Fehleranalyse Fahrradreifen-Windrad

Welche Windgeschwindigkeit bringt denn euer Windkanal? Habt ihr bisher ohne Dynamo gearbeitet? Dann wundert mich, dass sich da nichts dreht.

das wundert mich etwas, ich habe vor einigen Jahren auch mal son ein WIndrad gebaut, quasi genauso wie ihr, allerdings aus einem 28 Rad. Die Speichen hatte cih direkt mit Gewebetape umwickelt um mir die Folie zu sparen und alles schön straff zu bekommen. Bei mri lief das ganze prima an. Wenn man natürlich beispielsweise nur einen ventilator davorhält kann sowas nicht klappen. Geht mal raus aufs Feld und verscuht es dort nochmal....

Ansonsten kann ich meinem Vorredner nur zustimmen: verscuht die ANstellwinkel durch eine andere Konfiguration von Speichen zu vergrößern, das bringt mehr Drehmoment und damit früheren Anlauf.

Gruß
Max

Hallo Jungs vom Gymnasium,

Nach all den guten Tipp`s, die Euch von den Fachleuten hier gegeben wurden, braucht Ihr meine Hilfe für Euer Projekt bestimmt nicht mehr, aber vielleicht, da Ihr schon einmal dabei seid, mit Fahrradteilen zu basteln, interessiert Euch noch eine andere Variante:

Ich habe vor 25 Jahren, als ich in etwa in Eurem hoffnungsvollen Alter war, Versuche gemacht, mit in die Speichen eines Fahrrades eingebauten Flügeln das "Fahrerlebniss zu erleichtern." Das hat auch geklappt, bei ebener glatter Strecke und starkem Wind mit etwa 6 m/sec und mehr gelang es mir quer zum Wind das Fahrad ohne Pedalantrieb auf eine Fahrgeschwindigkeit von 8 kmh zu beschleunigen. Vollgas also mit Windkraft!

Bei Sturm war es dann nicht mehr möglich, das Fahrrad sicher zu lenken, es ist also keine Idee für den öffentlichen Verkehr.
Vor allem das Vorderrad macht dann Probleme, es ist nur noch sehr schwer lenkbar. Ich schätze mal, dass man bei einem ordentlichen Orkan mit Flügeln nur im Hinterrad eine Menge Spass bei Strandfahrten (ohne Autoverkehr und andere Hindernisse im Weg) haben könnte.

Nun zu der Bestückung eines solchen Segelfahrrades mit passenden Flügelelementen: Mit normalen Flügeln die wie bei Euch als Membrane mit einem Anstellwinkel zwischen den Speichen angebracht werden, funktioniert sowas natürlich auch prima, aber leider nur in einer Fahrtrichtung. Wenn Ihr die gleiche Strecke quer zum Wind zurückfahren wollt, würde das Fahrrad dann aber leider den Wind von seiner anderen Seite bekommen und andersherum angeströmt statt vorwärts - rückwärts in die Richtung weiterfahren, die Ihr nicht wollt, falls der Rücktritt des Fahrrades oder andere Umstände das Dilemma nicht verhindern.

Ihr braucht also spezielle Flügel für soetwas, aber keine Angst, so schwierig ist das nicht, Carl weiß Rat. Die ersten solcher Spezialflügel, die ich mir aus Wellpappe ausgeschnitten zwischen die Speichen geklemmt und festgebunden hatte, funktionierten auch so schon ganz gut.

Was für Flügel also?

Monogonal müssen sie sein, also in einem einzigen Drehsinn weiterarbeiten, egal ob der Wind von der einen oder von der anderen Seite kommt. Das tun normale Flügel nämlich nicht. Leider.

Und wie?

Mit C-Flügeln, deren Technik Ihr in einem der Threads zu Vertikal-Windrädern hier im Forum heraussuchen könnt. Nur eben, dass die Leitflächen der Flügel dann nicht gebogen, sondern schnurgerade sein müssen. So kann man C- Flügel ohne jeglichen Anstellwinkel zwischen die Speichen von Fahrrädern einbauen, dadurch, dass die Leitflächen linear zum Drehkreis des Rades ausgerichtet sind, ergibt sich der gleichbleibende (monogonale) Drehsinn mit Drehmoment in die von Euch (wahrscheinlich) gewünschte Fahrtrichtung, wohin auch immer Ihr davonrasen wollt.

