Forum

Hallo zusammen

Ich bin fertig gelernter Elektroniker und trete ab dem Sommer ein Studium in Elektrotechnik an.

Momentan bin ich am Entwickeln eines kleinen Funkempfängers.
Bei Empfang muss dieser ein Modellbau-Servo betätigen.

Den Gesamtstromverbrauch bringe ich auf 250uA herunter.

Der Empfänger sollte natürlich möglichst lange halten.
Mit einem Akku hält das Ding schon ca. 3 Mte.

Ich habe mir jedoch überlegt, dass ich mit einem Piezo
eventuell genügent Energie wandeln könnte um eine
quasi unendliche Lebensdauer zu erzielen.

Als Energiequelle stehen relativ grosse Schocks und auch
mehr oder weniger starke Vibrationen zur verfügung.

Was haltet ihr von der Idee den Betriebsstrom (0.25mA bei ca. 3.5V) durch einen Piezoelektrischen Kristall zu erzeugen?

Haltet ihr dies für möglich?

Hat evtl. jemand eine Formel zum Errechnen der durch die
Verformung eines Piezos entstehende Energie?

Besten Dank im Voraus...

» Hallo zusammen
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» Ich bin fertig gelernter Elektroniker und trete ab dem Sommer ein Studium
» in Elektrotechnik an.
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» Momentan bin ich am Entwickeln eines kleinen Funkempfängers.
» Bei Empfang muss dieser ein Modellbau-Servo betätigen.
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» Den Gesamtstromverbrauch bringe ich auf 250uA herunter.
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» Der Empfänger sollte natürlich möglichst lange halten.
» Mit einem Akku hält das Ding schon ca. 3 Mte.
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» Ich habe mir jedoch überlegt, dass ich mit einem Piezo
» eventuell genügent Energie wandeln könnte um eine
» quasi unendliche Lebensdauer zu erzielen.
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» Als Energiequelle stehen relativ grosse Schocks und auch
» mehr oder weniger starke Vibrationen zur verfügung.
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» Was haltet ihr von der Idee den Betriebsstrom (0.25mA bei ca. 3.5V) durch
» einen Piezoelektrischen Kristall zu erzeugen?
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» Haltet ihr dies für möglich?
»
» Hat evtl. jemand eine Formel zum Errechnen der durch die
» Verformung eines Piezos entstehende Energie?
»
» Besten Dank im Voraus...

Ich glaube, mit Piezo wird das schwierig. Aber
wenn wirklich so starke Schwingungen da sind,
würde ich es mal mit einem Lautsprecher probieren,
bei dem zusätzlich ein kleines Gewicht in der
Membranmitte angebracht wird.
Gruss
Harald

Danke für die Rasche Antwort.

Der Lautsprecher ist mechanisch wohl nicht stabil genung.
Das schlussendliche Gerät muss extremen Schlägen und Beschleunigungen standhalten.

Ich hatte gedacht, dass evtl auch so ein "Drehteil"
zum Einsatz kommen könnte, wie es bei den mechanischen
Automatikuhren verwendet wird.

Noch zum Lautsprecher...

Die Idee ansich ist schon gut. Einfach eine Spule mit einem Permanentmagneten, der sich bewegt. Wird ja auch bei "Schüttel-Taschenlampen" so gemacht.

Leider habe ich nicht allzuviel Platz zur Verfügung.

» Noch zum Lautsprecher...
»
» Die Idee ansich ist schon gut. Einfach eine Spule mit einem
» Permanentmagneten, der sich bewegt. Wird ja auch bei
» "Schüttel-Taschenlampen" so gemacht.
»
» Leider habe ich nicht allzuviel Platz zur Verfügung.

Auf die Idee der Schütteltaschenlampen bin ich vorher auch grad gekommen. Wegen dem Platz, Du brauchst sowenig Energie, vielleicht genuegt da die Version einer Micro-Schütteltaschenlampe...

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

» Bei Empfang muss dieser ein Modellbau-Servo betätigen.
» Den Gesamtstromverbrauch bringe ich auf 250uA herunter.
MIT Strom für den Servo? Oder wo bekommt der seinen Strom her?

» Mit einem Akku hält das Ding schon ca. 3 Mte.
Da ist möglicherweise die Selbstentladung des Akkus die Begrenzung (NiMH oder NiCd?). Wie sieht's mit Li-Batterien oder Akkus bzw Eneloop's aus?

» Ich habe mir jedoch überlegt, dass ich mit einem Piezo
» eventuell genügent Energie wandeln könnte um eine
» quasi unendliche Lebensdauer zu erzielen.

Es gibt Funkschalter, die ihre Energie aus der Betätigung der Tasten nehmen. War ein Projekt mit ZigBee Übertragung. Unter BMFT Förderprojekte und oder BINE dürfte auch was zu finden sein.

