Hey leute, ich hab vor ein paar wochen eine iduktive Energieübertragung auf eine rotierende Welle gebaut. Leider gibts da ein paar Probleme mit umgebenden elektrischen Feldern, dem Stahlkern der Welle,... ich bin am überlegen ob es nicht möglich ist eine optische energieübertragung zu realisieren. Es gibt ja flexible Solarzellen die man eventuell um eine Welle wickeln kann (ein wellenende steht leider nicht zur verfügung). Die Leistung die ich übertragen will liegt bei 1,5W. Die Fläche die mir zur verfügung steht ist leider nicht alzu groß (breite 2-5cm, durchmesser 70mm). Wisst ihr ob es solche PV-Zellen irgendwo zu kaufen gibt, bzw. ob sich über die Fläche überhaupt übertragen lässt?
Nee, das halte ich für ausgeschlossen. Schau dir mal eine normale Solarzelle an, die ein paar Watt leistet. Die ist schon mal größer. Und liefert die maximale Leistung auch nur, wenn die Sonne ganzflächig im Winkel von 90° auf die Fläche strahlt. Und das ist bei einer rotierenden Welle gar nicht gegeben. Da wird ja immer nur ein Bruchteil "beschienen". Und die Fläche ist auch zu klein. Ich hab gerade keine Werte parat, aber man findet schon Meßwerte, die aussagen, wieviel Watt pro m² eine Solarzelle liefert. Das kannst du dir mal ausrechnen...
1,5 W Optisch zu übertragen ist schon eher unpraktisch, wenn auch nicht ganz unmöglich. Das Problem ist dabei mehr die Lichtquelle, als die Solarzellen. Idealerweise wird man da IR LEDs (z.B. 880 nm) oder ggf. auch IR Laser nehmen, weil das die Solarzellen den besten Wirkungsgrad haben, und auch die LEDs recht gut sind. Sowohl bei der Solarzelle als auch den LEDs wird man kaum auf 50% Wirkungsgrad kommen - insgesamt also auf weniger als 25%. Die Üblichen guten IR LEDs bringen auch nur so rund 10 mW an Strahlung, für 3 W wäre man da bei 300 LEDs. Normale Sonne bringt etwa 100 mW/cm an Strahlung, mit etwas Kühlung sollten die Zellen auch etwa 1 W / cm² vertragen - mit mehr Intensität wird der Wirkungsgrad der Zellen ggf. noch etwas besser, zumindest bei monokritstallinen Zellen. Damit würden 3 cm² an Empfängerfläche bei 50% Wirkungsgrad ausreichen. Die biegsamen amorphen Zellen sind eher ungeeigent: der Wirkungsgrad ist schlechter, die maximale Leistungsdichte ist geringer und die Wellenlänge muss kürzer sein - da werden dann die LEDs auch noch schlechter. Da ist die Induktive Übertragung definitiv einfacher, vor allem wenn der Luftspalt klein sein darf. Allerdings ist eine Stahlwelle als Kern nicht unbedingt ideal, weil da die Frequenz nicht so hoch sein darf. Lieber ein kleinerer HF tauglicher Ferrite oder ähnlicher Kern, und Frequenzen so im 10-125 kHz Bereich.
