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.

Wie wichtig ein präzises Reagieren der Windfahne sein mag hängt vom Einzelnen und seinen individuellen Ansprüchen ab.

Manche moegen es lieber wenn es träge reagiert und erreichen dies uber eine etwas schwergängiger drehende Lagerung, andere finden es halb so wild wenn das Windrad ein wenig hin und her pendelt und widerum andere wollen mit minimalen Mitteln eine sehr präzise Windnachfuehrung realisieren wozu ich mir hier Mühe gab das grundlagenmäßig aufzuzeigen weil genau das ein Thema ist mit dem ich mich praktisch und theoretisch jahrelang auseinandergesetzt habe.

Wer bessere Ideen hat, gerne, passt gut hierher.

Was jedoch - bitte - haben Vorlieben im Themenbereich Grundlagen zu tun bzw. warum wird hier eine Einstellung des "halb so wild genügt auch" so verteidigt als sei sie im "Buch der sieben Siegel" festgenagelt?

Es steht Che doch zu sich mit "halb so wild zufrieden zu geben, wo ist das Problem?

Wenn Che hier beschreiben möchte wie man eine "halb so wilde" Windnachfuehrung gestalten kann, bitte sehr, sein gutes Recht, nur weiter so!

Grundsätzlich auszusagen dass halbwilde Windnachfuehrungen das einzig wahre "Gelbe vom Ei" sind, da warte ich lieber noch die Meinung anderer interessierter Mitautoren ab bevor ich hier abtauche!

Moin Moin

da kommt bei mir die Frage auf, wie wirkt sich das Gewicht verursacht
durch das Offsett aus?

Ich denke wenn mein Rotor und auch der Generator vor dem Mast
sitzen, dann ist da ja ein gewicht, frühzeitig bedacht läßt es sich nach
hinten ausgleichen, aber nehmen wir an, ich bin 12 cm vor dem Mast
mit allem und habe gleichzeitig noch 12 cm Offset, wie soll ich das
ausgleichen?

Versteht jemand was ich meine?

LG.

Danke für Deinen Beitrag!

In der Phase in der das Windrad mit seiner Fahne genau linear zur Windrichtung steht gibt es doch quasi null Lenkdruck auf die seitlichen Fahnenflächen, insofern würde ich davon ausgehen dass dann die Fahne keinen oder nur relativ geringen Druck auf das Azimuthlager ausübt.

Der Druck auf die Achse von dem Du sprichst ist dann also relativ gering bis nicht vorhanden genauso wie dann auch kein Winddruck regulierend oder stabilisierend auf die weiterhin immer noch vorhandene Schwerkraft einwirken kann die eine schwerere Seite des Windrades, z.B. die Fahne zum tiefst gelegenen Punkt hinziehen kann falls der Mast oder das Lager nicht genau senkrecht steht.

Eine Wechselwirkung der Kräfte entsteht so und kann - je nach Leichtgängigkeit des Lagers, der Gewichtsdifferenzen, der Hebelkraft durch Länge und Fläche der Fahne als auch durch den Punkt an dem die schwerere Seite sich messen lässt auch als Fliehkraft - unterschiedlich stark ausfallen.

Schließlich erhöht oder vermindert sich der Winddruck auf die Fahne je nach Anstellwinkel zur Windrichtung und damit auch die Kraft die auf sie ausgeübt wird während die Schwerkraftwirkung sich dazu nicht linear verändert sondern gleich stark wirksam bleibt

Das macht zumindest physikalisch den Unterschied zu einer rein statischen Berechnung aus die von mir nicht anhand von Formeln und Tabellen sondern anhand von langjährigen Beobachtungen an kleinen Windradmodellen mit leichtgängigen Azimuthlagerungen gemacht wurden.

Gependel habe ich oft genug beobachten können und dann festgestellt dass nach einer Tarierung der Gewichtsanteile, genügend Fahnenfläche und Hebel meine Windräder ähnlich wie eine Windrichtungsmessfahne sehr genau ohne Pendelei im Wind standen selbst dann noch wenn bei Übergewicht der Fahne der Mast etwas schräg steht.


