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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stromzufuhr über Kugellager


Autor: Paul H. (powl)
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Hi,

ein Kumpel von mir möchte sich einen LED-Moving Head bauen und daher 
brüten wir derzeit noch über die Art der Stromzufuhr. Es müssen sicher 
so 2-3A übertragen werden. Bevor wir da anfangen Kabel reinzulegen die 
sich dann ständig auf- und abwickeln oder Schleifringe, die wir erstmal 
irgendwie beschaffen oder anfertigen müssten, haben wir uns gefragt, ob 
es nicht möglich wäre, diesen Strom über die Kugellager 
(vorraussichtlich 10-20mm Außendurchmesser das Lager) zuzuführen oder ob 
das Lager bei diesem Strom durch Funkenerosion im Innern dauerhaft 
geschädigt wird. Geschlossene Kugellager deren Kugeln ständig im Öl bzw. 
Fett laufen dürften hier doch weniger anfällig sein, richtig?

Geht das dauerhaft oder sind da Kabel eine bessere Lösung? Man muss auch 
dazu sagen, dass sich die eine Achse um 720° und die andere nur um 360° 
drehen wird (wahrscheinlich auch weniger).

lg PoWl

: Verschoben durch Admin
Autor: mlklknlk (Gast)
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Ueberleg Dir einfach ueber welche kleinen Flaechen dann die 2-3 A 
uebertragen werden. Mit Alterung... werden es dann noch 50 ... 25% sein. 
Auf Dauer wird das nicht klappen.

Gast

Autor: Sönke O. (soenio)
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Kabel würde ich nicht nehmen, die werden das nicht lange mitmachen. Über 
Kugellager würde ich nicht direkt gehen...kann sein das es mal klappt 
aber ob das auf dauert hält bezweifel ich.

Ich würde einfach eine Kupferplatine kreisrund Fräsen oder sägen. Danach 
noch die Platine mit einem Fräser in einem Aussen und Innen Ring 
trennen. Und dann Schleiferbauen. Oder was fertiges nehmen...

Autor: Thomas Burkhart (escamoteur)
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Wäre mir auch nicht sicher wie hoch der Widerstand von Öl ist.

Klassisch mit einem Schleifring

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

gruß
Tom

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Paul Hamacher schrieb:
> ... haben wir uns gefragt, ob
> es nicht möglich wäre, diesen Strom über die Kugellager
> (vorraussichtlich 10-20mm Außendurchmesser das Lager) zuzuführen oder ob
> das Lager bei diesem Strom durch Funkenerosion im Innern dauerhaft
> geschädigt wird.

Hallo,

ich denke schon, dass die Kugellager geschädigt werden, wenn auch eher 
galvanisch, zuverlässig sind sie auch nicht und jedes kann nur 1 Kabel 
ersetzen, und das nur wenn man sie isoliert.

Probier doch für's erste sowas:

http://www.pearl.de/a-PE4761-4100.shtml

Bei begrenztem Drehwinkel kann man auch gut eine Kabelschlaufe so legen, 
dass sie sich nicht verdrillt, sondern nur mehr oder weniger aufwickelt.

Gruss Reinhard

Autor: mhh (Gast)
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Über Kugellager habe ich eine Spannungszuführung schon mal gemacht. Nach 
diversen Versuchen hat die Wechselspannung gewonnen. Gleichrichtung und 
Stabilisierung wurden dann im rotierenden Teil mit untergebracht. Strom 
betrug 1,5A und zur Reduzierung von Stromspitzen war noch ein 1,6 Ohm 
Widerstand in Reihe zwischen Trafo und Gleichrichter. Kurze Aussetzer 
werden dadurch vom Siebelko gepuffert. Das Gerät lief über 10 Jahre ohne 
Ausfall bis zur Entsorgung durch den Auftraggeber.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Paul Hamacher (powl)

>brüten wir derzeit noch über die Art der Stromzufuhr. Es müssen sicher
>so 2-3A übertragen werden.

Nöö, denn in erster Linie wird LEISTUNG übertragen, nicht Strom.
Also, wieviel LEISTUNG wird gebraucht. Und bei welcher Zielspannung?

> Bevor wir da anfangen Kabel reinzulegen die
>sich dann ständig auf- und abwickeln

So machen es aber viele Industriemaschinen. Schleppketten nennt man das. 
Und bei gescheiter dimensionmierung und Kabelauswahl läuft das sehr gut.

>es nicht möglich wäre, diesen Strom über die Kugellager
>(vorraussichtlich 10-20mm Außendurchmesser das Lager) zuzuführen

Soll wohl gehen, wenn gleich es Grenzen hat.

