Konstruieren eines Windrades

 
Nico13
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Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 24.01.2023 - 23:22 Uhr  ·  #1
Hallo,
ich bin neu hier und hätte einige Fragen zu dem Thema Windrad bau.
Ich muss für meine Schule ein Windrad konstruieren, das die Schüler ihrer Handys dort laden können.
Daher stellt sich für mich die Frage wie finde ich den besten Standort an dem Schulgelände fest, ich habe mich über den Windmaster 2 schon erkundigt als Windmessgerät wäre das eine gute Lösung ? Und eine weiter Frage wie könnte ich die Rotorform gestalten in einem CAD Programm. Ich hätte als Idee gehabt dass, das Windrad eine Höhe von etwa 4 Meter haben soll und ein Rotorblatt einen Radius von 0,6 m ich hätte auch die Möglichkeit die Rotorblätter an einem 3D-Drucker drucken zulassen.
Des weiter brauch ich noch einen passenden Generator zum Kaufen vielleicht gibt es da auch Tipps?

Ich hoffe ich bekomme ein paar gute Tipps bin für jede Art von Antworten dankbar.

Gruß Nico
Carl
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 25.01.2023 - 11:29 Uhr  ·  #2
So ein Generator müsste (das 12 V Modell) gut zu 60cm radius passen und auch wegen dem frühen Anlauf gut für Schwachwindstandorte.
Ein Vorteil bei diesem Generator ist dass das Azimuthlager gleich mit dabei ist und die vorkonstruierte Möglichkeit eine Fahne mit Sturmsicherung an der Gondel zu befestigen.

https://www.ebay.de/itm/185622…R6D59om9YQ

Mit Druckern kenne ich mich nicht aus, auch nicht mit den Materialien die dabei verarbeitet werden, bevor man soetwas macht sollten die Materialeigenschaften darauf geprüft werden ob sie den Belastungen durch Zug, Druck, Vibrationen und UV Licht standhalten.
Nico13
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 25.01.2023 - 15:17 Uhr  ·  #3
Dankeschön für ihre Antwort
Che
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 25.01.2023 - 16:37 Uhr  ·  #4
Wird von Harbarth vertrieben, der Generator. Immerhin nicht in China ansässig. ;-)

360 W passt sogar zu D 1,6m und einfacher Lademaschine 24V. Link Ist, weil der Akku die Spannung quasi fest hält.
360W/24V=15A Mehr wird der Generator, die Windungen, nicht aus halten.

Mit 48V wären schon ca. 700W möglich.

Man muss schon früh bedenken, was mit dem Strom denn geschehen soll.
Einspeisen inns Hausnetz und Selbstverbrauch spart Akkubänke, Lagederegler und Folge-Elektronik.
Einspeise-WR SUN-1000-WAL G2 22-60V wäre predestiniert für einen Generator, der bei 3 m/s ca. 24V DC liefert.
Ist auch rechtlich evtl. etwas im Gange. Forum/cf3/topic.php?p=67882#real67882

Bezüglich Baurecht: https://bundesverband-kleinwindanlagen.de/recht/ Auf Verfahrensfreistellung achten!

Jahresmittelwind bestimmen.

Bezüglich Technik:
1. Sowas ist möglich, mit Ausnutzung von Profilen der gewölbten Platte.
Nur sind die Blätter bei Plastik als Material in der Nabenhgegend nicht dauerfest. Forum/cf3/topic.php?p=23530#real23530
Gerolltes Al-Blech 2mm wäre gut. Auch da Zuschnitt mit Pritt-Stift aufheften und anschließend mit ner Stichsäge mit Metallblatt.

Der Nabenmotor wäre mit dem durchbohrten Achsstummel zu befestigen. Auch ein Sicherheitsrisiko. Motoren von Hoover-boards wären besser.

Aber da wäre ja die Harbarth-Gondel, evtl. mit Schleifringen am Azimuth-Lager (nicht zwingend) und evtl. mit Offset der Generatorachse, was ne Furl-Lösung bezüglich Sturmsicherung erlaubt.
Schema: Forum/cf3/topic.php?p=55611#real55611
Anlagen von Piggott: https://www.green-step.org/produkt/drei-fluegel-im-wind

Ich würde beim Harbarth mal anrufen und fragen, was er denn für Rotorblätter empfiehlt, die vor Allem auch nzu seiner Nabe passen. Und wo es die gibt.
Dann wäre noch ne Spannungskennlinie für den Leerlauf interessant (Leerlaufkennlinie) und des Rastmoment vom Generator.

Grüße, Che
Carl
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 25.01.2023 - 18:00 Uhr  ·  #5
@Che, das steht auch im ebay Angebot, 1,6 m Flügel möglich. Da er die Flügel drucken möchte und nur bis 60 cm gehen kann liesse sich darüber nachdenken ob man den Bereich in Nabennähe mit bis zu 20 cm Radius von den Flügeln ungenutzt lässt und von der Nabe ausgehende Träger für die Flügelaufnahme einplant.

