Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

 
tiefgang
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Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 11.01.2010 - 15:35 Uhr  ·  #1
Hallo,
ich bin bei der Recherche für meine Diplomarbeit, welche sich mit der Energieerzeugung am Schlepperrad befasst, auf diese Seite gestoßen.
Mein Problem ist, dass ich am Schlepperrad eine Energie von ca. 5 Watt erzeugen muss. Eine meiner Ideen wäre nun dass ich ein Multipolring auf ein Schwungrad montiere, vom Prinziep her ähnlich wie eure Scheibengeneratoren.
Das Schwungrad dreht sich beim Verzögern des Schleppers weiter. Der Multipolring läuft an (mind.) drei Spulen vorbei, in denen eine Spannung induziert wird. Diese drei Spulen werden dann über Dioden so verschalten, dass eine stabile Gleichspannung entsteht (analog Lichtmaschine im KFZ).
Beim Multipolring bin ich ziemlich fest. Aufgrund von Radgewichten hab ich max 390mm Außendurchmesser zur Verfügung. Der Mindestdurchmesser liegt bei 300mm. Auch die Magnete sind vorgegeben. Rundmagnet, 20mm Durchmesser und 10mm dick.
Ich habe auch schon einen Ring angefertigt den mit dem ich dann Versuche fahren wollt. Dieser ist aus Alu und die Magnete werden immer +- versetzt eingelassen. 40 Stück, auf einem Radius von 175mm. Ich hoff ich kann damit was anfangen... Ich werde mal ein Bild mit hochladen. Die große Metallplatte dahinter simuliert die Felge.
Die Drehzahl ist natürlich sehr niedrig. Der Hauptarbeitbereich liegt so bei 7-10 km/h. Daraus folgen ca. 17-25 Radumdrehungen pro Minute. Bei der Maximalgeschwindigkeit von 60 km/h komm ich auf ca 150 U/min.

Ich hab jetzt ein Problem mit dem Auslegen der Spulen... Könnt ihr mir hier irgendwelche Quellen sagen wo ich mich informieren kann? Als Maschbauer ist das gar nicht so einfach... Da kam die Elektrotechnik leider irgendwie zu kurz...


Wäre toll wenn ihr mir hier weiter helfen könntet!

mfg
Christian
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 11.01.2010 - 17:11 Uhr  ·  #2
Was genau ist ein Schlepperrad? Gibt es wirklich überhaupt keine Möglichkeit rechteckige oder quadratische Magnete zu verwenden? Was soll mit der erzeugten Leistung gemacht werden? Sollen Akkus laden werden? Wenn ja, welche Spannung haben die? Wenn nein, welchen Innenwiderstand hat der Verbraucher?
tiefgang
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 12.01.2010 - 07:40 Uhr  ·  #3
Morgan,
ein Schlepperrad ist das Rad von einem Schlepper oder Bulldog oder Trekker...
Die Spannung soll gespeichert werden. Die Steuerung/Regelung, welche damit betrieben werden soll hat eine Betriebsspannung von 9 bis 32 Volt. Bei vorrausgehenden Versuchen wurde sie mit U_Nenn von 14,8 Volt betrieben. Damit würde ich auch gerne arbeiten.
Es wäre ganz gut wenn ich die ersten Versuche mit den runden Magneten und der angefertigten Scheibe machen könnte. Es ist ja alles Vorserie und ich kann dann immer noch daraus hinaus, dass man mit anderen Magneten eine höhere Leistung erzielen kann...

danke
Christian
tiefgang
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 12.01.2010 - 10:24 Uhr  ·  #4
Ich hab jetzt auch mal ne Skizze gemacht, wie ich die Spulen anordnen würde. Die Frage ist halt wie muss ich die auslegen? Ich hab keine Ahnung. Oder wenn ihr irgendwelche Literaturtipps hättet wär auch super!
Maschbauer und E-Technik...

mfg
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 12.01.2010 - 11:30 Uhr  ·  #5
tiefgang
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 12.01.2010 - 12:05 Uhr  ·  #6
Hey, danke,
meinst du damit, dass ich auf 30 Spulen gehen soll? Oder kann ich auch mit drei Spulen bauen und würde dann sozusagen die Spule 6° "breit" bauen, 6° leer lassen, dann wieder 6° Spule?
Eure Motoren sind ja auf mehrere 100 Watt ausgelegt. So viel Leistung brauch ich ja gar nicht. Mir würden 5 Watt reichen.

