Von Menschen betriebener Luftkompressor und Energiespeichersystem

Von Andy Lagzdins, ursprünglich veröffentlicht vom Low-Tech Magazine

15. August 2023

Andy Lagzdins baute und dokumentierte einen Luftkompressor mit Pedalantrieb, um die Elektrowerkzeuge in seiner Motorradwerkstatt zu betreiben.

Wenn ich mich in meiner Motorradwerkstatt umsehe, sind überall Druckluftwerkzeuge zu finden. Von Handwerkzeugen wie Schlagpistolen, Schleifmaschinen, Scheren, Sägen und Schleifmaschinen bis hin zu Großgeräten wie einer Sandstrahlkabine und einer Reifenmaschine; Luft ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Bewältigung verschiedenster Aufgaben.

Der Luftkompressor, den ich seit den 1990er Jahren verwende, verwendet einen 220-V-Elektromotor mit 7 PS, um eine zweistufige Luftpumpe mit 800 U/min anzutreiben, die den 80-Gallonen-Tank in etwa fünf Minuten auf 150 psi füllt. Es war eine so zuverlässige Maschine, dass ich kaum noch darüber nachdenke. Erst bei einem Stromausfall wird mir klar, wie sehr ich auf eine jederzeitige Druckluftversorgung angewiesen bin.

In einer sich schnell verändernden Welt, in der kostengünstige und zuverlässige Energie für die Zukunft keine Selbstverständlichkeit mehr ist, habe ich mir vorgenommen, ein System zu bauen, mit dem ich meine Lufttanks ohne Strom oder Kraftstoff füllen kann. Mein Design würde frei von jeglicher Elektronik sein und bei minimalem Wartungsaufwand sollten die Komponenten ein Leben lang halten. Ich wollte so viele gebrauchte Teile wie möglich verwenden, um die Kosten zu senken und Recycling und Wiederverwendung anzuregen.

Die erste Aufgabe bestand darin, einen Lufttank zu finden. Ich habe einen 80-Gallonen-Luftkompressor von Ingersoll Rand gefunden, der 1952 hergestellt wurde. Ich habe die Luftpumpe und den Elektromotor entfernt. Die ursprüngliche Luftpumpe wurde durch eine neue Speedaire-Einheit ersetzt, die für 115 psi ausgelegt ist und normalerweise einen ½-PS-Motor benötigt, um sie anzutreiben. Die Pumpe wird oben am Lufttank mit einer Stahlplatte montiert, die mit der Original-Motorplatte verschraubt wird.

Anstelle des Elektromotors habe ich eine massive Stahlwelle auf selbstzentrierenden Stehlagern installiert. Auf dieser Welle befinden sich drei 20-kg-Kompressorriemenscheiben, die als Schwungräder für einen reibungslosen Betrieb dienen. Diese Riemenscheiben haben eine Bohrung von 1 ⅜ Zoll und einen Durchmesser von 16 Zoll. Ein einzelner Keilriemen der 4L-Serie verbindet die Schwungradwelle mit der Luftpumpe.

Bild: Kompressor und Kompressorriemenscheiben als Schwungräder. Foto von Andy Lagzdins.

Bild: Massive Stahlwelle mit drei Kompressorriemenscheiben als Schwungräder. Foto von Andy Lagzdins.

Als nächstes stand die Suche nach einer menschlichen Energiequelle zum Drehen der Schwungräder auf der Tagesordnung. Ich habe ein Schwinn-Heimtrainer aus den 1970er Jahren gefunden, das sehr gut aus fast allen Stahlkomponenten gefertigt war. Ich habe es auf das Nötigste reduziert und anstelle des ursprünglichen Speichenrads eine Sturmey Archer Achtgang-Fahrradnabe mit Innenschaltung eingebaut. Diese Nabe verfügt über einen Übersetzungsbereich von 1:1 bis 3,25:1 und der Gangwechsel erfolgt über einen Wahlschalter am Lenker.

Um die Kraft des harten Tretens zu bewältigen, wurde die Kurbelbaugruppe durch röhrenförmige Kurbelarme aus Cr-Mo-Legierung, abgedichtete Lager und Plattformpedale eines BMX-Rennrads ersetzt. Der Lenker und der Vorbau wurden durch Cr-Mo-Komponenten ersetzt, um die Biegung bei hartem Einsatz zu minimieren, und für die Zuverlässigkeit werden die hochwertigsten 1/8-Zoll-Fahrradketten verwendet.

Zu diesem Zeitpunkt wurden das Fahrrad und der Lufttank zueinander ausgerichtet und in der richtigen Position auf 6 x 6 Zoll großen behandelten Holzrahmen montiert. Das Ausgangskettenrad des Fahrrads wird über eine weitere Kette mit einem ähnlichen Kettenrad am Ende der Schwungradwelle verbunden, und das Antriebssystem ist nun fertig.

