Darrieusrotor mit durchströmten aeroelastischen Flügelprofil

@Bernd: Wegen des identisch mit dem Bogen der Umlaufbahn gebogenen Hinterfluegelteils habe ich nie Messungen gemacht, um zu bestaetigen, dass diese Form wirklich bessere Wirkungsgrade erzielt als ein gerades Blatt. Zwar erwartet man eigentlich aus logischen Gruenden, dass ein gebogenes Blatt bessere Werte aufweist, jedoch gibt es bisher keine Vergleichsdaten, an denen man sich orientieren koennte. Carl

Da Uli gerade den Gedanken einer Nutzanlage fuer draussen anspricht, ich lese gerade sorgsam alle Beitraege von Anfang an durch und sehe da auf Seite 2 den Beitrag von Levusco (Joerg): Fuenffluegler, Rotordurchmesser 3m, Fluegelhoehe 80 cm, Fgl.breite 50 cm, Material Sperrholzplatten, Dachrinne. Von Bruno wurde die geringe Fluegelhoehe als unproportional zum Rotordurchmesser eingeschaetzt und nachteilig fuer einen guten Wirkungsgrad genannt. Das mag bei konventionellen Profilen zustimmen, hier am durchstroemten Fluegel ist ein Wirkungsgradverlust wegen der Endkappen, die Fluegelrandverluste sehr effektiv verhindern, nicht mehr relevant. Man kann durchaus mit kurzen Fluegeln einen leistungsfaehigen Rotor bauen. Kurze Fluegel haben zudem den nicht zu unterschaetzenden Vorteil, dass sie besser den Belastungen durch Lastwechsel standhalten, denn mit einer einzigen punktmaessigen Befestigung an nur einem Tragarm sind alle, nicht nur dieser Typ Fluegel bei groesserer Fluegellaenge starken Materialermuedungserscheinungen besonders am Befestigungspunkt ausgesetzt. Mein Tip: Bei langen Fluegeln in mehreren Sektionen zusaetzliche Tragarme verwenden! Als sehr sicheren Bauwert wuerde ich den Rotorradius als Abstandsmass der einzelnen Tragarmsegmente zueinander waehlen, ohne Ruecksicht auf Leistungsverluste durch Reibung im Windstrom. Ein Abstand in der Groesse des Rotordurchmessers wuerde ich als absolutes Minimum betrachten! Alle Experten, die laengere Zeit mit H-Rotoren zu tun hatten, kennen die starken Materialbelastungen durch die Lastwechsel der Fluegel im Umlauf. Die kann man mit Tragarmsegmenten besser auffangen. Wird natuerlich aufwendiger und teurer, weshalb der durchstroemte Fluegel sich mit seinen auch bei proportional kurzen Fluegeln gutem Wirkungsgrad fuer eine Bauweise wie bei Joerg gut eignen duerfte. Der Rotordurchmesser der Anlage von Joerg scheint proportional zum Standort und zu seinem stabil wirkenden Aufbau auf einem Dach mit der Fluegelhoehe zu harmonieren, ich haette ohne Ruecksicht auf Wunschleistungen instinktiv die etwa gleichen Abmessungen gewaehlt, wobei die fuenf Fluegel dem Rotordurchmesser entsprechend ebenfalls fuer einen guten Drehmoment sorgen duerften. Joergs Rotorabmessungen scheinen absolut zu der Umgebung des Aufbaus zu passen, ich wuerde da nichts Grundlegendes dran aendern. Wegen der Moeglichkeit, durchgehende Tragarme zu verwenden, haette ich bei ihm vielleicht sogar 6 Fluegel gewaehlt. Drei Meter Rotordurchmesser lassen diese Anzahl Fluegel locker zu. Die Relation der Fluegelanzahl zum Rotordurchmesser scheint mir eine lohnende Aufgabe fuer Messexperten wie Bernd zu sein, nur fuerchte ich, dass man ihn nicht zu sehr belasten darf, vielleicht schafft man das auch mit weniger anspruchsvollen Messmethoden. Je groesser desto mehr kommt der Vorteil hoeheren Drehmomentes von einer groesseren Anzahl von Fluegeln zum Tragen. Das haengt mit der Relation von Drehzahl, Drehmoment und Massetraegheit im Uebersetzungsstrang und Generator zusammen. Was bei kleinem Durchmesser mit drei Fluegeln noch gut ist, kann sich mit der groesseren Abmessung des Rotordiameters