Bicycle generator: The ultimate DIY guide (With examples!)/de

Standortdaten

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Standort	Arcata , Kalifornien
Koordinaten	40° 51' 59,46" N, 124° 4' 58,22" W

Sie kennen wahrscheinlich die Kraft des Tretens zumindest in ihrer gängigsten Form: Fahrradfahren! Bei CCAT wurde die Idee, durch Treten Energie zu erzeugen, die in Arbeit umgewandelt werden kann, über diese herkömmliche Form hinaus erweitert. Mit einem Fahrrad kann man einen Fernseher, einen Laptop, eine Waschmaschine, eine Bohrmaschine antreiben … die Möglichkeiten sind nur durch Ihre Fantasie begrenzt.

Diese Seite dient als Anleitung zum Bau eines Fahrradgenerators . Die ersten beiden Schritte sind auch für diejenigen hilfreich, die ein mechanisches, pedalbetriebenes Gerät bauen möchten , da die Bauteile im Wesentlichen gleich sind, mit einigen kleinen Unterschieden, die jeweils angegeben werden.

Natürlich schadet es nicht, den ortsansässigen Experten für Pedalkraft, Bart Orlando, um Hilfe zu bitten. Als Referenz für Ihr Projekt führt das CCAT eine Liste von Geräten, an denen Studierende bereits gearbeitet haben.

Dies sind die Komponenten, die für den Bau eines elektrischen DIY-Geräts mit Pedalantrieb benötigt werden:

• Ein stationäres Fahrrad oder ein Heimtrainer
• Ein Riemen und eine Riemenscheibe
• Ein Generator
• Eine Diode
• Eine Sicherung
• Eine Batterie
• Ein Wechselrichter
• Eine einfache Maschine

Das Fahrrad ist das erste Element eines Pedalkraftgeräts. Nahezu jedes Fahrrad ist geeignet, darunter Fahrräder mit mehreren Gängen, Mountainbikes und sogar Heimtrainer (wie der am CCAT-Pedal-Elektromixer verwendete )! Die wichtigsten Merkmale sind, dass die Arme oder Beine eine Kurbel drehen, die mit einem Zahnrad verbunden ist und so ein Rad in Rotation versetzt.

Die Entwicklung eines pedalbetriebenen Geräts mit einem Standardfahrrad, wie beispielsweise Rowans tragbarem Pedalgenerator, bietet einige Vorteile. Sie ist jedoch aufwendiger als die Verwendung eines Heimtrainers, da dieser für den stationären Betrieb konzipiert ist. Fahrräder können sehr günstig sein (in Arcata, Kalifornien, ist die Bike Library eine hervorragende Anlaufstelle , wo man Fahrräder fast umsonst mieten kann!). Die Nutzung eines Fahrrads zur Stromversorgung eines Geräts spart Energiekosten und gibt dem Fahrrad einen zweiten Nutzen.

Eine der größten Herausforderungen bei der Konstruktion eines pedalbetriebenen Geräts ist die Stabilität des Fahrrads. Das Vorderrad muss fixiert werden. Entweder man entfernt es und stabilisiert den Rahmen, indem man ihn zwischen Betonsteine ​​legt, oder man verwendet eine geeignete Reifenhalterung. Das Hinterrad muss angehoben werden, damit es sich frei drehen kann. Die beste Lösung hierfür scheint ein Fahrradtrainer-Ständer wie der des WaterPod Tour de Volts zu sein . So müssen weder die Reifen abgenommen noch dauerhafte Veränderungen am Fahrrad vorgenommen werden, sodass es weiterhin nutzbar bleibt. Eine weitere, aufwändigere Option ist der Bau einer erhöhten Plattform aus Kanthölzern und Sperrholz, auf der das Hinterrad schwebt. Achten Sie darauf, dass das Fahrrad stabil und sicher steht.

