Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

Befestigung und Standsicherheitsnachweis für eine Dachmontage
 
danile
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Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 04.04.2012 - 20:44 Uhr  ·  #1
Hallo,

Für meine 2,2m Anlage, die auf dem Dach montiert werden soll, wollte ich wissen, ob es sowas wie einen Standsicherheitsnachweis gibt. Im Buch von Horst Crome gibt es so einen Nachweis für Anlagen mit Fundamenten, aber auf eine Dachmontage wird nicht näher eingegangen. Der Mast wird eine Länge von 4m haben. Der Rotor hat eine Fläche von 3,7m². Geschätztes Gewicht der Gondel, dem Rotor, Traglager und dem Generator: 35kg. Die ungefähren Abmessungen der Gondel: 50cmx40cmx30cm.
Wie sieht ein Mastfuß einer Anlage, die für eine Dachmontage bestimmt ist, aus? Wie wird der Körperschall bei der Ausbreitung am besten gemildert?
Als Mast denke ich an einen freistehenden Mast aus verzinktem Stahlrohr. Welche Wandstärkte sollte dieser haben und welchen Außendurchmesser?

Gruß
Dani
dig-it
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 04.04.2012 - 21:42 Uhr  ·  #2
In meinen Augen kann es da keinen Standartsicherheitsnachweis geben. Die Dachkonstruktionen
sind dafür zu unterschiedlich. Auch eine effektive Körperschall-Entkopplung hängt stark von den
jeweils erzeugten Frequenzen ab. Ich würde auf jeden Fall schon einmal den geplanten Mast schallisolierend
ausschäumen.

Ich persönlich würde mir auch genau überlegen, ob ich auf meinem Dach etwas installiere, das
möglicherweise Vibrationen erzeugt. Dachfirst-Steine und Vetten sind meist in Zementlager gebettet.
Die ertragen das womöglich nicht unbeschadet. Und ich vermute auch mal, dass Dachziegel das
nicht wirklich auf die Dauer mögen. Zudem müssen Bohrungen perfekt gegen Nässe abgesichert werden...

Ich würde mir, wenn möglich, eine vergleichbare Anlage zuvor mal irgendwo anhören/ansehen.
Wie ich aus eigener Erfahrung weiß, gewöhnt man sich an manches - aber eben nicht an alles...

Dieter
danile
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 04.04.2012 - 22:12 Uhr  ·  #3
Danke für die Antwort, Dieter!

Reicht es nicht, die Mastbefestigung zu kapseln? Habe mal gehört, es können Kabelisolierungen verwendet werden. Die Gondel wird auf jeden Fall schallgedämmt sein. Durch den Mast könnte man bestimmt ein Vlies oder ähnliches durchziehen. Aber wie dick muss der Mast sein und wie groß die Mastbefestigung?

Dani
Uwe Hallenga
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 05.04.2012 - 07:38 Uhr  ·  #4
Selbstverständlich kann ein Statiker den Festigkeitsnachweis führen und ausrechnen was für Abmessungen der Mast haben muß und ob der Dachstuhl die Lasten (speziell die Horizontalen bei Sturm) abtragen kann.
4m aus dem Dach heraus und 2m Rotordurchmesser sind ja auch schon eine ordentliche Ansage und das mit dem Hebelpunkt am Dachgebälk ist schon heftig bei der Anlagengröße. Bei einem normalen üblichen Dachgebälk wird das ohnen deutliche Verstärkung schon nicht mehr gehen, da diese für so große Lasten nicht ausgelegt sind. Was nicht so einfach zu lösen ist die Schwingungsproblematik (nicht der Blätter sondern des Generators) Aber dazu ist ja hier auch schon einiges im Forum zu geschrieben worden.


Wenn es eben geht würde ich darauf verzichten und lieber neben dem Gebäude bauen ganz speziell wenn es sich um ein Wohngebäude handelt in dem Menschen oder Tiere schlafen (wollen).

Gruß Uwe
danile
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 05.04.2012 - 10:01 Uhr  ·  #5
Ich hätte noch die Möglichkeit, die Anlage auf dem Dach der Garage zu bauen, aber dort wirft sie um die Mittagszeit Schatten auf den Balkon und im Winter ins Wohnzimmer. Darum müsste ich die Anlage während dieser Zeit abschalten und das würde Leistungseinbußen bedeuten.
Könnte man die Kräfte auf das Dachgebälk mit einer Abspannung etwas mildern? Die Kippmomente würden so ja etwas verteilter wirken.

Gruß
Dani
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 05.04.2012 - 11:53 Uhr  ·  #6
Sicherlich würde eine Abspannung die Drehkräfte, die auf den Firstbalken wirken, verringern. Gleichzeitig aber den Druck, der auf diesen wirkt, erhöhen. Außerdem würde in meinen Augen diese Abspannung vom oberen Mastende zu den vier Hausecken Dein Anwesen sicher nicht verschönern. Und neben den von Uwe angesprochenen Schallemissionen, die auf das Haus einwirken, riskierst Du an den Abspannkabeln auch noch Windgeräusche, die sich auf den Dachkorpus übertragen. Eine Windharfe sozusagen.

