Schulprojekt-Windkraftanlage

 
Windig91
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Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 15.01.2009 - 11:17 Uhr  ·  #1
Hallo zusammen,
ich bin Schüler der zwölten Klasse und wir haben im Technik (Leistungskurs) die Aufgabe bekommen, eine Windkraftanlage zu bauen, die nach Möglichkeit auch transportabel ist.
Also haben wir Informationen gesammelt und sind auf eine Art Windgeschwindigkeitsmesser gestoßen( es ist einer Mantelturbine gleich, also ein Rohr in dem ein Roteller(glaube ich) ist.).
Diese Idee habe wir nun weiterentwickeln wollen und sind dabei auf Mantelturbinen gestoßen. DIe sind zwar weniger transportabel aber wir finden sie sehr gut.
Nun sind wir am planen um bald mit dme Bau zu beginnen.
Vorher möchte ich abe rgern wissen, wie ich die Rotorblätter gestalten muss.
Wir planen einen Durchmesser von 40 cm. ( also ein Modell) könnte man damit kleine Baterien aufladen?
Außerdem würde ich gern wissen, was nun die bessere Rotorschablone ist. Dnen ich habe hier Forum/phpBB2/viewtopic.php?t=1835 eine Diskusion gefunden, die sich damit befasst, allerdings kamen nach der Skizze keien ntworten mehr.

Also erstmal Danke fürs Lesen und ich hoffe, ihr habt Ideen die uns weiter bringen.

mfG Windig ( Unser Gruppenname ^^)
XXLRay
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 15.01.2009 - 13:38 Uhr  ·  #2
Ich persönlich halte von Mantelturbinen wenig. Für den Aufwand, der beim Bau entsteht, bieten sie einfach zu wenig Leistung.
Das Profil auf dass sich die Diskussion bezieht, habe ich in diesem Beitrag verwendet:
Forum/phpBB2/viewtopic.php?t=2140

Die Schablone dort ist aber etwas zu kurz, so dass die Flügelenden ein wenig mit Augenmaß nachgearbeitet werden müssen, wenn ihr diese Voralge verwenden wollt. Im Beitrag findest du auch einen Link zum verwendeten Generator. Dort sollte dir einiges über die nötigen Berechnungen klar werden.
Windig91
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 26.01.2009 - 17:46 Uhr  ·  #3
ok danke,
also meinst du sollten wir lieber eine normale Windanlage bauen, also ohne einen Mantel außen herum?
und welche Rotorenahl bietet sich an? 2 , 3 , 5 oder mehr?
XXLRay
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 26.01.2009 - 22:41 Uhr  ·  #4
Du meinst, wie viele Flügel der Repeller haben sollte? Am einfachsten wäre sicherlich ein Zweiflügler aus Abwasserrohr zu bauen. Schau dir dazu mal die Beiträge von Menelaos an.
Als Generator würde ich einen Schrittmotor (Steppermotor) vorschlagen, oder ihr wagt das Abenteuer und baut euch einen Scheibengenerator.
Windig91
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danke

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Gepostet: 10.02.2009 - 10:20 Uhr  ·  #5
ok danke =) wir sind nun kurz davor material zu kaufen.
ich habe mir mal einige dateien zu Mantelturbinen durchgelsen und da wir ja eine Art Modell bauen und ie Windkraftanlage klein sein wird(durchmesser ca 40 cm) benötige ich hohe drehzahlen um leistung zu erzeugen.
Und die Drehzahl erhöht sich ja mit der Windgeschwindigkeit, und Mantelturbinen wirken ja positiv auf Wind v.
Könnte mir evtl noch jmd sagen, welche Anzahl an rotellern sich positiv auf unser projekt ausüben würde also 2 oder evtl 5 ? welche Unterschiede gibt es?