Auch Temperaturunterschiede zwischen menschlicher Haut und Umgebung wurden dazu schon benutzt (letzteres im Experimentierstaium, soweit ich mich erinnere)

» Als Energiequelle stehen relativ grosse Schocks und auch
» mehr oder weniger starke Vibrationen zur verfügung.

Dann dürfte das vermutlich funktionieren. Aber wo kommen die Schocks her und wo die Betätigung der Servos? Da muss doch irgendwo nen Motor drin sein. Oder isses nen Baseballschläger mit eingebautem Servo?

» Hat evtl. jemand eine Formel zum Errechnen der durch die
» Verformung eines Piezos entstehende Energie?

Mit ner Firma in Dänemark haben wir zusammengearbeitet. Sollte ein Hochspannungstrafo werden. Mit Niederspannung radial angeregt, kam axial nen paar hundert Volt raus. Uber Google hatte ich auch Formeln zur Berechnung gefunden.

hws

» MIT Strom für den Servo? Oder wo bekommt der seinen Strom her?

Das ist der mittlere Strom -> Wenn das Servo alle 10 Minuten für 0.3 Sekunden ca. 250mA zieht so gibt das schon ziemlich wenig.

» oder NiCd?). Wie sieht's mit Li-Batterien oder Akkus bzw Eneloop's aus?

Wenn ein Akku zum Einsatz kommt (und kein Kondensator) dann ist es sicher ein Lithium-Teil.

» Es gibt Funkschalter, die ihre Energie aus der Betätigung der Tasten
» nehmen. War ein Projekt mit ZigBee Übertragung. Unter BMFT Förderprojekte
» und oder BINE dürfte auch was zu finden sein.
»
» Auch Temperaturunterschiede zwischen menschlicher Haut und Umgebung wurden
» dazu schon benutzt (letzteres im Experimentierstaium, soweit ich mich
» erinnere)
»

Ja. Das kenne ich. Hier soll jedoch der Empfänger realisiert werden. Da will niemand per Hand irgendwelche Hebel betätigen. Das komplette Gerät hängt dann an einem Stahlseil und dieses an einer Winde (mit Dieselmotor vibriert diese relativ stark). Auch vom Einziehen des Seils gibt es evtl. nutzbare Schwingungen.

» Hier soll jedoch der Empfänger realisiert werden.

Ob damit nen Empfänger oder Sender oder die Klospülung betrieben werden soll, ändert doch nix an der Technik.
Wenn nen Fingerdruck auf die Taste die entsprechende Energie liefert, dann doch vermutlich auch das Rütteln des Dieselmotors.
Was für ein geheimnisvolles Teil hängt denn an ner Winde, wo NICHT alle paar Monate mal ne Batterie ausgetauscht werden kann?
Oder ist das Projekt wieder mal so geheim, dass du selbst nicht weisst, was du machst?

hws

» Was für ein geheimnisvolles Teil hängt denn an ner Winde, wo NICHT alle
» paar Monate mal ne Batterie ausgetauscht werden kann?
» Oder ist das Projekt wieder mal so geheim, dass du selbst nicht weisst, was du machst?

na klar...

Es ist nicht so, dass die Batterie nicht ausgetauscht oder geladen werden könnte. Doch dies wäre eine Erneuerung gegenüber auf dem markt erhältlichen Produkten.

Das ganze soll im Forstbetrieb eingesetzt werden... Es hängt also ein Baum dran. Forstarbeiter sind leider keine Elektroniker. Eine Batterie zu wechseln (auch wenn nur alle 3 Mte.) ist für die ein unnötiger Mehraufwand.

Noch eine Idee wäre ein "Baß-Schüttler", das ist ein robuster "Lautsprecher" ohne Membrane, der Techniker sagt auch Körperschallwandler dazu. Die Resonanzfrequenz liegt in der Größenordnung von 50Hz. Leider ist die Impedanz in der Größenordnung von 5 Ohm etwas niedrig, du bräuchtest einen Trafo der das auf brauchbare Werte hochtransformiert.

Mit Piezos geht es prinzipiell auch, spontan fällt mir jetzt aber leider keine Bauform ein die als Generator brauchbar ist, das müßte eine großflächige Scheibe mit einem Gewicht in der Mitte werden. Alle üblichen Schallwandler haben Resonanzfrequenzen von mehreren kHz.

Oder du nimmst wie oben schon angesprochen eine Schüttel-Taschenlampe, allerdings habe ich die Dinger als mechanisch recht unbefriedigend in Erinnerung, die Drähte brechen bald. Wenn du die mechanischen Möglichkeiten dazu hast kannst du dir einen Generator auch selbst bauen indem du einen sehr starken Magnet (quer zum Magnetfeld) drehbar aufhängst. Fest im Gehäuse befindet sich eine Induktionsspule und alles gemeinsam ist nochmal von einem Eisenring umgeben durch den sich das Magnetfeld zurückschließt.

Du solltest aber damit rechnen daß der Generator kurze Leistungsspitzen von mehreren 10 Watt liefern kann die der Akku verkraften muß.