@Tobi T. (ajax20) > >ich hab vor ein paar wochen eine iduktive Energieübertragung auf eine >rotierende Welle gebaut. Leider gibts da ein paar Probleme mit >umgebenden elektrischen Feldern, dem Stahlkern der Welle,... Kannst du uns ein Bild von deinem Aufbau posten? ODer eine Skizze. Da lässt sich sicher was machen. Viele Wege führen nach Rom. >ich bin am überlegen ob es nicht möglich ist eine optische >energieübertragung zu realisieren. Als Forscungsthema vielleicht interessant, für eine Entwicklung eher nicht. Denk dran, induktiv ist robust und preiswert, optisch verschmutzt. > Es gibt ja flexible Solarzellen die >man eventuell um eine Welle wickeln kann (ein wellenende steht leider >nicht zur verfügung). Als musst du in der Mitte der Welle Energie übertragen. Hmmm. > Die Leistung die ich übertragen will liegt bei > 1,5W. Nicht so viel. > Die Fläche die mir zur verfügung steht ist leider nicht alzu groß > (breite 2-5cm, durchmesser 70mm). >Wisst ihr ob es solche PV-Zellen irgendwo zu kaufen gibt, bzw. ob sich >über die Fläche überhaupt übertragen lässt? Naja, 5cm x 7cm * Pi = 110 cm^2, macht ~14mW/cm2 Die Solareinstrahlung in Deutschland im Hochsommer liegt bei ~ 1000W/m^2, macht 100mW/cm^2. Du brauchst ~1/7. Naja, könnte machbar sein. Z.B. mit komplett ringförmig angeordneten LEDs oder Lasern. Ich würde aber erstmal die induktive Variante probieren. Mit den passenden Ferriten kann man die Welle magnetisch abschirmen und somit die Verluste deutlich reduzieren. MFG Falk
Hallo Tobi, kann man denn nicht einfach Schleifringe einsetzen? Gruss Klaus.
Tobi T. schrieb: > Wisst ihr ob es solche PV-Zellen irgendwo zu kaufen gibt, bzw. ob sich > über die Fläche überhaupt übertragen lässt? Ebay, 270743634685 Hab ich mir zum experimentieren gekauft, habe 5 statt 2 Stück gekriegt, wird dir aber nie reichen... Klaus Ra. schrieb: > Hallo Tobi, > kann man denn nicht einfach Schleifringe einsetzen? > Gruss Klaus. Wir haben für unsere Projektarbeit im Studium (grösseres rotierendes LED Display) Schleifringe eingesetzt, 10A 12V oder so, war ziemlich schwer zum beschaffen... Zum Glück war das beschaffen der Schleifringe nicht teil der Projektarbeit;-) mfg Andreas
Hmm, wenn sich die Welle immer dreht und zwar gleichmäßig könnte man auch einen Generator mit Spulen auf der Welle und Permanentmagnete außen herum baune oder wäre das zu groß ?
Klaus Ra. schrieb: > kann man denn nicht einfach Schleifringe einsetzen? > Gruss Klaus. das Funktioniert leider nicht. Die Aufgabenstellung lässt das nicht zu und bei 40.000 U/min ist der Verschleiß zu groß. Falk Brunner schrieb: > Ich > würde aber erstmal die induktive Variante probieren. wie gesagt, aufgebaut hab ich bereits eine solche Schaltung die auch einigermaßen funktioniert. Das größte Problem, dass ich hier jedoch habe ist, dass die stationäre Spule nicht zu montieren ist ohne, dass ich die Welle ausbaue. Für ein Modul, das leicht auf jede Welle zu montieren seien soll ist das eher ungünstig. Wenn ich die Spulen jedoch nebeneinander anordne ist der Kopplungsfaktor viel zu gering. So lassen sich maximal 300mW übertragen. (habt ihr schon mal was von Ferrit Tape gehört? kann mir jemand sagen wo ich so was kaufen kann?) Andreas B. schrieb: > Hab ich mir zum experimentieren gekauft, habe 5 statt 2 Stück gekriegt, > wird dir aber nie reichen... ich geh mal davon aus die 12mA bekomme ich bei Sonneneinstrahlung raus. Wie schaut dass den aus wenn ich da mit einem Laser, bzw. mit einer 120W Glühbirne gebündelt draufstrahle? ich glaub einfach die höhere Energiedichte mit dem Wirkungsgrad multiplizieren wäre da schon sehr optimistisch oder :)? Falk Brunner schrieb: > Kannst du uns ein Bild von deinem Aufbau posten? ich kann am Montag wenn ich im Institut bin ein paar Bilder vom Teststand machen. Viele Grüße Tobi generator schrieb: > wenn sich die Welle immer dreht und zwar gleichmäßig könnte man auch > einen Generator mit Spulen auf der Welle und Permanentmagnete außen > herum baune oder wäre das zu groß ? war auch mein erster Ansatz. Funktioniert leider nicht, da ich auch Strom im ruhendem Zustand brauche. Wenn ich aber einen Ring um die Welle rotieren lassen würde, hätte ich das gleiche Problem wie bei der inuktiven Lösung
