Man könnte auch schreiben " Rastmomente vs. Monumentalbauten".
Ich verfolge nun schon einige Zeit die Artikel zum Bau von eisenlosen Generatoren und bin echt beeindruckt von dem Wissensschatz der hier zusammengetragen wird. Was mich an der eisenlosen Variante stört ist die Tatsache, dass ich für ein langsam laufendes Windrad ein riesiges Wagenrad bauen muss, welches dann für 95 Prozent aller Fälle völlig überdimensioniert ist. Dabei treten bei der Herstellung Probleme auf, die schnell an die Grenze des Machbaren für den Normalsterblichen führen. Vom hinausgeschmissenen Geld gar nicht zu reden. Es geht aber auch anders, wenn man nur die unerklärliche Angst vor den durchaus vorhandenen Rastmomenten überwindet. Zum Schluß ist jeder selbst gebaute Generator ein Kompromiss, der als Ergebnis der eigenen Überlegungen entsteht. Entweder eisenlos, groß und teuer , sowie mechanisch eine besondere Herausforderung, oder kompakte Bauweise mit Eisen, preiswerter, mechanisch nicht so kompliziert und nicht so teuer. Nachteil der eisenbehafteten Generetoren ist ein schlechterer Wirkungsgrad und ein fühlbares Rastmoment( Cogging).
Nun ist mir eine uralte Methode wieder in den Sinn gekommen, die ich hier als Anregung für Generatorbauer gern mal zur Diskussion stellen möchte. Anstelle der gegenseitig isolierten Dynamobleche verwende ich lackierten weichgelühten Eisendraht. Da gibt es den grünlackierten Wickeldraht( 0,7mm) für den Gärtnerbedarf, bzw. sog.lackierte Blumensteckdrähte ( bis 1,5 mm), die für alle Zwecke des Generatorselbstbaus hervorragend geeignet sind. Damit sind keine teuren und schwer beschaffbaren gelaserten Dynobleche mehr nötig, sondern mit geeigneten Schablonen aus Holz lässt sich der Eisendraht schnell und sauber in die benötigte Form des Eisenkerns bringen. Der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt. Besonders reizt mich die Möglichkeit, einen großen Klauenpolgenerator nach dem Prinzip eines Nabendynamos zu bauen, mit dem Ziel die magnetische Sättigung durch entspr. Eiseneinsatz zu größeren Werten zu verschieben.
Als Anhang hänge ich einmal zwei Bilder mit an diesen Beitrag an. Das eine Bild zeigt den Wickeldraht und die prinzipielle Möglichkeit der Anwendung. Das andere Bild ist eine Idee für den Bau eines Scheibengenerators mit diesem Eisendraht.

Toller Ansatz, ich bin sehr gespannt auf die Ergebisse. Das mit dem Eisendraht ist eine klasse idee, mal schauen wie viel das bringt.

Gruß
Max

Das Problem ist nur, diesen Draht in genügender preiswerter Menge zu bekommen. Auch hier gibt es gierige Geier. Die Preisspanne reicht von 49 Cent bis fast zwei Euro für einen 100 gr. Wickel. In meiner Umgebung habe ich fast alle preiswerten Quellen leergekauft. Wenn es soweit ist, werde ich die Ergebnisse hier vorstellen.

Hallo Illiat,

wenn Du schon am Probieren bist, interessant wäre für mich, wenn Du überlegen würdest, das Bündel der Drähte innen hohl zu lassen.
Einfach messen, in wie weit sich das Ergebnis dann ändert.
Möglich wäre das, in dem Du die Drähte um ein Kunstoffrohr (Baumarkt für Elektrik um Drähte einzuziehen oder einfach nur ein Kunststoff-Möbelgriff) herumlegst...
Ich geb zu, wird nicht ganz einfach....
Aber vielleicht kommt dann an der Spule mehr an. M.E. geht bei der geschlossenen Form eine Menge des Magnetflusses innen 'verloren'

