Funkwecker betreiben ohne Batterie und Solarzellen! Hilfe! Hilfe!

[Schmado]

Hallo,

ich habe viiiiiiele Probleme. Vielleicht könnt ihr mir helfen. Für ein Mechatronikprojekt sollen wir für einen Funkwecker betreiben. Der Kniff an dieser Sache ist, dass Batterien nicht verwendet werden dürfen. Unser Ansatz: Als "Energiequelle" dient ein sich absenkendes Gewicht. Über ein Getriebe und einen kleinen Generator (vermutlich irgend ein Modellbaumotor) soll dann soviel Leistung erzeugt werden, dass die Uhr 30 Tage läuft. Die Fallhöhe des Gewichtes soll maximal 2 m betragen (im besten Fall).

Nach ein paar Versuchen mit dem Motor und der Uhr kam folgendes raus: Betriebsspannung, die der Wecker mindestens braucht, ist ca. 1 V und der Stromverbrauch beim Synchronisieren der Uhrzeit liegt bei ca. 0,4*10hoch6 A (0.4 Mikro Ampere). Ist also relativ wenig. Um dem Generator 1 V Spannung abzutrotzen, muss er mit 520 Umdrehungen/min laufen.

Und da gehen die Probleme los:

In unserem Labor haben wir schon den Motor ausgewählt, der am effektivsten als Generator verwendet werden kann. Wäre aber möglich, dass es da noch bessere gibt. Modellbauladen? Elektrofirmen? Wisst ihr vielleicht was? Vielleicht kann man auch 2 Generatoren verwenden, die jeweils 0,5 V Spannung erzeugen. Vorteil wären weniger Umdrehungen (also 260 U/min). Nachteil ist vermutlich mehr Widerstand in der Konstruktion.

Bei 2 Meter Fallhöhe in dem Monat brauchen wir ein Getriebe, das von einer möglichst kleinen Drehzahl in eine möglichst hohe Drehzahl übersetzt. Zum Berechnen könnte man ja die 520 Umdrehungen/min annehmen. Und da stehe ich derbe aufm Schlauch. 2m Fallhöhe/30 Tage bedeuten 6,667 cm Absenken des Gewichtes pro Tag. L_an = 0,06666667 Meter / Tag. Mein gesunder Menschenverstand sagt mir mittlerweile, dass unser Professor da en bissl übers Ziel hinausgeschossen ist und dass nicht funktionieren kann. Aber reichen die Angaben, um ein Übersetzungsverhältnis auszurechnen?

Ich habe versuchsweise so gerechnet. An der Generatorwelle ist ein kleines Zahnrad mit d = 5 mm. U = Pi * d = 3,141 * 5 mm = 15,708 mm. Ein imaginär aufgewickeltes Seil müsste also ca. 16 mm lang sein um eine komplette Umdrehung hinzubekommen. Diesen Umfang x 520 U/min und man erhält eine Länge/min. Das Ganze noch in "Länge/pro Tag" umrechnen und ich erhalte L_ab = 11762 Meter / Tag.

i= L_ab / L_an = 176.432 !!! Circa!!! Aber kann man das so rechnen und wenn ja, ist so eine Übersetzung überhaupt realisierbar?

Ich hoffe, ich hab das im richtigen Forum gepostet. Danke schonmal im Voraus für eure Hilfe! :)
Gruß Schmado

[Stone]

Hallo Schmado,
kommt drauf an wie genau eure Angabe ist, aber wer sagt den das, dass Gewicht für 30 Tage laufen muss? Das Gewicht kann ja auch innerhalb 1-30 min fallen und du Speicherst die Energie in einem Kondensator (tip: Energieerhaltungssatz hat sowohl Formeln für die Höhe als auch für Kondensatoren ;)).
Ist wahrscheinlich deutlich effektiver als ein Getriebe mit so hoher Übersetzung.

Gruß Matthias

[Manf]

Die 30 Tage sind 2592000 Sekunden, mit einem Strom von 0,4µA sind das bei einem Volt gerade eine Wattsekunde, - recht zugeschnitten als Aufgabe auf eine verlustarme Speicherung im Monatsbereich.

Bei der Speicherung als potentielle Energie hat man wenig Speicherverluste, aber bei kleiner Leistung erhebliche Wandlungsverluste.
Bei der Speicherung im einem großen Kondensator wird man eher Speicherverluste aber wenig Wandlungsverluste haben.

Vielleicht gibt es ein Optimum in welchen Intervallen man aus einem mechanischen Langzeitspeicher Energiepakete abholt die man in einem Kondensator zwischenspeichert.
Der Kondensator wird dann klein und verlustarm sein und die Wandlung selbst wird in Paketen bei sinnvoller Leistung vielleicht einmal pro Tag oder pro Stunde abgerufen werden.
Es könnte schon ganz spannend sein, die Parameter zu optimieren.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Ich sehe das Problem, dass bei einer dosierten Ladung des Elkos eine Form von Steuerung oder Regelung nötig ist, welche wiederum Energie benötigt.

MfG Peter(TOO)

[Manf]

Verglichen mit einem Wecker mit Handaufzug könnte man für eine mechanische Steuerung wohl etwa 0,5 Ws pro Tag ansetzen.

Ein Superkondensator mit 5As/V und 2µA Verlust verliert in einem Monat 5As also 1V.
Fängt man bei 2V an, also mit 10Ws dann hat er in diesem Beispiel nach einem Monat noch 1V also 2,5Ws.

Die Nutzenergie beeinflusst die Bilanz dabei jeweils nur geringfügig.

[Thomas E.]

Wie wärs mit zwei Kartoffeln als Energiequelle?

[hbquax]

Baut oder besorgt euch eine kleine Pendeluhr mit Aufzugsgewicht. Die kann dann das Gewicht schön langsam ablassen. An das Pendel kommt ein Magnet und daneben eine Spule, in der dann eine Spannung induziert wird, mit der betreibt ihr dann eure elektronische Uhr.

[wkrug]

Wie wärs mit einem Druckluftmotor und einer Gasflasche als Energiespeicher?
Liesse sich über einen Druckminderer schön einstellen.