WinDIY – Die Wind-Turbine aus dem 3D Drucker

Auf einem Camping-Trip abseits von moderner Infrastruktur fällt einem schnell auf wie sehr man sich eigentlich daran gewöhnt hat, dass Strom immer und überall irgendwie verfügbar ist. Das doofe: Meistens fällt dies auf, wenn der Strom gerade nicht da ist. 

Für diesen Fall gibt es mittlerweile Powerbanks. Aber was wenn die Powerbank leer ist? Unterwegs aufladen ist ohne Strom schwierig. 

Vor dem gleichen Problem stand ich vor ein paar Jahren während eines Camping-Trips. Damals hatte ich sogar eine mobile Solarzelle dabei. Diese lieferte zwar etwas Energie, aber mangels Sonne nicht genug. Die Sonne schien einfach nicht kräftig genug. Was ich dagegen hatte war Wind. 

Und so entstand die Idee Wind-Turbine zu bauen die sich mit dem 3D Drucker selbst herstellen lässt.

Zunächst vergessen bekam diese Idee dann frischen Aufwind, als ich auf dem Flohmarkt über ein paar Neodym Magnete gestolpert bin. Für kleines Geld bekam ich dort Magnete mit denen sich doch sicherlich auch ein passender Generator bauen lässt.

Mit der Zeit ist daraus das hier präsentierte Projekt entstanden. Weiter unten findet Ihr dazu auch detaillierte Bauanleitungen der einzelnen Komponenten.

Wichtig: Die Windturbine läuft aktuell (11.10.2020) noch nicht perfekt. Die Flügel müssen noch angepasst werden und auch der Generator passt noch nicht ganz zu den Eigenschaften der Windturbine. Hier liegt also noch etwas Arbeit vor mir. Aber vllt. sind die gezeigten Komponenten bis dahin schonmal eine Anregung für jeden der an seinem eigenen Entwurf einer 3D gedruckten Windturbine arbeitet. 🙂


Überblick

  • Windturbine aus 3D-gedruckten Teilen
  • HAWT Design
  • Rotordurchmesser von 0,5 bis 1,2 m möglich
  • 3D gedruckte Flügel
  • Verwendet einen 3D-gedruckten Scheibengenerator zur Energieerzeugung
  • Sicherheitsfunktionen durch aktive Pitch-Einstellung der Flügel, mechanische Bremse und elektronische Bremsfunktion über den Scheibengenerator
  • Kann mit jedem „normalen“ FDM-Drucker (20 x 20 cm Bettgröße) gedruckt werden

Bilder

Im folgenden ein paar Bilder verschiedener Komponenten aus verschiedenen Entwicklungsstadien.


Entwicklung

Die Entwicklung und die einzelnen Schwierigkeiten habe ich zum Großteil auf Hackaday.io dokumentiert. Den Link dazu findet Ihr hier. 🙂

https://hackaday.io/project/172328-windiy-hawt-wind-turbine


Anleitungen zum selber bauen

Der Aufbau von WinDIY besteht aus mehreren einzelnen Segmenten. Da alle Teile auf einem 3D Drucker mit einer Druckfläche von 20x20cm gedruckt werden können, müssen die einzelnen Teile nach dem Druck natürlich noch zusammengesetzt werden.

Dabei werden Größtenteils M3 Schrauben und Muttern verwendet um nicht zu viele unterschiedliche Teile zu benutzen. Detaillierte Materiallisten findet Ihr jeweils im entsprechenden Artikel.


Elektronik

WinDIY verfügt wie oben erwähnt über ein paar Sicherheitsfeatures. Damit diese kontrolliert angesteuert werden können ist natürlich etwas Elektronik notwendig. Dazu habe ich mit der Entwicklung einer Platine begonnen, auf der alle notwendigen Komponenten untergebracht sind.

Darauf verbaut sind bisher folgende Komponenten:

  • Drei-Wege Brückengleichrichter
  • Step-Down-Regler
  • Drei voneinander unabhängige Ladeschaltungen für jeweils eine LiPo Zelle
  • Drei I2C Motortreiber um die Motoren des Bremsaktors sowie des Pitch Aktors ansteuern zu können
  • diverse Strom- und Spannungssensoren um die erzeugte und verbrauchte Energie messen zu können
  • Anschlüsse für zwei Hall-Sensoren zur Messung der Generator-Drehzahl
  • Anschlüsse für drei Schiebewiderstände um die Positionen des Pitch-Aktors und der Bremszylinder messen zu können
  • Anschlüsse für zwei Kraftsensoren um den Anpressdruck der Bremszylinder messen zu können
  • Anschlüsse für vier NTCs um die Temperaturen der Generatorwicklungen sowie des Lastwiderstands messen zu können.
  • Anschluss um die Gleichgerichtete Spannung an einen Verbraucher abführen zu können
  • Anschluss und Elektronik um einen Lastwiderstand PWM-gesteuert zuschalten zu können.
  • Vibrationssensor um abnormale Vibrationen zu erkennen
  • zwei Temperatursensoren um die Temperaturen auf dem PCB überwachen zu können
  • ein elektronischer Kompass
  • ein micro-SD kartensteckplatz
  • ein Klimasensor zur Messung der Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck

Software

Die Software wird mithilfe der Arduino IDE entwickelt. Den aktuellen Stand findet Ihr im Nerdiy-Git unter folgendem Link:

https://github.com/Nerdiyde/genCon

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