Eigentlich dürfte ich Euch hier keine solchen Anleitungen geben, denn dieses Forum ist ja nur für Kleinwindkraftanlagen ausgelegt. Und zum anderen besteht die Gefahr, dass Ihr meinen Rat, mit solchen Experimenten dem öffentlichen Verkehr fernzubleiben, nicht befolgt. Ich weiß genau, dass es noch keinen Führerschein für solche Raketen gibt!

Ich bekomme von der Forumsleitung möglicherweise keine Erlaubniss, Euch in Zukunft noch ausführlicher zu solchen Projekten beraten.

Aber da Ihr ja selber gute Ingenieure seid, wie Ihr mit Eurem hier vorgestellten Versuchsaufbau bereits unter Beweis gestellt habt, könnt Ihr Euch sicherlich auch ohne weitere Hilfe einigermaßen gut weiterhelfen. Damit Ihr wenigstens eine bildliche Vorstellung von dem, was ich Euch da zur Nachahmung empfehle bekommt, lege ich noch ein Foto aus der Zeit, wo ich und das Segelfahrad in annähernd Eurem gesegneten Alter war, bei:

Forum/cf3/upload/avatars/utool_f_1328428713_2.jpg

Auf das C-Flügel Prinzip in fast allen seinen Anwendungsformen ist zwar das Patent DP 41 20 908 erteilt worden, dieses ist aber nach 20 Jahren schon längst abgelaufen und jeder, wer möchte und fähig dazu ist, kann es benutzen. Es kann also nur Spass machen. Im Internet lässt sich die Patentschrift herunterladen, das genügt dann schon zum Basteln. Wie man das herunterläd? Ein bißchen googeln, die komplette Auskunft ist gratis, da gibt es eine Serviceseite, die Ihr Euch aber selber heraussuchen müßt.

Gruß, Carl

Hallo Max,

Danke für Dein Interesse! Diese Fahrrad-Segler Version war das erste Modell, welches von mir gebaut wurde, da ist bei der Auslegung und Entwicklung naturgemäß noch sehr viel Spielraum drin, so etwas kann man selbstverständlich auch mit mehr oder weniger Flügeln bauen. Bei normalen Rädern sind natürlich durch die Speichenanordnung gewisse Grenzen gesetzt.

So breit wie es die Radbreite zwischen Felge und Nabe ohne Behinderung des Freilaufes erlaubt, kann man vorteilhaft den Vorflügel mit seiner Wannenform gestalten. Er soll ja möglichst viel Drehmoment entwickeln, das ist bei so wenig Segelfläche eine zwingende Vorgabe. Dementsprechend muß man auch die Größe der Leitflächen an die Vorflügel so anpassen, daß beide Teile ein optimales Wirkungs-Verhältniss zueinander haben. Man darf nicht vergessen, dass selbst mit zwei großen 28" Rad-Flächen nur ein sehr kleiner Raum abgedeckt wird, nicht einmal 1/2 qm Segelfläche kommt dabei heraus. Vergleiche mit der kleinsten Segeljolle für Kinder - der "Pirat" - 3,5 - 4 qm Segelfläche. Deshalb darf man auch nicht glauben, damit mit leichter Brise schon auf´s Pedal verzichten zu können. Windstärke 4-5 sind das Mindeste, um die etwa 100 Watt geschätzte Leistung herauszubekommen, die für das oben beschriebene nötig sind. Also möglichst breite Vorflügel bei dazu passender Leitflügelfläche. Bei den gelben Leitflächen handelte es sich um relativ aufwendig befestigte PVC-Gewebe-Folien, deren größte Flügeltiefe sich im äußeren Drehkreis, wo auch der wirksame Hebelarm auf die Drehachse am größten ist, befindet. Die Durchlassöffnungen zwischen den Flügeln waren deshalb zur Nabe hin, wo sowieso wenig Antrieb entstehen kann, am größten. Macht man ein Windrad zur Energiegewinnung aus soetwas, so sind übliche Flügelumrisse aus ganz anderen Gründen (Sturmfestigkeit etwa) natürlich viel vorteilhafter. Bei normalen Windrädern hat man ja auch nicht aussen eine Felge wie beim Fahrrad, die die Konstruktion versteifen könnte.

