Das Windrad - Savoniusrotor

 
 
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Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 03.05.2021 - 21:45 Uhr  ·  #1
Hallo liebe Gemeinde,

Wir haben uns vor einiger Zeit einen 2 Seitenhof aus dem 16. Jahrhundert gekauf und bauen diesen nun zu einem Passiv-Mehrgeneratioen-Haus um. Da am Satndort sehr viel böhiger Wind geht und ich schon meine Facharbeit über Savoniusrotoren geschrieben habe möchte ich diese auch dort nutzen. Da das Haus sehr ökologisch saniert wurde möchten wir einen großen teil unseres Stroms aus Solar und Windenergie erhalten. Ich habe ganz zu Begin mal zwei fragen.Wenn ich einen Rotor habe angeschlossen an einen Generator. Das Ding beginnt sich zu drehen. Dann erzeugt der Generator ja Strom. Wenn ich diesen nun abgreife entsteht im Generator ja ein Widerstand. Wie kann man diesen Widerstand regeln damit der Rotor nicht stehen bleibt aber aus dem vorhandenen Wind die höchstmögliche Energie gewinnt? Regelt sich das selbst?

Um das Projekt kurz zu skizzieren, es sollen 3 Savonius werden. Rotordurchmesser 4m, Höhe 7m. Angestrebte Leistung bei 7m/s 1000W pro Rotor. Dazu kommt ein Stromspeicher von 20 KWh. Hierbei wird auch noch 3KWp Solarstrom mitgespeichert, oder auch sofort verbraucht. Für meine weiteren gedanken wäre die oben gennante Frage wichtig.

Liebe Grüße. Marcel
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 03.05.2021 - 22:03 Uhr  ·  #2
Ich dachte du hast ne Facharbeit drüber geschrieben?
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 03.05.2021 - 22:53 Uhr  ·  #3
Hallo Marcel,

Zitat
Rotordurchmesser 4m, Höhe 7m

Für jeden der drei Savonius?

Wir haben ein Forums Mitglied 'farmer' der hat schon mal einen Savonius mit 4m Durchmesser betrieben. Ich denke es wäre gut, wenn er sich hier meldet oder du sogar gezielt den Kontakt suchst.

Zitat
Wenn ich einen Rotor habe angeschlossen an einen Generator. Das Ding beginnt sich zu drehen. Dann erzeugt der Generator ja Strom. Wenn ich diesen nun abgreife entsteht im Generator ja ein Widerstand. Wie kann man diesen Widerstand regeln damit der Rotor nicht stehen bleibt aber aus dem vorhandenen Wind die höchstmögliche Energie gewinnt? Regelt sich das selbst?


Ein Windgenerator erzeugt üblicherweise 3 Phasen Drehstrom. Dieser wird dann meistens gleichgerichtet. Je schneller der Windgenerator dreht, desto höher ist seine Spannung.

Üblich bei Netzeinspeisung (ggf. auch ins Hausnetz) sind Kennlinien gesteuerte Netzwechselrichter. Bei diesen gibt man dann vor bei welcher Spannung welche Leistung eingespeist werden soll. Die entnommene Leistung muss zum Rotor passen. Ist die Leistung zu gering, dreht der Rotor hoch. Ist die Leistung zu groß, wird der Rotor abgebremst.

Bei direkter Batterie Einspeisung wird die Spannung vom Akku vorgegeben. Dreht der Rotor schneller erzeugt das im wesentlichen nur mehr Strom. Die entnehmbare Leistung (das Produkt aus Spannung und Strom) ist hierbei geringer als theoretisch möglich. Auch kann man ggf. den Rotor nicht mehr rein elektrisch unter Kontrolle bringen.
Die Drehzahl wird hierbei durch den Akku schon stärker begrenzt.

In allen Varianten sind aufgrund der Größe zusätzlich mechanische Sicherungen erforderlich um ein unkontrolliertes Durchdrehen des Rotors zu verhindern, würde ich meinen.

