Scheibengenerator- Planung, Bemaßung, Aufbau

Hallo Mark,

Aufgrund des schlechten STandortes sind die Ertragsdaten nicht so der Hammer, an guten Tagen haben wir aber schon knapp 400 Wh eingefahren.
Die Lager funktionieren einwandfrei. WIr haben sie auch nicht gegen die Elemente geschützt aber ich denke dass sie auch so lange halten werden. Geschmiert haben wir sie auch, wissen aber immer och nicht ob dieser Schmiernippel nicht nur ein Fake ist.

Die Sturmsicherung ist so ein halbes Furling...

Es gibt einen Offset von Rotorachse und Mast von etwa 9 cm. Dadurch wird der Rotor einem Drehmoment ausgesetzt und tendiert dazu zur Seite zu schwenken. Dem wirkt beim Furling die WIndfahne durch ihre eigene Gewichtskraft entgegen da sie "schief" gelagert ist. bei uns übernimmt diese Aufgabe ein Türschließer, das ist der kleine Kasten den man am vorderen teil des Auslegers sieht.


Gruß
Max

Hallo Mark,

In der Tat habe auch ich alles mit dem angeführten Tool gemacht. Das reicht für Überschlagungen auch vollkommen aus. Was es nicht berücksichtigt ist die Umfangsgeschwindigkeit der Magnete auf zunehmenden Durchmessern (bzw. hier gibt es nicht einmal einen Referenzpunkt) aber dennoch kam das ganze erstanlich gut hin, wohl auch wegen der simulationen mit Femm und der daraus gewonnenen Ableitung der Flussdichte.

Wenn du es zu Fuß rechnen willst, findest diu dort aber auch alle nötigen Formeln...

Ich habe damit übrigens noch etwas herumgespielt und bin nach vielen " Messungen" zu folgendem Schluss gekommen.
Bei einem Zweischeibengenerator sollte der Luftspalt zwischen den Magneten nicht größer sein als die Breite eines Magneten. Um dann noch ein Optimum für das Verhältnis Flussdichte zu Luftspaltgröße zu erhalten sollten die Magnete etwa halb so dick sein wie breit, nicht unbedingt mehr. Daraus ergibt sich dann bei N52 Magneten ein Luftspalt von doppelter Magnethöhe bei zweischeibengeneratoren und einfache Magnethöhe wenn nur eine Rotorscheibe bestückt ist. Das sind ganz gute Richtwerte. Wenn das eingehalten wird, hat man im Luftspalt eine Flussdichte von etwa 0,75 Tesla.
Weiterhin ist es wichtig bei der AUslegung der Spulenschenkelbreite usw. darauf zu achten, dass der Luftspalt zwischen 2 gegenüberliegenden Magneten nicht größer wird als der Abstand zweier Magnete auf der gleichen Rotorscheibe. Das wird vor allem bei 2-Scheiben-Generatoren zum Problem. Also die SPulen lieber etwas flacher und breiter machen...

Zu den Rotorblattvarianten:

Der Schlitzflügler:

Den finde ich klasse, denke aber nicht dass er sooo einfach herzustellen ist wie das auf den BIldern ersceint. Vor allem die Nabe ist doch recht kompliziert und auch der Flügel ist in sich gebogen und hat daher variable Anstellwinkel die nicht so leicht umzusetzen sein werden.

Windkraft:

EIn tolles Tool, dass ich von Zeit zu Zeit gerne verwende. Es bietet viele Möglichkeiten, vor allem dann wenn man die Opton nutzt eigene CW und CA Werte einzulesen und damit auch andere Profile rechnen zu können. Ich halte die Herstellung von NACA Blättern für das Beste was den Wirkungsgrad angeht, wohl aber auch für die aufwendigste Methode. Das ist mir persönlich zu kompliziert.

Rohrflügler:

Damit kenne ich mich ja nun ganz genau aus, hab wohl ne ganze LKW Ladung davon gebaut. Ich halte sie für das Non plus Ultra der wenns darum geht innerhalb kürzeszer Zeit in ihren EIgenschaften recht gut berechnbare Rotoren zu bauen.

Meiner Meinung nach ist hier aber bei 2,5 m Durchmesser schluss und bei SLZ von mehr als 5 sird der WIrkungsgrad schnell sinken.

Zum Vergleich der mechanischen Leistungen von Rotoren kann man sich eine Drehmomentwage bauen. Da sist nicht soooo schwer, aber etwas aufwendig und ohne WIndkanal sind die Ergebnisse auch etwas wertlos. Schau mal ins Cansteinforum, dort hat BErnd mal beschrieben wei do ein Teil gebaut und bedient wird.