>geschädigt wird. Geschlossene Kugellager deren Kugeln ständig im Öl bzw.
>Fett laufen dürften hier doch weniger anfällig sein, richtig?

Sicher, die sind dauerhaft durch das Öl isoliert, dass sowieso kein 
Strom fließt ;-)

>Geht das dauerhaft oder sind da Kabel eine bessere Lösung? Man muss auch
>dazu sagen, dass sich die eine Achse um 720° und die andere nur um 360°
>drehen wird (wahrscheinlich auch weniger).

Man könnte einen Royer Converter benutzen.

MfG
Falk

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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ich würde einen Trafo bauen, der eine feststehende Primärwicklung hat 
und eine Sekundärwicklung auf der Achse

Autor: Thomas B. (detritus)
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Strom über Lager jeder Art ist eine ziemlich schlechte Idee.
www.emz.de/content/emz/emz000294/SKF_isolierte_Lager.pdf
Das Problem hatten wir auch mal bei umrichtergespeisten DASM, die Lager 
gingen teilweise nach einem halben Jahr Dauerbetrieb kaputt.

Nachtrag: Das waren übrigens Gleitlager.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  mhh (Gast)

>diversen Versuchen hat die Wechselspannung gewonnen.

Damit gibt es keine Elektrolyse und damit Zersetzung einer der beiden 
Kontakte. Den Abbrand gibt es aber immer noch.

>werden dadurch vom Siebelko gepuffert. Das Gerät lief über 10 Jahre ohne
>Ausfall bis zur Entsorgung durch den Auftraggeber.

Klingt gut.

MFG
Falk

Autor: oszi40 (Gast)
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Ständig 3A duch den Telefonhörerkabelentwirrer? Da sind doch auch bloß 
niedliche Schleifringe drin?

Da tendier ich eher zu einem Anschlag bei <360 Grad und hochflexibler 
Cu-Litze, wie sie bei Lautsprechermembranen angelötet wird.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Thomas B. (detritus)

>Strom über Lager jeder Art ist eine ziemlich schlechte Idee.
>www.emz.de/content/emz/emz000294/SKF_isolierte_Lager.pdf

wenn du dein Links vollständig mit http:// angibst, werden daraus 
direkte Links.

MfG
Falk

Autor: Paul H. (powl)
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OK, also wenn ich auf nummer Sicher gehen will besser nicht machen. Dann 
bleibt wohl noch induktive Stromübertragung, Kabelschlaufe oder 
Schleifring. Wobei ich dann eher zur Kabelschlaufe tendiere, denn das 
wird noch die einfachste Lösung sein.

Autor: mhh (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Den Abbrand gibt es aber immer noch.

Deshalb der o.g. Serienwiderstand.

Autor: Thomas B. (detritus)
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Falk Brunner schrieb:
> @  Thomas B. (detritus)
>
>>Strom über Lager jeder Art ist eine ziemlich schlechte Idee.
>>www.emz.de/content/emz/emz000294/SKF_isolierte_Lager.pdf
>
> wenn du dein Links vollständig mit http:// angibst, werden daraus
> direkte Links.
>
> MfG
> Falk

http://www.emz.de/content/emz/emz000294/SKF_isolie...

Ist mir gar nicht aufgefallen, weil Linkification (FF-Addon) bei mir 
sowas automatisch repariert.

Autor: Jens G. (jensig)
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Wo soll es Elektrolyse geben? Öl/Fett sind doch quasi isolierend, und 
enthalten keine Ionen.
Ich könnte mit aber vorstellen, daß ein Lager üblicherweise 
sicherstellen soll, daß sich beide Metalle (Kugeln/Ringe) möglichst 
nicht direkt berühren, sondern das Öl/Fett eine Trennschiicht dazwischen 
ausbildet. Also Isolation. Da aber diese Trennschicht äuserts dünn sein 
dürfte, wird dies sicherlich bereits durch geringe Spannung überwunden, 
was sicherlich in Form kleiner Fünkchen geschieht. Ich befürchte hier 
eher, daß das Öl/Fett mit der Zeit immer mehr verkokte Anteile bekommt, 
bis es nur noch Schmand ist. Aber der entstehende Graphit ist ja auch 
Schmiermittel, so daß das vielleicht gar kein Problem darstellen muß. 
Ich denke also, das Öl/Fett wird zwar seine Eigenschaften verändern bei 
intensiverer Nutzung, aber nicht wirklich ein Problem darstellen.

Autor: mhh (Gast)
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Jens G. schrieb:
> Ich könnte mit aber vorstellen, daß ein Lager üblicherweise
> sicherstellen soll, daß sich beide Metalle (Kugeln/Ringe) möglichst
> nicht direkt berühren, sondern das Öl/Fett eine Trennschiicht dazwischen
> ausbildet.

