Grundlagenfrage zur Wellenauslegung H-Darrieus

Hallo Miteinander,

ich bin hier neu und habe mich mal die letzten Tage mit einem H-Darrieus beschäftigt.
Allerdings habe ich innerhalb des Forums noch nichts zum Thema Wellenauslegung gefunden. Bzw einige links sind schon da, allerdings jetzt ungültig.
Da ich mich erstmal mit den Grundlagen beschäftigen will, bin ich an der Auslegung hängen geblieben.
Nun mein erster Ansatz wäre jetzt Aufgrund der Fliehkraft die reultierenden Kräfte auf die Welle zu bringen. Ich bin mir jetzt nur nicht ganz sicher, ob ich dies dann als reine Wellenbelastung ansetzen kann.
Hat hier jemand schon konkrete Berechnungen in diesen bereich durchgeführt?

Wenn das Thema Darrieus-Rotor ganz neu für Dich ist, nützen Dir sicherlich ein paar grundsätzliche Tips:

Die Achsauslegung hängt in jedem Fall davon ab, wo und wie Du den Rotor lagerst. Bei der Einpunktlagerung zahlt es sich aus, den Rotor minimal oberhalb seines innen liegenden Schwerpunktes etwas über der genauen Mitte zu lagern, also nicht genau in der Mitte. Der Fliekraft alleine wegen wäre die genaue Mitte zwar ideal, aber auf der anderen Seite ist es der Winddruck und die daraus folgenden Wechselwirkungen, die das Lager und die Welle belasten.

Bisher habe ich noch keine Erklärung dafür gefunden, warum bei Sturm havarierte Flügel grundsätzlich in der oberen Hälfte nach außen abbiegen oder gar brechen, es ist aber ein eindeutiger Hinweis darauf, dass oben die Belastung aus Windruck/Wechselwirkung stärker als in der zum Boden gerichteten Hälfte sein muß. An ungleichmäßig verteilter Fliehkraft kann es ja nicht liegen, wenn der Rotor genau mittig aufgehängt ist.
Eine andere Möglichkeit ist es, den Rotor zweipunkt zu lagern, also oben und unten, was dann wiederum Vorteile durch besser verteilte Belastung der Achse und Lager bringt. Bei Abweichungen von diesen Konstruktionsvorgaben müßte dann Achse und Lager entsprechend stärker ausfallen.
Bei Kleinwindanlagen, vor allem bei Bastlern ist es schon eher selten, dass die Achsstärke nach allen Regeln der Kunst berechnet wird. Man müßte nicht nur die maximal möglichen Belastungen kennen sondern auch ein wenig die Materialkunde zuhilfe nehmen da Stahl nicht gleich Stahl ist.


Unter Bastlern gibt es für Kleinwind- Horizontalläufer, die ja recht hohen Achsbelastungen durch Fliehkraft und Auslenken des schnelllaufenden Rotors in unterschiedliche Windrichtungen ausgesetzt sind eine über den Daumen gepeilte Regel, die besagt, dass die Achsstärke mindestens 1/100 stel des Rotordurchmessers betragen sollte: Ein Mehr kann nicht schaden, darunter wäre bald schrottreif. Das gilt auch für Darrieus-Rotoren, nur würde ich dort wegen möglicher Hebelwirkungen z.B. bei der Einpunktlagerung - selbst dann, wenn diese genau austariert ist - die Achstärke z.B. bei 1 m Durchmesser idealerweise bei 15 mm - 20 mm ansetzen.

Ich habe noch nie mein Glück mit Berechnungen der Lasten versucht, schon weil es bei meinen unzähligen Versuchsmodellen in kleinem Maßstab nicht so sehr ins Gewicht fällt, wenn die Abmessungen zu schwach sind. So ein Vorgehen nach Gefühl kann man nicht als professionell bezeichnen, aber andererseits konnte ich bei der Gelegenheit Beobachtungen, wie die an den Flügeln, die bei hoher Belastung nur im oberen Rotorbereich von Fliehkraft und Winddruck nach außen hin abklappen, machen und daraus Schlüsse ziehen. Wenn ich mir die gängigen Rotortypen auf dem Markt betrachte, dort findest Du die Umsetzung des Vorschlags der Einpunktlagerung minimal über dem Rotormittelpunkt nirgends. Andererseits mache ich selber an kleinen Modellen schon gute Erfahrungen damit und werde bisher dafür eher nur belächelt als ernst genommen.

So wie Du es sagst, ist eine Hohlachse wegen der weit besseren Torsionssteifigkeit des größeren Durchmessers vorteilhaft. Man kommt auch preislich und vom Gewicht her mit weit weniger aus. Die Wandstärke eines solchen Rohres würde ich allerdings nicht nur auf Belastung sondern auch auf so schnöde Kriterien wie Schlagfestigkeit und Verwitterung, Rost etwa oder (schlimm bei wechselnd feuchter Witterung) elektrolytische Materialablösung hin auswählen. 1mm Wandstärke mag der Belastung zwar standhalten, aber.......

Ja, es gibt noch mehr Faktoren als nur die Fliehkraft und die Wechsellast durch Winddruck. Den wenigsten Kennern der Darrieus-H-Rotoren ist es bewußt, dass der H-Rotor wie die meisten Vertikalläufer einen beachtlichen Magnuseffekt - abhängig von der jeweiligen Drehzahl entwickeln kann. Hinzu kommen die Belastungen, die sich erst spät mit Materialermüdung bemerkbar machen können, Schwingungen durch Wechselwirkung aus Druck und Zug und jeweilige Hebelkräfte.......

Ich selber bin Laie, was das Berechnen solcher Faktoren betrifft. Dahingehend müßte Dir jemand anders weiterhelfen.

Ach so, noch etwas: Falls Du eine Einpunktlagerung ganz unten am Rotor planst, damit verschenkst Du viel Stabilität. Die professionellsten Anlagen auf dem Markt lagern in der Rotormitte und lassen die Streben V-förmig von dort aus nach den oberen und unteren Befestigungspunkten an den Flügeln laufen, nicht ganz an den Flügelspitzen sondern auf ungefähr 1/3 bis 1/4 Flügellänge darunter bzw. darüber.