Abschlusswerkstück

Windradselbstbau
 
Arm!n
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Abschlusswerkstück

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Gepostet: 12.05.2011 - 16:20 Uhr  ·  #1
Hier ist mein Bericht zu meinem Windrad. Ich hoffe, er hilft allen, die ein ähnliches Windrad bauen wollen. Bilder und Berichte wie es funktioniert kommen später. :D



Repeller

Materialliste:

- 3x Alublech (10*44 cm)
- 2x Alublech (10*10 cm)
- 1x Fahrradachse
- 3x 10er Muttern (Feingewinde)
- 1x Unterlegscheibe
- 6x Schrauben (4*10 mm)
- 6x selbstsichernde Muttern (M4)

Als erstes habe ich das Vorderrad aus einem alten Fahrrad ausgebaut. Dann habe ich in die Speichen mit einer Feile eine Kerbe eingefeilt um die Speichen besser abzwicken zu können. Jetzt hatte ich meine Fahrradachse. Ich habe die Muttern, die auf beiden Seiten das Lager zusammenhalten ein Stück weit aufgedreht, damit ich die Achse ölen konnte. Dann habe ich die Muttern so weit festgezogen, bis sie das Kugellager sicher zusammen halten, aber sich die Achse trotzdem noch gut drehen lässt.
Als nächstes habe ich drei Aluminiumstücke ( 10*44cm) mit ca. 1mm Stärke auf Maß gebracht. Für den nächsten Arbeitsschritt musste ich zu einem Bekannten gehen. Mit dessen Rundbiegemaschine habe ich die Alustreifen dann so aerodynamisch optimal wie möglich verbogen.
Nach intensiven Recherchen habe ich festgestellt, dass es strömungsoptimaler ist, wenn der Flügel gegen Ende des Rotorblattes einen höheren Anstellwinkel hat als an der Achse. Dies ist deshalb der Fall weil der Wind am äußeren Ende des Rotors einen höheren Wirkungsgrad hat als Richtung Achse. Dies habe ich erreicht, indem ich alle drei Rotorblätter aufeinander in einen Schraubstock eingespannt habe und sie dann von unten nach oben immer stärker verdreht habe, bis die optimale Form erreicht war.
Ich habe auf eines der Aluminiumquadrate ein gleichseitiges Dreieck gezeichnet. Die Linien dieses Dreiecks habe ich als Bezugslinien für die Rotorblätter genutzt. Ich habe eines der Rotorblätter auf eine der Linien gelegt und mit zwei Gripzangen befestigt. Als nächstes habe ich zwei Löcher durch beides gebohrt und den Rotor mit zwei Schrauben (4*10 mm) und selbstsichernden Muttern befestigt. Das habe ich dann mit allen Rotoren gemacht. Fertig war der Repeller. In das andere Aluquadrat habe ich ein 4cm Loch gebohrt und mit einem zwei Komponentenkleber auf der Achse befestigt. Das hat eine bessere Kräfteverteilung zur Folge. Ich habe den Repeller auf die Achse gesteckt und mit zwei Unterlegscheiben, Distanzring und einer Mutter befestigt.
Diese Art von Repeller ist zwar nicht so Effektiv wie ein Auftriebsläufer, aber einfacher zu bauen. Das liegt an der Rotorform. Bei den großen industriellen Windkraftanlagen werden nur Auftriebsläufer verwendet, weil sie schon bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten beginnen sich zu drehen.

Auf der gewölbten Seite des Rotors strömt die Luft schneller vorbei als auf der fast geraden Seite. Deshalb entsteht über dem Rotor ein Unterdruck und unterhalb ein Überdruck. Das sorgt für die Drehbewegung in Pfeilrichtung.

Bei einem Wiederstandsläufer, wie ich ihn gebaut habe geht viel Energie verloren. Das liegt daran, dass der Wind sehr stark abgebremst wird wenn er gegen den Rotor strömt. Das hat zur Folge, dass er den Rotor langsamer drehen kann. Außerdem entsteht kein so großer Unter- bzw. Überdruck.




