Hallo, ich schreibe gerade eine Arbeit. Undzwar soll ich an einem Trennschleifer Piezos anlegen und dadurch die Vibrationen, die während des Betriebes entstehen, in elektrische Energie umwandeln. Später soll die gewonnene Energie für eine Schaltung in einem Überwachungssystem benutzt werden. Mein Problem ist jetzt wie baue ich meine Schaltung auf, also um die Energie zu verstärken bzw zu verwenden: Speichern, direkt zugreifen und und und... Ich danke bereits im Voraus für eure Hilfe, derjamalo
Eher kein harvesting, denn der Trennschleifer braucht das 10000000-fache dessen was durch Vibrationen an die Piezos angegeben wird, sondern Unwuchterkennung. Piezos werden hochohmig angeschlossen und erzeugen eine Wechselspannung, also positiv und negativ, man müsste gleichrichten um die Stärke der Vibration messen zu können. Aber was erzählt manso was jemande, der "eine Arbeit" darüber schreiben soll, solche absoluten Grundlagen müsste er jedenfalls wissen.
@MaWin: Wieso sollte das kein energy harvesting sein? Er will doch die Energie nutzen.
Das Problem dürfte erst mal sein, daß er um die Vibrationen mechanisch nutzen zu können die Piezos zwischen ein schwingendes und ein nicht oder mit Phasenversatz schwingendes Bauteil setzen muss. Wenn nämlich der Piezo als ganzes schwingt dann passiert einfach nix. Also muss er erst mal herausfinden wo er die Piezos plazieren könnte. Da fällt mir spontan nur die Griffschale und der Rahmen des Schleifern ein. Wobei ich MaWin zustimme, viel Sinn wird das wohl nicht machen. Da kann er genausogut eine Spule neben den Motor plazieren und damit Strom induzieren, oder einen Magneten auf die Welle ... oder einen kleinen Generator auf die Welle oder ...
Udo Schmitt schrieb: > Wobei ich MaWin zustimme, viel Sinn wird das wohl nicht machen. Da kann > er genausogut eine Spule neben den Motor plazieren und damit Strom > induzieren, oder einen Magneten auf die Welle ... oder einen kleinen > Generator auf die Welle oder ... Oder direkt ein Kondensatornetzteil an die Netzspannung.
Es gibt in diesem Versuch bereits einige Messungen mit Piezos. Und in der Tat konnte man Leistung im Mikrowatt Bereich messen. Das mit dem Gleichrichter wäre wahrscheinlich auch am sinnvollsten. Entscheident für mich ist einfach wie die Schaltung aufgebaut ist. Also Piezo, dann Gleichrichter, und wie weiter? Wie sieht es mit einem Ladungsverstärker aus? Danke für die vielen Antworten :)
Ahmad El-Jamal schrieb: > Wie sieht es mit einem Ladungsverstärker > aus? Für eine "Verstärkung" benötigst du eine Stromversorgung. Ich denke das Teil sollte selbst die Stromversorgung darstellen. Willst du dich selbst an den Haaren aus dem Sumpf ziehen?
Ich will die Piezos in dem Versuch als Energy-Harvester verwenden. Nein, natürlich will ich keine Komplettlösung, sondern einfach eine Unterstützung. Also einen Ansatz...
Energy Harvesting im uW-Bereich an einem strombetriebenen Gerät. Ich lach mich schlapp. Wickel Kupferdraht ringsrum, kommt mehr bei raus.
Mach doch mal was Sinnvolles: Eine Flex ( Winkelschleifer ) ist schweinelaut. Papp deine Piezos auf das Getriebegehäuse und entwickle eine Lösung ( mit Gegenschall ) das Teil leiser zu kriegen. Wenn du das schaffst, bist du der Held. Grüße vom Schlosser
> Ich will die Piezos in dem Versuch als Energy-Harvester verwenden.
Ach du Scheisse.
Und damit betreibst du dann deinen Trennschleifer ?
Nein nein. Ich will die Energie, die ich gewinne nur für ein Messystem verwenden. Dieses Messsystem dient nur der Überwachung der Verluste, die der Trennschleifer versucht. Aber das ist eher unwichtig für mich. Entscheident für mich ist nur: Wie kann ich diese Energie gewinnen und nutzen? Sprich direkt weitergeben und/oder speichern
Ahmad El-Jamal schrieb: > Nein nein. Ich will die Energie, die ich gewinne nur für ein Messystem > verwenden. Ist es eine gute Idee dafür Piezos zu nehmen? Die Dinge geben nur Energie (Spannung) ab wenn du auf ihnen rumklopst oder -drückst. Versuch das mal mit dem Winkelschleifer, am besten wenn er aus ist ;-). > Dieses Messsystem dient nur der Überwachung der Verluste, die > der Trennschleifer versucht. Welche Verluste? Da reicht es doch die Temperatur der Wicklung zu messen. > Aber das ist eher unwichtig für mich. > Entscheident für mich ist nur: Wie kann ich diese Energie gewinnen und > nutzen? Sprich direkt weitergeben und/oder speichern > Mit Piezos ist das wohl so das aufwendigste was geht. Keine Spannung (nur das bischen Microphonie-AC) kein Strom, riesiger Innenwiderstand und auch noch in der Regel zerbrechlich. Sag bescheid wenn du das damit hin bekommst.