Gruß
Max

Hallo Rehweb!

Schön dass du dich für den Bau eines Scheibengenerators interessierst. Ob das bei einem Savonius sinnvoll ist, darüber habe ich auch lange nachgedacht. Wie du schon richtig erkannt hast hat man hier sehr kleine Drehzahlen von etwa SLZ 1 im Leerlauf und noch weniger unter Last. Je nach Durchmesser des Savonius braucht man hier also einen generator der schon bei extrem kleinen Drehzahlen die 12 V erreichen können muss.

Hier muss man sich nun überlegen worauf man Wert legt. Man kann entweder viel Geld ausgeben und einen Generator mit sehr großem Durchmesser und vielen Magneten sowie gutem Wirkungsgrad bauen oder man baut klein und kostengünstig, muss dann aber mit einem schlechten Wirkungsgrad bei zunehmender leistung leben.

Für den ANfang würde ich dir letzteres empfehlen. Damit die Sache sinnvoll bleibt, würde ich dir vorschlagen deinen Savonius auf jeden Fall recht schmal und hoch zu bauen statt umgekehrt. Die leistung bleibt dabei die Gleiche, jedoch ist die Drehzahl bei schmalen Anlagen wesentlich höher.

An welche Baugröße hast du denn gedacht?

Prinzipiell kannst du auch aus meinen Teilen einen Generator bauen der schon bei sehr kleinen Drehzahlen die 12 V erreicht. Dazu benötigt man wesentlich mehr Windungen in den Spulen. Damit der Platzbedarf der gleiche bleibt, muss somit der Drahtdurchmesser sinken. Das führt zu einem viel höheren Innenwiderstand des Generators womit bei zunehmenden Leistungen auch der Wirkungsgrad rapide abnimmt. Wenn du ohnehin nur kleine Leistungen abgreifen willst, ist das vollkommen in Ordnung, willst du mehr als 40-50 Watt Spitze erzeugen, wird sich en Scheibengeneratorbau für ein 12 V System nicht lohnen.

Für meinen (jetzt nur den) Generator benötigt man etwa 300 Euro an Maetrial. Ich habe mit Sicherheit mehr ausgegeben da einige Sachen schief gegangen sind und man auch erst Erfahrungen sammeln muss. nachhaltig habe ich das Konzept auch etwas verändert um den Bau zu erleichtern. Wenn man nach ANleitung arbeitet, gehts sicherlich auch für 250 Euro.

Es gibt 3 maßgebliche Faktoren die die Baukosten in die Höhe treiben. Das sind Magnete, Kupfer und Laserteile.

Vor allem Letztere hauen bei größeren generatordurchmesser richtig rein. Ich habe für ein Set etwa cih glaub 55 Euro oder so bezahlt, wobei die Rotorscheiben etwa 40 oder so im Durchmesser waren. Für ein Set mit 80 cm Durchmesser müsste ich schon 230 Euro hinblättern...

Am besten du schaust erstmal in welcher Größenordnung du bauen willst und dann wäheln wir gemeinsam was passendes aus und überlegen was sinnvoll ist und was nicht.

Gruß

Max

hallo,

nun mal etwas aus der Leben des Scheibengenerators:

letzten Freitag und Samstag hatten wir hier kräftig Wind aus N, so um 6m/s im Mittel, in Böen 10 - 11.

Spitzenertrag über 24h: 1400 Wh erzeugte Leistung

Höchstleistung: 364 W bei ?m/s

Leider mußte ich arbeiten, und so konnte ich nicht die Windgeschwindigkeit ermitteln.

Der Shunt war leider auch sehr akktiv, weil meine inzwischen fast kapazitätfreien Batterien mit 300 W Dauerleistung (WR + 200 W PV ) nicht viel anfangen können, der Strom muß daher sinnvoll verbraucht werden.

Im Monat Oktober ist der Gesammtertrag bis jetzt bei 4,5 kWh, und das bei meinem schlechten Standort.

Die Ertragsdaten werden hier html/ertrag_kwk.html unter Menelaos eingestellt.

Meine Fd 200 macht natürlich nichts, da ich nur einen Mast habe.

bis demnächst

Peter

Hat keiner eine Meinung dazu?

Hallo Mark,

Du musst mal von diesem Tool runterkommen...
...bzw. dir darüber klar werden was es warum und wie macht. Es ist nicht mehr als ein Schätzeisen, kein präzises Werkzeug. Es berücksichtigt nicht alle Faktoren die eine Rolle spielen und man muss sich darüber klar sein und etwas Erfahrung mit einfließen lassen.