Getriebe

Materialliste:

- 1x Plastikplatte (10*22cm)
- 2x 16cm Winkel
- 4x 10cm Winkel
- 3,2mm Nieten
- 4x M3 Schrauben
- 4x 3er Muttern
- 1x M5 Schlitzschruabe
- 3x selbstsicherned Muttern
- 1x Lochstreifenblech (18*3,5 cm)
- 2x Zahnräder Ø 6cm
- 1x Zahnrad Ø 1,5cm
- 1x Achsverkleinerung
- 2x Unterlegscheiben

Bevor ich mit dem Getriebe angefangen habe, habe ich die 16cm Winkel auf die Plastikplatte genietet. Sie dient als Grundplatte. An die beiden Winkel habe ich auf einer Seite je einen 10cm langen Winkel angenietet. An ihnen habe ich die Aluminiumplatte der Achse befestigt. Dafür habe ich vier M3 Schrauben verwendet. Dann habe ich eine Eisenplatte (20*6cm) zu einem U gebogen, wobei das mittlere Stück 10cm lang sein musste. In die Mitte dieses U- Eisens habe ich ein 3cm großes Loch gebohrt. Da die Achse zur Mitte hin breiter wird zentriert und hält das U- Eisen die Achse. Das U- Eisen habe ich an den Winkeln fest genietet.
Als nächstes habe ich ein Lochstreifenblech ebenfalls zu einem U gebogen. Dann habe ich eine Schlitzschraube (M5) durch eines der seitlichen Löcher geschoben und mit einer selbstsichernden Mutter befestigt. Es musste deshalb eine Schlitzschraube sein, weil diese rund sind und sich deshalb beim drehen nicht verkanten. Ich habe die Mutter nur so weit festgezogen, dass sich die Schraube noch leicht drehen ließ aber auch nicht zu locker saß. Ich habe in zwei 6cm und in zwei 1,5cm große Zahnräder je ein 4,2mm Loch gebohrt und anschließend ein 5er Gewinde hinein geschnitten. Auf die Achse habe ich anschließend ein kleines, einen Distanzring und ein großes Zahnrad gedreht und mit einer selbstsichernden Mutter gesichert. Ein Arbeitskollege meines Vaters hat mir einen Achsverkleinerer an seiner Drehbank gedreht. Auf ihn habe ich das andere große Zahnrad gedreht und mit einer selbstsichernden Mutter gesichert.
Den Lochblechstreifen habe ich an das andere U- Eisen angeschweißt. Ich habe alle Zahnräder so angeordnet, dass sie auf Zug laufen.


Generator

Materialliste:

- 1x Fahrraddynamo
- 1x Blechwinkel
- 1x 1,5cm Zahnrad
- 3x M5 Schraube
- 3x 5er Muttern
- 1x 6er Unterlegscheibe
- 4x 5er selbstsichernde Muttern
- 1x Feder

Ich habe einen Blechstreifen zu einem Winkel gebogen und zwei 5mm Löcher hinein gebohrt. An dem Loch, das näher an der Knickstelle ist habe ich den Fahrraddynamo befestigt. Mit dem anderen habe ich den Winkel am Gehäuse befestigt. Dafür habe ich eine 5*10mm Schraube verwendet. Ich habe das ganze mit einer selbstsichernden Mutter so befestigt, dass sich der Winkel mit dem Dynamo noch drehen kann. Durch das Gehäuse habe ich schräg nach unten versetzt ein Loch für eine 5*40mm Schraube gebohrt. Ich habe sie mit einer selbstsichernden Mutter befestigt, eine weitere Mutter darauf geschraubt, eine 6er Unterlegscheibe mit einem 2mm Loch am Rand und noch einer Mutter befestigt. Dann habe ich die Feder am Dynamo und an der Unterlegscheibe eingehängt. Mit der Schraube lässt sich jetzt der Druck des Dynamos auf das Zahnrad regeln.