Sobald das Fahrrad korrekt eingestellt ist und stillsteht, muss die Pedalbewegung mithilfe eines Schwungrads reguliert werden. Ein Schwungrad ist im Prinzip eine schwere, rotierende Scheibe, die Schwungmasse speichert. Es wirkt Drehzahländerungen entgegen und trägt so zu einer gleichmäßigen Rotation der Generatorwelle bei, da das vom Fahrrad erzeugte Drehmoment ungleichmäßig ist. Für eine detailliertere Erklärung von Schwungrädern, einschließlich ihrer Konstruktionsmerkmale, klicken Sie hier . Wenn es Ihnen nichts ausmacht, das Fahrrad vorübergehend unbrauchbar zu machen, können Sie Reifen und Schlauch am Hinterrad entfernen und einen Riemen an eine am Generator befestigte Riemenscheibe anschließen (bei einem typischen 10-Gang-Fahrrad sollte ein Keilriemen der Größe B mit einer 2,5-Zoll-Riemenscheibe funktionieren).

Das Heimtrainer-Fahrrad, wie es beispielsweise im Pedal Power MEOW verwendet wird , ist eine hervorragende Option. Da es für den stationären Einsatz konzipiert ist, ist es von Natur aus stabil. Viele der üblicherweise an Fahrrädern benötigten Anbauteile entfallen. In vielen Fällen ist bereits ein Schwungrad am Hinterrad angebracht. Vorzugsweise wird ein vorne montiertes Schwungrad mit einer Nut für einen Keilriemen verwendet. Die bewährte Übersetzung besteht aus einem 52-Zahn-Kettenblatt am Heimtrainer, das über die Kette mit dem Schwungrad verbunden ist, welches über einen 16-Zahn-Freilauf verfügt. Der optimale Schwungraddurchmesser beträgt 15,5 Zoll (ca. 39,4 cm).

Um das rotierende Rad des Fahrrads (oder das Schwungrad) über die Riemenscheibe mit dem Generator zu verbinden, wird ein Riemen benötigt. Je nach Konfiguration kann es erforderlich sein, den Riemen maschinell anzupassen. Sobald das Rad vorbereitet ist, führen Sie den Riemen einfach durch die Rille des Rades und verbinden Sie ihn (ohne Spiel im Riemen) mit der am Generator befestigten Riemenscheibe. Ein Beispiel für die Verwendung von Riemen und Riemenscheibe finden Sie im Samoa Hostel Pain in the Axle .

Die Riemenscheibe funktioniert wie das Rad am Fahrrad. Der Riemen verbindet sie mit dem Generator. Dadurch wird die am Fahrrad verrichtete Arbeit auf den Generator übertragen. Riemen und Riemenscheibe gehören zu den sechs einfachen Maschinen, die häufig in verschiedensten mechanischen Projekten eingesetzt werden.

Bei pedalbetriebenen Geräten hängt die benötigte Riemenscheibe davon ab, ob das Gerät einen Motor ersetzt (wie beispielsweise die CCAT-Waschmaschine mit Pedalantrieb ) oder Strom erzeugt (wie der CCAT-Fernseher mit Pedalantrieb ). Geräte, die einen Motor ersetzen, verwenden üblicherweise eine auf der Welle montierte Antriebsriemenscheibe. Für die Generatorriemenscheibe wird ein Durchmesser von 7,6–10,2 cm empfohlen. Durch die Verwendung einer größeren Riemenscheibe lässt sich der Kraftaufwand zum Drehen der Riemenscheibe verringern. Bei Geräten zur Stromerzeugung kommt hingegen ein Keilriemen zum Einsatz.

Der Keilriemen, wie er beispielsweise beim CCAT-Pedalfernseher und -Videorecorder verwendet wird , muss groß genug sein, um den Umfang des Schwungrads, des Generatorrads und den Abstand zwischen den Rädern abzudecken. Keilriemen verlieren durch Reibung etwa 20 % der Tretkraft. Zahnriemen erreichen einen Wirkungsgrad von ca. 95 %.

Hebelarme an Kurbelgarnituren, wie sie beispielsweise beim Flock House Handcar Generator verwendet werden , können die Leistung um weit über 50 % steigern. Ein solches System wurde von Maurice Houbracken entwickelt .

