C- Rotor mit 4 Flügeln?

[jb79]

Diese Fragen gehen speziell an Carl, aber auch an die anderen eifrigen Bastler (Andre, Bernd,...). Wollte die Frage eigentlich per PM stellen, aber dann erreicht das Ergebnis bzw. die Erleuchtung dazu nur mich und geht für alle anderen verloren.

Wurden schon mal Messungen mit 4 Flügeln gemacht?
Bringt ein 4. Flügel mehr Leistung oder sinkt die Leistung da schon wieder, weil sich die Flügel gegenseitig abschatten?
Ist die Mehrleistung nur so gering, daß es sich einfach nicht auszuahlt, dafür um 1/3 höhere Materialkosten zu haben?

Der Gedanke hinter meiner Frage ist die einfachere Bauweise: Ein Kreuz mit 90° läßt sich wohl einfacher und stabiler bauen als ein Rotor, bei dem man 3 einzelne, um 120° versetzte Streben montieren muß, die den Flügel festhalten. An der Verankerung zerren bei 3 Blättern nämlich schon ohne Wind das komplette Blatt incl. Strebe wegen der Fliehkräfte, bei einer durchgängigen Strebe (theoretisch, sofern es gut ausgewuchtet ist auch praktisch) nur noch der Wind, weil die Fliehkräfte ja von beiden Seiten gleich stark sind und sich somit aufheben. Die Strebe selbst erfährt natürlich wie bei 3 Blättern auch eine Zugbelastung, das ist mir schon klar, aber die Befestigungsschrauben/Schweißnähte/was auch immer müssen bei 3 Blättern eben auch noch die Fliehkräfte aushalten.

[Harzer]

hallo,

vier Flügel in einer Etage werden wohl die Drehzahl noch mehr senken und die Leistung nicht proportional ansteigen lassen. Zum einen möchte man ja Kraft für einen zeitigen Anlauf und Drehzahl damit es mit dem Gen nicht zu schwierig wird. Ich denke das ein Rotor in zwei Etagen mit je zwei Flügeln das bessere Ergebnis bringen wird.

[Bernd]

Bringt ein 4. Flügel mehr Leistung oder sinkt die Leistung da schon wieder, weil sich die Flügel gegenseitig abschatten?

Das hängt nicht direkt von der Anzahl der Flügel ab, sondern eher davon wieviel Gesamtflügelfläche
sich im Rotorumfang befindet. Mehrere kleine Flügel würden also den gleichen Effekt bedeuten wie
wenige grosse.

Ist die Mehrleistung nur so gering, daß es sich einfach nicht auszuahlt, dafür um 1/3 höhere Materialkosten zu haben?

Ab einem bestimmten Verhältnis von Flügelfläche zu Freifläche auf dem Rotorumfang könnte
weitere Flügelfläche kontraproduktiiv wirken. Über 1:3,3 sind wir bei den Messungen noch nich
gegangen.

Die Anzahl der Flügel beinflusst bei diesem Rotorprinzip die Drehzahl nur unwesentlich, das ergaben
die bisherigen Tests.

Grüsse

Bernd

[Carl von Canstein]