Grüße
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 04.05.2021 - 07:57 Uhr  ·  #4
Wenn es drei Savoniuse übereinander versetzt mit so 7 m Gesamthöhe bei 4 m Rotordurchmesser sind, dann wäre das gerade noch in vernünftigen Abmessungen, vorausgesetzt einer entsprechenden Aufhängung inclusive Verspannung.

Das man eine Arbeit über Savonius schreiben kann auch ohne dabei das Fachgebiet der Lastabnahme zu berühren - warum nicht? Sigurd Savonius hatte den Rotor aus ganz anderen Gründen als zur Energieerzeugung erfunden. https://de.wikipedia.org/w/ind…al%3ASuche

Manch ein Ingenier der sich mit dieser Bauform beschäftigt hat geht davon aus, dass die Baugröße eines Savonius Rotors bei etwa 5m x 5m an seine Grenzen stosst weil sich dann durch Fliehkräfte und Wechselbelastungen durch den Winddruck Unwuchten aufbauen die nur noch durch extrem aufwendigen Materialeinsatz in den Griff zu bekommen sind.

Was das Thema Anpassung der Energieabnahme an die jeweiligen Verhältnisse betrifft - dahingehend dürfte es auch den Forenexperten für Kennlinien etc. etwas schwerer fallen als sonst - Der Savonius-Rotor als Anwendung wird hier nicht so häufig diskutiert, es ist eine Nischen .Anwendung die in turbulenten Windbedingungen Vorteile bieten kann.
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 04.05.2021 - 11:11 Uhr  ·  #5
Hallo Marcel

Der Generator erzeugt ,oder generiert eine Spannung, die im Normalfall ausreicht um sie auch zu nutzen.
Aus Drehstrom wirt eine Gleichspannung mit Gleichrichter gemacht um mit Elektronik oder Akku genutzt zu werden.
Die Spannung benögtigt also eine bestimmte Drehzahl die nicht unterschritten wirt ausser bei Überlast durch zu hohes Drehmoment.
Bei Akkuladung bleibt die Spanung aber immer auf Akkuspannung.
Für höheren Ladestrom wirt eine steigende Drehzahl nötig um Wiederstände im Generator und seine Feldschwächung zu überwinden.
Da sind bestimmt 50 % höhere Drehzahl erforderlich um den G richtig aus zu lasten, also vom Abwürgen (Immer wieder beliebtes Wort) kaum eine Spur.
Falsch eingestellte Regler können aber die Drehzahl schon mal reduzieren.
Selbst mit kurz geschlossenem Generator wirt ER aber langsam weiterdrehen, der Strom darf den G dabei aber nicht schädigen.
Vor Sturm also lieber Mechanisch sichern, bei kleinen kann auch ein Plastiksack drüber gestülpt werden.

gruß Aloys.
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 07.05.2021 - 14:28 Uhr  ·  #6
Hallo

Hohe Fliekräfte ?
Der Wind weht mit gleicher Geschwindigkeit und die SLZ ist gleich, egal ob groß oder klein.
Und die Drehzahl ist kleiner als bei einem Kleinen , nur 1/4 von einem 1 meter kleinen, woher dann die grösseren Fliekräfte ?

Gruß Aloys.
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 07.05.2021 - 15:55 Uhr  ·  #7
Die hohen Fliehkräfte ergeben sich aus der konstruktiv bedingten Masse und dem Hebel derselben, nicht so sehr aus einer hohen slz. Im Verein mit den Wechselwirkungen durch Winddruck entstehen dann leicht Unwuchten durch Verbiegungen der Schaufeln.Größenbedingt steigt da das Verhältnis des einzusetzenden Materials um das aufzufangen um "Potenzen".

Man kann heutzutage zwar mit modernen Materialien (z.B. Carbon) in Leichtbau hohe Belastungen auffangen, das allerdings ist dann auch eine Kosten-Nutzen Frage. Bei dem auch dann noch relativ hohen Materialeinsatz - erst recht wenn es um Größen über den genannten 5 m geht bleibt vielleicht noch Raum für Machbarkeit - der ökonomische Sinn wäre dann jedoch schwieriger zu erklären.

