einer so grossen Leistungsentnahme
sehr gross und die Spulen würden, trotz ihrer idealen Kühlung, schnell sehr heiss werden.
Es ist halt mehr ein Spass aus diesem relativ kleinen Generator solche Leistungen zu holen.
Eine kräftigere Bohrmaschine stand mir leider auch nicht zur Verfügung.
Die Lampen waren im Test in Reihe geschaltet, so das der Generator 48V bzw. 96V aufbringen musste um sie hell
aufleuchten zu lassen.

Leistungsstest in HD-Qualität



später mehr

[miniwindi]

Hallo Bernd,
Betr. unteres Video nach der Umschaltung von 4 auf 8.
Schau doch mal bei ca. 0:31 Sek..
Das ist nach dem Du auf 8 umgesteckt hast.
Da leuchen erst die rechten 4 und etwas später erst die linken 4.
Hast Du dafür eine Erklärung?
Gruß Herbert

[Bernd]

Ja, die ersten 4 Lampen sind beim zweiten Start noch heiss.
Durch die höhere Temperatur der ersten 4 Lampen haben diese einen höheren Widerstand denn deren Wendeln
sind Kaltleiter. Daher entsteht bei gleichem Strom (Reihenschaltung) in diesen noch warmen Lampen ein höherer Spannungsabfall.
In Folge dessen fällt an den wärmeren Lampen anfangs eine höhere Leistung ab, sie leuchten daher eher auf.
Als ich etwas später mit der Drehzahl nach unten und dann wieder hoch gehe leuchten alle 8 gleichzeitig auf denn
da waren dann alle gleichmässig warm.
Gut aufgepasst Herbert.

Grüsse

Bernd

[Andre]

Wow, die Erklärung hätte ich jetzt nicht aus dem Ärmel schütteln können, Respekt Bernd .

Gruss
Andre

[Bernd]

Danke Andre.

Jetzt noch ein Video das den Generator als Wechselstrommotor zeigt.
Wir haben an den Generator einen 12Volt Halogenlampentrafo angeschlossen (Wechselspannung).
Wenn man die Generatorachse von Hand auf die zur Netzfrequenz von 50 Hz passende Generatordrehzahl
beschleunigt, dann synchronisiert sich der Generator auf das in sein Spulenpaket induzierte 50Hz Wechselfeld
und dreht mit enormen Drehmoment von alleine weiter. Er läuft dabei exakt mit 187 U/min.
Seht selbst :



Grüsse

Bernd

[Carl von Canstein]

Eine Frage zur Mechanik hat sich mir wegen der Ummantelung der Magnete am Rotor durch die Spulen gestellt: Sehe ich das richtig, dass der Rotor mit den Magneten nicht mehr ausgebaut werden kann wenn die Spulen einmal eingeklebt sind?
Fuer eventuell notwendig werdenden Lagertausch oder Austausch anderer Komponenten muesste man da vielleicht noch eine einigermassen praktikable Loesung finden.
Bisher fiele mir dazu spontan nur eines ein: Absolut robuste Bauweise, so dass Schaeden garnicht erst auftreten.
Ich bin gespannt auf andere intelligentere Loesungen, die vielleicht eine einfachere Montage-Demontage auch nach Fertigstellung des Generators ermoeglichen - falls meine oben gestellte Frage korrekt ist.
Zur robusten Bauweise fiele mir bisher nur ein, dass man auch noch eine Glocke z.B. aus GFK ueber den Spulen plazieren koennte, um die Spulen an dieser zusaetzlich fixieren zu koennen. Als Schutz vor mechanischer Ausseneinwirkung und auch um elektromechanische Lasten im Generator abzufangen. Darueber noch eine Glocke, die fest mit der Drehachse verbunden mitrotiert und dafuer gedacht ist, dass Regen- und Spritzwasser draussen bleibt. Leider wuerde das die gute Ventilation beeinflussen. aber Schutz vor Witterungsschaeden ist sicherlich ein zu beachtendes Thema.
Was eventuell notwendige Lagerwechsel betrifft - groessere Lager vielleicht?
Am besten waere natuerlich eine unkomplizierte intelligente konstruktive Loesung, die ein leichtes Ein und Ausbauen aller Einzelteile ermoeglicht.
Wegen der Glocke zur Spulenfixierung: Die elektromechanische Last duerfte ja mit der Drehzahl steigen und da dieser Generator nach Bernd´s Aussage keine Leistungsbegrenzung durch Eisenverluste hat, muss man ja wohl die an den Spulen zerrenden Kraefte baendigen, wenn´s mal flott hergeht. Man will den Sturm ja ernten!
Das mit der unendlich mit der Drehzahl steigenden Leistung des eisenlosen Generators passt auch gut zu unserem Rotor weil der ja auch keine Drehzahlbeschraenkung - durch Stall etwa - zu kennen scheint.
Insofern hat Bernd hier ein tolles Projekt angepackt, bei dem wir alle gefragt sind, mitzuhelfen.
Kinderkrankheiten hat jedes Auto, davor sollte uns nicht bange sein!
Was eventuell notwendige Lagerwechsel betrifft - groessere Lager vielleicht?
Am besten waere natuerlich eine unkomplizierte intelligentere konstruktive Loesung, die ein leichtes Ein und Ausbauen aller Einzelteile ermoeglicht.
Gruss, Carl

