Hallo,

zwischenzeitlich habe ich mir ein paar Gedanken gemacht über eine einfache Möglichkeit einen Stromabnehmer zu bauen.

Der erste Prototyp sieht so aus:


Gewindestange M12, 22mm Kupferrohr und mit Holz isoliert. Um die Kabel durch das Lager zu bekommen musste allerdings einiges vom Querschnitt weg - das werde ich besser auf drei Kanäle aufteilen. Ist also alles noch nicht ganz fertig und fehlt noch der Feinschliff sowie natürlich noch die Schleifkohlen, die innerhalb des Gehäuses geführt werden sollen - immer zwei gegenüber. Aber das kommt dann später.

Was meint ihr - kann man das in etwa so bauen. Gibt es evtl. (Hitze-)probleme mit dem Holz innerhalb der Kupferringe? Welchen Drahtquerschnitt sollte man wählen für ein 1,12m-Windrad damit da nichts an der falschen Stelle durchbrennt?

Ich habe bedenken, dass das Holz zu sehr arbeitet oder verwittert.

und die Kriechströme nicht vergessen, wenn das feucht wird hält Holz die Feuchte länger und Strom und Feuchtigkeit kann auch elektrolytische Effekte geben ...

M12 erscheint mir auch etwas dünn, oder was meinen die Anderen?

Holz ist ein sehr guter thermischer Isolator. Aber, wie Vitis anmerkte, es sollte trocken sein und es unter allen Umständen bleiben. Ich würde deshalb gegebenenfalls Hölzer verwenden, die kein Wasser eindringen lassen, wie Teak oder Akazie. Die haben auch einen sehr geringen Ausdehnungkoeffizienten, so daß eventuelles "Spiel" einigermaßen begrenzt bleibt.

Dieter

Hallo. Nun ja gehen wirds, die Dicke der Gewindestange ist aber gering.
Denke das Holz kein schlechtes Material ist aber wenn dies generell bei vielen Bauteilen zu Einsatz kommt das die entstehende WKA alle 3-4 Jahren ein kompletter Sanierungsfall ist.
Unter den Ringen kann das Holz nicht abtrockenen und vermodert schnell, Wasser kricht aber gerne bei kleinen Spalten rein.
Generell sollte bei Weichholz alle Stellen für die Luft zugänglich sein um schnellmöglich abzutrocken oder kompletten Regenschutz von oben bieten und unten offen sein.
Ritzen und überlappende Verbindungen sind da immer Problemzonen.
Bei Feuchtigkeit /Nebel quillt Holz auf, bei Trockenheit und Hitze schrumpft es zusätzlich

Gruß Hans

Hallo,
Regenschutz ist unverzichtbar. Holz mit Leinölfirnis tränken hilft. Wie wäre es mit Fertigteilen aus dem Schrott? Als da wären Schleifringe mit Bürsten aus einer PKW-Lima bestens geeignet. Auch in Staubsaugern mit Kabel-Aufrollautomatik und besseren Kabeltrommeln habe ich gute Systeme gefunden. Kontaktgabe Metall/Metall. Muss gefettet werden.
Ich betreibe meine kleinen Windräder seit Jahren mit Kabellitzen und der Möglichkeit zum entdrillen. Das Kleinere hat das noch nie erfordert, das Grössere alle 3-6 Monate.
Gruß, Heinz

Danke für eure zahlreichen Antworten!

Also nachdem das Ganze innerhalb eines Gehäuses untergebracht ist, sollte "nur" Luftfeuchtigkeit drankommen und kein Regen. Trotzdem wäre ich mir auch nicht sicher ob es nicht unter ungünstigen Bedingungen Kondenswasser an den kalten Metallteilen geben kann. Ich denke geöltes oder lackiertes Holz wäre eine gute Lösung - zwar sind Lacke auch nicht 100% dampfdicht, aber da saugt sich dann nichts mehr voll und arbeitet entsprechend weniger. Kleine Lüftungslöcher an der Unterseite wären auch noch denkbar.

Statt dem durchgehenden Stück Holz will ich auch besser einzelne Ringe mit Rand CNC-fräsen, so dass von außen eine bündige Oberfläche entsteht und alles besser fixiert ist.

NAchdem alles reproduzierbar sein soll, will ich ungern auf Schrottplätzen herumsuchen müssen, auch wenn man da bestimmt mal etwas brauchbares finden würde.