Bei den Chip-Herstellern sind momentan nur LTC und Maxim am Ball. Alles andere ist eben selbstgebastelt und das größte Problem ist die Startup-Schaltung, die mit wenigen 100mV hochlaufen muß. Mach dich erstmal schlau, ob Piezo die richtige Form ist. Vielleicht ist ein Lautsprecher mit aufgeklebter Masse besser! WAS willst du versorgen/messen?
Was ich versorgen muss ist dabei nicht entscheident. Die Piezos sollten aber (von Vorversuchen ermittelt) genug Energie abgeben, um das Messsystem zu versorgen. Ihr dürft euch jetzt keinen handelsüblichen Trennschleifer vorstellen, sondern einen Industrieschleifer, der einen Durchmesser von ca. 1m hat. Es werden also relativ hohe Kräfte bzw Vibrationen freigesetzt. Wenn wir davon ausgehen, es käme genug Energie zustande, wie verfahre ich weiter um diese zu nutzen?
Ahmad El-Jamal schrieb: > > Wenn wir davon ausgehen, es käme genug Energie zustande, wie verfahre > ich weiter um diese zu nutzen? Ich verstehe dein Vorhaben und kann daran auch nichts lächerliches finden. Trotzdem: diese Frage kannst du besser beantworten, als wir! Schließlich hast du bereits Messungen am realen Objekt durchgeführt und weißt, welche Spannungen, Ströme und Frequenzen zu erwarten sind.
Danke :) Nein, ich selbst habe diese Versuche vorher nicht gemacht. Das haben andere an dem Versuchsobjekt gemacht und da nur den Strom gemessen, der durch die Piezos gewonnen werden kann gemessen. Meine Frage geht einen Schritt weiter: Wie kann ich diesen Strom nutzen? Also an ein anderes System weitergeben und eventuell speichern? Wie müsste meine Schaltung aussehen?
Ahmad El-Jamal schrieb: > Mein Problem ist jetzt wie baue ich meine Schaltung auf, also um die > Energie zu verstärken bzw zu verwenden: Speichern, direkt zugreifen und > und und... Versuche es mal mit Systematik. Systematisches Vorgehen zeichnet den Ingenieur aus, konfuses Rumstochern in wilden Hirngespinsten den Bastler. 1. Du möchtest elektrische Energie aus mechanischer Energie (Vibration) gewinnen. 2. Du benötigst einen Energiewandler mechanisch (Translation) - elektrisch 3. Du bekommst nur maximal die elektrische Energie, die mechanisch auch in den Wandler fließt (eta = 100 %), d.h. Energie kann nicht verstärkt werden. 4. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erhalten muß a.) der Wandlereingang Impedanzrichtig angeschlossen sein, b.) der Wandlerausgang Impedanzrichtig angeschlossen sein, c.) der Wandler selbst einen hohen Wirkungsgrad besitzen. Stichpunkte dazu. - hochohmiger Abschluss des Piezos - Resonanzfrequenz der Mechanik (Piezo + Masse) = Schwingfrequenz - optimale Dämpfung zur Leistungsanpassung Alles ordentlich Dimensioniert, eine durchaus anspruchsvolle Arbeit.
Ahmad El-Jamal schrieb: > Was ich versorgen muss ist dabei nicht entscheident. Doch, ist es! Nicht weil ich wissen will was du machst, das interessiert mich wenig, sondern weil es das Gesamtsystem der Stromversorgung bestimmt. Wenn du beratungsresistent bist, kann dir keiner helfen! Den ersten Schritt mußt du gehen - das ist immer so. @feinmechaniker: Für einen optimalen Wirkungsgrad muß der Piezo und auch jeder andere Wandler, impedanzmäßig mit seinem ESR abgeschlossen werden.
Sach doch mal, welcher Kurzschlusstrom, welche Leerlaufspannung und welche Frequenz der Aufbau hat, dann kann man was mit anfangen, so ist das nur "nebulös"
Abdul K. schrieb: > Für einen optimalen Wirkungsgrad muß der Piezo und auch jeder andere > Wandler, impedanzmäßig mit seinem ESR abgeschlossen werden. War doch meine Rede.
