Waterrad Met Dynamo

by Robin Oosterhoff in Workshop > Energy

29 Views, 0 Favorites, 0 Comments

Waterrad Met Dynamo

totaal.jpg

Waterkracht is een van de oudste en meest duurzame manieren om energie op te wekken. In ons project hebben wij een waterrad gemaakt dat kinetische energie omzet in elektrische energie. De rotatie van het waterrad wordt gebruikt om via elektromagnetische inductie elektriciteit op te wekken waarmee twee LED-lampjes kunnen branden.

Door te kiezen voor een eenvoudig en duidelijk zichtbaar systeem willen we niet alleen energie opwekken, maar ook het onderliggende natuurkundige proces inzichtelijk maken.

Supplies

Hout en Constructie

  1. 2x plywood (6 mm dik, 300 x 450 mm)
  2. 1x plywood (6 mm dik, 600 x 450 mm)
  3. Itemprofiel (aluminium profielsysteem, lengte naar behoefte)

Mechanische Onderdelen

  1. 4x Lagers (geschikt voor 8 mm as)
  2. 1x Stalen as (8 mm diameter, 1000 mm lang)
  3. 1x Elastiekje
  4. Vershoudfolie (kleine hoeveelheid, voor demonstratiedoeleinden)
  5. 4x Knijpers

Magnetische en Elektrische Componenten

  1. 14x Neodymiummagneet (cilindrisch, Ø8 mm x 3 mm)
  2. 2x Rode LED
  3. 1x Elektromagneet (12 V, 5 kg trekkracht)
  4. Elektrische bedrading (voor het aansluiten van alle componenten)

Benodigde Gereedschappen

  1. Lasersnijder
  2. Houtzaag
  3. Metaalzaag
  4. Boor
  5. Soldeerbout + soldeertin
  6. IJzervijl
  7. Inbussleutels
  8. Houtlijm

Lasersnijden

rad.jpg

Een aantal van de belangrijkste onderdelen zoals het waterwiel, dynamo en de tandwielen worden in deze stap uitgesneden uit plywood met een lasersnijder.

Als eerst ga je het waterwiel en de tandwielen uitsnijden. Voor deze onderdelen is het belangrijk om 6 mm dik plywood te gebruiken, want deze onderdelen hebben meer stevigheid nodig. Voor de tandwielen met houder is het bestand LasersnijdenTandwielen.svg en voor het waterwiel is LasersnijdenWaterwiel.svg gebruikt. Snij nu het waterwiel en de tandwielen uit 6mm x 600mm x 300mm plywood. De tandwielen bestaan uit een klein- en groot tandwiel en een houder. Met de tandwielen wordt pas wat gedaan in stap 6. Het waterwiel bestaat uit 16 onderdelen: 14 schoepen en 2 zijplaten. Elke schoep heeft 2 gleuven die precies passen in de gleuven van de zijplaten. Voor de assemblage van het waterwiel moeten de gleuven van de elk van de schoepen geplaats worden in gleuven van de zijplaten zodat er een waterwiel ontstaat zoals in de foto hiernaast

Hierna ga je het onderdeel snijden en bouwen dat hoort bij de zelfgemaakte dynamo. De dynamo bestaat uit 2 onderdelen: De magneetschijf en de elektromagneet. Voor het lasersnijden van de magneetschijf wordt het bestand LasersnijdenMagneetschijf.svg en voor de elektromagneet wordt LasersnijdenElektromagneet.svg gebruikt. Voor de elektromagneet worden er 2 platen uitgesneden zodat de elektromagneet stabiel op 1 plek blijft. Snijd beide bestanden uit 6mm dik x 300mm x 450 mm plywood.

Circuit Solderen

circuit.jpg

Voor het ontwerp van de dynamo bij ons waterrad was ook een passend elektrisch circuit nodig. Dit circuit bestaat uit twee parallel geschakelde LED-lampjes die in tegengestelde richting zijn geplaatst. Dankzij deze configuratie zorgt de opgewekte wisselstroom van de spoel ervoor dat altijd minstens één LED oplicht, ongeacht de stroomrichting. Bovendien treedt er geen spanningsverlies op, aangezien er geen weerstanden in het circuit zijn verwerkt, vanwege de lage opgewekte spanning is dit namelijk onnodig.

Het volledig gesoldeerde circuit is hierboven weergeven. Dit hield in dat ik draadjes met elkaar en met de LED's moest verbinden, let hierbij op dat je de verschillende pootjes in de goeie volgorde aansluit. Zorg er tijdens het solderen voor dat de punt van de soldeerbout steeds schoon blijft, dit kan bijvoorbeeld met behulp van een koperen krulreiniger. Om een goede verbinding te garanderen, laat de soldeerpunt lang genoeg op de draadverbinding zodat het soldeer mooi tussen de draden vloeit. Een verstelbare ‘derde hand’ kan erbij enorm helpen om de componenten stabiel te houden tijdens het solderen.

Dynamo Maken

schijf_def.jpg
statief.jpg

Magneetschijf voorbereiden

Je hebt nu een ronde schijf met 14 gaten langs de rand en één centraal gat. In de buitenste gaten komen de neodymiummagneten. Om een goed werkende dynamo te maken, moeten de magneten afwisselend met de noord- en zuidpool naar buiten gericht worden geplaatst.

