Generator für die Black600-Klasse?

Was soll man nehmen?
 
Che
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Generator für die Black600-Klasse?

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Gepostet: 16.09.2019 - 17:47 Uhr  ·  #1
Hallo,
während man bei Prevent-Germany Blätter für die Black 600 immer noch preiswert bekommt, sieht es bezüglich Generatoren generell schlecht aus.

Hatte mir schon einen E-Bike Nabenmotor mit Getriebe Typ Bafang BPM(2) kommen lassen, für lediglich 78,49 EUR. Inzwischen etwas teurer. Könnte man den Rotor am Bremsscheiben-Flansch befestigen.
Habe ihn aber umgehend zurück gesandt. Gründe:
Rastmoment bis 1,1 Nm.
Planetengetriebe nur mal kurz im Schraubstock durchgedreht, mit dem Ergebnis: Das Geräusch tue ich mir nicht an.
Außerdem: M12x1 Gewindeachse, auch noch hohl gebohrt. Da würde ich schlecht schlafen.

Bin dann auf solche chinesischen Generatoren 500W gestoßen, welche wie Sauerbier angeboten werden.
Man muss auf der Seite oben die Leistung einstellen, und kommt bei 500W auf 222,99 $ + Sonstiges.
Nun sind Verkäufer von Ramschware nicht unbedingt auskunftsfähig bezüglich weiterer Daten. Da bekommt man bei Alibaba-Germany auch nicht alles, aber etwas mehr.

Z.B. NE-500MP:
Rastmoment: 0,42 Nm (Recht hoch, aber ab 4,5 m/s würden 3 Black-600 Flügel laut Simulation anlaufen)
Max. Strom: 20,4 A (AC oder DC?) beim 24V-Typ (auf Nachfrage)
Leerlaufspannung bei Drehzahl xy: Kennen sie nicht.

Ansonsten muss man wohl leben mit den angegebenen 500W bei 600u/min und entsprechender Nennspannung unter Belastung.
Um bei ca. 250 U/min mit den Black-Flügeln in Etwa Netzeinspeise-Beginn zu ermöglichen, müsste man wohl den 48V-Typ nehmen. Der möge dann im Leerlauf um 24V haben und 10A aus halten. Vermute mal, Angaben als DC.

Bei allem, was sonst noch nötig wäre, um aus einem solch „nackten“ Generator ein wetterfestes Teil zu machen (Ob das mit den IP54 wohl stimmt (beim 400MP)?).

Abschließende Fragen:

1. Hat Jemand mit solchen Generatoren schon mal experimentiert?
2. Was gäbe es noch für Lösungen? (Sicher, Eigenbau nach Piggott geht immer. Ist nur etwas aufwändig und hat nicht nur Vorteile.)
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Was mechan. Bearbeitung kostet; also doch: Pedelec-Nabenantrieb

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Gepostet: 18.10.2019 - 14:15 Uhr  ·  #2
Hallo,
ich bin im Besitz von 2 Scheibengeneratoren, welche man mir überlassen hatte, nachdem die Spulenscheiben den Test nicht überlebt haben. Haben 200mm Außen-D, gut für ca. 250W.
Da das zu wenig ist für einen Black600-Rotor, hatte ich die Idee, 2 Systeme zu koppeln. Neue Spulenscheiben dann im Eigenbau. Schnittansicht im Anhang.
Richtig anspruchsvolle Konstruktion gewesen! Die inneren Außenteile werden 8x verschraubt, was hier nicht zu sehen ist. Äußere 4 Gewindestangen dann überflüssig.

Ernüchterung dann beim Kostenvoranschlag der notwendigen mechanischen Teile, s. ZIP im Anhang. Ca.1500 EUR mit MWSt!
Ein anderes Angebot noch 50 EUR mehr. Die hohen Rüstkosten machen hier das Kraut fett, CNC-Programmierung wohl inbegriffen.
Obwohl ich weiß, dass dort noch eine normale Drehbank existiert, und die auch bedient werden kann, ist man selbst bei einfachen Teilen wie der Fahnenhülse nicht bereit, die zu benutzen.

Ich denke, dass das mal ganz interessant ist, was sowas heute kostet.

Wenn ein "gelangweilter Rentner" bereit ist, auf seinen Maschinen das wesentlich (!) preiswerter zu fertigen,
ich bin ganz Ohr.


Habe aber geistig schon umgestellt auf folgenden Nabenantrieb.
Diesmal also doch. Getriebelos, und damit ruhig. Rotor wird anstatt des Rizelpaketes montiert.
Nächste Woche soll er kommen.

