Automatische Rotorblattwinkelverstellung

 
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Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 22.05.2021 - 14:03 Uhr  ·  #1
Hallo, liebe Windkraft-Interessierte,

ich bin erst kürzlich auf dieses Forum gestoßen und habe mir aus persönlichem Interesse die Beiträge zur Sturmsicherung durchgelesen.

Ich selbst habe vor knapp 10 Jahren eine eigene kleine Windkraftanlage gebaut und hatte immer wieder Probleme mit der Sturmsicherung.
In der Folge habe ich eine Regelung entworfen, die durch eine automatische Rotorblattwinkelverstellung einen Überdrehzahlschutz bewirken sollte.

Nach anfänglichen Fehlschlägen und erforderlichen Umbauten funktioniert meine Anlage jetzt einwandfrei und ist sehr leise. Durch die automatische Rotorblattwinkelverstellung regelt die Anlage bei böigem/stürmischem Wind eigenständig ab.

Auf dem Foto ist die Regelung selbst leider nicht erkennbar, ich werde aber ein Foto nachliefern, sobald ich die Anlage mal wieder für Wartungsarbeiten umgelegt habe.

 


Falls jemand an der Funktionsweise der Regelung interessiert ist, könnt ihr es hier nachlesen:
https://register.dpma.de/DPMAr…0130082188
Für die Regelung habe ich 2013 unter dem Titel "Automatische mechanische Rotorblattwinkelverstellung mit Überdrehzahlschutz für Kleinwindanlagen" ein Patent beantragt. Altersbedingt habe ich den Antrag aber nicht weiterverfolgt, sodass kein Patent besteht.

Baut diese Regelung gerne nach und berichtet.

Viele Grüße aus Schleswig-Holstein,
Claudius
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 22.05.2021 - 16:17 Uhr  ·  #2
Da hier sehr wenig ersichtlich ist, aber geschrieben steht:
"Durch die Rotorblattwinkelvergrößerung lässt der Auf-trieb nach und die Drehzahl verringert sich."

Was ist denn mit Blattwinkel gemeint? Anstellwinkel?

Letztendlich die Frage, Entlastungs-Pitchen oder Stall-Pitchen? Stall heißt Strömungsabriss.
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 23.05.2021 - 09:46 Uhr  ·  #3
Die Detailbeschreibung und Zeichnungen sind im Volldokument (https://register.dpma.de/DPMAr…&full=true) zu finden.

>> Was ist denn mit Blattwinkel gemeint? Anstellwinkel?
Siehe Zeichnung 7 auf Seite 10.

>> Letztendlich die Frage, Entlastungs-Pitchen oder Stall-Pitchen? Stall heißt Strömungsabriss.
Entlastungs-Pitchen. Es kommt gar nicht erst zum Stall.
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 23.05.2021 - 09:58 Uhr  ·  #4
Entlastungs-Pitchen, das ist gut!
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 23.05.2021 - 12:37 Uhr  ·  #5
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 23.05.2021 - 12:49 Uhr  ·  #6
Na Endscheiben eben. In der Wirkung ähnlich wie Winglets.
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 23.05.2021 - 22:03 Uhr  ·  #7
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 23.05.2021 - 22:54 Uhr  ·  #8
Als Alternative gibt's demnächst von Airbus Spiroid Winglets.

Bis 10 Prozent weniger Verbrauch!?
Mal sehen,ob das kommt..
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 24.05.2021 - 08:05 Uhr  ·  #9
Nochmal zu Endscheiben:
Hat man vor ca. 100 Jahren dran geforscht. Im Anhang aus einer Veröffentlichung vom Prandtl.
Wer den vollen Text haben möchte kann sich per PN melden.

Wirksamkeit ist, wie man sieht, begrenzt.
Auch sind das mit "Schlank"-heitsgrad 2,66 sehr kompakte Flügel gewesen, mit extrem großem Randwirbeleinfluss.
Ansich unsinnig, sowas ein zu setzen.
Dsw. hatte der (Flugzeug)-Flügel die Endscheiben an beiden Enden.

