elektromechanische Bremse

Hi, ich bau mir jetzt also auch ein Windrad, da fehlt aber noch eine Sturmsicherung. Furling geht leider nicht mehr, da das Rad schon anders gebaut wurde, aber eine Bremse würde auf das Wellenende noch passen...

die Theorie:

das Windrad erzeugt Strom, welches einen Transistor nur bei Sturm, also bei einer hohen Spannung, durchsteuern lässt
-> es wird ein Stromkreis zwischen Generator und einem Hubmagneten geschlossen, welcher eine mechanische Bremse betätigt.

Ist irgendwo schon so ein System im Einsatz? Wie sieht es mit dem Dauerbetrieb, Verschleiß, Hitze, Dimensionierung, Bremswirkung aus? Wenn nicht, werde ich es versuchen auszurechnen.

Und wie sieht es von der elektronischen/elektrischen Seite aus? Ab welcher Spannung macht es Sinn den Transistor durchregeln zu lassen wenn zB eine 12Volt Autobatterie geladen werden soll? Typ und Größe wären entscheidend, neben Typ und Größe des Hubmagneten. Hier müsste man über Hebel, Hublänge und Anzugskraft des Magneten mithilfe der benötigten Bremskraft/Drehmoment dimesionieren.

Mein Elektrowissen ist sehr begrenzt und daher erhoffe ich mir hier etwas Hilfe. Möglichkeiten zur Fertigung sind vorhanden.

Edit: Da es noch weitere Methoden gibt die Bremse zu betätigen, sind diese Ideen gerne willkommen. Auch könnte man anstatt einer Scheibenbremse eine doch härter zupackende Keilbremse verwenden usw. Ich will mich jetzt nicht auf eine Variante festlegen, nur elektromechanisch sollte es sein... Ich habe HIER eben auch noch eine kurze Einleitung dazu gefunden.

Guten Wind, Garrett

Mit dem ruckartigen Zerlegen hast du wohl recht. Zwar könnte man die Bremse etwas weicher einstellen, aber es soll ja schließlich auch bei Orkan noch bremsen.

Ok, Hubmagnet scheidet hier dann wohl auch aus.

Dann könnte man noch über einen Motor mit Gewindespindel die Beläge zusammendrücken:

Schaltzustand 1 (bei normalen Wind):
Motor dreht Gewindespindel zurück bis zum Endschalter Nr.1->Bremsbeläge sind auseinandergefahren
Schaltzusatnd 2(bei Sturm):
Motor dreht Gewindespindel nach vorn bis zum Endschalter Nr.2->Bremsbeläge schieben sich zusammen, Überlastschutz durch Feder

Durch die Feder wird auch ein gleichzeitiges weiches Abbremsen bewirkt, da die Feder von der Spindel zusammengedrückt wird und
die Bremskraft langsam ansteigt, vorrausgesetzt die Steigung von der Gewindespindel ist normal niedrig.

wie man die Endschalter-Schaltung zusammen mit dem Generator und Verstellmotor bewerkstelligt muss ich mir nochmal genau ueberlegen...

Das mag so gut funktionieren, besser wäre es jedoch wenn die Bremse "fail save" ist, also auch noch bei Stromausfall funktioniert. Man muss immer davon ausgehen dass eo ein Elektromotor mal ausfallen kann oder die Elektronik durch Witterung oder Blitzschlag irgendwie spinnen kann. Bei professionellen ANlagen wird das daher meist mit einem Hibmagneten gemacht der, solange Strom da ist, eine Feder zurückspant. Bei Stromausfall erhält der Magnet dann keinen Zug mehr und die Bremse schließt sich. Das ist um Längen sicherer, bedeutet allerdings acuh, dass das WIndrad dauerhaft etwas STrom verbraucht und lohnt daher nur bei größeren Anlagen.

Gruß
Max

es gibt nichts undurchbrennbares...

EIn batteriesystem ist auch nicht sicher wenn beispielswiese der Blitz einschlägt. Viel mehr gehts mir aber um Ausfälle in der Elektronik die beispielsweise druch die Witterung entsteht und ggf gar nicht bemerkt wird. Wie schnell ist da mal eben der Elektromotor hinüber- da bringt dann die extra Backupbatterie auch nichts mehr...
Also ich denke- entweder elektrisch nach dem Fail-safe Prinzip...oder aber rein mechanisch mit dann ggf. elektrischer Rückstellung. Das kann man beispielsweise über Gewichte oder Federn in Verbindung mit einem Fliehkraftauslöser hinbekommen- ein Konzept ähnlich der Kukateanlage...je lowtech, desto besser

Ein überdimensionierter Generator ist Blödsinn, vor allem dann wenn es sich um ein Batterieladesystem handeln soll. Zu kleiner Innenwiderstand ist genauso schädlich wie zu großer.
Was das mit den 5 Volt soll habe ich nicht ganz verstanden...

