Guten Tag liebe Forengemeinschaft,
Nachdem ich mich nun etwas länger mit erneuerbare Energien beschäftige und bereits eine 40KwP Solaranlage instaliert habe, hat mich das Thema Windenergie gepackt.
Nun möchte ich gerne ein Vertikales Windrad Aufstellen. Den Papierkram habe ich bereits hinter mir und habe die Städtische Erlaubnis bei mir im Garten bis 10m bauen zu dürfen.
Materialtechnisch sitze ich an der Quelle von Aluminium Profilen, Stangen und Bleche.
Für die C-Rotor Variante habe ich mich entschieden da die Flügel relativ im vergleich einfach herzustellen sind und eine hier im Forum veröffentliche vergleichsbeschreibung hat mich so sehr inspieriert das es auch der C- sein soll. Zumal er mir auch Optisch am meisten zusagt.
Mein erstes Strom produzierendes Windrad dachte ich mir mit einem Durchmesser von ca 1,4m und einer Flügelhöhe von 4x 2,5m und das ganze soll dann auf einem 6-7 meter Masten montiert werden.
Die durchschnittliche Windgeschwindigkeit bei uns in Hamm (NRW) liegt bei 3,4-3,8m/s in 10 Meter höhe welche von einem Nachbarn mittels einer Wetterstation ermittelt wurde.
Das System sollte auf 12-24Volt basieren für meine Garten und Garagenbeleuchtung sowie bewässerung. Also Speicherung in Bleigelakkus.

Ich bin Handwerklich begabt und habe Elektrische Grundkenntnisse nur leider mangelt es mir ein wenig an Mathewissen.
Aus diesem Grund hätte ich da ein Paar Fragen an euch Profis.
Die Flügelbreite dachte ich mit 35cm Anzusetzen (also 3,5m² Fläche) ist das ausreichend oder muss dieses Verhältnist von 3-3,5 zum Durchmesser eingehalten werden? und wenn warum? hat das etwas mit der Drehzahl zutun?
Das vorne am Flügel angesetzte "C" welchen Durchmesser sollte ich da in etwa nehmen?
Welche Generatorstärke (Watt) kann ich an dieser Flügeldimensionierung in etwa Anschließen. Muss es ein Scheibengenerator sein oder kann ich da auch mit einem Bürstenlosen Generator mit übersetzung arbeiten?

Ich hoffe das sich hier ein paar Spezi´s etwas von meinem Anliegen annehmen und mir da eventuell ein wenig helfen können.
schonmal vielen Dank im Vorraus
Gruß Andreas

Hallo Andreas,

Das C-Profil hat sicherlich faszinierende Eigenschaften, zu denen neben der mit dem Savonius-Rotor vergleichbaren Turbulenztoleranz auch ein hohes Drehmoment gehört.

Das sollte aber nicht blind vor den technischen Schwierigkeiten machen, die dadurch gegeben sind, dass diese Flügelbauform konstruktiv nur mit größerem Aufwand genügend feste Statik und Verwindungssteifigkeit bekommen kann. Das gilt umso mehr für größere Modelle wie das von Dir jetzt geplante. Leider geht hohe Festigkeit meist auch mit höherem Gewicht einher, was wiederum wegen der dann auftretenden Fliehkräfte in Wechselwirkung mit unterschiedlich einwirkenden Reaktionen auf den Strömungsdruck problematisch werden kann. Das gilt wohl für alle Flügel: Je leichter und je stabiler, desto besser. Klar, verträgt sich nicht so recht!

Ein ideales Verhältniss von Flügeltiefe und Vorflügelbreite gibt es auch beim C-Flügel nicht, weil immer je nach den auftretenden Windgeschwindigkeiten andere Parameter als besonders passend gewählt werden können. So z.B. schmale dünne Profile wo man höhere Windgeschwindigkeiten erwarten kann und breitere behäbiger laufende mit weit mehr Drehmoment, also für Schwachwind. Welche Geschwindigkeit will man vorzugsweise abernten, wie verträgt sich das mit evtl. auftretenden davon abweichenden Verhältnissen?

Das verhält sich beim C-Flügel ein wenig ähnlich so wie auch bei klassischen den Auftriebsprofilen. Letztere sind relativ verwindungssteif und deshalb für statisch stabile Konstruktionen leichter zu nutzen. Haben dann aber auch wieder Nachteile wie geringeres Anlauf-Drehmoment und trägere Reaktionen auf Windgeschwindigkeitswechsel. Klassische Profile sind nicht so turbulenztolerant, je schmaler (schnellläufiger() die Profile gebaut sind, desto weniger. Was eben wieder zur Standortfrage wird.