Eine Windmessfahne ist gewöhnlich so leicht, dass geringfügige einseitige Mehrgewichte dann kaum die Richtungstreue beeinflussen, auch nicht bei Schieflage des Lagers. Anders verhält es sich bei auch kleineren bedeutend schwereren Windrädern im Selbstbau wo manche Bastler der Meinung sind dass eine Windfahne möglichst groß mit langem Hebel und der Stabilität und Witterungsfestigkeit halber auch sehr stabil, z.B. aus Eisenblech und dann eben auch schwer sein müssen.

Unser Forum hat öfters mal Besucher die selber bauen wollen, auch bescheidene kleine Windräder und stellen Fragen die man nicht verständlich mit solche Exeltabellen, Beispielen und Erklärungen beantworten kann - zumal wenn nicht alle Parameter bei Berechnungen berücksichtigt werden.

Es geht hier nicht um käufliche bereits ausgereifte Windräder vom Markt sondern um eine Grundlagenhilfe beim Eigenbau kleiner einfacher Windräder die ohne mechanische Sturmsicherung nur mit der einfachen Fahne arbeiten. Ob sich Erbauer mittelgroßer Windanlagen z.B. in derBlack 600 er Klasse an meinen Beobachtungen und Rückschlüssen bedienen möchten - ich wäre zwar stolz darauf, stelle jedoch keine Ansprüche oder Bedingungen. Jeder baut wie er gerne möchte oder?

Bereits am Markt etablierte ausgereifte Windräder sind meinen Beobachtungen zufolge meist schon bestens tariert oder ggf. mit einer Lagerhemmung versehen die sie weniger anfällig macht.

Wenn das Azimuthlager relativ schwergängig ist, kann es gut möglich sein dass bei Schieflage des Mastes durch Ungleichgewicht der Fahne ein Hin- und Herpendeln durch dann trägere Reaktion weitgehend unterbunden oder stark abgeschwächt von den meisten kaum noch wahrgenommen werden kann

Die Kräfte sind jedoch dennoch da und vorhanden!. Bei den genannten Voraussetzungen immer!

Die Kräfte die ein Pendeln entstehen lassen können lassen sich nicht einfach auf das Modell der Black 600 reduzieren oder anhand von einer Tabelle mit den Werten mit vorbestimmten Parametern wie Gewichtsbetrag des Überhangs, Grad der Schieflage und dazu passenden Windgeschwindigkeiten die auf irgendeine Windfahne fest bezogen einwirken erklären oder als unbedeutend abtun.

Es sind sehr wechselhafte Kräfte deren Wirkungsweise und Stärke von der jeweiligen Konstruktion wie der Hebellänge und Fläche der Fahne abhängt also des Windradmodells abhängt und auch davon wie stark gerade der Luftdruck aus Windrichtung je nach Gradwinkel der Fahne zum Wind gerade einwirkt.

Je nach Konstruktionsvorgaben eines Modells können alle Vorgaben und Wirkungen unterschiedlich ausfallen, selbst der Umstand an welchem Punkt der Hebellänge der Fahne und bei welcher Größe der Fahnenfläche ein Übergewicht zu einem tiefergelegenen Schwerpunkt hinzieht spielt aufgrund der Hebelwirkung eine Rolle.

Und auch der Umstand dass je nach Masse bzw. Gewicht zusätzlich zur Lage auf der Länge des Hebelarms der Fahne unterschiedlich starke Schwungkräfte die Intensität des von mir jedenfalls an Windrädern schon oft genug beobachteten Hin und Her Pendelns beeinflussen können.


In dem Moment wo kein Winddruck auf die Fahne mehr einwirkt weil sie gerade linear im Wind steht haben die Kräfte der Schwerkraft die Überhand. Che hat uns noch nicht erklärt wieso dann kein Bewegungsmoment vorhanden sein soll - nach seiner Tabelle...