Ich würde ehrlich gesagt keinen solchen Aufwand betreiben und das Risiko eingehen, den Wohnkomfort meines Hauses einzuschränken, nur um ein paar hundert kw/h im Jahr zu produizieren. So "ehrenvoll" das auch vom Ansatz her sein mag...

Dieter
danile
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 05.04.2012 - 12:59 Uhr  ·  #7
Dann werde ich das Windrad eben auf meine Garage bauen müssen. Doch zum Test, wenns denn fertig ist, werde ich es erstmal auf einer freien Fläche ausprobieren und schauen, wie laut es ist. Vielleicht riskiere ich es dann doch, es auf das Dach zu bauen.
Uwe Hallenga
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 05.04.2012 - 14:22 Uhr  ·  #8
Da sei dann noch angemerkt, das das mit dem "Test im freien Gelände" für die Akkustik leider nur zum Teil was bringt. Die meisten Geräusche werden erst hörbar und laut sobald ein Bebäude als Resonanzkörper mitschwingen kann.

Manchmal reicht aber auch ein lustig anmutender Versuch für den ersten Eindruck: Die Windanlage steht im Freien und es bläst ordentlich. Die Windanlage selbst macht vielleciht gar nicht so viel Krach, aber mit den Fingern am Mast ist das Vibrieren deutlich zu spüren. Wenn man nun eine Holzkiste nimmt (diese Curver-Platikkisten gehen nicht so gut) und drückt diese kräftig gegen den Mast wird man überrascht sein, was einen da plötzlich entgegen brummt......
:police:


Gruß Uwe
danile
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 05.04.2012 - 15:22 Uhr  ·  #9
Wenn man im Traglager schon Kabelisolation nimmt und im Mast etwas Vlies befestigt, könnte der Schall etwas gemildert werden. Dies werde ich dann mal versuchen ;-) . Wenn dies dann klappt, kann ich ja immernoch über eine Dachmontage denken. Vorerst werde ich die Anlage auf das Garagendach bauen.
danile
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 13.06.2012 - 21:43 Uhr  ·  #10
Welche Dicke sollte der Mast haben, wenn er 8m lang sein soll? Ich denke so 10-15cm mit 8-10mm Wandstärke? Die Montage soll ohne Abspannung erfolgen.
Menelaos
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 13.06.2012 - 22:13 Uhr  ·  #11
das kommt wohl auch ganz darauf an was später an Gewicht drauf kommt und wie groß die WIndlastfläche ist...
danile
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 14.06.2012 - 12:20 Uhr  ·  #12
Sorry, ich habe gestern den Beitrag geändert, aber vergessen zu speichern.

Die Windlast auf den Rotor beträgt etwa 1,85kN. Multipliziert mit 8m ergibt das etwa 14,3kNm.
Die Windlast auf den 10cm breiten Mast beträgt etwa 0,37kN, multipliziert mit 4 (8m/2) ergibt es etwa 1,5kNm Kippmomente, also 15,8kNm gesamt.
Der Gondel wird etwa 50kg wiegen.
Als Befestigung am Boden dachte ich an eine kreuzförmige Stahlkonstruktion, ähnlich wie ein Kreuzfundament. So ist die Anlage in alle vier Richtungen sicher und ich verbrauche wenig Material.

Gruß
Dani
danile
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 14.06.2012 - 18:31 Uhr  ·  #13
Hält der Mast dies aus?
danile
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 20.06.2012 - 08:39 Uhr  ·  #14
Die Formel, die ich zur Berechnung der Kräfte auf den Rotor angewandt habe, lautet F= 8/9 (Betzscher Wert) * ARotor * 1,25kg/m³ * 0,5 * (30m/s)². Diese Formel ist aus dem Buch von Horst Crome.
Erdorf
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 20.06.2012 - 10:10 Uhr  ·  #15
Hallo Daniele,

Zitat
Hält der Mast dies aus?

So konkret wird dir das keiner beantworten wollen.

Die kannst das ja mal selbst abschätzen:
Stichwort: axiales Flächenträgheitsmoment z.B. auf wikipedia erläutert.

In der Theorie recht komplex, für übliche Geometrien sind die Formeln schon in Tabellen ermittelt.
Damit kann man die Spannung des Werkstoffes für den 'Kreisring' (theoretische Schnittfläche) ausrechnen.
Die Spannung, eines zylindrischen Masten, ist unten, in der letzten Einspannung, am größten.

Vergleicht man die maximale Spannung mit dem maximal zulässigen Wert für den Werkstoff
(ohne bleibende Verformung, im elastischen Bereich), erhält man den Sicherheitsfaktor.
Soweit ich weiß muss der Sicherheitsfaktor min. 10 sein, wenn direkt Menschenleben gefährdet sein können.

