SHTF Pedal Generator/de

Dieser pedalbetriebene Generator basiert auf einem Scheibenwischermotor, einem billigen Spannungsregler von Aliexpress, einem ausrangierten Fahrrad und anderen Schrottteilen.

Das Treten in die Pedale ist vom Stuhl aus recht bequem, zum Beispiel auf einem Liegefahrrad.

Man könnte diesen Generator sogar komplett selbst bauen, ohne Online-Käufe (ohne Spannungsregler), falls man im Notfall eine Autobatterie laden müsste. Dies müsste jedoch mit großer Sorgfalt geschehen (siehe Laden von Batterien ).

Der vorgeschlagene Spannungsregler sollte für eine Last von 60 W ausreichen, z. B. zum Laden einer Autobatterie, eines Handys und zum Betreiben eines Notebooks. Er lässt sich wahrscheinlich auch problemlos für Leistungen über 100 W modifizieren.

Teileliste

Erforderliche

• 12-V-Scheibenwischermotor
• 13,8-V-Spannungsregler mit 5-30V+ Eingang (Eingang 5V-32V Ausgang 0,8V-30V Konstantstrom Hochspannung 5A Lithium-Ionen-Akku-Lade-LED-Treiber-Leistungsmodul Import XL4015)
• Vollbrückengleichrichter (IC-Gehäuse oder nur 4 große Dioden)
• Werkzeug zum Entfernen der Kassette
• kaputtes Fahrrad
• Restholz
• Holzschrauben, Gewindeschrauben für den Motor und zwei Metallhalterungen

Optionale

• Gleichstrom-Voltmeter (DC 0V-100V 0,28 Zoll LED Digitalvoltmeter Spannungsmesser Voltdetektor Monitor Tester Panel Auto 12V 24V Rot Grün Blau Gelb)
• USB-Ladegerät (TZT USB QC3.0 QC2.0 USB DC-DC Buck Converter Lade-Abwärtsmodul 6-32V 9V 12V 24V auf Schnellladegerät-Leiterplatte 5V)
• 30V+ Kondensator (je mehr Farad, desto besser)
• Autobatterie
• Wechselrichter (Solarwechselrichter 12V 220V 2000W Modifizierter Sinuswellen-Wechselrichter USB-Spannungswandler Auto-Stromwandler Kfz-Wechselrichter)

Bauanleitung

Der Generator kann als Wochenendprojekt gebaut werden und die Bilder enthalten alle notwendigen grundlegenden Informationen.

Bevor Sie Ihren Scheibenwischermotor kaufen, nehmen Sie eine Gripzange oder einen kleinen Schraubendreher (für ein 2-mm-Loch) mit, um ihn zu drehen, während er an ein Multimeter und einen Brückengleichrichter angeschlossen ist. Sie sollten ihn mit etwas Kraftaufwand auf etwa 10–20 V (ohne Last) drehen können. Falls die Werte stark abweichen, bedenken Sie, dass die Übersetzung der Fahrradkomponenten möglicherweise nicht für die gewünschten 16–20 V bei Pedalgeschwindigkeit geeignet ist! In diesem Fall sollten Sie sich besser nach einem anderen Scheibenwischermotor umsehen.

Beachten Sie, dass Sie beim Messen und Kalibrieren Ihres Motors und Spannungsreglers eine geringe Last anschließen müssen. Stellen Sie die Schraube für den maximalen Strom auf Maximum und verwechseln Sie diese nicht mit der Schraube für die maximale Spannung (die 13,8 V betragen muss, um eine 12-V-Batterie zu laden).

In jedem Desktop-PC-Netzteil finden Sie sowohl einen Brückengleichrichter-IC als auch einen großen Kondensator. Alternativ können Sie auch große Dioden verwenden, um einen Brückengleichrichter zu realisieren (ebenfalls weit verbreitet in Stromversorgungsschaltungen). Der Kondensator ist nicht unbedingt erforderlich, glättet aber Spannungsschwankungen beim Treten in die Pedale. Je höher die Kapazität (in Farad), desto besser. Er sollte jedoch mindestens 30 V haben.

Falls Sie kein Schweißgerät zum Anbringen des Kassettenentnahmewerkzeugs besitzen, können Sie alternativ eine Kombination aus Presspassung, Bohren und Sekundenkleber + Backpulver verwenden (für sofort steinharten Kunststoff). Sie können auch Sekundenkleber + Backpulver + einige Löcher mit gebogenen Nägeln verwenden, um die Kassette ohne Kassettenentnahmewerkzeug direkt am Motor zu befestigen.