Oder meint er dass dann, sobald kein bei linearer Stellung regelnder Winddruck vorhanden ist dass dann auch keine Schwerkraft mehr zieht? Müsste sie doch und dann soweit bis wieder die Stellkraft des Winddruckes - im Idealfall ohne Gependel - leicht abweichend von der idealen Stellung des Rotors zum Wind stabilisiert? Und diese Abweichung von der genau frontalen Flügelstellung zur Windrichtung spielt also überhaupt keine Rolle?

Na dann bitte, kann jeder so halten wie ein Dachdecker!

Das sind keine statischen Größen die sich so oberflächlich wie in Che`s Tabelle darstellen lassen sondern veränderliche Größen die sich aus vielen verschiedenen Parametern ergeben von denen bisher nur einige übersichtlich genug genannt werden konnten.

Ich sagte schon dass der Fahnendruck etwa gleich Null ist sobald die Windnachführung das Windrad zu 90° zum Wind gestellt hat. An diesem Punkt wirkt nur noch die Kraft der Gravität wenn eine Seite überlastig ist und der Mast etwas schiefer als genau vertikal steht.

Das zieht dann solange das Windrad zum Schwerpunkt der übergewichtigen Seite (bei leichter Schieflage des Mastes jedenfalls) bis die Fahne wieder genug Winddruck bekommt um nachgeführt zu werden. Ein Pendeln kann unter bestimmten Voraussetzungen stark genug sein um den Ertrag des Windrades durch fehlerha fte Anstellung der Blätter geringer werden zu lassen als optimal möglich.

Wie auch immer, durch den Wechsel zwischen der Intensität des Winddrucks auf die Fahne je nach Anstellung zur Windrichtung und kann ein stetes Hin und Herpendeln dadurch entstehen das in diesem Zusammenhang und im Gegensatz dazu die Schwerkraft unveränderlich gleich stark einwirken kann.

auf turbulente Pendeln eines Windrades im Freien wird oft genug als Folge von turbulenten Windverhältnissen mit stark wechselnden Windrichtungen eingeschätzt was nicht immer die Hauptursache sein muss!

Und genau das mit der dynamisch unterschiedlichen Wechselwirkung ist der Rechenfehler in Che`s Tabelle und er weiß das wahrscheinlich auch - wenn ich ihn richtig einschätze.


Zumindest bei kleinen Windrädern mit leichtgängiger Azimuthlagerung spielt das eine Rolle und wie ich von Herrn Wolgang Schwarz, dem Konstrukteur der Black 600 auf Youtube in einer Konversation zu verstehen bekommen habe bei seinen Windrädern auch insofern als er mir klarmachte dass seine Windnachführung relativ zum Rotorgewicht vorne und auch was Hebelarm-Länge, Gewicht und Fläche seiner Fahnen betrifft alles genau passend durchkonstruiert ist. So wie es sich gehört.

Ich habe selber ein Black Windrad und beobachte dort täglich, dass seine Aussagen voll zutreffen.

Und warum gehört Deine Antwort an Frank2 die Du bereits in dem Thread in dem er die Frage gestellt hast hierher in Grundlagen?

Es geht Dir anscheinend im Wesentlichen darum dein Selbstwertgefühl durch Abwertung anderere Forenmitglieder aufzuwerten - wie so oft - und nicht darum zu Prüfen bevor schlechte Kritik geäußert wird.

Es ist jedenfalls vollkommen sinnlos mit jemandem zu diskutieren dessen Ausrichtung im Forum ausschliesslich immer recht behält, egal in welcher Disziplin nur um immer - regelmäßig - das letzte Wort zu behalten.

Zum Glück kann ich selber entscheiden ob ich mich von Dir und Deinen Beleidigungen die ich von Dir im Zusammenhang mit dem Artikel hier sogar schon per PN erhalten habe provozieren lasse oder nicht.

Eigentlich schade denn unter normalen Voraussetzungen hätte ich gerne an einem Grundlagenartikel mitgewirkt, was so leider nicht funktionieren kann.

Zum Beispiel "Wichtigtuerei etc" was schliesslich persönlich beleidigend wirken könnte wenn es nicht von einem "Zaunpfahl" käme.