Hallo jb79!
Willkommen bei uns im Forum, ich habe bereits mitbekommen, dass Du ein alter Hase aus Bernds anderem Forum bist, der sich auch fuer umweltfreundliche Technik interessiert und Deine bisherigen Beitraege hier habe ich auch schon gelesen und verinnerlicht!!!
Ja, die Frage nach dem Vierfluegler ist ausgesprochen gut, vor allem vielleicht, wenn man groesser baut als mit unseren Versuchsrotoren 50cmx50cm und sich beim Material fuer Holz entscheidet. Besonders dort sind ja zwei intakt belassene ueberkreuzte Balken konstruktiv und statisch eine sehr gute Loesung!
Wobei man ja auch zwei Balken parallel nebeneinander mit zwei weiteren ebenso verlaufenden ueberkreuzt ausrichten kann und diese auf eine viereckige Stahlplatte auf der Achse schrauben kann.
Zum Gewinn oder Verlust einer vierfluegeligen Anordnung kann ich leider keine Angaben machen, hoechstens Vermutungen.
Wie Du in unserer Zusammenfassung sehen kannst, verdanken wir unserem bewundernswert aktivem und fachlich bestens geschultem Messtechniker, Erfinder und wissenschaftlichem Entwickler Bernd, dass wir bereits zu Ein- Zwei- und Dreiflueglermodellen erste aussagekraeftige Messdaten zur Verfuegung stehen haben. Man kann sich also schon nach dort vorgegebenen Proportionsmassen relativ gut orientieren.
Dort steigert sich die Leistung mit der Zunahme der Fluegelanzahl. Inwieweit eine weitere Steigerung durch die Wahl von 4 Fluegeln moeglich ist, wage ich ohne Bernds vorherigen Versuch an einem Modell nicht vorherzusagen.
Ich vermute aber, dass auch bei Anwendung von etwas schmaleren und weniger tiefen Fluegeln eine weitere Steigerung der Schnellaufzahl nicht erfolgen wird. Moeglicherweise erreicht man jedoch einen ruhigeren Lauf und eine spuerbare Steigerung des Drehmomentes, was ja fuer den Betrieb eines Generators mit zwischengekoppeltem Uebersetzungsgetriebe von hoher Bedeutung sein kann.
Der Vorschlag von Lutz (Harzer) ist eine Anwendung, die insbesondere fuer den effizienten Betrieb von klassischen Savoniusrotoren bekannt wurde, wo sie einen besseren Wert erzielt als beispielsweise einem Savonius mit drei oder vier Blaettern auf einer Ebene.
Dass
dies jedoch auch fuer unseren Rotor mit den durchstroemten Fluegeln zutrifft, kann ich nicht bestaetigen.
Ich streite es aber auch nicht ab, es fehlen schlechthin die Experimente mit solchen Kompositionen, die dann Aufschluss darueber geben koennten.
Mir erscheint ein einfacher Aufbau mit gekreuzten Traegern in jedem Fall als einfacher, weil ein Aufbau in zwei Etagen sicherlich mehr Konstruktionsaufwand erfordern wuerde.
Andererseits ist es auch nicht unsinnig, soetwas zu versuchen, weil, wenn man bei gleicher Rotorgroesse - sagen wir mal von 1mx1m - jeweils zwei 50cm hohe Fluegel waehlen kann, bei denen die Statik besser zu beherrschen sein wuerde als bei 1m hohen Fluegeln. Ich habe ja schon oft auf die recht hohen Beanspruchungen der Fluegel und Verbindungen durch Lastwechsel hingewiesen! Allerdings kaeme dann keine Lagerung in Hoehe der Rotormitte mehr in Frage, was ja ein Nachteil sein kann wegen des dann hoeheren Materialaufwandes zur Sicherung der Stabilitaet im Lager und Achsbereich. Eine Zweipunktlagerung mit Abspannung oberhalb des Rotors koennte da Abhilfe schaffen, ist allerdings aufwendiger!
Bei einem Bau eines Vierflueglers mit einem Rotordurchmesser von 1m wuerde ich selber, nach allen meinen bisherigen Erfahrungen, vorzugsweise kuerzere Fluegel als 1m hoch waehlen, fuer den Fall, dass nicht geplant ist, in zwei oder mehr Etagen Tragarme von der Achse zu den Fluegeln zu fuehren. Man moechte ja so einfach wie moeglich bauen, daher habe ich bisher immer nur eine Etage Tragarme von der Achse ausgehen lassen und bei der Fluegelhoehe selten mehr als den Rotorradius gewaehlt.
Bei einem Rotordurchmesser von 1m dann 80cm hohe Fluegel zu waehlen wuerde bei einfachen Tragarmen bedeuten, das die Fluegelkonstruktion sehr stabil und steif gehalten sein muesste. Machbar waere soetwas mit Holz wegen des relatif geringen Gewichtes bei hoher Stabilitaet und Verbindungsfestigkeit.
Was dann eine Minderung der Leistung durch die wegen der einfacher zu beherrschenden geringeren Fluegelhoehe betrifft, so kann dies durch eine Vergroessereung des Rotordurchmessers kompensiert werden falls man sowieso ein Getriebe zur Drehzahlsteigerung plant. Man hat ja dann den staerkeren Drehmoment relativ zur Drehzahl.
Gruss, Carl