@ Tobi T. (ajax20) >das Funktioniert leider nicht. Die Aufgabenstellung lässt das nicht zu >und bei 40.000 U/min ist der Verschleiß zu groß. WOW. Klingt nach Turbine. >einigermaßen funktioniert. Das größte Problem, dass ich hier jedoch habe >ist, dass die stationäre Spule nicht zu montieren ist ohne, dass ich die >Welle ausbaue. Hmmm. > Für ein Modul, das leicht auf jede Welle zu montieren >seien soll ist das eher ungünstig. Auch dafür gibt gibt es Lösungen. > Wenn ich die Spulen jedoch >nebeneinander anordne ist der Kopplungsfaktor viel zu gering. Das ist nicht so kritisch, das kann man kompensieren, siehe [[Royer Converter]]. > So lassen >sich maximal 300mW übertragen. Für den Anfang OK. > (habt ihr schon mal was von Ferrit Tape >gehört? Ja.
Tobi T. schrieb: > Die Aufgabenstellung lässt das nicht zu > und bei 40.000 U/min ist der Verschleiß zu groß. Ahh, eine konkrete Zahlenangabe. Bei der Drehzahl läßt sich doch wunderbar ein Generator aufbauen. Außen z.B. Permanentmagnete und die Welle als Teil des magnetisch durchflossenen Kernes.
Einen anderen Faktor halte ich 40.000 U/min für erwähnenswert. Hast du
schon mal überhaupt irgend etwas ("Dummy") an die Welle geklebt oder
sonstwie monitert und getestet ob das bei der Umdrehungszahl dranbleibt?
Sich nicht verformt oder zerlegt? Stichwort Fliehkraft?
Mike schrieb: > Bei der Drehzahl läßt sich doch wunderbar ein Generator aufbauen. Außen > z.B. Permanentmagnete und die Welle als Teil des magnetisch > durchflossenen Kernes. wie gesagt, was mach ich wenn die Welle steht? Batterien halten leider nicht ewig und aufgrund der hohen Drehzahl wird alles mit der Welle vergossen (womit dann auch Franks frage nach der Fliehkraft beantwortet wäre :) )
Tobi T. schrieb: > wie gesagt, was mach ich wenn die Welle steht? Dann setzt du die Kohlen auf die Schleifringe auf ;-)
Tobi T. schrieb: > Andreas B. schrieb: >> Hab ich mir zum experimentieren gekauft, habe 5 statt 2 Stück gekriegt, >> wird dir aber nie reichen... > > ich geh mal davon aus die 12mA bekomme ich bei Sonneneinstrahlung raus. > Wie schaut dass den aus wenn ich da mit einem Laser, bzw. mit einer 120W > Glühbirne gebündelt draufstrahle? ich glaub einfach die höhere > Energiedichte mit dem Wirkungsgrad multiplizieren wäre da schon sehr > optimistisch oder :)? > Ich habe nur einen Laserpointer, und der wird wohl nicht reichen. Ich warte noch auf schönes Wetter, ist ja im Momment Mangelware. Dann kann ich den tatsächlichen Kurzschlussstrom mal messen. Wenn du tatsächlich so eine Lösung in Betracht ziehen würdes würde ich direkt beim Hersteller nachfragen, der kann dir ggf. weitere Auskunft geben. Zudem habe ich gerade gesehen das er auch noch grössere Module im Angetbot hat, ggf. könnte er auch eins für dich Masschneidern? http://www.ebay.de/sch/sddhhanover/m.html?_nkw=&_armrs=1&_from=&_ipg=&_trksid=p3686 Ich weiss aber nicht wie du das beleuchten müsstest;-) mfg Andreas
Hmm und Du hast wirklich keine Möglichkeit an ein Ende der Achse ranzugehen ? Wie war das nochmal mit der Tesla-Spule, kann da der Toroidteil rotieren ? Sonst bleibt nur verschließarme Schleifer eventuell in ein Profil eingesetzt.