Nein. Lagerringe und Kugeln/ Kegel berühren sich auf einer ganz kleinen 
Fläche. Deshalb müssen diese Teile auch gehärtet sein. Das Fett/ Öl 
schmiert hauptsächlich den Käfig, worin die Kugeln/ Kegel gehalten 
werden. Denn dort ist die größte Reibung.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Jens G. (jensig)

>Wo soll es Elektrolyse geben? Öl/Fett sind doch quasi isolierend, und
>enthalten keine Ionen.

Wenn das mal kein Irrtum ist. Viele Fette und Öle sind auch säurehaltig, 
ein paar Ionen finden sich schon irgendwie.

>nicht direkt berühren, sondern das Öl/Fett eine Trennschiicht dazwischen
>ausbildet. Also Isolation.

Das ist der Sinn eines Schmierfilms.

>eher, daß das Öl/Fett mit der Zeit immer mehr verkokte Anteile bekommt,
>bis es nur noch Schmand ist.

Genau, steht auch im dem PDF aus dem link oben.

> Aber der entstehende Graphit ist ja auch

Verbranntes Öl ist kein Graphit.

>Ich denke also, das Öl/Fett wird zwar seine Eigenschaften verändern bei
>intensiverer Nutzung, aber nicht wirklich ein Problem darstellen.

Du lehnst dich weit aus dem Fenster. :-0

MFG
Falk

Autor: Paul H. (powl)
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Die Kugeln in den Lagern berühren die Laufflächen in der Regel immer. 
Denn so funktioniert ein Kugellager ja, durch Abrollen nämlich, anders 
wie beim Gleitlager durch gleiten. Die theoretische Auflagefläche ist 
unendlich klein, jedoch wird die Lauffläche und die Kugel durch den 
Anpressdruck geringfügig verformt wodurch eine sehr kleine aber dennoch 
vorhandene Auflagefläche entsteht. An manchen Stellen gibt es dennoch 
Reibung und hier dient das Öl als Gleitmittel, und in meinem Fall auch 
dazu, dass Funkenbildung verhindert wird, da es ja ein guter Isolator 
ist.

Autor: Thomas B. (detritus)
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Paul Hamacher schrieb:
> Die Kugeln in den Lagern berühren die Laufflächen in der Regel immer.
> Denn so funktioniert ein Kugellager ja, durch Abrollen nämlich, anders
> wie beim Gleitlager durch gleiten. Die theoretische Auflagefläche ist
> unendlich klein, jedoch wird die Lauffläche und die Kugel durch den
> Anpressdruck geringfügig verformt wodurch eine sehr kleine aber dennoch
> vorhandene Auflagefläche entsteht.

Einige Bilder zum Stromübergang durch den Schmierfilm:
http://www.klueber.de/PDF_Dokumente/elektrisch_deu...
Perfekte Oberflächen gibt es nicht.

> da es ja ein guter Isolator
> ist.

Würd ich mich nicht drauf verlassen. Wenn das Zeug erstmal voller Abrieb 
ist und Wasser aufgenommen hat, ist es vorbei mit der Isolierung.

Ein Ausweg wäre entweder gleich ein leitfähiges Schmiermittel zu 
verwenden, oder Lager für Hochtemperaturanwendungen zu verwenden. Die 
haben in der Regel einen Käfig aus Graphit, der gleichzeitig 
Festschmierstoff liefert. Da Graphit zumindest ein wenig leitet, sollten 
die Überschläge nicht auftreten.

Autor: Michelle Konzack (Firma: electronica@tdnet) (michellekonzack) Benutzerseite
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Hallo Paul,

Ich war vor einem ähnlichen Problem und habe das gelößt, in dem ich mir 
eine EPOX-Platine mit 200µ Kupferauflage mir habe ätzen lassen und als 
Schleifer gefederte Messing Test-Stifte mit runder Kappe verwende die 
ich auf eine zweite Platine direkt eingelötet habe.

Ich übertrage 24V/4A und den CAN-Bus

Grüße
Michelle

Autor: Paul H. (powl)
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An sowas in der Richtung dachte ich auch als allererstes, allerdings ist 
das für meinen Fall etwas overkill, da die Bewegungen wie gesagt auf 2 
bzw. 1 ganze Umdrehung begrenzt sind, da bin ich mit Kabelschlaufen 
glaub ich am besten dran.

