Micro-Savonius Generator, Camping und Wandern

Hallo,
ich habe mir in den Kopf gesetzt einen kleinen, leichten und transportablen Savonius-Windgenerator zu entwickeln.
Das Ganze ist für den Outdoor-Bereich gedacht und soll in der Lage sein USB-Geräte zu laden. Es gibt zu diesem Zweck natürlich auch Solarpanele zu kaufen, ich denke aber dass ein tragbarer Windgenerator in einigen Szenarien (viel Wind, dafür wenig Sonne) eine sinnvolle Ergänzung zu Solarpanelen wäre oder sie sogar ersetzen könnte.

Nach anfänglicher Euphorie und ersten Versuchen, musste ich leider feststellen, dass mein Vorhaben sehr viel schwieriger wird als erwartet und mir einfach das nötige Wissen fehlt. Ich hoffe deswegen, hier ein par Antworten auf recht grundlegende Fragen zu bekommen.
Vorab noch ein par Infos zu meinem Generator:

Die Größe des Rotors beträgt zur Zeit ca. 100cm Höhe bei 60cm Durchmesser, wobei die Rotorgröße bei Bedarf noch etwas verändert werden könnte.
Mein Ziel ist es bei einer Windgeschwindigkeit von 5m/s eine Leistung von ca. 5 Watt zu erzielen, wobei der Rotor schon bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten anlaufen sollte (natürlich mit entsprechend verminderter Leistung).
Nach einfachen Berechnungen dürfte die Drehzahl bei ca. 110 U/min liegen (Windgeschwindigkeit 5m/s).

Daher meine erste Frage:
Welche Art von Generator kann ich für mein Vorhaben verwenden? Ich habe bereits mit einigen Schrittmotoren (Nema 17, Nema 11), sowie einem 12V DC Getriebemotor experimentiert, aber komme nicht so richtig weiter. Zusätzlich hätte ich noch ein par Außenläufer (3 Phasen) zur Hand, die ich ausprobieren werde. Wonach sollte ich suchen? Hohe Polzahl? Möglichst hoher Nennstrom?
Um das Ganze noch etwas schwieriger zu machen, sollte die Bauform des Generator so klein und leicht wie möglich sein.

Um später mit dem Generator USB-Geräte oder eine integrierte Lithium-Batterie laden zu können, würde ich gerne den Adafruit Powerboost 1000c verwenden:
https://www.adafruit.com/products/2465
Zusätzlich bräuchte ich noch ein Buck- oder Boost-Converter, um die Eingangsspannung zu regeln. Und genau hier stellt sich meine zweite Frage:
Wie reguliere ich die Spannung zwischen dem Generator und dem Adafruit-Board bzw. dem vorgeschalteten Converter?
Kann ich einfach einen passenden Widerstand vorschalten, um die Spannung entsprechend zu erhöhen? Oder kann ich das Verhältnis von erzeugter Spannung und Stromstärke sonst irgendwie regulieren?

Bin für jede Hilfe dankbar!

Ist leider viel zu groß und zu schwer für meinen Zweck.

Ich dachte entweder an einen DC-Motor mit max. 25mm Durchmesser und entsprechendem Getriebe:
http://www.ebay.de/itm/2819594…EBIDX%3AIT

oder vielleicht einen Gimbal-Steppermotor wie den hier:
http://www.ebay.de/itm/Gimbal-…3641.l6368

Klar, es wäre natürlich schön, wenn sich ein Getriebe vollständig vermeiden ließe. Mein Gefühl ist nur, dass ich dann wahrscheinlich den Motor selbst sehr viel größer dimensionieren müsste um bei niedriger Drehzahl noch vergleichbare Leistung rauszubekommen?

Auf den Savonius bin ich nicht wirklich festgelegt, allerdings ist er mir durch die Einfachheit und Robustheit sehr sympathisch. Den Rotor wird man mit wenigen Handgriffen klein zusammenlegen können und die Konstruktion ist eher von Trekking-Zelten und vom Drachenbau inspiriert. Hat mit den "klassichen" Stahlblechkonstruktionen also nicht mehr wirklich viel gemeinsam, außer natürlich dem Funktionsprinzip.

Hallo ich finde das Thema sehr interessant.

Also das Thema, wie kann ich Outdoor, mit wenig Gewicht ein Smartphone aufladen.

Den Wind nutzen ist eine Möglichkeit,
der Haken aber, wenn so viel Wind bläst dass es funktioniert will man nicht Outdoor sein.

Max hatte mal eine Art Dynamo Ball gemacht, den er hinter sich her gezogen hat.

Klar Solar geht, wenn die Sonne scheint, aber ist beim Wandern auch so eine Sache
und müsste am Rucksack befestigt werden. Abends scheint ja keine Sonne.

