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Zusammenbau des
Stromgenerators:
Aus der Rotor- und den beiden Statorscheiben soll als nächstes
ein möglichst rund laufendes, unempfindliches und
möglichst viel Strom bei möglichst geringer Drehzahl
produzierendes Gebilde werden. Dies soll mit nicht allzu
großem Aufwand mit Heimwerkermitteln erreicht werden. Soweit
geeignet, kommen Restmaterialien zum Einsatz.
Die Rotorscheibe soll fest und exakt orthogonal auf der rotierenden
Welle gehalten werden; die beiden Statorscheiben lassen
hierfür innen Platz und werden an ihren drei
äußeren Ecken mit einstellbarem Abstand gehalten.
Die in Höhe der Rotorscheibe teilbare Welle wird auf
jeder Seite zweifach kugelgelagert. Beide Teile der Welle sind durch
eine durchgesteckte Innenachse verbunden, auf der das Antriebsritzel
liegt. Ein Hüllrohr, das die Außensschalen der
Kugellager
hält, ist mit dem Rahmen, der die beiden
Statorscheiben
trägt, verbunden und wird mit einstellbarem Abstand zum
Treibritzel an das Windrad montiert. Die vermutlich etwas eigenwillige
Konstruktion ist erst während des Zusammenbaus entstanden und
aus
dem bisherigen Text wahrscheinlich schwer nachvollziehbar. Sie ist auch
verbesserungsbedürftig; so erweist sich beispielsweise die in
der
Mitte teilbare, 4-fach gelagerte Welle, sofern nur mit
Heimwerkerpräzision erstellt, als nicht empfehlenswert.
Die folgende Bilderserie zeigt die Zwischenschritte des mechanischen
Aufbaus.
1. Die beiden Halbwellen:
Kernstück ist jeweils ein 1/2-Zoll-Rohr, an das eine
120mm-Ronde geschweisst ist - so orthogonal wie möglich. Die
Kugellager (Typ 6004 - 2RS) passen mit minimalem Spiel auf dieses Rohr
und werden mit dazwischengezogenem Fahrradschlauch sehr gut
stabilisiert (rechts gut sichtbar). Zusätzlich werden die
Kugellager durch 3/4-Zoll-Rohre, die auf die 1/2-Zoll-Achse satt
klemmend (und in Längsrichtung platzfüllend) gesteckt
sind, gegen Verrutschen gesichert. Das Achsrohr nimmt innen
später die 16mm-Gewindestange auf ,die als
Innenachse fungiert. |
2. Hauptwelle ohne Rotorscheibe:
Hier sind beide Hälften ohne Rotorscheibe
zusammengefügt und mit der Innenachse aneinander fixiert. Die
beiden Ronden in der Mitte müssen exakt aneinander passen, in
jeder Drehlage. Hinter dem Werkstück sieht man die beiden
5/4-Zoll-Rohre, die als Außenachse die Außenschale
der Kugellager tragen werden. Die Innenachse trägt rechts das
angeschweisste 10-Zahn-Ritzel für den Zahnriemen; links ist
die Gewindestange für Testzwecke rundgedreht. |
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3. Rotorscheibe auf der Hauptwelle (1):
Inzwischen wurde die Rotorscheibe mittig gebohrt und zwischen beide
Ronden plaziert. Mit einer Hilfskonstruktion wird nun versucht, den
aufgrund restlicher Ungenauigkeit entstandenen Fehler zu ermitteln und
durch Unterlegen zu minimieren. Es verbleibt allerdings später
eine restliche Ungenauigkeit in der Flucht der beiden Achsteile in
ihren Trägerrohren, was die Leichtläufigkeit und die
Lebensdauer der Lager beeinträchtigen dürfte. |
4. Rotorscheibe auf der Hauptwelle (2):
Hier noch einmal die montierte Rotorscheibe in Draufsicht. Es werden
danach noch Fixierbolzen durch die Ronden geschraubt, um die
Rotorscheibe zu fixieren. Nach dem
Fertigmontieren und Einsetzen der 16mm-Innenachse zeigen sich
die verbliebenen Ungenauigkeiten der
Achskonstruktion deutlicher als zuvor. Die geteilte Welle wird -
zumindest mit Heimwerkermitteln - daher nicht zur Nachahmung empfohlen. |
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5. Generatormontage (1):
Die Rotorscheibe soll nun mit einstellbarem Luftspalt mittig zwischen
beiden
Statorscheiben rotieren. Für die Statorscheiben wird eine
Art Rahmen aus 3 Gewindestangen und 6 T-Rohren gefertigt. Der
Rahmen bleibt in linken und rechten Teil zerlegbar. Jeder Teil wird
starr mit dem äußeren Halterohr der Rotorlager
verbunden. Die Lage der Statorscheiben bleibt durch die
Muttern und Unterlegscheiben auf den Gewindestangen verstellbar.
