Schulabschlussprojekt Windrad

 
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Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 18.02.2015 - 11:33 Uhr  ·  #1
Erstmal vielen Dank für die Aufnahme ins Forum! :D

Ich und ein Kollege haben in der Schule als Thema für das Abschlussprojekt den Bau eines Windrades gestellt bekommen.
Soweit sogut, nur stehen wir jetzt vor folgendem Problem:
Wir benötigen um die gewünschte Drehzahl am Generator zu erreichen eine Übersetzung von 1:23, dies sollte am besten über Kette erfolgen (laut Aussage unseres Fachlehrers). Hat jemand Tipps oder Ideen wie wir das am besten realisieren?
Wenn Eckdaten gewünscht sind kann ich die gerne nachreichen!

Mit freundlichem Gruß
Viktor Otten
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 18.02.2015 - 12:16 Uhr  ·  #2
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 18.02.2015 - 12:25 Uhr  ·  #3
Hallo

Versuche mal Fahrradteile zu nehmen mit 2 Stufen (Vorgelege) .
Zwei mal 1:5 währen dann 1:25 oder 1:6 und 1:4 = 1:24 .
Diese Räder sollten in Kettenschaltungen verfügbar sein.

Gruß Aloys.
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 18.02.2015 - 17:20 Uhr  ·  #4
1:23 wäre für mich viel zuviel. Einen anderen Generator nehmen der geeigneter ist dann schneidet das Gesamtsystem auch besser ab.
Hohe Übesetzungen bedeuten auch einen schlechteren Anlauf, Lärm, höheren Energieverlust und Verschleiß der Ritzel.
Denke hier sollte eher über den Rotor und Generator variiert werden damit das ganze auch vernünftig anläuft.
Gruß Hans
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 19.02.2015 - 10:44 Uhr  ·  #5
Erstmal vielen Dank für die schnellen Antworten!

Wie wäre so ein Vorgelege mit Fahrradritzeln zu realisieren? Hat jemand von euch vielleicht schonmal so etwas gebaut und hat Fotos oder Hinweise für den Bau?
Ich finde die Übersetzung auch echt hoch.. Hatte ich auch schon bei den Lehren gesagt, aber da stößt man ja auf nicht so viel Interesse :/
Wie müsste denn eine Übersetzung per Riemen aussehen?

Gruß
Viktor
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 19.02.2015 - 14:40 Uhr  ·  #6
Hallo

Die Übersetzung ergiebt sich aus der Lastdrehzahl vom Windrad und der vom Generator.
Ich dachte das wäre schon vorgegeben.
Mit Fahrradteilen ? an die Tretkurbel kommt das Windrad.
An der Hinterachse wird ein Ritzel ausgewählt, und die andern ewentuel entfernt.
Die Speichen und Felge kommen ab, statt dessen noch ein großes Zahnrad einer Tretkurbel drann.
Von da dann eine Kette zum " kleinen " Generatorritzel, etwa hinter dem Windrad mit seinem Zahnrad.
Die Ketten beide kürzen für kleineren Achsabstand.
Die Welle mit dem grossen und kleinen Rad ist die "vor gelegte" Welle.
Die muß gelagert werden in einer Gabel, oder zwei einzelnen Haltern, da sind beide Zugbelastungen der Ketten drauf.
Kleiner Abstand bringt eine kleine kurze Gabel.
Die Ketten können in einem Fahrradladen gekürzt werden, oder man besorgt sich das Werkzeug dafür.

