Eigenbau Wirbelstromdynamo

[CRI 93+ / Ra 93+]

Video bei Youtube (mdr Einfach genial)
Und auch schon kommerziell erhältlich (229,-€ --- Mein Plan war eigentlich unter 20€ zu bleiben... aber für so ein Mikro-Serienteil mag der Preis zunächst mal angemessen sein.)

Die verwendeten LEDs scheinen Cree XR-E auf Platine zu sein, eindeutig von Lumitronix

Da ich auch gerade überlege, mir evtl. mit Hilfe von Neodym-Magneten eine Art Super-leichtlauf Dynamo zu bauen (habe keinen Nabendynamo), bin ich bei der Suche nach anregungen auf dieses Video gestoßen.

Es wird nicht erklärt, wie genau die Wirbelströme wirken sollen, es scheint jedenfalls kein Gegenstück am Rad befestigt werden zu müssen (jedenfalls ist keins zu sehen). Andererseits flackern die LEDs bis 15 km/h extrem, so dass ich darauf schließe, dass die Wirbelströme, die in der Felge entstehen und dadurch wiederum ein Magnetfeld aufbauen, evtl. einen Magneten im Innern der Konstruktion zum rotieren bringen.

Wenn man einen kreisförmigen Magneten in einem Alu-L-Profil herunterkullern lässt, sieht man sehr gut, wie er abgestoßen wird. Vermutlich wird das bei diesem Dynamo ausgenutzt.

(In einem U-Profil braucht einer meiner Magnete mit 2,5 kg Haltekraft über eine Sekunde, um fast Senkrecht darin herunterzurollen. Im Heide-Park wird der Free-Fall-Tower / Giro-Drop-Tower auf diese Weise 100% sicher gebremst. Giro bedeutet nur, dass die Gondel sich drehen kann. Auch die Katapult-Achterbahn im Heide-park wird gegen Ende der Strecke, sanft, kraftvoll und geräuschlos, sowie ohne weitere Steuerung durch wirbelströme gebremst. Auch modernere Retarder in LKW funktionoieren auf diese Weise. IMHO ein geniales Prinzip.)

Die eigentliche Frage aber: welches möglichst simpel zu konstruierende Prinzip haltet ihr für sinnvoll?

Mein Plan ist eigentlich nicht, die LED direkt zu betreiben, sondern einen Akku (3x eneloop Mignon oder 1x LiFePo4-Zelle) permanent aufzuladen und die LED nur im Dunkeln leuchten zu lassen, so dass 20% der Leistung ggü. "Direktbetrieb" der LED in der Praxis ausreichen sollten (Anwendungsprofil: Schönwetter-Sommer-Radfahrer)

[Beatbuzzer]

Irgendwie muss ich dabei an Stromzähler denken. Also die alten Ferraris-Zähler oder wie die heißen mit den Zahlenrädchen.
Nur dort hat man quasi einen Motor-Effekt mit der Aluminium-Scheibe, welcher vom Wechselstrom erzeugt wird.

Ähnlich auch ein Kurzschluss-Läufer (Standard-Drehstrommotor). Nur der Aufbau ist halt doch schon sehr anders, als hier beim Fahrrad. Da ist der Stromzähler schon näher dran.

Ich würde mal sagen Trial and Error. Fahrad auf den Kopf gestellt, großen Gang rein und mal nen Magnet in die Nähe geklemmt. Aus einem alten kleinen Trafo könnte man ein paar isolierte EI-Bleche ausschlachten für die ersten Versuche.

EDIT:
Ich denke, ich würde es als erstes so versuchen:

Dynamo.jpg (8.2 KiB) 13467 mal betrachtet

Also der graue Eisenkern mit den roten und blauen Magneten (Nord-Südpol) einfach vorne drangeschneppt und hinten in der Mitte die Kupferwicklung. Wenn jetzt das Magnetfeld der Dauermagneten einen Wirbelstrom in der Felge verursacht, dann versucht dieser dem Magnetfeld entgegen zu wirken. Wobei das dann eigentlich kein Wechselfeld werden dürfte, oder?

[tommi]

Interessante Idee! Finde ich immer wieder cool zu sehen wie Leute auch bei Dingen wo man glauben koennte es gibt schon alles neue Dinge erfinden.

