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Hallo an alle,

im Rahmen meiner Abschlussarbeit am Gymnasium baue ich ein Wasserkraftwerk, welches mit gesammeltem Regenwasser aus einem Tank betrieben wird und ein Smartphone aufladen können soll. Der Tank hat ein Volumen von 35l und befindet sich in 3.5m Höhe. Es muss nicht für eine volle Akkuladung reichen, wenige Minuten wären für mein Projekt bereits ausreichend, da es um das Konzept an sich geht. Leider hinkt es bei mir an der Wahl des richtigen Generators. Ich habe nun schon mit einem billigen DC Elektromotor versucht und mit einem hochwertigerem Stepper Motor, doch ich komme nicht auf die benötigten 2.5 - 5W (5V, 0.5 -1A), obwohl ich davon überzeugt bin, dass es funktionieren kann. Kann mir jemand eine Empfehlung geben, wonach ich generatortechnisch schauen muss? Ich befinde mich im niedrigen Drehzahlbereich (ca. 1600 U/min). Vielen Dank schonmal im Voraus!

» auf die benötigten 2.5 - 5W (5V, 0.5 -1A), obwohl ich davon überzeugt bin,
» dass es funktionieren kann.
Das ist ja schonmal ein Anfang, aber es reicht nicht. Hast du dir mal überlegt, was überhaupt theoretisch möglich ist? Lassen wir mal den Wirkungsgrad außen vor und rechnen mit idealen Verhältnissen:
Die potentielle Energie in dem Wassereimer ist E = m * g * h, also 35 kg * 9,81m/s² * 3,50 m, also 1200 Joule. Das sind 1200/3600 Wh, also 0,33 Wh. Ein Handyakku hat 10 bis 15 Wh, du kannst ihn also gerade mal zu 3% laden (Verluste nicht gerechnet). Nur mal angenommen, der Eimer ist in einer Minute leergelaufen, dann generierst Du eine Minute lang eine Leistung von 1200/60, also 20 Watt.
Deine eigentlich Frage kann man ja erst beantworten, wenn klar ist, welche Antriebsart angestrebt wird. Eine Turbine wird einen Generator mit hoher Drehzahl benötigen, ein Schaufelrad eine niedrige.

Interessantes Projekt.

» Der Tank hat ein Volumen von 35l und
» befindet sich in 3.5m Höhe. Es muss nicht für eine volle Akkuladung
» reichen,
Hast du mal die potentielle Energie des Wassers berechnet?


» Ich habe nun schon mit einem billigen DC Elektromotor
» versucht und mit einem hochwertigerem Stepper Motor
Welche da wären?

» doch ich komme nicht auf die benötigten 2.5 - 5W (5V, 0.5 -1A)
Wie sind die denn elektrisch angeschlossen?

» überzeugt bin, dass es funktionieren kann.
Klar, grundsätzlich schon.

» wonach ich generatortechnisch schauen muss?
Grundsätzlich geht erst mal jeder permanent erregte Motor weitgehend problemlos.

» Ich befinde mich im niedrigen
» Drehzahlbereich (ca. 1600 U/min).
Niedrig würde ich das jetzt nicht bezeichnen.

» Hallo an alle,
»
» im Rahmen meiner Abschlussarbeit am Gymnasium baue ich ein Wasserkraftwerk,
» welches mit gesammeltem Regenwasser aus einem Tank betrieben wird und ein
» Smartphone aufladen können soll. Der Tank hat ein Volumen von 35l und
» befindet sich in 3.5m Höhe. Es muss nicht für eine volle Akkuladung
» reichen, wenige Minuten wären für mein Projekt bereits ausreichend, da es
» um das Konzept an sich geht. Leider hinkt es bei mir an der Wahl des
» richtigen Generators. Ich habe nun schon mit einem billigen DC Elektromotor
» versucht und mit einem hochwertigerem Stepper Motor, doch ich komme nicht
» auf die benötigten 2.5 - 5W (5V, 0.5 -1A), obwohl ich davon überzeugt bin,
» dass es funktionieren kann. Kann mir jemand eine Empfehlung geben, wonach
» ich generatortechnisch schauen muss? Ich befinde mich im niedrigen
» Drehzahlbereich (ca. 1600 U/min). Vielen Dank schonmal im Voraus!

Spann deinen Generator in einen Akkuschrauber und schau erst einmal, welche Leistung er bei welcher Drehzahl abgibt.

