Welle für VAWT

 
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Welle für VAWT

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Gepostet: 17.03.2012 - 17:39 Uhr  ·  #1
Hallo

Kann mir jemand sagen, wie ich am Besten eine Welle dimensioniere?

Ein Kollege hat mir gesagt, das, was ich vorhabe, wird zu schwach sein. Hier mal ein Bild:



Ich würde gerne, in Anlehnung an das Windrad von Windgenkits, oben eine Hülse montieren, die den Rotor trägt und unten eine, die den Generator mittels zwei Riementrieben antreibt. Kann das überhaupt so funktionieren? Geplant wäre ein C-Rotor mit ca. 2,5m Höhe und 3 - 4 m Durchmesser.

LG
Friedrich
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Re: Welle für VAWT

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Gepostet: 17.03.2012 - 23:33 Uhr  ·  #2
Hallo Friedrich
Getriebemässig haut das wohl hin, mit 1:3 bis 1:5 denke ich funktioniert das locker.
Hingegen habe ich hier schon Bedenken, wenn Du da den Rotor auf eine nur 25 mm Welle montierst, Sind ja immerhin fast 10m/2m Anströmfläche und da wird gewaltiger Druck entstehen, meiner Meinung nach somit absolut unterdimensioniert, Bei dieser Grösse würde ich rein aus dem Bauchgefühl heraus auf 2 Zoll Rohr gehen, darunter hätte ich echt bedenken. Habe mal einen Rotor mit knapp 1,5m/2 als Versuchsobjekt aufs Dach geschraubt und da war eine massive 1" Welle drin, die hat sich aber tatsächlich verbogen und dann extrem geeiert beim drehen. Könnte man sicherlich genau berrechnen, dafür haben wir hier im Forum ja einige Profis und ich denke, da wirst Du bestimmt eine entsprechend detaillierte Auskunft erhalten. Habe irgendwo im Hinterkopf, dass da mal eine Aussage war, dass Rohre in Bezug auf Massivstahl in etwa ebenbürtig sind, falls dies nicht stimmt, dann Bitte von den Experten die entscheidenden Antworten.
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Re: Welle für VAWT

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Gepostet: 18.03.2012 - 11:48 Uhr  ·  #3
Das Problem ist- und da ändern auch eine dickere Welle oder ein Rohr nicht viel dass Wellen flexibel sind. Dir wird nichts durch brechen aber durchbiegen. Dadurch kommt es dann zu Unwuchten und Schiefsitz in den LAgern. Besser wäre es, ENTWEDER

Die Lagerung Mittig auszuführen und die Rotorblätter seitlich abgehen zu lassen

Oder aber ein gestel zu bauen und dann jeweils (quais ohne Welle) oben und unten separat zu lagern....ergibt dann aber eine schlechtere Anströmung- ist aber die stabilste Lösung. Inwiefern letzteres vertretbar ist hängt von der Art des Rotors ab. Ersteres ist besser für die ANströmung, jedoch gibt es unter Umständen Probleme bei der Durchbiegung der Rotorblätter durch Fliehkräfte und dadurch dann Unwuchten. Gebogene Profile sind dort besser...aber das nur am Rande....deine Lösung aber scheint mir bislang am ungeeignetsten und ich muss deinem Kollegen zusatimmen. Irgendwas sollte man sich da einfallen lassen um das ganze zu stabilisieren.

Gruß
Max
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Re: Welle für VAWT

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Gepostet: 18.03.2012 - 23:36 Uhr  ·  #4
Hallo Friedrich.
Welch ein Glück dass du einen guten Freund hast, der dich vor dem Schlimmsten schützt. Mit 25 mm Welle und einem (etwas dickerem) Rohr drumherum liegt dein Rotor sehr bald am Boden. Die Wellen von VAWT sind um ein VIELFACHES höher belastet als bei HAWT. Warum:
1) Weil das Gewicht und so auch (unregelmässige) Fliehkräfte von z.B. Eisregen (fliegt immer einseitig in Teilstücken weg) oder Schnee (Wenn der Rotor beim Schneefall stillstand ist der ganze Schnee einseitig) den Rotor viel stärker belastet. 2 ) Fliehkraft (Noch immer) Die Flügel und somit ihr Schwerpunkt dreht ganz am Aussenkreis, im Gegensatz zum Propellerflügel wo der Schwerpunkt in 40% von Umfang dreht. Dabei hast du noch Glück, dass du dich für einen C- Rotor entschieden hast. Bei einem Darrieus ist die Fliehkraft 20 bis 30 mal höher weil er vier bis 6 mal schneller dreht und die Fliehkraft um Quadrat anwächst ( Rechnung: 5*5 = 25 mal )
3) Der Winddruck: Ist ebenfalls um ein bis mehrere Meter vom Befestigungspunkt der Welle entfernt. Beim Propeller sind es nur wenige cm und der Winddruck wirkt axial; beim VAWT dagegen wirkt der Winddruck als reine Biegekraft.
4) Das Drehmoment ist bei den VAWT wesentlich grösser, weil sie langsamer drehen und viel ungleichmäsiger als bei den HAWT. Bei einen C- rotor Ist das Drehmoment gewaltig, deshalb nicht drei sondern 6 Tragarme ( bei 3 Flügel) anbringen und alle Tragarme aussen am Durchmesser noch mal mit einander verbinden. Dann wird das Drehmoment immer von allen Tragarmen gleichmässig durchgeleitet.

