Wirkungsgrad beim Savonius abhängig vom Rotordurchmesser?

Meine Frage an Euch ist, ob Savonius-Rotoren bei starker Reduzierung des Rotordurchmessers noch vergleichbar brauchbare Wirkungsgrade erzielen. Hintergrund für diese Frage ist der gerade in der Bucht ergatterte kleinste eisenlose Scheibengenerator von Elvis, den ich in meinem Schwachwindgebiet durch höhere native Drehzahl des Rotors etwas aufpeppen möchte.

Der werkseitige Elvis Savonius-Rotor, für den dieser Generator mit 100 W Nennleistung bei 1200 UPM (kurzfristig bis 200 W bei 1800 UPM) genau ausgelegt ist, hat bei 32 cm Rotordurchmesser und 40 cm Rotorhöhe 0,128 m2 Fläche zum Wind.

Das wäre bei mir der totale Flop im ortsnahen Schwachwindgebiet (Dorf in leichter Bodensenke). Ich habe deshalb nur den Geni gekauft, so um 200 Mücken.

Es bliebe mir die Alternative (Plan B), meinen Kettenrotor dranzuhängen, der hat mit wenig Aufwand auch schon einen permanenterregten italienischen Waschmaschinenmotor (500 W) locker auf Schwung gebracht. Noch weniger Aufwand wäre jedoch der Savonius. Bei geringen Durchmessern dürfte der auch weit weniger empfindlich auf Unwuchten und wegen des dann geringer möglichen Baugewichtes auf Einflüsse der Fliehkraft reagieren.

Mein Plan: Schon bei Schwachwind 3 - 5 m/sec erheblich höhere Drehzahlen als beim Elvis Original, mit ausreichen Drehmoment durch einen Rotor mit nur 10 cm Breite, dafür aber 1,5 m Höhe, also mit dann 0,15 m2 Fläche zum Wind im Gegensatz dzu 1,28 m2 beim Original zu erzielen.

Wenn also der Wirkungsgrad des Savonius bei einer so dramatischen Reduzierung des Rotor-Durchmessers nicht auch genauso dramatisch einbricht, müsste das schon anhand der dann größeren Fläche zum Wind eigentlich gut gehen.

Vorher möchte ich bei Euch versuchen, herauszufinden, ob und wenn wie stark der Wirkungsgrad des Savonius von seinem Rotordurchmesser abhängt. Wer weiß vielleicht was dazu?

Hallo XXLRay, wenn Dir nichts dazu bekannt ist, dann wird wohl kaum jemand im Forum mehr dazu sagen können. Bleibt mir wohl nichts anderes übrig als eine Versuchsreihe mit billigem dünnen Plasterohr zu starten, bevor ich mein noch dafür reichendes vorrätiges Carbon einsetze. Es soll stabil, leicht und möglichst verwindungsfrei gebaut sein.

Vielleicht verjünge ich den Rotor konisch nach oben und mache dann 2 m Höhe statt 1,5 m und wie geplant an der Basis weiterhin 15 cm Durchmesser. Es soll ja bei "Fläche zum Wind" sicherheitshalber etwas mehr sein als das Modell mit 0,128 m2 des Herstellers. So bis maximal 0,2 m2 würde ich da hochgehen. Das wäre dann ein sehr schlanker,langer "Zuckerhut". Konisch entspräche das auch dem leicht höheren Windangebot 2 m weiter oben und dem Umstand, dass die Strömung bei allen Vertikalrotoren beim Ablauf nach oben gerichtet zu sein scheint.

Einen vielleicht schlagenden Beweis dafür habe ich einmal an einer umgedrehten Handkarre gefunden, der Wind drehte das Rad unablässig im Kreis, so, dass der obere Teil des Rades mit der Windrichtung lief, der untere dagegen, klar. Sonst war da am Rad nichts auffälliges, welches den Drehimpuls sonstwie erklären konnte.

Mir sind zudem zu schwach gebaute Flügel an Vertikalläufern H oder C Rotoren auffälligerweise immer nur im oberen Bereich nach außen weggeklappt, der untere Teil der Flügel war nur einmal mit ausgeklappt als der Wind wirklich ungewöhnlich stark war, Orkan.

Sagen wir mal so: rechnen wird sich das geplante Savonius-Teil nie, aber der Spass am Versuch ist unbezahlbar!

Von einer Verjüngung halte ich im Prinzip eigentlich auch nicht viel, vor allem wegen dem Bauaufwand und auch, weil Sektionierung durch versetzte Schaufeln dann noch aufwendiger und eventuell instabil in der Statik würde. Vernünftiger wäre sicherlich ein gleichbleibender Rotordurchmesser!

Du hast recht, die breitere Basis bestimmt bei gleichbleibender Strömungsintensität die Drehzahl. Dies kann sich allerdings ändern, wenn über die Länge des Rotors also in Bodennähe langsame, an der Spitze schnellere Strömung zu erwarten ist. Passiert in Turbulenzblasen über Flachdächern etc. etwas deutlicher als normal am Boden.