Gruss Friedhelm

Hallo Fiedje,
das mit dem hohlem Eisenwickel kann ich schon mal ausprobieren. Ich bin mir nur nicht sicher, was das bringt. Das Ding mit dem Skin-Effekt kenne ich bisher nur bei elektrischen Leitern bei hohen Frequenzen, die bei einem langsam laufenden Generator kaum auftreten dürften. Um die gewünschte Leistung bei einem Permanentmagnetgenerator zu erzielen, sollte der magnetische Rückschluß so aufgebaut sein, dass keine magnetische Sättigung auftritt. Das heißt, der Eisenquerschnitt darf nicht zu gering gewählt sein. Es gilt auch bei der Auslegung der Eisenkerne einen Kompromiss zu finden, um einerseits ausreichenden Wickelplatz für die Spulen zu haben und andererseits den Eisenweg zwischen den Magnetpolen so kurz wie möglichzu halten. Um Probieren kommt wohl niemand herum, der solch ein Projekt beginnt.
Für den Scheibengenerator mit außenliegenden U-förmigen Eisenkernen (siehe Zeichnung) habe ich mir schon eine Wickelschablone ausgedacht, die die Scheibendicke der außenliegenden Scheiben + Wickelraum für das Kupfer berücksichtigt. Das Mittelteil der Wickelschablone ist herausnehmbar, so dass mit dem Ablängen nach dem Herausnehmen des Mittelteils zwei identische U-Bögen aus Eisendraht entstehen.
Da der Draht auf einem recht kleinen Holzstückchen aufgewickelt ist, muss er zuerst abgewickelt und durch Ziehen geglättet werden. Das lässt sich am besten bei schönem Wetter auf der grünen Wiese machen. Da werden dann gleich die Wickelschablonen bewickelt und die Wicklung mit Sekundenkleber stabilisiert. Da der Sekundenkleber manchmal auch Stundenkleber heissen müsste, lasse ich die bewickelte Schablone über Nacht liegen. Auf diese Weise erzeuge ich "schnittfeste" kompakte Eisenkerne mit hoher Stabilität. Der Begriff " Schnittfestigkeit " ist dahin gehend zu verstehen, dass es damit möglich wird eine exakte Eisenkernfläche mit der Eisensäge, der Flex oder dem Dremelfake zu erzeugen, ohne dass gleich alle Einzeldrähte in alle Himmelsrichtungen abgebogen werden. Ein paar Wicklungen Tesaband zusätzlich um den Kern gewickelt sind beim Schneiden ebenfalls sehr hilfreich.
Die Methode mit Wickelschablonen zu arbeiten, ermöglicht mit diesem dünnen lackierten Eisendraht beliebige Formen des magnetischen Rückschlusses zu konstruieren.
Vielleicht kannst du an deiner Versuchseinrichtung mal Tests mit magnetischen Rückschlüssen durchführen. Es wären sicher sehr interessante Vergleiche möglich. Vielleicht gelingt es dir, auf Anhieb ein U-förmiges Rohr außen mit Eisendraht zu konstruieren? Im Moment kann ich mir schlecht vorstellen, wie ich sauber um die Kurven kommen könnte.

Grüße
Ullrich

Hallo Ulrich,

ich mach auch Dir das Angebot, zugesandte Teile im Vergleich zu testen. Natürlich schick ich die Teile danach zurück.
Der Umbau des Teststands dafür ist im kostenlosen Angebot inbegriffen. Das ist noch im Bereich Interesse leicht zu verkraften.
Vorteil für Dich: Du musst nicht schon für einen ganzen Kreis alles zusammenstellen, jeweils 1 Teil reicht, um Messergebnisse vergleichbar zu haben.
Ich hätte schon die völlig falschen Magnete für die Tests, was übrigens auch für andere Fälle zutraf, die gern etwas verglichen haben wollten.
Ich hab zur Zeit 3 Magnetsorten für Vergleichstests....
Da ich mich schon auf eisenlos festgelegt habe, nutze ich die Zeit und die wg. meiner Schulter stark eingeschränkten Restmöglichkeiten lieber dafür,
in diesem Bereich zu experimentieren.
Ich denke, dass alles, was an Magnetfluss durchs Eisen fliesst, nicht mehr dem Kupfer 100% zu Verfügung steht.

Ich hoffe, Du verstehst das

Gruss Friedhelm

Zur Umsetzung, ich würd lauter Drahtbügel, die ich vorher ausgerechnet, als Biegeschablone ausgedruckt hätte entsprechend vorher biegen und danach zusammenfügen.
Evtl. mit Hilfe von Sekundenkleber. Dann eine Schicht Klebeband drumwickeln. Bei den Biegeschablonen könnte ich helfen.

MAn könnte sich ja auch was lasern lassen, aus sehr dünnem blech, vielleicht 1mm in der Stärke. Davon dann viele übereiander und zwischen ihnen mit Frischhaltefolie isolieren...Wenn da Bedarf besteht...ich lasse oft was lasern und könnte die Teile mitbestellen so dass es günstig bleibt...