C-Profile - umso mehr, wenn sie für Schwachwind ausgelegt wurden- können aber bei starkem Wind problematisch werden. Das enorme Drehmoment, welches sie aus dem Stand heraus entwickeln, also auch im abgebremsten Zustand des Rotors, muß man kennen, bevor man sich an den Bau einer solchen Anlage macht. Ein Strömungsabriss bei übermäßig starker Strömung, wie es im Sturm der Fall ist, findet bei laufendem Rotor kaum statt und bei abgebremstem Rotor ist die Reaktion immer noch sehr stark und verhält sich zur Strömungsgeschwindigkeit in linear aufsteigender Intensität, so dass ich immer nur warnen kann. Mir sind schon einige solcher Rotoren um die Ohren geflogen. Man darf beim C-Rotor nicht davon ausgehen, dass dort eine Sturmsicherung durch Strömungsabriss stattfindet wie bei den anderen Bauarten.

Das sind also ganz typische Eigenschaften, die andere Flügel nicht haben, man kann vielleicht noch einen Weg finden, das zu nutzen. Warum soll man immer nur das Negative daran sehen?

Ich würde Dir vorschlagen, erst einmal ein sehr kleines Modell, mein kleinstes (energieerzeugendes) z.B. mißt gerade 30cm x 30cm, zu bauen und zu beobachten. Deine daran gemachten Erfahrungen und ggf. Anpassungen der Abmessungen und Flügelzahlen an Deine Standortbedingungen lassen sich später auf ein größeres Modell übertragen. Besonders interessant ist es, einmal solch einen kleinen Rotor im Sturm ungebremst laufen zu lassen und zu beobachten, ob die eigenen Vorstellungen zu stabiler Bauweise mit den real auftretenden Belastungen übereinstimmen. So ein Experiment kostet wenig, macht Spass und evtl. Lust auf mehr.

Gruß, Carl

Hallo Carl,
erstmal Danke für deine schnelle und infomative Auskunft.
Zum Thema experimentieren und probieren habe ich nun ingesamt etwa gute 9 Monate erfahrungen sammeln können.
nach dem ersten erfolgreichen versuch eines Styropormodels habe ich einen zweiten Prototypen vor etwa 6 Monaten aufgestellt. Maße 2 Flügeln H=30cm B=20cm Durchmesser 70cm mittels Dynamo 6V - 3W und 3x 0,5W LED´s und bisher läuft er komplett ohne zwischenfälle bei zirka 3,5-4 m/s Wind fangen die LED´s an zu leuchten leider hatte ich diese infomationen bei meinem ersten betrag nicht erwähnt "sorry"

Aus diesem erfolgserlebnissen wuchs in mir immer mehr der drang nach etwas größerem und nun ist es soweit die mittel und die statik sind vorhanden.
Bei dem aufbau habe ich lange zeit überlegt und probiert nun habe ich eine möglichkeit die flügel so zu stabilisieren das die selbst beio extremen drucken nicht nachgeben dürften ohne die Strömung zu beeinflussen oder extremes Gewicht aufwenden zu müssen mein anliegen bezieht sich nun auf die bisher von mitgliedern/Tüftlern erfolgreichsten getesteten Abmaße um unnötige Materialverwendungen durch weiteres großes Experimentieren zu vermeiden zudem habe ich leider nicht die messgeräte um eventuell die genauen kräfte zu errechenen ich kann in einigen sachen leider nur fragen oder schätzen und dennoch will ich mir diesen Traum eines Vertikalen Bunt angemalten windrades erfüllen.

Gruß Andreas

Hallo Andreas,

schöne Anlage und ein schönes Projekt mit der großen Anlage !

Wie Carl geschrieben, ist Sturmsicherheit ein Thema, das man bei auch Vertikalachser nicht unterschätzen sollte...
Da gibt es sicher verschiede Wege incl. Bremsen und dem Ansatz mancher Hersteller, die Anlage bei Starkwind abzubauen...

Ich halte es persönlich für am sichersten, die Anlage so auszulegen, dass sie mechanisch den Orkan aushält, unabhängig davon ob es eine Bremse oder ähnliches gibt. Für unsere Breiten kommt man mit einer Auslegung auf 120 km/h= Windstärke 12 = Orkan meiner Meinung nach ganz gut aus. In den USA liegt diese Schwelle aufgrund noch stärkerer Winde deutlich höher.

Falls Du noch keine Statik bzw. fast besser eine "Dynamik" hast, könnte es sich anbieten, entweder die Experten der Experten hier im Forum zu fragen oder Dir ggf. Hilfe z.B. bei einem Maschinenbaustudenten von einer der Universitäten oder FHs im Ruhrgebiet zu holen, ab Vordiplom bzw. Bachelor sollten die das berechnen können.
Wenn Du noch das Sahnehäubchen oben drauf setzen möchtest, dann besorge Dir einen, der auch schon Schwingungslehre hatte, da die Schwingungen zu einer starken Materialbelastung führen und Du entsprechend dicker bauen solltest.