Und eigentlich soll schon ein Akku geladen werden. Dieser dient dann als Zwischenspeicher.
XXLRay
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 12.01.2010 - 12:44 Uhr  ·  #7
Ja bei 40 Magenten wären das 30 Spulen. Jeder eine Spule wird immer über den gesamten Umfang verteilt und besteht aus Einzelspulen, die um jeden dritten Magneten gewickelt und in Reihe geschaltet sind. Wenn du drei Spulen S1, S2, S3 wickelst und jede aus den Einzelspulen Sn_01 bis Sn_30 besteht, dan verteilt sich das auf den Umfang etwa folgendermaßen:
S1_01, S2_01, S3_01, S1_02, S2_02, S3_02, ... , S1_29, S2_29, S3_29, S1_30, S2_30, S3_30
Ganz grob gesagt bestimmt die Anzahl der Windungen dabei die Spannung, die du erreichen kannst, der Querschnitt des Spulendrahtes den Strom.
Die Spulen S1, S2 und S3 kannst du dann entweder im Dreieck oder im Stern verschalten. Was Stern- und Dreieckschaltung sind kannst du einfach mit Hilfe einer Internet-Suchmaschine herausfinden.
Menelaos
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 12.01.2010 - 14:46 Uhr  ·  #8
Hallo Christian,

5 Watt Leistung ist sehr bescheiden. Dafür brauchst du eigentlich gar nicht so viele Magnetpole.
Meiner Meinung nach stehen die Magnete bei dir auch recht eng zusammen. Das hat einige Nachteile, die bei deinem Vorhaben aber nicht so ins Gewicht fallen werden weil du ohnehin nur kleine Leistungen brauchst.

CIh würde den Strom in einem kleinen Gelakku zwischenspeichern. Somit hast du dann immer ein konstantes Spannungsniveau.
Da der Innenwiderstand dann bei kleinen Leistungen kaum eine Rolle spielt, kannst du mit sehr dünnem Draht wickeln und ordentlich Platz und Material sparen. Auf den besten WIrkungsgrad kommt es hier ja überhaupt nicht an.

Wenn du bei deinen 40 magneten bleiben willst und entsprechend 30 Spulen verwendest, müssen deine WIcklungen wie folgt aussehen:

etwa 130 bis 150 WIndungen pro Spule, verschaltet im Stern.

Welchen Draht du verwendest musst du vom Platzangebot abhängig machen.
Dieses hängt auch davon ab, ob du 2 Magnetscheiben verwendest oder nur eine und die 2te als Rückschlussschiebe auslegtst. Nimmst du nur eine, so sollte der Luftspalt zwischen den magneten und der Rückschlusscheibe bei dir nicht mehr als etwa einen cm betragen. Das ist definitiv machbar.

Als regler würde ich den billigsten SOlarladeregler besorgn den du finden kannst. Er darf aber nicht kurzschließen sondern muss einfach den STromkreis unterbrechen können.
Wenn du keine 2te Scheibe verwendest, so muss die ANzahl der WIndungen viel höher sein denn du hast dann keinen magnetischen Rückschluss und somit eine wesentlich geringere Flussdichte.

Das SPulenloch sollte etwa so groß sein wie der Durchmesser des Magnetes. Wenn es etwas kleiner ist hast du einige verluste aber es wird dennoch funktionieren. WIchtg ist bei der ANordnung der Phasen dass nie 2 gegenpolige Magnete den gleihseitigen SPulkenschenkle einer Spule einer Phase schneiden, sonst heben sich die SPanungen wieder auf. Was für Magnete hast du?
Ich habe mal mit N52 gerechnet. Ohnehin ist es aber nur ein grobes überschlagen. Wenn du Platz hast, dann amch lieber ein paar mehr WIndungen und du bist auf der sicheren Seite.

Gruß
MAx
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 13.01.2010 - 07:52 Uhr  ·  #9
Morgen,

Zitat geschrieben von Menelaos

Wenn du bei deinen 40 magneten bleiben willst und entsprechend 30 Spulen verwendest, müssen deine WIcklungen wie folgt aussehen:

etwa 130 bis 150 WIndungen pro Spule, verschaltet im Stern.

