Durchströmter Flügel ist besser als ein Profilflügel?

"Besser" is ja immer relativ. In Schwachwindgebieten kann ein C-Rotor durchaus mehr Ertrag bringen als ein flaches Profil. Dafür hast du bei stärkerem Wind mit wenig Verwirbelungen einen deutlich geringeren Ertrag. Im daswindrad-Forum haben sich einige Nutzer mehr mit dem Thema C-Flügler beschäftigt.

Lieber Gerd,

Das hoffte man seinerzeit.

Auch die Aussage, dass sich sowas bei stärker verwirbeltem Wind besser eignet, hat keiner nachgewiesen.

Wenn ich den Vögeln von meinem Balkon aus beim Fliegen zusehe, so hat da noch nicht einer irgendwelche Schwierigkeiten gehabt.
Die Verhältnisse sind sehr verwirbelt.
Wegen der Geschwindigkeitsreserve fliegen die auch im Windschatten noch ganz elegant,
und haben alle Auftriebs-Profile. Fledermäuse übrigens auch.

Wenn bei einer TSR 3 (Tip-speed-ratio; Schnelllaufzahl) selbst ein Wirbelteil sich mit dem Flügel bewegt, so sinkt die TSR partiell gerade mal auf etwa 2. Dem Flügel kommt also immer noch etwa doppelte Windgeschwindigkeit entgegen. Das reicht allemal.

Solche Anordnungen mit hauptsächlich Widerstands-Wirkung wie z.B. C-Rotor, Lenz und Wanda haben den Vorteil der einfachen Herstellung. Weiterhin können sie in Wohnnähe wegen der geringeren Drehzahlen eher geduldet werden. Der Kennlinien-Verlauf (größtes Drehmoment bei sehr kleinen Drehzahlen, danach abfallend) hat weniger Ansprüche an die Ankopplung von Generator und Last.
Dafür ist es schwierig, eine zuverlässige Sturmsicherung zu realisieren. Geht eigentlich nur eine mechan. Bremse, die aber trotz automatischer Auslösung ordentlich zupacken muss.
Der Wirkungsgrad als Leistungsfaktor C_p allein aerodynamisch ist nicht berauschend. Wie auch, wenn sich ne mächtige Wirbelschleppe im Nachlauf bildet.
Im Nachbarforum ist ne Bachelor-Arbeit veröffentlicht worden.
Auch wenn die dort gemessenen C_p von 0,11 bis 0,16 wohl der Kleinheit der Modelle geschuldet sind, so muss sehr genau hin gesehen werden, wenn Werte von über 20% gemeldet werden würden.

Wenn es mit VAWT (Vertical Axis Wind Turbines) im C_p wesentlich höher hinaus gehen soll, so kann ich nur zum Gesteuerten Darrieus raten. 35%, also 0,35 sind bei Deiner Größe erwartbar. Genaueres müsste man durch Simulation ermitteln.
Diese Bauart hier hat gewiss viel Potential, wenn auch der Autor momentan noch wesentlich zu viel Excentrizität vor gesehen hat, sonst wären die Glühlampen in der Gewitter-Bö vermutlich durchgebrannt. Nachweis und Vorschlg zur Abhilfe habe ich ihm per PN übermittelt. Die "hängenden Flügel" im Stand sind behebbar.

Beim Gesteuerten Darrieus sind die Nachteile des Ungesteuerten wie Anlaufschwäche und partieller Strömungsabriss behoben.
Die Herausforderung wie bei allen H-Darr. ist die Beherrschung der Fliehkräfte.
Als Sturmsicherung geht bis ca. 1 KW Nennleistung der Generator-Kurzschluss, evtl. in abgemilderter Form, sehr gut. Dadurch reißt die Strömung an den Profilen ab.

Was Dich an Windgeschwindigkeiten erwarten kann, dazu später. Dazu wäre eh eine Abschätzung des Jahresmittelwindes V_m an Deinem Standort hilfreich bis notwendig.

Fazit:
Wenn Du ein Windspiel im Sinn hast, gibt es einige Bauformen, die in der Savonius-Klasse spielen.
Wenn es zusätzlich auf deutlichen Leistungsumsatz und funktionierende Sturmsicherung an kommt, empfehle ich den Gesteuerten Darrieus.

Gruß vom Windfried

Hallo Jürgen!

Es qualmt manchmal ein wenig wenn die Teorie auf die Praxis trifft, aber in unseren Breiten mit Eis und Schnee im Winter würde ich niemandem zu den verschiedenen mechanisch komplizierteren nachgeführten Darrieus-Systemen raten. Schließlich leidet da auch die Statik, die Flügelaufhängungen sind schwerer zu beherrschen. Nichts gegen maximale Leistungsverhältnisse, aber bei einem Windrad spielt die Lebensdauer und Verfügbarkeit eine wichtige Rolle.