Möglicherweise habe ich mir damit ne mächtige Fummelei erspart. Denn aus der Zeit, da Spulen-Wickeln Spaß gemacht hat, da bin ich raus. Auch ist das Einführen von 2x 6 Anschlüssen in eine Achse auch nicht unbedingt spaßig.
Letztendlich wäre es bei Reihenschaltung zweier Systeme in Y-Schaltung bei 8 A DC geblieben.
Die Nabenmotoren vertragen aber so um die 30.

Melde mich wieder.

Grüße
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Re: Generator für die Black600-Klasse?

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Gepostet: 21.10.2019 - 09:03 Uhr  ·  #3
Hallo Che

2 in Y verschaltete Generatoren kann man nur Parallel verschalten.
Einen davon aber mit "offenen" 6 Anschlüssen in reie mit dem Y Generator das geht .
Er hat dann auch die doppelte Spannung wie nur einer, er ist dann durch den Y Geni auch in Y verschaltet.
Übrigens - ein G der als Motor 30 A "verträgt" wirt keine 30 A als Generator leisten .

Gruß Aloys.
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Re: Generator für die Black600-Klasse?

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Gepostet: 21.10.2019 - 10:06 Uhr  ·  #4
2x Irrtum Euer Ehren. Oder wir haben uns gegenseitig nicht ganz richtig verstanden. Vermutlich Letzteres.

Ich würde bei beiden Systemen 6 Leitungen nach Außen führen, um sehr flexibel zu sein.
Also jeweils Anfang und Ende einer Phase.
Natürlich kann ich dann je 2 Phasen hintereinander schalten, und dann erst eine Y-Schaltung draus machen.
Das geht gewisslich ohne Probleme.

Schwieriger wird es bei Parallelschaltungen, ob nun als Einzel-Y oder -Dreieck. Da muss man sehr genau garbeitet haben.
Letztendlich entscheidet der Versuch.

Sicherlich kann man 30 A DC entnehmen, wenn als Motor ebenso viel thermisch vertragen wird.
Bei welcher Drehzahl, das ist eine andere Frage.
Natürlich spielt bei Wandlung von DC zu AC beim Motor der Cp vom Controller eine Rolle. In soweit hättest Du Recht.
Aber wie ich hörte, halten die Spulen thermisch noch mehr aus. Manchmal bei der Wicklung 9 Drähte parallel.

Gruß Ch.
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Nabenantrieb ist da

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Gepostet: 22.10.2019 - 20:24 Uhr  ·  #5
Heute geliefert worden: 1000W 48V Nabenantrieb, Hinterrad + Zübehör als Bausatz für 147 EUR. Ansich nicht teuer.

Zunächst bezüglich Motor:
Damit könnte man 50 km/h erreichen, oder man steckt eine kleine Verbindung, dann begtrenzt er auf 25 km/h.
Li-Akkus mit 20 Ah kosten etwa ab 200 EUR. Das Ladegerät nochmal 100 EUR (sonderbar bei 3 A Nennstrom, aber mehr verträgt der Akku beim Laden nicht). Entladestrom dann 30A (manche auch nur 20!).
Denke, dass die mit 1440W rein gehen (30A bei 48V) und daraus 1000W mechanisch machen.

Und das ist nicht highend. Es gibt auch schon welche mit 1500W.

Nun zur Nutzung als Generator:
1. Losbrechmoment ca. 0,54 Nm, nur mäßiges Rastkraftrippel.
Das ist etwas hoch, wird aber noch sinken, wenn das Fett und die beiden Simmerringe gängig geworden sind.
Wenn warm geworden sowieso.
Wird der Rotor der Black-600 (auf D 1,68m erweitert) möglicherweise erst bei ca. 6 m/s anlaufen. Ist die Bö von 4 m/s. Ich denke ich probiers.

2. Leerlaufspannung:
Mal mit ca. 1 U/s durchgedreht (Einundzwanzig, zweiundzwanzig...) - im Mittel 6,7 V AC / 60 u/min.
Mal 1,35 sind es ca. 9V DC, für 14V DC also 93 u/min. Noch 1,5V Flusspannung vom Gleichrichter dazu macht es ca.
100 u/min für reale 14V DC.
Damit bin ich bei etwa dem, was "im anderen Forum" schon 2009 gemessen wurde, Link. Nicht immer empfehlenswert, jenes Forum, aber der Beitrag war gut.
Wenn dort z.T. nominal andere Spannungen stehen - es wurde bereits gleichgerichtet gemessen!