Um einen Savonius wie z.B. den von Farmer (wieviele Tonnen Eisen wiegt der wohl mit seinen 5 m Durchmesser?) in einem relativ leichteren Material wie Alu zu bauen wären auch schon viele hundert Kilo Material nötig, auch Glasfiber müsste erheblich verstärkt sein um den Wechselbelastungen durch Winddruck im Drehkreis bei der Größe standzuhalten.

Und mit dem Gewicht steigt die Belastung durch Fliehkräfte.

Da sind - das ist so, allerdings - konstruktive Grenzen gesetzt, statisch gesehen ist der Savonius Rotor - sagen wir mal - kein 100% optimales Konstrukt.

In gewisser Weise plappere ich dies auch denen nach, die von mir gelesene Bücher über den Savonius geschrieben haben, unter anderem Ing. Heinz Schulz.

Selber habe ich allerdings auch schon Savoniuse gebaut - sogar als Flugdrachen - denn der Savonius hat sogar einen deutlichen Magnuseffekt mit dem er aufsteigen kann!

Einen anderen ganz speziellen Savonius mit nur 30cm x 30 cm Rotorgröße hatte ich auch in einer moderaten Strömung unter Wasser in einem Bewässerungskanal gefahren, die Schläge die er durch Lastwechsel in einem so dichten Medium wie Wasser auf die Lagerung ausübte waren für diese sehr kleine Baugröße ganz enorm, man hätte das mechanisch in ein kleines Hammerwerk umsetzen können!

Frag mal den Farmer was er zu der Haltbarkeit der Lager an seinem "Ungetüm" zu sagen hat!

Um etwas Ähnliches wie Hammerwerk ging es mir mit dem Tauchmodell auch, es wurde ein Rüttelsieb direkt mit der Lagerung verbunden um in einer Bananenplantage Dünger in den Wasserzulauf einzubringen.

Das war ein sehr geschätzter Auftrag an den Erfinder! Probleme sind dafür da dass man sie löst!
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 07.05.2021 - 21:03 Uhr  ·  #8
Bei den Abmessungen ,viel Spaß,mir reicht einer mit 3,8mal 4,2mtr höhe,ich habe hie rim Forum schon sehr viel zu geschrieben ,ja er er ist zu schwer ,2,2t.er muß 1zu 30übersetzt werden,um einen Ginlong PMG 1500W anzutreiben .. Das ist kein Spielteil,und bei Sturm ein Ungeheuer,aber der Wirkungsgrad ist mehr als bescheiden!
holt etwa 150kwh /anno aus dem TEIL,meine 3Flügler bringen mehr als das doppelte,komme auf 750-800 echten verbrauchten Kilowattstd. /anno !

Also trotz eigentl . starkem Trag und Übersetzungsgetriebe ,durfte ich schon mal die LAGER für etwa 400Euro auswechseln,bis jetzt halten die 2ten,3te bekommt er nicht mehr,vergiß es für ein Mehrgenerationen Haus nenneswert Strom,selbst durch 3 Monster zu bekommen,hab da halt prakt. Erfahrungen,gebe gern Auskunft,aber meine Beiträge kann man ja auch noch finden zu meinem Savonius,außerdem kannst du ein Video über Google finden, Big Savonius Windturbine,Mfg.H:Sch.
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 08.05.2021 - 09:41 Uhr  ·  #9
Hallo Carl

Dein Hammerwerk ist dann wohl das Rüttelsieb, aber nicht der Savonius selber.
Wenn da noch etwas Spiel ist bei der Übertragung von Kreisbewegung auf hin und her, klackert das dann schön.
Beim Bau eines sehr grossen, ist die Materialmenge natürlich ein vielfaches was man sonst braucht, das weiß auch Marcel !
Ich würde auch kein Metall als Halbschahlen nehmen sondern 3 cm dickes Sterodur, beidseitig mit GFK oder wens den sein muß CFK nehmen.
Das ist leichter und fester, verdrehsteifer und so weiter.
Bei 2,2 t Rotorgewicht braucht man ein geeignetes Lager wie Farmer weis .

