Festigkeit von Widerstandsläufern

Speziell: Ohne Festbremsung im Sturm, möglich oder nicht?
 
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht:
Alter: 64
Beiträge: 711
Dabei seit: 05 / 2006
Betreff:

Festigkeit von Widerstandsläufern

 · 
Gepostet: 11.04.2014 - 11:48 Uhr  ·  #1
Eine spezielle Aufgabenstellung - ich nenne es mal "WKA für die hohle Gasse" hat dazu geführt, dass ich mich mit Wid.-Läufern beschäftigt habe. Speziell geht es um Ausfüllen einer Fläche von höchstens 1 m Breite und 2 m Höhe mit einer WKA.
Nur gut, dass ich mich erst recht spät daran erinnert habe, das man das auch mit einem Darrieus-Läufer machen kann, sonst wäre der Beitrag möglichwerweise garnicht erschienen. 8-)

Allerdings hat mich auch persönlich interessiert, ob es zur Sturmsicherung möglich ist, ab einer zu definierenden Betriebssituation einfach sämtliche Last zum Schutz der Elektrik „ab zu werfen“, und den Wid.-Läufer im Leerlauf weiter drehen zu lassen, auch bei Sturm.
Die Antwort schon mal vorweg genommen: Zumindest bei den untersuchten Konstruktionen wäre es höchst riskant!

Das gilt selbst bei der gewählten höherfesten Al-Legierung, die gewiss nicht auf Schrottplätzen zu finden ist. Da hat man meistens nur AlMnSi 0,5 0der gar AlMn 3 mit Zugfestigkeit lediglich max. 250 N/mm², meist aber darunter.
Bei solcher Material-Rekrutierung ist automatisches Festbremsen ab Nenndrehzahl für ca. 12 m/s dringend geboten!

Offensichtlich gilt auch für Wid.-Läufer, dass ähnlich wie beim H-Darrieus die Flieh-kräfte den Hauptteil der Belastung ausmachen.
Deshalb wurden Bauarten mit ebenen Blechflächen nahezu senkrecht zur Fliehkraft, insbes. wenn sie sich weit vom Drehzentrum entfernt befinden,
wie z.B. beim Lenz-Rotor, garnicht erst untersucht.

Als Blechstärke wurde 1,5 mm nicht überschritten. Auch so sind die Konstruktionen schon schwer genug, mindestens doppelt so schwer wie Anlagen mit Auftriebs-Nutzung.
Versuche mit 2 mm Blech könnten allerdings folgen, dsw. eine Simulation einer festgebremsten Anlage in der 50-Jahres-Bö.

Die hier angesetzte minimale Windzone mit vm lediglich 4 m/s ist übrigens bezüglich Windnutzung unwirtschaftlich. Deswegen ist sie der Antennen-Technik entlehnt, weil in den Regelwerken für Klein-WKAs nicht vorhanden.

Zitieren, auch "Kopier-Zitieren" aus dem Anhang ist mit Quellenangabe natürlich erlaubt. Vor Verwendung ganzer Kapitel, insbes. zu wirtschaftlichen Zwecken bedarf es meiner Einwilligung.

In Vorbereitung dieser Konstruktionen und FEM-Simulationen ist ein Grundlagen-Beitrag zu Wid.-Läufern von mir erschienen.



Grüße, W.
Anhänge an diesem Beitrag
Dateiname: Wid.-Läufer_Simulati … keit.pdf
Dateigröße: 2.08 MB
Titel:
Information:
Heruntergeladen: 353
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 54
Beiträge: 659
Dabei seit: 12 / 2013
Betreff:

Re: Festigkeit von Widerstandsläufern

 · 
Gepostet: 12.04.2014 - 18:49 Uhr  ·  #2
Hallo Winfried
Schöner informativer Artikel! :-)
Meinen Ersten Savonius habe ich als Dreiflügler gebaut aus !.2 m Duchmesser ca 2 m hoch. (Zwei Stufen ) . Ich habe hier nicht geschweißt, selbst wenn ich die Möglichkeit gehabt hätte!
Schon bei meinen ersten habe ich die Vorderkante und Rückkante mit der Kantbank umgebörtelt und damit die Form stabil bleibt und nicht einknicken kann ein 1mm Alurohr
eingeschoben,,, Durch das Alurohr eine 6 mm Edelstahlgewindestange geschoben. dieses durch die Grundplatte geführt und mit einer Edelstahlunterlegscheibe , Edelstahlsicherheitsmutter zwischen die Grundplatten geklemmt ....
KEINE festen Schweißverbindungen ...in rechten Winkel ...oder so ein Quatsch.
Bleche die sich bewegen und auf Biegung mit einem festen Punkt oder Schweißnaht gehalten werden sollen, brechen mit der Zeit!
Ein schönes Beispiel sind die Beliebten Kaminhauben aus Edelstahl....wenn die nicht "gut Konstruiert" sind brechen sie an den Haltepunkten aus. (Materialermüdung!)