Du schriebst: "Stichpunkte dazu. - hochohmiger Abschluss des Piezos" Das ist eben falsch unter dem Aspekt maximaler Energieübertragung. Es gibt andere Aspekte, deren Wichtigkeit man selbst festlegen muß. Dann kann z.B. Spannungsanpassung vonnöten sein - wie beim 230V Stromnetz.
Abdul K. schrieb: > Das ist eben falsch unter dem Aspekt maximaler Energieübertragung. Wie jetzt, hat ein Piezo keinen hohen ESR also hochohmig? OK, zugegeben ich habe hochohmig geschrieben und nicht Abschlusswiderstand = Innenwiderstand unter Berücksichtigung der Impedanztransformation Gyrators. Jedoch wollte ich den OP nicht zusehr verwirren und nur eine kurze Handlungsanleitung geben.
Tja, ohne Frequenz und Größe des Piezos, kann ich jetzt auch keine Antwort geben ob der ESR denn nun "groß" ist. Kann durchaus 100 Ohm haben oder auch 10K. Daher bin ich wieder beim Lautsprecher (Da ist der ESR schön klein, aber mechanisch vielleicht ein anderer Verlust dominant) ....... und der Frequenz ;-)
Abdul K. schrieb: > ich jetzt auch keine > Antwort geben ob der ESR denn nun "groß" ist. Kann durchaus 100 Ohm > haben oder auch 10K. Da "üblicherweise" Ladungsverstärker benutzt werden würde ich eher in die Richtung Mega oder Giga Ohm gehen und nicht Kilo. Ein Datenblatt sagt mir hier gerade 1000 MOhm. Das würde ich dann doch gerne als hochohmig bezeichnen. Zugegeben, im Vergleich zu Zetta oder Yotta Ohm ist das jedoch extrem niederohmig.
Alex schrieb im Beitrag #2354624: > Vibrationen misst man normallerweise nicht mit losen Piezos, sondern in > Form von Gyro- und Beschleunigungssensoren, die neben dem eigentlichen > eingebauten Piezo noch ein wenig an moderner Messelektronik beinhalten. Ist schon ok, mit einem Piezo. Einfache Piezoscheibe von der Angelika, kleine Masse drauf und schon hast du einen prima Beschleunigungssensor. Elektronik ist bei den passiven Sensoren auch nicht drin. Eine gute Seite für Infos ist hier: http://www.mmf.de/einfuehrung.htm Ansonsten beschränkt sich die moderne Elektronik meist auf einen FET. Ein Gyro ist nun wirklich nicht notwendig wenn einfache Vibrationen gewandelt werden sollen. So ein Trennschleifer führt üblicherweise geringe bis keine Winkelbeschleunigungen am Handgriff durch.
> Vibrationen misst man normallerweise nicht mit losen Piezos, sondern in > Form von Gyro- und Beschleunigungssensoren, die neben dem eigentlichen > eingebauten Piezo noch ein wenig an moderner Messelektronik beinhalten. Meines Wissens beinhalten Beschleunigungssensoren zwei Teile: Ein fester Teil, ein beweglicher Teil aus Silizium. Beide "Bahnen" liegen nahe beinander, und bilden einen Schwingkreis. Durch Beschleunigung ändert sich der Abstand beider Kondensatorplatten und erzeugen somit eine Frequenzveränderung im Schwingkreis. Diese Frequenz wird nun mit der festen Frequenz aus dem Oszillator überlagert. Somit erhält man eine direkt proportionale Größe zur Beschleunigung. Zumindest dachte ich, dies mal so gelesen zu haben. Wie dem auch sei: Ich habe es gerade mit dem Piezo ausprobiert und kann nur sagen: Vergiss es. Der Verlinkte Artikel ist ein schlechter Scherz. Ich habe es nicht geschaft, mehr als 5V an einem 10µF-Kondensator zu erzeugen. Dabei reichte der 1 MOhm Innenwiderstand des Oszi aus, um die Spannung binnen weniger Sekunden wieder auf 0,5-1V abflachen zu lassen. Eine LED bekommt man damit garantiert nicht zum leuchten (zumindest nicht länger, als ein paar Femtosekunden). Danach war das Piezo kaputt, da es der starken Belastung einfach nicht gewachsen war, um die 5V zu erzeugen.
Martin Schwaikert schrieb: > Danach war das Piezo kaputt, da es der starken Belastung einfach nicht > gewachsen war, um die 5V zu erzeugen. Hast du den Piezo mit dem Hammer bearbeitet? Vorsichtig mit dem Finger antippen und es geht. Die LED leuchtet kurz - aber erkennbar!