Bild: Ein Schwinn-Heimtrainer aus den 1970er Jahren. Die Kurbelbaugruppe wurde durch röhrenförmige Kurbelarme aus Cr-Mo-Legierung, abgedichtete Lager und Plattformpedale eines BMX-Rennrads ersetzt. Foto von Andy Lagzdins.

Bild: Sturmey Archer Achtgang-Fahrradnabe mit Innenschaltung. Foto von Andy Lagzdins.

Um den Luftstrom zu steuern, habe ich ein zweistufiges System eingebaut. Ein 10-Gallonen-Tank und der 80-Gallonen-Tank verfügen über separate Ventile, sodass ich jeden einzeln oder beide zusammen füllen oder Luft von einem Tank zum anderen übertragen kann. Manometer an jedem Tank dienen zur Überwachung des Drucks. Wenn der große Tank zum ersten Mal gefüllt ist, erhöhe ich ihn auf 50 psi, indem ich ihn direkt von der Luftpumpe speise. An diesem Punkt fange ich an, den kleinen Tank von selbst auf bis zu 100 psi zu füllen und ihn dann in den großen Tank zu schütten.

Das Achtganggetriebe unterstützt den Füllvorgang erheblich. Bei niedrigem Tankdruck kann das Fahrrad in höheren Gängen gefahren werden. Wenn der Druck im Bereich von 70–100 psi liegt, werden die unteren Gänge verwendet, um den Widerstand der Luftpumpe zu überwinden.

Um die leeren Tanks auf 100 psi zu füllen, sind etwa eine Woche lang 5-10 Tretsitzungen pro Tag erforderlich. Wenn ich im Laden beschäftigt bin, ist es tatsächlich eine schöne Möglichkeit, für eine Weile auf das Fahrrad zu steigen, um den Kopf frei zu bekommen, und bei kaltem Wetter wärmt es mich und bringt meinen Blutkreislauf in Schwung. Ich kann den niedrigen Gang einlegen und in die Pedale treten, während ich telefoniere oder Musik höre.

Wenn ich in die Pedale treten muss, um die Druckluft zu erzeugen, kann ich mich wirklich darauf konzentrieren, bei der Verwendung von Werkzeugen keine Luft zu verschwenden. Es ist außerdem wichtig, sicherzustellen, dass keine Lecks vorhanden sind, indem alle Anschlüsse ordnungsgemäß abgedichtet werden.

Bild: Druckluft-Elektrowerkzeuge. Bild von Andy Lagzdins.

Die am stärksten verschleißanfälligen Teile dieser Maschine sind die Luftpumpendichtungen, der Antriebsriemen und die Antriebsketten, die Kettenräder und der einzelne Gummischlauch. Ich halte Ersatzteile dieser Artikel bereit, um einen störungsfreien Betrieb über Jahre hinweg zu gewährleisten. Alle Wartungs- oder Reparaturarbeiten können mit einfachen Handwerkzeugen durchgeführt werden und alle Teile sind wartungs- und wiederaufbaubar.

Ein zusätzlicher Vorteil der Nutzung von Druckluft zur Energiegewinnung sind die geringen Kosten von Druckluftwerkzeugen. Der aktuelle Trend geht hin zu mehr batteriebetriebenen Geräten, sodass die Menschen ihre „veralteten“ Druckluftwerkzeuge verkaufen. Es gibt viele gebrauchte Luftkompressoren zum Verkauf, deren Motoren oder Pumpen defekt sind und die daher recht günstig sind. Es gibt ein gutes Angebot an gebrauchten Standfahrrädern; Höchstwahrscheinlich liegt es daran, dass Leute sie mit der Absicht gekauft haben, einen Trainingsplan zu starten, die Pläne aber nicht in die Tat umsetzen. Die nächste Änderung besteht darin, einen weiteren 80-Gallonen-Tank hinzuzufügen, um die Lagerkapazität zu erhöhen.

Zusammenfassend sind die Hauptvorteile des fahrradbetriebenen Luftkompressors folgende: Es ist keine externe Stromversorgung erforderlich, er kann jederzeit in abgelegenen Gebieten betrieben werden, er besteht größtenteils aus recycelten Komponenten, die leicht wieder aufgebaut werden können, und die Herstellung kostet nichts laufen. Die zusätzlichen Nebenwirkungen sind zahlreich und es entfalten sich immer mehr positive Effekte, wenn ich dieses Gerät verwende. Im Mittelpunkt der Ergebnisse stehen ein gesunder Körper durch das Treten und ein gesunder Geist durch das Denken über den Tellerrand hinaus.

Bild: Von Menschen betriebener Luftkompressor und Energiespeichersystem. Illustration von Andy Lagzdins.

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