Auch ein Segel was schlägt /flattert geht schneller kaputt.
Deshalb habe ich schon bei meiner ersten Rotor die Kanten umgebogen zu einer Rundung mit Alurohr...
So kann ich das Blech auf der ganzen Fläche Halten und es "flattert" nicht rum.
Der ganze Rotor ist sehr einfach gebaut (ohne Schweißen oder vielen Verschraubungen ..) aber allein durch seine Bauweise ist er anderen fest-geschweißten Kontruktionen überlegen...
Er wiegt wenig und kostete mich ca 60 - 80 Euro Material Komplett.
Ich will noch einen mit (2 Meter durchgängig) bauen. Mit nur Verstrebung durch ein Edelstahlseil... der wird noch leichter und stabiler ( und billiger!)

Um nochmal auf die Festigkeit/ Fliehkräfte einzugehen.....Ich plane den Rotor mit einen Ring aus festen Flügeln zu umbauen ( denke es werden 4 oder 5...! jedenfals ungleich drei [Innenrotor!]) ...so das ich den Rotor im Durchmesser sehr klein habe, aber trotzdem die Fläche/Durchmesser von einem ca 4m Durchmesser ( obwohl meiner nur 1.2 m Durchmesser hat!)
Bei Sturm werden die äußeren Flügel einfach zu einer "Tonne " zusammengeklappt" ... (Sturmsicherung!)
Da passiert dann gar nix mehr..( Innen !) ;-)

So weit meine Pläne ,Ideen ....... ( es wird noch ein wenig dauern ....mit der Umsetzung !) :-)

Gruß Ralf
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht:
Alter: 64
Beiträge: 711
Dabei seit: 05 / 2006
Betreff:

Re: Festigkeit von Widerstandsläufern

 · 
Gepostet: 13.04.2014 - 21:50 Uhr  ·  #3
Hi Ralf,

ansich sind das in der Summe von mir 2 Artikel, aber da Du Dich ja wohl auf den 3-flügligen Wid.-Läufer eigeschossen hast, wird Dir eine Übersicht über Wid.-Läufer egal sein.

Klar geht der Bau auch oder gar besser mit Verlaschung und Blindnieten. Allerdings werden bei meinem C-Rot. davon 100 Stück nicht mal reichen.
1 mm Al-Blech lässt sich meines Wissens nach sowieso nicht schweißen.
Zur FEM-Simulation überlässt man aber rationeller Weise die Kontaktfindung dem Programm. Da werde ich nicht über 100 Bohrlöcher mit der Hand (Maus) verbinden,
es sei denn, es ist eine Autragsarbeit.

Auf S. 15 hatte ich selber einen Hinweis zur Versteifung der Leitflügel-Enden:
"Da es die Leitflügel sind, die besonders belastet werden, ist ein Umlegen des Materials
im Sinne von Falzen (Mat.-Dopplung) an Vorder- und Hinterkante zu erwägen. Allerdings
ist der minimal zulässige Biegeradius zu ermitteln, da das Material lediglich 10%
Bruchdehnung hat."


Das ist schon deshalb sinnvoll, weil die Blech-Rollmaschinen immer einen ca. 3 cm breiten Bereich am Anfang und Ende ungerollt lassen. Den kann man auch umlegen, anstatt ihn ab zu schneiden. Man muss nur sehen, dass man reproduzierfähig biegt. Auch darf der Radius nicht zu groß sein, damit die Strömung nicht zu sehr leidet. Aber vermutlich ist eine Rundung sogar eher förderlich.

Der Vorschlag, je eine Gewindestange (hier vielleicht 6 mm) zum Verspannen ein zu fügen ist gut. Immerhin sind das die Stellen mit Zugbelastung.
Kann aber sein, dass die Zusatzmassen den Effekt der Biege-Versteifung wieder auf heben. Die Verspannung ist aber trotzdem gut.
Dann kann man auch mit weniger festem Mat. auskommen.

Bei der 3-flügligen Bauart ala Durchström-Rot. ist es Abb. 12 mit den kritischen Belastungen. Da müsste man sich mehr einfallen lassen, als das zuvor Gesagte.

Unabhängig davon kann man den Sägezahn-förmigen Ausschnitt entschärfen. Abrundung, nur ein par mm, hilft da schon viel. Stichwort "Kerbwirkungen vermeiden".

Sollte der Eindruck entstanden sein, dass ich fortan für den Bau von Wid.-Läufern plädiere, so täuscht das.
Neben der für Lademaschinen oft einfacher zu handhabenden Kennlinie und dem ruhigeren Laufbild bezeichne ich alles Andere nämlich als nachteilig.
Lademasch. machen zudem ansich nur bei Inselversorgung Sinn.
Die Aufgabe "WKA für die hohle Gasse" würde ich mit einem Darrieus lösen.