[jb79]

Das mit den um 90°versetzt übereinander montierten 2-Flüglern ist auch eine interessante Idee, die Frage ist dann, was sich durch die Versetzung im Inneren für Strömungsverhältnisse bilden.
Könnte mir gut vorstellen, daß dort dann auch eine vertikale oder schräg nach oben unten verlaufende Luftströmung entstehen könnte weil ja einmal der obere und einmal der untere Teil durch ein Rotorblatt teilweise vom Wind abgeschirmt wird. Wenn ich mir dieses Diagramm von Bernd ansehe, dann ist bei den entsprechenden Winklen (0° ist Blatt quer zur Windrichtung) bei 90 und 270°, also wo das Blatt von hinten und von vorne angeblasen wird ein Drehmomentminimum, das durch den Wind, der unten bzw. oben um das andere Blatt herumfließt vielleicht ein bißchen mehr Drehmoment bringt. Das ist allerdings jetzt ne These, die erst bewiesen werden müße.
Nachteilig wäre in dem Fall allerdings wieder der höherer Materialaufwand und das daurch höhere zur Beschleunigung erforderliche Drehmoment.
Zum Zweck besserer Vergleichbarkeit müßte man praktisch einen 2 Blatt Rotor mit z.B. 1m in der Mitte teilen und einen Teil um 90° versetzt wieder an der Achse anbringen und mit den Werten des ursprünglichen Rotos vergleichen. Wäre wohl etwas Arbeit für unsere Teststandbetreiber.

[Carl von Canstein]

Hallojb79 und Lutz!
Auch ich habe mir in der Zwischenzeit weitere Gedanken zum um 90°versetzen zweistoeckigen Zweifluegler gemacht: Da wir die Fluegel gerne leicht und aus preiswerten Materialien bauen wollen, diese aber dann wegen der enormen Belastung durch Lastwechsel nicht zu hoch sein duerfen, wenn man nur eine Ebene Tragarme verwenden will, so koennte man auch eine Hybridversion zwischen Vierfluegler ueber kreuz und der Bauweise von zwei Zweiflueglern gegeneinander versetzt uebereinander bauen. Damit meine ich, dass man die versetzten Zweifluegler nicht genau uebereinander mit so gemeinsam doppelter Fluegelhoehe stapelt sondern nur soweit uebereinander anordnet, dass bei kurzen Fluegeln ein etwas hoeherer Rotor entsteht. z.B. bei einem Diameter von 1m und Fluegelhoehe von 75cm ein Rotor mit 1m Rotorhoehe, also 1m x 1m. So koennte man hoehere Rotoren bauen und dennoch kurze und somit stabilere Fluegel verwenden. Man koennte also wie ich schon oben im vorigen Text vorschlug, zwei Tragarme mit einem etwa der Fluegelbreite bzw. etwas weniger entsprechendem Abstand zueinander parallel zu beiden Fluegeln an einen Mittelspant eines jeden einzelnen Fluegels anschrauben und in der Mitte der Tragarme eine Platte mit einem dort im Zentrum angebrachten Lager fuer die Achsfuehrung verwenden. Die Rotorachse koennte dann durch dieses Achslager als unbeweglich stehende Achse konisch nach oben zulaufend in die dann nur 25cm hoeher liegende zweite etwas kleinere Lagerung des oberen um 90° versetzten zweiten Zweiflueglers gleicher Bauart eingefuehrt werden und der Rotor kann um diese Achse rotieren. So erreicht man eine breitere Einpunktlagerung weitgehend im Schwerpunkt des Rotors, benoetigt keine Abspannung oberhalb des Rotors zur Stabilisierung der ansonsten hoeher liegenden Etage mit Lagerung nach dem Vorschlag von Lutz und haette immer noch die einfachere Bauweise eines fast echten Vierflueglers weitgehend beibehalten. Was die Stroemungsverhaeltnisse im Rotorinneren betrifft, da mache ich mir weniger Sorgen, weil unser Fluegel die unsinnigsten Verwirbelungen verkraftet und vollwertig in Vortrieb umsetzt. In der Hinsicht hat er ja dem klassischen ummantelten aerodynamischen Profil einiges voraus. Schoen, das Ihr beide mich auf diese Weise zum Nachdenken anregen konntet, denn wenn nicht einer von Euch sowas umsetzen will, werde ich es vielleicht spaeter selber tun, sobald es meine Zeit und Mittel mir erlaubten (Ich bin noch in den Arbeiten nach einem Umzug und muss meine Umgebung und Werkstatt neu einrichten.)
Gruss, Carl

