Dimensionierung Masten Selbstbau

 
guenni_11
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Dimensionierung Masten Selbstbau

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Gepostet: 07.10.2012 - 18:59 Uhr  ·  #1
Hallo zusammen,

will mir aktuell einen kleinen Traum verwirklichen und eine Kleinwindkraftanalge aufbauen. Das Ganze wird im Raum Augsburg aufgestellt.
Da ich durch Zufall in ebay einen Generator (1,5kW 48V 3 Rotoblätter Rotordurchmesser 3m) nun ersteigert habe soll er auch seine Arbeit verrichten.
Beim Kauf dabei waren ein Controller für den Generator eine Dumpload-Box und ein Wechselrichter. Dazu bräuchte ich jetzt noch Batterien, aber ich werde wohl eher mit zwei Würth 500NWR Wechselrichtern starten, die schon ein paar Jahre im Keller liegen.

Ja und jetzt meine Frage zum Turm. Ich habe, da ich das Projekt ja schon seeeehr lange verwirklichen möchte, vor Jahren vom Schrottplatz Teile einer Maschinenbühne gekauft.
Konkret sind das 150x150 Vierkanthohlprofile 4500mm lang mit jeweils oben und unten einem Flansch mit 250x250x20. Davon habe ich nun zwei zusammengeschraubt und ein drittes Stück mit 1000 aus einem Vierkanthohlpofil 100x100x5 darauf gesetzt. Da soll jetzt der Generator drauf.
Das Ganze steht nun auf einem Betonfundament 1m x 1m x 1m
Da ich zum Seilespannen wenig Platz habe, ist der Turm in einer Höhe von 5,5m (um oberhalb der Verbindungsflansch zu sein) mit Streben aus einem Vierkanthohlprofil 40x80x3 abgestützt. Die stehen in einem Winkel von ca 18° in Ost und West-Richtung parallel zum Turm und haben ebenfalls ein Betonfundament.
Nach Norden habe ich keine Möglichkeit abzustützen.
Nach Süden ist ein weiteres Vierkant 40x80x3 im Winkel von 35°, in der selben Höhe am Turm (5,5m) und bei ca 3,5m an eine Gebäudewand angeschraubt.

Der Rest des Turmes steht praktisch frei. Ich hatte mir das so mit meinen laienhaften Wissen und Mitteln ausgerechnet, das dies gut reichen müsste. Der Generator samt Flügel wiegt so 50-60kg.

Jetzt hab ich aber doch ein paar Bedenken, da mir einige Windradbetreiber was von Schwingungen usw. was erzählt haben.

Vielleicht kann mir jemand eine Aussage treffen, ob das so klappen kann, oder ob ich da auf einem völlig falschen Dampfer bin.

Für jede Antwort bin ich dankbar.
dig-it
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Re: Dimensionierung Masten Selbstbau

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Gepostet: 07.10.2012 - 19:54 Uhr  ·  #2
Erst einmal herzlich willkommen im Club!

Ein Foto der Konstruktion wäre nicht schlecht. Man kann dann "gefühlsmäßig" etwas mehr dazu sagen...

Klar ist, Anlagen dieses Durchmessers über schon einen relativ großen seitlichen Druck auf den Mast aus, und vor allem bei böigen Winden kommt es da zu Schwingungen (Welche Wandstärke haben die Profile?). Eine Stützung mit nur 18 Grad Winkel ist nicht gerade viel. Ein Fundament von einem Kubikmeter auch nicht. Eine Seite ist praktisch ungesichert... Vom "Bauchgefühl" her würde ich sagen: am unteren Limit oder sogar darunter...

Ich hoffe für Dich, dass ich eines Besseren belehrt werde.

Dieter

PS: Extrem wichtig ist, dass Du die Verbindung mit dem Gebäude optimal akustisch entkoppelst. Sonst wirkt das womöglich wie ein großer Resonanzkörper...
guenni_11
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Re: Dimensionierung Masten Selbstbau

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Gepostet: 07.10.2012 - 20:49 Uhr  ·  #3
Hallo dig-it

zuerst mal danke für die wirklich schnelle Antwort. Bin für jede Anregung dankbar.
Über die Wandstärke der Profile kann ich nichts genaues sagen, da es wie gesagt Teile aus dem Schrott waren und oben und unten einen Flansch haben. Gewichtsmäßig sind es mindestens 6mm bis 8mm.
Wenn das eine große Rolle spielt würde ich mal eine "Probebohrung" machen und messen.
Ich habe mal versucht einigermaßen maßstabsgetreu zwei Bilder hier einzufügen. Vielleicht ist das etwas aussagekräftiger. Diese Woche mach ich noch ein Foto und werde das dann auch posten.
Zu der fehlenden Abstützung im Norden wäre noch zu sagen, dass dort in ca 60m Entfernung 10-12m hoher Baumbewuchs ist. Deshalb habe ich da nicht so besonders viel Schmerz damit gehabt.
Wenn mir hier aber jemand sagt, da was ich da treibe ist lebensgefährlich dann bin ich für jeden Verbesserungsvorschlag offen.