Gruß
Max

Hallo Max,
Vielen Dank erst mal für das Angebot etwas mit lasern zu lassen. Der Aufbau eines Generators mit gelaserten Blechen ist natürlich die ideale Möglichkeit für einen Generatorbau. Allerdings kostet so etwas auch viel Geld. Denkbar wäre zB. auch aus Trafokernen ( U/I-Schnitt) das U-förmige Teil zu nutzen. Nur habe ich leider nicht so viele passende Trafokerne.
Interessant wäre das Lasern von Metallscheiben für das "umgekehrte" Klauenpolprinzip.
Der Trick bei der Sache mit dem gebündelten und lackiertem Draht ist aber genau der, dass ich für den magnetischen Rückschlüß gelaserte Bleche eben gerade nicht brauche und völlig frei in der Gestaltung der Maße bin. Zumindest trifft das für das oben vorgestellte Generatorkonzept mit zwei Statorplatten zu.
Da ich mit dem Generator nur etwa maximal 10 bis 20 Watt bei niedrigen Umdrehungen bei einer Ausgangsspannung von maximal 10 Volt brauche, weicht mein Konzept vom üblichen Standard des Aufladens eines 12 V Akkus völlig ab. Ich beabsichtige NiMH Akkus mit hoher Kapazität ( 9 Ah) zu verwenden.

Soviel kostet das Gar nicht, sehr dünne Bleche kann man auch stanzen lassen...oder sehr schnell lasern. Ich denke bei deinem Vorhaben wärst du mit 50 EUro wohl in etwa dabei...

Mach doch mal ne Skizze mit Bemaßung, wie in etwa so ein gelasertes Teil dann aussehen müsste, dann mache ich davon mal ne CAD Zeichnung und frage nach...fragen kost ja nix

Ich habe oft Teile die ich lasern lasse und kenne da eine Firma mit sehr guten Preisen, vor allem dann wenn es um Projekte hier aus dem Forum geht


Gruß
Max

Gut Ding will Weile haben. Es ist ja nicht so, dass ich jedesmal gleich die Welt erstürmen und das Fahrrad neu erfinden möchte. Oftmals kommen Ideen, die ich dann gern mal schnell realisieren will, aber der Teufel steckt bekanntlich immer im Detail. Genau so ging es mir mit den Statorscheiben für den hier vorgestellten Generator. Dazu hatte ich mehrere eigentlich sehr stabil erscheinende 4 mm Scheiben aus GfK mit einem Messingflansch versehen um eine exakte Ausrichtung zu erreichen. Leider war alles vergebens. Die Scheiben wobbeln sehr stark und ich weiss noch nicht woran das liegt. Wenn ich Distanzbolzen um den Umfang verteilt an den Rändern setze um die Statorplatten parallel auszurichten, klemmt die Welle in den Kugellagern. Hier ist noch eine Menge Feintuning zu leisten. Letzten Endes muss noch die Rotorscheibe mit 32 Magneten exakt rund- und wobbelfrei laufen um einen kleinstmöglichen Luftspalt zu erreichen.
Ich werde demnächst mal ein paar Fotos schicken.

Gruß Ulli

Hallo Illiat
Die Idee mit den Drahtkernen ist ja relativ einfach herzustellen, hier mal eine Version wie ich sie schon mal auf einen jap. Seite gesehen habe.
Die haben PVC Schläuche verwendet, so um die 12 mm Innendurchmesser. die Schläuche auf passende Länge zugeschnitten und anschliessend mit einer Spraydose
Autowax ins Röhrchen geblasen, dass verhindert das anschliessende Festkleben der Eisendrähte ( kannst da aber auch Ballistol verwenden, funktioniert ebenfalls sehr gut als Trennmittel).
Anschliessend die Schläuche unten verschlossen und danach etwa zur Hälfte mit Epoxidharz aufgefüllt. Danach die Drähte in die Schläuche gesteckt, bis keiner mehr reingeht. Ueberflüssiges Harz
heraus laufen lassen und das offende Ende ebenfalls verschliessen. Der so gefüllte Schlauch dann entsprechend der Schablone zurecht biegen, aushärten lassen und zuschneiden.

Eine andere Art war, dass da an Stelle der Drähte Eisenspäne-Eisenpulver verwendet wurde, so viel ich mich noch Erinnern kann, war das Mischverhältnis 2 : 100, also muss da sehr lange gemischt werden bis die Eisenspäne gleichmässig mit Harz bedeckt sind. Anschliessend in die Schläuche gestoppft, um die Schablone gebogen, fixiert und aushärten lassen und fertig bearbeiten. Bin mir da nicht mehr ganz sicher, aber ich glaube, während des Aushärtungsprozesses waren da Neodymus Magnete drum rum angeordnet - Ausrichtung des Eisenspäne vielleicht??