enorm aendern! Genauso wie ein Floh 200 mal so weit springt, wie er lang ist. Das kann ein Elefant nicht und muss sich deshalb anderer Mittel bedienen, wenn er eine Nuss knacken will. Bitte schaut mal in Wikipedia im Artikel Kreisbahnlagerung, wo am Ende des Artikels auch Kreisbahnlagerungen fuer Windkraftanlagen angesprochen werden. Ich habe vor 15 Jahren in Gran Canaria den durchstroemten Fluegel als Zweifluegler auf Rollschuhen mit angeschlossenen Fahraddynamos am Boden rotieren lassen, funktioniert einwandfrei! Laeuft prima an, Gluebirnchen leuchtete ab 3-4 msec. Windgeschwindigkeit! Theoretisch kann man eine solche Kreisbahn auf mehrere Kilometer Durchmesser ausdehnen und damit die Leistung eines Atomkraftwerkes in den Schatten stellen (theoretisch). Bei solchen Abmessungen wird dann auch deutlicher, welche Relation die Fluegelanzahl mit dem Rotordiameter haben kann. Eine Anlage mit 10 km Durchmesser wird mit nur drei Fluegeln schlecht ausgelastet sein. Nach Betrachten des etwas wackeligen Videos von Joerg sehe ich, dass die Drehzahl noch einigermassen akzeptabel ist (jedenfalls fuer diese rustikale Variante eines Rotors) - 1 Umdrehung = 2 Sekunden bei Wind von etwa 10msec. oder? - dafuer hat der grosse Diameter doch sehr starke Hebelwirkung, es gibt einen sehr hohen Drehmoment der auch gemeinsam mit der Vielzahl der Fluegel zusaetzlich beim Anfahren mithilft, die Traegheit durch Uebersetzungsgetriebe und Generator zu ueberwinden. Als Generator fuer die Groesse seines Windrades wuerde ich einen leichtlaufenden Generator mit etwa 500 Watt fuer einen guten mittleren Wert halten, wenn man keine genaueren Messdaten fuer eine exakte und optimale Berechnung zur Verfuegung hat. Ich schaetze das mal so aus dem Handgelenk nur mit Hilfe der optischen Betrachtung. Die langsame Umdrehungszahl taeuscht ja auch etwas, weil im aeusseren Umkreis des Rotors doch hoehere Geschwindigkeiten erzielt werden. Die Auslegung von Joerg gefaellt mir also sehr gut fuer den Anfang, nur muss er sich wohl damit zufrieden geben, dass mit solch einer Konstruktion nicht mehr als der Ertrag von 10 mittleren Solarmodulen a 50 Watt erreicht werden duerfte, eher noch etwas weniger. Das ist aber auch schon etwas, wenn man die hohen Preise fuer Solarmodule in Betracht zieht und bedenkt, dass ein Windrad wie Joergs, welches aus recykeltem Material und aus Holz gebaut wurde, keine Umweltbelastung bei der Herstellung der Materialien und beim Bau verursacht. Das ist dann aber auch eine Anlage, die man als Bauer irgendwo auf dem Land nachbauen kann, waerend eine hochentwickelte leistungsfaehigere Anlage kaum noch anders als industriell gefertigt werden kann, wenn sie nicht unverhaeltnissmaessige Kosten durch Zeitaufwand und Material, Maschinen und anderen Aufwand verursachen soll. Da ist es fuer jeden immer eine Frage, in welcher Richtung er seine Prioritaeten setzt. Nicht zuletzt ist es auch eine Frage des Koennens, der Fertigkeiten und der Moeglichkeiten im Umfeld. Also: von meiner Seite ein Bravo an Joerg, nicht den Mut verlieren, und wer sich mehr zutraut, so wie viele andere hier im Forum - lasst Euch nicht davon abhalten, es hat beides grosse Zukunft. Sowohl der industrielle Fortschritt als auch eine dezentralisierte Versorgung mit primitiven Mitteln macht einen guten Sinn. Wenn ein Hufschmied ein Windrad reparieren kann, dann ist es gut fuer das Land. Wir brauchen beides. Carl

Anlaufverhalten 3 flügeliger durchströmter Rotor

Von Anfang an hat mich das sehr gute Anlaufverhalten des durchströmten Rotors fasziniert.
Heute habe ich dann den Hardcoretest durchgeführt.

