Neuartige Windfahne.
WkA’s mit vertikaler Achse brauchen nicht in den Wind gedreht zu werden.
Dies ist bei WkA’s mit horizontaler Achse bekanntlich nicht der Fall.
Eine solche WkA soll nach Möglichkeit immer in der momentanen Windrichtung stehen. Schon bei einer relativ kleinen Queranströmung des Windes gibt es Leistungsverluste. Diese Aufgabe wird meistens bei den Kleinwindanlagen von einer Windfahne erledigt. Bei Grossanlagen mit einem elektrischen Motor.
Eine Windfahne ist zweifelsohne eine einfache und preisgünstige Lösung, wobei das Wort EINFACH nicht unbedingt als SCHEINBAR EINFACH zu verstehen ist.
Manche, weniger erfahrene Kollegen tun sich öfters schwer die richtige Grösse zu treffen, bzw. zu ermitteln.
Es gibt allerdings so eine Faustregel. Ist der Abstand der Windfahne vom Mast 5-mal grösser als der Abstand der Flügel, soll bei zwei- oder dreiflügeligen WkA’s, die Fläche der Windfahne etwa 5 % der Windradfläche betragen. Oder anders ausgedrückt: Eine WkA von 2 Meter Durchmesser hat etwa 3 m2 Windfläche. Dann sollte die Windfahne 0,15 m2 gross sein. Bei vielflügeligen WkA’s (12 bis 16 Flügel) soll die Windfahne dagegen10% gross sein.
Trotz richtiger Dimensionierung macht die Windfahne trotzdem häufig Probleme. Wechselt der Wind, schwenkt die WkA öfters kräftig hin und her, wegen dem Strömungsabriss, welcher auf der, dem Wind abgewandte Seite entsteht. Die Folge des Hin- und Herschwenkens sind unvermeidliche Kreiselkräfte, welche nicht nur die Lager schädigen. Gegebenenfalls kann das Zerlegen der WkA in seine Bestandteile ein unerfreuliches Resultat von übermässigen Kreiselkräften sein. Um dieses schnelle Hin- und Herschwenken zu besänftigen, haben manche Kollegen sich bereits einiges einfallen lassen, sei es mit teuren Dämpfern, äusserst komplizierten Formen von Windfahnen und auch gelegentlich mit weniger erfolglosen Massnahmen. Dieses Problem ist umso grösser je größer die WkA ist, wobei deshalb ab einer bestimmten Grösse schnell auf die preisgünstige Möglichkeit der Windfahne verzichtet wird.
Die bekanntesten Windfahnen bestehen aus einen einfaches Stück Blech, Holz oder Kunststoff.
Ich möchte hier nun meine neuartige Windfahne vorstellen. Sie ist einerseits sehr kraftvoll, hat aber andererseits den grossen Vorteil sehr sanft zu Werke zu gehen und insbesondere das gefürchtete Hin- und Herschwenken zu unterbinden.
Diese Windfahne besteht in ihrer einfachsten Form aus einen Stück Streckgittermaterial anstatt aus einem Stück vollem Blech oder einem Holzteil.
Meine Messungen haben ergeben, dass eine Außenfläche (ohne die Löcher) von 61 bis 66% genügt, im Vergleich zu den bekannten Windfahnen. Der größte Vorteil entsteht, wenn der Wind die Richtung wechselt. Dann schwenkt die WkA nicht mehr wie wild hin und her, sondern bewegt sich schön sanft, wobei die daraus resultierenden Kreiselkräfte überwiegend der Vergangenheit angehören.
Desweiteren ist sie auch noch sehr preisgünstig und leichter.

BILD NUMMER 1
In dem Bild habe ich die Windfahne übermäßig groß dargestellt. Als Streckgittermaterial habe ich zum einfacheren Verständnis einfach ein Stück kopiert und aufgeklebt. Natürlich ist das nicht maßstabgerecht, sonst hätte ich das Bild viel zu groß zeichnen müssen.
Was funktioniert wie anders?
Eine „normale“ Windfahne hat einen ganz geringen Widerstand. Der Widerstand hat auf die Ausrichtung (fast) keinen Einfluss. Ein Ausrichtungseffekt kommt zustande, sobald sie quer angeblasen wird. Auf der dem Wind abgewandten Seite entsteht Strömungsabriss sowie Turbulenzen, welche einen höheren Unterdruck erzeugen als dies auf der anderen Seite der Fall ist.
