Vergleichsmessungen, H-Rotor Messstand für jedermann.

Vergleichsmessungen, H-Rotor Messstand für jedermann.

Beitragvon Bernd » Sa 10. Jan 2009, 22:37

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Aufbau und Konstruktion meines H-Rotor Prüfstandes.

Hallo lieber Forenbesucher
Ich habe mir einen kleinen H-Rotor Messstand aus handelsüblichen Materialien angefertigt. Auf diesem
Prüfstand können beliebige H-Rotorblätter mit ca. 50cm Flügelhöhe auf ihre Eigenschaften hin untersucht
werden. So kann man z.B.Optimierungsversuche an der Rotorblattgestaltung durchführen und das Ergebnis
sofort messmässig erfassen. Eine faszinierende Art so selber "Entwickler und Optimierer" sein zu können.
Alle Baumaterialien für diesen Prüfstand entstammen mit Ausnahme der Kugellager dem Baumarkt. Die
Kugellager habe ich über Ebay bezogen für 3 Euro/Stück.

Ein durchgehendes Alurohr mit 25mm Durchmesser dient als Rotorwelle.
Dieses Alurohr ist über zwei Radiallager mit 25mm Innen- und 47mm Aussendurchmesser gelagert.
Das ursprüngliche Lagerfett muss man entfernen, es bremst zu sehr ab. Dann etwas Öl ins Lager geben.
Die nötigen "Lagerböcke" für die Radiallager habe ich aus 10mm Multiplex Sperrholz angefertigt.
Das "Messhaus" hat die Innen Dimensionen (Breite x Länge x Höhe) von 30cm x 30cm x 15cm)
Die untere Bodenplatte ist 40cm x 40cm gross. Das wichtigste am ganzen Prüfstand ist die mechanische
Leistungsbremse. Sie befindet sich innerhalb des "Messhauses". Mit Hilfe dieser Leistungsbremse und
der Rotordrehzahl lässt sich die aktuell an der Rotorachse abgegebene mechanische Leistung sehr genau
bestimmen. Der Bremssattel dieser Bremse ist schwimmend auf dem durchgehenden Alurohr gelagert.
Die Lagerung des Bremssattels erfolgt mit einem einzelnen Radiallager. Danke für diesen Vorschlag an Andre.
Das Bremsprinzip entspricht einer einfachen Seilbremse und hat sich als perfekt erwiesen.
Danke für den Tip zum Bau dieser Bremse an Carl. Ein Fahrradtacho mit der eingestellten Radlänge
von 1,666m erfasst die Rotordrehzahl.

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Am Bremssattel wird mit Hilfe einer Waage, die in horizontaler Richtung korrekte Werte ermitteln kann,
die dort auftretende Abstützkraft gemessen, die sich ergibt wenn die Bremse den Rotor auf
eine bestimmte Drehzahl abbremst. Der Messpunkt liegt zur Vereinfachnung der Rechnung
genau 10cm von der Achsmitte. Gut eignen sich zum Messen mechanische Federwaagen mit kreisförmiger Skala.

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102 Gramm am Messpunkt entsprechen 0,1NM. 10,2 Gramm am Messpunkt entsprechen 0,01 NM und so weiter.
Nach der vereinfachten Formel:
Drehmoment (in NM am Messpunkt) mal Drehzahl (pro Minute) durch 9,55 ergibt sich die
mechanische Leistung in Watt. Ein erläuterndes Video der Vorgehensweise bei der Messung findet ihr hier :
http://www.vallstedt-networks.de/diverses/bremse_1.avi

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Um ein schnelles Tauschen der zu überpüfenden Flügelprofile zu ermöglichen habe ich
eine Tragarmhalterung aus Multiplexholz gebaut die die Alurohre der Tragarme fest klemmt.
Die Trarmhalterung ist universal nutzbar für 1 Flügel, sowie 2 und 3 Flügel Rotoren.