Gruß Aloys.
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 19.02.2015 - 19:13 Uhr  ·  #7
Riemen wäre möglich nur müsste das entweder mehrstufig aufwendig geschehen oder eine Riesenscheibe und eine "normal" dimensionierte.
Sonst hat die kleinere Rolle zuwenig Auflagefäche um die Kraft aufnehmen (wenige cm) zu können und rutscht dauernd durch bei stärkeren Wind.
Probiers aus wird vorraussichtlich kaum anlaufen das Windrad das sich das Rastmoment was bei kleineren Generatoren oft unverhältnissmäßig stark ist dann auch ums 23fache verstärkt dazu kommt noch die Energie die der Riemen verschluckt.
Wie erwähnt eine geeigneter Generator wäre angebracht ansonsten wirds viel aufwändiger und noch dazu mit weit schlechteren Ergebniss.
Du hast übrigens noch gar nicht werwähnt welche Größe der Rotor haben soll und welcher Generatordaten bestehen was eingetlich eine wesentliche Sache für einen vernünftigen Ratschlag ist.
Ohne dem ists das hier herummraterei ins blaue.
Gruß Hans
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 20.02.2015 - 09:02 Uhr  ·  #8
Der Rotor hat einen Gesamtdurchmesser von 170cm, das Windrad ist auch soweit fertig, uns fehlt am technischen nurnoch die Übersetzung.
Das Windrad ist im Westerstil gebaut, hat 10 Flügel, Fotos suche ich später raus.
Der Generator sollte dieser hier sein: http://www.aerocatcher.de/Uebe…bdf8940cb8

der wurde von der Schule aber gestellt, also hatten wir nicht die Möglichkeit einen anderen zu wählen -.-
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 20.02.2015 - 12:00 Uhr  ·  #9
ähm ... ihr habt Drehmoment und niedrige Drehzahl, ins Elektrische übersetzt Strom aber geringe Spannung ... Doof hat, das es n DC-Generator ist, aber auch machbar. Schau mal im Netz nach DC-DC-Wandler, Step up converter ... oder im technisch einfachsten Fall H-Vollbrücke -> Transformator -> Brückengleichrichter.
Denk die Verluste die spannung statt mechanisch eben elektrisch hoch zu pushen werden bei der elektrischen Variante geringer sein.
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 20.02.2015 - 12:20 Uhr  ·  #10
Nun ja das sieht plausibel aus. Wenn due die abgebildete Übersetzung nicht hast was so aus dem Text hervorgeht würd ichs mit Scootermaterial machen.
Große Ritzelscheibe und kleine Ritzescheiben sind genug günstig am Markt und so kann etwas variiert werden.
Musst mal testen wie sich das verhält.
Die endgültige Abstimmung wird wohl dann mit den Repeller erfolgen müssen indem man z.b. statt geraden Platten mit Schnellaufzahl 1 PVC Rohrflügel nimmt die dann z.b. 2 erreichen und auch mit halber Übersetzung dann auskommt.
Ist immer ein Abwägen zwischen Anlauf, Rastmoment und Drehzahl damit sie auch bei noramlen Wind gut anläuft und Spannung bringt.
Von Step Up Wandlern halte ich nicht soviel besonders wenns um Leistungen über 100 Watt geht.
Gruß Hans
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 23.02.2015 - 17:38 Uhr  ·  #11
Hier mal ein Beispiel, wie ein Getriebe mit Vorgelege aussehen kann, damit meine ich allerdings nicht das ölige... >_<
Gesamtübersetzung 1:21

Gruß Jörg
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Getriebe mit Vorgelege
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 27.02.2015 - 17:44 Uhr  ·  #12
so überdimensioniert müsste die Riemenscheibe gar nicht sein...
bei 10 Rotorblättern haste schon ganz gut Drehmoment.
da würde das getriebe einer Waschmaschine durchaus sinn ergeben. das übersetungsverhältnis einiger Waschmaschinen ist ca 1:17.

Und eine stabile Achse und lager.

lg benny
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 04.03.2015 - 13:27 Uhr  ·  #13
Eine 1,70er Westernmill? Wer hat sie denn ausgelegt?
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 17.04.2016 - 07:51 Uhr  ·  #14
Doelle :-) hat es bereits angedeutet, vielleicht kann man dazu noch ergänzen, das Verhältnis der Reibungsverluste zur Größe eines Windrades bzw. dessen energetischen Potenzials
verbessert sich mit der Größe der Fläche, die zum Wind steht. Das heißt bei mehr Ertrag fällt der Reibungsverlust dort nicht so ins Gewicht, die Reibungsverluste sind aber proportional ähnlich etwa 30%.

Wenn ein Windrad bei Normalwind einige Kilowatt Leistung Leistung erbringt, fallen die etwa 30% Reibungsverluste die bei einem Getriebe mittlerer Übersetzung vom Energie - Endbetrag abgezogen werden müssen also nicht so sehr ins Gewicht wie bei einem kleinen Rotor.