[Flo Celle]

Also den generator außeinanderbau bal zu machen halte ich nicht für ein großes problehm das wurde ja auch schon ein paar mal hier so vorgeschalgen sogar mit ganz tollen CAD zeichnungen !
ich würde ja wenn man 3 pasen machen möchte auch immer die spulen auf sogenante drei sgmente auf bauen oder ebend 2 dann kann man die spulen mit samt ihrer halterung ganz beqwem lösen und von den magneten ring abauen und somit auch freie ban für lager wechsel !

Gruß Flo

[Carl von Canstein]

Oh ja, das ist eine gute Sache! Weil ich kein Elektrotechniker oder Freak bin, hatte ich nicht mitbekommen, dass Ihr Euch schon vorher Gedanken dazu gemacht habt!
Man bedenke die hunderte von Beitraegen, die man durchackern muesste um sich da schlauer zu machen! Der Tread "Eisenloser" ist mit Abstand der laengste bei uns im Forum!
Ja, das macht den Eisenlosen dann auch fuer den Normalverbraucher viel praktikabler. Man kann ja ruhig einmal die Ueberlegung anstellen, wie damit eine serielle Fertigung gemacht werden soll. Das mit einem fixen Einbau mit Einkleben ist dann sicherlich eine ziemliche Fummelei. Wenn man Segmente hat und die bei Bedarf sogar noch nachjustieren kann, super, super!
Gruss, Carl

[Bernd]

Für den endgültigen mechanischen Aufbau ist mir bisher noch keine zündende Idee eingefallen.

Ich würde gerne einen flachen Generator haben der ins Zentrum eines Vertikal Windrades passt und
an dem man gleich auch noch die Tragarme anschrauben kann.
Schwer zu lösen ist dabei das sich der innere Teil mit der Magnetscheibe drehen muss und
der Rest aussen herum muss feststehen. Das erzeugt konstruktive Probleme denn es wäre mechanisch
natürlich viel einfacher den äusseren Spulenring zu drehen, mit feststehenden Magneten im Inneren.
Aufgabenstellung ist also die Tragarme auf die Magnetscheibe wirken zu lassen, während der Rest
des Rotors fest mit dem Masten verbunden werden muss. Ein symetrischer Aufbau, wie ich ihn gerne
hätte, ist dann schwierig.
Wer das eben beschriebene Problem glaubt im Griff zu haben und daher gleich eine Lösung parat hat ala
"wieso, wo ist das Problem ?" sollte sich das ganze zunächst mal aufzeichnen, dann wird klarer was ich meine.

Mir sind zwar 2 oder 3 mögliche Lösungen eingefallen, aber so 100% gefallen die mir alle noch nicht.
Vielleicht habt ihr noch Ideen wie man das lösen kann.

Je einzelne Spule auswechselbar zu machen halte ich evtl. für einen zu grossen Aufwand. Auch Viertel der
gesamten Spule wechselbar zu machen kann ein unnötiger Bauaufwand sein, da muss man gucken wie
gross der zusätzliche Aufwand real wäre.
Für das Wechseln der Lager ist ein Lösen der Spulen nicht unbedingt nötig, kommt auf die Konstruktion an.
Beim Testgenerator kann ich die Lager wechseln OHNE die Spule von der Magnetscheibe lösen zu müssen.

Beim konstruieren eines Spulenhalters muss man bedenken das dieser NICHT aus Metall sein darf, auch
nicht aus antimagnetischem, also z.B. auch kein Alu. Der Halter muss aus GFK oder ähnlichen bestehen.

Aber vielleicht hat ja noch jemand ne Idee zu der konstruktiven Aufgabe wie ich sie oben beschrieben habe.
Bitte möglichst mit Skizze, denn sonst wirds schierig zu verstehen. Nochmal zur Erinnerung:
Aufgabenstellung ist die Tragarme auf die Magnetscheibe wirken zu lassen, während der Rest
des Rotors fest mit dem Masten verbunden ist.

Grüsse

Bernd