Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Carl
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 10.05.2021 - 14:52 Uhr  ·  #21
8 m/sec im 100 m Höhe wäre kein guter Anhalt für eine Schätzung für Wind am Boden aber wenn das soviel in 10 m Höhe über Land wären dann wäre Dein Rotor mit dem Nabengenerator vielleicht doch etwas unterfordert - sprich der Nabengeni würde dann tatsächlich einiges nur sinnlos selber verheizen.

Bei 8 m/sec kriegst Du schon mit einem Anemometer Dein 1 W! Dein Rotor müßte mit ein em Wirkungsgrad von 40% dann schon mehr oder weniger 70 Watt erzeugen.

Und 8 m/sec wäre für Dein Windradtyp eine sehr gute Nummer!
fho
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 10.05.2021 - 15:10 Uhr  ·  #22
Arg ... ich hab die Einheit verbockt ... und ich weiß auch garnicht wie ich auf 8 km/h komme ... gerade nochmal hier geschaut ... 13,8 - 20,8 km/h ist hier wohl Durchschnitt übers Jahr.

Ich gehe davon aus (und lasse mich gerne eines Besseren belehren), dass das die Daten von den offiziellen Wetterstationen sind die man quer über die Stadt verteilt stehen sieht.

Und jetzt nochmal mit den richtigen durchschnittswerten hier überschlagen. Dann kommt da irgendwas zwischen 3.1-10.8 Watt bei 30% Effizienz raus. Das ist doch garnicht so schlecht :-)
Carl
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 10.05.2021 - 19:44 Uhr  ·  #23
Ja das ist gut und weil Du anscheinend auch kaum Turbulenzen zu erwarten hast alles vielversprechend!
fho
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 12.05.2021 - 14:51 Uhr  ·  #24
Mal gerade dem Verständnis halber:

Die Schnelllaufzahl ist Umfangsgeschwindigkeit / Windgeschwindigkeit ... sprich ich müsste jetzt eigentlich den Wind und die resultierenden Umdrehungen pro Zeiteinheit hier messen und dann einsetzen? Das ist ohne Anemometer ja eher Schätzung als Messung.

Oder nehm ich einfach die 5 an die man für Darrieus Turbinen im Internet findet und lasse aussen vor, dass das das ne Helix mit nem fancy Flügelprofil ist?
Carl
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 12.05.2021 - 19:21 Uhr  ·  #25
Kein Anemometer?

1,6 - 3,3 m/sec = Wind im Gesicht fühlbar, Blättersäuseln = ( 5,760 kmh - 10,800 kmh)
3,4 - 5,4 m/sec = Blätter und dünne Zweige bewegen sich = (12,240 kmh - 19,440 kmh)
5,5 - 7,9 m/sec = Bewegt Zweige und dünne Äste, hebt Staub = (19,800 kmh - 28,400 kmh)
8 -10,7 m/sec = kleine Bäume beginnen zu schwanken = (28,800 kmh - 38,520 kmh)
Che
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 12.05.2021 - 20:19 Uhr  ·  #26
Bei reichelt gibt es auch welche.

Am besten gleich noch einen Laser-Drehzahlmesser bestellen für unter 30 EUR!
Oder hier. Geht ausgezeichnet!

Schaut mal auf den Globalen Windatlas.

Bei Deinem kleinen Rotor fho wird sich die Re-Zahl nachteilig auswirken.
Dein Profil finde ich aber für kleine Re-Zahlen interessant. Also gutes Gelingen!

Darrieus-Rotoren brauchen Generatoren mit sehr kleinen Rastmomenten.
Sog. Eisenlose erfüllen das. Fahrraddynamos nicht.
fho
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 12.05.2021 - 22:55 Uhr  ·  #27
Zitat

Kein Anemometer?


Dann würde ich behaupten, dass wir hier durchschnittliche "Klasse 2", also 12 - 19 km/h haben ... das deckt sich ja auch mit den Daten aus "meiner" Karte und auch der Globale Windatlas sagt was Ähnliches 👍

Zitat

Sog. Eisenlose erfüllen das. Fahrraddynamos nicht.


Der 2cm (Länge) NEMA 17 (Breite&Höhe) Motor den ich da gerade dran habe hat auch nen ziemlich kleines Rastmoment und die Turbine dreht sich eigentlich die meiste Zeit fröhlich. Da kommt halt nur kaum Spannung raus ... ich hoffe, dass ich das mit dem "zu 5V USB" Konverter aufholen kann.
Carl
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 13.05.2021 - 05:36 Uhr  ·  #28
Hallo fho,

Dein Standort wäre dann typisch für die meisten Inlandstandorte, etwa 80% der zur Verfügung stehenden Fläche in Deutschland.