Etwa so wie bei einem 1,70 m Durchmesser Westernwindrad dessen Wirkungsgrad etwa 20% sein dürfte und welches bei idealen Windbedingungen von durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten von 6 m/sec (was an den meisten Standorten eher selten ist) dann vor dem Getriebe nur 20 - 25 Watt Leistung erbringen kann!

Stellt man sich die Aufstellung dieses Westernrades an einem häufiger vorkommenden Standort in Schwachwindgebieten mit mittleren 3 m/sec Windgeschwindigkeiten vor, so hätte man vor dem Getriebe gerade mal 3.3 Watt, hinter dem Getriebe mit 30% Reibungsverlusten dann nur noch 2.02 Watt!

Im Fazit: Doelle hat viel Erfahrung. Kleinwindräder mit Getriebe sind kaum eine sinnvolle Lösung.

Bei einem größeren Windrad mit "bescheidenen" Leistungen im Kilowattbereich kann man schon eher auf die durchschnittlich 30% verlorene Leistung durch Reibungsverluste verzichten.

Auch bei dem beispielhaft oben vorgestellten Kettengetriebe auf den Fotos sieht man, dass es sich dabei um einen etwas größeren Rotor handeln dürfte.
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 20.04.2016 - 19:04 Uhr  ·  #15
Hallo

Die Getriebeverluste sind im allgemeinen aber keine 30 % da würden die Ketten ja glühen :fgrin:
Bei guten Getrieben rechnet man 2 bis 5 % , aber je Getriebestufe.
Also möglichst mit einer Getriebestufe auskommen.
Und 30 % Verlust sind 30 % Verlust, da spielt die Leistung, sei es 10 W oder 1 kW doch keine Rolle.
Genau darum wird so etwa ja in Prozenten angegeben.
Bitte nicht alles Milchmädchenrechnungsmässig verdrehen.

Gruß Aloys.
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 20.04.2016 - 21:08 Uhr  ·  #16
Meist geht es um gerade verfügbare handelsübliche Generatoren mit zu hoher Nenndrehzahl die an die Drehzahlen der Rotoren angepasst werden wollen. Eine Übersetzung 1:2 hat natürlich weniger Reibungsverluste als eine größere z.B. 1:6. Die Zahl der Stufen spielt auch eine Rolle, genauso wichtig ist die Übersetzungsgröße. Nur im Idealfall bei sehr kleiner Übersetzung und mit nur einer Stufe können die Reibungsverluste so klein sein (2%-5%)
.

Die Leistung eines Windrades spielt bei Kleinwindanlagen eben doch eine Rolle, es macht dort einen größeren Unterschied ob man z.B. bei Schwachwindstandorten ganz wenig oder fast nichts hat. Und Schwachwindstandorte sind die häufigsten.

Milchmädchenrechnung? Da hat wohl jemand einen schlechten Tag? Dann bitte ich doch lieber andere Forenmitglieder um ihre Meinung.
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 21.04.2016 - 08:01 Uhr  ·  #17
Und das Losbrech-Moment?

Selbst wenn das Verhältniss Reibungsverluste zum Energieertrag durch das Getriebe vernachlässigt wird, bleibt immer noch das Anlaufverhalten des Rotors zu bedenken. Das magnetische Rastmoment gewöhnlicher Wind-Generatoren ist meist schon ohne zusätzliche Getriebeübersetzung der hindernde Grund, warum ein Windrad nicht schon bei 1 m/sec Windgeschwindigkeit anfängt zu drehen. Ist die Übersetzung auch nur 1:2,bewirkt also nur doppelte Drehzahl, dann ist auch die Kraft, die das Windrad aufbringen muß, um dieses Rastmoment zu überwinden doppelt so hoch. Das verhält sich genauso wie bei einem Flaschenzug. Bei 1:3 Verhältnis dann dreimal so viel Kraftaufwand, bei 1:6, wie es bei den grossen kommerziellen Windrädern der Fall sein kann, wäre das sechsmal so hoch. Die "Großen" hängen allerdings wohl kaum ein Übersetzungsgetriebe an einen selbsterregten Geni mit Echtmagneten! Da wird der Magnetismus erst dann mit Strom fremderzeugt, wenn das Rad schon läuft und genug Enrgie liefern kann.