Dann würde bei gleich breitem Rotor nur oben optimal angeblasen und unten eher mitgezogen und dadurch etwas ausgebremst. Klar, die Schaufeln sind geschlossene Wannen, das hilft, viel Verlust durch unterschiedliche Anströmungsintensität entsteht wohl eher nicht.

Eine Kegelform wie von mir angedacht würde das Verhältniss Drehzahl - Drehmoment - Windstärkenunterschied nach Höhe wahrscheinlich auch nicht besser lösen als der Normalo, eher schlechter!

Das einzige dann noch übrige Motiv für Kegelform bliebe dann, dass es im Garten stehen soll und dort als "Zuckerhut" evtl.eine halbwegs ästhetische Wirkung entfalten könnte. Diese Entscheidung steht noch offen, es gibt ja auch "Plan B"

Erst mal danke, dass Du mitgedacht hast XXLRay!

Moin, Aloys,

das stimmt wohl so. Unten stünde dann bei dort entsprechend weniger Wind und bei optimaler Anpassung der jeweiligen Rotorbreite (vermutlich machbar) gleich hohe Drehzahl zur Verfügung, bei allerdings unterschiedlichem Drehmoment. Was kein Problem ist, letzteres summiert sich wahrscheinlich verlustlos. Außer wegen der dann höheren Last des Hebeldrucks auf die dann dadurch wahrscheinlich erforderliche stärkere Haltekonstruktion je nach Rotorhöhe und aus ästhetischer Sicht hätte ich dagegen - zumindest was wahrscheinliche Machbarkeit angeht - keine Einwände.

Bei umgekehrter Version mit schmalerem Durchmesser oben wäre es zwar möglich, durch optimales Anpassen der Rotorbreite das Drehmoment (nicht die oben höhere Drehzahl) gleichzuschalten. Das nützt dann wenig, unterschiedliche Drehzahlverhältnisse bremsen sich auf unflexibler Drehachse wirkend nur gegenseitig aus.

Optisch würde ein umgedrehter Zuckerhut weniger gut in mein Gartenkonzept passen, leider. Das sähe ein wenig so aus wie "thumbs down" oder "strafender Pfeil vom Himmel".Es ist ja zum Glück nicht die Frage, wer was verdient sondern was man sich wünscht!

Da der gerade gekaufte ElVis Generator für seine Nennleistung 100 W 1200 UPM abverlangt die man mit einem Savonius bei Schwachwind - wenn überhaupt - nur mit extrem kleinem Durchmesser und "kilometerlanger" Rotorhöhe erreichen könnte, käme dann wohl doch eher der Kettenrotor in die engere Wahl, bei diesem stellt die Länge und auch die Kurve der etwas durchhängenden Rotorkette kein Problem dar. Bei einem Kettenrotor mit vielen kleinen Horizontalrotoren auf einem Stahlseil als Drehachse lassen sich sehr hohe Drehzahlen erreichen und durch die Vielzahl der Rotoren wird so summiert auch hinreichend Drehmoment generiert.

Wobei die Faktoren Schwachwind, Turbulenzen und kleinere Richtungswechsel aus der Hauptwindrichtung an meinem Standort besondere Anforderungen an Flächenabdeckung der Rotoren durch Breite oder Vielzahl der Flügel, Stellwinkel und Turbulenzverträglichkeit stellen.

Das wäre dann aber ein Thema für einen neuen Thread unter Horizontalläufer oder Segelrotoren und nicht unbedingt für unseren Themenbereich hier.

Hallo Che, danke, ich hab Winfrieds Text dazu eben gelesen.

Wie schon oben gesagt gings bei den Überlegungen um einen eisenlosen Geni von dem Rotorbauer ElVis, der setzt für seine Savonius-modelle diese speziell für sich entwickelten Generatoren ein. Im Fall meines Genis wären 1200 UPM nötig um die Nennleistung von 100W ab ca. 12 m/sec zu erreichen. Der dafür ausgelegte ElVis Savonius hat 32 cm Rotorbreite, 40 cm Höhe!

Also war der erste Gedanke, etwas mehr Fläche zum Wind durch Höhe und mehr Drehzahl durch Veringerung des Rotordurchmessers, statt 32 nur 15 cm. Das ist immer noch viel zuwenig, um die Nenndrehzahl schon bei 3 m/sec Wind zu erreichen, müsste es ein mini Durchmesser sein der in einen Fingerhut passt und die Höhe dann "bis in die Wolken."

Der Plan Savonius bringt selbst bei unverändertem Cp mit Kleinst-Durchmesser und gerade noch machbarer Maximalhöhe auch nichts Brauchbares bei Schwachwind.

Da muß mehr Drehzahl und Drehmoment her, das geht einfach nur mit Kettenrotor, viele kleine Rotoren hintereinander auf Stahlseil und in die Hauptwindrichtung gehängt.