Das finde ich allerdings auch sehr interessant - wie sieht das denn genau aus? Ein Bild wäre schön

Zur Größe M12 - also bisher hatte ich immer M10 zur LAgerung des Drehgelenks genommen. Die Gewindestange einfach in eine Holzstange geschraubt (Gewinde ins Holz schneiden). Nachdem der Schwerpunkt des gesamten Windrades ziemlich tief sitzt, ist da wenig Hebelarm und das hat immer gut geklappt.
Aber um es genau zu wissen hab ich mal die reine Biegebelastung auf die Gewindestange nachgerechnet:

Bei Sturm (30m/s) entsteht ein winddruck von:

WD = Cp*rho/2*v^2 = 542 N/m² (mit Cp = 1)

Die Flügel bilden in etwa eine Fläche von 0,1 m²

Damit entsteht eine Kraft von rund 55 N also ca. 5,5 Kilogramm

An einem Hebelarm von ca. 6cm.

Damit ergibt sich eine Spannung in der Gewindestange (Durchmesser d=10) von:

sigma = Mb/Wb = (F*Hebel) / (pi*d^3)/32 = 3,3Nm / 9,82*10^-8 = 33,6 N/mm²

Nachdem die meisten Stähle so um die 230 N/mm² aushalten, hat man hier also noch eine knapp 7 fache Sicherheit!! Hätte das nicht gedacht und hoffe ich habe mich nicht verrechnet

Es zählt aber nicht die reine Flügelfläche, sondern die Fläche, die sie überstreichen, also der ganze Kreis.

Man braucht eigentlich keine Schleifringe, wenn das Kabel frei nach unten hängen kann. Das drillt sich automatisch wieder richtig.

Bist Du Dir da sicher? Irgendwie leuchtet mir das nicht ganz ein - eher im Gegenteil. Die Flügel weichen in gewisser Weise zurück und dämpfen damit den Aufprall der Luftmoleküle. Deshalb ja auch die reduzierte Windgeschwindigkeit vor dem Rotor. Nur weil sie sich schnell drehen wird doch ihre Angriffsfläche nicht größer..


Es würde sich ja nur dann wieder richtig drillen, wenn die 360° Windrehungen im Durchschnitt in jede Richtung gleich oft vorkommen - das kommt wahrscheinlich sehr auf den Standort an..und so ein hängendes Kabel ist natürlich auch nicht schön, wenn man kein Metallrohr als Mast verwenden will. Aber eine Option ist das allemal, wenn der Aufwand klein sein soll.

Hallo Die Angriffsfläche wird zwar nicht grösser aber wesendlich wirksamer durch die Aerodynamik.
Wenn das Rad allerdings steht, fällt das weg, und Deine Rechnung ist richtig.

Meine , über den Daumen Faustformel, geht : 30 g Auftrieb an 1dm², bei 10 m Geschwindigkeit an Aerodynamischen Flächen, also Tragflächen Propeller und Repeller.
Bei 0,1 m² Blattfläche sind das bei 10 m/sek dann 3 N .
Die Geschwindigkeit ist aber weit höher die das Blatt zurück legt.

Bei 30m/sek Sturm, und Schnellaufzahl 5, sind das Aussen dann 150 m/sek.
Die mittlere Geschwindigkeit bei rotierenden Teilen rechnet man im Mittel bei 75 % Durchmesser.
Da sind es dann noch 112,5 m/sek.
Das ist das 11,25 fache von 10 m/sek.
Da der Auftrieb an Flächen Quadratisch ansteigt trägt die Blattfläche nun 11,25 X 11,25 = 126,5 mal so viel.
Also 3 N mal 126,5 = 379.5 N ! da reist dann noch keine Srömung ab.
Das wäre der Druck unter Lastbetrieb.

Gruß Aloys.

Da die Leistung sich aus der überstrichenen Fläche berechnet, muss natürlich auch die Belastung daraus berechnet werden.

Die Praxis zeigt in vielen Beispielen, dass die Variante mit dem hängenden Kabel funtioniert.

Ich stimme xxl Ray zu: Die Kreisscheibe wirkt. Fläche ca 0,98qm x cp x q. cp sei 1,4, das könnte man diskutieren. q ist 0,5kN/qm für Hochbauten laut Tabellenbuch "Bau und Holzgewerbe". Ergibt rund 690N, oder anschaulicher "70kg". Vielleicht ist cp etwas hoch angestezt, aber es kommen noch Kreiselkräfte bei Windrichtungsänderung hinzu, und die sind nicht wenig. Bei deiner Rechnung mit M10 finde ich zwei Fehler: Kern ist nur ca 8mm und Gewinde verursacht Kerbwirkung. Degration?
Foto habe ich zum Kabel im Mast nicht zur Hand. Ist aber trivial. Stimmt schon das das nicht so schön aussieht.
Gruß, Heinz

Hallo zusammen,



Ich habe genau diese Lösung gewählt, das frei hängende Kabel. Nach mehr als 20 Jahren Betrieb kann ich die obige Aussage nicht bestätigen.
Ich glaube irgendwo gelesen zu haben dass die Winde auf der Nordhalbkugel unserer guten Erde in genau entgegengesetzter Richtung(gegen den Uhrzeigersinn) drehen als auf der Südhalbkugel(im Uhrzeigersinn).