Tobi T. schrieb: > Klaus Ra. schrieb: >> kann man denn nicht einfach Schleifringe einsetzen? >> Gruss Klaus. > > das Funktioniert leider nicht. Die Aufgabenstellung lässt das nicht zu > und bei 40.000 U/min ist der Verschleiß zu groß. Gleichstrommotoren in diesem Drehzahlbereich sind im Modellbau nicht so ungewöhnlich, und die übertragen auf der von dir angegebenen Breite locker Leistungen im kW-Bereich. Die halten auch lange, wenn's nicht grad die billigsten sind.
Hallo, das wäre auch mein Denkansatz. Ein brushless Motor aus dem Modellbaubereich. Die gibt es in vielen verschiedenen Größen und Leistungsklassen und sind gut verfügbar.
Frank schrieb: > Einen anderen Faktor halte ich 40.000 U/min für erwähnenswert. Hast du > schon mal überhaupt irgend etwas ("Dummy") an die Welle geklebt oder > sonstwie monitert und getestet ob das bei der Umdrehungszahl dranbleibt? > Sich nicht verformt oder zerlegt? Stichwort Fliehkraft? ... und wenn es an der Welle dran bleibt, ob die Welle bei der Drehzahl dann keine Unwucht bekommt?
Wie wär’s mit induktiver Übertragung? Nicht mit Magnet - Spule sondern mit Spule - Spule. Die äußeren Spulen würden dann auch im Stillstand Leistung übertragen, vorausgesetzt der Strom ändert bei Gelegenheit seine Richtung. Die Übertragungsfrequenz dürfte dabei allerdings recht exotisch sein.
amateur schrieb: > Wie wär’s mit induktiver Übertragung? Tobi T. schrieb: > ich hab vor ein paar wochen eine iduktive Energieübertragung auf eine > rotierende Welle gebaut. Leider gibts da ein paar Probleme mit > umgebenden elektrischen Feldern, dem Stahlkern der Welle,...
@Rolf Deshalb ist der Ansatz aber nicht gleich disqualifiziert.
amateur schrieb: > @Rolf > > Deshalb ist der Ansatz aber nicht gleich disqualifiziert. der Ansatz ist disqualifiziert weil das Thema des Topics "optische Energieübertragung" heißt :). Mir ist klar dass die induktive Lösung funktioniert und vermutlich auch die einfachste Lösung ist, dennoch würd ich gerne wissen ob es auch optisch zu realisieren ist und wenn ja mit welchem Aufwand/Kosten. Ich hab mal die Hersteller die PV-Zelle direkt angeschrieben und hoffe dass die mir sagen können ob die mir zur verfügungstehende Fläche die 1,5W übertragen werden können.
Conrad hat auch flexible Solarzellen, die etwas anders gebaut sind als die oben: http://www.conrad.de/ce/de/product/190629/Sol-Expert-Kristalline-Kugelsolarzellen-in-flexibler-Reflektormatrix-mit-Solarmotor-SMFS-Monokristallin-Nennspannung-05
Ich würde kristalline Solarzellen nehmen, die haben bis zu 20% Wirkungsgrad. Wenn man die in Streifen schneidet, könnte man eine annähernd runde Form erzeugen. Wenn Du eine Bezugsquelle suchst, schreib ne kurze Mail. Gruss
Oder die Solarzellen symmetrisch als axialer Kranz um die Welle anordnen und dann die Lichtquelle von einem Ende der Welle in axialer Richtung an der Welle "entlang" scheinen lassen. Damit kann die Fläche der Zellen trotz Drehung beleuchtet werden. Mit anderen Worten: Lichtquelle scheint "entlang" der Achse und die Zellen stehen senkrecht zur Achse. Gut auswuchten!
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