3. Frequenz
Habe bei ca. 1 u/s mal die Phasen-Frequenz gemessen: Ca. 40 Hz.
Damit ist mir klar, dass es auch bei dem geblieben ist: "Super finde ich folgende Abbildung die den Motor geöffnet zeigt. Man kann sehr schön abzählen das 40 Magnete dicht an dicht eingebaut sind die 36 Spulen gegenüber stehen." Quelle: Bernd im selben Link weiter unten.
Offenbar 3 Systeme "12 Spulenköpfe, 14 Magnetpole" (LRK-System?) auf dem Kreis aufgereiht, mit der Besonderheit: Noch 2 Pole weg gelassen. Wenn man sich die Bilder im Link genau an schaut, sieht es sogar so aus, dass sie die 3 Systeme elektrisch parallel geschaltet haben. Man kann nur staunen, was geht, und wie gut!

4. Kurzschlussstrom
Da doch angezweifelt wurde, dass 30 A erreeichbar wären - habe mal mit der Stromzange gemessen, bei der "Drehzahl", die mir bei dem bärigen Moment durch Anfassen am Reifen möglich war: Vermutlich noch unter 1 u/s : 25A AC. Das wären nach Gleichrichtung (* 1.27) schon 31,75A DC! Lediglich 2-phasigen Kurzschluss nimmt das Teil übrigens übel. Da gibt es ein unruhiges Vibrieren und Knattern.

5. Ummagnetisierungsgeräusche
Recht leise und mit Drehzahl schnell in hohe Frequenzen wechselnd. Vermutlich (und hoffentlich) alsbald nicht mehr hörbar.

6. Phasenwiderstand
Das Beste zuletzt: Zwischen 2 Phasen 0,1 bis 0,2 Ohm. Näher an 0,1 Ohm! Pro Phase dann die Hälfte.

Beim nächsten Mal ein Paar Fotos

Grüße, Ch.
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Gepostet: 22.10.2019 - 20:53 Uhr  ·  #6
Im Anhang ein paar Bilder.

Bei der Einspeichung ist zu sehen, dass die Felge offensichtlich nicht für solche Speichenwinkel gemacht ist: Speichen biegen sich.
Eigentlich ein Qualitätsnachteil, aber ich muss eh ausspeichen.

Gewicht übrigens 8,7 kg, mit Speichen und Felge. Das ist nicht viel!

Dann ist der Achsstummel zu sehen, der durchbohrte, an dem der Generator befestigt werden muss. Immerhin M14 Feingewinde, Anflachung dann auf 10 mm. Achse ansich ist dicker.
Muss nachrechnen, was der Achsstummel, verspannt gegen den dickeren Sitz, tragen wird. Ist die Scwachstelle im System.

Schließlich noch die Seite mit den Kettenblättern. Die Kasette muss runter, zugunsten des Rotors. Da wird er angebracht.
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Re: Generator für die Black600-Klasse?

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Gepostet: 24.10.2019 - 22:23 Uhr  ·  #7
ich bin gespannt!
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Re: Generator für die Black600-Klasse?

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Gepostet: 25.10.2019 - 19:36 Uhr  ·  #8
Und schon gibts die ersten Herausforderungen.

1. Handelsübliche Werkzeuge zum Abschrauben der Ritzelkassetten passen nicht über die 14mm-Achse.
Die haben innen einen 1/2 Zoll Innen-Vierkant für ne Ratsche, da passt die Achse nicht durch.
Aber man kann es auffeilen, mit ner größeren Rundfeile. Material ist nur vergütete und nicht oberflächengehärtet.

WP_20191025_15_09_10_Pro[1].jpg

Sehe gerade, dass bei mir die Bildeinbettung in den Text nicht funktioniert. Müsst Euch momentan daher mit Anhängen begnügen. Sind in der Reihenfolge nicht ganz textkonform.

2. Eine alte Ritzelkassette zerlegt. Das nächst Bild zeigt die Nabe davon. Daran lässt sich kein Rotor befestigen.
An dem superfeinen Spezialgewinde mit Außen-D 34,71 auch nicht. Schneidet mir keiner bezahlbar ein Gegenstück.