Dagegen ist die Lage des Rotors zu diesem Rahmen später starr. |
6. Generatormontage (2):
In diesem vormontierten Zustand wird alles adjustiert, bevor die
starren Verbindungen der T-Rohrstücke an die Halterohre der
Rotorlager geschweisst werden. Die linken T-Rohre sind mit den
16mm-Gewindestangen verschweisst, die rechten sind dagegen auf ihnen
verschieblich und durch Muttern einstellbar. Dadurch bleibt der
Generator in seine Hauptkomponenten zerlegbar. Der axiale Druck, der
auf die Kugellager weitergegeben wird, ist am Ende allerdings mit
Gefühl einzustellen. |
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7. Montierter Generator (1):
Inzwischen sind die Schweissungen komplett und der Generator probeweise
montiert. Der Luftspalt zwischen Rotor und Statoren kann nicht, wie
ursprünglich geplant, auf 1mm je Seite eingestellt
werden, da die Rotorscheibe (durch falsche Mischung des Epoxidharzes)
sich nochmals nachverformt hat und einen seitlichen Schlag
behält. |
8. Montierter Generator (2):
Hier die axiale Ansicht des montierten Generators. Die Statorscheibe
aus schnell härtendendem Harz ist gut durchsichtig geblieben
und lässt Spulen und Verdrahtung gut erkennen. Fast schade,
sie zum UV-Schutz undurchsichtig zu lackieren... |
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9. Teststand:
In dieser Phase kann der Generator schon einmal getestet werden. Der
Luftspalt seitlich des Rotors wird so knapp wie möglich
eingestellt. Das
auf 13mm Durchmesser heruntergeschliffene Ende der Innenachse dient dem
Antrieb mit der Bohrmaschine. Wir bringen es damit im Leerlauf (ohne
elektrische Last) auf etwa 17 Umdrehungen pro Sekunde. Die Windungen
beider Statoren werden je Phase in Reihe geschaltet; eine
Gleichrichtung des Drehstromes wird mit 6 Dioden realisiert (in der
kleinen Fischfutterdose untergebracht). Belastet wird mit
Glühbirnen bis 100 Watt oder einem 230-Volt-Halo-Scheinwerfer
von 500 Watt.
Das Resultat: Bei 17 U/s wird eine Leerlaufspannung von ca. 310 Volt
erreicht; dies entspricht etwa 18,5 Volt Leerlaufspannung pro
1 U/s. Der wirksame Innenwiderstand liegt bei 50 Ohm. Unter Last des
Halo-Scheinwerfers werden bei 10 U/s etwa 120 Watt umgesetzt; die dabei
gemessene Spannung liegt bei etwa 110 Volt.
Ferner wird bei dieser Anornung noch getestet, wie warm die Statoren
werden, wenn die Spulen stromdurchflossen sind. Es zeigt sich, dass die
beiden Statoren zusammen etwa eine Verlustleistung von 100 Watt
verkraften müssten, wobei sie sich um ca. 40 Grad
gegenüber der Umgebung erwärmen.
Hieran knüpft eine Extraseite an, die sich mit der maximal erzielbaren Leistung und der Begrenzung der inneren Verlustleistung befasst. |
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10. Der lackierte Generator:
Ganz zuletzt wurden noch die beiden einstellbaren Halterungen
angeschweisst, mit denen der Generator an das Windrad angebracht wird
(die beiden Innengewinde im Bild). Danach wird kurz angeschliffen und
mit Acryllack lackiert. Die Lackierung der Statoren wird aus
Gründen der Ästhetik (jawohl!) noch aufgeschoben.
Der fertige Generator wiegt 13,1 kg. |
11. Kleinere Verluste:
.... müssen einfach in Kauf (inkauf) genommen werden. Der
abgebildete Schaden ist natürlich nicht beim Dengeln oder
Draufhauen, sondern beim Energischflexen entstanden.
Baumwolle ist gegenüber allen Kunsttextilien aus
Sicherheitsgründen zu bevorzugen. Und: Nicht mit
benzingetränkten Kleidern schweissen! |
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Nachsätze zum
Generator:
- Gut gelungen ist die Anfertigung der beiden
Statorscheiben und ihre
einstellbare Aufhängung.
- Eine hier erstmals berichtete kleine
Neuerung ist das Mit-Eingiessen von Temperatursensoren (im Zentrum
einer Spule), die die thermische Belastung während
des Betriebs erfassen.
- Der Vorversuch hat erfreulicherweise
gezeigt, dass auch mit den spielzeugartig aussehenden Magnetchen (15
mm) und Spulchen (25 mm) nennenswerte Stromproduktion zu erwarten ist.
- Die Konstruktion einer geteilten Hauptachse
sollte mit
Heimwerkermitteln nicht nachgeahmt werden. Statt dessen sollte eine
durchgehende Hauptwelle zweifach gelagert werden; die
orthogonale Ausrichtung der Rotorscheibe auf dieser Hauptachse sollte
adjustierbar sein.
- Die Auswahl und sorgfältige
Verarbeitung des Epoxidharzes, insbesondere für die
Rotorscheibe, bestimmt später die Effizienz und
Maximaldrehzahl des Generators mit.
Der weitere Zusammenbau des Windrads "Luxus" ist auf der Folgeseite beschrieben.
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