Joe G. schrieb: >> Antwort geben ob der ESR denn nun "groß" ist. Kann durchaus 100 Ohm >> haben oder auch 10K. > > Da "üblicherweise" Ladungsverstärker benutzt werden würde ich eher in > die Richtung Mega oder Giga Ohm gehen und nicht Kilo. Ein Datenblatt > sagt mir hier gerade 1000 MOhm. Das würde ich dann doch gerne als Dsa DB würde ich gerne mal sehen. Ich denke, wir reden aneinander vorbei. Auf dem Niveau des Fragestellers bewegen wir allerdings uns sowieso nicht mehr.
Martin Schwaikert schrieb: > Meines Wissens beinhalten Beschleunigungssensoren... Dann erweitere doch bitte Dein Wissen. Tatsächlich arbeiten MEMS nach diesem Prinzip. Beschleunigungssensoren gibt es jedoch schon mindestens 70 Jahre länger. > Somit erhält man eine direkt proportionale Größe zur Beschleunigung. Ach was? Und warum nicht Wegproportional oder Geschwindigkeitsproportional? So einfach ist das nicht mit der Mechanik. Martin Schwaikert schrieb: > Der Verlinkte Artikel ist ein schlechter Scherz. Ich arbeite seit ca. 20 Jahren mit diesen Sensoren. Ein Scherz war noch nicht dabei. Einige der heute noch exakt arbeitenden Sensoren sind aus den 60 ziger! Martin Schwaikert schrieb: > Dabei reichte der 1 MOhm Innenwiderstand des Oszi aus Bitte Lesen, der Innenwiderstand beträgt üblicherweise mehrere 100 Megaohm!
Hans schrieb: > Martin Schwaikert schrieb: >> Danach war das Piezo kaputt, da es der starken Belastung einfach nicht >> gewachsen war, um die 5V zu erzeugen. > > Hast du den Piezo mit dem Hammer bearbeitet? Vorsichtig mit dem Finger > antippen und es geht. Die LED leuchtet kurz - aber erkennbar! Ich weiß ja nicht, wie viele m² Dein Piezo groß ist, aber meines war nur der Hochtöner aus einem alten Radio. Und da reichte es nichtmal für ein Aufleuchten an einer Mikro-LED (die ganz kleinen, die kleiner sind, als ein Stecknadelkopf). Nebenbei lag R_stat bei 80 Ohm.
Alex schrieb im Beitrag #2354624:
> Vibrationen mit Piezo messen ???
Ich glaub du hast eher noch weniger verstanden. Es geht darum aus Piezos
Energie für die Versorgung einer Schaltung zu gewinnen.
Martin Schwaikert schrieb: > > Meines Wissens beinhalten Beschleunigungssensoren zwei Teile: Ein fester > Teil, ein beweglicher Teil aus Silizium. Beide "Bahnen" liegen nahe > beinander, und bilden einen Schwingkreis. Durch Beschleunigung ändert > sich der Abstand beider Kondensatorplatten und erzeugen somit eine > Frequenzveränderung im Schwingkreis. Diese Frequenz wird nun mit der > festen Frequenz aus dem Oszillator überlagert. Somit erhält man eine > direkt proportionale Größe zur Beschleunigung. Glücklicherweise arbeiten reale Beschleunigungssensoren nicht mit dieser schlechten und nichtlinearen Methode... > Ich habe es nicht geschaft, mehr als 5V an einem 10µF-Kondensator zu > erzeugen. Dabei reichte der 1 MOhm Innenwiderstand des Oszi aus, um die An einen Piezo mit einer Kapazität im nF-Bereich hängst du 10uF? Wozu? Um die Spannung möglichst niedrig zu halten? > Spannung binnen weniger Sekunden wieder auf 0,5-1V abflachen zu lassen. Gratulation, du hast die RC-Zeitkonstante experimentell nachvollzogen. > Eine LED bekommt man damit garantiert nicht zum leuchten (zumindest > nicht länger, als ein paar Femtosekunden). LED? Du bist hier der Erste, der LED ins Spiel bringt. > Danach war das Piezo kaputt, ... Wundert mich jetzt nicht sehr.
Abdul K. schrieb: > Dsa DB würde ich gerne mal sehen. Ich denke, wir reden aneinander > vorbei. Wer sich wirklich mal mit der Materie beschäftigen möchte, sei dieser Artikel hier angeraten: http://www.mmf.de/manual/aufnehmerman.pdf
Joe G. schrieb: >> Dabei reichte der 1 MOhm Innenwiderstand des Oszi aus > Bitte Lesen, der Innenwiderstand beträgt üblicherweise mehrere 100 > Megaohm! Falsch. 1MOhm ist ein Standard-Wert für den Eingangswiderstand von (LF)-Oszilloskopen. Ansonsten natürlich: 50Ohm.
> LED? Du bist hier der Erste, der LED ins Spiel bringt.
