Stromerzeugung für USB - Realisierbar?

#2924251
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Hallo zusammen,

eine Freundin hat an der Uni ein Projekt, bei dem ein Gerät zur 
Erzeugung von elektrischer Energie entworfen werden soll. Mit der 
gewonnenen Energie soll eine USB-Buchse, z.B. zum Laden vom Handy 
betrieben werden. Die Abmessungen und das Gewicht sind so klein wie 
möglich zu halten, um das Gerät in der Hand halten zu können.
Der Generator soll nicht durch eine rotatorische Bewegung (Kurbeln), 
sondern durch wiederholtes Ziehen an einer Schnur angetrieben werden, 
vergleichbar mit einem Benzinrasenmäher beim Starten :D. An dem Konzept 
wird sich auch nichts ändern, das ist durch Design und von den Profs so 
vorgegeben.

Ich habe mir überlegt, wie man den Gesamtaufbau prinzipiell realisieren 
könnte (siehe Zeichung), wollte aber noch gern eure Meinung dazu hören.

Die Spannung vom Generator/Dynamo wird gleichgerichtet, gepuffert und 
versorgt den Laderegel-IC. Über diesen wird ein LiPo aufgeladen. Durch 
einen Schalter lässt sich von "Laden" auf "Betrieb" umschalten, ich weiß 
nicht ob das nötig ist, dachte mir aber so kann man die beiden Kreise 
sauber trennen. Über einen nachgeschalteten Boost-Konverter wird die 
Spannung des LiPo auf die 5V für USB transformiert.

Folgende Fragen sind jetzt aufgekommen:
1. Ist der Laderegel-IC nötig? Ich habe bisher keinerlei Erfahrung mit 
Ladeschaltungen für Akkus, habe aber andere Projekte (z.B. mit 
Fahrraddynamos) gesehen, bei denen die Spannung eingangsseitig einfach 
begrenzt wird und direkt an den Akku angeschlossen ist. Meine Intention 
den IC zu verwenden war, dass der Akku damit optimal geladen und 
überwacht wird.

2. Eine große Schwierigkeit sehe ich darin, dass der Generator nicht 
permanent, sondern durch das Ziehen mit der Schnur periodisch bewegt 
wird. Es gibt also Totzeiten, an denen keine Spannung erzeugt wird. 
Können diese durch einen ausreichend großen Kondensator gepuffert 
werden, oder kommt der Lade-IC (falls nötig) dauernd aus dem Tritt, weil 
die Schwellspannung für Laden erreicht/unterschritten wird?

3. Habt ihr einen ganz anderen Ansatz? Wie schon gesagt, die Form der 
Energiegewinnung durch Ziehen der Schnur ist so vorgegeben, daran lässt 
sich nichts ändern.

Viele Grüße
Christoph
Angehängte Dateien:
Gast #2924298
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1.USB so einfach? Selbst ein USB-Kaffeewärmer sollTe sich anmelden wenn 
er mehr Strom als 100mA braucht. Lies mal 
http://de.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus#Spannungsversorgung

2.Man muß ausreichend Leistung bekommen WENN man einen Akku laden 
möchte. Liefert Dein "Bindfaden-Generator" genug? Was hast Du gemessen? 
http://de.wikipedia.org/wiki/Perpetuum_mobile

3.LiPo-Akku laden: http://batteryuniversity.com/index-german.htm

4.Jeder Schaltkreis/Wandler hat auch etwas Eigenbedarf.
Gast #2924529
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Und wie wird die Schnur wieder aufgerollt, importierte Chinesen ?
Nimm einen Kurbelinduktor, besagtes Schwungrad und eine Bandfeder aus'm 
Uhrwerk an der Generatorseite.
Nach passender Gleichrichtung erstmal in einen dicken Elko und danach 
das übliche Hühnerfutter für Step-Wandler und Laderegler.
So'n Kurbelinduktor schafft um die 100V und gibt bis zu 10W an Leistung.
Allerdings ist Sandy ja schon durch und die meisten Leitungen schon 
repariert :-P
Gast #2924591
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Ob die Leistung sporadisch oder kontinuierlich kommt darf keinen 
Einfluss haben. Vergiss also so Sachen wie ein Schwungrad.

Alle Teile wie die Mechanik, der Generator, die Ladeelektronik bis zum 
Akku müssen sowieso auf die maximale Leistung abgestimmt sein.

Ein gut funktionierender Seilzug alleine ist schon nicht ganz ohne.
Übrigens, wenn Du den dritten Draht verkeilt oder abgerissen hast, denk 
mal über ein schmales Band nach. Das hat mechanisch, dynamisch und 
physiologisch ein paar Vorteile.
Gast #2924598
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amateur schrieb:
> Vergiss also so Sachen wie ein Schwungrad.

Das hat er sowieso, entweder weil er's wirklich wie im Rasenmäher macht 
wo das Seil in einem Rad läuft oder über Zahnstange mit Zahnrad.
Oder würdest Du Dein Zugband direkt an die Achse des Generators packen ?
#2924643
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Erst mal danke für eure Antworten.

Ein Foto online stellen kann ich nicht, wie gesagt handelt es sicht erst 
einmal um eine Überlegung, ob das ganze so überhaupt realisiert werden 
kann.

Die Idee mit dem Schwungrad hört sich gut an, das Seil soll in einer 
Rolle geführt werden, um das Verkeilen zu vermeiden. Das Aufwickeln soll 
mit einer Feder realisiert werden. Hierbei habe ich mir gedacht, dass 
man diese vielleicht so stark dimensionieren kann, dass sowohl das Seil 
aufgerollt, als auch der Generator beim Einzug mit angetrieben wird. Das 
würde die Totzeit minimieren.

Prinzipiell seht ihr die Realisierung also als möglich an? Es geht darum 
dem Prof erst mal ein Konzept zu präsentieren. Danach geht es dann an 
die konkrete Planung.

Viele Grüße
Christoph
#2924678
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Ich denke Du kannst den Generator direkt an den Akku über eine Diode 
anschließen, der Arbeitspunk stellt sich dann von alleine ein.

Ich würde einen robusten Akku nehmen Lifepo4, der auch hohe Ladeströme 
verträgt. Eine Laderegelung brauchst Du nicht, du solltest nur die 
Ladeendspamnnung begrenzen bz.w. bei leerem Akku den Verbraucher 
wegschalten.
#2924800
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oszi40 schrieb:
> Mit einer Graez-Brücke wäre es egal welche Polarität der Generator
> liefert. Interessanter wäre, wie hoch die Spannungsspitzen durch den
> ungleichmäßigen Betrieb werden (um Elektronik-Opfer zu vermeiden)!

Eine Graetzbrücke macht nur bei Wechselspannung Sinn oder wenn ich die 
Polarität des Gleichstromgenerators nicht kenne. Ansonsten habe ich 2 
mal den Spannungsabfall über der Diode.

Die Spannungsspitzen werden vom Akku unterdrückt.

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