Wirkungsgrad - 3D gedruckter Scheibengenerator

Den Widerstand gegen Verdrehen (Erfassen des Losbrechmomentes) messen ginge mit einer Präzisions Federwaage und an die Achse geschraubtem Hebel.

(Abstand zur Mitte der Drehachse und Gewicht bei händischem Zug an der Federwaage bis zum Losbrechen lassen sich dann in Newtonmeter umrechnen)

Anders das Drehmoment - dieses ist nach Deiner Beschreibung höchst variabel und hängt von der eingesetzten Kraft ab. Das zu messen ginge vielleicht mit einer Drehmomentbremse, eine solche (primitiv aber effektiv) kann man sich mit einem Bindfaden an einem Hebel mit Stellschraube selber bauen.

Voraussetzung: die Drehachse schön glatt poliert und dann wird der Hebel an einem seiner Enden kugelgelagert auf die Drehachse gesteckt.

Der am Hebel befestigte Faden mit einigen Windungen um die POLIERTE Drehachse geschlungen und von dort wieder zurück zum Hebel geführt wo man mit einem per Schraube verstellbaren Haken (stellschraube) die Zugkraft des Fadens auf die Windungen um die Drehachse einstellen kann die dann mehr - oder weniger den Hebel mitdrehen (rutschen) lässt.

Oder Du misst damit wieviel Kraft es erfordert die Drehachse ganz abzubremsen. Davor - vor Diesem Punkt erfasst Du mit Drehzahlmesser und Drehmomentbremse die verschiedenen Möglichkeiten der Belastungsintensität relativ zur Drehzahl.

Das Ende des Hebels auf einer Waage kann so auf dieser anzeigen wieviel Druck von der Drehachse kommend anliegt wenn die Windungen des Fadens an der glatten Drehachse zu rutschen beginnen.

Da der Faden, wenn er lose mit seinen Windungen auf der Drehachse nicht abbremst und erst wenn er gespannt wird auf der Waage Druck erzeugt kann man so z.B. erfassen wie hoch das maximale Drehmoment sein kann bevor die Drehachse durch die Spannmung der Windungen dieser primitiven Drehmomentbremse komplett abgebremst wird.

Oder:

Auf solche Weise kann man ermitteln wie stark ein Windrad durch Last und Generator abgebremst werden darf um seine maximal mögliche Leistung abgeben zu können.

Da Du das Drehen des Generators von Hand machen möchtest könntest Du damit ermitteln wie hoch Dein persönliches Engagement dabei sein darf ohne zur Quälerei zu werden.

Oder umgekehrt wie bequem Du es Dir dabei machen darfst ohne dass der Ladevorgang Deines Handys unterbrochen wird. Dabei wäre dann der Zeitfaktor zu beachten.

Ich hoffe für Dich, andere Forenfüchse hier wissen es besser, oder kennen andere Methoden mit denen Du besser zurecht kommst.

Wozu brauchst Du eigentlich diese Drehmomentmessung?

Auch hier wieder, lieber Freans, wo sind Deine magnetischen Rückverbinungen?
"Eisenlose" sind nicht vollständig eisenlos, sondern haben lediglich in den Spulen keine Eisenkerne.
Mit Rückverbindungen, wenn nicht aus Stahl dann wenigstens aus magnetischem 3D-Werkstoff, wirst Du eine Explosion erleben,
an U vs u/min und auch an Cp.

Gelaserte Stahlringe einige mm dick lassen sich nachrüsten. Aber nur mit Schraubgewinden absenken! Sonst kracht es.

Mit der Seilbremse kann man auf einem Versuchsstand gut den Wirkungsgrad von kleineren Windrotoren messen und ermitteln bei welcher durch Belastung abgebremster SLZ das Drehmoment optimal ist.

Es würde ja auch keinen Sinn machen, Windrotoren mit Flügeln oder Schaufeln in eine Drehbank zu spannen

Um Deinen Generator mit Seilbremse zu messen, das ginge dann natürlich nur wenn Du diesen auch als Motor laufen lassen kannst. Dann kannst Du ihn direkt an seiner Drehachse mit Seilbremse so messen.

Wollte Dir noch empfehlen, in die Stahlplatten 3 Gewindelöcher M4 zu bohren, so dass Du sie kontrolliert absenken kannst.
Aber nun sind sie in Position. Etwas Lack oder Zinkspray wäre vorher nicht schlecht gewesen...

Sind die Spulen einfach nur eingelegt und mit Iso-Band befestigt?

Drehmomentmessung:
Gewiss beginnt man im Leerlauf, aber da gibts nur wenig Moment, was zudem wenig Relevanz hat.
Eigentlich müsstest Du bei konstanter Drehzahl die Belastung steigern bis zum Erreichen des max. zul. Spulenstroms.
Und dann jedesmal neben U und I auch das entsprechende Moment bestimmen.
Sende Dir im Anhang mit, wie das bei der Black-300 ausgesehen hat.

Nun hast Du keine variabele elektronische Last.
Daher verbleibt Dir nur der Test z.B. mit der Glühlampe. Vielleicht schaltest Du auch mal 2 davon in Reihe, damit Du auf windkraftrelevante Spannungen kommst.