Wie viele Drähte verwendest Du für den Eisenkern?
Welchen Kupferdraht-Querschnitt nimmst Du und wie viele Wicklungen sind vorgesehen?
Hast Du da schon weiter Experimentiert oder ist die Sache eingeschlafen?

Würden uns auf ein Feedback freuen

Gruss Bruno

Hallo Bruno,
die Sache mit den Schläuchen ist ne gute Idee.Das Problem ist, dass bei 20 mm Durchmesser so ein Eisendrahtbündel sehr schwer genau zu biegen ist. Ich werde es mal mit Schrumpfschlauch versuchen. Die bisherigen Eisenkerne habe ich mit Schablone gemacht. Im Moment habe ich keinen Eisendraht mehr und das Projekt ist etwas ins Trudeln gekommen.
Ich schätze mal es sind für 20 mm Eisenkerndurchmesser etwa 200 bis 300 Drähte. Gezählt habe ich die Drähte jedoch noch nicht. Die ganze Sache macht mehr Arbeit als ich anfangs gedacht habe. Angefangen hatte ich mit runden GfK-Scheiben für die Statoren, um durch die vermeintlich dünne und stabile Bauweise den Eisenweg kurz zu halten. Trotz 3 mm Stärke war eine saubere Bauweise nicht hinzukriegen. Die Scheiben waren schlicht und einfach nicht gerade genug und trotz Aufsetzen eines gedrehten Messingflansches nicht exakt plan. Da ich einen Luftspalt von etwa 0,5 mm erreichen will, müssen alle verwendeten Scheiben absolut gerade sein. Der zweite Versuch ist mit dicken Sperrholzscheiben vorgesehen. Hier übe ich zur Zeit mit der Oberfräse, eine exakte Aussparung für die Aufnahme der Spulenkörper hinzukriegen. Es bewahrheitet sich wieder mal der Spruch, dass noch kein Meister vom Himmel gefallen ist. Ich habe also vor, die U-förmigen Eisenkerne mit den aufgebrachten Wicklungen faktisch in einer dicken Holzplatte zu versenken. Als Wicklung verwende ich pro Spule 150 Wdg. Cu-Lackdraht mit 0,4 mm Durchmesser, Da ich keinen Wickelkörper mit seitlichen Begrenzungen verwende, sehen die gewickelten Spulen noch sehr ungleich aus und haben natürlch unterschiedliche Maße. Da muß ich mir noch etwas einfallen lassen.
Ein weiteres Problem ist die exakt rechtwinklige Befestigung der Rotorscheibe auf der Welle. Ich habe festgestellt, dass sich der gußeinerne verstellbare Bohrtisch meiner Ständerbohrmaschine beim Bohren etwas verzieht. Das reicht aus, um bei einer 150 mm Scheibe ein leichtes Wobbeln hervorzurufen. Nun habe ich die Technologie dahin gehend geändert, dass ich die Bohrung der Rotorscheibe auf der Drehbank etwa 0,1 mm größer als die Welle mache, das ganze mit einem spaltfüllenden Kleber einstreiche und die Statorplatten links und rechts mit zwischengelegten 0,6 mm Papp-Distanzscheiben fest auf die Rotorscheibe presse und die ganze Sache dann aushärten lasse.
Damit habe ich einen hinreichend genauen Lauf des Rotors hingekriegt. Eine der Ursachen für nicht exakte Stabilität der Statorplatten sind auch die leichtgängigen Kugellager, deren Lagerspiel bei einem Statordurchmesser von 150 mm etwa 0,2 mm am Rand der Scheibe ausmacht.
Ich habe mir schon überlegt, ob man das Problem der wobbelnden Platten damit aus der Welt kriegen könnte, wenn man auf den Umfang verteilt 3 kleine Miniaturkugellager justierbar so anbringt, dass der Abstand zwischen Rotor und Stator präzise eingestellt werden kann und ein hundertprozentiger Parallellauf von Rotor und Stator erreicht werden könnte. Vom Prinzip her habe ich eine solche Lösung beim Drehteller meiner verflossenen Mikrowelle gesehen. Je größer die Scheiben werden um so größer wird nämlich genau dieses Problem. Bisher hat sich noch keiner von den Generatorprofis zu sochen Baudetails geäußert. Ich denke aber, dass all diejenigen die sich mit solchen Projekten herumschlagen die gleichen Probleme haben. Entweder ich habe die Technologie um mit einer super Präzision zu arbeiten oder ich habe gute Einfälle und Lösungen um dieses Handicap auszugleichen.
Im Moment ist der Generator noch nicht fertig und die verlustreiche und zeitintensive Schlacht geht weiter. Es gibt auch noch andere Probleme die gelöst werden wollen und sollen. Ich werde berichten was da so läuft.
Gruß Ullrich