Bei Winglets sagt man, dass sie wie virtuelle Blattverlängerungen wirken. Man könnte also auch das Blatt (den Flügel) entsprechend länger machen. Geht bei Großflugzeugen manchmal nicht, da die zul. Flügellänge auf Flugplätzen begrenzt ist.
Ansonsten auch: Wenn der Eine das hat, machts der Nächste auch, schon aus verkaufstaktischen Gründen.
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 24.05.2021 - 17:50 Uhr  ·  #10
In meinem Windrad von der Firma Superwind ist dies alles auf engsten Raum verbaut und funktioniert ohne Probleme.
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 24.05.2021 - 20:00 Uhr  ·  #11
Wäre mir neu, dass Superwind Endscheiben verbaut. :-)
Oder meinst Du die Blattverstellung? Dann wären zur Funktion ein paar mehr Worte/Fotos nötig.
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 03.06.2021 - 05:33 Uhr  ·  #12
Von Endscheiben war im Ausgangsbeitrag keine Rede. Zur Blattverstellung bei Superwind spricht die Funktion für sich.
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 03.06.2021 - 06:56 Uhr  ·  #13
Von Endscheiben , Rede nicht, aber Sichtbarkeit im Foto. Gehört auch zu "all das". ;-)

Zur Blattverstellung, was spricht sie denn? Entlastungspitchen oder Stall-Pitchen?
Und wie die Synchronisierung?
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 06.06.2021 - 12:24 Uhr  ·  #14
  • An den Blattspitzen entsteht immer ein induzierter Widerstand (Druckausgleich von Unterseite zur Oberseite).
    Dieser Druckausgleich wird durch Winglets oder Endscheiben vermieden. Diese Endscheiben sind aus 5mm Hartschaumplatten geschnitten und haben einen Durchmesser von 24 cm (sind einfacher herzustellen als Winglets).

  • Entlastungspitchen, es kommt gar nicht erst zum Stall.

  • Unter Synchronisierung verstehe ich in diesem Fall das gleichzeitige Verstellen des Rotorblattwinkels. Dies wird durch das Synchronisierungsgleitstück, an dem alle Rotorblätter angebracht sind, erreicht.

Che
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 06.06.2021 - 13:13 Uhr  ·  #15
Ich bezog mich auf den Beitrag von ellinghausen bezüglich SuperWind.

Einzige Einschränkung:
"Dieser Druckausgleich wird durch Winglets oder Endscheiben vermieden."
Vermieden nicht, aber vermindert.
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 28.12.2021 - 10:57 Uhr  ·  #16
Ergänzende Angaben zur „Automatischen mechanischen Rotorblattwinkelverstellung mit Überdrehzahlschutz für Kleinwindanlagen“

1. Rotor (5 Blätter)
Die Rotorblätter habe ich nach Empfehlungen aus „Einfälle statt Abfälle“ (Christian Kuhtz, Hagebuttenstr. 23, 24113 Kiel; https://einfaellestattabfaelle.wordpress.com) aus astfreiem Abachiholz hergestellt. Genaue Berechnungen über Form und Größe der Rotorblätter konnte ich aufgrund fehlender Möglichkeiten nicht anstellen. Die Blätter sind nach Augenmaß gefertigt.

 

Zeichnung 1: Skizze Rotorblatt.

2. Rotorstern (aus Aluminium)
  • Rollgestell eines Bürostuhls: Die Rollenaufnahme dient als Kipppunkt.
    Das Mittelrohr (Sitzaufnahme) dient als Führungsrohr für das Synchronisierungsgleitstück.
    Änderungen gegenüber der Offenlegungsschrift (s. Zeichnung 2)


 

Zeichnung 2: Rotorstern mit Änderungen (rot eingezeichnet).

Im Schenkelmittelpunkt wurden 8mm Gewindestangen befestigt (Führung für Synchronisierungsgleitstück) und Aufnahme für Widerlager der fünf Druckfedern. Die Druckfedern habe ich bei Frebrotec bestellt (Art.-Nr.: OD 13070). Die Vorspannung muss ermittelt werden. Bei zu strammer Vorspannung kommt es zum Stoll (Rauschen). Der Überdrehzahlschutz ist dann nicht mehr gewährleistet. Zur Verstärkung des Nabenbereiches wurden die fünf Kipppunkte mit Flacheisen verbunden (s. Zeichnung 2: Änderung rot eingezeichnet).

3. Rotorlagerung: Antriebsachse eines FIAT 500 (25 mm)

4. Spinner: Alulampenschirm einer alten Stehlampe.

5. Aufbau: Die Anordnung muss so erfolgen, dass die Regelung nicht einfriert und Vögel kein Nest bauen können.

6. Der Regelvorgang ist an der Veränderung des Luftspalts zwischen Rotorstern und Synchronisierungsgleitstück zu beobachten (s. Offenlegungsschrift DPMA: Zeichnung 1 und 2).