Das wird dir helfen:
http://patentscope.wipo.int/search/en/WO2013004320

Das Patent hat dann doch etwas mehr Informationen ueber die Betriebsweise.

Was mich aber doch ueberlegen laesst ist der Wirkungsgrad. Immerhin werden im Normalfall Wirbelstroeme vor allem dazu verwendet Energie zu vernichten, das ist ja nicht unbedingt die Eigenschaft die hier gefragt ist. Und ueber Wirkungsgrad sieht man ja nicht so viel in dem Bericht.

lg Tommi

[Beatbuzzer]

Was soll ich sagen. Auf dem WC kommen einem doch noch immer die besten Ideen:

Dynaom2.jpg (16.14 KiB) 13431 mal betrachtet

Links die Felge in der Draufsicht. Deneben ein drehbares Rad mit den Dauermagneten und rechts ein Eisenkern mit Wicklung.
Die Wirbelströme in der sich drehenden Fegle nehmen die Magneten mit, welche sich dadurch in Drehung versetzen. Das Wechselfeld, was die Magneten dann im Eisenkern rechts erzeugen, bringt den Strom.

Auch wenn es anderen hier vielleicht schon sofort klar war, wollte ich meine morgige Erleuchtung doch gerne noch posten

@tommi:
Also ich denke der WIrkungsgrad sollte schon ganz okay sein. Alufelgen werden dort besser abschneiden als Stahlfelgen, wegen des geringeren elektrischen Widerstandes. Kupferfelgen wären natürlich ideal .
Die Verwendung von Wirbelströmen an sich heißt nicht, dass der Wirkungsgrad mies ist. Meistens ist es nur so, dass Wirbelströme unerwünscht sind, weil der Wirkungsgrad einer Maschine dadurch schlechter wird. Aber nur deshalb, weil man die Wirbelströme nicht nutzen kann und sie sich in Wärme 'auflösen'.
Wenn man an die Reibungsverluste eines Seitenläufers denkt, dann wird sich das schon ausgehen. Nur ein Nabendynamo könnte vielleicht noch besser abschneiden, aber der läuft halt dafür immer mit.

Das Standlicht ist mit nem Schottky-Gleichrichter und nem Gold-Cap ja auch kein Problem. Das flackern bei niedrigen Geschwindigkeiten ist dann auch gleich mit weg.

Und nun allen noch einen schönen Herrentag!

[stoske]

Also wie sich bei einer völlig homogenen Alufelge ein
Wirbelstrom einstellen soll, ist mir noch ein Rätsel.

[Achim H]

Wenn man die Spule noch ein 2. mal einbaut (um 180° gedreht und versetzt) und die beiden Wicklungen parallel schaltet, dann braucht der Strom durch jede Spule nur halb so hoch sein.

[Beatbuzzer]

Also wie sich bei einer völlig homogenen Alufelge ein
Wirbelstrom einstellen soll, ist mir noch ein Rätsel.

Das geht schon. Wie in jedem anderen homogenen Material auch. Eine Wirbelstrombremse funkioniert auf homogenem Material, genau wie die Scheibe des Stromzählers homogen ist. Die Feldlinien induzieren in dem Material genauso einen Strom, wie in einer Wicklung.

Um den Aufbau effektiv zu bekommen, sollte man mit Rückschluss der Feldlinien arbeiten, also ungefähr so:

Dynaom2.jpg (11.9 KiB) 13415 mal betrachtet

Je mehr Magnetpole man dem Rad gönnt, desto höher ist auch die Frequenz und desto früher hört das sichtbare flackern auf.

[stoske]

Das es gehen soll, wurde schon behauptet. Um es zu glauben, fehlt die Erklärung,
keine weitere Behauptung. Das vollkommen antimagnetische Aluminium reagiert
in keiner Weise auf den Magneten, ebenso wie dieser nichts vom Alu merkt. Ob
sich das Rad dabei dreht oder nicht, ändert daran auch nichts. Das Einzige was ich
mir da vorstellen kann, ist eine Reaktion auf die Stahlspeichen. Die sind nicht nur
magnetisch, sondern sorgen auch für einen stetigen Wechsel der Reaktion. Das ist
bei der Alufelge nicht der Fall.