Beachten Sie, dass die Rahmenbeine des Fahrrads wie abgebildet gebogen werden müssen, damit die Kette nicht daran anstößt. Dies erfordert jedoch entweder viel Kraft oder eine Rohrbiegezange. Alternativ kann man Stahlrahmen vor dem Biegen mit einem Propangasbrenner erwärmen.

Sie benötigen außerdem ein langes Holzbrett, das quer dazu etwa einen halben Meter in Richtung der ehemaligen Sattelposition (Ihrer Sitzfläche) verläuft und auf den Bildern nicht zu sehen ist. Dieses Ende soll durch das Gewicht Ihres Stuhls stabilisiert werden, damit sich die Konstruktion bei kräftigem Treten nicht anhebt. Alternativ können Sie auch ein paar schwere Gewichtsscheiben darauflegen.

Ich habe dies nicht getestet, aber der empfohlene 1-Euro-Spannungsregler sollte theoretisch bis zu 100 W oder mehr leisten, wenn man den großen IC darauf mit einem Kühlkörper versieht. Möglicherweise muss der einstellbare Ausgangsstromwiderstand entfernt oder überbrückt werden; er soll den Strom auf maximal 5 A, also 60 W bei 12 V, begrenzen. Die Kühlung des Brückengleichrichters mit einem Kühlkörper, wie abgebildet, ist nicht unbedingt notwendig, aber dennoch empfehlenswert. Bitte prüfen Sie in jedem Fall bei längerem Betrieb unter hoher Last, ob Regler und Gleichrichter eine bessere Kühlung benötigen.

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  Stromversorgung über USB und Akku
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  Blickrichtung im Sitzen
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  Kassetten- und Kettenmechanismen
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  Spannungsregelung und USB
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  Eingangsspannungsanzeige
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  Motorhalterung
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  Kassettenausbauwerkzeug als Adapter
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  Schweißnähte
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  Komponenten vereinfacht

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Du musst einfach nur treten. Es funktioniert auch ohne Batterie. Dann sind Superkondensatoren aber empfehlenswert, um bei höheren Lasten eine stabile Spannung zu gewährleisten. Das Voltmeter hilft dir, die Eingangsspannung konstant bei etwa 16–20 V zu halten, was ideal ist. Du merkst es auch, wenn du diese ideale Spannung überschreitest, da der Regler dann die zugeführte Leistung nicht mehr effektiv umwandelt. Tritt nicht über 30 V und schließe immer eine Last oder eine Batterie an, damit du den Regler und den Kondensator nicht beschädigst. Solltest du kurzzeitig versehentlich 42 V erreichen, ist das aber kein Problem (mit Last ist es sehr unwahrscheinlich, so hohe Spannungen zu erreichen).

Ich habe festgestellt, dass die ideale Pedalgeschwindigkeit irgendwo zwischen 0,6 und 1 Hz liegt. Dafür stelle ich das Schaltwerk entweder auf die höchste Übersetzung oder in die mittlere ein. Bei höherer Belastung könnten sich etwas höhere Geschwindigkeiten besser anfühlen.

Der Geräuschpegel ist niedrig bis mittel und kann abends durch eine dünne Decke wahrgenommen werden, ähnlich wie bei einem Fernseher, aber wahrscheinlich geringer als bei einem normalen Gespräch.

Das Paddeln vom Stuhl aus ist wirklich bequem, wenn man den Generator wie beschrieben mit einem zweiten Holzbrett am Stuhl befestigt.

Kostenaufschlüsselung

Da dieser Generator größtenteils aus Altteilen besteht, ist der Preis weitgehend Ansichtssache. Ich habe versucht, eine Preistabelle zu erstellen, wobei in der Spalte für die „Deluxe-Option“ – sofern verfügbar und mit identischem Nutzen – der übliche Preis aus Kleinanzeigen verwendet wurde. Wenn Geld für Sie also keine Rolle spielt und die Verfügbarkeit kostenloser Teile zu gering ist, können Sie diese Spalte als Richtwert verwenden. Beachten Sie außerdem, dass ich die durchschnittlichen Versandkosten von ca. 1,30 Euro für alle Teile aus Online-Shops berücksichtigt habe. Dieser Betrag wird niedriger ausfallen, wenn Sie beim selben Verkäufer kaufen oder Teile für andere Projekte vorrätig haben.