Möchtest Du bei Deiner großen Anlage die Befestigungsstreben zur Mitte des Flügelprofils oder zu den Ende oder zu beidem führen?

Viele Grüße

Malte

@Andreas: Dein Prototyp auf dem Foto hat Abmessungen, die ziemlich gut ausgewogen aussehen. Dort hast Du auch ziemlich kurze Flügel, was eine Verwindung über die Flügellänge minimiert und ein Abklappen der Flügel nach außen durch die Fliehkraft weniger wahrscheinlich macht. Das die Abdeckkappen oben und unten an den Flügelenden etwas Eckig daherkommen, wird wohl daran liegen, dass Du wegen eines Experimental-Läufers keinen großen Aufwand für maximal möglichen geringen Fahrtwiderstand treiben wolltest.

Der Rotor, den Du nun planst, ist verglichen mit dem Durchmesser fast doppelt so hoch, ich nehme an, Du weißt, dass dafür besondere Vorkehrungen für die Statik nötig sind, Du sagst ja schon, das ist bereits geregelt.

Also zu Deiner Anfrage: "mein anliegen bezieht sich nun auf die bisher von mitgliedern/Tüftlern erfolgreichsten getesteten Abmaße"

Dazu kann ich Dir nur wiederholen, dass es noch keine solchen Abmaße, die für alle möglichen auftretenden Windgeschwindigkeiten gelten könnten, gibt. Mir bekannte Versuche, bei denen ideale Abmessungen ermittelt werden sollten, wurden mit Ventilatoren in der Heimwerkstatt bei gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit gemacht, dabei kann aber nur ermittelt werden, welche Abmessung bei den spezifischen Strömungsverhältnissen mit eben dieser einen Geschwindigkeit bessere Ergebnisse bringt. Abgesehen davon, dass so eine Raumbedingung mit unnatürlicher Strömungsentwicklung, Intensität und Verlauf nicht sehr verläßlich sein kann, lassen sich so ermittelte "Ideal-Abmessungen" überhaupt nicht auf andere Windgeschwindigkeiten übertragen. Dazu müßten Messungen bei verschiedenen Geschwindigkeiten gemacht werden, mir sind bisher keine bekannt, denen ich vertrauen könnte.

Die Flügelauslegung ist bei mir Gefühlssache, da ich bisher lange genug damit zu tun hatte, geht das (zumindest bei kleinen Modellen) einigermaßen gut. Um die Statik der Flügel bei größeren Rotoren zu verbessern, habe ich die Rotorhöhe in Relation zum Durchmesser meist kleiner genommen. So hatte mein bisher größtes Modell 2,4 m Durchmesser bei nur 1m Flügelhöhe, und selbst da sind mir im Orkan bei laufendem Rotor (das Seil, mit dem er festgebunden war hatte sich gelöst) die Flügel vom Tragarm aus nach außen abgeklappt, von der Fliehkraft. Ich hab das wieder zurechtgebogen, verstärkt und der Rotor hat so noch 5 Jahre gelaufen bis er wegen Umzug von mir abgebaut wurde. Allerdings nach dem Orkan als Einflügler, weil ich ausprobieren wollte, ob das auch geht. Als Einflügler hat das nämlich den Vorteil, dass man den Flügel bei Sturm mit der Nase in den Wind drehen kann, wo er das Wetter gut abreiten kann. Kommt der Wind bei so goßen Flügeln - der Vorflügel war an der breitesten Stelle etwa 20cm breit und verjüngte sich zu den Flügelenden - von der Seite oder von hinten, baut sich da auch bei abgebremstem Rotor enormer Druck auf. Stell Dir einen Regenschirm im Orkan vor! Ach so, ja, es geht auch mit nur einem Flügel!

Da Du - wie ich an Deinem Modell zu erkennen glaube, ein gutes Gefühl für Proportionen hast, kannst Du eigentlich nicht viel verkehrt machen, wenn Du Dich auf Dein Bauchgefühl verläßt. Es kann Dir sowieso niemand ideale Abmessungsdaten für die spezifischen Freilandbedingungen und Windverhältnisse bei Dir sagen.

Ich würde lieber minimal schmalere Vorflügel nehmen und dafür auf einen frühern Anlauf verzichten, um so bei Sturm weniger Angriffsfläche zu haben. Jedes Lüftchen unter 3 m/sec nutzen zu wollen bringt auch nicht viel. Andererseits ist es ja der Stolz des Windmüllers, wenn deutlich sichtbar ist, dass sich immer was dreht. Schwer, da einen brauchbaren Rat zu geben! Trau Dich doch einfach! Hauptsache, es macht Spass!