Ist er nicht: das Experiment, auf das sich Martin bezieht, und das
funktioniert, wird weiter oben im Thread erwähnt.
nicht "Gast" schrieb: > Falsch. 1MOhm ist ein Standard-Wert für den Eingangswiderstand von > (LF)-Oszilloskopen. Ansonsten natürlich: 50Ohm. Wer redet denn hier vom Oszi? Wir besprachen den korrekten Abschlusswiderstand eines Piezos zur Energiegewinnung und nicht ungeeignete Messmethoden.
Joe G. schrieb: > Wer redet denn hier vom Oszi? Wir besprachen den korrekten > Abschlusswiderstand eines Piezos zur Energiegewinnung und nicht > ungeeignete Messmethoden. Beitrag "Re: Gewinnung von Energie mit Piezos aus dem Prozess"
Alex schrieb im Beitrag #2354678: >> Elektronik ist bei den passiven Sensoren auch nicht drin. > > Scheinst ja auch nicht viel zu wissen, geeel! Da hast du tatsächlich recht. Mein Wissen ist recht begrenzt. Für die Vorlesung Schwingungstechnik reicht es jedoch noch. Mit passiv meine ich keine ICP Sensoren sondern einen einfachen Piezoelektrischen Beschleunigungssensor von der Fa. xyz.
nicht "Gast" schrieb: > Martin Schwaikert schrieb: >> >> Meines Wissens beinhalten Beschleunigungssensoren zwei Teile: Ein fester >> (...) direkt proportionale Größe zur Beschleunigung. > > Glücklicherweise arbeiten reale Beschleunigungssensoren nicht mit dieser > schlechten und nichtlinearen Methode... Es tut mir wirklich leid, Dein Weltbild zerstören zu müssen, aber genau das machen sie. Ich habe mal willkürlich aus einem Datenblatt kopiert, dass ich nach 20 Sekunden googeln gefunden habe: The MMA series of silicon capacitive, micromachined accelerometers feature signal conditioning, a 2-pole low pass filter and temperature compensation. Zero- g offset full scale span and filter cut-off are factory set and require no external devices. A full system self-test capability verifies system functionality. Ansonsten lässt sich dies nochmal unter "Beschleunigungssensor" in Wikipedia nachlesen. >> Ich habe es nicht geschaft, mehr als 5V an einem 10µF-Kondensator zu >> erzeugen. Dabei reichte der 1 MOhm Innenwiderstand des Oszi aus, um die > > An einen Piezo mit einer Kapazität im nF-Bereich hängst du 10uF? Wozu? > Um die Spannung möglichst niedrig zu halten? Nein. Daran hänge ich erst einmal einen Gleichrichter, denn ein Piezo erzeugt eine Wechselspannung. Danach kommt der Kondensator, da ich einer LED keine 50V-Spitzen zumuten möchte. Die erreicht man nämlich problemlos. > >> Spannung binnen weniger Sekunden wieder auf 0,5-1V abflachen zu lassen. > > Gratulation, du hast die RC-Zeitkonstante experimentell nachvollzogen. Nein. Ich habe bewiesen, dass ein Oszilloskop einen endlich hohen Eingangswiderstand hat. Dieser liegt um ein vielfaches höher als der einer Anwendung, die ich aus einem Piezo speisen möchte. Damit zeigt sich, dass das Vorhaben einfach nicht funktioniert. > >> Eine LED bekommt man damit garantiert nicht zum leuchten (zumindest >> nicht länger, als ein paar Femtosekunden). > > LED? Du bist hier der Erste, der LED ins Spiel bringt. Nein. > >> Danach war das Piezo kaputt, ... > > Wundert mich jetzt nicht sehr. Piezo erzeugen eine elektrische Spannung aus Verformung. Vibrationen führen auch nur zu Verformungen. Was liegt also näher, als ein Piezo zu verformen, wenn man eine Spannung erzeugen will? Irgendwann ist halt bei dem China-Blech-Schrott auch mal schluss... Aber hast recht, auch mich hat es nicht gewundert.
Alex schrieb im Beitrag #2354694: > Energie ist fast immer mit bisl Strom verbunden, ein Piezo ist aber eine > sehr sehr sehr sehr kleine Spannungsquelle mit einem sehr sehr sehr > hohen Innenwiderstand, also nix mit Energie. Alex, wir machen mal ein ganz gaz einfaches Beispiel. Wir nehmen ein Piezofeuerzeug und drücken drauf. Was beobachten wir? 1. Wir erzeugen mechanische Energie durch drücken über einen Weg 2. Wir erzeugen elektrische Energie (im Volksmund, es blitzt1) Der OP wolte damit kein Atomkraftwerk ersetzen sondern eine Schaltung mit geringem Energiebedarf versorgen.