Von mir wurde oft angesprochen:
Der C-Flügel ist ein statisch nicht so stabiles Konstrukt wie das normale Darrieusprofil, leistungsmäßig liegt er etwa bei einem Cp 0,25 und darüber.
In kleinen Abmessungen gebaut ist er beherrschbar, aber bei einer Rotorgröße wie oben angesprochen: 2000mmX2500mm kann es knifflig werden.

Das bei mir beobachtete Problem, welches auch bei viel kleineren Modellen auftritt, ist der Umstand, dass sie dazu neigen, in ungebremsten Lauf bei starkem Wind durch Winddruck und Fliehkraft getrieben nach außen abzuwinkeln, im oberen Bereich weit stärker als unten! Das verteuert bei großen Modellen den Aufbau, wenn man die Probleme konstruktiv in den Griff bekommen möchte.

Ich habe einmal einen C- Rotor mit 2,4 Durchmesser gebaut, zunächst als Zweiflügler, bei dem dann nach einem Orkan beide Flügel V-förmig nach außen abwinkelten.

Nach einer Reparatur der Flügel durch Verstärkungsmaßnahmen baute ich nur noch einen Flügel dran mit Kontergewicht auf der gegenüberliegenden Seite.

Zu dieser Bauweise würde ich jedem raten, der einen größeren C-Rotor bauen will: Zum einen hat ein C-Rotor ein sehr hohes Drehmoment und kann die etwa 90° ohne Vortrieb im Umlauf leicht durch Schwungkraft überwinden und dann ist es verlockend, dass mit nur wenig Konstruktionsaufwand - 1 Flügel ist bedeutend weniger Aufwand - bei relativ wenig Einbuße an Wirkungsgrad sicherer gebaut werden kann.

Insbesondere weil der C-Fügel ein offenes Profil ist, welches gerade auch abgebremst bei Sturm von hinten angeströmt für häßliche Überraschungen sorgen kann, bringt ein einzelner Flügel, den man bei Sturm mit der Flügelnase in den Wind sicher fixieren (abbremsen) kann einen - für mich - entscheidenden Vorteil.

Wenn ich wieder einen größeren C-Rotor bauen würde, dann als Einflügler in Bodennähe mit einem sehr langen Tragarm m it relativ dazu geringer Flügelhöhe. Man hat dann eine geringe Schnelllaufzahl, aber sehr hohes Drehmoment, die Fliehkraft spielt dann eine weniger dramatische Rolle wg. der geringen Drehzahl des Rotors und ein ordentliches Übersetzungsgetriebe für erforderliche Generatordrehzahlen kann sich bei größeren Rotoren dann eher schon lohnen.

Bei langsamen Drehzahlen spielt also auch das Gewicht der Flügel keine so dramatische Rolle mehr, man könnte - etwas übertrieben - ein schweres Scheunentor zweckentfremden und als Leitfläche mißbrauchen. Ein Einflügler braucht relativ mehr Fläche und Vorflügelbreite, um sich den Leistungen von Mehrflüglern etwas anzunähern.

Wie gesagt, das sind Ergebnisse aus 30 Jahre praktischer Erfahrung. Wenn jemand auf andere Weise groß bauen will, bitte, ich halte niemanden davon ab, eigene Erfahrungen zu machen!

Wem die Optik nicht gefällt, es gibt genug Möglichkeiten, man kann sich ja für einen ganz anderen Bautyp entscheiden. Mir ist jedoch bisher noch kein Flügeltyp begegnet, der mit nur einem Flügel (bei verwirbelten Strömungsverhältnissen) vergleichbare Leistung und Vortriebseigenschaften im gesamten 380° Drehbereich bringt.

Abgesehen natürlich vom nachgeführten Darrieus, dem ich seine gute Leistung nicht abspreche. Vogel haben auch nachgeführte Flügel, Winfried. Der Vergleich bei Turbulenzen von Vögeln mit Windrotoren hinkt aber gewaltig. Vögel führen ihre Flügel mehrachsig nach.

@Winfried: Ich habe nicht vorrangig wegen dem angesprochenen Thema auf diesen Thread geantwortet sondern eher um Windikus zu grüßen, der sich hier im Forum sehr selten gemacht hat. Wie ich ja auch in letzter Zeit!

Von mir wurde zum C-Rotor nie gehofft oder behauptet, dass der C-Flügel jemals einen gleich hohen oder gar höheren Wirkungsgrad erreichen könne als das normale Auftriebsprofil. Finde ein Kommentar von mir in den Tiefen der Foren, in dem ich jemanden zu solchen Hoffnungen ermutigt hätte!

Meine Hoffnungen gingen und gehen von Beginn an dahin, dass sich die Vermutungen zu einem Leistungsbeiwert von cp 0,25 bestätigen und dass dieser durch die in den Forengemeinschaften - hier ja auch - und sonstwo erarbeiteten Verbesserungen bis auf höchstensl cp 0,3 gesteigert werden könnte.

Ein durchschlagendes Beispiel für Verbesserungen wäre die Erfindung von Windikus mit der Einleitfläche.

Diese Erfindung alleine würde den von mir erhofften cp 0,3 schon übertreffen, aber seine Erfindung ist nichts spezifisches für den C-Rotor, sie könnte locker auch bei Savonius und Lenz funktionieren.