Beginnen wir mit der "Berechnung" ( Einschätzung) bei einer HAWT, obwohl das dich im Moment weniger interessiert. Bei den Horizontalen lautet die Faustregel: 1% vom Durchmesser genügt sicher. Notfalls kann es auch etwas weniger sein (80%). Für 10 m2 Fläche benötigt du etwa 3,6 Meter Durchmesser, was bereits eine Welle von 36 mm macht; (notfalls 30 mm). Aber bei Kleinwindkraft geht es nicht um Not.
Du merkst: Da kommt was ganz anderes auf dich zu, als du gedacht hast. Ich will es kurz machen. Kürzlich habe ich einen 10 m2 grossen C-Rotor berechnet, welcher allerdings Flügel von 4 Meter Höhe hat und nur 2,5 Meter Durchmesser, wozu ich dir auch raten würde nicht nur wegen der Grösse (Breite) der Flügel. Als Welle reicht bei dem von mir gerechneten Rotor (Belastung auf Biegung) 46 mm Durchmesser aus. Das Drehmoment (326 Nm für 2 kW Nennleistung bei 54 U/min) reicht ein Rohr von 101 mm Durchmesser bei 2,9 mm Wandstärke gerade so aus. Dann darfst du die Tragarme aber nicht sofort am Rohr bzw an einem Flansch befestigen, sondern muss mindestens eine Büchse mit dem Rohr verschweissen wo der Flansch drankommt. Ich rate dir eher zu einem Rohr von 127 mm mit 3,2 mm Wandstärke und trotzdem noch je eine Zusatzbüchse.
Gruss
Constant
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Re: Welle für VAWT

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Gepostet: 19.03.2012 - 11:01 Uhr  ·  #5
Danke.
Bin am Wochenende von dieser Idee mit dem Getriebe wieder abgekommen. Ich werde doch direkt antreiben. Als Welle habe ich ein 100er Rohr mit 10mm Wandstärke zur Verfügung, das sollte dann allemal reichen. Die Tragarme werden auch je zwei pro Flügel, Abstand am Rohr werde ich 25 - 30 cm machen. Die Rotorblätter werde ich auch oben und unten zueinender verstreben. Was haltet ihr von dieser Bauweise?



LG
Friedrich
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Re: Welle für VAWT

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Gepostet: 19.03.2012 - 11:10 Uhr  ·  #6
Das ist optimal und entspricht zum einen dem Vorschlag von Max, die Lagerung möglichst im Rotor-Schwerpunkt zu plazieren und zum anderen der Erfahrung von Constant als Konstrukteur größerer VAWT´s. Bravo!
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Re: Welle für VAWT

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Gepostet: 19.03.2012 - 12:03 Uhr  ·  #7
Hallo Friedrich
Ohne Getriebe wird den Generator SEHR, SEHR, SEHR TEUER Drehmoment hast du mehr als genug. Und die 25-30 cm für das Getriebe schafft du auch noch Platzmässig.
Gruss
Constant
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Re: Welle für VAWT

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Gepostet: 19.03.2012 - 12:30 Uhr  ·  #8
Ja, Getriebe würde mir nach wie vor gut gefallen. Nur, bei dieser Bauform bringe ich mit meinen Überlegungen nur ein einstufiges Getriebe zusammen, der Generator wäre dann neben dem Mast. Weit nenen dem Mast, alleine die Magnetscheibe hat einen Durchmesser von 420mm. Wie ich das zweistufig in die selbe Achse bekomme, was mir am besten gefallen würde, da fehlt es mir an maschinenbaulichem Verständnis.....

LG
Friedrich
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Re: Welle für VAWT

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Gepostet: 19.03.2012 - 17:15 Uhr  ·  #9
So, bin in mich gegangen (und offensichtlich auch wieder raus...)
Ich könnte einen Getriebekasten bauen, entweder mit Zahnrädern oder Zahnriemen, die Variante mit Riemen würde ich bevorzugen. Wenn diese Variante funktioniert, könnte ich dann vermutlich für den Generator eine viel kleinere Welle nehmen, da ja nur mehr eine Drehbelastung auftritt, oder? Der wird ja dann nicht mehr Biegung beansprucht? So müsste ich dann relativ freie Hand für die Übersetzung haben. Was ist sinnvoll bzw. machbar? Bei meiner Skizze bin ich bei ca. 2x 1:5, also 1:10, ist das vermutlich eine zu große Übersetzung?


Für die Lager bei der Rotorwelle: Ich habe wie gesagt ein Rohr mit Dm 100mm und Wandstärke 10mm. Wenn ich ein 6218er Lager nehme, hat dies einen Innendurchmesser von 90mm, d.h. ich habe am Umfang 5mm für den Lagersitz und es bleiben vom Rohr auch 5mm Wandstärke stehen. Constant, das sollte laut deinen Vorschlägen (127er Rohr mit 3,2mm) reichen. Passt das mit den Lagerdaten?

LG
Friedrich
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Re: Welle für VAWT

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Gepostet: 19.03.2012 - 18:47 Uhr  ·  #10
zu hoch übersetzt geht eigentlich kaum ;-)

Letztlich hilft es dem Generator einen besseren Wirkungsgrad zu erzielen...

Gruß
Max
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