Joe G. schrieb: > Abdul K. schrieb: >> Dsa DB würde ich gerne mal sehen. Ich denke, wir reden aneinander >> vorbei. > > Wer sich wirklich mal mit der Materie beschäftigen möchte, sei dieser > Artikel hier angeraten: > http://www.mmf.de/manual/aufnehmerman.pdf Wenn ich deinen Satz richtig interpretiere, dann bist du der Meinung ich habe keine Ahnung. Dein Link zeigt auf ein Dokument, in dem Meßtechniker Bewegungen bzw. Beschleunigungen aufzeichnen wollen. Dazu benutzen sie dort die Spannung!! Im Dokument ist an keiner Stelle erwähnt, das ein Piezo einen ESR hätte. Nein, man schreibt sogar, daß der Sensor rein kapazitiv ist und damit nicht rauscht! Alles Quatsch bzw. haltlose Vereinfachungen in unserem Zusammenhang maximaler Energieübertragung! Sie hätten genausogut den Kurzschlußstrom messen können, so wie es bei Fotodioden üblich ist. Das eine ist für Niederfrequenz gut, das andere für hohe Frequenzen. Nimm stattdessen irgendeinen Quarzschwinger (Uhrenquarz oder so) und schau dir die Ersatzdaten an: ESR, C, L und die weiteren Resoanzen... Der Piezo hat dann je nach Material, Größe und mechanischer Anschaltung einfach nur andere Werte.
> Der OP wolte damit kein Atomkraftwerk ersetzen sondern eine Schaltung > mit geringem Energiebedarf versorgen. Das hat hier auch niemand behauptet. Bleiben wir doch beim Beispiel mit dem Oszi: Wenn man es umrechnet, dann war der Energiegehalt nach 30 Sekunden darauf einprügeln bei gerade einmal 0,125mWs. Eine einfache Schaltung, die meinetwegen 1mW aufnimmt, würde nur 1 Sekunde laufen, wenn ich auf den Piezo hingegen vorher 4 Minuten eingeprügelt habe (unter meinen Testbedingungen). Jetzt ist aber 1mW nicht sonderlich hoch angesetzt. Vielleicht lässt sich durch Ausnutzung der Resonanzfrequenz der Piezo und durch eine höhere Anzahl die maximale Leistungsabgabe steigern. Aber ich denke, viel wird da trotzdem nicht drinnen sein.
Alex schrieb im Beitrag #2354694: > Allein die Frage schon: > > "Gewinnung von Energie mit Piezos aus dem Prozess" > > Kommt mir so vor, als würde ein Starkstromtechniker versuchen mit einem > Piezosensor arbeiten zu wollen. > Energie ist fast immer mit bisl Strom verbunden, ein Piezo ist aber eine > sehr sehr sehr sehr kleine Spannungsquelle mit einem sehr sehr sehr > hohen Innenwiderstand, also nix mit Energie. Dann fragt man sich, wieso Firmen wie Murata, Tokin usw. piezoelektrische Transformatoren vermarkten. Du liegst also falsch! Bei einem größeren Piezo kann die Spannung beim Einspannen in einem Schraubstock, durchaus lebensgefährlich hoch werden! Da ist also nicht nur Spannung, sondern auch Energie dahinter, aka Joule.
Er hat ne "große" Maschine, das schrieb er selbst! Bei jeder Umdrehung des Schraubstockhebels, wird die Spannung einen Schritt höher. Man muß nur hochohmig messen. Ich brauch mich nicht zu rechtfertigen. Schon gar nicht in diesem Thread. Wir befinden uns komplett im Blindflug, was seine Daten angeht. Was soll also das nutzlose Geplappere noch? Daher ist für mich hier erstmal Schluß!
Alex schrieb im Beitrag #2354754: > Bei fast Null Stromfluss > bekommst du ja auch bekanntlich keinen Stromschlag, geeel. Bei deinen Ausführungen aber schon!