Und dann noch eine Frage, ich hab grad mal nach dem Steppermotor gegoogelt und gelesen, dass es im Magnetfeld des motors zu wiederkehrenden Problemen in bezug auf Schrittfehler kommt. Soll heißen der Motor hängt =/

wir haben noch nicht so die vorstelleung, welche leistung wir dann rausholen können und wie überhaupt die elektrik daran funktioniert.
Wäre toll wenn da mal jmd n kurzen einblick geben kann oder materialvorschläge
wir wissen halt dass es ca 40 - 50 cm durchmesser sind.

Danke schonmal
XXLRay
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Re: danke

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Gepostet: 10.02.2009 - 22:20 Uhr  ·  #6
Zitat geschrieben von Windig91
ich habe mir mal einige dateien zu Mantelturbinen durchgelsen und da wir ja eine Art Modell bauen und ie Windkraftanlage klein sein wird(durchmesser ca 40 cm) benötige ich hohe drehzahlen um leistung zu erzeugen.
Und die Drehzahl erhöht sich ja mit der Windgeschwindigkeit, und Mantelturbinen wirken ja positiv auf Wind v.
Ich persönlich glaube weiterhin, dass diese Mantelturbinen zwar in der Theorie funktionieren, in der Praxis aber mehr Glaube als Tatsache sind. Meiner Meinung nach hättet ihr mehr davon, zunächst ein traditionelles Windrad zu bauen und erst dann mit Ummantelungen zu experimentieren. Dafür habt ihr aber vermutlich keine Zeit.

Zitat geschrieben von Windig91
Könnte mir evtl noch jmd sagen, welche Anzahl an rotellern sich positiv auf unser projekt ausüben würde also 2 oder evtl 5 ? welche Unterschiede gibt es?
Ich vermute, du meinst die Anzahl der Flügel am Propeller, ja? Vereinfachend lässt sich sagen, dass die Drehzahl steigt, je weniger Flügel du verwendest. Eine ungerade Anzahl läuft dabei in der Regel gleichmäßiger. Mehr Flügel bedeuten zwar ein größeres Drehmoment (besseres Anlaufverhalten), erzeugen aber auch mehr Verwirbelungen und bedeuten einen geringeren Wirkungsgrad.


Zitat geschrieben von Windig91
Und dann noch eine Frage, ich hab grad mal nach dem Steppermotor gegoogelt und gelesen, dass es im Magnetfeld des motors zu wiederkehrenden Problemen in bezug auf Schrittfehler kommt. Soll heißen der Motor hängt =/
Das bezieht sich wohl nur auf den Motorbetrieb und nicht auf den Generatorbetrieb.

Zitat geschrieben von Windig91
wir haben noch nicht so die vorstelleung, welche leistung wir dann rausholen können und wie überhaupt die elektrik daran funktioniert.
Wäre toll wenn da mal jmd n kurzen einblick geben kann oder materialvorschläge
wir wissen halt dass es ca 40 - 50 cm durchmesser sind.
Das lässt sich so pauschal nicht sagen. In der Regel versucht man, dass das Windrad unter 3m/s Wind Ladespannung erreicht. Dabei muss euer Generator zum Windrad passen. Ist die Leistung zu groß, wird das Windrad zu stark belastet und erreich seine Nenndrehzahl nicht. Deswegen sollte die Leistung eures Generators bei der Drehzahl, die euer Windrad bei 3m/s Windgeschwindigkeit erreicht, unter der Leistung des Windrades liegen.
Bei einem optimistischen Gesamtwirkungsgrad von 20% benötigt ihr also einen Generator, der euch bei 3m/s eine Leistung von 1,2 * 0,5 * 3³ * 0,5² * 3,14 * 0,2 = 2,5W liefert.
Die Leistung des Generators ist abhängig von der Drehzahl. Eure Windraddrehzahl bei 3m/s Windgeschwindigkeit hängt aber wieder von der gewählten Rotorbauart ab.
Windig91
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 11.02.2009 - 17:33 Uhr  ·  #7
Ah danke für die ausführlichen Antworten.
OK wir haben uns das gemeinsam überlegt und bauen nun ein "normales" Windrad mit 3 Flügeln.
( Ich habe hier schon eine tolle Anleitung gefunden, wie man aus Abflussrohren einen mehrflügler bauen kann , danke an die Comunity^^)