Die offenen Freiflächen zwischen den gelben Flügeln sind - gemessen an der sonstigen Abdeckung der Rotorfläche durch die Flügel - sehr klein, reichen gerade einmal aus, um das von Betz postulierte Drittel der Strömung ungehindert durchfliessen zu lassen, damit der Wind nicht wegen zu hoher Abdeckung den leichteren Weg um das Hindernis herum nimmt.

Ich habe später kürzere Leitflächen mit eleganterem, sportlicher aussehenden Zuschnitt ausprobiert, habe aber keinen Zuwachs an Leistung bekommen, vielleicht auch deshalb nicht, weil die späteren Leitflächen wegen einfacherer Steck-Montage der Flügelmodule ganz rigide aus Plaste waren. Die im ersten Versuch verwendeten PVC- Gewebefolien waren leicht aeroflexibel mit einem sich dadurch automatisch bildenden sehr minimalen Anstellwinkel durch Winddruck je nach Anströmungsseite passend zum Vortrieb.

Dieser Anstellwinkel muß nicht sein, die Flügel funktionieren auch mit rigider Leitfläche, deren Anstellung parallel zur Drehkreisfläche des Rades verläuft. Wenn von beiden Seiten je nach Fahrtrichtung das Rad rechts oder links genau von der Seite angeströmt wird, ist der Leistungsbeiwert am besten. Kommt der Wind von direkt vorne, ist der Vortrieb nur noch sehr minimal, steigt aber kontinuierlich bis Wind von querab an, um dann nach hinten abfallend bis fast zu voll achterlichem Wind wieder nachzulassen. Rückenwind ist kein Problem, ich habe dann immer einen oder zwei Regenschirme aufgespannt, manchmal hilft auch ein Drachen am Lenkrad. Am Strand mit dicken BMX-Reifen geht das ganz gut. Roller-Holler! Wind von vorne bedeutet in keinem Fall einen höheren Cw als normal üblich, so ein Rotor im Rad stellt also auch keine Behinderung beim Pedalieren gegen den Wind dar.

Für sehr schmale nur auf Schnellläufigkeit ohne maximales Drehmoment wie bei Langsamläufern ausgelegte Flügel hätte ich wahrscheinlich einen Orkan abwarten müssen, bis das Rad aus dem Stand anläuft, so aber geschah dies schon bei etwa 6 m/sec Windgeschwindigkeit oder Windstärke 4/5. Auch schon ein hübsches Lüftchen, wenn man bedenkt, das die mittlere Windgeschwindigkeit am Boden im Binnenland meist um 3 m/sec liegt! Das Erlebniss, ohne Pedalieren Fahrrad nur mit Windkraft fahren zu können, erlebt man also nur auf ebener Strecke bei ausreichend Wind.

Dafür gibt es allerdings eine Aufrüstung mit richtigem Segel, hier:

Forum/cf3/upload/avatars/utool_f_1328284076_5914.jpg

und hier noch besser für die Jungs vom Gymnasium - bei einem Lastenfahrrad mit Segel hinterm Fahrersitz, sehr leicht beherrschbar, weil man den Schwerpunkt mit dem Hintern prima gut verlagern kann. Absolute Beherrschung des Gleichgewichts möglich, geh auch superleicht zu manövrieren. Allerdings nur mit Luggersegel wie bei der Piratenjolle o.ä., der Mast möglichst weit hinten, so dass der vorstehende je nach Windrichtung frei schwingende Segelteil vor dem Mast nicht in Körperberührung mit dem Kapitän kommt. Luggersegel kann man so festsellen, dass sie sich wie das Djunkensegel automatisch bei Richtungswechseln an den Wind stellen, man muß nur lenken und mit dem Po ordnungsgemäß und zivilisiert das Gleichgewicht ausbalancieren. :

Forum/cf3/upload/avatars/utool_f_1328284431_5914.jpg

Antrieb macht dieses Flügelkonzept schon sobald der Wind weit vorderlicher als querab kommt, ich würde sagen, so ab 35° von vorne ganz gut. Die maximale Leistung erzielt man allerdings bei Wind direkt von querab wie bei normalen Windrädern auch. Der Unterschied zu normalen Windradflügeln besteht also darin, dass in einem hohen Anstellungsbereich der Flügel noch akzeptable Leistung erzielt werden kann, dort also, wo andere Flügel längst falsch angeströmt werden.