Ich habe in meinem sehr langen Hausflur den 40cm Tischventilator in über 5m Enternung zum 3 flügeligen Rotor aufgebaut.
Dann habe ich den Ventilator auf Stufe 1 (!) eingeschaltet und was soll ich sagen, der Rotor dreht einfach so los.
Um genauere Aussagen treffen zu können bemühte ich meinen Windmeßgerät "Windmaster 2"


Dieser Windmesser ist wirklich nur zu empfehlen. Sein Mini Schalen-Anemometer ist ähnlich einem mechanischen Uhrwerk
in Edelsteinen gelagert und dreht extrem leicht, was fast noch untertrieben ist. Wenn man ihn langsam vor sich hin und her schwenkt,
ermittelt er dabei wie schnell man das Gerät in der Luft bewegte, wirklich sehr überzeugend.

Mit Hilfe des Windmaster ermittelte ich ab wann sich der Rotor zu drehen beginnt.
Die folgenden Werte setzen natürlich eine sehr leichtgängige Lagerung des durchströmten Rotors voraus.

Rotoranlauf bei : bei 0,6 m/s
Rotorweiterlauf : ab 0,5 m/s
Bei beiden Werten fällt es mir schwer noch von "Wind" zu reden und auch der super feinfühlige Windmaster hört bei ca. 0,4m/s auf Werte anzuzeigen.

Im Grunde sagen diese Werte natürlich nichts über Qualitäten wie Wirkungsgrad etc aus,
ich fand es dennoch interessant und nennenswert.
Immerhin scheinen die Werte eine gute Schwachwindnutzung in Aussicht zu stellen.

Bernd: Beeindruckend Deine Messungen. Das Anlaufverhalten hat mich auch immer gepackt wie auch die sonstigen Leistungen. Wenn mir auch mangels Messungen dabei immer die unumstoessliche Sicherheit gefehlt hatte. Ich musste ja irgendeinen Grund haben, 20 Jahre lang an das System zu glauben, andere Bestaetigung war ja nicht und solche guten Messmethoden, dazu gehoeren nicht nur viel Wissen und Werkzeug sondern auch ein Haendchen dafuer. Einer allein kann nicht die ganze Welt tragen. Gut, das Du jetzt auch alle Verhaeltnissmaessigkeiten auslotest. Verhaeltniss: Vorfluegeldurchmesser zu Leitblechtiefe, Verhaeltniss: Abstaende Leitblech-Vorfluegel und das Verhaeltniss: Gesamttiefe aller Fluegel zusammengerechnet zum Rotorumfang. Bei letzterer Messung wuerde mich auch interessieren, ob das ermittelte Idealverhaeltniss konstant bleibt, wenn man den Rotordurchmesser veraendert. Du hast die Kreisbahnlagerung angesprochen und gefragt, wie man verhindern kann, dass bei sehr umfangreichen Kreisbahnen bei Sturm die Rotorkomponenten nicht umkippen. Diese Frage verstehe ich so noch nicht, weil doch eine Kreisbahnlagerung extrem breit gelagert kaum umkippen kann. Allerdings laesst sich eine solche Anlage bei kilometergrossem Durchmesser nicht mehr konstruktiv mit dem zentralen Drehpunkt verbinden, waere zu schwer. Vielleicht meinst Du einzelne Fluegel, die weitgehend eigengelagert ohne statische Verbindung zur Drehachse umlaufen und so in Gefahr waeren, umzustuerzen. Das stelle ich mir dann so vor, dass die Leitschiene, auf der ein solches Vehikel laeuft, gleichzeitig auch die Elektrizitaet erzeugend (Linearmotor-Magnetbahn) die Stabilitaet geben kann, wenn diese Leitschiene als breite Doppelschiene gestaltet ist, so breit, dass die Fluegel (oder Segel) ausreichend nach allen Seiten breit gelagert, abgestuetzt oder verstagt werden koennen. Der Abstand der Fluegel zueinander liesse sich leichter fixieren als die Verbindung zum Mittelpunkt der Kreisbahn, vielleicht durch elektronische Sensortechnik, weil das weniger Materialaufwand mit sich bringt. Ist natuerlich alles Utopie, obwohl ich sowas Grosses gerne mal in Echt erleben wuerde, frage ich mich natuerlich auch wo denn ueberhaupt Platz dafuer da sein soll. Wegen der moeglichen, erzielbaren Leistung waere ich eigentlich eher optimistisch. Ich bin froh, dass Du so akribische Messungen machst, denn gestern habe ich eine Maratonsitzung gemacht und alle Beitraege hier in Ruhe nochmal durchgelesen. Ich bin ueberwaeltigt von dem grossen Interesse an den durchstroemten Fluegel, von der Vielzahl der meist korrekten Beobachtungen, es war eine sehr spannende Lektuere fuer mich. Eben weil so viele Forumsmitglieder mitmachen, ist es toll, dass unser Bernd in der Lage ist, konkrete Daten zu liefern, es wird den spaeteren Bau einer Anlage oder von weiteren Versuchsmodellen fuer jeden von uns sehr erleichtern. Beim Durchlesen bekam ich oefters Lust, einzelne Punkte zu beantworten und auf alle Mitmacher einzeln einzugehen, aber da am Schluss die meisten Fragen von Euch selbst mit scharfer Beobachtungsgabe und grosser Begeisterung, gepaart mit technischem Verstaendniss und Improvisationsfreude auch ohne mein Zutun geloest wurden, habe ich nichts mehr dazu sagen muessen. Bis auf Joerg, dem ich noch eine Privatmail im Forum geschickt habe. Joerg! melde Dich doch! Carl