Bild Bild

Noch etwas sehr wichtiges zur Lagerung:
Ich verwende Radialkugellager die auf beiden Seiten eine Metallabdeckung haben.
Im Modellnamen steht ein "ZZ" für diese doppelseitige Abdeckung. Es gehen aber mindestens
ebenso gut (wenn nicht besser) beidseitig offene Lager, bei denen man dann aber besser
einen Staubschutz vorsehen sollte. Ganz wichig ist das steife, völlig ungeeignete Lagerfett
zu entfernen. Das Lager muss durch Verdünner, Waschbenzin oder ähnliches völlig frei (!!) von evtl. vorhandenen
Fettresten gemacht werden. Das Lager muss sich dann absolut leicht drehen. Das es dann fettfrei
leichte Laufgeräusche macht ist ok. Anschliessend sollte man ein paar Tropfen dünnes Öl hinein geben.
Ich habe eine der beiden Abdeckungen meiner Lager entfernt um das Fett besser heraus lösen
zu können. Die verbliebene Abdeckung verbaute ich nach oben, als Staubschutz.
Die Leichtgängigkeit des Lagers/Prüfstandes ist überaus wichtig und muss immer wieder geprüft
werden und ggf. muss dann ein weiterer Tropfen Öl an die Lager gegeben werden.
Schwergängige Lager verfälschen die Messung enorm.

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Nun hoffe ich darauf das mein Prüfstand nicht das einzige Modell dieser Art bleiben wird
Ich glaube das auch anderen dieser kleine Prüfstand sehr gute Dienste leisten könnte.
Ich denke da an Forschungsgruppen mit kleinen Budget, insbesondere auch an Schulen (Physikunterricht)
oder ähnliche Einrichtungen. Nicht zuletzt aber denke ich kann so ein Messstand alle helfen,
die auf Forschen, Erfinden und Verbessern aus sind.
Fragen sind gerne willkommen.
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Grüsse

Bernd
Zuletzt geändert von Anonymous am Di 12. Mai 2009, 08:58, insgesamt 2-mal geändert.
Grund: zur Bekanntmachung geändert
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Re: Vergleichsmessungen, H-Rotor Messstand für jedermann.

Beitragvon Constant » Mo 10. Mai 2010, 11:27

Hallo Bernd
Irgend etwas scheint mir unverständlich beim Aufwand mit deinem Lager. Warum gibst du dir soviel Mühe mit einem besonders leichtlaufendem Kugellager.
Nach meiner Meinung ist es doch eigentlich total egal, ob ein etwas schwerdrehendes Kugellager, oder die vorgespannte Schnur das Drehmoment auf dein nicht drehendes Holzteil überträgt: Gemessen wird nur das Drehmoment, egal wodurch diese (verhinderte) Drehbewegung entsteht. Eigentlich könnte man auch ein Gleitlager nehmen, was man zur Messung im Vergleich der Drehzahl zum Drehmoment mehr oder weniger fest zusammenpresst. Oder habe ich hier was total missverstanden?
Gruss
Constant
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Re: Vergleichsmessungen, H-Rotor Messstand für jedermann.

Beitragvon Bernd » Mo 10. Mai 2010, 12:55

Hallo Constant,
für das Lager im Schwimmsattel der Bremse könnte man deinen Einwand gelten lassen,
für die beiden Lager der Rotorachse nicht. Wenn diese schwergängig sind, steht die dort verbratene
Leistung für die Messung an der Leistungsbremse nicht mehr zur Verfügung.

Aber auch im Schwimmsattel möchte ich idealerweise bei 0 Belastung anfangen können zu messen.
Eine "Dauerbelastung" durch ein schwergängiges Schwimmsattellager wäre für den Werte der max.
Leistung noch uninteressant, aber sicher nicht für die Werte der Leerlaufdrehzahl und des Leerlauf TSR,
ausser man lässt den Schwimmsattel bei diesen Messungen mitdrehen.

Ein Gleitlager zusammen drücken würde wohl zu einem ungleichmässigen Lauf führen, denn selbst
kleinste Unebenheiten auf der Welle würden dann im Umlauf zu einem mehr oder minder starken
Bremsen während der Rotation führen. Die Achse müsste 100% rund sein.
Ich hatte anfänglich eine Bremse die die Achse nicht vollflächig umschloss sondern nur einseitig darauf drückte.
Das erwies sich wegen dem eben genannten Umstandes als Nachteil.
Daher auch jetzt die Seilbremse die gleichzeitig auf dem ganzen Achsumfang bremst so das, egal wie
die Rotorachse gerade steht, immer schön gleichmässig gebremst wird.

Grüsse

Bernd
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Re: Vergleichsmessungen, H-Rotor Messstand für jedermann.

