Home

Kleines Hubspeicherkraftwerk

Ad hoc fallen als Techniken zur Stromerzeugung im Kleinen Galvanische Zelle, Solarpad und Dynamo ein. Letzterer lässt sich beispielsweise mit einem Generator verwirklichen, der per Muskel-, Wasser- oder Windkraft getrieben wird. Wenn man sie denn hat, genügt Muskelkraft einem hohen Anspruch an Verfügbarkeit: (http://www.mightbemoving.de/Dynamo-Lampe). Das erfüllt schon mal ein wichtiges Kriterium für ein Notlicht.

Dass man die elektrische Energie dann, wenn man sie benötigt, erkurbeln kann, ist von Vorteil (keine Batterie), dass man sie erst erkurbeln muss, ein Nachteil. Könnte man die Arbeit mechanisch speichern, dürfte sich die Hauptanforderung an das Speichersystem auf eine gewisse Rostfreiheit reduzieren. Dann sollte man selbst vor vielen Jahren gespeicherte Energie wieder zurückerhalten; lediglich eine wie auch immer gestaltete Sperre wäre zu lösen - interessant für so etwas wie ein fest installiertes Flur-Notlicht.

Klassische Standuhren sind ein Paradebeispiel. Hier liefern Gewichte im Bereich einiger Kilogramm die Antriebsenergie.

    [ Bilder zum Vergrößern anklicken ]

Schwerkraftwerk


Ein Gewicht fällt, treibt einen Generator an, und eine LED Zeile leuchtet
Gewicht Generator LEDs leuchten

Einerseits bedarf es einer genügend hohen Generator-Drehzahl zum Erreichen der benötigten elektrischen Leistung, andererseits sollte der Antrieb möglichst langsam und damit das System möglichst lange laufen - bis das Gewicht letztendlich am Boden aufsetzt. Dies erfordert eine Übersetzung in's Schnelle: ein Getriebe, in dem große Räder kleine antreiben.


    [ Bilder zum Vergrößern anklicken ]
Triebstockrad

Triebstockrad



Ritzel mit wenigen Zähnen, die für die auftretenden Kräfte ausgelegt sind, findet man in der Fahrrad-Welt. Gegenstücke wären Räder mit - wegen der großen Übersetzung - deutlich mehr als hundert "Zahn-Lücken".

Diese Konstruktion ist eine Variante des Triebstockrades - (m)eine kleine Hommage an Leonardo Da Vinci (Literatur unten).

Auf Fahrrad-Räder sind Ketten aufgespannt; in diese greifen die Ritzel ein. Der für den festen Sitz einer Kette passende Umfang lässt sich mit dünnem Filz tunen. Dem seitlichen Halt dient Fensterabdichtungsband.

Generator-Zahnrad-Triebstockrad

Typische Standuhren laufen nach einmaligem Aufziehen mehrere Tage - dort werden jedoch (nur) Zeiger bewegt. Ein Generator, der mehrere LEDs versorgen soll, benötigt mehr Power, daher ist die Laufzeit bei gleichem Antriebsgewicht deutlich geringer.

Während die Drehzahl von Rad zu Rad zunimmt, geht das Drehmoment herunter. Das Gewicht am Triebrad sollte natürlich so groß sein, dass das Drehmoment am letzten, dem schnellsten Rad ausreicht, um das Gewünschte anzutreiben. Die Größe des Gewichtes ist im Wesentlichen von der Hebetechnik sowie der Stabilität des Systems begrenzt.

    [ Bilder zum Vergrößern anklicken ]
Hubspeicherkraftwerk Masse 5 kg
10 Leuchtdioden
Laufzeit ~ 10 Minuten/Meter (Höhendifferenz)

Übersetzung 1 : 12*12*12 = 1 : 1728

Umdrehung Drehmoment (ca.)
Antriebsrad 18 Min 15 Nm
Mittleres Rad 1.5 Min 1.25 Nm
Drittes Rad 7.5 s 0.1 Nm
Generator 0.625 s 0.0087 Nm

Viel Spaß beim Video!

Eines Gangreglers (Pendel) bedarf dieses System hier übrigens nicht: Es beschleunigt nur solange, bis das Maximum der vom Antrieb lieferbaren Leistung erreicht ist. Die End-Geschwindigkeit hängt von Generator-Belastung und Reibung ab. Bei Kurzschluss des Generator-Ausgangs beispielsweise läuft das System am langsamsten (~ 20 Minuten/Meter Höhendifferenz).

Details zum Bau bei c't Hacks

Auswucht

Beim letzten Rad, welches den Generator antreibt, ist das Drehmoment so gering, dass die material-verstärkte Stoßnaht der Felge zu einem periodisch schwankendem Lauf führt. Diese Unwucht lässt sich mit einem Gewicht von einigen Gramm auf der Gegenseite kompensieren.

Literatur

http://www.codex-madrid.rwth-aachen.de/essays/getriebe/txt.html

http://de.wikipedia.org/wiki/Hubspeicherkraftwerk


arrow
Zimmermann@Biologie.Uni-Osnabrueck.De