Nur wenn von Relevanz:
Bezüglich P_mech die Multiplikation mit 2*Pi nicht vergessen!
P_mech = Md*f_n*2Pi.....f_n: Drehfrequenz....f_n*2PI=Omega, die Kreisfrequenz

Danach kannst Du den Wirkungsgrad bestimmen.

Lass ihn doch in gleicher Länge auch zur anderen Seite raus stehen. Dann hast Du da schon mal Gleichgewicht.
Als Kraftaufnehmer eigen sich digitale Kofferwaagen recht gut. Mal googeln!
Häng die doch einfach mit einem kurzen Seil oder dem Haken (wenn vorhanden) ein in eine der 3 Verschraubungen des Stators. Da hast Du Deinen Hebel. Hilfsanschläge vor sehen!
Eingespannt ist der Generator dann nur an der Welle, in einer Drehbank oder Bohrmaschine mit Ständer.

Hallo Alois,

kann man mit einem Regelwiderstand und einer der maximal einsetzbaren Last dazu die gesamte Bandbreite des Generators erfassen? Also bei jeder Last von Leerlaufspannungen (variabel abhängig von der eingesetzten Drehzahl) bis Kurzschluss?

Und wäre es nicht sinnvoller zuvor eine Messung des Drehzahl-Wertes bei Einsatz der geplanten Handkurbel für Dynamofunktion herauszufinden die in der Lage ist die jeweils erwünschte Last abzudecken die später einmal generiert werden soll?

Dann hätte man zumindest feste Vorgaben die geprüft werden und nicht eine Un - zahl von verschiedenen Messpunkten deren Erfassung und Auswertung die NASA bis Weihnachten 2050 beschäftigen könnte...

Drehzahlen verändern sich, Spannung unter und ohne Last auch, ebenso dazu auch das Drehmoment.

Frage? Wieso einen Wirkungsgrad ermitteln? Das ginge doch nur für ganz konkrete Agregatzustände.

Hallo,
ich habe nun die Drehmomente/Wirkungsgrade ermittelt. Jedoch ist das Ergebnis sehr ernüchternd.

5% - 29% Wirkungsgrad!
Damit ich das jetzt richtig verstehe. Die Mechanische Leistung (also P_mech = 2 x Pi x M x n) ist ja die Leistung die ich hineinstecken muss, um den Rotor auf gegebener Drehzahl zu halten. Diese rechne ich durch die reale gemessene Leistung an der Glühlampe.
Welche Drehzahlen erreicht ihr mit euren Windrädern? Ich kann mir nicht vorstellen das diese mit 2400U/min drehen oder?
Wenn ich die Lampe anschließe erreiche ich max. 9V. Also weit entfernt davon das ich 2 Lampen in Reihe schalten muss.

Hallo

Anbei mal eine Messung bei einer bestimmten Drehzahl um die Generatorleistung die er max abgeben kann zu ermitteln.

Gemessene Daten auf der Drehmaschine bei etwa 475 U/min.
Lehrlaufspannung 37,5 V
Bei Belastung dann
29,0 V 0,4 A 11,6 W
27,6 V 0,5 A 13,8 W
26,2 V 0,6 A 15,7 W
25,0 V 0,7 A 17,5 W
23,8 V 0,8 A 19,0 W
22,4 V 0,9 A 20,16 W
21,0 V 1,0 A 21,0 W
19,2 V 1,1 A 21,12 W
17,6 V 1,2 A 21,12 W
15,9 V 1,3 A 20,67 W
14,8 V 1,4 A 20,72 W
13,7 V 1,5 A 20,55 W
12,0 V 1,6 A 19,2 W

Die eingebauten Dioden sind auch nur für 1 A also Schluß gemacht, die Leistung sinkt ja schon wieder.

Man sieht wie die Spannung sinkt wenn der Strom ansteigt, bis bei 21 V bis 18 V die max Leistrung erbracht wird.
Dann weiter sinkt die Leistung , so weit sollte nicht belastet werden da der Strom den Generator unnötig erwärmt.

Gruß Aloys.

Hallo,
Ich habe das Projekt vorerst nun einmal abgeschlossen. Der nächste wird dann aus Metall gebaut Leider habe ich keinen geeigneten Platz für ein Windrad.
Mein Fazit: Ich habe sehr viel über Elektromagnetismus gelernt. Der Generator sollte Rechteckige Magneten aufweisen und ich denke ein dickerer Draht wäre auch von Vorteil um den Innenwiederstand zu veringern. Die S235 Rückschlussscheibe hat die Leistung um den Faktor 2 gesteigert. Der Wirkungsgrad ist etwas entäuschend. Dies könnte aber damit zusammenhängen das die Glühbirne viel zu stark für den Generator ist. Beim Test mit einem kleinen DC Motor reicht ein kurzer "andreher" und der Motor bewegt sich. Eine Akkuladung hab ich derzeit noch nicht getestet. Dies wird aber noch folgen.
Vielen Dank für die zahlreichen Tipps.
Ich habe ein kleines Youtube Video gemacht. Ich hoffe das ich damit die Funktionsweise eines Scheibengenerators gut dargestellt habe.
Hier gehts zum Video

@Fraenz: Gut gemachtes Video und Hauptsache : Spass gehabt und Lust auf Mehr!

Hallo

1 zu 2 ist beim Radius zu Durchmesser der Fall.
Radius für Drehmoment Berechnung, aber Durchmesser für die Wegberechnung,

Gruß Aloys.