Weitere Informationen

Motoren in Generatoren umwandeln

A windshield wiper motor was used, because those commonly happen to produce an exactly ideal voltage at pedal speeds. This is because they contain a brushed DC motor and an internal gearbox, which is critical. Almost all motors from AC appliances will barely produce 1V at the same speed, and reversed DC motors may produce barely somewhat more (up to 6V). Car alternators for example are designed to be spun at thousands of RPM, and they contain internal circuitry to shut down at lower RPM, which makes them particularly unsuitable for a pedal generator. Thus if you try to retrofit anything but a wiper motor as a generator, it can be a quite challenging if not impossible task. If you really want to give another kind of motor a shot, then watch out for those that spin at extremely low speeds, such as ceiling fans, cordless drills or siren lights. However be aware that you will probably need to radically change the transmission ratio regardless (e.g. with a motor-to-wheel setup), much more than the bicycle chain transmission can. And worst case whatever motor will just not work at all as a generator. The only other way to convert a motor to a generator, is to use an angle grinder on an induction motor to carve out space in the rotor for several neodymium magnets, in an alternating north-south configuration. The voltage you get depends (somehow?) on the amount of stator coils of the motor wired in series, times the amount of magnets. If I had to take a wild guess, it would be 0.2V per coil at 1.5Hz, so 6 magnets and 12 coils would produce some 14 volts (just a wild guess).

Charging batteries

12V lead-acid batteries should be charged at exactly 13.8V, which is what the voltage regulator is for. But you can also charge them at higher voltages such as 14.4V (still ok-ish) and even as high as 24V (definitively too much, only unsealed!). This does harm the battery very little, if it is rather empty (<50%). But the more charge it already holds and the higher the voltage is past specs, the more it reduces the lifetime of the battery. So with a car battery, it will survive many many charges in an emergency situation, where you don't have a voltage regulator, and keep it in the range of 10-16V, while not charging it past 80% capacity or so. You could also try to rig a large power MOSFET/transistor from a PSU with some resistor to divert excess voltage in the circuit to some ballast (but keep in mind as the battery charges, so does its resistance change, which changes the proper resistor value for the MOSFET gate). With Li-Ion batteries however, you have to be much much more precise. A 3.7V cell should be charged at the upper most with 4.2V, that is 12.6V if you wire 3 of them in series. If you charge it with up to 4.8V per cell, it might be initially forgiving when empty. However once it gets more full, it will eventually either fail or explode at that voltage. This is why Li-Ion batteries should never ever be charged without a voltage regulator or charge controller. Unsealed lead-acid batteries take much more abuse and will never explode. Worst case they just leak a bit of acid and you get somewhat less cycles out of them. NiMH batteries (older cordless drills, rechargable AA batteries) also are very forgiving and take a lot of abuse. Though of course given enough current and voltage, any sealed battery can potentially explode.

Rescuing dead lead-acid batteries

Alte, nicht mehr versiegelte Bleiakkumulatoren lassen sich wiederbeleben, indem man die Zellen zunächst mit destilliertem Wasser füllt und sie dann 2–3 Minuten lang „kocht“, gegebenenfalls mehrmals hintereinander. Man kann die Batterie „kochen“, indem man zwei intakte Akkumulatoren in Reihe schaltet, um 24 V Gleichstrom bei etwa 100–200 A zu erzeugen. Anschließend lädt man den defekten (dritten) Akku mit diesem Strom mindestens eine Minute, maximal jedoch fünf Minuten lang. Dadurch wird die Batterie quasi von innen erhitzt, und hoffentlich werden Sulfatablagerungen von den Platten entfernt. Je stärker der Akku beschädigt ist, desto mehr Ladezyklen sind möglicherweise nötig. Der Akku lädt sich dann wieder auf höhere Spannungen auf und erzeugt höhere Ströme. Diese Methode funktioniert in den meisten Fällen, um Autobatterien zu retten, aber nicht immer. Ich führe diese Wartung einmal jährlich für meine Solarbatterien durch, jeweils 15–30 Sekunden lang, ein- bis zweimal. Ich verwende dann vier große 100-Ah-Batterien, um die eine Batterie zu entladen und so die als Stromquelle verwendeten Batterien nicht zu beschädigen. Falls keine zusätzlichen Batterien zur Verfügung stehen, können manche Anwender bestimmte Gleichstrom-Schweißgeräte verwenden, die die genannten Spezifikationen erfüllen. Bei starker Erhitzung ist Vorsicht geboten, da Dämpfe und Spritzer entstehen können. Führen Sie den Vorgang im Freien oder mit einem Abzug durch und legen Sie die Batterie in einen Behälter, um die bleihaltige Säure aufzufangen.

Wechselrichter

Wenn Sie einen Wechselrichter für Ihre Anlage kaufen, achten Sie darauf, dass die Dauerleistung Ihren Anforderungen entspricht. Auf AliExpress gibt es sehr gute 2000-Watt-Wechselrichter (1000 Watt Dauerleistung) mit 12-V-Sinuswellen-Technologie für nur 30 Euro. Im Fachhandel erhalten Sie für denselben Preis bestenfalls einen Wechselrichter mit modifizierter Sinuswelle und 150 Watt Dauerleistung, dessen Qualität unter Umständen sogar schlechter ist.