Hallo Leute,
ja, es ist eine sehr ungewöhnliche Frage, ich weiß!
Wie gut leiten M3 Stehbolzen Strom?
Ich muss sehr große Ströme (~500A-1000A) über 50mm lange Stehbolzen
jagen. Jetzt ist aber die Frage, wieviele ich Benötige.
Zum Vorhaben:
Es muss sehr viel Energie kurzfristig Gepuffert und abgegeben werden.
Hierzu wertden zig Platinen mit Kondensatoren dicht bestückt und per
(eben diese) Stehbolzen verbunden. Und da diese praktischerweise auch
gleich als mechanische Stabiliesierung dienen, werden zwei Fliegen mit
einer Klappe erschlagen.
Es werden übrigens der Einfachheitshalber "normale" 450Vdc Kondensatoren
anstelle SuperCaps verwendet, da die Caps umständlich balanciert werden
müssen, was bei dem Strom keinen Spaß macht. Außerdem ist es auch "nur"
ein Versuch!
Warum:
Das ganze ist für ein el. Versuchsfahrzeug, denn Bremmsenergie entsteht
in großen Mengen und kürzester Zeit, das unser Batteriesystem diese
nicht aufnhemen kann. Daher Speichern wir die Bremmsenergie in
Kondensatoren zwischen und speisen damit unsere "Anfahrhilfe" und laden
daraus unsere Akkus "gemächlicht" nach...
Umgekehrt, bevor das Fahrzeug aus dem Stand startet wird energie aus den
Akkus in die Kondensatoren gepumpt um beim Anfahren parallel zu den
Akkus als Stromquelle zu dienen, was den hohen pulsartigen Entnahmestrom
aus dem Akku deutlich reduziert. Im kleinen Maßstab haben wir einen
Versuchsaufbau bereits festgestellt, das unsere Akkus das mind. 3x
länger halten bzw. länger mit hoher Kapazität zur Verfügung stehen.
(Ist ein "Großes" Versuchsfahrzeug ähnlich eines Trucks ;-)
Das kann man sich ausrechnen. Wenn du wirklich Messing Material hast,
dann kannst du dir mit einfachen geometrischen Formeln und dem
spzifischen Widerstand von Messing ausrechnen welchen Widerstand dein
Stehbolzen hat. Alternativ verschraubt messen. Dann kannst du dir über
Widerstand und Strom die Leistung ausrechnen die über den Bolzen
abfällt. Daraus kann man auf die Erwärmung schließen. Wie belastbar sie
sind definierst du selbst indem du sagst wie warm die Bolzen werden
dürfen.
Ich halte das mit den Messingbolzen für keine gute Lösung. Es gibt viele
Unbekannt (Gewinde, Oxidierung, ...). Wieso nimmst du nicht einfach
vernünftige Hochstromstecker? Die Bolzen sind Befestigungsmaterial und
keine Hochstromverbinder !!!
Deine eigentliche Frage kann ich leider nicht beantworten.
Hast du berücksichtigt, dass die Spannung, die die Motoren beim Bremsen
abgeben, deutlich niedriger sein wird, als die Batteriespannung?
> Im kleinen Maßstab haben wir einen Versuchsaufbau bereits festgestellt,> das unsere Akkus das mind. 3x länger halten
Ich fürchte, dass der Aufbau oder die Messung irgendwo fehlerhaft oder
unter unrealistischen Bedingungen stattgefunden hat.
Denn wenn die Akkus nun 3x länger halten, würde das ja bedeuten, dass
ihr zuvor mindestens 75% der Gesamtenergie beim Bremsen verheizt habt
und weniger als 25% für den Antrieb verwendet habt. Da frage ich mich
schon, wie es sein kann, dass die Bremsen mehr Energie verheizen, als
der Motor vorher zum Antreiben aufgenommen hat. Das geht doch gar nicht.
Die Bremsenergie zu speichern und wieder zu verwenden ist dennoch eine
schöne Idee. Nur ist die Umsetzung auf elektrischem Wege aufwändig und
mit vielen Wandlungsverlusten verbunden. Ich würde eher einen
mechanischen Ansatz versuchen, mit Schwungscheibe oder einer
Spiralfeder.
Die Bolzen leiten den Strom prima, da passiert gar nix. Das Hauptproblem
sind Kontakte, also hier z. B. der Übergangswiderstand von der
stromführenden Leitung zum Bolzen, da muss man mit der Größenordnung
1...5 mOhm rechnen, wenn geschraubt. Deutlich besser wird es, wenn man
alles verlöten kann, dann bleiben vielleicht 100...500 µOhm. An dieser
Stelle sei erinnert, dass die Verlustleistung P=I^2*R ist, es lohnt also
in jedem Fall, über niederohmige (auch über die Zeit) Verbindungen
nachzudenken.