Beitragvon Daniel » Do 25. Nov 2010, 15:38

Nachdem ich die Seilbremse für meinen Windkanal nun auch endlich fertig gestellt habe, stelle ich mir die Frage zur Herleitung der folgenden Formel.

Bernd hat geschrieben:Nach der vereinfachten Formel:
Drehmoment (in NM am Messpunkt) mal Drehzahl (pro Minute) durch 9,55 ergibt sich die
mechanische Leistung in Watt.


Bis zum Drehmoment (in Nm) mal Drehzahl (pro Minute) kann ich folgen. Aber woher stammt der Faktor 9,55?
Ich würde stattdessen durch 60 teilen, um von Umdrehungen pro Minute auf Umdrehungen pro Sekunde umzurechnen.

Sitze ich auf der Leitung oder klemmt mein Groschen ... ich komme einfach nicht hinter das Geheimnis der "9,55".

Grüsse - Daniel
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Re: Vergleichsmessungen, H-Rotor Messstand für jedermann.

Beitragvon Bernd » Do 25. Nov 2010, 16:29

Ohne zu recherchieren wie die genaue Herleitung war kann ich aus dem Stand erstmal
auch nicht helfen. Die tatsächliche Formel war wesentlich komplizierter und daher gibt
es diesen Wert von 9,55 der annähernd das richtige Ergebnis bringt, wenigstens bis auf
diese zwei Kommastellen genau. Diese Vereinfachung stammt nicht von mir, allerdings
liebe ich Vereinfachungen. Wikipedia wird uns helfen.

Grüsse

Bernd
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Re: Vergleichsmessungen, H-Rotor Messstand für jedermann.

Beitragvon Daniel » Do 25. Nov 2010, 18:05

Die Bezeichnung der Seilbremse ist "Pronyscher Zaum" ... und unter dem Begriff liefert Wikipedia die Lösung:

Zitat: Die mechanische Leistung errechnet sich aus dem Drehmoment mal Drehzahl mal 2 pi

Da lag ich mit meinem Faktor 60 gar nicht so schlecht. Diesen durch 2 pi geteilt ergibt die mysteriösen 9,55.

Jetzt kann ich heute Nacht schlafen ;)

Grüsse - Daniel
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Re: Vergleichsmessungen, H-Rotor Messstand für jedermann.

Beitragvon bernhard8 » Do 25. Nov 2010, 18:08

kann ich nun nachvollziehen (dank Physik im letzten Semester :-)
Leistung P = M * omega (Moment x Kreisfrequenz)

omega = 2 * Pi * f, f = n / 60 (Drehzahl in U/min)

=> P = M * 2 * Pi / 60 * n

2Pi / 60 = 1/9,55 (ungefähr)
http://www.bernhard-raab.info/windrad
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Re: Vergleichsmessungen, H-Rotor Messstand für jedermann.

Beitragvon Bernd » Do 25. Nov 2010, 19:04

Danke für die Erläuterungen.
Da konntet ihr die Komplexität der Rechnung ja noch "im Zaum" halten. :)

Ich hätte nie gedacht das es für diese Art der Drehmomentmessung einen speziellen Begriff gibt.

Grüsse

Bernd
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Re: Vergleichsmessungen, H-Rotor Messstand für jedermann.

Beitragvon robwind » Mi 9. Feb 2011, 11:31

Hallo ich hätte gerne gewusst welchen Drchmesser die Bohrungen für die Lager bei deinem H-Rotor Prüfstand haben?
Sind die genau 47mm oder etwas kleiner?
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Re: Vergleichsmessungen, H-Rotor Messstand für jedermann.

Beitragvon Bernd » Mi 9. Feb 2011, 12:40

Hallo Robwind und herzlich willkommen im Forum.
Die Lager haben einen Außendurchmesser von 47mm, 12mm Höhe und einen Innendurchmesser von 25mm.
Das Loch im Sperrholz hat also 47mm. Es sollte so bemessen sein das das Lager klemmend hinein geht.
Du kannst es etwas kleiner bohren oder sägen und dann passend auffeilen.

Wenn du die Möglichkeit hast ganz genau zu Bohren kannst du es vielleicht 5 hunderstel oder ein Zehntel
kleiner bohren. Aber bei Holz ist es ja eh meist schwierig so einen genauen Bohrdurchmesser zu erzielen.

Baust du Dir auch gerade einen ähnlichen Prüfstand ?

Grüsse

Bernd
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