Gruß Aloys.
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 08.05.2021 - 12:07 Uhr  ·  #10
Ganz richtig Aloys, der Savonius war horizontal gelagert, an Tragarmen mit Scharniergelenk über Wasser beidseits des Bewässerungskanals (nicht viel breiter als der Savonius) am Rüttelsieb befestigt. Das Rüttelsieb war beweglich an einem Traggerüst aufgehängt.

Und ja, Deine Bauweise mit gfk beschichtetem Styrodur ist sicherlich eine gute Lösung. Ich würde das damit Baugrößen mäßig auch dann nicht übertreiben, 5 m Rotordurchmesser sind schon recht heftig.

Vergess auch nicht den Magnuseffekt. Bei der Grösse kann diese Kraft mit dem Savonius einen ungeplanten Spaziergang verursachen wenn das Wetter passt.
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 08.05.2021 - 14:14 Uhr  ·  #11
Hallo

Die senkrechte Achse ist doch immer für Kräfte in alle Richtungen gleich ausgelegt.
Der Magnusefekt verändert nur die Druckrichtung des Windes auf die Front.
Ich denke nicht das die Kraft insgesammt wesentlich grösser wirt.
Eine Halbschale des Rotors von 4 m D hat wohl eine Flächentiefe von über 3 m.
Ein dünnes Profil von 6 % ist dann aber schon 18 cm dick.
Mit GFK beschichtet ein vielfaches stärker und leichter als ein Blech aus Irgent etwas.
Aus 1 m breiten Streifen mit einer Tragrippe zur Achse hin für alles gerüstet.
Oben und unten eine Scheibe drauf.

Gruß Aloys.
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 08.05.2021 - 18:22 Uhr  ·  #12
Die senkrechte Achse ist für Kräfte in alle Richtungen im Umkreis gleich ausgelegt, ja klar! Mit dem "Spaziergang" waren keine Einzelteile die der Magnuseffekt zerpflücken könnte gemeint sondern die gesamte Konstrukion.

Was als kleiner Drachen bei moderatem Wind durch den Magnuseffekt hochsteigen kann könnte als großer Savonius am Boden einiges aus den Verankerungen reißen wenn der Wind passt und diese Kraftverhältnisse nicht einkalkuliert wurden.

Der Winddruck in Windrichtung bei Horizontalläufern kann auch leicht unterschätzt werden. Einen Drachen, der einen Repeller in gleicher Größe wie der Drachen - mit Flügeln in Segelform - hochzog bei einem meiner Experimente konnte kaum noch eingeholt werden wärend der Drache alleine sich bei gleichem Wind leicht wie ein Täubchen herunterholen liess.

Der Rotor setzt die Energie nicht nur in Drehung um, da steckt auch ordentlich Wumm im Auftrieb - siehe "Giroplan" bzw. Tragschrauber.
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 08.05.2021 - 21:42 Uhr  ·  #13
Hallo

Der Magnuseffek wirkt 90° zur Achse nach rechts oder links, doch nicht in Achsrichtung nach Oben.
Denke mal an die Lage der Achse bei Deinen Experimenten.

Gruß Aloys.
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 09.05.2021 - 07:15 Uhr  ·  #14
Wir reden aneinander vorbei. Natürlich wirkt der Magnuseffekt radial und nicht achsial ! Wenn ein stehender Savonius vom Magnuseffekt getrieben "wandern" geht, dann auf horizontaler Ebene.

Interessantes Detail dazu: Sigurd Savonius wollte mit seinem "Savonius" den Flettner Rotor verbessern indem er den bei Flettner nötigen Fremdantrieb für die Umlaufgeschwindigkeit bei seinem Rotor vom Wind direkt antreiben ließ.

Vielleicht hat meine Aussage, dass bei entsprechend Wind die Verankerungen nachgeben können Zugkräfte nach oben suggeriert. Das ist natürlich nicht der Fall.

