Wie wichtig ist es wirklich, dass eine Klein-WEA über das Azimuth-Lager austariert ist?

Zwischen Theorie und Praxis bestehen nicht selten relevante Unterschiede.

Das was hier zu Beginn des Threads als rein theoretischer Zusammenhang proklamiert wird steht frontal meinen eigenen eher praktischen Beobachtungen entgegen, ist insofern in jedem Fall irreführend, egal welcher der unterschiedlichen Auffassungen man mehr oder weniger Gewicht beimessen möchte.

Deshalb stelle ich dem interessierten Leser anheim, genauer zu prüfen ob und mit welcher Bedeutung das ausgeglichene (gut austarierte) Gewicht des Rotors mit Generator auf der einen Seite des Azimuthlagers und der Fahne mit Fahnenstange auf der gegenüberliegenden Seite behaftet ist und für die ruhige Nachführung des Windrades in die Windrichtung eine Rolle spielt.

Schon bei der Wahl der Fläche und dem Abstand vom Azimuthlager sowie der Materialwahl die z.B. bei Eisenblech mit langem Hebel enorme Gewichtsunterschiede bedeuten kann ist es für den Selbstbauer und Bastler eine wichtige Hilfe wenn er sich an den dargestellten Bedingungen orientieren kann.

Jedesmal wenn ein Bastler oder Selbstbauer hier im Forum seine Pläne vorstellt und die Frage nach den Bauvorgaben gestellt wird hatte ich - oft jedenfalls - das hier dargelegte widerholt, was natürlich einfacher mit einem Verweis auf Hilfsmöglichkeiten anhand einer (seinerzeit noch nicht vorhandenen) Grundlagen Edition dazu auch möglich gewesen wäre - also - wenn es die dazumal überhaupt schon gegeben hätte.

Nun stehen hier schon 2 gegensätzliche Darstellungen, wer es möchte kann selber entscheiden welche die richtige für sie oder ihn ist.

Meine Erklärung für die Notwendigkeit der genauen Tarierung ist dass ein Übergewicht auf einer der beiden gegenüber liegenden Seiten bei kleinster Auslenkung des Mastes mit dem Azimuthlager aus der Senkrechten, wie es immer auch durch Winddruck geschehen kann verursacht dass die schwerere Seite ausschwenkt, in Richtung zum tiefst gelegenen Punkt, also dem Schwerpunkt relativ zur Azimuthachse und so das Windrad aus der wahren Windrichtung ziehen kann.

Da vom Wind dabei verstärkter Druck auf die Fahne entsteht, zunehmend mit dem Grad der Abweichung sobald diese nicht mehr genau linear zur Windrichtung steht, wird selbige so reagieren dass der Rotor wieder in den Wind gelenkt wird, jedoch - weil dann relativ zum wieder abnehmenden Winddruck - stärkere Zugkraft durch das Gewicht zum tiefergelegenen Schwerpunkt zieht, also zur schwereren Seite des Windrades und genau diese Wechselwirkung unterschiedlich starken Winddruckes auf die Fahne kann ein ständiges Schwänzeln derselben hin und her zur Ursache haben.

Hinzu kommt dass im Freien jedes Windrad in dynamischem Wechsel der natürlichen Windgeschwindigkeiten steht die im Falle des Auslenkens der Windfahne zusätzlich zu den Veränderungen die sich aus dem Anstellwinkel derselben ergeben auch noch als Winddruck Unterschiede auftreten und somit unterschiedlich auf die Fahne einwirken können.

Im Unterschied zu der Strömung in einem Windkanal treten im Normalfall an den meisten Standorten in relativ kurzen Abständen mehr oder weniger starke Abweichungen von der Durchschnitts Windgeschwindigkeit in periodischer Folge auf.

Aus diesem und den weiteren dargelegten Gründen ist eine genaue Berechnung aller Wirkungsweisen sehr viel komplexer als vom Vorgänger viel zu einseitig behauptet wurde.

Es ist ein dynamischer Wechsel der unterschiedlichen Kräfte Winddruck und Schwerkraft die hierbei wechselwirksam in Kraft treten.

Die Berechnung im vorangehehenden ersteren Beitrag geht von einer statischen Größe aus und nicht von den veränderlichen dynamisch auftretenden Größen die ich hier beschreibe und ist damit völlig falsch und irrig.

Wenn man den Winddruck auf die Fahne als festen Faktor berechnen möchte dann doch tunlichst auch im Zusammenhang mit der Länge der Fahne und damit mit ihrer Hebelwirkung! Genauso wie unterschiedliche Übergewichte je nach Bauart des Windrades eine unterschiedliche Wirkung ausüben können. Und vor allem die Dynamik die dort völlig außer Acht gelassen wurde als spiele sie keine Rolle.

Eine Berechnung der Kräfte kann man am Beispiel eines individuellen Windrades wie der Black 600 zwar mit vorhandenen Daten relativ zutreffend erarbeiten, hat dadurch jedoch keinerlei allgemeingültige Datengrundlager im Hinblick auf alle anderen Kleinwindräder unterschiedlicher Bauart (gültig für alle mit feststehender Fahne ohne Sturmsicherungen) die in ihren Abmessungen und konstruktiven Eigenschaften meist mehr oder weniger voneinander abweichen.

Ein vom Hersteller gut austariertes Windrad als Beweis und Berechnung dafür dass eine genaue Tarierung keine Rolle für die Funktion der Windnachführung darstellt ist ja dann auch schon sehr bemerkenswert!

Warum wird ein einwandfrei funktionierendes Windrad wie die Black 600 als Beweis dafür herangezogen dass es dem Eigenbauer nicht gelingen kann das genaue Gegenteil davon zusammen zu schustern?