Welchen Draht du verwendest musst du vom Platzangebot abhängig machen.
Dieses hängt auch davon ab, ob du 2 Magnetscheiben verwendest oder nur eine und die 2te als Rückschlussschiebe auslegtst. Nimmst du nur eine, so sollte der Luftspalt zwischen den magneten und der Rückschlusscheibe bei dir nicht mehr als etwa einen cm betragen. Das ist definitiv machbar.


Ich könnte auch eine zweite Scheibe nehmen und dann je 20 Magnete pro Seite anordnen.

Zitat geschrieben von Menelaos

Das SPulenloch sollte etwa so groß sein wie der Durchmesser des Magnetes. Wenn es etwas kleiner ist hast du einige verluste aber es wird dennoch funktionieren. WIchtg ist bei der ANordnung der Phasen dass nie 2 gegenpolige Magnete den gleihseitigen SPulkenschenkle einer Spule einer Phase schneiden, sonst heben sich die SPanungen wieder auf. Was für Magnete hast du?
Ich habe mal mit N52 gerechnet. Ohnehin ist es aber nur ein grobes überschlagen. Wenn du Platz hast, dann amch lieber ein paar mehr WIndungen und du bist auf der sicheren Seite.


Meine Magnete sind N42. Mich würde mal interesieren wie man das rechnet. Ich muss es ja auch verstehen. Hast du es mit "Femm" simuliert oder kann man da wirklich was mit "Papier und Stift" machen?
Ich bräuchte eine Art Schema, wie bei einer Lagerauslegung zum Beispiel, dass ich das ganze mal nachvollziehen kann. Ich muss ja auch meinem Prof erklären wie ich darauf gekommen bin...
Was super wäre, wär eine Erläuterung was das tool auf dieser schwedischen Seite macht. So was muss es doch irgendwo zum Nachlesen geben?!

Noch mal danke für eure Mühe!

Christian
tiefgang
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 13.01.2010 - 07:55 Uhr  ·  #10
Ach, noch mal zu der Anzahl der Spulen,

ich muss das 3/4 Verhältnis einhalten? Was würde passieren wenn ich nur mit drei Spulen arbeite?

danke
XXLRay
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 13.01.2010 - 08:43 Uhr  ·  #11
Zitat geschrieben von tiefgang
Was würde passieren wenn ich nur mit drei Spulen arbeite?

Das versteh ich nicht ganz. Du willst bei 40 Magneten nur drei Spulen verwenden? Dann hättest du doch riesige Lücken. Das Verhältnis sorgt dafür, dass du die korrekte Phasenverschiebung von 60° zwischen den einzelnen Phasen hast.
tiefgang
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 13.01.2010 - 09:41 Uhr  ·  #12
Wenn drei Spulen für die Energieerzeugung ausreichen wäre das baulich gesehen eine riesen Erleichterung!
Ich häng ein Bild an, dann kann man sich das besser vorstellen.
Das orange Teil ist fest, das rote dreht. Auf dem roten sitzt die Magnetscheibe. Die Spulen sitzen gegenüber von dem Druckanschluss (grünes Teil). Oben, vorne und hinten sind sehr viele Leitungen und auch Druckspeicher verbaut. Daher wär es ganz gut wenn ich die Spulen auf das untere viertel oder ehr sechstel begrenzen könnte.

Wie ist das eigentlich, wenn ich mit einer Gegenscheibe arbeite, also nur einem Magnetring, muss die dann mitdrehen oder kann sie fest stehen?

mfg
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 13.01.2010 - 10:22 Uhr  ·  #13
Du möchtest also die Spulen auf einen Teilabschnitt des Umfangs begrenzen. Das ist prinzipiell möglich. Ich bin mir momentan aber nicht ganz sicher, wie sich das auf den Spannungsverlauf auswirkt, bzw. welche Position die Spulen zu den Magneten einnnehmen müssen.
Die Scheibe für den Rückschluss muss sich auf jeden Fall mitdrehen. Ansonsten hättest du eine Wirbelstrombremse gebaut.
tiefgang
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 13.01.2010 - 10:51 Uhr  ·  #14
Zitat geschrieben von XXLRay

Du möchtest also die Spulen auf einen Teilabschnitt des Umfangs begrenzen.

genau :D

Zitat geschrieben von XXLRay

Das ist prinzipiell möglich. Ich bin mir momentan aber nicht ganz sicher, wie sich das auf den Spannungsverlauf auswirkt, bzw. welche Position die Spulen zu den Magneten einnnehmen müssen.