Letztlich isses aber so: Wenn du die Bremse vom Generator abhängig machst und dieser dir ausfällt hast du die Arschkarte. Ich würde die Funktion also auf jeden Fall sicherstellen wollen, auch dann bzw. vor allem dann, wenn der Geni ausfällt und auch sonst aus welchem Grund auch immer kein Strom mehr vorhanden ist.
Kleine ANlagen bis 2 oder 3 m Durchmesser kann man sicherlich einfach kurzschießen wenn der richtige Generator gewählt ist udn Furling erledigt den Rest, Zur Not noch eine manuelle Feststell-und Notfallbremse und gut is. Bei Größeren Anlagen wo Furling unsicher wird würde ich immer Auf eine Pitchregelung gehen- da gibt es recht einfach umsetzbare Varianten- und egal was passeirt, ob der Geni ausfällt und egal wie stark es bläst, der Rotor kann nie über eine bestimmte Drehzahl hinweg und alles ist sicher...aber das ist ein anderer (meiner Meinung nach besserer) Ansatz.

Ich denke eine ANlage sollte mindetsens 2 redundate Systeme zur Sturmsicherung haben. Bei meinen kleinen ANlagen die nur wenig Leistung umsetzen und auch im Fall des Falles nur wenig Schaden anrichten können verwende ich hierzu Furling und Kurzschlussbremsung des Genis. Bei größeren Furling, Kurzschluss und mechanische Feststellbremse. Ab 4m Durchmesser definitiv Pitch in Verbindung mit Furling und Kurzschluss....alles ab 5m Durchmesser sollte dann wirklich noch eine elektrische Brmese haben:

- aber bestenfalls als sekundäres System oder aber für ABschaltung bei Störungen mit denen die WIndstärke gar nicts zu tun hat (voller Akku, Netzausfall, Störungen).

Ver scuhe das ganze so zu lösen, dass das System sicher arbeiten kann und relativ ausfallsicher ist. Ein Scheibenwischermotor ist sicherlich robust, wie lange aber ist er das und klappt im Notfall dann auch wirklich alles...und würdest du nur darauf vertrauen wollen?- was passiert wenns nicht hinhaut, welche Alternativen hast du dann noch als backup? (Furling, Notbremse)

Gruß
Max

Genau sowas habe ich mir gebaut...naja...ich hab davon kenen Plan- aber mein Kumpel
Was genau er da zusammengelötet hat hat er mir zwar erklärt aber ich habe nur so getan als hätt ichs verstanden
Letztlich sieht das ganze so aus wie im Anhangild.

ALso, was kann das Teil:

Stromersorgung erfolgt über einen 9V Blockakku- zwischen 5 und 12V ist alles möglich. Im kleinen Kasten befinden sich 3 Relais und ein Hallsensor. Die Relais betätigen später was acuh immer bzw. wie auch immer die Bremse bzw. deren Stromversorgung. Der Hallsensor ist über ein 2m langes Kabel mit dieser Box verbunden. Er misst die Drehimpulse des Generators/Rotors über einen kleinen Magneten.
Diese Box wird separat mit Strom versorgt- Gleichstrom von 12-150V sind möglich.

Diese Box überträgt die Messsignale über ein serielles Kabel an die Prozessoreinheit. Dieser größere Kasten mit Display beinhaltet die ganze Steuerung. Anschlüsse dort: einmal seriell für das Kabel von der Relais/Messbox und einmal RS232 um den Programmcode ändern zu können ohne jedes Mal alles aufmachen zu müssen.

Der Sensor leitet die Impulse über das serielle Kabel den Mast herunter bis zur Prozessoreinheit weiter. Hier wird daraus die Drehzahl des Rotors errechnet und ein Mittelwert über dei letzten 2 Sekunden gebildet.

Bei erreichen einer bestimmten Drehzahl sollen nun die Relais betätigt werden um das WIndrad zu bremsen. Dabei gibt es jedoch folgende EInschränkungen:

Wenn diese Drehzahl "X1" die nicht überschritten werden soll erreicht ist, setzt ein Countdown von 30 Sekunden ein. In dieser Zeit wird nun der Durchschnittswert der Drehzahl erittelt. Liegt dieser Wert über X1, wird das WIndrad abgebremst, wenn nicht, dann läuft es weiter.
Passiert das innerhalb einer Stunde jedoch mehr als 3 Mal, wird ebenfalls gebremst und die Bremse verriegelt, bei weniger als 3 Mal nur gebremst und 2 MInuten später wieder geöffnet.

Dann gibt es noch eine kritische Maximaldrehzahl "X2". Diese liegt über X1. WIrd diese überschritten, gibt es keinen COuntdown sondern die ANlage wird SOFORT gebremst.
- Fällt das Netz asu- auch Bremsung
Ist der Generator im Leerlauf- Bremsung (Phasenüberwachung) -Spannungsgleichheit gesichert, Begrenzung des Maximalstromes
Gibt es Unwucht (Schwingungssensor kann auch angeschlossen werden) -Bremsung
Letztlich überwacht sich auch der Sensor selbst und gibt ein Feedback an die Verarbeitungseinheit- fällt dieser aus oder gibt komische Werte- Bremsung.