Morgen allerseits,


Carl schrieb:


Als ich von der Kreisbahnlagerung das erste mal gelesen hab, vielen mir spontan stillgelegte Start- und Landebahnen respektive Flughäfen ein. Dort gibts 'ne Menge Platz, sind sehr eben und haben i.d.R. eine eine ideale Anströmung. So macht man aus Brachland "ohne viel Aufwand" ein Kraftwerk .

Edit:
Idealerweise sollte sich in der Nähe ein kleiner Berg befinden, auf den man mit überschüssiger Energie Wasser pumpt um damit in Flautezeiten
den Energiebedarf ausgleicht (Pumpspeicherwerk). Somit hätte man das leidige Thema der Energiespeicherung auch erschlagen.
... Leider eben alles nur Utopie...


Bernd, nochmal meinen Respekt für soviel Einsatz. Wann schläfst du eigentlich ?



Gruss
Andre

@Andre: Stimmt, brachliegende Flugplaetze sind ein tolles Experimentierfeld fuer sowas und liessen sich bestimmt gut als Windfarm gebrauchen. Da Du gerade Flugplaetze erwaehnst, ich habe mit dem durchstroemten Fluegel auch Flugversuche (Papierflieger, Nurflueglermodell ohne Rumpf) gemacht und war erstaunt von der niedrigen Sinkrate. Den Hinterfluegel hatte ich wie eine Zieharmonika aufgefaltet in grossflaechigem Zickzack an dem ziemlich dicken wannenfoermigen Vorfluegel an den Raendern befestigt, mit UHU. Das kann jeder hier nachvollziehen, Endkappen nicht vergessen! Allerdings muss ich dazu sagen, dass mein Erstaunen etwas relativ ist, weil ich ansonsten weder mit Flugmodellbau noch der Fliegerei ueberhaupt etwas naeher zu tun gehabt habe. Dennoch habe ich mir lange Zeit Gedanken ueber eine moegliche Anwendung dieser Fluegeltechnik an Fluggeraeten gemacht, eben wegen der Umweltbelastung durch hohen Kerosinverbrauch und habe mir ueberlegt, dass, wenn einmal in der absehbaren Zukunft das Erdoel zuende gegangen ist, eventuell wieder auf die Flugtechnik der Zeppeline zurueckgegriffen wird. Die brauchen riesige gasgefuellte Auftriebskoerper und nutzen so gut wie garnicht den aerodynamischen Auftrieb von Tragflaechen. Warum denn eigentlich nicht? Sie braeuchten dann doch bedeutend weniger Auftriebskoerper und waeren mit Fluegeln weit schneller und manoevrierfaehiger. Genauso wie Flugzeuge immens viel Treibstoff verbrauchen, um ueberhaupt in die Luft zu kommen! Ein Zeppelin verbraucht ja wohl kaum Sprit nur um hochzukommen. Ein Zwitter aus beidem koennte doch eine Loesung sein, auch dann, wenn man sich richtig hohe Geschwindigkeiten dabei erstmal abschminken muss! Das wird man irgendwann doch sowieso, weil kaum was anderes uebrig bleibt! Oder kehren wir dann zurueck in die Steinzeit? Mal sehen! Dann, mit Tragflaechen, braucht ein Zeppelzeug viel weniger gasgefuellten Auftriebskoerper, oder? Also, weil unser durchstroemter Fluegel mit Stoff oder Folie aufgespannt als Fluegel zwischen zwei "Zigarren" als Auftriebskoerper an deren Verbindungsgestaenge aufgespannt sein