Berechne den effektiven Querschnitt Deines M3-Bolzens; dank des Gewindes
ist der kleiner als der eines Zylinders mit 3 mm Durchmesser.
Der Durchmesser eines Kernbohrers für M3 liegt bei 2.5 mm.
Vereinfacht kannst Du also von einem Messingzylinder mit 2.5 mm
Durchmesser ausgehen, das ist ein Querschnitt von 4.9 mm².
Und schon kannst Du den Widerstand Deines Stehbolzens berechnen.
Der spezifische Widerstand von Messing liegt bei 0.07 Ohm * mm²/m.
Ein Stehbolzen von 1m Länge hat also einen Widerstand von 4.9 * 0.07
Ohm, das sind etwa 0.34 Ohm.
Bei 1 kA fällt darüber eine Spannung von 340 V ab, was einer umgesetzten
Leistung von nur 340 kW entspricht ... die Halbwertszeit Deines
Messingstehbolzens ist unter diesen Bedingungen sehr, sehr kurz.
Stefan Us schrieb:> Denn wenn die Akkus nun 3x länger halten, würde das ja bedeuten, dass> ihr zuvor mindestens 75% der Gesamtenergie beim Bremsen verheizt habt> und weniger als 25% für den Antrieb verwendet habt. Da frage ich mich> schon, wie es sein kann, dass die Bremsen mehr Energie verheizen, als> der Motor vorher zum Antreiben aufgenommen hat. Das geht doch gar nicht.
Also ich meine jetzt mit der 3x nicht die zu entnehmende Energie aus dem
gelandenen Akku, sondern die haltbarkeit der Akkus, befor diese nurnoch
70% ihrer Ursprünglichen Nennkapazität aufweisen!
Schuld sind die sehr hohen Strompulse, die durch die Kondensatoren
abgefangen werden können. Diese schädigen Nachweislich die Akkus
Zitat aus Wikipedia: "2007 deckte die Deutsche Bahn acht Prozent ihres
gesamten Strombedarfs für den Eisenbahnbetrieb durch rückgespeiste
Bremsenergie"
Die Bahn hat sicher sehr großes Interesse, diese Technologie zu
optimieren. Trotzdem konnten sie nur 8% raus holen. Ihr habt bei eurem
Modellversuch jedoch 300% raus geholt. Das ist ein bemerkenswerter
Unterschied.
> Also ich meine jetzt mit der 3x nicht die zu entnehmende Energie> aus dem gelandenen Akku, sondern die Haltbarkeit der Akkus, befor> diese nurnoch 70% ihrer Ursprünglichen Nennkapazität aufweisen!
Ach so war das gemeint!
Na dann viel Glück bei eurem Versuch! Melde später mal, wieviel Energie
ihr dadurch einsparen könnt. Vielleicht schafft ihr ja, es besser zu
machen, als die Bahn. Das wäre doch super.
TU-Test schrieb:> Wie gut leiten M3 Stehbolzen Strom?> Ich muss sehr große Ströme (~500A-1000A) über 50mm lange Stehbolzen> jagen. Jetzt ist aber die Frage, wieviele ich Benötige.
Also ich würde hier definitiv eine definierte Kupferleitung benutzen.
Messing geht da ja mal gar nicht, hat doch einen viel zu hohen
Widerstand.
Stefan Us schrieb:> Melde später mal, wieviel Energie> ihr dadurch einsparen könnt.
Darum geht es in erster linier gar nicht (ist aber ein netter
Nebeneffekt), sondern um die Lebensdauer der Akkus zu maximieren!
Die Lebensdauer von Nutzfahrzeugen alà Trucks liegt bei über 500.000km.
Das schafft aktuell kein E-Fahrzeug auf bateriebetrieb.
Bei ~500.000km Lebenszeitraum und theoretischen 250km Reichweite (heute
Fährt ein Brummi rund 1.000km am Tag = 4x Laden am Tag wäre einige
ungeplante Zwangspausen (das nur nebenbei)) je Ladung kommt man schon
bei 2000 vollen Zyklen an.
Neuere Akkus wie LiFePo4 (wie z.B. von A123) schaffen dies, ja sogar
noch einiges mehr, wenn die Zellen "sanft" behandelt werden. Je
Stressvoller das Leben, desto weniger Zyklen und/oder Endkapazität steht
zur Verfügung.
