Rakenna sähköä tuottava kuntopyörä Opas Teksti ja kuvat: Janne Käpylehto Sähköturvallisuuden edistämiskeskus (STEK) ja Energiavirasto on rahoittanut ohjeen.
Sisällys Sisällys...2 Yleistä...3 Toiminnallinen kuvaus Näin syntyy sähköä...3 Kuntopyörästä sähkökuntolatauspyöräksi...4 Osat...5 Rakentaminen...6 Viestintäryhmä...9 2
Yleistä Energian pitää olla hauska ja kiinnostava asia. Sähköä tuottavan kuntopyörän rakentaminen on monipuolinen projekti, siinä oppii kätevästi sähkötekniikan lisäksi puu- ja metallitöitä, mekaniikkaa, matematiikkaa, fysiikkaa ja myös viestinnällisiä taitoja. On suositeltavaa toteuttaa projektia ryhmissä. Oheiset työvaiheet on jaettu siten, että niitä voidaan toteuttaa eri ryhmissä. Kannattaa myös muistaa projektista tiedottaminen koko koululle. Ohjekirjan lopussa on vinkkejä viestintäryhmän tehtäviin. Toiminnallinen kuvaus Näin syntyy sähköä Kuntopyörä pyörittää hihnan avulla generaattoria. Generaattori tuottaa vaihtelevaa jännitettä ja se riippuu lähes täysin lineaarisesti pyörimisnopeudesta. Vaihteleva jännite ei suoraan sovellu kännykälle tai LED-valolle, joten jännite pitää tasata. Sarjan mukana tulee DC-DC-muunnin eli hakkuriperiaatteella toimiva jännitemuunnin, joka ottaa sisään jännitettä 24 70 volttia ja muuntaa sen tasaiseksi 12 voltin jännitteeksi. Virranantokyky on 10 ampeeria. USB-kännykänlaturit sekä pyörivä LED-valo käyttävät 12 voltin jännitettä. Koska kuntopyörällä voi polkea myös takaperin, on kytkennässä tasasuuntaussilta ennen jännitemuunninta. Tasasuuntaussilta koostuu neljästä diodista. Oli sisään menevä polariteetti eli virran suunta mikä vain, ulos tulee oikeanlainen jännite, eli tiedetään kumpi johdin on positiivinen napa. USB-virtalähteet tuottavat USB-standardin mukaista 5 voltin jännitettä älypuhelimien ja muiden laitteiden lataamiseksi. Mukana tulee erilaisia latausjohtoja. Mm. uusimpiin Nokioihin ei välttämättä mukana tuleva johto sovi tai lataus ei onnistu, mutta puhelimen mukana tulevalla USB-johdolla pitäisi toimia. Tasasuuntaussillan toimintaperiaate. Se koostuu neljästä diodista ja silta varmistaa, että polariteetti on oikein vaikka pyörällä poljettaisiin takaperin. 3
Kuntopyörästä sähkökuntolatauspyöräksi Kuntopyörällä on mahdollista tuottaa polkijasta riippuen jopa 200 300 wattia. Rakennussarjan mukana tulee viisi kännykänlaturia ja yksi sellainen kuluttaa noin 5 wattia, jos ladattavana on älypuhelin. Vanhemmat puhelimet kuluttavat 2 4 wattia. Älypuhelin tai kännykkä lataantuu tällä pyörällä yhtä nopeasti kuin verkkovirtalaturilla tyypillisen älypuhelimen lataamiseen tyhjästä täyteen menee noin puolitoista tuntia. Jos puhelin pystyisi vastaanottamaan suurempia tehoja, voisi polkemalla teoriassa ladata älypuhelimen tyhjästä täyteen muutamassa minuutissa! Sarjan mukana tulee myös viiden watin tehoinen discopallo. Generaattori Tasasuuntaussilta Jännitemuunnin 4
Osat Sarjan mukana tulevat osat: 1. Generaattori Tasavirtageneraattori, jossa 16mm akseli. Tuottaa suoraan tasavirtaa ja polariteetti vaihtuu pyörimissuunnan mukaan. 2. Pätkä lankkua, pätkä listaa ja reikänauhat Generaattori liitetään lankkuun reikanauhojen avulla. Lista pitää generaattorin oikeassa kohdassa, jotta hihna on kireä. 3 1 2 3. Hihna, hihnapyörä 9 4. DC-DC-muunnin Generaattori tekee vaihtuvaa jännitettä polkemisnopeuden mukaan. Jännitemuunnin ottaa sisään 24 70 volttia ja antaa ulos tasaisen 12 volttia. 5. USB-virtalähteet ottavat sisään 12 volttia ja antavat ulos USB-standardin mukaisen 5 volttia. 5 4 7 8 6. Latausjohtoja Mukana erilaisia latausjohtoja, suunnilleen kaikille kännykkämalleille. 