Martin Schwaikert schrieb: >> Der OP wolte damit kein Atomkraftwerk ersetzen sondern eine Schaltung >> mit geringem Energiebedarf versorgen. > > Das hat hier auch niemand behauptet. Bleiben wir doch beim Beispiel mit > dem Oszi: Wenn man es umrechnet, dann war der Energiegehalt nach 30 > Sekunden darauf einprügeln bei gerade einmal 0,125mWs. Eine einfache > Schaltung, die meinetwegen 1mW aufnimmt, würde nur 1 Sekunde laufen, > wenn ich auf den Piezo hingegen vorher 4 Minuten eingeprügelt habe > (unter meinen Testbedingungen). Stimmt. Wenn man 08/15-Haushaltselektronik einsetzt. Nimmt man jetzt an, dass man (der Einfachheit halber) an einen einen Meter durchmessenden Trennschleifer 30 Piezoelemente anbringt, dann sind wir bei einer konstanten Leistung von 125µW. Bei einer Versorgungsspannung von 1,8V bringt das knapp 70µA. Mit 70µA lässt sich problemlos eine kleine Messschaltung betreiben, wenn man etwas sammelt, kann man sogar zyklisch einen Mikrocontroller einsetzen. Dafür darf man natürlich keinen AVR nehmen, aber ein niedrig getakteter EnergyMicro-ARM oder ein kleiner MSP430 reicht ja auch völlig aus. Beim energy harvesting bewegt man sich nunmal im Niedrigst-Leistungssegment, das sollte man dann auch bei der Konzeption der Schaltung beachten. > Jetzt ist aber 1mW nicht sonderlich hoch angesetzt. Vielleicht lässt > sich durch Ausnutzung der Resonanzfrequenz der Piezo und durch eine > höhere Anzahl die maximale Leistungsabgabe steigern. Aber ich denke, > viel wird da trotzdem nicht drinnen sein. Ein kontinuierlich verformtes Piezo-Element ist eine Stromquelle. Also kann man die problemlos parallelschalten. Damit erhöht man die Energieausbeute um den Faktor n bei n Piezo-Elementen. Dass man damit haushalten muss, sollte von vornherein klar sein. Deswegen energy harvesting per se zu belächeln halte ich für völlig verfehlt. Für autarke Systeme geringster Leistung ist es geradezu optimal. Man kann damit zum Beispiel wunderbar Notabschaltungen bei der Überschreitung von Grenzwerten im Prozess realisieren, ohne sich um Batterien oder eine aufwändige netzgebundene Stromversorgung Sorgen machen zu müssen. Für Schaltungen dieser Leistungsaufnahme ist nämlich ein Trafo + Gleichrichter oder ein Kondensatornetzteil etwas übertrieben. Kleiner und billiger wirds in jedem Fall mit energy harvesting.
Abdul K. schrieb: > Er hat ne "große" Maschine, das schrieb er selbst! > > Bei jeder Umdrehung des Schraubstockhebels, wird die Spannung einen > Schritt höher. Man muß nur hochohmig messen. Schwachsinn! So hochohmig kann man gar nicht messen. Theoretisch betrachtet hast du recht, wenn die Ladungen auf der Oberfläche des Piezo verbleiben, dann bildet sich eine enorme Spannung ab. Jedoch sorgen bereits Belastungen im GOhm-Bereich für einen Ladungsausgleich. Dabei kann aber niemals ein so hoher Strom fliessen, dass es für den Menschen auch nur annähernd lebensgefährlich würde. Bedenkt man die kurze Zeit, in der der Ladungsausgleich abgeschlossen ist, so sind Ströme <100mA völlig unbedenklich. Erst ab 1A bei >1ms wirds überhaupt interessant. Du bräuchtest also eine Ladung von 1mC, die du mit einem Piezo definitiv nie erreichen wirst. Dafür sorgt schon die Kriechstrecke über dem Kristall bzw. zwischen den Anschlüssen des Sensors.
Alex schrieb im Beitrag #2354803: >> Er hat ne "große" Maschine, das schrieb er selbst! >> Denk mal über den UNSINN nach, den du hier schreibst. > > Und an eine große Maschine muss ein großer Senser dran?? Was soll den > der Unsin. Schon mal was von Kostenfaktor gehört ? Bezahl mal einen > faustdicken Piezosensor, dann wirst du erfahren warum diese meist sehr > klein hersgestellt werden. > >> Was soll also das nutzlose Geplappere noch? > > Die Lösung seines Problems hätte ich schon parat, aber das ist nicht der > Sinn eines Forum, jemandem alles auf dem Serviertisch präsentieren. Wir > geben ihm Tipps und was er daraus macht ist seine Sache. > > > Hans schrieb: >> Bei deinen Ausführungen aber schon! > > Wie meinst du das ? @ Alex: Ich danke dir erstmal. Ich denke du bist verstehst, was ich für ein Problem habe. Zur Aufklärung: Ich befinde mich am Anfang meines Studiums (2. Semester) und muss eine Hausarbeit zu diesem Thema schreiben. Die Energie, die letztendendes gewonnen wird, wird nur für kleine Schaltung benötigt, die meines Erachtens nur 2-3 mirkowatt braucht. Ich kann natürlich mehrere Piezos verwenden, um die benötigte Energie zu gewinnen. Mit den Grundlagen von Piezos habe ich mich intensiv auseinander gesetzt. Und in der Tat kann man nach ausführlicher Recherche durch Piezos über Vibrationen Energie gewinnen. Ich brauche jetzt nur Ansätze, wie ich diese Energie entnehmen und speichern kann. Und selbstverständlich verlange ich jetzt keine Komplettlösung. Mir reichen Hinweise, mit welchen Bauteilen ich mich auseinandersetzen muss (Ladungsverstärker, Gleichrichter, Akku,...) und wie prinzipiell eine Schaltung aussehen könnte. Danke...