Es macht keinen Sinn, den Generator größer auszulegen. Du würdest ihn abwürgen.
Das Problem ist ja folgendes:

um den WIrkungsgrad zu verbessern muss man bei gleicher Spannung und gleicher Drehzahl den Innenwiderstand verringern. Das tut man indem man entweder weniger Draht verwendet (also mehr Magnetpole hat...mit dann weniger Windungen pro SPule und kleinerem Luftspalt und somit höherer Flussdichte) oder dickerem Draht (der dann aber nicht mehr in den Luftspalt passt). Nun muss mand amit etwas herumspielen

Ich schaue mir immer an was für draht das tool ausspuckt und was dabei für ein Innenwiderstand entsteht. Dann schaue ich ob ich auch dickeren Draht nehmen könnte, rechne mit aus was wie viele Windungen jenes Drahtes an Platz verbracuhen und schaue ob das noch in den Luftspalt passt. Wenn nicht, dann muss ich entweder beide Scheiben mit Magneten bestücken und hab dann bei gleichem Luftspalt mehr Flussdichte (brauche also weniger WIndungen) oder bei doppelter Flussdichte mehr Platz für dickeren Draht.....

Gehst du im Tool einfach bei gleicher SLZ auf einen größeren Durchmesser, wird dein Generator später anfangen zu laden da die Ladebeginndrehzahl runter geht (denn der große Rotor dreht ja langsamer).
Passt du sie SLZ entsprechd an, wirst du feststellen dass das Tool genau das macht was ich gerade sagte. Es wird dann auch wieder den gleichen generator rausschmeißen, mit gleicher SPulen ud WIcklungszahl aber anderem Querschnitt des Drahtes bzw. mehreren Drähten "in Handen".

Du solltest deinen generator also nicht überdimensionieren. Als Fausformel kannst du sagen dass wenn der lufspalt zwichen den Magneten (bei N52) bei einer Magnetscheibe! so groß ist wie die Magnethöhe...dass dann etwa 0,7 T Flussdichte im Spalt ist. Gleiches in etwa bei 2 Magnetscheiben und Luftspalt= doppelte Magnethöhe.

Das ganze System ist aber nicht linear. Mach den Luftspalt nicht unbedingt größer als die Magnethöhe bzw. dopplete Magnethöhe (je nach System), da sonst die Abnahme der Flussdichte in keinem guten verhältnis mehr zum vorhandenen Platz steht.

Schau was dir das Tool auswirft und rechne den Platzbedarf nach und entscheide dann ob das passt. Dazu noch einige Tips:

Platzbedarf der Wicklung.

Querschnittsfläche: = WIndungszahl (achtung wenn 2 drähte in Händen doppelt nehmen) * Drahtquerschnitt mal 1,55 = Platzbedarf der Wicklungen

nun kannst du schauen wie breit und hoch deine Spule werden kann/soll

Du hast beispielsweise bei Magneten mit 1,5 cm höhe dann 1,5 cm Luftspalt. Bei mir habe ich die Wicklungen dann in der WIckelmaschine 8 mm hoch gemacht (also etwa die Hälfte) denn wenn sie da raus kommen gehen sie etwas auseinander und schon hat man 9 bis 10 mm. Nun muss noch eingegossen werden. Daskostet nochmal 1 mm auf jeder Seite...und dann rbauchste noch einen SPalt zwischen Stator und Magneten von min 1 mm. Dann kommt das so hin. Muss also in jedem Fall gute 5 mm abziehen vom Luftspalt, besser 6 um deine Höhe zu bestimmen.

Was bleibt ist die Spulenschenkelbreite. Diese sollte dann im besten Fall etwa halbe Magnetbreite haben, jedoch auf kenen Fall mehr als 3/4 der Magnetbreite.
Wenn du nachgerechnet hast und das passt so...prima, wenn du noch Platz hast, dann nimmdickeren Draht, haste zu wenig, dann erhöhe die Polzahl oder nimm dünneren Draht.

Ich hoffe du konntest das so einigermaßen nachvollziehen...ich drücke mich manchmal etwas um die Ecke gedacht aus...
Frag nach wenn was unklar ist.

Gruß
Max

Nein, lies nochmal meinen vorherigen Threat.
Wenn der luftspalt bei einem EInscheibengeneratr so groß ist wie die Magnetdicke ist das aber ein recht günstiges Verhältnis von Platz und Flussidchte. Deine Spule wird dann aber natürlich wesentlich flacher sein. Bei 15 mm sollte man sie etwa 8 mm dick wickeln denn sie quillt auf nachdem man sie aus der Wickelmaschien nimmt, man hat 2 Mal (!) einen Luftspalt von min 1 mm und das Harz trägt auch nochmal auf.