Een eenvoudige manier om dit te doen is alle 14 magneten in een ketting aan elkaar houden. Verwijder ze vervolgens één voor één. Markeer de bovenkant van elk magneetje met een stift. Alle markeringen vertegenwoordigen dan dezelfde pool (bijvoorbeeld noord). Bij het plaatsen in de schijf wissel je af: één met stift naar buiten, de volgende zonder stift naar buiten, enzovoort. Zo krijg je een afwisselend magnetisch patroon.

Dynamo bevestigen

In het midden van de elektromagneet zit een kleine schroef. Meet de diameter van deze schroef nauwkeurig. Boor vervolgens een passend gat in het plywood onderdeel dat dient als statief voor de spoel. Boor het gat zo dat de elektromagneet (spoel) zich precies op de hoogte bevindt van onderste magneet in de draaiende magneetschijf. De magneetjes moeten vlak langs de spoel draaien om een sterke inductiestroom op te wekken. Bevestig het statief stevig tegen twee schuingezaagde stukjes plywood, die uit een vierkant zijn gezaagd. Gebruik houtlijm om deze stevig vast te zetten aan de ondergrond. Laat goed drogen voordat je verder gaat.


Itemprofiel

itemprofiel.jpg

Voor onze opstelling hebben we de volledige constructie opgebouwd met item profiel. Hiermee konden we het waterrad op de juiste hoogte plaatsen en een stabiele basis creëren voor het plateau met de dynamo en het elektrische circuit.

De profielen zijn met sleuven en bijbehorende schroeven verbonden. Voor extra stevigheid heb ik verticale profielen ook horizontaal gekoppeld. Bij een tekort aan hoekplaatjes kun je rechte koppelplaatjes gebruiken als je er twee per verbinding plaatst, ontstaat zelfs een sterkere verbinding.

Twee lagers zijn op het itemprofiel bevestigd om het waterrad vrijwel wrijvingsloos te laten draaien. Het tandwielplaatje moest aan de zijkanten worden gevijld om stevig tussen de gleuven van het profiel te passen.

De opbouw bestaat uit een verhoogde standaard voor de bevestiging van het waterrad in de lagers en horizontaal verbonden item profiel voor stabiliteit. Daarnaast bouw je een plateau voor de dynamo en het circuit, met een kleine verhoging waarin het tandwielplaatje geplaatst wordt. Dankzij de verstelbare sleuven kan de dynamo later nog nauwkeurig worden afgesteld.

Tandwielhouder

houdertandwiel.jpg

Neem het gelaserde plaatje met twee gaten en plaats in elk gat een lager met een diameter van 8 mm. Vijl de zijkanten van het plaatje indien nodig bij zodat het goed past tussen twee stukken itemprofiel. Monteer het plaatje stevig in het frame. Vervolgens kunnen de assen en tandwielen op hun plaats worden gezet.

Assen Monteren

tandwie.jpg
knijper.jpg
Picture9.jpg
Picture11.jpg

Als eerst zaag je uit de 8mm x 1m as 2 stukken, een stuk van 8-10 cm en een stuk van ~50cm.

Als tweede ga je de 2 stukken as die je net hebt gezaagd vijlen. Je moet de as op sommige plekken vijlen zodat er 2 platte kanten aan beide kanten van de as zoals in de eerste foto te zien is. Vijl een stuk van 2 vingers breedte de 50 cm lange as op 12 cm, 20 cm van het uiteinde en op het ander uiteinde. Vijl de 8-10 cm lange as op beide uiteindes. Op 1 van de uiteindes moet het kleine tandwiel bevestigd worden met een specifieke vorm gat dat precies om de gevijlde as past, dus de as moet gevijld worden totdat dit tandwiel er precies overheen past zoals afbeelding 1.

Hierna houd je het waterwiel op de plek waar het moet zoals in de foto van de hele opstelling. Vervolgens doe je de lange as door de kogellagers op de het item profiel en tandwielhouder en door de middelste gaten in de zijplaten van het waterrad, het gevijlde uiteinde van de lange as moet aan de kant zitten van de tandwielhouder. Plaats de kleine as door de andere kogellager van de tandwielhouder.

Vervolgens plaats je aan de kant van de lange as het grote tandwiel en aan de korte as het kleiner tandwiel zoals foto 3. Zorg ervoor dat de tandwielen goed overlappen. Bevestig het magneetwiel aan de andere kant van de kleine as van het kleine tandwiel zoals op foto 4.

Nu zitten alle onderdelen die aan de as vastzitten op de goede plek. Plak nu met houtlijm knijpers aan beide zijden van het waterrad, het grote tandwiel en het magneetwiel. De knijpers moeten met de platte kant tegen de platte kant van de as drukken zoals te zien is in foto 2 van het grote tandwiel.

Assemblage Geheel

totaal.jpg

Bevestig het statief met de spoel stevig op een houten plaat met houtlijm. Boor vervolgens vier gaten in deze plaat, zodat je deze met schroeven kunt vastzetten in het itemprofiel. Zorg ervoor dat de positie zo gekozen is dat de schijf met magneetjes precies langs de spoel draait. Tot slot wikkel je vershoudfolie rondom het itemprofiel zodat de elektronische componenten worden beschermd tegen opspattend water.