@Frank: Ich habe auch nicht die komplette Idee ad absurdum geführt. Die Frage ist nur, ob ich 1) Genug Energie durch Vibrationen erhalte, und 2) ob eine technische Umsetzung vom Umfang/Größe/Beschaffenheit den Einsatz rechtfertigt. Diese Frage können wir hier nicht klären, da wir nicht einmal wissen, um welche Art von Vibrationen es sich handelt. Darüber hinaus habe ich auch geschrieben, dass eine Lösung in Richtung n-Elemente in der Tat funktionieren kann. @Ahmad: Wie schon gesagt, reicht für erste Experimente ein Gleichrichter, und ein Kondensator. Wichtig ist, dass der Speicher eine möglichst niedrige Selbstentladung besitzt, denn sonst verpufft Dir deine gespeicherte Energie im Nirvana. Interessant wären auch die Spezifikationen für die "Kontrolleinheit". Denn diese ist unterm Strich ausschlaggebend für die Anforderungen.
Abdul K. schrieb: > Im Dokument ist an keiner Stelle erwähnt, das ein Piezo einen > ESR hätte. Nein, man schreibt sogar, daß der Sensor rein kapazitiv ist > und damit nicht rauscht! Ich habe hier ein Datenblatt vorliegen, in dem ein ESR von 10GOhm bei 400pF Kapazität steht. Der Störabstand liegt bei 1Hz schon bei 30dB, steigt mit 20dB pro Dekade. Rauschen kann man damit vernachlässigen. > Alles Quatsch bzw. haltlose Vereinfachungen in unserem Zusammenhang > maximaler Energieübertragung! Sie hätten genausogut den Kurzschlußstrom > messen können, so wie es bei Fotodioden üblich ist. Das eine ist für > Niederfrequenz gut, das andere für hohe Frequenzen. Für das Verständnis von Piezo-Elementen dennoch nicht verkehrt. Wenn man natürlich alles nur auf der Schiefertafel betrachtet, dann hast du sicherlich nicht unrecht. Einer Betrachtung unter praktischen Gesichtspunkten hält das aber nicht stand.
Ahmad El-Jamal schrieb: > auseinander gesetzt. Und in der Tat kann man nach ausführlicher > Recherche durch Piezos über Vibrationen Energie gewinnen. Ich brauche > jetzt nur Ansätze, wie ich diese Energie entnehmen und speichern kann. > Und selbstverständlich verlange ich jetzt keine Komplettlösung. Mir > reichen Hinweise, mit welchen Bauteilen ich mich auseinandersetzen muss > (Ladungsverstärker, Gleichrichter, Akku,...) und wie prinzipiell eine > Schaltung aussehen könnte. > > Danke... Hallo Ahmad, schau dir mal diese Seite an, da findest du viele Hintergrundinformationen zum energy harvesting: http://www.ti.com/ww/de/apps/energy-harvesting/ Ich las vor einigen Monaten einen Artikel über Regler, die bereits bei Spannungen von <100mV laufen, in der ElektronikPraxis, aber ich finde die entsprechende Ausgabe leider gerade nicht. Vielleicht hast du mehr Erfolg dabei. Ladungsverstärker brauchst du nicht, die sind nur nötig, wenn du etwas messen willst. Für energy harvesting brauchst du nur einen Gleichrichter aus ordentlichen Schottkydioden und für den Anfang einen Kondensator. Speichern kannst du sicherlich in einem Akku, aber ein Doppelschichtkondensator tuts eventuell auch, wenn die Spitzenlast nicht so hoch ist. Beim Akku brauchst du meist noch eine Schutzbeschaltung, das ist immer verlustbehaftet. In Sachen Schaltregler lohnt ein Blick zu TI und Maxim, die anderen großen Hersteller labeln zwar gern mit "energy harvesting", haben aber ansonsten nichts damit zu tun. Sehr interessant: http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/7183
Hier ist eigentlich ein guter Einstieg: http://www.avx.com/docs/techinfo/EnergyHarvesting.pdf und hier eine Übersicht über die verschiedenen Wandlerarten und auch ein konkreter ESR wird für ein Modell genannt: 325K https://dspace.lib.cranfield.ac.uk/bitstream/1826/4579/1/Emma_Louise_Worthington_Thesis_2010.pdf (Beide öffentlich zugänglich) Wenn man tiefer diggt, findet man genug. Das Thema scheint gerade groß in Mode. Vor Jahren hatten wir mal einen Thread in s.e.d. bzw. der deutschen.
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