Mit dem hier vorgestellten Projekt erzeugt man aus mechanischer Energie Strom und kann die Energie auch noch nach Belieben zwischenspeichern.
Zutaten
- 1 Fahrrad- Vorderrad
- 2 Fahrrad- Hinterräder mit Schraubritzel-Umbau Singlespeed
- 3 Ritzel mit 13 Zähnen
- Schraubzwingen zur Feinjustierung, Langlöcher erlauben Feineinstellung
- 4 Fahrrad-Ketten 1/2" x 1/8" (117 Glieder) ergeben drei Ketten mit je 156 Gliedern
- Fensterabdichtband
- Dünner Filz
- Regal-Schienen, Schrauben und Muttern
- Schrittmotor aus Diskettenlaufwerk
- Kabel
- 10 LEDs
- 2 Gleichrichter
- Kondensator
- Umlenkrolle
- Seil
Kurzbeschreibung
Hubspeicherkraftwerke nutzen die Energie der Schwerkraft. Hierzu wird ein Masseträger, in diesem Fall ein Gewicht von 5 Kilo, angehoben. Senkt sich das Gewicht wieder ab, so wird die Energie dieser Bewegung durch einen Generator in Strom umgewandelt. Im vorliegenden Beispiel wird mit diesem Strom eine LED-Zeile betrieben. Für eine Laufzeit von circa 10 Minuten pro Meter Hubhöhe sorgt ein Getriebe mit einer Übersetzung von 1:12*12*12. Als Speicherkraftwerk wird die Konstruktion bezeichnet, weil die Energie solange wie der Masseträger sich nicht wieder absenkt, nicht verbraucht wird. Diese nicht verbrauchte Energie heißt Lageenergie. Die mit einem Hubspeicherkraftwerk erzeugte Lageenergie ist - anders als Batterien - prinzipiell unbegrenzt haltbar. Gewicht, Getriebe, Generator und LED-Zeile sind die vier Funktionseinheiten dieses kleinen Kraftwerks. Kleines Hubspeicherkraftwerk - Schwerkraftwerk Video zum Projekt: "http://www.youtube.com/watch?v=_tQoNmqwpMQ", meine Webseite: "http://www.mightbemoving.de"
Inspirationsquellen
Meine Schrittmotor-Dynamo-LED-Lampe war die erste Bastelei in diese Richtung. Die Vorlage für die Weiterentwicklung mit einem Gewichtsantrieb bot die klassische Standuhr. Eine Recherche nach vergleichbaren Systemen kann man mit den Fachbegriffen "Hub- oder Lageenergie-Speicherkraftwerk" durchführen.
Der Antrieb
Das Gerüst und die Achsenaufhängungen kann man aus im Baumarkt erhältlichen Regalschienen nachbauen. Insgesamt gilt: Das Gewicht soll möglichst langsam sinken, während gleichzeitig der Generator mit einer Drehzahl laufen muss, die eine ausreichende Spannung für den Betrieb der LEDs erzeugt. Daher muss die Geschwindigkeit der Rückfallbewegung in eine höhere Geschwindigkeit übersetzt werden. Hierfür dient das mehrstufige Getriebe, das aus Ketten, Rädern und Ritzeln aus der Fahrrad-Welt aufgebaut ist.
Die drei großen Räder stellen eine Variante des Triebstockrads dar. Statt auf einer waagerechten Schiene laufen die Zahnräder der Ritzel hier auf den Fahrradketten, die in die Felgen der großen Räder montiert sind. Die drei Räder sind so montiert, dass das Ritzel des folgenden Rads in die Kette greift.
Dazu verwendet man 28" Fahrrad-Räder mit einem Radius von 300 mm. Die Ketten muss man auf eine Länge von 156 Gliedern verlängern. Dann füllt man die Hohlfelgen, in denen sonst der Schlauch liegt, mit Fensterdichtband auf. Darauf bringt man zusätzlich noch eine Lage dünnen Filz an, so sitzen die Ketten fest und rutschen nicht hin und her. Außerdem kann man so auch den Umfang genau auf das benötigte Maß anpassen. Wenn das Maß stimmt, muss man die beiden Enden der Kette mit Kraft soweit zusammen zu ziehen, dass man ein Kettenschloss anbringen kann. Dann sitzt die Kette unter Spannung fest auf der Felge.
Auch den seitlichen Halt sichert Fensterdichtband. Das erste Triebstockrad ist aus einem Vorderrad konstruiert, die beiden anderen aus je einem Hinterrad mit 13-er Ritzel, also einem Radius von 25 mm. Zum Antrieb des gegenüber liegenden Ritzels benötigt jedes Triebstockrad etwas Freiraum. Diesen erhält man beispielsweise durch den Umbau auf Singlespeed. Die Anzahl der Zahnräder an der Nabe muss also auf eines reduziert werden.
Beim zweiten Laufrad sollte der bei Fahrrädern übliche Freilauf der Nabe erhalten bleiben - so kann man das Gewicht aufziehen, wenn der Rückfall gesperrt ist. Dabei wird das Gewicht mit dem ersten Rad hochgezogen. Das dritte Rad hingegen darf keinen Freilauf haben; entweder hat man bereits ein Rad ohne Freilauf oder es muss fixiert werden. Manche Freilaufkörper lassen sich, so wie der hier verwendete, so demontieren, dass sie im Inneren arretiert werden können.
Die 4 Achsen sehen von links nach rechts also so aus:
Das 5 kg-Gewicht treibt das 1. Rad mit 156 Zähnen (Vorderrad mit Kette in der Felge) an. Die Kette des 1. Rads treibt das 13-zähnige Ritzel des 2. Rads an. Die 156 Zähne der Kettes des 2. Rads wiederum treiben das 13-zähnige Ritzel des 3. Rads an. Und zu guter Letzt treibt die Kette des 3. Rads das 13-zähnige Ritzel des Generators an.
Die Übersetzung beträgt 1 : 12*12*12. Mit professionellen Bauteilen wären ein kleineres Getriebe, eine größere Übersetzung und eine der Umgebung angepasste Montage möglich. Wie groß das Gewicht sein kann, hängt von Hebetechnik und System-Stabilität ab.
Der Antrieb
Das 5-kg-Gewicht hängt an einem Seil, das über eine Rolle geführt und auf das erste Rad aufgewickelt ist. Es wird per Hand hochgezogen. Eine mechanische Sperre verhindert das Zurückfallen. Will man die Energie in Strom umwandeln, so löst man diese Sperre.
Der Generator
Anders als bei der klassischen Standuhr fungiert in dieser Konstruktion der Generator als Gangregler. Die Endgeschwindigkeit der Abwärtsbewegung hängt von dessen Belastung ab. Auf der Antriebswelle eines Schrittmotors sitzt ein Freilaufkörper mit 13er Ritzel. Der Schrittmotor stammt aus einem 5 1/4 Zoll Diskettenlaufwerk. Die Endgeschwindigkeit hängt hier von dessen Belastung ab. Auf der Antriebswelle eines Schrittmotors sitzt ein Freilaufkörper mit 13-er Ritzel. Der Schrittmotor stammt aus einem 5 1/4 Zoll Diskettenlaufwerk. Die obligatorische Gleichrichtung befindet sich oberhalb des Generators.
10 LEDs leuchten
Die gleichgerichtete Spannung ist mit einem Kondensator mit 4700 Mikrofarad geglättet. So erreicht man, dass die LEDs gleichmäßig leuchten.