koennte, sagen wir mal so wie bei einem Katamaran die Zwischenbespannung, worauf die Segler es sich "gemuetlich" machen, wuerde er doch als Fluegel bei viel Spannweite enorm Gewicht einsparen koennen, viel Auftrieb liefern und so ein solches Flugkonzept moeglicherweise vorteilhaft unterstuetzen koennen. @Bernd: Dass Dich der Gedanke der Kreisbahnlagerung fasziniert, haette ich mir fast gedacht. Aber das Du gleich deinen schoenen Rasen zweckentfremden willst, ist wohl doch eher nur eine spontane Ueberlegung? Reicht denn der runde Wohnzimmertisch oder auch nur ein altes rundes Tablett nicht aus? Jedenfalls ist ein 20m im Durchmesser grosses Gebilde in Deinem Garten zwar ein grossartiges Mittel, in der Nachbarschaft weltberuehmt zu werden, Deine Frau und Kinder zum Ausziehen zu bewegen und auch, um Dir selbst nahezulegen, es doch mal beruflich als Manager oder Firmenvorstand zu versuchen. Schliesslich kostet es viel Geld, jedesmal eine Spedition zu beauftragen, wenn Du Dich mal auf dem Rasen in einer Liege in der Sonne raekeln willst. Der naechste Sommer kommt ja wieder! Ach so, ja - Wegen der Messung - kann das sein, dass ein winziger Savonius dem durchstroemten Fluegel mit gleichen Rotorabmessungen wirkungsgradmaessig ueberlegen ist? Und umgekehrt bei grossen Abmessungen der durchstroemte Fluegel mit dem Rotordurchmesser besser abschneidet? Das war auch der Hintergrund, warum ich Dich zuvor schon fragte, vielleicht einmal auch die Relation Gesamtfluegelflaeche - Rotorumfang - Rotordiameter zu pruefen. Ich bin mir nicht sicher, ob es da Unterschiede gibt, habe nur so ein Gefuehl, als ob da noch etwas versteckt sein koennte was wir noch wissen muessen. @ Joerg! Na, da bist Du ja wieder! Gut, dass Dich die Enttaeuschung wegen des speziell extra solide gebauten Dreiflueglers nicht zu sehr mitgenommen hat! Ich finde, solche Rueckschlaege sind die beste Moeglichkeit, sich mit den natuerlichen Bedingungen draussen auseinanderzusetzen und zu lernen. Ich wuerde an Deiner Stelle aus alten Brettern und Stahlblech wieder einen langsamer laufenden mit grossem Rotordurchmesser, wieder mindestens 3 Meter und mit fuenf oder noch mehr Fluegeln bauen. Gib Dich einfach zufrieden mit einem kleineren Generator und mach die Fluegel wieder so kurz wie Du sie vorher hattest! Ich hab Dir ja in einer Mail auch etwas ueber leicht zu beschaffende gute Generatoren geschrieben. Wie Du in einem Deiner Beitraege schreibst, hast Du es zwischenzeitlich mal mit einem Asyncron-Motor - ohne Erfolg - versucht. Soviel ich weiss, sind Asyncron-Motore eine gute Wahl, es sollten langsamlaufende sein und meines Wissens muss auch ein Kondensator zwischengeschaltet sein, damit sich ein Kraftfeld aufbauen kann. Aber da lass Dir mal lieber von einem anderen hier im Forum helfen, weil ich von Elektrotechnik nur ganz wenig verstehe. Carl