Es ist ein Schwachwindstandort.

Der Auszug aus einer Tabelle mit den in der Natur zu beobachtenden Beobachtungsmerkmalen für Windstärken an Land stammt von "Beauford"der vor allem für die Seefahrt die Einteilung von Windstärken von 1 bis12 entwickelt hat.

Die 4 für Dich daraus kopierten Windstärken entsprechen Windstärke 2-5.

Damit - bei Dir also die mittleren 12 - 19 kmh - was Windstärke 3 entspricht, kannst Du Dir tatsächlich Gedanken darüber machen wie Du Deinem eleganten Helix-läufer eine Anfahrerleichterung geben kannst.

Denn so reicht die Strömung nicht um - bei anfänglichen 12 kmh im unteren Bereich - mit einem durch Rastmomente abbremsenden Nabendynamo schon anzudrehen.

Auch - da der Wind selten genau seine Geschwindigkeit einhält und meist in kurzen Phasen an- und abschwellt - verliert Dein Rotor durch die Trägheit seiner durch relativ geringes Drehmoment bei hoher Schnellläufigkeit gegebenen Eigenschaften, er kommt nie schnell genug auf die Touren die für bestmögliche Energiegewinnung wichtig wären.

Wenn Du einen Standort mit Turbulenzen hättest wäre das noch weit schlimmer.

Mit Deiner Idee zu Winglets kann ich Dir nicht groß weiterhelfen , diese - optisch . gesehen passen sicherlich am ehesten zu Deinem Modell falls Du darauf angewiesen sein solltest.

Was vielleicht ein Tip für Dich sein könnte ist das die Strömung immer eine Komponente nach oben bekommt wenn sie über ein Hindernis streicht und so im oberen Bereich Deiner Blätter eine stärkere Reaktionsebene als unten in größerer Bodennähe zu erwarten ist.

Der Beweis: Stell Dein Fahrrad auf den Kopf in den Wind, wenn die Lager gut geölt sind fangen die Räder bei genug Wind an wie von selber einseitig immer im gleichen Drehsinn zu drehen. Das würden sie ja wohl nicht tun wenn da zwischen unten und oben kein Unterschied wäre.

Die Kräfte der Fliehkraft, des Winddruckes und der Lastwechsel sollten an den Verbindungen idealerweise immer im Gleichgewicht sein

Ein genau passender möglichst rastfreier Generator wäre vielleicht noch die einfachste Lösung.

Man kann alternativ auch die Tragarme nutzen um dort eine Anlaufhilfe zu installieren, allerdings mit Einbußen was die Optik des Helixläufers angeht.

Wenn Dein SV usb Converter die Spannung hoch genug bekommt dass es für ein bischen Ledbeleuchtung reicht ist das Problem auch gelöst. Wozu auch mehr?
Che
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 13.05.2021 - 20:31 Uhr  ·  #29
Bei Vw ist in der Windkraft ne gewisse Präzision nötig. 10% mehr Windgeschwindigkeit bewirken nämlich 33% mehr Leistung. Ist wegen P=(f)v³
1,1^3=1,33

Und der Mittelwind ist der Durchschnitt aller Vw, die in den 8765h eines Jahres geherrscht haben.
Da gibts bei Mitte 4,5 auch ne gewisse Häufigkeit für 3 und 7 m/s, z.B. nur.
Carl
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 14.05.2021 - 08:00 Uhr  ·  #30
Warum wohl ist fho in der Lage seine Standortbedingungen auf ein durchschnittliches Mittel von etwa zwischen 12 und 18 kmh einzugrenzen? Und was daran genau genügt nicht für die globale Einschätzung die er benötigt?

Mit dem Windatlas kann man nicht immer die spezifischen Standortbedingungen genau ermitteln, schon gar nicht in Bodennähe.

Standorte sind oft sehr individuell und können auch nahe beieinandergelegen durch topografische Bedingungen voneinander abweichen.

Inzwischen scheinen wir uns darüber einig zu sein dass ein Nabendynamo kaum das gewünschte Ergebnis erzielen kann, das wäre dennoch kein Grund das nicht vor einer endgültigen Aussage noch experimentiell auf feste Beine zu stellen. Mit einem der leicht gängigeren Modelle.