Elektrik


Materialliste:

- 1x Kabel
- 2x Anschlussbuchsen (rot und blau)

Ich habe zwei 8mm Löcher in das Gehäuse gebohrt und mit einer Dreiecksfeile jeweils eine Kerbe hinein gefeilt. Die Kerbe ist dafür da, dass sich die Anschlussbuchse nicht drehen kann wenn man ein Kabel hineinklemmt. Das Loch für die blaue Anschlussbuchse habe ich so gebohrt, dass es durch den Winkel geht. Der Winkel dient als Masse. An die andere Anschlussbuchse habe ich das Kabel vom Dynamo angeschlossen. Dieser zweite Anschluss darf keinen Kontakt mit dem Winkel haben. Der Strom fließt dann über das Kabel und das Gehäuse zu den Anschlussbuchsen. Der Dynamo erzeugt maximal 10V Wechselstrom.

Dies liegt am Aufbau des Dynamos. Dynamos sind Wechselstrommotoren, weil sie in der Mitte einen Dauermagneten haben, der wie in der Zeichnung auf einer Seite einen Nord- und auf der anderen Seite einen Südpol hat. Weil Wechselstrommotoren keinen Kummutator haben erzeugen sie Wechselstrom wenn sie als Generator eingesetzt werden. Da es keinen Kommutator gibt wird der Strom nicht umgepolt wenn sich der Anker weiter dreht. Ein Dynamo hat nur einen Anschluss. Die andere Phase wird beim Fahrrad über den Rahmen und bei meinem Windrad über die Winkel und Verstärkungen zur anderen Buchse geleitet.




Windruder

Materialliste:

- 1x Blechplatte
- 1x Aluminiumrohr Ø
- 5x Schrauben (5*50)
- 5x 5er Muttern
- 1x Scharnier
- 1x Winkel
- 3x Schrauben (5*20)
- 1x Aluminiumplatte (100*80)

Ich habe ein Sechseck aus der Platte herausgesägt, das in etwa die Form meiner Zeichnung hat. Dann habe ich alle 10cm ein Loch gebohrt. Das gleiche habe ich mit dem Rohr gemacht.
Anschließend habe ich Windruder mit den Schrauben befestigt. Ich habe das Ganze vorne am Anfang des Rohrs in einen Schraubstock eingespannt. Dann habe ich es mit einem Winkel auf 15° von der Waagerechten ausgerichtet. Anschließend habe ich zwei 5mm Löcher hineingebohrt. Als nächstes habe ich einen
Winkel als Anschlag gebogen. Dann habe ich den Anschlag und das Scharnier am Rohr befestigt. Ich habe im Gehäuse die Aluplatte zur Verstärkung zwischen Scharnier und Plastik geschraubt. Ich habe das Scharnier beim Anbringen am Gehäuse wieder 15° von der Waagerechten aus mit 3 Schrauben angebracht. Durch das Scharnier liegt das Windruder bei Windstille am Anschlag an.




Offset


Materialliste:
- 1x Aluplatte (120*180)
- 1x Aluplatte 180*10)
- 4x Schrauben M8
- 4x Muttern M8

Ich habe einem Bekannten die Aluplatte mit in die Arbeit gegeben. Er hat dort zwei 9mm Schlitze in die Platte gefräst. Ich habe in die Grundplatte meines Gehäuses eine Aluplatte zur Verstärkung des Gehäuses zwischen die Offsetplatte mit den Schlitzen und dem Gehäuse geschraubt. Ich hab die Offsetplatte an den Rand der Schlitze geschraubt. Dann habe ich einen Halter eines Antennenmastes etwa 4cm vom Drehpunkt der Welle versetzt angebracht. An ihm wird ein Rohr befestigt, das in den Mast gesteckt wird und als Azimutachse dient.




(Flächeninhalt Repeller²* Windstärke²* Offset) / (24* sin ά) = Windfahnenlänge

Da ich mein Windruder schon fertig hatte musste ich die Größe des Offsets berechnen.

(0,95²*11²*x) / (24*sin 15°)= 0,6

(0,95²*11²*x) / 6,21 = 0,6 / *6,21

0,95²*11²*x = 3,726 / /0,95*11²

x = 0,034m

 3,5 cm Offset







Dadurch, dass die Achse nicht in einer Flucht mit der Achse des Repellers liegt, wird das Windrad bei starkem Wind aus der Hauptwindrichtung gedreht. Das Scharnier am Windruder ist so angebracht, dass wenn sich das Windruder in den Wind richtet während der Repeller aus dem Wind gedreht ist, es eine Steigung für das Windruder dar stellt. Diese sorgt bei schwächerem Wind dafür, dass der Repeller wieder in der Hauptwindrichtung gedreht wird.