Autor: Ohforf Sake (ohforf)
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Kabel sollte lang halten, wenn es nicht scharf geknickt wird.
Wenn du das Kabel ein paar mal um die Achse wickelst, wie eine Uhrfeder, 
wird es halten.

Autor: Stefan (Gast)
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Hallo !

Wie wärs mit 6,3mm Klinkenstecker ?

Es gibt Leute die übertragen damit bis zu 10 A.
Gut bei diesen Strömen werden die Stecker ca. 70 °C heiß, aber es geht.
Allerdings sollte man dazu nur hochwertige Stecker verwenden,
und keinen 08/15 China Schrott....

Mfg,

Stefan

Autor: didadu (Gast)
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Wie wär's mit Federbändern?

So etwa wie die, die man in Drehspulinstrumenten verbaut.

Es müsste halt genügend "Luft" sein, aber man kann ja mehrere 
Umdrehungen nutzen. Die ziehen sich dann spiralig etwas zusammen, und 
gut ist's.

Autor: didadu (Gast)
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Oder isoliert auf die Drehachse geschobene, normale Spiralfedern.

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Der von Falk vorgeschlagene Royer Converter ist zweifelsohne die 
eleganteste Lösung, da sie vollständig ohne Verschleißteile arbeitet.

Autor: Torsten Schwalm (torstensc)
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Schleppkettenfähiges Kabel nehmen und fertig. Die laufen in vielen
Maschinen in tausenden Zyklen ohne Probleme. Wird in professionellen
Movingheads genauso gemacht. Dort werden zum Teil noch höhere Leistungen
übertragen. Wozu allerdings 720° gebraucht werden ist mir schleierhaft.
Gute Heads liegen irgendwo bei 540°. Habe zumindest schon viele Konzerte
gesehen wo das reichte ;-).

Torsten

Autor: Stephan (Gast)
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Schweißstrom (einige hundert Ampere) über die deutlich größeren Lager 
eines Hallenkranes hat in der Regel recht kurzfristig größere 
Reparaturen zur Folge.

Autor: U. B. (pasewalker)
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Zum Vergleich:

Stadtbahnwagen, sechsachsig:

Anfahrstrom ( DC ) ca. 1000 A

Radauflagefläche auf Schiene ca. 12 * 4 cm² = 48 cm²

=> Strom/Fläche =  21 A/cm²  ( bei gleicher Aufteilung ! )

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Paul Hamacher schrieb:
> Hi,
>
> ein Kumpel von mir möchte sich einen LED-Moving Head bauen und daher
> brüten wir derzeit noch über die Art der Stromzufuhr. Es müssen sicher
> so 2-3A übertragen werden. Bevor wir da anfangen Kabel reinzulegen die
> sich dann ständig auf- und abwickeln oder Schleifringe, die wir erstmal
> irgendwie beschaffen oder anfertigen müssten, haben wir uns gefragt, ob
> es nicht möglich wäre, diesen Strom über die Kugellager
> (vorraussichtlich 10-20mm Außendurchmesser das Lager) zuzuführen

Klar, ist machbar. Aber bitte keine Miniaturkugellager nehmen.

> Geht das dauerhaft oder sind da Kabel eine bessere Lösung?


Schleppkettenfähige Kabel nehmen, z.b. Lapp. Machen etliche tausend 
Zyklen mit, und da Du wohl nur wenige Meter benötigst: Gibt es in Ebay 
oder bei für schlappe 10 euro bei 4 m, Ausführung 5 Adern a  1.5 mm2

Autor: Olaf (Gast)
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Also bevor man auch nur ansatzweise ueber einen Stromfluss
ueber Kugellager, oder dem selberaetzen irgendwelcher Schleifringsachen 
nachdenkt, sollte man mal erzaehlen wieviele Betriebsstunden man 
erwartet!

Auch Angaben wie der Kunde war damit 10Jahre zufrieden sind vollkommen 
irrelevant wenn er das Geraet nur einmal im Monat fuer 10min 
einschaltet!

Auf jedenfall wird ein Stromfluss durch ein Lager die Lebensdauer 
verkuerzen!

Und bei Schleifringen ist das auch so eine Sache. Da braucht es naemlich 
einiges an Erfahrung bei der Auswahl der Kontaktwerkstoffe und dem 
richtigen Anpressdruck und dem Fett fuer Schmierung und Schutz der 
Kontaktflaechen.

Eine Methode die sich bewaehrt hat und die viel Leistung ueber viele 
Jahre uebertragen kann waere z.B Ringe mit Kohlen wie in der 
Lichtmaschine eueres Autos. (ausschlachten?)
Bei kleinen Leistungen wuerde ich aber wohl auch einen offenen Trafo 
verwenden weil das dann garantiert ohne Verschleiss ist.