Oder das nichts direkt mit dem Savonius vergleichbare Modell des Tagschraubers hat den Irrtum verursacht. Ich wollte damit nur sagen dass der einströmende Wind bei beiden Varianten Kräfte und Reaktionen erzeugt die mit mehr Effekt einhergehen als eine Litfasssäule um die der Wind aussen herum ausweicht.

Es ist nicht die mechanische Umsetzung in Drehsinn alleine den sonst könnte ein kleiner Tragschrauber keine relativ hohen Lasten in die Luft bringen. Ein solcher wie ein Drachen im Fesselflug müsste im Sturm Bäume ausreißen können.

Ein im Fesselflug selbständig allein als Drachen fliegender Savonius fliegt auf horizontal liegender Drehachse nach oben, er liegt praktisch und kann auch nur mit einer von oben kommend gegenläufigen Drehrichtung aufsteigen.

Die Schaufeln müssen sich von oben auf Dich (an der Zugleine) zubewegen. Die offene Schaufelwanne darf nur unten offen so zu sehen sein oben sieht man nur den runden Bauch von aussen. Wenn Du gerne mit Styrodur arbeitest, das ideale Material für einen Flugsavonius!

Das Letztere war auch das Problem bei den Versuchen von Sigurd Savonius als er auf den finnischen Seen mit einem Ruderboot ausprobiert hat wie gut sich der Savonius Rotor als Austausch gegen den Flettner Rotor nutzen läßt.

Das Problem lag darin dass er die Rotationsrichtung des Savonius nicht passend zum Wind und zur Fahrtrichtung verändern konnte. Wie Du schon sagtest: Der Magnuseffek wirkt 90° zur Achse nach rechts oder links.

also entweder rechts oder links, je nach Drehsinn des Rotors. Um nach einer erfolgreichen Strecke am Wind mit einem Savoniusboot zurückfahren zu können müsste man den Savonius kardanisch aufhängen um so die Drehrichtung anpassen zu können
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 09.05.2021 - 18:54 Uhr  ·  #15
Hallo

Ich bin da aber gegenteiliger Meinung und hab mal gegogelt.
https://www.youtube.com/watch?v=mhb3TVVlHXQ
Es ist die mit dem Wind laufende Flächenseite also wo der Wind in die große Öfnung reinbläst und diese zurück weichen läst an der der Auftrieb entsteht.
Nicht wie in deiner:
Die Schaufeln müssen sich von oben auf Dich (an der Zugleine) zubewegen. Die offene Schaufelwanne darf nur unten offen so zu sehen sein oben sieht man nur den runden Bauch von aussen. Wenn Du gerne mit Styrodur arbeitest, das ideale Material für einen Flugsavonius!
Damit hat man anfangs immer einproblem gehabt , es wurde gedacht das bei entgegengesetzter Strömung die höhere geschwindigkeit zur Rotorfläche den auftrieb erzeugt , es ist aber die mit dem Rotor laufende , an der Fläche klebende und daher viel weiter dem Rotor folgende Strömung die den Auftrieb erzeugt.
Die ist durch das mitnehmen an der Rotorwand auch grösser.

Gruß Aloys.
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Re: Das Windrad - Savoniusrotor

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Gepostet: 10.05.2021 - 06:54 Uhr  ·  #16
Deine Erklärung scheint logisch zu sein.

Bei mir sind 25 Jahre seit dem Versuch vergangen, um das nocheinmal zu rekonstruieren habe mich am Flettner orientiert dessen Magnusrichtung (beim Drachen der Auftrieb) so wie am Savonius beschrieben nach oben zeigen würde.

Es wäre also gut möglich dass ich mich geirrt habe!

Auf meiner to do liste steht ein seit längerer Zeit RC Segelboot mit kardanisch aufgehängtem Savoniusantrieb. Sollte Zeit gefunden werden das noch zu realisieren gibt das Gewissheit. Bei mir ist die Liste sehr lang, ich erinnere - auch das Kettenrotormodell liegt z.Z. noch auf Eis.

Viel Arbeit an Haus und großem Garten die gemacht werden muss bevor das Alter nichts mehr zulässt!
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