Der Generator, wenn er in der 12 V (Akku) Version schon bei 1,4 m/sec anläuft (mit 1,6 m Rotordurchmesser) sollte bei 1,2 m Rotordurchmesser dann immer noch früh genug anlaufen, dürfte auch bei der kleineren Nennleistung bei 12 V gut passen, ein kleinerer Rotordurchmesser hat schliesslich höhere Drehzahlen.
XXLRay
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 25.01.2023 - 18:34 Uhr  ·  #6
FamZim
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 25.01.2023 - 18:54 Uhr  ·  #7
Hallo

Unser Moderator hat da vollkommen recht, ein Nabendynamo reicht.
Dann noch ein 6 V Akku und ein BMS für 5 V .
Wenn die Blätter gedruckt werden sollen , sollen sie Profiliert oder nur gewölbt sein ?

Gruß Aloys.
Che
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 25.01.2023 - 19:15 Uhr  ·  #8
PLastikblätter haben i.A. Faseranteil, Glas oder Carbon.
Nur Polyamid (Nylon) war so zähfest, dass es auch ohne verwendet wurde.
wieso
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 25.01.2023 - 20:00 Uhr  ·  #9
hallo nico

Ich denke , besser wohl erst eine externe Batterie zu laden , wie eine art Powerbank und dann kann jeder sein Handy oder Laptop etc , anstöpseln , hat ja auch den Vorteil das Mensch dann nicht nur an 6-8 Std Schulbetrieb limetiert ist , sondern ein Tag halt dann doch (nach adam riesse) 24 Stunden lang ist und ein Wochenende schulfrei wohl noch zwischen den Wochenende. Keine Ahnung wieviel Stunden Schulbetrieb pro Woche .... aber denke nicht viel mehr als 30-35 Stunden ? Bei einer Wochen -stunden - anzahl von 168 Std

Zitat
und ein Rotorblatt einen Radius von 0,6 m


Also etwas grösser dann im Durchmesser , sogar mehr als 1,2 Meter ?


Ehrlich gesagt , bei einem Schulprojekt , welches auch Aufmerksamkeit erweckt , bei geringer Masthöhe und eventuell fehlender Windgeschwindigkeit auch , würde ich auf diese, in vielen Filmen (für Jung und Alt noch aktuell :lol: ) Windrad-Typ verweisen , das waren zwar früher im Amiland eher Wasserpumpen (Western Mills) , in Holland ähnlich aber andes Design, auch um Dämme lehrzupumpen , aber auch Gedreidemühlen , ...

https://de.wikipedia.org/wiki/Western-Windrad
wieso
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 25.01.2023 - 20:29 Uhr  ·  #10
Zitat geschrieben von FamZim

Hallo

Unser Moderator hat da vollkommen recht, ein Nabendynamo reicht.
Dann noch ein 6 V Akku und ein BMS für 5 V .
Wenn die Blätter gedruckt werden sollen , sollen sie Profiliert oder nur gewölbt sein ?

Gruß Aloys.

Seltener Gast zwar , aber schön zu sehen ;)


Nur wir reden hier von einem Schulprojekt und mit wieviel Watt läd so ein Nabendynamo 3-5 ?W ? Wieviele Smartphones können denn dann geladen werden, in der Schulpause zb ? oder anderweitig ? Soweit ich weiss will mein smartphone ca über 10 watt beim laden , machrn wir dann doch mal 10 Phones ran, in der Pause :-/

Meine Powebank läd mein Telefon nicht , wohl aus dem Grund , dass dieses zuviel fordert , alle anderen wie Blutoth speaker laden ganz korrekt
XXLRay
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 25.01.2023 - 21:03 Uhr  ·  #11
Carl
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 25.01.2023 - 21:13 Uhr  ·  #12
Als Demo Objekt könnte ein Windrad mit Nabendynamo gehen, die Schüler werden nach der ersten Neugier kaum viel Gebrauch beim Handyladen machen, wie auch, draussen auf dem Schulhof 3 Std. Warten bis der Akku voll ist?

Einen Horizontalläufer mit Nabendynamo da gibt es relativ leichtlaeufige Modelle, aber die haben alle nur kurze Achsstummel eine sehr instabile Verbindung mit der dünnen Schnellverschlussstange die da eine wackelige Montage zum Rest der Konstruktion mit Fahne und Azimuthlager bieten würde.