7. Zum statischen Auswuchten muss die Antriebswelle zum Getriebe ausgebaut werden (Windstille).

8. Getriebe: i = 1:13

9. Generator: Eigenbau mit Blechpaket (12 Stege)

Als zusätzliche Sicherheit werden über ein Relais oder Drehschalter Widerstände (Dreieckschaltung) aufgeschaltet. Eine starke Bremswirkung wird nur mit einem Blechpakte erreicht (kein Scheibengenerator). Diese Schaltung hat noch nie angesprochen. Die Rotorregelung hat vorher die Drehzahl abgeregelt. Über den Drehschalter ist die Abbremsung jederzeit möglich. Die bisherigen Erfahrungen bestätigen die einwandfreie Funktion dieser Rotordrehzahlregelung.

 

Zeichnung 3: Schaltplan der Sicherheitsschaltung.

Zur Funktion:

Bei hoher Drehzahl wird eine hohe Spannung erzeugt. Angenommen bei 80 V soll der Bremsvorgang erfolgen. Das von mir genutzte Relais reagiert bereits bei 25 V. Daher muss über einen Widerstand die Spannung abgebaut werden, so dass bei 80 V Generatorspannung am Relais nur 25 V anliegen. Das Relais zieht an und schließt den Generator über die Widerstände kurz, und es wird keine Spannung mehr erzeugt. Damit das Relais nicht gleich wieder abfällt, wird es aus den Elcos für ein paar Sekunden gepuffert, sodass es zu keinem Rasseln des Relais kommt. Das Entleeren der Elcos über die Verbraucher wird durch eine zwischengeschaltete Diode verhindert.

Ich möchte abschließend noch einmal betonen, dass es sich hierbei um eine einfache und kostengünstige Konstruktion der Sturmsicherung von Kleinwindanlagen handelt.
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 29.12.2021 - 10:19 Uhr  ·  #17
Hallo Claudius

Das ist alles sehr gut durchdacht, trotzdem meine Bedenken der Relaisschaltung.
Diese habe mehrere Schaltkontakte
Einen Schließer würde ich zu einem Haltestromkreis verwenden.
Nur einen Wiederstand vor die Spule alleine ist nicht so gut.
Mach den mit einer Zehnerdiode in reie, dann springt das Relais besser bei passender Spannung an.
Der Haltestromkreis schließt dann den Wiederstand kurz und nur die Diode hält das Relais angezogen bis die Spannung stark gesunken ist.
Das ist viel nachhaltiger als ein Kondensator.
Ich denke es ist verständlich so.

Gruß Aloys.
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 31.12.2021 - 10:34 Uhr  ·  #18
Hallo Aloys,

vielen Dank für Deine Tipps.

Selbsthaltekontakt: Die Schaltkontakte des Relais schalten Wechselspannung zu den Widerständen durch. Das Relais ist aber ein 48V Gleichstromrelais. Wenn das Relais anzieht, wird keine Spannung mehr erzeugt. Für die Abfallverzögerung muss jetzt der Strom von Elcos geliefert werden.

Z-Diode: Mein Relais zieht schon bei 25 Volt weich an. Um einen festeren Anzug zu erreichen, werde ich Deinen Tipp aufgreifen und einen kleineren Widerstand mit der Z-Diode in Reihe zur Spule schalten.

Gruß Claudius
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 31.12.2021 - 16:28 Uhr  ·  #19
Hallo
Chlaudius
Die Spannung fürs Relais kommt doch, nach Gleichrichtung, auch vom Generator, und wenn diese Spannung zu hoch wirt schaltet es die Wiederstände als Last auf den Generator.
Die Spannung ist keineswegs dann weg , nur geringer.
Auch die Spannung für das Relais.
Da der Wiederstand aber kurzgeschlossen ist durch einen 4 ten Schliesser, reicht die Spannung immer noch fürs Relais, bis das Windrad abgebremst ist.
Dann fällt es ab und die Lastwiederstände sind ohne Spannung, die Generatorspannung auch im normalen Bereich.
Schau mal ob es ausreichent viele Kontakte hat.

Gruß Aloys.
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Re: Automatische Rotorblattwinkelverstellung

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Gepostet: 07.01.2022 - 08:30 Uhr  ·  #20
Hallo Aloys,

ein frohes neues Jahr, alles Gute und viel Glück beim Probleme lösen.

Jetzt habe ich Deine Schaltung verstanden. Es ist eine gute Lösung, trotzdem kann ich sie für meine Schaltung nicht anwenden. Die abfallende Restspannung wird von den aufgeschalteten Verbrauchern sofort verbraten. Deine Schaltung könnte vielleicht bei nicht aufgeschalteten Verbrauchern funktionieren. Bei meiner Anlage geht am Elco kein Weg vorbei.

Viele Grüße
Claudius
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