Wie wäre es denn mit Wasser? Oder Feuer?
Feuer: https://www.youtube.com/watch?v=E62qeVFMFeY

Das scheint mir das einfachste zu sein.

Grüße

Hallo

Dem Ofen traue ich nicht über den Weg.
Der Grund ist : die Kontrolleuchte leuchte schon in kaltem Zustand und der Lüfter läuft auch.
Ob da im Entefeckt "Strom über" ist, zum laden ??

Gruß Aloys.

Hallo,

der Ofen ist zunächst einmal erst mal ein Holzofen/Kocher,
der mit dem eingebauten Ventilator deutlich verbesserte Leistungen erzielt.
Die Leistung ist dann vergleichbar mit Benzin, Gas und sogar besser.

Der Ventilator wird über Strom aus einem Peltier-Element und einem Akku betrieben.

Die USB Ladebuchse ist quasi nur dabei 'abgefallen' und es stehen, gemessene, 2 Watt Ladeleistung über USB zur Verfügung.
Das aber nur, wenn der interne Akku genügend Ladung hat, den Ventilator sicher zu betreiben.
Das ist so etwa ab 5 Minuten nach dem Start möglich.

Will damit ein leeres Smartphone komplett aufladen,
muss man den Ofen mehrere Stunden betreiben und immer wieder Holz nachfüllen.

Grüße

800 RPM schaffst Du nur mit Horizontalläufern. Vielleicht solltest Du über einen Ketten-Rotor nachdenken:
https://www.youtube.com/watch?v=eBHxb9_NEtc

Ok. Man braucht für einen Kettenrotor nicht zwingend einen Drachen. Man kann die Kette auch horizontal z.B. zwischen zwei Bäume hängen. Je nach Größe der Rotoren und dem/der benötigtem Drehmoment/Drehzahl kann die Anzahl der Rotoren von eins bis "unendlich" fast beliebig variieren. Größter Vorteil, man braucht keinen Mast, größter Nachteil - man muss dann ein wenig auf die Windrichtung achten.

Die "Drehachse" (Zugseil) bei den Rotoren auf dem Video besteht aus schwarz ummantelten dünnen Telefonleitungsdraht-Stücken zwischen denen die Rotoren eingeklinkt wurden. Das ist Telefonleitungsdraht von alten Überlandleitungen mit relativ hartem Edelstahldraht drin so dass der sich beim Rotieren nicht wesentlich verdreht. Der Draht ist leicht genug und hart, so, dass man die Enden, die man am Rotor einklinken möchte biegen kann. Ähnlich wie bei einer Sicherheitsnadel, hier jedoch mit einem zusätzlichen Häkchen gesichert. Die angekuppelten Ösen werden zusätzlich mit aufgestecktem Plastikschlauch ummantelt weil das Verschleißstellen sind.

Oberes Drehlager ist ein kugelgelagertes Wabel (Anglerbedarf) unten Lagerung durch die Drehachse des Genis. Empfehlenswert sind nach wie vor Drucklager wie beim Nabendyn, normale Lager, bei denen Zug oder Druck 90° zu ihrer optimalen Auslegung verläuft haben automatisch mehr Reibungsverluste, also weniger Energieausbeute. Was bei kleinen (leichten) Lagern nach einiger Zeit auch passiert ist, das die Kugeln wie Ostereier herausfallen!. Man kann natürlich auch den Geni hinter ein passendes Zwischenlager koppeln, was dann allerdings wieder mehr Aufwand ist.

Ich habe mit einer 15 teiligen Rotorkette Langzeitversuche gemacht, am Boden, dieser Telefon-Draht und die Verbindungsstellen haben 1 Jahr lang gehalten, bei Dauerbetrieb mit Generator.

Die Rotoren auf dem Video sind aus 5 l Wasser-Petflaschen "geschnitzt", was zwar Leichtbau ist, leider auch das Packmass einschränkt. Man kann die Dinger nicht ineinanderschachteln wie Jogurtbecher.

Ein geschickter Drachenbauer sollte jedoch in der Lage sein, packmaßfreundlichere zusammensteckbare Rotoren mit Carbonstäben und dann z.B. kreuzweise 4 Luggersegeln zu bauen. Es geht zwar einfachst auch mit nur einem Kohlefaserstab und nur zwei aufeinander zugespannten Segeln, dann schlägt allerdings die Leine wegen der unregelmäßigeren Lastwechsel etwas deutlicher!

Das Luggersegel ist sehr einfach und stellt sich von selbst richtig an die jeweilige Windgeschwindigkeit an. Wählt man einen größeren Rotor- Durchmesser, braucht man ggf. nur einen Rotor und hat weniger Aufwand beim Zusammenstecken vor Ort. Ein größerer Rotor kann lange schmale Segel tragen, die oben an den Kohlefaserstäben eingehängt und zur Nabe hin aufeinander zugespannt werden. Dann gibt`s allerdings weniger Drehzahl, was die Wahl des Genis einschränkt.