Ein ähnliches Ziel lässt sich erreichen, indem man an Kettenantrieben elliptische statt runde Kettenräder verwendet. Ist beispielsweise das an den Fahrradpedalen befestigte Kettenrad elliptisch, seine Hauptachse senkrecht zur Achse der Pedalkurbeln und die Pedalachse durch den Mittelpunkt der Ellipse, so ändert sich die Übersetzung des Antriebs mit der Pedalumdrehung. Drückt der Fahrer mit dem Fuß nach unten, ist die Übersetzung am höchsten, um die höchste Geschwindigkeit zu erreichen. Bewegen sich die Füße des Fahrers horizontal und mit geringem Kraftaufwand, ist die Übersetzung am niedrigsten, was die beste Kraftübertragung ermöglicht und die Füße so schnell wie möglich über diese Ausrichtung hinausbringt.

Jede dieser Konfigurationen hat einen anderen Satz von Konstruktionsparametern, aber ihr Zweck ist derselbe: Mechanische Energie in Form eines rotierenden Riemens an einen Generator zu liefern, der dann elektrische Energie erzeugt.

Man könnte sagen, im Generator geschieht die Magie. Er nutzt eine Drehbewegung (in unserem Fall durch das Treten der Pedale eines Fahrrads), um Magnete in Rotation zu versetzen und so einen elektromagnetischen Strom zu erzeugen. Dieser Strom lässt sich vielfältig nutzen, doch ein unachtsamer Umgang damit führt höchstwahrscheinlich zum Ausfall oder zur Zerstörung Ihres elektrischen oder elektronischen Geräts. Mehr über Generatoren erfahren Sie hier .

Für diese Anleitung ist im Grunde nur die Auswahl des richtigen Generators wichtig. Typischerweise eignet sich dafür ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor am besten, der 24 Volt bei 600 U/min erzeugt (der Motor funktioniert als Generator, solange Diode und Sicherung in Reihe geschaltet sind, was in der Elektrotechnik einer Reihenschaltung zwischen Generator und Batterie entspricht).

Bewährte 24-Volt-Gleichstromgeneratoren sind Permanentmagnetgeneratoren mit einer Nenndrehzahl von 1800 Umdrehungen pro Minute (U/min) und einer potenziellen Ausgangsleistung von 1/3 PS. Die Ausgangsspannung ist direkt proportional zur Drehzahl. Dieses System kann den Generator mit 900 U/min betreiben, was zu einer Ausgangsspannung von 12 Volt führt.

Verwenden Sie keine Autolichtmaschine. Diese muss zu schnell drehen (3000-10.000 U/min) und benötigt ein Drittel Ihrer Tretkraft, um einen Elektromagneten anzutreiben, anstatt Permanentmagnete zu verwenden, die keinen Strom verbrauchen.

Sie haben es fast geschafft! Jetzt sind nur noch Elektroarbeiten anfallen. Es ist an der Zeit, die Batterie mit dem Generator zu verbinden (und einige Komponenten dazwischen anzuschließen).

Verwenden Sie mehrdrähtiges Kupferdraht (10 AWG). Massiver Kupferdraht ist nicht geeignet. Strom wird über die Oberfläche von Kupferdraht geleitet. Je größer die Oberfläche, desto geringer der Widerstand (Energieverlust durch Umwandlung von Strom in Wärme). Je mehr Kupferlitzen, desto besser.

Sind Sie schon einmal durch eine Warteschlange gegangen, in der ein Drehkreuz den Personenfluss in eine Richtung lenkt, beispielsweise in die U-Bahn oder den Vergnügungspark? Eine Diode funktioniert im Prinzip genauso für Strom. Sie ist ein Einwegventil, das entweder an den Plus- oder Minuspol angeschlossen wird. Sie muss für 25 Ampere und mindestens 35 Volt ausgelegt sein. Da ein Motor ein Zweiwegegerät ist, muss eine Vorrichtung vorhanden sein, die verhindert, dass der Strom zurückfließt, damit der Motor wie ein Motor und nicht wie ein Generator arbeitet (ein Motor führt die gegenteilige Funktion eines Generators aus, indem er Strom aufnimmt und in mechanische Energie umwandelt).