Es gibt auch Nabendynamos mit längeren 9 mm Achsstummeln,preiswerte Modelle z.B. von Shimano zwischen 15 und 20 Euro, leider merklich schwergängiger, die gingen als einseitig verschraubter Befestigungspunkt

Hat man hingegen eine stabile Windrichtung liesse sich ein Horizontalläufer mit Nabendynamo als Außenläufer und den Flügeln auf der Trommel umlaufend auch zweiseitig gelagert sehr stabil in ein Gestell einspannen

Das geht wunderbar auch mit den leichtgängigen Modellen mit den sehr kurzen Achsstummeln und Hohlachse mit Schnellverschluss.

Nabendynamos laden mit bis 3 Watt, die Leerlaufspannung von 12V wird schon sehr früh erreicht, geht auch höher, aber es bleibt bei 3 W begrenzt.
wieso
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 25.01.2023 - 21:50 Uhr  ·  #13
Zitat
Als Demo Objekt könnte ein Windrad mit Nabendynamo gehen, die Schüler werden nach der ersten Neugier kaum viel Gebrauch beim Handyladen machen, wie auch, draussen auf dem Schulhof 3 Std. Warten bis der Akku voll ist?


Mit Verlaub , darum geht es nicht !

Es geht nicht um "EIN" Handy laden , es geht um eine Aussage an einer Schule !!!!


Mit der Aufgabe , eventuel , eine Windkraftanlage zu bauen , bzw im Pausenhof diese auch zu sehen , nicht nur eine USB Ladesteckdose aus der weissen Wand kommend , sondern eher vom Windrad / bzw den Zusammenhang zu kombinieren

Aber gut , solche Windladegeneratoren gibts doch schon wie Sand am Meer , Frage bleibt um was es hier genau geht !
Carl
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 26.01.2023 - 07:01 Uhr  ·  #14
Natürlich geht es dabei um das Beispiel, Handyladen in der kurzen Schulhofpause, dazu fehlt den Schülern wahrscheinlich die Zeit und Geduld, man muss ja danebenstehen bleiben sonst bekommt das Handy Beine...

Nico möchte wohl eher eine Aussage machen wie Du schon sagst, und zusammen mit den Schülern etwas bauen. Da wäre ein Nabendynamo eigentlich sehr gut, wasserdicht, wenig Anschaffungskosten, kommt bei wenig RPM auf 12 V und darüber, die Leistung reicht um mit einer 3 Watt LED den Schulhof auszuleuchten usw.

Nur eines ist dabei problematisch - bei einem Horizontalläufer kann man nur die billigeren Modelle mit Massivachse und langen Achsstummeln fest genug verankern. Und die sind viel schwerläufiger, bei Schwachwind spielt das leider eine große Rolle,

Es sei denn man baut aus Holzstreben ein Pyramidales Gerüst um einen der teureren Shimano oder sogar Rohloff leichtlauf Nabendynamos mit ihren leider nur extrem kurzen Achsstummeln mit Schnellspanner an zwei Halterungen des Gerüstes zweiseitig festzuspannen.

Geht wunderbar, ich habs ja schon gemacht, und die Schüler, wenn sie das leichte Modell mal etwas anheben und so manuell in den Wind drehen müssen haben noch viel mehr Freude am Lernen als mit einer Windfahne die ihnen jede Eigeninitiative abnimmt.

Nabendynamos eignen sich sonst - wegen der Aufhängungspunkte - eher für Vertikalläufer.
FamZim
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 26.01.2023 - 10:44 Uhr  ·  #15
Hallo

In Schulen werden doch sehr viele Versuche gemacht, und zwar nur zur Demonstration wie etwas geht und warum überhaubt.
Für das laden von 10 Handys mit je 10 W braucht man auf dem Schulhof schon eine 1 kw Anlage, was sicher nicht geplant ist.
Eher Selbstbau mit Herstellung von Windradflügeln um mal den Aufwand für ein paar Watt an Strom zu überblicken.
Darum mein Vorschlag, Blätter für 1,2 m Durchmesser mit 0,5 m Steigung (Schwachwind) und 10 % Blattiefe, gleich 12 cm , und zwar bis aussen hin, und nicht schmal zulaufend wie die Sturmblätter.
Strom zwischenspeichern zur Spannungsstabilisierung mit Akku .

Gruß Aloys.
wieso
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 26.01.2023 - 13:00 Uhr  ·  #16
Ja klar , ich mein ja nur , bzw wären mir halt 3 watt als Generator, etwas wenig fals der Turbinen Durchmesser um die 120 cm sein darf

Nur zur Verbildlichung was bei so einem Durchmesser möglich ist https://www.marlec.co.uk/product/rutland-1200-windcharger/

@ Nico
Zitat
Daher stellt sich für mich die Frage wie finde ich den besten Standort an dem Schulgelände fest, ich habe mich über den Windmaster 2 schon erkundigt als Windmessgerät wäre das eine gute Lösung ?