[Beatbuzzer]

Okay ich versuchs nochmal anders:
Stell dir einen Ring aus Aluminium vor. Anders ausgedrückt hast du da eine einzige, kurzgeschlossene Windung. Wenn du diesen Ring senkrecht zu den Feldlinien eines Magneten bewegst, wird in ihm ein Strom induziert. Dabei kommt es nur darauf an, dass der Ring elektrisch leitend ist. Geht also mit Kupfer, Alu, Edelstahl, Messing...
Hier kommt es nicht auf den Ferromagnetismus an, sondern dass der Magnet Strom in dem Ring induziert. Dieser Strom wiederrum baut nun selbst ein Magnetfeld auf. Es existieren also zwei Magnetfelder, einmal das des Dauermagneten und einmal das des Aluminiumringes. Diese beiden können nun Kräfte aufeinander ausüben, wodurch es zur Bewegung kommt.

Der Unterschied ist jetzt nur, dass beim Fahrrad dort kein Ring ist, sondern ein flächiges Material.

Hier hab ich noch etwas zu Wirbelströmen gefunden:
http://elektronik-kurs.net/elektrotechnik/wirbelstrom/

Weiter reichen meine Erklär-Kenntnisse leider nicht...

PS: Habe heut morgen auch nochmal auf die schnelle bisschen rumprobiert mit vier Magneten an einem Zahnrad geschneppt und nem Bohrer als Achse. Alu-Felge und keine Speichen in der Nähe:
http://www.youtube.com/watch?v=R-thnWdt0E0

[stoske]

Ah, interessant. Vielen Dank für Links und Erklärung.
Sogar mit Film, große Klasse

[Borax]

Sehr schön! 5 Sterne! Hauptproblem ist wahrscheinlich, dass man nur bei sehr geringem Abstand zwischen Felge und 'Magnetläufer' hinreichend Wirbelstrom erzeugt. Also ist auch ein nur leichter Achter in der Felge zur Stromerzeugung mit diesem Verfahren möglicherweise schon 'tödlich'.

[Achim H]

Also ist auch ein nur leichter Achter in der Felge zur Stromerzeugung mit diesem Verfahren möglicherweise schon 'tödlich'

Nicht zwingend: Wenn der Magnetkopf einmal rotiert, dann würde möglicherweise nur ein Magnetkraft-Aussetzer auftreten. Da der Magnet aber eine gewisse Masse mitbringt, wird dieser sich (möglicherweise etwas gebremst) weiterdrehen und durch die Alufelge (wenn die 8 vobei ist) wieder mitgezogen.

Ist allerdings nur Spekulation.

[Borax]

Ob man das halbwegs sinnig selbst bauen kann ist sowieso Spekulation (stelle ich mir mechanisch doch recht aufwändig vor).
Nabendynamos kriegt man ja auch schon für etwa 20€ und einen solchen einbauen ist zwar auch nicht gerade 'trivial', aber bestimmt nicht schwieriger als einen Wirbelstromdynamo 'ab Null' zu bauen...

[Beatbuzzer]

Im Video wird von 5mm Abstand geredet. Also so gut sollte ein Reifen schon laufen, und falls nicht kann man das in dem Zuge ja gleich mal mit einstellen.
Bin mal gespannt was CRI 93+ / Ra 93+ so sagt, wenn er hier mal wieder rein schaut. Ein bisschen bin ich als Batterielicht-Fahrer jetzt ja auch geneigt, da mal in der Richtung weiter zu machen...

[CRI 93+ / Ra 93+]

Wow, so viele Posts... dabei hatte ich schon wenige Minuten nach diesem Post einen Faden zwischen 2 Magneten geklemmt und das Gebilde erfolgreich zum Rotieren gebracht, indem ich ein Aluprofil vorbeigezogen habe. Auch ein auf dem Boden ligender

Das ganze ich einem Plastikgehäuse und eine Spule drumrum - fertig. Einen Eisenkern daneben wird nur funktionieren, wenn er soweit weg ist, dass er den Mageten nicht festhält. Dann doch lieber gleich da rotierende, magnetisierte Neodym als "Eisenkern" verwenden. Wobei der Wirkungsgrad zu untersuchen wäre, man muss ja etwas Platz lassen, das ganze muss ja noch rotieren.