Grund dafür sind dein "Erfahrungsbericht" und die tatsache, dass eine Mantelturbine mit den uns zur verfügung stehenden Mitteln sehr schwer wäre und sich somit vermutlich schlecht bis garnicht in den Win ausrichtet.

Als generator haben wir nun die Idee zwei Narbendynamos zu verwenden und diese hintereinander zu schalten. Was haltet ihr davon?
Sie haben jeweils 3 W und 6 V wären zusammen 6 W und 12 W . Das wäre ausreichend um Schulversuche damit zu betreiben und evtl ein handy zu laden oder ähnliches.
XXLRay
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 11.02.2009 - 18:29 Uhr  ·  #8
Habt ihr schon so einen Generator? Dann wäre der erste Schritt, mal eine Kennlinie aufzunehmen. Einmal die Lehrlaufspannung und dann die Spannung unter Belastung mit einem Verbraucher über die Drehzahl aufnehmen. Einen einfachen Drehzahlmesser könnt ihr euch mit einem Fahrradtacho bauen.
Windig91
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 11.02.2009 - 18:39 Uhr  ·  #9
nein wir haben noch keinen solchen generator. Morgen werden wir wahrscheinlich einen kaufen und dann mal so einen versuch anstellen, das ne super idee danke =)
XXLRay
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 11.02.2009 - 18:50 Uhr  ·  #10
seti2
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 11.02.2009 - 19:08 Uhr  ·  #11
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Nabengeneratoren

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Gepostet: 12.02.2009 - 13:34 Uhr  ·  #12
Hallo Windig91
Falls ihr die Idee mit den beiden Nabengeneratoren in Serie geschaltet weiterverfolgen solltet, müsst ihr folgendens beachten. Wenn die Generatoren Wechselspannung liefern, können sie weder parallel noch seriell geschaltet werden, da die Phasenlage mit Sicherheit nicht gleich sein wird. Dadurch gibt es dann nicht eine Verdoppelung der Spannung, sondern im schlimmsten Fall gar nichts.
Wenn jedoch die Ausgangsspannung jedes Generators zuerst gleichgerichtet wird, und dann die Ausgänge der Gleichrichter in Serie geschaltet werden, könnte es einigermassen funktionieren.
Falls die Generatoren Gleichspannun liefern, was ich aber nicht annehme, können sie problemlos in Serie geschaltet werden.

Grüsse
Pfenni
Windig91
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 12.02.2009 - 14:31 Uhr  ·  #13
dake fpür den tipp , aber wir verwenden nun den generator, weoclehn wir großzügigerweise von Seti2 bekommen.

damit hat sich das problem erledigt =)
nun müssen wir die flügel ( drei sollen es sein) bauen .
Pfenni
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 12.02.2009 - 15:06 Uhr  ·  #14
Ok, Ich bin gespannt, wie viel Leistung ihr da rausbekommt.
Ich selber habe mich entschieden, ein paar Versuche mit Scheibenläufergeneratoren zu machen. Da stehe ich allerdings noch recht am Anfang.

Grüsse
Pfenni
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 12.02.2009 - 17:57 Uhr  ·  #15
ui hab grad gesehn, dass die andere gruppe hier im vertiaklachsenforum ihr projekt als thema eröffnet hat ^^
mal gucken was bei denen rauskommt.

Kann mir jmd beim erstellen des Flügeprofils helfen?
Windig91
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 18.02.2009 - 18:05 Uhr  ·  #16
Hallo @ all =)

erstmal ein großes Danke an seti2 , der Generator ist heute eingetroffen und da hab ich mich gleich wieder an die Arbeit gemacht.