Ich hätte jetzt den gleiche Abstand zwischen den Spule gewählt wie beim ganzen Umfang.

Zitat geschrieben von XXLRay

Die Scheibe für den Rückschluss muss sich auf jeden Fall mitdrehen. Ansonsten hättest du eine Wirbelstrombremse gebaut.


Ne, ne Wirbelstrombremse kann ich ehr nicht gebrauchen. Dann werd ich wohl die Wicklungen erhöhen und mit nur einer Magnetscheibe arbeiten.
Ich denk ich werd jetzt Spulen mit 150, 200, 300, 450 Wicklungen anfertigen und dann einfach vergleichen. Drahtstärke werd ich dann auf 0,7 mm gehen, oder nur 0,5? Wär das ok?

mfg
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 13.01.2010 - 16:18 Uhr  ·  #15
Mit Papier und STift ist da nichts zu machen, ich habe das mit Femm berechnet.
Schau mal hier:

Forum/cf3/topic.php?t=2423

da habe ich Vorgehensweise beim Bau meines Generators beschrieben.
Du kannst bei N42 aber ungefähr vonfolgender Faustregel ausgehen:

wenn du eine Magnetscheibe mit Rückschlusscheibe verwendest ist die Flussdichte etwa 0,6 Tesla wenn der Abstand zwischen Magneten und Rückschlusschiebe etwa der Magnethöhe entspricht. Hast du 2 Magnetscheiben kannst du bei gleicher Flussdichte einen doppelt sp hohen Luftspalt umsetzen.

Die Berechnungen zum Nachvollziehen findest du auf der Webseite von otherpower oder auch mehrfach im Forum unter Fieldlines.com in der Sektion WInd. ALternativ gibt stehen sie auch im Buch von Piggot oder im Quellcode des Berechnungstools von 24volt.eu

Gruß
Max
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 13.01.2010 - 16:26 Uhr  ·  #16
oh...ihr wart aber fix ;-)

Eine Wirbelstrombremse baut man mit feststehender Rückschlusschiebe nicht. Das Prinzip funktioniert gut und wurde auch schon oft gebaut. Nur hat man dann Eisenverluste. Da es hier auf Wirkungsgrad überhaupt nicht ankommt, ist sowas vielleicht eine gute Möglichkeit und leichter zu realisieren.

Auch das mit nur 3 Spulen klappt natürlich. Es ist dann aber klar dass bei gleicher Magnetzahl pro Spule viel mehr WIndungen angebracht werden müssen um auf die gleiche Spannung zu kommen.
Du kannst ja mal mit dem Tool von 24volt.eu mit 4 Magneten und 3 SPulen rechnen. Die WIndungszahlen di da rauskommen musst du dann durch den Faktor dividieren um welchen du mehr magnete hast, in deinem Fall mit 40 dann also 10.

Ich würde den Generator auch so auslegen dass er vielleicht schon bei geringerer Drehzahl mit dem Laden des Akkus beginnen kann. WIrd zu viel Strom produziert bei hohen Drehzahlen und diese Leistung nicht verbraucht, schaltet der Laderegler eben einfach ab und es kommt nicht zu hohen Verlusten bzw. dauerhaftem Hitzestau im Generator. ICh sehe da kein Problem.

Gruß
Max
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 13.01.2010 - 16:27 Uhr  ·  #17
achso...bei 24volt.eu gibt es noch ein anderes Tool mit welchem du die Drehzahl eines WIndrades bei einer bestimmten SLZ ausrechnen kannst. Damit kannst du etwas umherspielen bis du die gewünschte Drehzahl für den Ladebeginn erreicht hast (oder ebsser etwas weniger). Die Werte gibst du dann in das Generatortool ein...

Gruß
Max
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Was soll das Ganze?

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Gepostet: 03.02.2010 - 21:47 Uhr  ·  #18
Lieber Bulldog-Speicherenergie-Nutzer,

jetzt frag ich erst mal nach dem Sinn des Ganzen.
Wenn ich Dich richtig verstanden habe, möchtest Du die Schwungenergie eines fahrenden Bulldogs beim Verzögern in eine Leistung von 5 (?) Watt umsetzen.
Das ist angesicht der Leistungen von Bulldog mit 500 PS und mehr ein recht fragwürdiges Unterfangen.
Aber es soll wohl so eine Art 'Nutzbremsung' sein, wie sie bei U- und S-Bahnen schon längst gang und gäbe ist.