Ob du nun einen Magnetrotor verwendest oder 2 ist egal, 2 Rotorscheiben brauchst du aber auf jeden Fall damit du einen magnetischen Rückschluss hast...nur ob man dann die 2te Scheibe auch mit Magneten bestückt muss man sich überlegen.



Das hat damit nichts zu tun. du kannst auch mit dem doppelten Luftspalt nicht auskommen oder der halbe kann schon zu viel sein. Es hängt eben ganz davon ab bei welcher Drehzahl du Ladebeginn haben willst, also davon wieviele WIndungen in den Luftspalt müssen bzw. welchen Drahtdurchmesser du verwendest. Nimmst du dünneren Draht haste mehr Verluste aber mehr WIndungen auf gleichem Raum und damit höhere Spannungen...



Da gibt es unterschiedliche Ansichten...aber Fakt ist.

Das Apulenloch solte über die gesamte Magnetbreite mindestens so groß sein wie der Magnet. Scheidet ein Magnet 2 Schenkel einer Spule, so heben sich in diesem Moment die Spannungen auf. Es werden dann also Verluste erzeugt und der Wirkungsgrad seinkt.

Das mit der Trapezform verhält sich folgendermaßen.

Es wird am meisten Spannung dann induziert wenn der Magnet die Spule genau im 90 Grad winkel schneidet. Um das auch zu verwirklichen kann man die Schenkel etwas anstellen damit der SPulenschenkel auch genau dann senkrecht geschnitten wird wenn der Magnet über dessen Mitte steht. Mal dir das mal auf dann wirst du das sehen.

Dabei sollte dann aber der untere Teil des Spulenloches aber wieder mindestens so breit sein wie der Magnet.
SIcherlich verbraucht man damit mehr Kupfer, hat etwas zusätzlichen Innenwiderstand und braucht mehr Platz. Deshalb gibt es Vereinfachungen die diesen nachtteilen auf Kosten des Wirkungsgrades entgegenwirken.

Das Spitze Zulaufen trapezförmiger Spule ist eine davon. Es spart viel Platz und damit kann man den Durchmesser des Generators verkleinern, kostet aber auch Leistung bzw. Wirkungsgrad da dann wieder ein Magnet im "unteren" Teil über beiden Schenkeln steht....

Ich habe es bei meinem Generatopr so gemacht dass ich sowohl schräg angestellt habe (also Trapez) also auch das Spulenloch "unten" so breit wie den Magnet gewählt habe. Oben ist es wensentlich breiter...aber kleine Abmaße waren mir auch nciht wichtig.



Das ist sogar erwünscht wenn es in der richtigen Anordnung geschieht. Wenn ein Magnet den einen Spulenschenkel schenidet und zeitgleich der benachbahrte Magnet den anderen Schenkel, so ist das sehr gut denn dann addieren sich die Spannungen. Leider bekommt man das nicht immer hin weil dann Spulenmaße ud magnetzahl bzw. Magnetkreisdurchmesser in einem Bestimmten Verhältnis zueinander stehen müssen.

Grundsätzlich habe ich diesen Aspekt aber schon gestern ein meine Erläuterungen eingebaut als ich sagte dass diene Spulenschenkelbreite möglichst nicht größer sien soll als etwa die Hälfte der Magnetbreite oder minimal mehr.
Man kann es auch genau ausrechnen aber in etwa ist es so dass dann wen die Spulen direkt aneinanderliegen (jetzt mal Trapezform vorausgesetzt) und ihre Spulenschenkel genau halb so breit sind wie die Magnetbreite und auch das Spulenloch "unten" Magnetbreite hat, dass dann genau dieses günstige verhältnis ensteht, als 2 magnete dann gleichzeitig synchron die beiden Spulenschenkel schneiden.

Hoffe das hilft dir weiter.

Gruß
MAX

Genau, jetzt hast du es verstanden

Gruß
Max

Das kannst du in diesem Beitrag auf fieldlines sehen: http://fieldlines.com/board/index.php/topic,144931.0.html

Prinzipiell ahst du Recht, wenn die Magnete sehr schmal und lang sind, sind die ungenutzen Ober und- Unterseiten der Spule im verhältnis zu den Seitenteile kürzer, es wird also mehr Kupfer genutzt bzw. man kann den WIderstand des Generators etwas verkleinern. Mittlerweile baue ich aj auch mit Magneten die doppelt so lang wie breit sind un dem entgegenzukommen. Zu schmal sollten die Magneten aber auch nicht sein, sonst streut das Magnetfeld zu sehr bzw. die KOnstruktion wird doch ziemlich groß und damit unwirtschaftlich.
Reinrechnerisch gesehen hast du aber vollkommen Recht.

Gruß
Max