7. Discovalo Toimii 12 voltin tasajännitteellä. 8. Riviliitin Ruuvataan lankkuun, tämän avulla sähköiset liitokset hoituvat kätevästi. 9. Ruuvit Tarvittavat ruuvit, erilaisia, ovat paketissa mukana. 10. Tasasuuntaussilta Huolehtii, että jännitemuuntimelle ei mene negatiivista jännitettä joka voisi rikkoa sen. 6 Paketin sisältö voi hieman poiketa kuvasta, mutta periaate on sama. 10 Mitä muuta tarvitaan? 1. Kuntopyörä Helpoimmin rakentaminen onnistuu, jos löydät Kettler Manta, Manta electric, Santana tai Santana Electric -mallisen kuntopyörän. Tämä on hyvin yleinen malli ja niitä löytää kohtuu helposti vaikka www.tori.fi:stä, www.huuto.net:stä, Kierrätyskeskuksesta tai kirpputoreilta. Pyörästä joutuu maksamaan yleensä muutaman kympin. Lähes yhtä helppoa on rakentaa sellaisesta kuntopyörästä, jossa on vauhtipyörä näkyvissä. Tulee tarkistaa, että vauhtipyörässä on kuvan mukainen ura, johon hihnan saa kiinni. Sellainen kuntopyörä, jossa vauhtipyörä on koteloitu, voi myös soveltua mutta puuhaamista on enemmän. 2. Akkuruuvinväännin/porakone sekä kärkisarja. Myös torx-kärkiä tarvitaan. 3. Pieni talttaruuvimeisseli riviliitintä ( sokeripala ) varten. 4. Yleismittari testausta varten. 5
Rakentaminen 1. Pura pyörän kotelo ja laita hihna paikalleen Jos sinulla on muu pyörä kuin Manta tai Santana, täytyy sinun soveltaa ohjetta. Poista muovikotelot molemmilta puolilta. Ruuveja on 5 (kotelon päällä 4 ja yksi alaosassa takana) ja kaksi mutteria. Mutterin vieressä on myös kumitutit, poista ne myös ja laita ruuvit ja mutterin talteen. Poista kiristyshihna ja siihen liittyvät osat, jotka kiristävät isoa vauhtipyörää kun kuntopyörä on alkuperäisessä käytössä. Kiristyshihna on tarpeeton, kun tuotetaan sähköä. Löysennä akselin muttereita, jotka ovat ison vauhtipyörän molemmin puolin. Vieressä on pienemmät mutterit, löysennä myös niitä. Ota ketju pois paikoiltaan. Helpoimmin se onnistuu kun aloittaa isomman rattaan puolelta. Katso ja pistä muistiin, miten akseli on kiinni ja erityisesti miten sitä kiristävät pienemmät mutterit & osat ovat. Poista iso vauhtipyörä ja laita rakennussarjan mukana tullut urahihna paikoilleen. Palauta vauhtipyörä paikalleen, säädä ketju kireäksi ja huolehdi, että iso vauhtipyörä on suorassa eikä osu ohjaustangon alaosan vieressä oleviin osiin. Se tulee olla siis keskitetty hyvin. 6
2. Asenna lankku paikalleen ja kiinnitä generaattori Lankku tulee kuvan mukaiseen paikkaan. Kun kuntopyörä on esim. lattialla, laita kaksi aikakauslehteä lankun alle, jotta lopuksi lankku on hieman maasta ilmassa. Poraa 8mm reiät kuvan osoittamiin paikkoihin. Poraa läpi molemmista jalan seinämistä. Kuntopyörästä riippuen, voi olla että lankun päätyyn täytyy kaivertaa ura kuntopyörän jalassa olevan metallikiinnikkeen kohdalle. Poraa samalla terällä lankkuun sen verran, että siihen jää jälki. Jatka poraamista lankkuun, jäljen kohtaan, noin 3mm poranterällä. Ruuvaa ruuvit paikalleen ja kiristä tukevasti. Asenna hihnapyörä generaattoriin. Hihnapyörä tulee vastakkaisella puolelle kuin generaattorin piuhat. Hihnapyörä kiristyy kahdella 6-koloruuvilla. Keskimmäinen ruuvinreikä jää tyhjäksi. Kiristä ruuveja vuorotellen, kunnes hihnapyörä ei enää liiku. Jätä generaattorin ja pyörän väliin 1cm. Laita hihna paikalleen pieneen hihnapyörään ja tarkista että se on paikallaan myös isossa hihnapyörässä. Merkitse palikalle sijainti, jossa hihna on kireä. Huomioi, että palikan tulee olla 90 asteen kulmassa hihnaan nähden. Tehdystä merkinnästä poiketen, asenna palikka ruuveilla 5mm kauemmaksi pyörästä, jotta hihna on varmasti kireä. Kiinnitä generaattori kuvan mukaisesti reikänauhoilla ja ruuveilla. 7