Also es gehtum die Flügel. Wir bauen sie aus einem PVC-Rohr mit einem Querschnitt von 200 (mm). Es werden drei Stück und nun die Maße ( die hofentlich alle richtig sind).
Meine Bitte ist, euch das mal anzuschauen und zu gucken ob das dann so passt =).

erstmal der Generator:
(ich kopiere die Links aus dem Bericht von Seti2 hierher damit es übersichtlicher wird, ich hoffe damit verstoße ich gege keine Rechte)

Papst BCI 6355 120VDC 1,0A 0,27Nm 3450 1/min S3-5% IP40

Datenblatt
http://www.ebmpapst.com/media/…BCI_DE.pdf

Seti2's Kurztest:
[url]
Forum/phpBB2/viewtopic.php?t=1…c&start=10[/url]

Nun unser Flügel:
wenn ich das richtig verstanden habe, dann ..
muss ich als erstes die Flügelfläche ermitteln, die benötigt wird um den Generator in den Ladezustand zu versetzten. Das soll bei ca. 3 m/s passieren und dafür werden laut Kurztest 310 U/min benötigt.
bei dieser Drehzahl hat der Generator 1 Watt Leistung.
Der Motor hat eine Wirkungsgrad von 75% und bei den Flügel gehe ich mal von 40% aus.
0,75*0,4=0,3
also setzt man ein :
A=1W/(0,5*1,2*27*0,3) = 0,20576...m“
wir benötigen also eine Flügelfläche von 0,2 quadratmetern
das hießt ein Flügel hat einen Radius von:
r=sqrt(0,2m≤/PI) = 0,2559 m
wir benötigen also eine Flügellänge von rund 26 cm.

ist das soweit erstmal richtig?

wir haben dann shconmal weitergemacht und die Schablone des Flügels aus einem Post von XXLRay genommen und über verschiedene Rechnungen sind wir dann auf unsere Flügelmaße gekommen.
so sieht er dann aus (siehe Bild)


Ok Kommentare, Meinungen Vorschläger alles ^^

danke danke =)
XXLRay
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 18.02.2009 - 18:55 Uhr  ·  #17
Sieht meiner Meinung nach erstmal richtig aus. Die Frage ist nur, ob mein Profil die nötige Schnellaufzahl, und damit 310 U/min bei 3m/s Wind, erreicht. Das weiß ich einfach nicht, weil ich noch keine Gelegenheit hatte, es zu testen. Unter Umständen müsst ihr nochmal neue Flügel bauen, wenn der Rotor zu langsam dreht, aber das ist bei Rohrflügeln zum Glück nicht so schwer.
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 18.02.2009 - 19:05 Uhr  ·  #18
ok also erstmal bauen und dann testen =/
ich wollt noch ergänzen, dass die Nabe an der die Flügel befestigt werden. einen Durchmesser von 20 cm hat. ist das so in ordnung?
Da passen die 3 Ecken der Flügel genau hoch und in er mitte ist eine Kreisfläche mit 2 cm Durchmesser frei für löcher etc.

edit:
wegen der Schnelllaufzahl habe ich shcnel mal eine Rechnung gemacht.
Umfang: 1,89 m ( ich habe hie rmit einem Radius von 30 cm gerechnet,
da die Nabe noch hinzu kommt)
(3*60)/1,885=95,49
600/95,49=6,28
ich weiß zwar net was das bedeutetm aber ich habs mal ausgerechnet =)

und dann hab ich grad mal übertragsweise die gesamte flügelfläche ausgerechnet so wie der flügel oben ist :
(0,26m*0,1421m)/2= 0,018 m“ <-- ein Flügel
0,018 m“ *3=0,055 m“ <-- Gesamtflügelfläche