Wenn Du für Wid.-Läufer ein schlüssiges, gar erprobtes Konzept hast für die Sturmsicherung - nehmen wir gerne entgegen.

Grüße, W.
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 54
Beiträge: 659
Dabei seit: 12 / 2013
Betreff:

Re: Festigkeit von Widerstandsläufern

 · 
Gepostet: 14.04.2014 - 07:34 Uhr  ·  #4
Hallo Windfried

Ich habe beide Artikel gelesen und sie sind beide gut! :-)
Bisher betreibe ich das mit der Windkraft nur nebenbei als Hobby. Meine Basteleien sind nicht mit Berechnungen oder wertmäßig mit Zahlen belegt.
Fast alle meiner Spinnereien haben bisher auch immer ganz gut funktioniert. Wenn man sich in Bereichen bewegt, wo die eigenen Fähigkeiten/Grenzen überschritten werden sollte man sich doch langsam mal mit Zahlen / Fakten /Kräften Werten befassen .
So wie Du das in den Artikeln gemacht hast finde ich, ist das eine gute Orientierunghilfe. ;-)

Den dreiflügeligen Savonius habe ich gewählt. weil er mir für meine Zwecke ( Anfängermodell einfach zu bauen etc !) damals am geeignetsten schien...
( der Savonius "letzte Patent " ist auch interessant !...mir damals aber noch unbekannt!)

zu den Kanten:
Ich muss zu meine Leidwesen bekennen , dass ich die Kanten Laschen immer noch nicht mit Blindnieten oder ähnlichem verbunden habe..
Das Blech ist einfach nur mit drei knicken gekantet worden ( um das Alurohr mit 6 mm Gewindestange!) auf 1m Länge....
also diese "100 Nieten" hatte ich sowieso nicht vor aber an mindestens 4 Nieten auf einer Kantenlänge von 1m hatte ich schon vorgehabt zu machen.;-)
......Aber es scheint auch schon ohne "Alles" sehr gute Stabilität zu haben .

Ich habe im Keller noch ein ca 2 cm breiten Streifen liegen ( mit Lasche!), den ich nachträglich abgeschnitten habe. Man könnte da ja mal eine einfache Belastungsprobe machen.... Alurohr /Gewindestange rein und nach unten ein Eimer mit Sand dranhängen...mal schaun wie viel die Lasche aushält, bis sie aufgeht..
Würde mich ja auch mal interessieren..

Aber mal was Anderes: Warum vernieten ? Kann man das nicht auch "kleben" mit so einem Zeug, was man zwischen die Blechteile in der Autoindustrie an der Karosserie verwendet? ( war jedenfals vor 20 Jahren so, als ich meinen ersten Golf geschweißt hatte...)

Bei meiner Art des Kantens wäre eine große breite Fläche vorhanden ....und eine zwei Niete könnte man ja noch zusätzlich rein machen ....;-)

Wäre jedenfals eine saubere einfache Art und Weise und auch gute Möglichkeit ( Ohne das Material zu "schwächen ".!..)

Ich werde ein Bild von der Kantung schicken....

Zu der "Sturmsicherung" : ...wenn ich ein schlüssiges erprobtes Konzept schön hätte , was 100% optimal wäre......
....ne da kann ich Dich beruhigen... Habe ich nicht!

Nur für mich macht es Sinn einen relativ kleinen Rotor mit äußeren statischen Leitflügeln zu haben.
Zum einen habe ich von der Konstruktion bessere Stabilität! und zum anderen weniger drehende Masse ( kleinerer Durchmesser) und die Drehzahl des Rotors ist wesentlich höher (ca 3 bis 4 mal so hoch ...!)
Getriebe und oder Generator sind einfacher zu bauen.....usw
Rein optisch: man kann es so extrem machen, das es sich nicht zu "drehen" scheint...! ;-)

Die Leitflügel kann man , meiner Meinung nach durch einfaches zusammenklappen ( Tonnenform!) gut für eine Sturmsicherung verwenden...

Das wäre aber ein Thema für sich ..... (Sturmsicherung !)

Gruß Ralf
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 54
Beiträge: 659
Dabei seit: 12 / 2013
Betreff:

Re: Festigkeit von Widerstandsläufern

 · 
Gepostet: 14.04.2014 - 14:45 Uhr  ·  #5
Es muss nicht immer viel Aufwand getrieben werden ... Drei Knicke..