Deine Rotorgröße reicht eigentlich locker um einen Nabendynamo zu betreiben, das Problem dabei scheint mir nur in dem relativ geringen Drehmoment gegeben der auch der Schnelllaufzahl geschuldet ist. Ein 60 x 60 cm Savonius könnte zwar nicht so hohe Leistungsbeiwerte wie Deiner erreichen, er hat kleinere Drehzahlen mit denen ein höheres Drehmoment verbunden ist,

Die ElvWis Savonius haben z.B. in der kleinen Ausführung 40 x 40 cm Rotorgröße und auch bei mir läuft ein Vertikalläufer unter Deinen Windbedingungen in der Größe 40x40 als C-Rotor ununterbrochen mit dem schwergängisten billigsten Shimano Nabendynamo problemlos und läd den 12 V Akku eines Schrebergärtners.

Normalerweise baute ich solche Modelle in 50x50, weil der Standort des Schrebergärtners offenes Gelände ist und bei Sturm bei 50x50 die Flügel verbiegen hatte ich das auf 40x40 gekurzt. Läuft bei den üblichen 3 - 4 m/sec einwandfrei, dreht sich praktisch fast immer.

Bei Dir ist es kein Problem des Wirkungsgrades, der ist bei Dir als höher zu erwarten, es liegt am mangelnden Drehmoment in dem Windgeschwindigkeitsbereich wo Du ihn nutzen möchtest.

Ansonsten - wenn der kleine Nemo Stepper es schafft dass der Rotor relativ gut und häufig dreht, dann - was hat der für eine Nennspannung? Es gibt Modelle mit 6 V, 12 V, 24 V etc. Der mit 6 V braucht dann mehr Umdrehungen als einer mit höherer Nennspannung um auf die angestrebte Spannung für LED oder Ladung einer Akkuzelle zu kommen.

Also ggf. kann ein gleich kleiner "Nemo" mit höherer Nennspannung bei sonst gleichen Laufbedingungen eine höhere Spannung liefern. Der hat dann einfach nur mehr Wicklungen mit dünnerem Draht.,
fho
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 14.05.2021 - 10:18 Uhr  ·  #31
Zitat

Warum wohl ist fho in der Lage seine Standortbedingungen auf ein durchschnittliches Mittel von etwa zwischen 12 und 18 kmh einzugrenzen?


Naja ... effektiv kann ich das nicht ohne selber nen Jahr lang zu messen. Ist aber sowieso alles etwas müßig weil ich hier in Bodennähe bin ... ich schau gerade dabei zu wie das Windrad still steht während in nem Baum nen paar Meter weiter die Äste wackeln ... ich glaub 3-4 Meter Mast würden mir mehr helfen als die richtige Generatorwahl ;-)

Zitat

Es gibt Modelle mit 6 V, 12 V, 24 V etc.


War mir ehrlich gesagt garnicht wirklich bewusst. Beim 3D Druck betreibt man die eigentlich mit der höchstmöglichen Spannung die man kriegen kann und sorgt dann mit ner Strombegrenzung dafür, dass nichts durchbrennt.
Carl
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 14.05.2021 - 10:47 Uhr  ·  #32
Na ja dann probier es doch einfach mal mit einem kleinen Stepper von Nemo oder andere Marke der 12 V oder 24 V Nennspannung hat. Ich hab da einen von Howard 12 V der relativ seidig leicht dreht. der Motorblock hat 4x4x4 cm Kantellänge, Den mit der Hand andrehen kommt man auf 12 V, ob der so leicht geht wie Dein 2 cm Nemo kann ich nicht sagen.

Jahresmittel bei Dir ist eigentlich nicht zwingend notwendig wenn Du jetzt häufig im Bereich bist wo Du die Beobachtungen mit Zweige bewegen machst reicht das doch. In den windreicheren Monaten Herbst Winter Frühjahr läuft das dann doch nur noch besser wenn Du jetzt nur für die schwächere Periode anpasst.

Vertrau auch nicht blind auf irgendwelche billigen Windmesser oder IR Drehzahlmesser. Die sind meistens wenn überhaupt von einem chinesischen Schafhirten im Akkord kalibriert worden.

Auf die Tabelle von Beauford ist Verlass, die Nuancen davon kalibrierst Du selber.
Che
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 15.05.2021 - 19:37 Uhr  ·  #33
Stepper sind für den Darr. schon garnicht zu gebrauchen, da sie erhebliches Rastmoment haben!