Die neuartige Windfahne kann, weil die Luft (sozusagen) kontrolliert durchgeblasen wird, keine so großen Wirbel erzeugen, sondern nur sehr viele Kleine. Das führt ebenfalls zu einem Ausrichteffekt, welcher allerdings insgesamt kleiner ist. Zusätzlich übt die Windfahne einen sehr viel höheren Widerstand aus. Vereinfacht ausgedrückt ist das so, wie wenn hinten an der WkA ein aufgeblasener (kleiner) Fallschirm horizontal ziehen würde. Dieser zusätzliche Widerstand addiert sich jetzt zu dem bereits vorher erwähnten Ausrichteffekt. Der gesamte Ausrichtungseffekt wird für eine gleich große Windfahne deshalb jetzt noch höher. Oder anders ausgedrückt, man benötigt eine kleinere Windfahne um einen gleich hohen Effekt zu erzielen. Meine Messungen haben ergeben, dass eine Außenfläche (ohne die Löcher) von 61 bis 66% genügt um einen gleich großen Ausrichtungseffekt zu erzielen. Man kann sogar feststellen, dass durch diesen Widerstand immer bereits ein Ausrichtungseffekt in Windrichtung vorhanden ist, auch ohne dass die Windfahne quer angeblasen wird. Durch das Queranblasen wird dieser Effekt nur noch verstärkt.
Andererseits kann man aber auch feststellen, dass es kein Problem mehr darstellt, wenn die Windfahne etwas größer ist als notwendig. Denn egal wie groß, das Hin und Zurück schlagen gehört der Vergangenheit an.
Als besonders vorteilhafte Form, sowohl von der Herstellung, wie von der Effizienz hat sich eine Form im Hochformat erwiesen, vergleichbar mit einer DIN A4 / A3 Seite, wobei die Befestigungsstange in der Mitte angeordnet ist und an der Hinterkante aus zusätzlichen Festigkeitsgründen jeweils rechts und links ein Winkel aus Alu oder dünnem Blech angeschraubt ist. Diese Winkel stören die Funktion in keiner Weise, ganz im Gegenteil. Sie unterstützen den Widerstandeffekt und somit die Ausrichtung.
Noch bis jetzt unbekannt ist das Verhalten bei Schnee bzw. bei Eisregen. Diesen Fall hat man zwar weniger oft, aber auch das kommt in der Natur vor und muss noch getestet werden.
Ebenfalls noch nicht erprobt ist diese neuartige Windfahne an einer WkA, welche sich zur Begrenzung der Nennleistung seitlich aus dem Wind dreht sowie jene WkA's welche in Helicopterstellung abregeln. Ich hoffe dass bald andere Kollegen hierüber berichten werden.
An der neuartigen Windfahne kann ich keine zusätzlichen Geräusche feststellen aus dem einfachen Grunde, weil meinen Ventilatoren lauter sind und auch die Flügel und der Generator einer WkA produzieren ebenfalls höhere Geräusche.
Derjenige, den die Windfahne aus Streckgittermaterial rein optisch nicht so sehr begeistern kann, kann sich (Vielleicht????) mit einem anderen (Schöneren????) Ausführungsmodell wie in Bild Nummer 2 anfreunden. Mit solch ähnlichen Modellen mit mehr bzw. weniger Löchern (grossen und kleinen) hat alles begonnen. Heute würde ich etwa 60 bis 100 Löcher/Windfahne vorschlagen, wobei die Gesamtfläche aller Löcher in etwa 1/4 bis 1/3 der Windfahnenfläche betragen sollte. Natürlich stehen auch auf dem Markt Lochbleche zur Verfügung.
BILD NUMMER 2
Zumindest als besonders hervorstechendes funktionales Kunstwerk ist diese neuartige Windfahne allemal anzusehen.
Man kann aufgrund dieser neuartigen Windfahne jetzt weitere Einsparungen an der WkA vornehmen bzw erreichen. Eine sehr hohe Leichtgängigkeit in der Windnachführung ist nicht mehr so entscheidend, weil eine etwas größere Windfahne nicht mehr stört. So kann man die „üblichen“ Kugellager durch Gleitringe aus Polymermaterial ersetzen, welches von vielen verschiedenen Herstellern angeboten wird. Ich empfehle mal einen Blick bei:
www.igus.de rein zu tun. Auch brauchen diese Lager jetzt nicht mehr wasserdicht zu sein. Weil viele verschiedene Arten und Mischungen am Markt angeboten werden, ist allerdings darauf zu achten, dass dieses Polymermaterial kein Teflon enthält, weil dieses in der Feuchtigkeit aufquillt und die Reibung dann höher wird. Bei den Materialien ohne Teflon wird der Reibung in der Nässe sogar geringer.
Zu erwähnen bleibt noch, dass diese neuartige Windfahne zum Patent angemeldet ist. Privatpersonen dürfen immer jedes Patent nutzen. Nur Hersteller bzw. Verkäufer, welche mit dieser Windfahne Einkünfte erwirtschaften, müssen einen Lizenzvertrag erwerben. Andernfalls riskieren sie Abmahnungen und gegebenenfalls kräftige Strafen.
Gruß
Constant