Eine Diode erhalten Sie bei Radioshack für etwa einen Dollar. Die Diode wird zwischen Generator und Batterie angeschlossen, wobei sich nur die Sicherung zwischen Diode und Batterie befindet. Eine Diode hat einen Plus- und einen Minuspol. Achten Sie darauf, Plus mit Plus und Minus mit Minus zu verbinden, sonst funktioniert das Gerät nicht. Die Polarität der Anschlüsse entnehmen Sie bitte der Verpackung Ihrer Diode. Sollten Sie weiterhin Probleme haben, wenden Sie sich bitte an den Kundendienst von Radioshack oder einem anderen Elektronikfachgeschäft.

Das Prinzip einer Sicherung ist allgemein bekannt. Bei einer Überspannung im Stromnetz, die zu einem zu hohen Stromfluss durch die Sicherung führt, brennt diese durch und unterbricht den Stromkreis. Dadurch wird der Stromfluss unterbrochen. Das Gerät funktioniert zwar nicht mehr, wird aber auch vor Zerstörung durch zu hohen Strom geschützt. Für den Preis einer Sicherung kann Ihr Gerät also wieder funktionieren!

Die Sicherung sollte 25 Ampere haben und zwischen dem Pluspol der Batterie und dem Pluspol der Diode angeschlossen werden.

Ein Beispiel für einen Fahrradgenerator mit Sicherungen finden Sie unter WaterPod Bicycle Energy Generator

Der Spannungsregler begrenzt die Stromstärke, die bei vollständig geladener Batterie fließt, um Schäden an der Batterie zu verhindern.

Am Heimtrainer befestigt.

Die Batterie speichert die erzeugte Energie und gibt sie gleichmäßig mit der von Ihnen gewählten Spannung und Stromstärke ab. Daher muss die Batterie auf die Bedürfnisse Ihres Geräts abgestimmt sein. Sie können mehrere Batterien parallel schalten (alle nebeneinander an dasselbe Gerät, in unserem Fall einen Generator), um die optimale Abstimmung zu erreichen. Ich empfehle Ihnen, sich für Ihre spezifische Konfiguration von einem Elektronikfachhändler beraten zu lassen. Sobald Sie die Batterieparameter ermittelt haben, müssen Sie lediglich den Pluspol der Generator-Dioden-Sicherung mit dem Pluspol der Batterie und den Minuspol mit dem Minuspol der Batterie verbinden.

Eine 12-Volt-Tiefzyklusbatterie kann zwar durch Pedalkraft zusätzlich geladen werden, es ist jedoch besser, die Pedalkraft zum Laden von Elektrogeräten zu nutzen, die entweder über die Batterie oder einen Wechselrichter betrieben werden. Noch besser ist es, kleinere Akkus für Taschenlampen oder Handys damit zu laden. Am besten ist es, gar keine Batterie zu verwenden, wie beispielsweise im Behälter eines pedalbetriebenen Elektromixers.

Nur noch ein Schritt...

Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom (den vom Generator gelieferten Strom) in Wechselstrom (den Strom aus Ihrer Steckdose) um. Er wandelt 12 Volt Gleichstrom in 110 Volt Wechselstrom um. Ihre Lichtmaschine sollte einen dreipoligen Stecker für den einfachen Anschluss Ihres Geräts haben. Verbinden Sie einfach den Stecker des Geräts mit einer Buchse der Lichtmaschine und die Kabel der Lichtmaschine mit den Plus- und Minuspolen der Batterie. Achten Sie dabei unbedingt darauf, Pluspol an Pluspol und Minuspol an Minuspol anzuschließen.