Achja...manuell elektrisch bremsen kann man ntürlich auch noch- sogar mit Fernbedienung vom Haus aus und mit 250 m Reichweite

Eigentlich schon ziemlich cool ^
Als Bremse dient eine Scheibenbremse vom Motorrad, ebenfalls angesteuert über einen Bosch-Scheibenwischermotor.
Über dei Knöpfe an der Box kann man verschiedene Menüs aufrufen. Es lassen sich aktuelle Drehzahlen anzeigen, die 3 Relais getrennt oder auch zusammen schalten und die Werte für X1,X2 den Countdown und auch weitere Variable ändern ohne dass man dazu das Programmiergerät anschließen muss. Letztlich gibts noch eine Zustandsanzeige der Relais wenn diese aktiv sind und einen Knopf für Systemcheck.

Das ganze ist bei mir aber auch nur ein BACKUP, primäre Sturmsicherung sollte eine Fliehkraftrelung für den geplanten 6m Rotor werden. AUs zeitgründen bin ich noch nicht dazu gekommen das Projekt fertigzubauen- momentan bin ich zu sehr mit meinem Holzvergaserblockheizkraftwerk beschäftigt...aber irgendwann wird das noch was.

Vielleicht gibt das ja aber ein wenig Anregung.

Gruß
Max

@Menelaos Na das ist doch genau das, nur in einer sehr ausgereiften Form(wirklich klasse) was ich versuche auch an mein Windrad zu bauen... nur das es sich hier wohl um ein Drehzahlgesteuertes System handelt und nicht mit einem externen Windmesser arbeitet. So kompliziert mit der Drehzahlmessung kann ich es nicht machen, davon hab ich nun wirklich keine Ahnung... aber wenn es analog über die Windmesserspannung die Bremse schalten könnte, und das Windrad dann erstmal für ein paar Stunden anhält, wäre das schon genug für mich. Ich muss jetzt leider los fahren, hätte mich noch mehr mit deiner Schaltung beschäftigt, auch wenn die etwas zu komplex für mich ist

jau, bie mir ist es Atmel

Ich selbst habe davon auch wenig Ahnung aber Bestechungsversuche mit vollen Bierkästen klappen in der Regel fast immer

Ich denke, dass der Aufwand für ein so kleines WIndrad mit nur 1,8m Durchmesser viel zu groß ist. Da würde ich wohl einfach nur eine Furling-Sturmsicherung bauen und gut is. Aber du kannst natürlich auch gerne diene Idee umsetzen um zu schauen ob und wie lange es funktioniert.

Über dei Variante mit dem WIndmesser würde ich mir aber nochmal Gedanken machen denn es ergeben sich da einige NAchteile bzw. Problemstellungen:

1. Wo wird denn der Windmesser angebracht so dass er nicht vom Mast beeinflusst wird und somit auch bei unterschiedlichen WIndrichtungen ordentliche Werte ausgibt?

2. Viele der billigen Windmesser sind nur Schätzeisen...ob es nun wirklich 10 oder 12m/s sind ist oft fraglich...

3. Der Windradrotor ist viel träger als der WIndmesser und beschleunigt langsamer- kurze heftige Böen stellen eigentlich keine Geahr dar, zumal dann am Profil auch oft die Strömung abreißt und der Rotor gar nicht so schnell hinterherkommt- keine Gefahr- Furling macht den Rest

4. So ein WIndmesser ist ein heikles Teil- wenn du da noch einen Generator dranbastelst (was gar nicht so leicht sein wird), wird er träge und läuft langsamer als er sollte- die Messungen sind dann seeehr ungenau und in der Regel viel zu niedrig.

Kaufprodukte geben in der Regel auch keine Spannung aus sondern ein Signal über Reedkontakte oder Magnete, ähnlich einem Fahrradvomputer- Warum also den Aufwand betrieben und noch einen geni ranbasteln und nicht gleich das ursprüngliche Signal verwenden..?

5. Letztlich ist es nicht die Windgeschwindigkeit die Probleme macht sondern eben die Rotordrehzahl wenn sie zu hoch wird. Da gibt es sicherlich einen Zusammenhang aber hast du beispilesweise ein Problem beim generator- lass ihn durchgebrannt sien oder am Laderegler hat sich einfach nur ein Kabel gelöst- dann kannd er Rotor auch bei recht wenig WInd im Leerlauf schon gefährliche Drehzahlen erreichen, diene ANlage würde aber nicht bremsen da die WIndgeschwindigkeit den Schwellwert noch nicht erreicht hat. Aus diesen Gründen habe ich mich für die Drehzahlmessung entschieden und denke dass das der zuverlässigste Weg ist. Das was ich da gebastelt habe geht sicherlich auch 3 Nummern einfacher- ich wollte eben die freak-Variante"

Gruß
Max