Mein Handwindmesser hat 4,5% zu wenig in der Anzeige, gewiss.
Aber das ist wesentlich genauer als z.B.
Zitat
3,4 - 5,4 m/sec = Blätter und dünne Zweige bewegen sich = (12,240 kmh - 19,440 kmh)
Außerdem hat in der Nähe vom Windrad kein Baum zu stehen!

Bei Drehzahlmessern mit Laserabtastung gibts ansich nichts zu kalibrieren, da alles digital geschieht.
Carl
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 15.05.2021 - 21:31 Uhr  ·  #34
Mit überheblichen Bemerkungen bringt man sich selber in Misskredit, denn jemand der viel weiß hat es nicht nötig andere herunterzumachen.

Wenn ich mich nur auf Messinstrumente verlasse dann übe ich mich nicht darin die Natur zu lesen. Das so natürliche sensorische Fähigkeiten verkümmern kann nur dem egal sein der null Ahnung hat wie hoch diese entwickelt werden können.

Wer Sensorik ohne Messinstrumente mit viel Übung erlernt hat wird von sich sagen können er ist vordem komplett blind durch die Welt gelaufen.

Da die Windgeschwindigkeit dauernd schwankt kann ein Handwindmesser in Echtzeit auch nur das anzeigen was gerade anliegt und ggf. einen Mittelwert aus vielen Messschritten ermitteln die sich dann meist genauso breit fächern wie z.B. die 12 m/sec bis 18 m/sec wenn Blätter und kleine Zweige anfangen sich zu bewegen.

Wen fuchst das eigentlich? Hier geht es darum einzuschätzen wie fho mit seinem Generator geholfen werden kann und nicht um die wissenschaftlich genaue Vermessung der Leistungsdaten eines Helixläufers im Windkanal.

Er hat einen Steppermotor von dem er sagt dass sein Windrad damit meistens dreht, nur nicht genügend hohe Spannung. Damit läßt sich was anfangen!

Ich hatte darauf hingewiesen dass möglicherweise ein anderer gleich großer und ebenso leichtgängiger Stepper mit mehr Wicklungen und dabei dünnerem Kupferdraht eine höhere Spannung bringt weil eben Stepper auch mit unterschiedlichen Nennspannungen auf dem Markt sind.

Che dazu: "Stepper sind für den Darr. schon garnicht zu gebrauchen, da sie erhebliches Rastmoment haben! "

Immer schön am Ziel vorbei, Hauptsache es wird geplappert Herr Che!
fho
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 15.05.2021 - 22:28 Uhr  ·  #35
Zitat geschrieben von Carl

derartig herabsetzende Bemerkungen recht wenig zu einem freundlichen Forenklima beitragen.


👍
Carl
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 16.05.2021 - 07:43 Uhr  ·  #36
Wie sieht es denn nun aus mit Deinem Stepper von Nemo? Ist auf dem eine Typenbezeichnung mit Nennspannung zu sehen?

Dein Helixläufer hätte von der Baugröße her bei einem angenommenen Wirkungsgrad von 30% in dem schon genannten Strömungsbereich "Schwachwind" 3 m/sec - max 4 m/sec das Potenzial so zwischen 3 - 7 Watt abzuernten - je nach Windgeschwindigkeit innerhalb dieses Bereichs - wenn ihn nichts abbremsen würde und wenn seine konstruktiv bedingte Trägheit sehr gering ist.

Den maximal möglichen Wirkungsgrad erreicht er aerodynamisch mit dem Potenzial seiner Vektorgeschwindigkeit - die individuell von seinen Anlauf - TRÄGHEITEN abhängt.

Auch ein völlig frei laufender Darrieus kann je nach seinem Rotorgewicht und der Auslegung seiner Schnelllaufzahl an einem Schwachwind Standort Schwierigkeiten haben auf normale Wind Schwankungen zwischen minimal und maximal schnell genug zu reagieren so dass er in jedem Moment mit seinem bestmöglichen Wirkungsgrad arbeitet.

Man wird demzufolge bei überwiegender Schwachwind-Nutzung keinen Schnellläufer verwenden sondern einen langsameren Rotor dafür mit mehr Drehmoment. Bei Dir spielt insofern die Optik, die Eleganz der Tanz-ähnlichen Bewegung eine größere Rolle und wenn Du es schaffst damit ein paar LED s zum Leuchten zu bringen o.Ä. , dann sollte das erfreulich genug sein.