Was ich jetzt noch gerne raufinden würde, mangels Kugelförmigem Magneten aber nicht kann, wäre, ob so eine Kugel bei beliebiger Lage automatishc immer geeignet ausgerichtet würde, wenn die Felge vorbeiläuft.

Außerdem wäre ein Stab- oder Scheibenmagnet wohl am besten geeignet, der nicht an den flachen Enden, sondern an den runden Seiten seine magnetischen Pole hat.

Magnet läscht sich so bewegen, kippt aber auch sofort um. Zumal das Nord-Süd-Magnetfeld der Erde auch noch dazwischenfunkt (diese Mangeten mit nur 2,5 kg Haltekraft drehen sich auf glatten Böden immer und selbst z.T. auf Teppich in Nord-Süd-Ausrichtung, sofern das Mangetfeld nicht gestört ist. An einigen Stellen in der Wohnung zeigen sie in die falsche Richtung.)

@Stoske: Sobald sich ein elektrischer Leite an einem Mangetfeld entlang bewegt, wird eine Spannung induziert. Wenn es einen geschlossenen Stromkreis gibt, fließt in der Folge ein Strom und im Fall von Wirbelströmen resultiert aus diesem dann wiederum ein Mangetfeld --- das Alu ist dann ein Elektromagnet, aber eben nur, so lange es sich relativ zum Magnetfeld bewegt.

Eine neckige Spielereien, um das nachzuweisen stehen ja schon in meinem Eingangsposting.

Am Fahrrad habe ich auch schon getestet und denke, alle Ferromangetischen Teile stören eher, als dass sie nützen, sie sollten weit genug weg sein.

Evtl. könnte man auch mehrere (6 bis 12 Mangete so im Kreis anordnen, dass bei allen der gleiche Magnetpol nach außen zeigt, das könnte IMHO helfen, dass Magnetische Teile des Rades die Rotation behindern)

[Beatbuzzer]

Das ganze ich einem Plastikgehäuse und eine Spule drumrum - fertig. Einen Eisenkern daneben wird nur funktionieren, wenn er soweit weg ist, dass er den Mageten nicht festhält. Dann doch lieber gleich da rotierende, magnetisierte Neodym als "Eisenkern" verwenden. Wobei der Wirkungsgrad zu untersuchen wäre, man muss ja etwas Platz lassen, das ganze muss ja noch rotieren.

[...]

Evtl. könnte man auch mehrere (6 bis 12 Mangete so im Kreis anordnen, dass bei allen der gleiche Magnetpol nach außen zeigt, das könnte IMHO helfen, dass Magnetische Teile des Rades die Rotation behindern)

Stimmt, Eisen wäre wohl hinderlich. Dazu kommen noch Ummagnetisierungsverluste. Wenn ich an eisenlose Motoren aus dem Modellbau denke, dann sind diese bei den recht kleinen Leistungen auch sehr effizient. Das fehlende Eisen sollte also nicht unbedingt ein Nachteil sein.

Wenn identische Pole nach außen Zeigen, bekommt man aber auch noch kaum ein sich änderndes Feld. Und das ist ja wiederrum essentiell für die Stromerzeugung in der Wicklung.
Mein Favourit sind schmale Magnete, welche man nebeneinander mit wechselneden Polen auf eine Trommel klebt. Duch den Wechsel ziehen sich die Magneten auch an den Seitenflächen schon an, was die Montage sehr vereinfacht und auch eine höhere Stabilität bei Erschütterungen bringt.

Je größer der Durchmesser der Trommel, desto größer ist auch die Fläche, die der Felge relativ nahe steht. Das müsste das Drehmoment erhöhen.

[AntiLeuchte]

Hallo zusammen,

da mich das Thema auch sehr interessiert bin ich bereits auf zwei andere Threads gestossen:

http://www.candlepowerforums.com/vb/sho ... ight/page6

und

http://www.velomobilforum.de/forum/show ... t-quot-%29

Anscheinend bringen mehrere Magnete wirklich Vorteile hinsichtlich der Effizienz.
Wobei ich den Ansatz von diametralen Ringmagneten schöner finde, da man den Aufbau so simpel gestalten kann.