Zumal bei der Berechnung der auftretenden Wechselwirkungen aus Schwerkraft und Winddruck bedacht sein sollte dass es hierbei um dynamisch veränderliche Werte geht weil der Winddruck auf die Fahne nachlässt sobald diese wieder linear zur Windrichtung gedrückt wird. Dann nämlich kann das Schwergewicht der einen oder anderen Seite wieder gegen den Fahnendruck wirken und zum Schwerpunkt wandern, immer hin und her.

Es spielt eben doch eine Rolle.

Man darf getrost davon ausgehen, dass die Black 600 ein sehr ausgewogenes Windrad ist welches kaum auf einer der dem Azimuth gegenüberliegenden Seiten übergewichtig ist, das Austarieren kommt in den meisten Fällen nur bei Eigenbauten als ratsame Konstruktionsvorgabe in Frage obwohl natürlich nicht auszuschließen ist dass es auch Hersteller geben mag die ihre Ware mit technischen Mängeln auf den Markt werfen.

Nicht so die Black Kleinwindanlagen Produktionsreihe einschließlich der Black 600 !

Was die genau senkrechte Ausrichtung des Mastes betrifft: Unter Winddruck verhält sich derselbe in den meisten Fällen nicht so stabil wie z.B. eine Litfaßsäule. Auch können Perioden mit hohem Winddruck z.B. bei Sturm Veränderungen bewirken, sei es durch Dehnung der Abspannungen, sei es durch die Verankerung des Mastes im Boden oder an Halterungen. Um eine Auslenkung einer übergewichtigen Seite auf dem Azimuthlager zum tiefsten Punkt zu ermöglichen genügen sehr kleine Abweichungen der senkrechten Stellung des Azimuthlagers und können durchaus schon die dynamischen Wechselwirkungen zwischen Schwerkraft und Winddruck hervorrufen.

3° Abweichung ist nicht viel und genügt um die schwerer gelegene Seite des Windrades zum dann tiefer gelegenen Schwerpunkt relativ zur oberen Azimuthebene auszulenken.

Sobald der Winddruck auf die Fahne - dieser Druck entsteht erst nach der Auslenkung durch die Schwerkraft und nimmt proportional mit dem sich steigernden Grad der Auslenkung zu - größer ist als die Zugkraft der überhängenden Windradseite wird der Rotor wieder in den Wind zurückwandern was er für die optimale Anströmung der aeronamischen Profile so auch braucht.

Falsche Anströmung der Blätter bedeutet Wirkungsgrad Verlust. Dafür genügen geringe Abweichungen.

Weil dann eben, sobald das Windrad wieder treu (oder je nach den unterschiedlichen durch die Windgeschwindigkeit, Fahnenfläche, Länge derselben und das Maße des Übergewichtes bedingte Parameter nur annähernd treu) im Wind steht kurzzeitig kein regelnder Winddruck zur Rückführung mehr anliegt.

Die Fahne ist in der optimalen Stellung zur Windrichtung kaum noch Winddruck ausgesetzt weshalb dann die Schwerkraft wieder stärker zum Tragen kommt und das Windrad erneut auszulenken versucht.

Es bei zunehmender Windgeschwindigkeit die spürbar über das was wir unter Schwachwind verstehen hinausgeht nehmen die Stellkräfte der Fahne durch entsprechenden Winddruck so zu dass die periodischen Auslenkungen weniger stark oder nicht mehr ins Gewicht fallen.

Unsere Standorte sind in der Regel Schwachwindstandorte, zu 80% der Orte wo man in Deutschland Kleinwindräder aufstellt ist das so.

Folglich bewirkt bei Schwachwind in dieser Stellung das Übergewicht der falsch tarierten schwereren Seite des Windrades mehr als die nicht mehr unter Winddruck stehende Windfahne und zieht durch sein Gewicht erneut das Windrad wieder zurück zum tiefst gelegenen Punkt.

Die Kräfte wirken nicht simultan gleichmäßig weshalb die jeweils stärker einwirkende Kraft - sei es der jeweils stärker oder schwächer einwirkende Winddruck oder die Schwerkraft in dynamischer Wechselwirkung die jeweilige Stellung bestimmt.

Für die Stellung des Mastes ist nicht der zufällige Winddruck von willkürlich genannten 1,5 m/s relevant sondern die Stellung die sich aus der längeren Einwirkung der unterschiedlichen Winddrücke - auch bei höheren Windgeschwindigkeiten aus dem Dehnungsverhalten der Stage und anderer Umstände ergeben können.

Man kennt im Übrigen den treffenden Begriff der Materialermüdung hierzu.

Es ist - wie Du sagst - schon richtig dass bei "wirklich Wind" die Stellkräfte der Fahne durch Winddruck eine derart überwiegende Qualität erreichen können dass die Schwerkraft im Kräfteverhältnis zum Winddruck den Kürzeren ziehen kann und das Windrad relativ ruhig im Wind halten kann.- eben nur dann und nicht bei Schwachwind - Verhältnissen.

Ob jemand genug die Geduld aufbringen möchte meine Beiträge sorgfältig zu lesen ist nicht meine Angelegenheit. Wer es nicht tut bekommt genau das mit was er möchte und wird von mir deshalb nicht persönlich belangt. Es ist seine Sache.

Es geht hier im Grundlagenbereich eigentlich mehr darum, denjenigen eine Wissensgrundlage zu bieten die in Eigenarbeit selber ein Windrad bauen wollen.

Also nicht darum den Windradherstellern Vorgaben zu machen wie sie Ihre Anlagen bauen sollen.

Warum auch? Die meisten Windräder am Markt sind auch im Hinblick auf das Gleichgewicht der Fahne zum Rotor bereits genau bestens austariert, für die muss man hier keine Grundlagen dafür bereitstellen.

Die wissen was sie tun.