»
» Das ganze soll im Forstbetrieb eingesetzt werden... Es hängt also ein Baum
» dran.

sehr anspruchsvolle Aufgabe
Einsatzgebiet für Servo und Akku -20 Grad bis ...??

viel Erfolg

» Möglichkeiten dazu hast kannst du dir einen Generator auch selbst bauen

Dass das Teil selbst gebaut wird ist klar.
Habe CNC-Fräse/Drehbank und alles mögliche an elektronischen
Geräten zur Verfügung. Daran liegt es nicht.

Problematischer wird wohl die Grösse. Dieser "Generator" sollte wirklich klein werden. Für den Steuerungsprint z.B. gilt die Anforderung: Nicht viel grösser als eine Briefmarke.

» Du solltest aber damit rechnen daß der Generator kurze Leistungsspitzen
» von mehreren 10 Watt liefern kann die der Akku verkraften muß.

Das sollte kein Problem sein. Notfalls kann man die Endergie ja auch in einen Kondensator verfrachten.

Frage:

So ein Piezo erzeugt doch auch Energie, wenn er nicht in
Resonanz betrieben wird?!

Könnte man nicht einen normalen Piezo aus der Schallerzeugung (Durchmesser ca. 2.5cm) nehmen, diesen in der Mitte mit einem Stück "frei" beweglichen Metall "beschweren" / "belasten" und somit Energie erzeugen...

Sollte doch eigentlich gehen?!?

Die Frage ist ja eigentlich nur, ob es Reicht um ca. 1 bis 2mW (über längere Zeit gesehen) zu generieren. Über Nacht und an Wochenenden steht die Maschine ja schliesslich still.

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» » Das ganze soll im Forstbetrieb eingesetzt werden... Es hängt also ein
» Baum
» » dran.
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» sehr anspruchsvolle Aufgabe
» Einsatzgebiet für Servo und Akku -20 Grad bis ...??
»
» viel Erfolg

Wir sind nicht die ersten, die sowas versuchen (Servo).
Bei anderen hat das auch bereits funktioniert.

Anspruchsvoll? Na klar.. sonst ist ja kein Spass dabei

Moin.
Die Zeitschrift Elektor hatte vor einiger Zeit min. 2 Baugruppen welche ihre Energie aus einem Piezo bezogen.
Die eine heißt "Piezo-Klopflampe" die andere irgentwas mit "Schrittzaehler". (In einem der 300er-Buecher zu finden.
Das heißt, es geht also.

Gruß
Nils

HI,
für den Notfall habe ich eine Klopftaschenlampe gebaut.
Diese besteht aus einer Piezzo-Scheibe von ca. 15mm Durchmesser und ein paar Dioden mit Kondensatoren und für die LED einen Vorwiderstand.
Einmal auf den Piezzo geklopft und im Kondensator ist genügend ladung für 2-3 sekunden LED-Licht.

Du könntest die Schwingungen der Äste im Wind umwandeln und damit den Piezzo immer ein wenig biegen lassen.

Mit einem entsprechend dimensionierten Kondensator sollten die nötigen Ladungen gut speicherbar sein.
Die Energie ist auf jeden Fall reichlich vorhanden, die ein Piezzo liefern kann.

CU
Stef

» Das ganze soll im Forstbetrieb eingesetzt werden...

» Anspruchsvoll? Na klar.. sonst ist ja kein Spass dabei

Ja im Prinzip geht es. Aber wie das Sprichwort sagt - der Teufel steckt im Detail.
Und Details verrätst du leider nicht.
Und wenn du die Entwicklung allein machen könntest, würdest du hier nicht fragen.
Da beisst sich die Katze in den Schwanz.

Wenn du meinst, dass sei eine x-fach Millionen Erfindung und bloss nix verraten - schau mal beim deutschen Patentamt vorbei. Und wenn du - ausser nach deiner Anwendung und prinzipiellem Vorgehen - auch noch nach meinem Namen suchst, du wirst fündig.

Ja, Erzeugung von Energie per Piezo aus Klopfen, Rütteln und Stößen ist möglich.
Es tun sich allerdings Detailfragen auf (deren Voraussetzunen wir nicht kennen)
Was passiert beim Anlassen nach dem Wochenende? Gibt es genug Zeit und Rütteln um den Energiespeicher bis zur ersten Servobetätigung aufzuladen? Ist ein dicker Akku mit Ladezeit von ner Stunde vielleicht zu dick? Und ein Kondensator mit einigen Sekunden Ladezeit vielleicht zu klein, um Pausen zu überbrücken?

Ach, mach deinen Sch... alleine oder such dir per persönlicher Email jemanden aus, der dir gegen Beteiligung die Probleme löst.

Ich bin allerdings dazu nicht der richtige (und xy vermutlich auch nicht).
Nicht wegen der fachlichen Voraussetzungen, sondern wegen der falschen Einschätzung der Situation von dir.

hws