Mess-Stand mit Glockenankermotor

[Daniel]

Hallo an alle in diesem tollen Forum!

Ich lese hier schon seit einiger Zeit als Gast interessiert die Beiträge und bin von dem breit gefächerten Know-How begeistert, welches in so kurzer Zeit zusammen getragen wurde.

Mittlerweile bin ich ebenfalls vom "vertikalen Windvirus" befallen Da mir im Moment das nötige Gelände für eine eigene Anlage fehlt und ich eigentlich auch noch nicht sagen kann, für welchen vertikalen Rotor-Typ ich mich entscheiden würde, möchte ich mich zunächst damit beschäftigen, verschiedene Rotor-Formen und -Typen durch eigene Messungen und Versuche zu vergleichen.

In einer Kiste in meiner "Rumpelkammer" habe ich zwei Glockenankermotoren gefunden. Leider sind mir außer dem Spannungsbereich von 0 - 40 V keine weiteren technischen Daten bekannt ... aber ich wollte ja messen: Die Motoren sind 61 mm lang und haben einen ebensolchen Durchmesser. Vorne und hinten schaut eine 6 mm Achse heraus. Da sie sich sehr leicht andrehen lassen und kein Rastmoment haben, glaube ich, sie im Generatorbetrieb für einen Mess-Stand verwenden zu können. Ich habe irgendwann mal gehört, dass bei Glockenankermotoren die Drehzahl linear zur Betriebsspannung steigt und das Drehmoment linear zur Stromstärke. Das werde ich zunächst mal überprüfen ...

Den Mess-Stand will ich so dimensionieren, um Rotoren von 50 x 50 cm (D x H) vergleichen zu können. Besonders "praktisch" finde ich die Tatsache, den Rotor stufenlos durch den mit Widerständen beschalteten Generator belasten zu können ...

So viel fürs Erste.

Grüße Daniel

[Bernd]

Hallo Daniel und herzlich willkommen hier bei uns im Forum.

Ich finde deine Idee sehr gut einen Messtand zu bauen, bist du doch (leider) erst der zweite neben
mir der dann einen solchen sein Eigen nennen kann.
Dein Glockenankermotor wäre zwar sicher von der Leichtgänigkeit her gut geeignet, ist er doch ein
eisenloser Motor, aber er wird sehr wahrscheinlich nicht das nötige Bremsmoment aufbringen können
befürchte ich.
Das heisst der Generator muss in der Lage sein ein hohes Bremsmoment aufbringen zu können damit
man den Windradrotor entsprechend "in die Knie wwingen" kann.
Ich selber hatte mal einen Mini Scheibengenerator für diese Zwecke gebaut, aber der war auch zu schwach.

Überprüfe mal wie schwer sich der Motor drehen lässt wenn du ihn kurzschliesst.
Das ist natürlich nur subjektiv möglich, ausser du bist im Besitz einer Federwaage mit Messbereich so um
die 200gr.

Grüsse

Bernd

[Daniel]

Hallo Bernd,

Der Motor dreht sich bei Kurzschluss um einiges schwergängiger als im Leerlauf. Den Faktor kann ich leider nicht abschätzen. Er lässt sich allerdings noch relativ gut mit den Fingern drehen.

Wenn ich mir die Excel-Tabelle zur Leistungsberechnung anschaue, sind die zu erwartenden Leistungen bei einer Rotorgröße von 1/4 m^2 noch ganz überschaubar. Aus dem Bauch heraus würde ich sagen, dass der Motor diese Leistung auch aufbringen kann. Ich werde es hoffentlich bald wissen ...

BTW: Welche Windgeschwindigkeiten kannst Du mit Deiner "Windwand" erzeugen?

Falls ein Motor (Generator) nicht stark genug ist, hätte ich ja noch einen baugleichen zweiten. Oder ich könnte ein Getriebe einsetzen, um das Drehmoment zu erhöhen.

Eine Federwaage habe ich leider nicht. Aber auf welchen Abstand zum Achsmittelpunkt bezog sich Deine Schätzung für 200 g?

[Bernd]

Er lässt sich allerdings noch relativ gut mit den Fingern drehen.

Dann ist das ziemlich sicher zu wenig, wenn du ihn an einer 6mm Achse noch relativ leicht drehen
kannst. Ich hatte aber auch damit gerechnet, denn diese Art Motoren sind in der Regel auf
sehr hohe Drehzahlen ausgelegt und haben daher bei geringen Drehzahlen nur ein kleines Drehmoment.
Auch zwei dieser Motoren könnten noch zu wenig Drehmoment, also Bremsung, erzeugen.

Vielleicht hast du eine kleine Küchenwaage ?
befestige mal einen kleinen Holzstab oder ähnliches quer auf die Achse, so ca. 5 - 10cm lang.
Dann schliesse den Motor kurz. Lege den Stab auf die Waage und drehe dabei den Motor
so das du die Abstüzkraft des Motors, die der Stab auf der Waage erzeugt, messen kannst.

BTW: Welche Windgeschwindigkeiten kannst Du mit Deiner "Windwand" erzeugen?

Die Windwand gehört nicht mir. Ich setzte zwei 40cm Ventilatoren ein. Prinzipbedingt ist die
Windgeschwindigkeit umso geringer je grösser der Abstand zum Ventilator ist. Ein Windkanal
bietet da bessere Bedinungen. Der Wind dürfte im Schnitt mit ca. 3,5 m/s auf den Rotor treffen.