Die eigentlichen Ritzel konnte ich auch nicht trennen. Sitzen sehr fest.
Bleibt nur die Montage des Rotors direkt an der einen Generatorwange. Dazu musste der Generator zerlegt werden.
Gut gelungen mit einem 3-Finger-Abzieher, s. Bild.
Eine zähklebrige Abdichtmasse schützt den Innenraum vor Regen. Mal sehen, was ich beim Zusammenschrauben da nehme. Vielleicht nur Wasserpumpen-Fett. Lager halten eh nicht ewig.

3. Es ist viel Platz im Innenraum. Nicht so wie bei BionX-Motoren, bei denen die Elektronik intern verbaut wurde.
46 Magnete, 51 Spulen, letzteres 3*17. Ein ganz spezielles System.

Oben sieht man die 3 Hall-Sensoren.
Was mich besonders freut: Mittig ist eine Verschweißung zu sehen. Allerdings wird nicht die Achse direkt verschweißt, sondern nur die Nabe des Stators. Die ist dann mit ner Passfeder und Nut mit der Welle verbunden. D.h. man kann auch andere Achsen verwenden (die natürlich kostenpflichtig hergestellt werden müssten).

4. Lager 6003 RS, mit nur einer Dichtscheibe(!), ist leichtgängig. Innenring D 17.

Durch diese dargestellte Wange mit 3 mm Wandstärke werde ich durchschrauben.
Wenn gelungen melde ich mich wieder.
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Nabenmotor 1000W 48V - neue Messungen

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Gepostet: 06.11.2019 - 17:44 Uhr  ·  #9
1. Leerlaufgerade
Habe Nabenmotor mit der Bohrmaschine über einen alten Keilrippen-Riemen einer Waschmaschine auf 400 u/min gebracht.
Dabei 31V AC im Leerlauf, und ca. 155 Hz.
Bei 100 u/min ...... 7,75V AC
.......134 dann für 10,37 bzw. 14V DC
.......143.....................................15V DC (13,5 V Ladeendspannung vor Gasung + 2x0,75V für die Gleichrichter)

Ungenauigkeit, da Anzeige auf Drehzahlmesser aus dem Flugmodellmotor-Bereich mit 10 multipliziert werden muss.
Also auch 395 oder 405 u/min möglich gewesen. Dafür + - 1,25%.

2. Wicklungswiderstand
0,9A Gleichstrom durch geschickt. Dabei Spannung 151mV. Widerstand zwischen 2 Phasen damit 0,168 Ohm. Phasenwiderstand die Hälfte, 0,084 Ohm.

3. Losbrechmoment (bei ca. 15°C)
ca. 0,4 Nm, bei langsamem Weiterlauf dann sonderbarer Weise ca. bis 0,55

4. Masse: 6.3 kG

Die durchaus starke LED-Lampe von Obi war als Lichtquelle für den Drehzahlmesser nicht brauchbar.
Erst die Halogen-Lampe daneben hat funktioniert.

Mit dem Windrad dauert es noch, da ich Zuarbeiten von einem Bekannten brauche. Der ist schon 14 Tage krank.
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Re: Generator für die Black600-Klasse?

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Gepostet: 07.11.2019 - 23:30 Uhr  ·  #10
Kleiner Hinweis- obwohl das alles gut aussieht:
So ein Generator hat einen guten Wirkungsgrad, wenn der Luftspalt möglichst gering ist.
Das bedeutet aber, dass man die Welle tunlichst nicht mit dem Generator direkt koppelt,
da sich die Welle durch die Luftkräfte verformt.

Hmm -was ist da oben bei dem Dopelscheiben-Generator für eine Lagerung?
Sind das Schrägkugellager oder wie?

Viele Grüße
Ora
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Re: Generator für die Black600-Klasse?

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Gepostet: 08.11.2019 - 08:12 Uhr  ·  #11
Auf welches System beziehst Du Dich? Luftspalt Doppelscheiben-Geni 10 mm bei 2x 6 mm Magnethöhe. Das geht i.O.
Luftspalt Nabengenerator 0,5 mm. Daher auch die guten Werte, bei Magnethöhe nur um die 3mm.
Nicht direkt heißt Rotorwelle extra und dann ne Kupplung dazwischen, oder?
Bei Klein-WKA nicht üblich, da zu teuer.
Der Scheibengeni hat Achs-D 25mm. Das reicht.

Beim Nabengeni ist die Verschraubung mit der Abflachung der schwächste Punkt.
Dort, wo der Stator aufgeschoben ist, aber 22,5 mm. Eine generell stabilere Achse ist möglich.