Hallo Ullrich,
ich würde Aluminium als Rotorscheibe verwenden. So 4-5mm dick denke ich, sollten reichen. Falls du interesse hast, ich arbeite in einem Laserbetrieb und könnte dir bestimmt weiterhelfen.
Wie wäre es wenn du die Rotorscheibe mit zwei Flanschlager auf der Welle setzt, so wie Max bei seinem Generator auch macht.
Gruß Berno

Hallo Berno,
Die Sache mit der Aluminiumscheibe für den Rotor klingt est einmal gar nicht so schlecht. Das Problem ist, wie kriege ich die zwei Flanschlager auf die Welle. Die Welle habe ich auf der Drehbank so hergestellt, dass ich in der Mitte der Welle eine Verdickung habe, an der links und rechts die Kugellager der Statorplatten anstoßen. Das bedeutet, diese Verdickung hat genau die Breite der Rotorscheibe zuzüglich der doppelten Luftspaltbreite. Da ist kein Fleisch mehr da, um einen Flansch links und rechts ran zu bauen.
Die Aluscheibe zu lasern wäre eine Möglichkeit relativ genau die Magnete einzupassen. Der exakte Sitz auf der Welle, also parallel mit den Statorscheiben, muss wahrscheinlich so gemacht werden, wie bereits beschrieben. Ich schicke mal eine Prinzipskizze mit.
Die Rotorscheibe wäre dann exakt 5 mm dick. Wenn ich soweit bin, melde ich mich über PN bei Dir. Danke erst einmal für dein Angebot.
Gruß Ullrich

Moin moin,

Ich hoffe ich habe nichts überlsen..aber:

Die Rotorscheibe sollte man auf keinen Fall aus Alu machen. Die Magnete müssen auf einem magnetisch leitfähigen Material sitzen, ansonsten wird die Flussdichte um ein vielfaches geringer ausfallen.

Gruß
Max

Hallo Max,
da bin ich mir eben nicht so sicher. Der magnetische Fluß läuft über die links und rechts angeordneten U-förmigen Eisenschenkel, die auch die Kupferspulen tragen vom Südpol des oberen Magneten zum Nordpol des unteren Magneten ( bzw umgekehrt), so wie auf der Zeichnung zu sehen ist. Wenn nun magnetische Feldlinien nicht durch meine Eisenkerne, sondern durch eine eiserne Rotorplatte laufen würden, fehlen mir diese Feldlinien zur Stromerzeugung und es mindert den magnetischen Fluß durch die Eisenschenkel.
Da die im Rotor eingelassenen Neodymmagneten mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Rotorplatte selbst rotieren entsteht zwischen beiden auch keine Relativbewegung und somit keine Wirbelströme. Eine andere Frage ist die Rückwirkung der stromdurchflossenen Spulen mit Eisenkern und die Geschwindigkeit des Zusammenbruchs des Stromflusses, nachdem die Magneten schon am Eisenkern vorbeigedüst sind. Da der Zusammenbruch eines Magnetfeldes u.a. von der Induktivität abhängig ist und auf der Zeitachse verläuft , besteht also das Magnetfeld teilweise noch und erzeugt Wirbelströme in einer metallischen Rotorscheibe hinter dem gerade vorbeigerauschten Magneten. Damit ist es zumindest theoretisch denkbar, dass es eine Gegenwirkung der stromdurchflossenen Spulen auf einen metallischen Rotor und natürlich auch auf die metallischen Neodym- Magnete gibt. Es wäre schon interessant zu untersuchen, wie sich eine metallische Rotorscheibe im Vergleich zu einer Rotorscheibe aus Plastikmaterial verhält. Vielleicht liest hier irgend so ein Schlaumeier den Beitrag mit und kann mit hochkomplizierten Rechnungen den zeitlichen Verlauf eines zusammenbrechenden Magnetfeldes in Abhängigkeit aller Parameter wie Drehzahl, Stromstärke, Permeabillität, Luftspalt, Winkelgeschwindigkeit etc. die Verluste ausrechnen. Wenn ich mal groß bin und viel Geld verdiene, dann mach ich das auch. . Ansonsten gilt hier die Methode durch Versuch und Irrtum zur göttlichen Erkenntnis zu gelangen.
Zum besserem Verständnis habe ich auch hier mal eine Schnittzeichnung als pdf beigefügt. Dazu sollte man die Zeichnung auf Seite 1 dieses Beitrages auch nochmals ansehen um zu verstehen, wie die ganze Sache eigentlich gemeint ist und funktionieren soll.