Einen schönen Abend noch und Gruß

Hier die Zeichnungen:


doelle4
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Re: Dimensionierung Masten Selbstbau

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Gepostet: 07.10.2012 - 21:34 Uhr  ·  #4
Ich bin kein Mastprofi und kann hier auch nur mit Bauchgefühl antworten, aber was mir am meisten Sorgen macht sind die Abstützprofile die mit 40x80 mm ungünstig sind da die dünnste Seite nur 40 mm misst.
Hätt 4 Quadratische Stützen genommen und zumindest 3-4 Querstreben untereinnader eingeschraubt/geschweisst wie bei Gittermast.
18 Grad Winkel (Ich nehm mal an von der senkrechten) sind auch nicht viel bei 3 seitiger Befestigung.
Denk mal ausn Gefühl wenn da oben eine Böe mit 300-500 KG Windlast in 10 Meter Höher andrückt wies dem Unterbau durch die Hebelwirkung bekommt...
Übrigens: Gebäudewände sind nicht für seitliche Lasten ausgelegt außer sind sind aus Beton.
Ziegel haben Hohlkammern und nehmen nur gut senkrechte Kräfte auf, waagrecht nur wenig
Selbst wenn die Wand mit großen Gegenplatten auf beiden Seiten das aushält, die Vibrationen würdest im ganzen gebäude hören da sich da dann da alles fortpflanzt. Wohnen möcht ich da drinn dann nimmer.
Also nur Ost West leicht schräg mit 40 mm dünnen Stützen und nach Süd am Gebäude, nein da hab ich sehr schlechtes Gefühl..
Auch wenn die Stützen auf 3 Seiten gleich wären würd ich sie weiter auseinandersetzen wenn sie nicht verbunden sind und 4 verwenden.
Die Mastprofis werde dir sicher bessere Tipps geben aber diesen Lösungsansatz würde ich sofort wieder einmotten.
Gruß Hans
dig-it
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Re: Dimensionierung Masten Selbstbau

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Gepostet: 07.10.2012 - 21:45 Uhr  ·  #5
Also, "lebensgefährlich" glaube ich nicht. Wegfliegen oder umfallen wird das Teil wohl nicht - zumindest nicht kurzfristig - wenn alle Verbindungen der einzelnen Elemente sorgfältig ausgeführt sind. Die eventuell auftretenden Schwingungen würden sich dann langfristig materialermüdend erweisen, vor allem bei den Lagern der Turbine und der Befestigung der Repeller, aber auch an der Hallenwand und in den Fundamenten. Wie sind letztere ausgeführt? Mit Armierung?

Ohne jetzt "Fachmann" in der Materie zu sein - aber mit einiger Erfahrung in Erd- und Betonarbeiten - würde ich denken, da der Mast offensichtlich schon installiert ist, dass Du die Anlage wie geplant realisierst und dann genau beobachtest. Dass die obere Hälfte sozusagen freisteht, sollte eigentlich nicht so eine große Rolle spielen, wenn unten alles fest steht. Wenn Du bemerkst, dass Du grenzwertig bist, muss man nochmal neu denken.

Aber ein oder mehrere Fotos können wirklich helfen... Vielleicht kommen ja hier noch einige andere Lösungen.

Dieter

Ich sehe gerade den Beitrag von Hans und sehe, wir denken das Gleiche: Es ist wirklich am Rand des Risikos!
guenni_11
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Re: Dimensionierung Masten Selbstbau

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Gepostet: 07.10.2012 - 22:30 Uhr  ·  #6
Ich danke erst mal für die tollen Beiträge.
Ja ist schon richtig die Planung ist schon weit fort geschritten und ich wollte eigentlich schon bald aufstellen. Vielleicht noch ein paar Angaben zum Bauvorhaben. Ich wollte und will nicht glauben, dass in unserem Bereich zu wenig Wind für Stromproduktion ist. Also hab ich mich aufgemacht mit so wenig finanziellen Aufwand wie möglich einen Test zu machen. Auf dem Fundament stand bis vor kurzem noch ein Taubenhaus in 5m Höhe. Ich hab inzwischen auch genauere Angaben zum Fundament. Es ist nicht 1m tief sondern ca. 1,8m und mit Armierung.
Ich hatte nur Bedenken bzgl. der Schwingungen. Hm jetzt bin ich da schon etwas skeptischer.