Auf jeden Fall muss dann eine Schwungmasse über einen Freilauf an ein Rad gekoppelt sein.
Sobald dann beim Langsamerwerden des Rades die Schwungmasse das vorher im Gleichlauf befindliche Rad bezüglich der Drehzahl 'überholt', soll offenbar der Stromerzeugungsprozess einsetzen.

Dazu wäre eine Außenpol-Maschine sinnvoll, denn man muss so oder so den erzeugten Strom von einem drehenden Rad mittels Schleifringen auf den nicht-drehenden Bulldog übertragen. Aber 5 Watt ??????????
Das bringt ja schon eine Photovoltaikzelle mit 22cm x 22 cm auf der Kühlerhaube!

Aber rein energetisch ist es schon reizvoll, die einmal erreichte Drehzahl dann beim Langsamerwerden in Strom umzusetzen, obwohl Du energetisch dabei nichts geschenkt bekommst: Die vorausgehende Beschleunigung der mitlaufenden zusätzlichen Masse braucht natürlich mehr Sprit.
Vielleicht will Dich Dein Prof testen, ob Du den Energieerhaltungssatz kapiert hast und er wartet, ob Du das Thema ablehnst. Oder er hat ihn selbst nicht verstanden, was ich nicht glaube.
Vielleicht bin ich aber selbst zu doof, um Dein Problem zu verstehen. Jedenfalls kann ich Dir bei Bedarf mal die im Anhang beigefügte Beschreibung anschauen.
Gruß Energie-Insel
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Re: Hilfe bei Spulenauslegung für langsamlaufenden Scheibengenerator

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Gepostet: 08.02.2010 - 10:00 Uhr  ·  #19
Zitat geschrieben von energie-insel

Wenn ich Dich richtig verstanden habe, möchtest Du die Schwungenergie eines fahrenden Bulldogs beim Verzögern in eine Leistung von 5 (?) Watt umsetzen.
Das ist angesicht der Leistungen von Bulldog mit 500 PS und mehr ein recht fragwürdiges Unterfangen.


richtig, allerdings gehen unsere Serienschlepper nur bis 360 PS...

Zitat geschrieben von energie-insel

Dazu wäre eine Außenpol-Maschine sinnvoll, denn man muss so oder so den erzeugten Strom von einem drehenden Rad mittels Schleifringen auf den nicht-drehenden Bulldog übertragen. Aber 5 Watt ??????????
Das bringt ja schon eine Photovoltaikzelle mit 22cm x 22 cm auf der Kühlerhaube!


Ich brauch den Strom außen am Rad, zum Betreiben eines Steuergerätes. Und Photovoltaik geht gar nicht. Die Schlepper laufen teilweise in Kalkwerken an Steinfräsen und auch sonst hast du teilweise nen cm festen Dreck auf den Maschinen.

Zitat geschrieben von energie-insel

Aber rein energetisch ist es schon reizvoll, die einmal erreichte Drehzahl dann beim Langsamerwerden in Strom umzusetzen, obwohl Du energetisch dabei nichts geschenkt bekommst: Die vorausgehende Beschleunigung der mitlaufenden zusätzlichen Masse braucht natürlich mehr Sprit.
Vielleicht will Dich Dein Prof testen, ob Du den Energieerhaltungssatz kapiert hast und er wartet, ob Du das Thema ablehnst. Oder er hat ihn selbst nicht verstanden, was ich nicht glaube.


Es geht ganz einfach um das Thema Energie Harvesting. Wir wollen nicht die Lichtmaschine im Schlepper ersetzten.
Ein Beispiel für die Technik sind Piezoelektrische Schalter, über den Tastendruck erzeugt das Piezoelement Strom, der dann für die Funkstrecke zum Empfänger genutzt wird. Kabel fallen weg (somit auch Kabelbrüche), neue Einbplätze werden möglich, usw.

Das System muss vom Schlepper unabhängig sein. Messfelge drauf und fertig. Die Idee mit dem Achsschenkel ist nicht mehr aktuell.

mfg
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