Wo der Pfeil hinzeigt ist eine Vernietung geplant gewesen....
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht:
Alter: 64
Beiträge: 711
Dabei seit: 05 / 2006
Betreff:

Re: Festigkeit von Widerstandsläufern

 · 
Gepostet: 21.04.2014 - 18:42 Uhr  ·  #6
Naja, naja,

bei dem von mir gewählten höherfesten Material wäre so ein scharfer Knick nicht möglich. Es würde einreißen.
Selbst wenn durch die Versteifung weicheres (nicht weiches!) Mat. genommen werden kann,
Anbiegen im Radius vom Rohr wäre besser.
Kann schon sein, dass dazu die Biegeschiene entsprechenden Radius an der Kante bekommen muss.

Gruß, W.
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 54
Beiträge: 659
Dabei seit: 12 / 2013
Betreff:

Re: Festigkeit von Widerstandsläufern

 · 
Gepostet: 18.05.2014 - 22:43 Uhr  ·  #7
Hallo Winfried

Auf meinen Beutezug über den Schrottplatz sind mir Edelstahlrohre (12 mm Durchmesser) in die Hände gefallen.
Bisher haben wir nur ein Savoniusrotor mit zwei ein Meter Unterteilungen ... ( 2 Meter hoch) und 1,25 m im Durchmesser.

Mit den Edelstahlrohren, (statt der 10 mm Alurohre ) in der Kantenfals und einer zusätzlichen Seilverspannung, hoffe ich den Flügel so leicht und stabil zu machen, dass ich mich an der waagerechten Außenkante des Flügels mein Gewicht hängen kann.
( Den Savonius in der Waagerechten (Achse waagerecht!) über mir und ich unten mit Klimmzug dran 85 kg an der Mitte der Außenkante ... ). [ das gibt ein Bild!...grins)

Das müsste doch bei dem Durchmesser von der Belastung her genügen.....oder? ;-)

Des Weiteren schwirrt mir eine Idee bezüglich der Sturmsicherung durch den Kopf .....!
... Ähnlich der "Blattverstellung" von einer Horizontalläufer.... nur mit der Option: Ein Versagen der Sturmsicherung bedeutet eine automatische Bremse des Savoniusrotors!

Einfach, primitiv und "idiotensicher"..... (konstruktiv ein wenig aufwendiger , doch nicht so schlimm , dass man sie nicht mit einfachen Mitteln bauen könnte...)
Über Details muss ich noch nachdenken .... ;-)

( wenn Interesse daran besteht, könnte ich das "grob" skizzieren ...)

Gruß Ralf
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 54
Beiträge: 659
Dabei seit: 12 / 2013
Betreff:

Re: Festigkeit von Widerstandsläufern

 · 
Gepostet: 15.06.2014 - 08:04 Uhr  ·  #8
Wenn ich schon dabei bin, kann man auch ein bissel "testen"
Hier ein Paar Bilder, die zeigen, wo die Kanten des Rotors mit 30 Kg ( habe noch ein paar Steine in den freihängenden Rotor gepackt !) zentriepedal belastet werden.

Die Kante überspannt 95 cm und ist in der Mitte belastet :





Er verformt sich um ca 1,5 cm nach Außen ...wobei er bei Entlastung sofort wieder elastisch vollständig zurückfedert. Ohne
bleibende Verformung!



Das ganze ohne Vernieten der umgebogenen Kante mit 10 mm Alurohr und 6 mm Edelstahlgewindestange.....

Ich glaube meine Vorraussage: Ich werde mich bei dem "Neuen" an die kante ( mit noch mehr Stabilität!) hängen können wird zutreffen... ;-)

Gruß Ralf
Administrator
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Herkunft: Elsfleth
Alter: 34
Beiträge: 4256
Dabei seit: 04 / 2007
Betreff:

Re: Festigkeit von Widerstandsläufern

 · 
Gepostet: 09.07.2014 - 15:40 Uhr  ·  #9
prima! Hat du die Bohrungen für die Welle oben und unten zentriert oder erstmal nur grob zum testen zusammengesetzt?
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 54
Beiträge: 659
Dabei seit: 12 / 2013
Betreff:

Re: Festigkeit von Widerstandsläufern

 · 
Gepostet: 09.07.2014 - 16:31 Uhr  ·  #10
Hallo Max
Ich hab die beiden Rotoren nur auf einer Achse (60 mm Alurohr)"gesteckt" ohne sie weiter miteinander zu verbinden.
Meine Idee war immer sie mit einem "Käfig " aus Leitblechen zu umgeben und bei der Gelegenheit sie oben noch einmal mit einem Lager zu zentrieren.
(ist schon im Alurohr oben montiert...!)
Das waren die ersten Basteleien ...... Die Verbesserung /Ideen / Änderungen ergeben sich dann meistens "zwangsläufig" . Deshalb habe ich die Flügel nun durchgängig gemacht. (195 mm hoch)
Mit den zwei Rippen sieht es meiner Meinung nach besser aus .....
Einfach / kinderleicht zusammenzubauen. ;-)

Gruß Ralf
Gewählte Zitate für Mehrfachzitierung:   0