Stefan Us schrieb:> Die Bahn hat sicher sehr großes Interesse, diese Technologie zu> optimieren. Trotzdem konnten sie nur 8% raus holen. Ihr habt bei eurem> Modellversuch jedoch 300% raus geholt. Das ist ein bemerkenswerter> Unterschied.
Die Bahn fährt auch quasi konstant und hält alle 10..30 Minuten mal an.
Ein bekokster Vertriebler im weißen Audi-Kombi im Berufsverkehr hat
sicher eine andere Bilanz.
Irgendwas kann da nicht stimmen.
Wenn du bei 1 Sekunde Bremsung mit 1000A auf 400V auflädst, brauchst du
2.5F bzw. 2500 Elkos zu je 50Gramm. Ergibt über 100kg? Da können doch
Abmessung und Gewicht der Zuleitung keine Rolle spielen?
>Der Durchmesser eines Kernbohrers für M3 liegt bei 2.5 mm.>Vereinfacht kannst Du also von einem Messingzylinder mit 2.5 mm>Durchmesser ausgehen, das ist ein Querschnitt von 4.9 mm².
Das stimmt so nicht. Ein "Standard" M3 Messingbolzen ist ein 6 Eck mit
SW5.5
Da kommen schon ein paar qmm mehr zusammen. Strom darüber leiten geht
durchaus gut.
2x Aber:
Leiterplattenmaterial ist nicht besonders druckbeständig. Einen
dauerhaft ordentlichen Übergangswiderstand bekommst Du wenn Du
Einpresskontakte (Würth, Broxing, Erni,...) verwendest.
Messing M3 verträgt nur sehr wenig Anzugsmoment. Ich würde mindestens
M4, bessser M5 gehen. Die kleinen reissen bei Montage zu schnell ab.
Du solltest dringend nachrechnen ob der elektrische Energieinhalt Deiner
Kondensatorbank nicht kleiner als die kinetische Energie derselben ist.
Ich vermute das wird mit Elkos ein Verlustgeschäft. Sprich die
Zusätzlich anfallende Bremsenergie durch das Kondensatorgewicht müssen
diese erstmal aufnehmen können.
Eine Beispielrechnung würde mich interessieren.
viel Erfolg
Hauspapa
>Vereinfacht kannst Du also von einem Messingzylinder mit 2.5 mm>Durchmesser ausgehen, das ist ein Querschnitt von 4.9 mm².
Außendurchmesser z.B. 6 mm: A= pi * (3²-1.5²) mm² = 21.2 mm²
>Ein Stehbolzen von 1m Länge hat also einen Widerstand von 4.9 * 0.07>Ohm, das sind etwa 0.34 Ohm.
R= 0.07 / 21.2 * 1 Ohm = 3.3 mOhm
Wo wollt ihr die Kondensatoren anordnen? Quasi parallel zu den Akkus?
Dann wären die Dinger immer auf Akkuspannung geladen.
Oder wird die Bremsenergie per Bremsshopper da hinein gespeist?
S. K. schrieb:> Das stimmt so nicht. Ein "Standard" M3 Messingbolzen ist ein 6 Eck mit> SW5.5
1. nein, als STEHbolzen werden ueblicherweise die Teile bezeichnet, die
am runden Schaft oben und unten ein Aussengewinde haben. (Tante Goggle
meint das auch)
2. TU und dann nicht in der Lage, den Widerstand eines Bolzens zu
berechnen? Aber mit Leistungen von 400kW umherspielen wollen?
Passt fuer mich nicht zusammen.
wendelsberg
wendelsberg schrieb:> 2. TU und dann nicht in der Lage, den Widerstand eines Bolzens zu> berechnen? Aber mit Leistungen von 400kW umherspielen wollen?>> Passt fuer mich nicht zusammen.
Ingenieure werden heute eben auch mit geplanter Obsoleszenz gefertigt.
foo schrieb:> Ingenieure werden heute eben auch mit geplanter Obsoleszenz gefertigt.
Aber doch nicht vor der offiziellen Inbetriebnahme obsolet?
wendelsberg
>1. nein, als STEHbolzen werden ueblicherweise die Teile bezeichnet
Das ist unter Maschinenbauern sicher richtig. Der Kontext legt Nahe das
der Themenstarter eigentlich 6kant Distanzhalter Messing (vermutlich
vernickelt) meint. Diese werden im Elektronikbereich gerne mal
Stehbolzen genannt.
kleines Suchspiel: stehbolzen site:mikrocontroller.net
Bei den Distanzhaltern wird der Strom nicht übers Gewinde geleitet.
Allein das ist schon ein grosser Vorteil gegenüber "echten Stehbolzen".
schönen Abend
Hauspapa