Das fremderregte Genis bei Klein-Windrädern genutzt wurden kam auch schon vor, Limas von Autos z.B., die umgewickelt wurden, damit keine Drehzahlen von 900 UPM und mehr nötig sind sondern die für Horizontalläufer um 1,8 m Rotordurchmesser mit passender Leistung realistischen 300 - 500 UPM! Umgewickelt also und "vorsätzlich" nicht mit Getriebe auf hohe Drehzahlen gebracht! Nachschlagen bei "Windkraft, ja bitte" von Christian Kuhtz.
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 21.04.2016 - 19:09 Uhr  ·  #18
Hallo

Ein Losbrechmoment kenn ich nur von Gleitlagern, die bei stillstand den öligen Gleitfilm verlieren, und nach dem Losbrechen sofort wieder aufbauen.
Das Rastmoment wirkt mal bremsent und mal beschleunigent, es mus beim Anlauf nur die erste Bremsung überwunden werden.
Der dann verbleibende hemmende Wiederstand sind Ummagnetisierverluste.
Es gibt Permanenterregung, die mit Magneten.
Dann Selbsterregung mit selbst generiertem Strom ,
Und Fremderregung mit Strom von einem Netz, oder einem anderem Generator.
Eine Lima kann durch umwickeln nicht auf eine niedrigere Drehzahl gebracht werden, nur durch Fremderregung.
Diese braucht dann aber leider mehr Strom als die Lima dann erzeugt.
Sie braucht eine Selbsterhaltungsdrehzahl um die eigene Erregung sicher zu stellen.

Gruß Aloys.
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Re: Schulabschlussprojekt Windrad

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Gepostet: 21.04.2016 - 22:38 Uhr  ·  #19
Man kann nicht alles wissen, ist doch kein Problem :-)

Es gibt genügend Generatorexperten hier im Forum, mit bedeutend mehr Fachwissen zu Generatoren als ich jemals liefern könnte, die man wegen des Losbrech-momentes und dessen Bedeutung für den Anlaufzeitpunkt bei Windrädern um Rat fragen könnte. Sie beschäftigen sich damit meist nicht wegen der hier genannten Getriebeprobleme sondern wegen des magnetischen Rastmoments als Problem schon an Genis ganz ohne Getriebe!

Wenn es das Windrad ist, welches über ein Getriebe dem Generator 6 x so schnelle UPM verpassen soll, dann ist es für den Rotor ähnlich so wie jemand, der beim Flaschenzug nicht am leicht gehenden Zugseil, sondern dort zieht, wo der Flaschenzug an der Last angeschäkelt wird. Geht ganz schön schwer! Und wenn dann noch der Rastmoment ausbremst, dann kann das bedeuten, das Windrad fängt erst bei 4-5 oder 6 m/sec langsam zum laufen und kommt nicht richtig in Fahrt wenn die Windgeschwindigkeit - ist ja normal ohne Sturm - so bleibt.

Das Problem hatte mir vor kurzem ein Forenmitglied per PM beschrieben, er hatte ein fettes Getriebe mit - wenn ich recht erinnere - 1:8 Übersetzungsverhältnis an seinem 1,6 m2 Fläche zum Wind großen Rotor, einen 500 W Geni und selbst bei 50 kmh Wind war sein größter Energieertrag gerade mal lausige 12 W !!! Ein C-Rotor übrigens, der doch schon ganz gutes Drehmoment hat, noch bevor andere Typen - Auftriebsläufer eben - ihre für maximale Leistung erforderliche Vektorgeschwindigkeit erreicht haben.

Eine Lima kann durch die Nutzung von oft noch vorhandenem Platz in den Fugen mit mehr Wicklungen belegt bzw. durch Wicklung mit dünnerem Draht mit maximal möglicher Packungsdichte auf höhere Wicklungszahl gebracht werden. Das bewirkt dann, dass sie bei geringerer Drehzahl als im KFZ - dort sind es etwa 900 UPM - auf die erforderliche Spannung von mehr als 12 V kommt, um beispielsweise einen 12 V Akku zu laden was ja meist das Ziel ist. Allerdings ist der Ertrag in Watt dann geringer als originalgewickelt. Das war damit gemeint, Lima auf kleinere Drehzahl bringen!


Guß, Carl
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