» Das ist ja schonmal ein Anfang, aber es reicht nicht. Hast du dir mal
» überlegt, was überhaupt theoretisch möglich ist? Lassen wir mal den
» Wirkungsgrad außen vor und rechnen mit idealen Verhältnissen:
» Die potentielle Energie in dem Wassereimer ist E = m * g * h, also 35 kg *
» 9,81m/s² * 3,50 m, also 1200 Joule. Das sind 1200/3600 Wh, also 0,33 Wh.
» Ein Handyakku hat 10 bis 15 Wh, du kannst ihn also gerade mal zu 3% laden
» (Verluste nicht gerechnet). Nur mal angenommen, der Eimer ist in einer
» Minute leergelaufen, dann generierst Du eine Minute lang eine Leistung von
» 1200/60, also 20 Watt.
» Deine eigentlich Frage kann man ja erst beantworten, wenn klar ist, welche
» Antriebsart angestrebt wird. Eine Turbine wird einen Generator mit hoher
» Drehzahl benötigen, ein Schaufelrad eine niedrige.

Die theoretischen Berechnungen habe ich dazu bereits angestellt, aber wie gesagt, es geht um ein Proof-Of-Concept, also reichen 3% Akkuladung aus. Mein Generator wird mit einer Pelton Turbine (70mm Durchmesser) angetrieben. Leider erreiche ich nicht die Drehzahlen, die mein Stepper Motor (ACT 11HS5406) benötigt, um eine Leistung zwischen 2.5-5 Watt zu produzieren. Hast du Tipps, wie ich entweder die Drehzahl erhöhen kann (z.B. mit einem Getriebe), oder welchen Motor ich nutzen soll?

» Hast du mal die potentielle Energie des Wassers berechnet?
» Ja, habe ich. Nach meinen Berechnungen sollte ich bei 100%iger Umwandlung über eine Zeitspanne von 4min 5 Watt Leistung generieren.

» » Ich habe nun schon mit einem billigen DC Elektromotor
» » versucht und mit einem hochwertigerem Stepper Motor
» Welche da wären?
» TFK-280SA-22125 und ACT 11HS5406

» » doch ich komme nicht auf die benötigten 2.5 - 5W (5V, 0.5 -1A)
» Wie sind die denn elektrisch angeschlossen?
» Der Stepper Motor ist mit zwei Kondensatoren, Gleichrichtern und einem Lastwiderstand von 10 Ohm (für eine Handyladung sind 5V und 0.5 - 1A benötigt, d.h. R = U / I = 5V / 0.5A = 10 Ohm) angeschlossen.

» » wonach ich generatortechnisch schauen muss?
» Grundsätzlich geht erst mal jeder permanent erregte Motor weitgehend
» problemlos.
» Könntest du mir ein Beispielmodell nennen?

» TFK-280SA-22125 und ACT 11HS5406
Die sind wohl etwas zu klein geraten.
10Ohm Wicklungswiderstand des Schrittmotors ist schon sehr viel. Bei 1A Laststrom würden ja schon 10W Verlustleistung pro Wicklung anfallen.

» Der Stepper Motor ist mit zwei Kondensatoren, Gleichrichtern und einem
» Lastwiderstand von 10 Ohm
Zeig mal den Schaltplan.

» (für eine Handyladung sind 5V und 0.5 - 1A
» benötigt, d.h. R = U / I = 5V / 0.5A = 10 Ohm) angeschlossen.
Und welche Leistung kannst du am Widerstand messen?

» Könntest du mir ein Beispielmodell nennen?
Auf Anhieb nicht.
Es sollte aber, wenn es ein Schrittmotor ist, einer mit einer geringen Nennspannung sein, da er dann auch einen geringen Wicklungswiderstand hat.

Danke für deine Antwort.

» 10Ohm Wicklungswiderstand des Schrittmotors ist schon sehr viel. Bei 1A
» Laststrom würden ja schon 10W Verlustleistung pro Wicklung anfallen.
» Heisst das der Motor ist ineffizient? Könntest du das genauer erläutern? Nach welchem Wicklungswiderstand sollte ich schauen?

» Zeig mal den Schaltplan.
» Ich habe den Schaltplan aus einem Youtube Video: https://www.youtube.com/watch?v=-zCTggoh994. Anbei findest du den Schaltplan. Insgesamt habe ich zwei Kondensatoren und acht Gleichrichter verwendet, wie im Video empfohlen. Die beiden Schaltungen sind in Serie geschaltet.

» Und welche Leistung kannst du am Widerstand messen?
Ich konnte leider nur eine geringfügige Leistung von 0.26W messen.

» Heisst das der Motor ist ineffizient?
Als Generator schon.

» Könntest du das genauer erläutern?
Jeder Strom, der aus dem "Generator" fließt, fließt auch innerhalb. Wenn, wie in diesem Fall, beide Widerstände gleich sind, wird also im Generator genau so viel Verlustleistung umgesetzt, wie in der Last.