Da die Berechnung des Offset nur ein eher grober Richtwert ist habe ich mein Windrad so konstruiert, dass ich das Offset also den Abstand zwischen der Repellerachse und der Mastachse verstellen kann.
Die Sturmsicherung verhindert eine Überbelastung des Dynamos und Getriebes bei zu hohen Windgeschwindigkeiten. Außerdem verhindert sie zu große Fliehkräfte, die den Repeller und Personen gefährden können.




Gehäuse


Materialliste:

- 6x Plastikplatten
- Nieten
- Spritzkitt

Ich habe aus einer großen Plastikplatte sechs kleine Platten gesägt. Jeweils zwei mit den Maßen 10*15, 10*22 bzw. 11*22,5 und 15*22. Ich habe alle an den Winkeln fest genietet. Dann habe ich alle Fugen mit Spritzkitt wasserdicht gemacht. Oben am Deckel habe ich eine kleine Aussparung für das Scharnier herausgefeilt. Ich habe ein Scharnier angenietet und einen Magneten, damit der Deckel fest sitz.



Den Mast muss ich erst noch aufstellen. :sleep: Für ihn werde ich ca. 3-4m langes Rohr verwenden.
Menelaos
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Re: Abschlusswerkstück

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Gepostet: 12.05.2011 - 19:13 Uhr  ·  #2
prima, ein Bild wäre noch toll :-)

Gruß
Max
Uwe Hallenga
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Re: Abschlusswerkstück

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Gepostet: 13.05.2011 - 13:04 Uhr  ·  #3
Super Sache !

Wenn Du Schwieirgkeiten hast wegen der Bilder, dann schicke sie mir einfach und ich passe sie in der Größe an.

Gruß Uwe
soderica
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Re: Abschlusswerkstück

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Gepostet: 13.05.2011 - 15:32 Uhr  ·  #4
Ist ja ein wirklich toller Bericht mit allen techn. Angaben, bin da schon ganz gespannt auf die entsprechenden Fotos. So können uns sollten Sachen beschrieben werden, damit jeder gleich verstehen kann um was es sich handelt, Bravo, Super gemacht.

Bruno
berlin1109
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Re: Abschlusswerkstück

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Gepostet: 13.05.2011 - 16:48 Uhr  ·  #5
Auch ich finde Deinen Bericht sehr gut und möchte Dir zu Deinem Werk gratulieren!

Gruß Klaus
Arm!n
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Re: Abschlusswerkstück

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Gepostet: 18.05.2011 - 13:12 Uhr  ·  #6
Es freut mich, dass euch mein Bericht gefällt!
Die Bilder sind jetzt bei Uwe...

Ich habe das Windrad auch schon testen können, nur halt ohne Mast...
Aber ich habe trotzdem eine Maximalspannung von 13, irgendwas Volt erreichen können. Und das mit meinem 6V Fahrraddynamo =)
Das einzige was mir nicht gefällt ist das sehr hohe Rastmoment. Aber wenn es anfängt zu drehen, dann kommt meiner Meinung nach ordentlich was raus! Ich hätte mit viel weniger gerechnet.
Nur kann ich euch nicht sagen wie stark es gewindet hat...
Arm!n
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Re: Abschlusswerkstück

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Gepostet: 07.06.2011 - 22:27 Uhr  ·  #7


XXLRay
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Re: Abschlusswerkstück

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Gepostet: 08.06.2011 - 00:25 Uhr  ·  #8
Patrick
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Re: Abschlusswerkstück

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Gepostet: 09.07.2011 - 01:38 Uhr  ·  #9
Wie hoch ist die Übersetzung, ein älteres Windrad von mir hatte schon ohne Übersetzung Anlaufschwierigkeiten.
Gruß Patrick
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