Selbst mit einem eisenlosen rastmoment freien Generator muss man damit rechnen dass die sonstige aerodynamisch und gewichtsbedingte Trägheit bei niedrigen schwankenden Windbedingungen keine volle Nutzung der unter idealen Bedingungen möglichen Wirkungsgrade erlaubt!

Bei höheren Windgeschwindigkeiten sind die Trägheiten bei der Reaktion des Rotors auf Schwankungen in der Windgeschwindigkeit kaum noch oder weit weniger von Bedeutung.

Da Du Deinen Rotor vielleicht in größerer Höhe aufstellen möchtest- angesprochen wurden von Dir etwa 3 m Höhe - kann das evtl. schon genug sein um Dein etwas größeres Steppermodell welches den Rotor in Bodenähe noch zu stark abbremst zufriedenstellend zu betreiben.

In jedem Fall solltest Du auf die native Nennspannung des Steppers achten also vielleicht 12V oder 24V die so handelsüblich sind. Wenn Dein jetzt genutzter Stepper 12 V hätte dann könntest Du mit einem baugleichen 24 V Modell bei gleichem Rastmoment die doppelte Spannung abgreifen womit dann vielleicht schon das Laden einer Lithiumeinzelzelle die dann für Led reicht möglich macht.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 16.05.2021 - 10:47 Uhr  ·  #37
Zitat
Da die Windgeschwindigkeit dauernd schwankt kann ein Handwindmesser in Echtzeit auch nur das anzeigen was gerade anliegt
Ist bei der Beobachtung von Ästen nicht anders. ;-)
Zitat
und ggf. einen Mittelwert aus vielen Messschritten ermitteln
Meist nicht, zumindest nicht vorrangig.
Und wenn optional möglich, Deiner Naturbeobachtung überlegen! ;-)
Carl
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 16.05.2021 - 11:46 Uhr  ·  #38
Die Genauigkeit von Naturbeobachtungen beschränkt sich nicht auf die Bewegung von Zweigen und Blättern, das ist nur eine recht grobe Hilfe die sich allerdings durch häufiges Üben bedeutend verfeinern lässt.

Der Mensch hat im Lauf seiner Evolution nicht nur neue Fähigkeiten gewonnen sondern auch viele sensorische Fähigkeiten durch Nichtgebrauch verkümmern lassen die mit Sicherheit einmal vorhanden gewesen sein müssen.

Jede Biene und/oder anderes Tier hat spezifische sensorische Fähigkeiten die unsere um das 100 fache und mehr übertreffen können.

Einiges davon kann man sich neu aneignen.

Bei schwachem Wind z.B. ist es nach einiger Sensibilisierung noch relativ leicht anhand der fühlbaren Strömung auf der Gesichtshaut die Windgeschwindigkeit in Schritten von etwa 0,5 m/sec zu unterscheiden.

Auch Blätter und Zweige bewegen sich innerhalb dieser Spanne nicht gleich, es gibt nicht nur durch kleine Unterschiede der Strömungsintensität feinere Anhaltspunkte im Bewegungsbild derselben, auch die Art der Zweige und Blätter, ihre Gattung und Eigenschaften erlauben eine individuelle Bestimmung.

Zu sagen ein Messgerät sei an Genauigkeit überlegen ist ein Allgemeinplatz mit erheblicher Ungenauigkeit seiner Bestimmungsqualität. :-)
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 16.05.2021 - 22:32 Uhr  ·  #39
Zitat
Zu sagen ein Messgerät sei an Genauigkeit überlegen ist ein Allgemeinplatz mit erheblicher Ungenauigkeit seiner Bestimmungsqualität.
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Re: Darrieus-Helix-Rotor aus dem 3D Drucker

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Gepostet: 16.05.2021 - 23:32 Uhr  ·  #40
Wahrnehmen, Beobachten, Vergleichen und Messen sind Grundlagen technischer und wissenschaftlicher Arbeit. Hierbei nutzen wir in erster Linie unsere Sinne und unser tiefes Detail Verständnis. Darüber hinaus verwenden wir technische Sensoren und Messgeräte. So kompliziert ist das nun auch nicht ^_^

Der Darrieus von Florian als Helix ausgeführt ist zweifelsfrei spannend. Auch deswegen weil 3D gedruckt ;-)
Ich verfolge das gerne und bin schon gespannt auf weitere Erkenntnisse :P

Grüße
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