Sähköt Generaattori tuottaa vaihtelevaa tasavirtajännitettä(riippuu polkunopeudesta) joten sitä ei suoraan voi hyödyntää. Jännitemuunnin tekee generaattorin jännitteestä tasaista 12 voltin jännitettä, joka sopii USB-virtalähteille. USB-virtalähteet tuottava 5 voltin USB:n mukaista jännitettä joka sopii esimerkiksi kännyköiden lataukseen. Johdotukset: käytetään parikaapelia eli kaksi johdinta (värit: ruskea/punainen = plusjohdin, toinen väri / esim. musta = miinus) Generaattorista tuleva musta johdin menee tasasuuntaussillan AC terminaaliin. Generaattorin punainen johto katkaistaan n. 8 cm etäisyydellä sen päästä(jossa liitin) ja generaattorista tuleva johto ruuvataan kytkentäriman keskimmäiseen terminaaliin. Irti jäävä pätkä, jossa liitin, menee tasasuuntaussillan + terminaaliin ja toinen pää kytkentäriman vasemmanpuoleiseen terminaaliin. Tasasuuntaussilta, kytkentärima ja jännitemuunnin ruuvataan lankkuun esimerkiksi kuvan mukaisesti. Kytkentäriman vasemmanpuoleiseen terminaaliin liitetään jännitemuuntimen punainen johdin eli sisään menevä jännite. Kytkentäriman keskimmäiseen terminaaliin liitetään jännitemuuntimen musta johdin sekä ulostulevan johdonpätkän musta johto. Oikeanpuoleiseen terminaaliin liitetään keltainen jännitemuuntimen johto(lähempänä generaattoria oleva puoli, johdin on ulostulojännite 12V) sekä toiselle puolelle johdonpätkän punainen johdin. Johdonpätkän toiseen päähän liitetään joko USB-virtalähteet (punainen punaiseen, musta mustaan) käyttäen kytkentärimaa tai vaihtoehtoisesti LED-discovalo. Discovalossa E27-kierrekannan sisempi kontakti on + eli positiivinen napa. Molemmat voi myös olla kytkettynä samaan aikaan. 8
Viestintäryhmä Sähköä tuottavan kuntopyörän rakentaminen koulussa on uudenlainen projekti, joka kiinnostaa niin oppilaita kuin henkilökuntaakin. Viestintäryhmän tehtäviin kuuluu hankkeen tavoitteista ja kuntopyörän käytöstä tiedottaminen. Tehtäviä voi tehdä osana äidinkielen ja/tai kuvaamataidon opetusta, sillä kiinnostava markkinointimateriaali syntyy kuvaa ja sanaa yhdistämällä! Ryhmä suunnittelee kiinnostavaa markkinointi- ja viestintämateriaalia kuntopyörästä: Viestintäsuunnitelma: vastaa kysymyksiin mitä, kenelle ja miten? Listatkaa ja aikatauluttakaa viestintätoimenpiteet, sopikaa myös kuka vastaa toteutuksesta. Käyttöohjeet ja lyhyt kuvaus laitteistosta: esimerkiksi juliste tai opastaulu, video. Dokumentti laitteen kokoamisesta: haastatteluin ja tekstein, valokuvin, videoin ja/tai piirroksin kuvitettu tallenne projektin vaiheista. Aineisto voi olla esillä esimerkiksi koulun verkkosivuilla tai sosiaalisessa mediassa ja sen voi esittää vaikkapa vanhempainillassa esimerkkinä koulun projektitöistä. Mikäli tallenne toimitetaan myös laitteiston sponsorille, laatikaa liitteeksi tiedot siitä, mihin tarkoituksiin koulun ulkopuoliset voivat tallennetta käyttää. Lisätietoa energiasta ja sen järkevästä käytöstä www.energiansäästöviikko.fi www.heikaikkitoimii.fi www. motiva.fi www.stek.fi www.pienenergia.com www.eneuvonta.fi www.lampputieto.fi Markkinointitoimet: aktivoi eri kohderyhmiä kokeilemaan sähkön tuottamista kuntopyörällä, voi toteuttaa esimerkiksi haastekampanjana tai luokkien välisenä kisana. Mediatiedottaminen: vinkatkaa paikallislehdelle tai -radiolle projektista kirjoittamalla lehdistötiedote tai kutsumalla toimittaja seuraamaan laitteiston kokoamista. Mediatiedottamista voi tehdä myös yhdessä sponsorin kanssa. Motiva Oy tuottanut oppaan. 9