Der Nachteil - für Windräder jedenfalls - besteht darin, das extrem hohe Schnelllaufzahlen durch Flügelauslegung nicht erreicht werden können, außer bei entsprechend starkem Wind mit ganz normal bemessener Auslegung. Hier war ich bisher immer wieder sehr davon überrascht, dass die Drehzahl beim C-Flügel in jedem Wind-Geschwindigkeits-Bereich linear mit der Windstärke anzusteigen scheint, ohne dass, wie sonst bei langsamer Auslegung üblich, ein Strömungsabriss dem sehr bald Grenzen setzt. Es gibt noch keine Studien dazu, wo die Grenzen des linearen Drehzahlanstiegs beim C-Flügel liegen könnten. Der Flügel hat bisher noch keine professionell wissenschaftlichen Untersuchungen erfahren.

Gruß, Carl

Ja Max, es wurde aus einem alten Shimano Damenfahrrad-Vorbau (keep allways happy) und dem der last entspechend stabileren Hinterbau eines Mountainbikes zusammengesetzt, ganz nach Kuhtz Anweisungen in seinen Heften und doch etwas improvisiert, denn der tragende Mittelkörper ist ein Holzträger unter der Kiste, die das Ganze sehr verwindungssteif macht. Ich hatte kein Schweißgerät.

Hallo!

Die Idee ist so nicht blöde.
Selbst die Wahl der Profile als gespannte Fläche ist nicht übel,
so etwas wie ein Segel oder Profil Gö417.

Die Anmerkungen hier sind aber auch wichtig:
So ein Nabendynamo ist zwar verführerisch,
aber die Wirkungsgrade sind eine Katastrophe. Wenn man 30% hat, ist das hoch.
Gibt es genug Info auf dem Netz
(Ein Kollege sage mir mal, man wurde beim Licht einschalten den Nabendynamo ja gar nicht spüren- er hatte Recht: Eine Internetrecherche ergab, dass einer der Shimanos tatsächlich eingeschaltet den selben Widerstand brachte wie ausgeschaltet)

Dazu kommt: dreht mal mit _Gefühl_ an der Achse- der Shimano-kram holpert gerne und dann
muss man die Lager neu justieren.

Dann habt Ihr offensichtlich für die Winkel zu viel Fläche:
Die Solidity ist hoch (=Langsamläufer),
aber die Anstellwinkel der Profile aber wie beim Schnellläufer.

Auch wieder wahr.
Wobei für eine LED-Beleuchtung nehme ich dann ein kleines Solarpanel.
(Habe ich übrigens schon gemacht für eine Gartenlaube).

Mir widerstrebt es eben, 70% der aerodynamischen Leistung an die Elektriker zu vergeuden -
Du verzeihst.

Auch ich hab schon so einige Dinger davon gebaut und habe ich auch mit den Klebebändern experimentiert und die zu überklebenden Sektoren.
Dabei kam raus, das es wesentlich besser lief, wenn ich a) nicht alle möglichen Sektoren nutzte sondern nur jeden zweiten b) ich zwar alle Sektoren nutzte, aber jeden zweiten Sektor nicht bis zur Nabe gefüllt habe sondern nur bis zu 20cm an die Nabe damit sich in Nabennähe die Streifen nicht so stark überschneiden. Das hat damals sehr geholfen.

Irgendwann habe ich dann Pappen (später Alubleche) aussen an die Felge geschraubt und da war dann auch endlich Kraft genug so ein alte Dynamo zu bewegen.


Später habe ich mal eine komplette Zeichnung eines Fahrrad-Windrades bekommen und habe das dann als Vorlage für diverse Workshops für Kindergruppen genutzt. Dabei sind viele solcher Windrädchen gebaut worden, Allerdings war das nicht einfach nur aus Schrott, sondern schon recht aufwändig gemacht:



Wenn interesse besteht, dann scanne ich die Zeichnung und stelle sie zum Download bereit.

Gruß Uwe

Zeichnung Seite 1

Zeichnung Seite 2

Gruß Uwe

Ich dimensionier auch gern den Repeller größer, kost ja nix. Mir ist es lieber es tut sich immer was als ich flehe und und hoffe dass mal endlich was passiert..
Mit genug Rotorfläche bringen auch Teile die sonst nicht gut geeignet sind Strom
Gruß Hans