Die Erfindung von Windikus ist alleinstehend und hat mit dem C-Rotor nur indirekt etwas zu tun. Herzlichen Glückwunsch Windikus, ich hoffe, dass Deine Idee auch von Leuten aufgegriffen wird, die an anderen Systemen arbeiten, Anwendungsziele gibt es genug, nur eben leider nur sehr wenige kreative Konstrukteure, die noch unbekannte Kombinationen ausprobieren wollen....

Nicht nur wegen der gesteuerten Strömungseinleitung, auch wegen der Windfahne, die die Turbulenzschleppe hinter dem Rotor wie ein "Splitterplate" (ein aus der Luftfahrt bekanntes Element zu diesem Zweck) hinter dem Rotor sauber auflöst, ist die Erfindung von Windikus eine hoch interessante Kombinationsmöglichkeit für Entwickler von Windkraftanlagen.

Auch ohne die wegweisende Erfindung von Windikus mit seiner nachgeführten Einleitfläche würden alle sonstigen Verbesserungen, die von uns allen direkt am C-Rotor gemacht wurden die Vermutung rechtfertigen, das mehr als cp 0,2 drin sind. Die BA legte doch mögliche cp 0,25 nahe oder etwa nicht?

Ich selber habe mit dem C-Profil konsequent immer nur einen Ausweg für bestimmte Situationen aufgezeigt, in denen Standortbedingungen für die Standard-Profile ungünstig sind und wo man das wenige, was mit entsprechenden Mitteln noch drin ist, einfahren möchte.

Es ging mir darum, Lösungen für bestimmte Probleme zu finden und nicht darum, andere Techniken zu bekämpfen.

Beispiel: Hier im Forum hat mal jemand eine gekauften Darrieusrotor nicht in Gang bringen können, weil seine Standortbedingungen schlecht waren. Nachdem er von mir den Rat bekommen hatte, einfach einen C-Vorflügel auf das schmale Darrieusprofil aufzubringen, lief sein Rotor endlich!

Das sind die Lösungen, die mir Spass machen.



Zur Sache: Jemand möchte hier jetzt einen Vertikalläufer mit bescheidenen Mitteln selber bauen. War`s das nicht? Ein Normalprofil kommt wegen der Kosten für ihn nicht in Frage. So habe ich das jedenfalls vorne gelesen.

Das ginge aufgrund der einfachen Bauweise sowohl mit einem Savonius, einem Wanda, einem Lenz oder eben auch mit einem C-Rotor.

Beim C-Rotor jedenfalls rate ich bei größeren Abmessungen wie die angesprochenen 2m x 2,5m zum Einflüglermodell, ich würde allerdings, um möglichst viel Drehmoment auf die Achse zu bekommen und um die Lastwechselfrequenz klein zu halten, den Rotordurchmesser noch viel größer und die Flügelhöhe bedeutend kleiner machen, z.B. 5 m Durchmesser bei 1m Flügelhöhe. Das Gewicht spielt dann keine so große Rolle, die Fliehkraft hält sich bei langsamer Drehung in beherrschbaren Grenzen. Es kann dann auch ein schwerer z.B. aus Brettern und Blech zusammengebauter stabiler Flügel, z.B. auf einer Fahrzeugachse an einem stabilen Tragarm umlaufend sein. So ein Trumm würde natürlich besser auf einen Bauernhof passen als in den Vorgarten, aber das ist ein anderes Thema. Der Dorfschmied kann es bauen oder reparieren, darauf kommt es unter Umständen an.

Eine Unwucht darf sich bei einem mit einem Kontergewicht gut austariertem Einflügler nur durch den Winddruck und Wechsellast ergeben. Diese verbleibende Unwucht ist bei langsam laufenden Modellen beherrschbar.

Wechsellast und Fliehkraft sind bei schnelllaufenden Rotoren viel gefährlicher als bei langsam drehenden, ein riesiger Durchmesser bei relativ dazu kleiner Flügelhöhe bringt den Unterschied, die kurze Flügelhöhe soll der ansonsten anfälligeren Statik des Flügels entgegenkommen.

Man setzt also auf extrem hohes Drehmoment anstelle von hohen Drehzahlen! Was mit dem Savonius geht (übersetzungsmäßig) geht mit dem C-Rotor locker auch.

Wer es lieber mit einem Zweiflügler versuchen will, weil beim Einflügler sowieso ein Tragarm für das Kontergewicht vorhanden sein muß, sollte dringend für eine Sturmbremse sorgen und noch extra auf stabile Bauweise achten weil im Sturm dann auch im Stand immer einer der Flügel ungünstig so angeblasen wird wie bei einem Spaziergänger mit zur Strömung offenem Regenschirm!

Womit bei der Gelegenheit auch das Problem bei Drei, Vier und sonstigen Mehrflüglern angesprochen wird. Auch abgebremst entwickeln Sie im Sturm noch sehr hohe Belastungskräfte.