Gute Idee , nur in wie weit der Dir Auskunft gibt bezüglich Turbulencen , weiss ich nicht , denn eine windkraft anlage dereht sich halt an auch windigen stellen gerne mal aus dem Wind

Auch nicht schlecht sich via Google Earth mal Euer Schulgelände anschauen

Falls Du auf die Dächer raufkommst oder in der Umgebung , könnte man auch low budget Windfähnchen/Blumen aufstellen verteilt und die beobachten
Carl
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 26.01.2023 - 13:31 Uhr  ·  #17
Lars, 60 cm Durchmesser, 30 cm Radius cm bei mehr Wind noch weniger würden genügen bei leichtläufigem Nabendynamo und Flügeln wie Aloys sagt. 1,2 m Rotordurchmesser wäre total überdimensioniert und auch völlig unsinnig weil je größer der Rotor desto langsamer die RPM

Nur wenn auf dem Schulhof nur sehr geringe Windgeschwindigkeiten auftreten und damit (Erfolgserlebnis) schon bei 2 m/sec der Anlauf kommt würde ich bis 80 cm Rotordurchmesser gehen.
wieso
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 26.01.2023 - 13:37 Uhr  ·  #18
Sorry Carl , aber ich hatte Nicos Aussage eher gedeutet das der Gesamt- Durchmesser wohl eher grösser angedacht ist !

Zitat
und ein Rotorblatt einen Radius von 0,6 m ich hätte auch die Möglichkeit die Rotorblätter an einem 3D-Drucker drucken zulassen.


Also , mag ein Verständnissfehler sein , nur heisst dies für mich eher 120 cm Durchmesser
Che
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 26.01.2023 - 14:57 Uhr  ·  #19
Für 6 W Ausgang, 10W vom Repeller, bei 11 m/s wäre der ja nur ca. 20 cm im D nötig.
Mal abgesehen von der dann fehlenden Re-Zahl, sowas ist Kinderkram.

Der Mann ist 24 und kann CAD, da sollte es schon was Anspruchsvolleres sein.
Mit R 600 kann man schon auf ca 300W kommen, an ner Batterie direkt vielleicht 120W, so dass es zu dem Harbart-Generator passen würde, für 12V Akku.

Braucht aber dann einen Laderegler, um Tief- und Überladung zu vermeiden. Carl hatte da ja was zu empfehlen.

Und um Mobiltelefone zu laden, noch einen Step-Down Wandler Wenn der nicht reicht, mehrere parallel, oder es wird sich auch ein leistungsfähigerer finden.

Komplette Blätter in 3D drucken wird nicht gehen. Werden jeweils 2 Hälften gedruckt werden müssen, die dann zusammen geklebt werden.

Der Vollständigkeit halber noch ein Link zu Reprap.
Blätter aus abgekantetem Blech, aber sonst wird viel gedruckt.
Carl
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Re: Konstruieren eines Windrades

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Gepostet: 26.01.2023 - 15:58 Uhr  ·  #20
Ok, alles richtig, ich hatte eigentlich nur auf XXLrays Vorschlag mit dem Nabendynamo reagiert, dafür wäre ein Rotor mit 60cm Durchmesser ok.

"Also , mag ein Verständnissfehler sein , nur heisst dies für mich eher 120 cm Durchmesser" --- Ja klar doch, das war die Ausgangslage zu Beginn ohne Nabendynamo. Der wäre bei 1,20 cm Rotordurchmesser ein Unding.

Trotzdem nochmal zu den Nabendynamos: Sie könnten mehr als 3 W leisten, verbraten bei höherer Drehzahl die Mehrleistung als Wärme die nach aussen abgeleitet wird. Diese Begrenzung schützt die Beleuchtung der Fahrräder vor dem Durchbrennen!

Davon abgesehen bei 80 % der möglichen Stellflächen - dazu noch in Bodennähe - konnen wir im Mittel kaum höhere Windgeschwindigkeiten als etwa 3 m/sec erwarten auf gewöhnlichen Schulhöfen eher weniger.

In diesem Bereich bis etwa 4,5 m/sec Windgeschwindigkeit ist der Wirkungsgrad am höchsten, da wird keine nennenswerte Abwärme erzeugt sondern Strom, die max 3 Watt.

Und was die Fläche zum Wind bei 60 cm Rotordurchmesser beim Nabendynamo Betrieb betrifft - selbst ein 120 cm großes Windrad würde mit den ausgeklügeltesten Flügelprofilen und dem besten Generator der Welt bei 3 m/sec Windgeschwindigkeit immer noch keine 10 Watt leisten.

Wir sprechen da von Standortbedingungen und dem Energieinhalt der Strömung bei dort am ehesten zu erwartenden Windgeschwindigkeiten auf die Rotorfläche bezogen.

Alles ändert sich erst bei lohnenderen Windgeschwindigkeiten.
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