» Nach welchem Wicklungswiderstand sollte ich schauen?
Einem möglichst geringen.

» Die beiden Schaltungen sind in Serie
» geschaltet.
Nicht gut. Da wird der Gesamtwiderstand ja noch größer. Außerdem hast du dann effektiv vier Dioden in Reihenschaltung, womit ein großer Spannungsfall einher geht. Schalte die mal parallel.
Und verwende, vorzugsweise Schottkydioden als Gleichrichter.

» » Und welche Leistung kannst du am Widerstand messen?
» Ich konnte leider nur eine geringfügige Leistung von 0.26W messen.
Wahrlich überschaubar.

» Der Tank hat ein Volumen von 35l und
» befindet sich in 3.5m Höhe.
Stille deinen Durst mit den 35 Litern. Viel mehr geht da nicht.

Danke nochmals für die Antwort.

» » Die beiden Schaltungen sind in Serie
» » geschaltet.
» Nicht gut. Da wird der Gesamtwiderstand ja noch größer. Außerdem hast du
» dann effektiv vier Dioden in Reihenschaltung, womit ein großer
» Spannungsfall einher geht. Schalte die mal parallel.
» Und verwende, vorzugsweise Schottkydioden als Gleichrichter.

Tatsächlich habe ich Schottkydioden eingesetzt. In dem Video wird erläutert, dass sich bei Serieschaltung die Spannung erhöht und bei Parallelschaltung die Stromstärke. Da ich zunächst mal eine Spannung von 5V erreichen wollte, habe ich die Serieschaltung gewählt.

Hallo nimm doch einen Drehstromgenerator von einem Auto oder Motorrad.

Gruss Manta

» Tatsächlich habe ich Schottkydioden eingesetzt. In dem Video wird
» erläutert, dass sich bei Serieschaltung die Spannung erhöht und bei
» Parallelschaltung die Stromstärke. Da ich zunächst mal eine Spannung von 5V
» erreichen wollte, habe ich die Serieschaltung gewählt.

Mir scheint, du hast was falsch verstanden.

» Hallo nimm doch einen Drehstromgenerator von einem Auto oder Motorrad.
»
» Gruss Manta

Hast du so ein Ding schon mal mit der Hand gedreht?
Und hast du alles gelesen?
Wieviel Wasser haben wir hier zur Verfügung und in welcher Höhe?

» dass sich bei Serieschaltung die Spannung erhöht und bei
» Parallelschaltung die Stromstärke.
Versteh' ich nicht, sind die induzierten Spannungen nicht phasenverschoben? Die addieren sich nicht arithmetisch. Oder missverstehe ich was?
Wie viele Anschlüsse hat dein Stepper?
8?
4?
5 oder 6? wovon immer 3 Durchgang haben?
Letztere Variante würde ich bevorzugen: (beide) Mittelanzapfung(en) als gemeinsamen Sternpunkt, die übrigen 4 "Enden" einweggleichrichten mit Schottkydioden.
edit:
eben mal getestet mit Stepper (Spule 40 Ohm) aus Druckerschrott: generiert 5V (Leerlauf) mit zügiger Handdrehung




oder doppelte Spannung:

Danke für deine Antwort.

» » dass sich bei Serieschaltung die Spannung erhöht und bei
» » Parallelschaltung die Stromstärke.
» Versteh' ich nicht, sind die induzierten Spannungen nicht phasenverschoben?
» Die addieren sich nicht arithmetisch. Oder missverstehe ich was?
» Wie viele Anschlüsse hat dein Stepper?
» 8?
» 4?
» 5 oder 6? wovon immer 3 Durchgang haben?

Mein Stepper hat vier Anschlüsse. Da ich leider ein echter Laie auf dem Gebiet bin, kann ich dir auf deine Frage, wie sich das genau Verhält mit der angeblichen Addition der Spannung keine Antwort geben. Ich bin vor allem dem Tutorial aus dem Video (https://www.youtube.com/watch?v=-zCTggoh994) gefolgt.

» eben mal getestet mit Stepper (Spule 40 Ohm) aus Druckerschrott: generiert
» 5V (Leerlauf) mit zügiger Handdrehung
» Ich konnte bei zügiger Handdrehung mit meinem Stepper (Spule 9 Ohm) ca. 30V an Leerlaufspannung generieren. Bei Anschluss von einem Lastwiderstand von 10 Ohm (soll das Aufladen von einem Smartphone simulieren) erreichte ich allerdings nur schlappe 0.26W.