Das alles gilt dann 'nur' für den Mast und nicht für das 'Fundament', bzw. die Befestigung des Masten.


Gruß Frank
Menelaos
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 20.06.2012 - 16:16 Uhr  ·  #16
nun sollte man aber auch noch bedenken dass der Winddruck auf die Anlage stark davon abhängt wie groß ihre Leistungsaufnahme ist. Da der Wirkungsgrad nach Beta maximal knapp 60 % erreichen kann und in der Regel bei Kleinwindanlagen nie über 50% geht, kannst du auch getrost nur 50 Prozent der Fläche ansetzen...oder eben normal rechnen und hast deinen Sicherheitsfaktor von 100 Prozent schon mit drin.

Läuft die Anlage im Stall oder dreht zu schnell, so sinkt der Wirkungsgrad und der "Luftdurchlass" wird größer.

Das aber nur mal so zur Praxis...ein Statier wird da anders rangehen und die Rotorfläche als Scheibe betrachten.

Gruß
Max
Erdorf
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 20.06.2012 - 17:20 Uhr  ·  #17
Hallo Max,

Zitat
Die Formel, die ich zur Berechnung der Kräfte auf den Rotor angewandt habe, lautet F= 8/9 (Betzscher Wert) * ARotor * 1,25kg/m³ * 0,5 * (30m/s)². Diese Formel ist aus dem Buch von Horst Crome.


Wenn ich die oben genannte Formel sehe: "8/9 (Betzscher Wert)" dann wären dass 53,33 %.
Das kommt dann ziemlich genau auf deine genannten 50 % aus oder mache ich einen Denkfehler?

Die Rotorfläche als Scheibe zu betrachten (100%) wird oft erwähnt,
man bekommt dadurch eine nicht ermitteltet Sicherheit, die man nicht angeben kann, weil eben nicht ermittelt.

Ich würde zunächst so genau wie möglich rechnen, so denn die Rechnung korrekt anwendbar ist.
Zum Schluss dann die Sicherheitsfaktoren ermitteln.
Anders geht es natürlich auch ...
Letztendlich ist ja jeder selbst in der Verantwortung.

Gruß Frank
Erdorf
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 20.06.2012 - 17:37 Uhr  ·  #18
Hallo Daniele

Zitat
Die Windlast auf den Rotor beträgt etwa 1,85kN. Multipliziert mit 8m ergibt das etwa 14,3kNm.


Das ist schon eine Menge, zur besseren Vorstellung:

1,85kN entsprechen ca. 185 Kg.
Du brauchst einen Mast, den man, wenn er waagerecht eingespannt wäre,
mit 185 Kg (zwei Männer) bei 8 Metern senkrecht belasten kann ohne
das der Mast sich bleibend verformt oder gar bricht.

Ganz fies, wenn die zwei Männer auch noch schwingen ...

Gruß Frank
Menelaos
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 20.06.2012 - 18:20 Uhr  ·  #19
Zitat
Wenn ich die oben genannte Formel sehe: "8/9 (Betzscher Wert)" dann wären dass 53,33 %.
Das kommt dann ziemlich genau auf deine genannten 50 % aus oder mache ich einen Denkfehler?


Ja, mag sein dass das da schon mit eingebaut ist...

Zitat
1,85kN entsprechen ca. 185 Kg.


Bei welcher Windgeschwindigkeit ist das der Fall?

Gruß
MAx
danile
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Re: Standsicherheitsnachweis für Dachmontage

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Gepostet: 20.06.2012 - 19:21 Uhr  ·  #20
Dies ist bei etwa 30m/s der Fall. Im Buch von Horst Crome wird glaube ich zwischen 35 und 40m/s gerechnet.
Mit welcher Windgeschwindigkeit soll denn gerechnet werden und soll ich nun mit der halben Rotorfläche rechnen?
Wenn ich die Hälfte der Rotorfläche nehme, dann erhalte ich bei 40m/s etwa 1,9kN.

Ich habe die Spannung einmal im CAD-Programm simuliert. Die maximale Hauptspannung Tensor beträgt 1,222*10^8N/m². Ein Mast mit 8m Länge, 130mm Außendurchmesser und 10mm Wandstärke würde sich dann also um 112mm verbiegen.
Ein Mast mit 8m Länge, 120mm und 10mm Wandstärke würde sich um 122mm verbiegen und die Hauptspannung Tensor läge dann bei 1,03*10^8N/m².

Bei beiden habe ich 1900N Schub am Ende des Masts, 500N senkrecht zum Mast durch das Gewicht der Gondel, 1000N durch den Mast und 650N Druck auf den Mast. Der Druck ist etwas überdimensioniert, ist hier aber auch nicht wirklich wichtig, da es nur eine Abschätzung ist. Das Gewicht des Masts habe ich auf 100kg geschätzt.

Die Durchbiegung wird aber nicht so stark ausfallen, da ich je nach Positionierung in 1,3m Höhe ebenfalls nochmal Halt durch den Giebel habe.

Gruß
Dani
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