Grüsse

Bernd

[Daniel]

Habe mittlerweile ein wenig mit dem Motor experimentiert und glaube nun auch, dass er für den Drehzahlbereich eines Widerstandsläufers mit 50 cm Durchmesser zu schwach ist.

Mir fehlen zwar noch viele weitere Messungen, um mal ein paar Kennlinien zeichnen zu können ... aber als Generator betrieben, liefert der Motor 11,2 V im Leerlauf bei einer Drehzahl von 1176 U/min. Wenn ich diesen Spannungsbereich unter Belastung erreichen will, komme ich um ein Getriebe nicht herum.

Grüße Daniel

[Daniel]

Hier die zuvor versprochenen Kennlinien:

leerlauf.gif (20.76 KiB) 9928-mal betrachtet

20ohm.gif (25.3 KiB) 9930-mal betrachtet

10ohm.gif (25.02 KiB) 9931-mal betrachtet

8ohm.gif (25.42 KiB) 9929-mal betrachtet

6ohm.gif (25.33 KiB) 9934-mal betrachtet

4ohm.gif (24.98 KiB) 9930-mal betrachtet

Man kann beim Vergleich der Kennlinien sehr schön sehen, dass die maximale Leistung erzielt wird, wenn die Belastung dem Innenwiderstand des Generators entspricht.

Leider sind die erforderlichen Drehzahlen so hoch, dass ich sie nicht mit einem Rotor von 50 cm Durchmesser erreichen kann. Daher werde ich ein zweistufiges Getriebe aus Zahnriemen einplanen, welches die Drehzahl am Generator um den Faktor 8 bis 10 anhebt. Ich hoffe natürlich, dass das Anlaufmoment dann nicht zu groß wird.

Grüße Daniel

PS: Wie bekommt man ein Bild ohne Scrollbalken hin?

[Bernd]

Ja es sieht nach einem schnell drehenden Motor aus, wie für diese Konstruktion üblich.
Zur Messung von Modellen ala C-Rotor ist er als Direktläufer nicht geeignet.

Hast du schon mal an die Messung per mechanischer Abstützbremse nachgedacht ?
Ich meine so eine Bremse wie ich sie im Teststand einsetze. Sie besitzt zwar kein HighTech Flair,
ist aber zur direkten Ermittlung der mechanischen Energie an der Rotorwelle weitaus genauer
als eine Messung über den Umweg eines Generators.

Alternativ könnte man einen (passenden) Generator noch als "stufenlose Bremse" einsetzen und auch
wieder über das Abstützmoment die mechanische Leistung ermitteln.

Das gleiche gilt für eine selbstgebaute Wirbelstrombremse.

Bei einer Übersetzung per Riemen oder was auch immer weiss ich nicht wie man dessen Verhalten
erfassen kann. Kann man das Leerlaufmoment als drehzahlkonstant annehmen ?
Das wäre nämlich alles sehr wichtig um wirklich aussagekräftige Ergebnisse ermitteln zu können.

Grüsse

Bernd

[Daniel]

Nachdem ich mich gestern mit Zahnriemengetrieben auf der Webseite von Mädler auseinander gesetzt habe, bin ich mittlerweile nicht mehr so überzeugt von dieser Idee. Meine Planung ging in Richtung eines 2-stufigen Getriebes mit der Übersetzung von 1:10. Eine Stufe mit dem Faktor 3 (60/20), eine weitere mit dem Faktor 3,333... (60/18). Ruckzuck wäre ich bei über 50 Euro angelangt ... plus MwSt. Da waren die Scheiben noch nicht in ein Gehäuse eingebaut. Etwas teuer für einen Versuch mit ungewissem Ausgang.

@Bernd: In einer Physik-Formelsammlung habe ich durch Zufall eine Konstruktion gesehen, die Deiner verwendeten sehr ähnlich ist. Wenn man nicht gerade eine Marken-Federwaage nimmt, kommt man weit unter 50 Euro weg. Und da ich dem Hebelarm "beliebig" variieren kann, sind mit einer Federwaage gleich mehrere Messbereiche erfassbar

Die Idee mit einer Wirbelstrombremse hat auch einen Reiz. Da stellt sich mir aber sofort die Frage, wie man so ein Ding geeicht bekommt. Das Projekt wird erst mal auf unbestimmte Zeit verschoben.

In einem anderen Thread werde ich mal meine Gedanken zu einem Windkanal posten, dass hat hier nun gar nichts zu suchen.

Grüße Daniel

[Bernd]

Egal welches Bremssystem man verwenden würde, ob mechanisch, Wirbelstrom, elektrisch oder
was auch immer, wenn die eigentliche Messung direkt über das Abstützmoment erfolgt, dann
ist die Leistungsbremse nur eine Bremse und das Messgerät ist dann die Waage. Daher muss eine
Bremse nie geeicht werden. Sie wird ja ohnhin ständig stufenlos verändert und ist nur das Hilfsmittel um
den Generator zu belasten. Die Messung erfolgt dann über das Abstützmoment.

Grüsse

Bernd

[Daniel]

Obwohl die Messung mit dem Glockenankermotor nun eigentlich obsolet ist, habe ich mittlerweile einfach mal aus Neugier das Drehmoment gemessen, welches erforderlich ist, um die Welle in Bewegung zu versetzen:

Es beträgt 0,01 kg * 9,81 m/s² * 1,9 cm = 0,18639 Ncm

Ziemlich wenig wie ich finde ...