Olaf

Autor: Das wird nix (Gast)
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Strom der über die Lager geführt wird, macht das Lager kaputt.

Um das Problem zu vermeiden hat man sogar deswegen Lager entwickelt, die 
eine Widerstandsschicht als Schutzschicht haben:

http://www.emz.de/content/emz/emz000294/SKF_isolie...

Autor: Jobst M. (jobstens-de)
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Das Kugellager ordentlich mit Quecksilber füllen! :-)

**duck*


Gruß

Jobst

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Paul Hamacher schrieb:

> Ob das Lager bei diesem Strom durch Funkenerosion im Innern dauerhaft
> geschädigt wird.

Angeblich sollen schon die Kugellager im Fahrradlenker geschädigt
werden, wenn der Dynamostrom darüber läuft.
Gruss
Harald

Autor: reflex (Gast)
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Vielleicht gehen ja die "Flexible flat Cables", die auch im Auto zur 
Übertragung von Signalen auf das Lenkrad verwendet werden. Wenn der 
Airbag da dranhängen darf, dann sollte das schon zuverlässig sein. Kann 
man sich vielleicht auf dem Schrottplatz holen.

Autor: butsu (Gast)
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wie groß wird das ganze? wieviele zyklen soll es halten?
dass das mit der Energieübertragung über die Kugellager Murks ist, ist 
ja jetzt ausgiebig geklärt.

Es gibt Schleppketten für Kreisbewegungen, z.B. bei Igus:
bis 540°:
http://www.igus.de/wpck/default.aspx?pagename=Twis...
bis 4000°:
http://www.igus.de/wpck/default.aspx?Pagename=TwisterBand

Autor: Schnurpsel (Gast)
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Ihr wisst schon, dass der letzte Beitrag (vor dem ersten diesjährigen) 
vom 10.06.2010 ist?

Autor: Uwe (Gast)
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Induktiv ist wohl das Haltbarste. Ansonsten Hochtemperaturlager mit 
Graphit hört sich interesssant an, aber würde ich nur mit hoher Spannung 
zur Übertragung benutzen und da mit Schnellen Dioden und Kondensator 
aufbereiten und mit DC/DCC Wandler (Point of Load) in niedrigere 
Spannung mit höherem Strom wandeln.

Autor: Paul H. (powl)
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Ja aber das Projekt ist immernoch teilweise aktiv ;)

Tja.. wie viel mA kann man denn dauerhaft über so ein Kugellager 
drüberjagen? Wir könnten auch die Spannung auf 30-50V hochtransformieren 
um sie bei geringem Strom zu übertragen und dann wieder runterzuwandeln 
;)

Letzendlich werden wir wohl einfach ein Flachbandkabel wie eine 
Spiralfeder legen oder den Strom dann doch induktiv übertragen ;) 
Möglicherweise legen wir sogar einfach nur hochflexible Silikonkabel 
durch ein kleines Rohr. Bis die hinüber sind dauert es ja auch erstmal 
ne Ewigkeit. Die Betriebsstundenzahl ist schwierig abzuschätzen aber ich 
sag mal grob geschätzt unter 5000. In der Zeit dürfen auch druchaus 
einige Reperaturen anfallen. Zudem wird der maximale erdrehbereich von 
720° ja nur selten ausgenutzt. Das dürfte sich mit 60° meistens erledigt 
haben.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Paul Hamacher (powl)

>Ja aber das Projekt ist immernoch teilweise aktiv ;)

Also in fast 2 Jahren nix gebacken bekommen. Wundert uns das bei der 
Vielfalt deiner Projekte und Ideen?

>Letzendlich werden wir wohl einfach ein Flachbandkabel wie eine
>Spiralfeder legen oder den Strom dann doch induktiv übertragen ;)
>Möglicherweise legen wir sogar einfach nur hochflexible Silikonkabel
>durch ein kleines Rohr.

Viele Konjunktive.

Autor: EGS (Gast)
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Schnurpsel schrieb:
> Ihr wisst schon, dass der letzte Beitrag (vor dem ersten diesjährigen)
>
> vom 10.06.2010 ist?

Wer lesen kann ist klar im Vorteil ;-)

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
Datum:

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Paul Hamacher schrieb:

> Tja.. wie viel mA kann man denn dauerhaft über so ein Kugellager
> drüberjagen? Wir könnten auch die Spannung auf 30-50V hochtransformieren
> um sie bei geringem Strom zu übertragen und dann wieder runterzuwandeln

Wie bereits gesagt: Selbst Fahrradbeleuchtung führt schon zu
Beschädigungen.
Gruss
Harald

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