Wegen Deiner Frage zum Generator: Für einen bürstenlosen Geni mit Übersetzung brauchst Du jedes erzielbare Quentchen Drehmoment, was dann wieder nur mit relativ großvolumigen Vorflügeln und größerer Leitfläche der Flügel machbar ist. Deshalb wäre ein leichtlaufender Scheiben oder Ringgenerator die bessere Wahl. Dann schmalere Vorflügel bekommen bei ausreichend Wind eine höhere Schnelllaufzahl. Auf den Versuchsständen in den Foren wurde einfach nur bei einer festen Strömungsgeschwindigkeit geprüft, welche Profilauslegung (Vorflügelstärke und Leitflächentiefe) das meiste leistet, was natürlich Tinnef ist. Würdest Du einen schmalen Schnellläuferflügel bei Schwachwind testen um so die maximal möglichen Leistungsdaten zu ermitteln?
Und dann sagen, weil das dünne Profil so nichts leistet, dass ein dickes Profil generell die beste Lösung ist? :bandit:

Hallo Carl,
Ich denke ich werde mich nun erstmal mit dem Bau des Rotos und der lagerung sowie dem masten beschäftigen für die Generatorssache bleibt ja dann noch ein wenig zeit zum nachdenken nur dieser Scheibengenerator im EK ist schon wahne teuer und für einen selbstbau dürfte mir ein wenig die kenntnis sowie zeit fehlen da ich noch einen zeitlich intensiven beruf neben meiner familie ausführe bleibt mir da nicht ganz so viel zeit Ausserdem bräuchte ich selbst bei einem scheibengenerator eine kleine übersetzung um ihn auf seine geforderten 150-200upm zu bringen um sein maximun raus zu holen.

Ja, wenn Du mit dem Rotorbau schon anfangen möchtest, wie gesagt - Vorflügel in einer schmaleren, schnellläufigeren Ausführung, also mit einer kleineren Öffnung drehen zwar schneller, haben dann aber weniger Drehmoment, laufen entsprechend später erst an und erreichen erst bei höheren Windgeschwindigkeiten bessere Beiwerte.

Das heißt auch, dass Du, wenn Du noch nicht weißt, welchen Generatortyp Du zur Verfügung haben wirst, Möglichkeiten für die Nutzung beider Versionen, die mit Direktantrieb oder mit Übersetzung offen lassen mußt. Übersetzungsgetriebe fressen einen Teil der Energie, vor allem ist dort das Anlaufmoment, also die Kraft, die erforderlich ist, um den Rotor anfangs in Drehung zu bringen, sehr viel höher. Du benötigst dann also einen breiteren Flügel mit einer Auslegung für viel Drehmoment. Oder eben einen Standort mit sehr starkem Wind.

Du hast ja schon eigene Erfahrungen mit dem Profil gemacht, hattest bei Deinem Prototypen gute Abmessungen gewählt und wirst nichts grundlegend falsch machen, wenn Du Dich auf Dein eigenes Bauchgefühl verläßt.

Ich wünsche Dir Erfolg und Spass an der Sache, es wäre nett von Dir, wenn Du Erfahrungsberichte hier postest.

Gruß, Carl

Hallo Carl
Ich habe einen Großteil des benötigtem Materials vorhin abgeholt die Bleche für die Flügel werde ich vorraussichtlich morgen spätesten nächste woche bekommen. ich denke und hoffe das ich das Windrad noch diesen Sommer Fertig stellen werde und kann.
Unten findest du eine Skizze meine mir gedachten Statik genauere Zechnungen mit Maßen etc. werde ich in nächste Zeit erstellen und hier veröffentlichen damit auch andere aus meinen Erfahrungen ihren nutzen ziehen können.
sobald es neuigkeiten gibt werde ich mich wieder melden.



Fals jemand noch tips bzgl. meiner oben genannten Anliegen hat immer mal her damit.
Gruß Andreas

Die Statik der Verstrebung sieht einwandfrei gut aus. Bis auf die vier Verbindungspunkte leicht unterhalb der Flügelspitzen scheinst Du sogar den Flügel umfassende Spanten als guten Materialschluss mit auf größtmögliche Fäche verteilter Einwirkung der Kräfte eingeplant zu haben. Sehr gut. Die Verbindungspunkte an den Flügelenden wirst Du dann sicherlich stabil verflanschen? Sieht gut aus, soweit aus der Skizze ersichtlich.

So rein von der Skizze her glaube ich nicht, dass man da noch irgendwas besser machen kann...