@Bernd Beim "Durchstroemten" geschehen die Lastwechsel bei winzigen Abmessungen viel schneller, der Savonius-Rotor ist konzentrisch angestellt - anders als der "Durchstroemte", dessen Anstellwinkel linear zur Umlaufbahn liegt, alles Umstaende, die mich in der Hinsicht nachdenklich machen. Kann der "Durchstroemte" bei kurzen Lastwechseln ein vergleichbares Potenzial aufbauen? Den Savonius hielt ich immer fuer genial, in kleinen Abmessungen, klar, denn zu gross wird er unbeherrschbar. Klein und kompakt kann er jedoch starke Stroemungen umsetzen, extrem starke sogar. Das kann man konstruktiv noch umsetzen. Je groesser, desto schwieriger wird das. Was ihn auch als Wasserturbine interessant machen koennte. Auch wegen der vertikalen Drehachse, die es erlaubt, den Generator ueber Wasser zu stationieren. Vielleicht passiert garnichts wenn Du Dich entschliesst, eine Messung dazu zu machen, aber ohne Nachpruefen, nur mit Theorie uebersieht man manchmal Dinge. Jedenfalls frage ich dies nicht wegen irgendwelcher Wahrnehmungen an Modellen, da habe ich bisher auch noch nicht bewusst darauf geachtet. Es waere aber logisch, dass es da Unterschiede gibt, ein Segelschiff, welches unter Segeln geradeaus faehrt, kann weit schneller sein, als in einer Kurve. Dementsprechend muesste dann bei unterschiedlichen Umfaengen des durchstroemten Rotors etwas davon bemerkbar sein. Carl

Hallo Leute
Die ganze Sache kostet doch einiges an Zeit.
Gestern abend habe ich sehr intensiv die Auswirkungen der Vorflügeldimensionen untersucht,
mit interessanten Ergebnissen. (Ich machs spannend )
Ich erprobte 5 verschiedene Vorflügelgrössen.
Die Vorflügel wurden jeweils mit passenden Endkappen geschlossen, so wie es sich gehört
Fotos und Meßwerte später, heute steht noch viel auf dem Terminkalender. (Familiäre Dinge und ein Haus als Sendestandort mieten)

Hallo Bernd,

Hut ab ! tolle Leistung die Du hier an den Tag legst.
ich verfolge schon seit geraumer Zeit die Beiträge hier im Forum,
so habe ich mir meine Gedanken über den Rotor mit den durchströmten
Flügeln gemacht, dabei kam mir die Idee,:idea:
indem man im Zentrum des Rotors noch einen Flettner-Rotor einbaut, vielleicht könnte die Leistung
dadurch noch gesteigert werden, oder es treten andere Effekte hervor, der Durchmesser müsste allerdings
wieder durch Versuche ermittelt werden.
ich habe keine Ahnung ob das was bringt, aber es ist ohne viel Aufwand
zu bauen, oft sind es ja die einfachen Dinge die einem weiterhelfen

Carl, auf dem Foto ist nur der Flügel ohne Abdeckkappe zu sehen. Für die zweite Messung habe ich eine Abdeckkappe aus Pappe angebracht, die den Vorflügel vollkommen verdeckt. Mein Sperrholzflügel ist 3 mm dick. Beim Vorflügel hatte ich mich an deine Angabe gehalten, dass der Vorflügelumfang etwa der halben Blatttiefe entsprechen sollte. Bernd nimmt den Vorflügeldurchmesser als halbe Blatttiefe und kommt dadurch auf einen größeren Umfang. Er will uns ja heute noch aufklären. Ich bin gespannt.

Bernd hatte bei seinen ersten Messungen geschrieben, dass die größte Kraft bei Einleitung von Hinten in den Flügel erzeugt wird. Bei mir ist es seltsamerweise anders.
Bei senkrechter Anströmung der Luft auf den Flügel ist die Kraft enorm, der Flügel ruckt regelrecht beim Beschleunigen. Bei Anströmung von Hinten wird auch noch Kraft erzeugt, aber wesentlich weniger. Vielleicht liegt es an meinem kleinen Vorflügel oder an der etwas anderen Windanströmung.

Gruß Uli