Gruß Sven

[Beatbuzzer]

Wobei ich den Ansatz von diametralen Ringmagneten schöner finde, da man den Aufbau so simpel gestalten kann.

Das stimmt wohl. An die habe ich gar nicht gedacht. Gibts auch nicht so regelmäßig, wie ich grad das Gefühl habe. Neotexx hat drei Größen 30, 40 und 50mm Durchmesser, aber "nur" N42 (volle Pulle gefiele mir da besser;)
Aber dann halt leider nur zwei Pole, sprich mit recht großem Gezappel bei niedriger Drehzahl, wie ich immernoch vermute.

Leider hab ich gerade nichts weiter magnetisches da, außer die Reste von meinem Panel-Bau.
Wenn ich was dafür bestelle, wirds wohl auf sowas hinauslaufen. Schön N52 *grins*. Damit dann eine Walze bekleben und an kleinen Kugellagern aufhängen.
Wenn man Kupferdraht erst auf einem Körper vorwickelt, dann vergießt und anschließend den Körper entfernt, bekommt man auch hohe Stabilität und kleinen Luftspalt unter einen Hut.

[CRI 93+ / Ra 93+]

Warum ein Ring? Der radial magnetisierte Stabmagnet aus dem Veloforum-Link dürfte doch kräftiger sein, da in der Mitte nicht hohl... ich denke, das ist am simpelsten. Oder ein radial magnetisierter Scheibenmagnet (ist ja auch ein "Stabmagnet", aber kurz und dick).

Die Drehzahl dürfte nach dem Text dort auch recht hoch sein, auch meine Magneten an der Schnur drehen sich ganz schön fix! Wenn die Spule um den Magneten eine Last sieht, bremst sie die Rotation aber natürlich ab. (da ist die "KSQ" sozusagen schon eingebaut...)

Man könnte auch mal probieren, ein Inliner-Kugellager ringsum mit Magneten zu bestücken, könnte aber sein, dass es durch die Magnetkräfte "klemmt" und nicht mehr schön leicht läuft.

[Beatbuzzer]

Warum ein Ring?

Die Idee war, dass man gleich ein Lager in den Magneten kleben kann und nur eine feststehende Welle braucht. Der Stabmagnet ist schon wieder schwieriger zentrisch zu lagern. Einfach was überstülpen ist ja schlecht, weil man dann nicht mehr so nahe an die Felge herankommt.

[Achim H]

Die Idee war, dass man gleich ein Lager in den Magneten kleben kann und nur eine feststehende Welle braucht.

Das hätte einen Vor-, aber auch einen Nachteil:

Vorteil:
Ein Rundmagnet hat einen geringen Umfang. Dadurch wird eine hohe Drehzahl = Frequenz erreicht.

Nachteil:
Ein Magnet hat immer nur 2 Pole.

Schöner finde ich die Idee aus dem Candlepowerforums, allerdings hat die dort gezeigte Version einen zu großer Umfang.

[CRI 93+ / Ra 93+]

Ich denke, es ist ziemlich egal, ob viele Magnete langsam oder einer schnell rotiert. Mehrere haben aber den Vorteil, dass die Kraftübertragung kontinuierlicher sein dürfte. Mit nur einem Magneten dagegen wird das ganze sehr viel kompakter.

Aber auf jeden Fall lässt sich ein einizger Magnet problemlos in schnelle Rotation versetzen, wenn man ein Aluprofil an ihm vorbeizieht.

Alufolie dagegen taugt nicht die Bohne für diesen Zweck, daraus schlussfolgere ich, dass es sich um sehr hohe Ströme die im Alu fließen handeln dürfte, bei allerdings nur wenigen µV oder vielleicht gar nur Nanovolt (ist ja ein MEGA-Kurzschluss auf sehr kleinem Raum und nur sehr wenig Energie, die in elektrische Leistung umgewandelt wird).
"Gefühlt" 2 bis 20, vielleicht sogar 100 Ampere --- aber das ist wirklich geraten, es könnten auch völlig andere Werte sein.
(Rechenbeispiel: 100A * 1nV = 100 nW)