Die Rotorenkette mit dem Drachen auf dem Video konnte locker einen "Asti" Lüftermotor, wie er in den Anfängen der Kleinwind-Szene gern benutzt wurde betreiben, als Vergleich!

Mein Vorschlag, falls wir dann mit Kettenrotoren weitermachen: Umzug in einen anderen Thread unter Horizontal-Rotoren "Die Normalen" oder wahlweise auch unter Segelrotoren als Spezialthema in der dann eher dazu passenden Sparte wenn wir nur mit Segeln als Flügel arbeiten wollen.

Vielleicht hilft Dir das weiter: Versuchs unter Themenbereich:" Generatoren" hier im Forum. Oder im Nachbarforum www.daswindrad.de ebenfalls im Themenbereich speziell für Generatoren oder wie hier unter Vertikalrotoren. Mehr kann ich dann leider nicht für Dich tun.

Schaun wir mal, was ein 1m x o,6m Savonius maximal überhaupt bringen kann. Das läßt sich mit einer Windstärketabelle und den dazugehörigen theoretischen und daneben den effektiv möglichen Energieerträgen bei einer Fläche von 1 m2 zum Wind leicht berechnen:

Bei 0,6 m2 wie bei dem hier hinterfragten Savonius und einem Leistungsbeiwert von mittleren 0,15 sind das etwa:

bei 3 m/sec - 1,5 Watt
bei 4 m/sec - 3,5 W
bei 5 m/sec - 7 W
und bei 6 m/sec - 10 W

Der Savonius hat sehr starke Lastwechsel, wenn er filigran mit leichtem Stoff und Traggerüst gebaut ist, möchte ich den bei noch stärkerem Wind und so großer Flächenabdeckung durch die Flügel bestimmt nicht sehen! Wahrscheinlich wackelt und schlägt das Gebilde schon ab 4 m/sec, erst recht, wenn er unstabilisiert ohne Mittelachse und Trag-Aufbau nur -um so das geringstmögliche Konstruktionsgewicht zu erzielen - an einen Ast zum Boden gehängt wird.

Kommen wir zum gewünschten Generator:

Wenn der ein Übersetzungsgetriebe hat, dann verdoppelt sich dadurch auch das Rastmoment der Magnete mit jeder Übersetzungsstufe.
Das Rastmoment entsteht durch die Magnete, die im Generator verbaut sind. Ein Rotor läuft mit angeschlossenem Generator erst dann an, wenn dieses Rastmoment überwunden wird!

Ein direkt betriebener Generator hingegen kann nicht sehr klein und leicht sein, weil der Savonius kein Schnellläufer ist. Kleine Genis benötigen generell höhere Drehzahlen. Bei 3 m/sec Wind kann man bei angeschlossenem Geni mit dem 0,6 m breiten Savonius im besten Fall mit 30 UPM rechnen, bei 4 -5 m/sec mit 60 - 90 UPM usw.

Es gibt sehr leichtläufige Steppermotoren (aus Druckern etc.), die würden mit einem 25 cm - 30 cm breiten und hohen Savonius bei 3 m/sec direkt betrieben schon anlaufen! Mit 30 cm Durchmesser ist die Drehzahl eben auch höher! Dann fällt allerdings die Energieausbeute geringer an und erst bei wirklich starkem Wind könnte man damit ein Handy aufladen.

Mit einem 0,3 m x 0,3 m Savonius = 0,09 m2 Fäche zum Wind und einem solchen Steppermotor brächte der bei 3 m/sec maximal nur 135 Milliwatt! Und bei 6 m/sec etwa 900 Milliwatt! Mit einem 30 cm breiten und 1 m hohen Rotor wären das immer noch nicht die erwünschten 5 Watt. Und bei noch mehr Wind - habe ich ja schon gesagt was dann passiert.

Anders herum, mit Getriebe und noch größerem Savonius gehts leider auch nicht besser, das ist ziemlich instabil wenn man da mit Leichtbauweise im stärkeren Wind steht.

Was Erdorf zum Nabendynamo sagte, ist volle Kanne richtig. Viel leichter als mit Nabendyn geht`s wahrscheinlich nicht, wenn man es vernünftig machen will. Der Dyn (der höheren Preisklasse) läuft leicht genug an und ist für Fahrräder auch so gebaut, dass nicht unnötiges Gewicht herumgeschleppt wird. Zudem ist er so gelagert, dass man auch nach vielen Jahren seine Freude daran hat.

Erdorf und ich haben versucht, eine machbare Lösung zu finden.