Wechselrichter müssen in der Lage sein, potenzielle Spitzenlasten zu bewältigen. Um diese Lasten zu ermitteln, beachten Sie die Wattzahlangaben auf der Rückseite der Geräte. Diese Berechnung dient der Sicherstellung, dass der Wechselrichter die elektrische Last bewältigen kann. Die meisten Wechselrichter weisen unter Last unterschiedliche Wirkungsgrade auf und wandeln 60–90 % des ursprünglichen 12-Volt-Gleichstroms in 110-Volt-Wechselstrom um.

Das war's! Sie können jetzt Strom erzeugen und gleichzeitig ein effektives Workout absolvieren! Für die Stromerzeugung für nicht-elektronische Geräte wie beispielsweise Betriebslampen ist kein Wechselrichter erforderlich. Nach einem langen und aufwendigen Prozess ist es endlich Zeit für den Test.

Dieser Teil variiert je nach Projekt, aber die Idee ist, einen oder mehrere Riemen und Riemenscheiben zu verwenden, um den Mechanismus anzutreiben, der sonst elektrisch betrieben würde. In der Abbildung von Matthew Rhodes ist ein Riemen direkt mit dem Motor der Waschmaschine verbunden. Dies ist die einfachste Konfiguration. Um mehr über einfache Maschinen zu erfahren, klicken Sie hier .

CCAT Barts Fahrrad

CCAT Fahrradgenerator

CCAT Brian Willson

CCAT-Humanenergiekonverter

CCAT Kinderfahrrad-Power

CCAT Pedal-Akkuladegerät

CCAT Pedal Konzertgenerator

CCAT-Pedal David Brower

CCAT Pedal-Elektromixer

CCAT Pedal-Frisbee

CCAT Pedalbuchse hier

CCAT Pedal Power Laptop

CCAT-Fußpedal-betriebener Fernseher

CCAT-Fußnähmaschine

CCAT Pedal-TV und Videorecorder

CCAT-Fußwaschmaschine

CCAT Real Goods Pedalgenerator

Flock House – Von den Füßen bis zum Boden bestens gerüstet

Flock House Handcar Generator

Pedal Power MEOW

• Fahrradressourcen:
  • In der Fahrradbibliothek in Arcata, Kalifornien, können Sie ein Fahrrad für 6 Monate für 20 Dollar mieten. Und Sie erhalten Ihr Geld zurück, wenn Sie Ihr Fahrrad innerhalb der 6 Monate zurückgeben!
  • ScienceShareware enthält ein Beispiel für Gleichspannung, die mit einem stationären Fahrrad erzeugt wird.
• Fahrradständer / -trainer:
  • Convergence Tech stellt einen hervorragenden Ständer speziell für die Erzeugung von Pedalstrom her. Das Unternehmen bietet Anleitungen und Teilelisten für eine einfache Beschaffung an. Der Großteil der Arbeit ist bereits für Sie erledigt!
• Generatoren:
  • Schaut euch dieses Java-Applet an , das die Funktionsweise von Stromgeneratoren erklärt. Cool!
  • Im Thomas Register Directory findet sich eine Liste von Generatoranbietern.
• Dioden:
  • Hier erfahren Sie mehr über die Funktion einer Diode.
• Batterien, Sicherungen, Wechselrichter, Generatoren und andere elektrische Geräte können bei Mouser Electronics erworben werden .

• Offizielle Website von CCAT
• Sehen Sie sich die aktuellen Forschungsergebnisse zum Thema Pedal Power an, die von CCAT veröffentlicht wurden .
• Hier erfahren Sie mehr über den elektrischen Strom in Ihrem Zuhause .
• In manchen Pedalantriebskonstruktionen kann eine Lichtmaschine nützlich sein. Erfahren Sie hier mehr darüber.

Sendog6913 17:30, 2. März 2008 (PST)Cal Poly Humboldt - CCAT

▼Dies ist ein Projekt des Campus Center for Appropriate Technology (CCAT) der Humboldt State University . Weitere CCAT-Projekte finden Sie hier auf Appropedia oder auf der CCAT-Homepage .