Wegen der Übertragung auf das Gebäude braucht man sich keine Sorgen machen, dass ist eine alte Halle aus Betonhohlblocksteinen 30cm. Die Abstützung erfolgt mit einer 300x300x10 dicken Stahlplatte die auf der Gegenseite mit der gleichen Platte über Gewindestangen verschraubt ist.

@Hans Ich war ein wenig geschockt über die 300-500kg Ist das tatsächlich möglich? Wie berechnet man den sowas, was wird denn da als Fläche angenommen? Die Rotorblätter und der Mast?
Sorry die Fragen klingen vielleicht etwas dumm, aber da hab ich wirklich nicht viel Ahnung.

Wie würde man denn eine Konstruktion dieser Art berechnen?

Ungeachtet dessen werde ich die Fotos noch nachreichen

Gruß
Günther
dig-it
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Re: Dimensionierung Masten Selbstbau

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Gepostet: 07.10.2012 - 22:48 Uhr  ·  #7
doelle4
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Re: Dimensionierung Masten Selbstbau

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Gepostet: 08.10.2012 - 00:47 Uhr  ·  #8
Winddruck - wie berechnet man sowas ?
Ich habs früher mal vor Jahren berechnet.
3 Meter Repellerdurchmesser sind 7 m2 Repellerfläche die im Wind stehen, da aber der Repeller sag ich mal 40% Winddurchlässt ist die Windbelastete Fläche ca 4,2 m2.

Der Winddruck berechnet sich bei 25 m/s:

F = Winddruck (N)
Cw = Luftwiderstandswert (bei gerade stehender Scheibe 1,17)
A = angeströmte Fläche (m^2) =4,2
roh = Luftdichte (kg/m^3) (1,2 bei 20 Grad)
v = Windgeschwindigkeit (m/s) ... 25m/s

F = Cw * A * (roh/2) * v^2
Beträgt also bei 25 m/s = 1,17*4,2*(1,2/2)*(25*25) = 1842 Newton = ca 190 Kg

Formel von :http://www.schweizer-fn.de/lueftung/grundformel/v2_grundformeln.htm#luftwiderstand

Gut da hab ich wohl etwas übertrieben aber 190 Kg in 10 Meter Höhe werden bei einer Abstützung in 5 Meter zu 380 Kg seitlich.
Auf deine 18 oder 20 Grad angewinkelten Streben gibt da schon einige Zugkräfte nach oben da diese in einem Gesamtwinkel von ca 10 Grad vom der WKA Befestigung zum Boden aus wirken was sich durch den flachen Winkel um einiges multipliziert.
Wie gesagt ich hab mit Masten nicht viel am Hut und kann auch sein das es etwas Mist ist aber näherungsmäßig wirds hinkommen..
An den Fundamenten würde ich nicht sparen und da sicher 1m3 Beton in die Erde kippen.

Gruß Hans
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Re: Dimensionierung Masten Selbstbau

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Gepostet: 08.10.2012 - 20:53 Uhr  ·  #9
Danke Leute für die Antworten,
hat auf jeden Fall einige Denkanstösse gegeben.
Leider hab ich noch keine Bilder, da es schon dunkel war als ich heut nach Hause gekommen bin. Aber ich arbeite dran :-)

@ Hans Danke für die Berechnung das hab mich echt ein Stück weiter gebracht. Jetzt hab ich doch ein wenig mehr Gefühl für die Sache. Meine Dimensionierung der Fundamente für die seitlichen Stützen hab ich schon mal überarbeitet.

@ Dieter der Link war auch gut. Jetzt bin ich auf den Trichter gekommen, ich könnte ja die seitlichen Stützen ein wenig verändern und so eine Art 3er Abspannung realisieren, dann wäre die Nordseite meines Mastens nicht ganz so "ungeschützt" würde aber eventuell die Gesamtkonstruktion etwas schwächen. Ich versuch das mal zu rechnen.

Hoffentlich hält das Wetter, dann mach ich Morgen mal fürher Feierabend und hebe schon mal die Fundamente für die seitlichen Stützen aus. Vorausgesetzt ich bin mir schon mal ganz sicher in welchen Winkel ich die stelle.
doelle4
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Re: Dimensionierung Masten Selbstbau

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Gepostet: 08.10.2012 - 21:58 Uhr  ·  #10
Ich hab meine Abspannungsfundamente für meine 2,7 Meter Wka damals unten dicker oben dünner gemacht.
So stecken sie besser im Boden und werden schwerer rausgezogen das das Erdreich rundherum auch mitanhält.
Gruß Hans
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