Über Umbau auf Schrägkugellager wird bei der ersten Revision nachgedacht. Von Haus aus normale Rillenkugellager.
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Festigkeit Achsverschraubung - oh jeh

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Gepostet: 16.11.2019 - 21:15 Uhr  ·  #12
Da ich noch immer auf ein Drehteil warten muss, habe ich in der Zwischenzeit die Haltbarkeit der Achsverschraubung mittels FEM simuliert.

1. Angaben und Vorberechnungen
Trägheitsmoment für 3 Black-600 Blätter als Rotor vereint mit Außen-D 1,68 m: J=0,545 Kgm² (Aus CAD)

Erwartbare Betriebswerte:
11 m/s; TSR 5,75; 750 u/min; Schub 100N;
15 m/s ; TSR 5,5; 1000 u/min; Schub 190N; (Ist die Bö von 11 m/s)
Seitliches Wegschwenken (Furl-System) 90° in 1/2 s (Annahme)

Kreiselmoment durch seitliches Wegschwenken:
Gleichung (4) im Anhang umgestellt nach M: M = J*Omega*Omega_p
Omega = 2*Pi*fn; fn=750u/min/60=12,5 s-2
f_p: 360°in 2 s, also f_p=0,5s-1
Omega_p=2*pi*0,5s-1
M=134 Nm
Selbst wenn das auf die senkrechte Azimutachse bezogen ist und sich konstruktionsbedingt bei mir noch um den Faktor 140mm/220mm abmildert, dann 85Nm, das ist viel! Entspricht dem Drehmoment, mit der meine Radschrauben am Auto angezogen werden.
Für die Simulation habe ich daher zunächst 42,5 Nm angenommen, entspricht Seitdrehung 90° in 1 s.

Generatormoment: Nach Vergleichsangaben 30 Nm

2. FEM-Simulation

 


Das ist das geometrische Ersatzmodell für die Achsverschraubung, schon mit den Randbedingungen für die Simulation.
A: In 140 mm Abstand von der Verschraubung befindet sich die Rotorebene. Dort Rotorgewicht 42 N.
B: 60 mm vor der Verschraubung Generatorgewicht 63 N.
C: Das Kreiselmoment, nach oben gerichtet, da Rotordrehung im Uhrzeigersinn
D:Rotorschub
H: Das Generatormoment

Ansich lässt sich bei ANSYS die Schraubenvorspannung mit vor sehen, ohne die die Simulation für die Katz wäre.
Funktioniert aber nicht bei hohlgebohrten Schrauben und schon garnicht bei abgeflachten.
Also der alte Kunstgriff, einen Körper durch zumessen einer Temperatur thermisch dehnen/schrumpfen zu lassen und damit die nötige mechanische Verspannung zu erreichen. Zu sehen im nächsten Bild.
Hier zunächst noch: E; F; G als weitere Tricks infolge Temp.-Erhöhung. Ohne die würde fixiert an E.

 


Ansich hätte ich auf 1000°C erwärmen müssen, um Schraubenmaterial mit 1/3 der Zugfestigkeit vor zu spannen. Hat aber sonderbarer Weise zu unangenehm hohen Gesamtspannungen geführt. Daher nur 300°C.

 


Hier als Ergebnis die Vergleichsspannungen, nur mal von der Achse.
Der MAX-Wert ist unten, da das Kreiselmoment gegen die Gewichtskräfte arbeitet.

3. Material und Si.-Faktoren


Für die Achse waren keine Angaben zu finden.
Mit der Feile über eine Kante gegangen, hat sich ergeben, dass das Material recht fest ist, aber nicht einsatzgehärtet.
Nehme daher an, dass es aus einem vorvergüteten Stahl besteht.
Der letzte mit noch 12% Bruchdehnung (also noch duktil, wenn weniger:spröde)) ist 34 CrMo 4,
mit Zugfestigkeit Rm=Ca. 1000N/mm2
Da wäre die Forderung der EN 61400-2, wie ich sie verstanden habe, "Si-Faktor mindestens 3 bezogen auf die Zugfestigkeit", sogar mit 3,14 leicht übererfüllt, aber:

Solche Kleinanlagen schwenken eher in 1/2 s um 90° und nicht in 1 s. Das Kreiselmoment wird dabei doppelt so groß.
Auch ist zu vermuten, dass das Kurzschlussmoment dieses Generators höher ist als 30Nm. Selbst wenn ich mittels niederohmiger Ersatzlast mich mit einem "Softkurzschluss" begnüge,
ne "sichere Kiste" ist das nicht.
Mache trotzdem erst mal weiter. Mal sehen, wie er überhaupt anläuft.
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