Bei meiner Anlage ist der Drall IMMER in derselben Richtung. Eins bis zweimal im Jahr muss ich den Stecker ziehen und entdrallen.


Bei der Lösung mit Schleifringen und Kohlen gibt es noch das Problem der Funkstörungen. Je nach dem wie hoch die Stromstärke ist die zu übertragen ist kann ein nachgeschalteter Wechselrichter ungewollte Reaktionen zeigen. Bei kleinen Anlagen mit niedrigen Strömen und Spannungen dürfte es keine Schwierigkeiten geben.

mfG

strawberry

Das zähle ich als automatisches entdrallen
Aber klasse, dass du deine konkrete Erfahrung beisteuern kannst.

Ist von Gebiet wo man wohnt abhängig.
Meine machts ohne weiteres 2 Jahre.
Wind wechselt bei mir immer von Sw über N nach Osten und dann wieder retour, von Süden kommt er fast nie (da Alpengebirge ableitet?) deshalb macht meine nur 2-3 volle Drehungen im Jahr was bei 8 Meter Gummikabel kaum auffällt.
Gruß Hans

Ja klar ihr habt recht - die Aerodynamik!! Manchmal sollte man erst denken und dann schreiben
Also das mit der Kreisfläche scheint so eine ganz gute Annäherung zu sein. Ich habe jetzt nochmal genauer nachgerechnet bzw. in Windfrieds Excel-Berechnung nachgesehen:



Zählt man die entstehenden Kräfte Fy entlang eines Flügels zusammen, kommt man auf 147,34. Das Ganze mal 3 ergibt dann 'nur' 442 N - also rund 45 Kg.
Das ergibt dann eine Spannung in der Gewindestange von 270 N/mm². Also immer noch zu hoch.

Jetzt frage ich mich allerdings, ob das auch realistisch ist. Dieser Wert würde nur erreicht werden, wenn bei diesem Sturm immernoch mit Ideallast gefahren werden würde und unrealistische 6000 Watt an den Flügeln umgesetzt werden würde. Im Realfall wird das Windrad entweder überdrehen und damit die Strömung abreißen oder per Dumpload Drehzahlmäßig in die Knie gezwungen werden.
Als ich einen Sturmversuch freilaufend gemacht habe, ist mir auch keine übermäßig große Axiallast aufgefallen, sonst hätte es mir die viel zu dünne "Dachlatte" mit Sicherheit abgebrochen - war aber nicht der Fall.

Also was soll man jetzt für einen Lastfall annehmen?

Die Variante mit dem Verdrillen würde mir wirklich auch gut gefallen solange man nicht alle paar Wochen entdrillen muss, aber dann braucht man als Drehgelenklagerung eine Version mit Hohlwelle wo das Kabel durchkommt - oder übersehe ich da eine Möglichkeit wie das mit der Gewindestangen-Variante gehen könnte?

In der Regel steckt man einfach zwei Rohre ineinander, die einigermaßen gut passen.

Die Rohre dürfen bei 50mm Dm ruhig 2mm Luft haben. Fetten nötig. Regenschutz und angelöteter Schmiernippel sind hilfreich. Sauerei beim Zerlegen ist garantiert, weil Kabel und evt. Zugseil der Sturmsicherung mit Fett beschmiert werden. Trotzdem würde ich es wieder so machen.

Einfach zwei Rohre ineinander hätte ich mich jetzt wg. "Unprofessionalität" nicht getraut aber ist natürlich unschlagbar einfach. Bei 2mm Spiel wird das aber ziemlich klapprig, oder? - speziell für eine potentielle Dachmontage ist das ungut. Wenn man das passgenauer hinkriegt könnte ich mir das ganz gut vorstellen.

Nachdem ich allerdings Holzmasten stark bevorzuge müsste man für die Kabelführung inerhalb des Mastes wieder einen erheblichen Aufwand treiben mit zweigeteiltem Mast und Nuten in der Mitte. Insofern kann man dann gleich einen Stromabnehmer bauen, und ist bezüglich des Mastes und Schallschutz flexibler...

Das klappert nicht. Es ist immer einseitig Druck auf dem Lager. Schaue dir mal genau mein Foto an: Ein kurzes Mastrohr mit Kabel läuft parallel zum Hauptmast. Nur so geht es gut, dassich das Kabel frei bewegen kann und auch gut zu sehen ist. Designmässig voll daneben. Eine Lösung ist dann professionell wenn sie so gut wie nötig, nicht so gut wie möglich ist.
Gruß, Heinz