nun habe ich aber anfangs
A=1W/(0,5*1,2*27*0,3) = 0,20576...m“
ausgerechnet.
was nun?
:? :? :?:
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 19.02.2009 - 07:14 Uhr  ·  #19
Zitat geschrieben von Windig91
ok also erstmal bauen und dann testen =/
ich wollt noch ergänzen, dass die Nabe an der die Flügel befestigt werden. einen Durchmesser von 20 cm hat. ist das so in ordnung?
Da passen die 3 Ecken der Flügel genau hoch und in er mitte ist eine Kreisfläche mit 2 cm Durchmesser frei für löcher etc.
Ich persönlich würd versuchen, die etwas kleiner zu machen. Bei einem Radius von 10cm der Nabe verdeckst du ja fast die halbe Flügelfläche.

Zitat geschrieben von Windig91
wegen der Schnelllaufzahl habe ich shcnel mal eine Rechnung gemacht.
Umfang: 1,89 m ( ich habe hie rmit einem Radius von 30 cm gerechnet, da die Nabe noch hinzu kommt)
(3*60)/1,885=95,49
600/95,49=6,28
ich weiß zwar net was das bedeutetm aber ich habs mal ausgerechnet =)
95,49 ist die Umdrehungszahl, die ein Windrad mit einer Schnelllaufzahl von 1 erreicht. 6,28 ist die Schnellaufzahl, wenn du bei 3m/s 600U/min benötigst. Du bräuchtest also eine Schnellaufzahl von 310/95,49 = 3,25. Wenn man mehr Erfahrung mit Flügelprofilen hat, kann man sein Profil gleich so auslegen, dass dieser Wert garantiert erreicht wird.

Zitat geschrieben von Windig91
und dann hab ich grad mal übertragsweise die gesamte flügelfläche ausgerechnet so wie der flügel oben ist :
(0,26m*0,1421m)/2= 0,018 m&#8220; <-- ein Flügel
0,018 m&#8220; *3=0,055 m&#8220; <-- Gesamtflügelfläche

nun habe ich aber anfangs
A=1W/(0,5*1,2*27*0,3) = 0,20576...m&#8220;
ausgerechnet.
was nun?
In der Formel für die Berechnung der Flügellänge ist die gesamte Fläche einzusetzen, die von Luft durchflossen wird. Das ist beim Horizontalachser eine Kreisfläche mit der Flügellänge als Radius.
Was du berechnet hast, ist die Fläche des verbrauchten Materials.
Menelaos
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Re: Schulprojekt-Windkraftanlage

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Gepostet: 19.02.2009 - 14:43 Uhr  ·  #20
Moin Moin!

Nun bin ich wieder in der Heimat angekommen und habe die tropischen Temperaturen in der Äquatorgegend gegen Schneetreiben in der Heimat getauscht.

Spätestens wenn ich Anfang März aus dem Urlaub komme, werde ich dir ein Schnittmuster anfertigen und zuschicken. Warscheinlich direkt auf Papier und dann per Post. Dafür brauche ich dann noch deine Anschrift...und wenns geht das ANlaufdrehmoment an der Rotorwelle (du weißt wie man das bestimmt...oder? ) sowiedie genauen Maße deiner Nabe bzw zumindest denInnendurchmesser (also den Abstand von der Bohrung bis dort wo der Flügel dann anfangen soll). Noch besser wäre natürlich eine Leistungskurve des Generators an der Batterie gemessen. Dann gehts am einfachsten abzustimmen und wird wohl auf Anhieb klappen. Wenn ich die Daten dann habe, sollte es nicht länger als 4 Tage dauern bis deine Schablone bei dir ankommt...

200er Rohr bei dem Durchmesser und dann als dreiflügler ist allerdings auf jeden Fall die falsche Kombination. Da bewegen wir uns eher im Bereich 100 bis maximal 150er Rohr, wenn überhaupt. Kaqnn ich dir dann aber genau sagen wenn ich deine Daten habe.

Gruß
Max
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