[Harzer]

Hallo,
ich habe mich nun doch mit dem 4 Flügler angefreundet und bin bei den Vorbereitungen um einen
Rotor von 1,5m Durchmesser bei 1,70m Höhe zu bauen.
Bei den Leitflächen wird ja bei steigender Anzahl der Flügel schmaler und je größer der Durchmesser ist auch die Krümmung der Kreislinie kleiner.
Ob ich mal die Krümmung der Leitfläche weglasse und nur den Flügel so stelle das die Vorder und Hinterkante der Leitfläche auf der Kreisbahn liegen?

Diese Schablone habe ich heute mal ausgeschnitten um zu sehen wie es wirkt.
Die Leitfläche ist in die Abschlußplatte eingelassen (ist glaub ich nicht zu erkennen) uns so kann man mehrere über die Leitfläche fädeln. Vielleicht etwa alle 30cm.



Die hier ist aus einem Rest Laminat. Eigentlich soll das 7,5 bis 10mm mm Sperrholz werden. Die Endplatten des Flügel und die Tragarme will ich aus einer 21mm Betonschalplatte ausschneiden. Die Dinger sind sehr stabil.
Für den Vorflügel hab ich mir noch was ausgedacht aber das muß ich zusammenbauen und zeigen, beschreiben kann ich das nicht

Noch was, dieser kleine Test hat die Beobachter doch sehr interessiert.
Vertikales Windrad????? Völlig unbekannt

http://www.myvideo.de/watch/6493658/Windradspielerei

Mich hat es allerdings bestärkt das weiter auszubauen denn so leise (nicht zu hören) war noch keine meiner Basteleien.

[jb79]

Hallo Lutz

Ist der Rotor im Video deiner? Falls ja: hängt da irgendwas hinten am Flügel dran, das mitgezogen wird, wirkte jedenfalls so auf mich.
Auch interessant fand ich deine Lösung, die beiden Flügel direkt miteinander zu verspannen (falls ich das richtig gesehen habe). Das ist aerodynamisch spitze und wiegt noch dazu kaum was.

Bin schon gespannt auf den fertigen 4 Blatt Rotor.

[Harzer]

Ja an dem Rotor hängt noch ein Stück der Schnur.
Als ich am Probieren war hatte ich bedenken das alles davonfliegt.
Der Rotor war nur ein Versuch, hat aber alles gut überstanden und dreht sich nun munter an einer Pergola hinter unserem Haus. Da haben die Nachbarn was zu schauen.....zum angewöhnen.
Außerdem will ich mal das Laminat testen. Bisher hält es sich gut gehen Sonne, Wind und Regen.

[Bernd]

Hallo Lutz
Ein schöner Erfahrungsbericht den du uns da vorgestellt hast.
Das war ja ganz schön stürmig als du deinen ersten C- Rotor ausprobiert hast.
Wie empfandest du Dinge wie Startverhalten, Kraft/Leistung sowie Geräuschemmission?
natürlich alles subjektiv beurteilt.

EDIT: lese gerade das das Ding nicht zu hören war.

Du kannst natürlich anstatt gekrümmter auch gerade Leitflächen verwenden.
Das diese Form nicht ideal ist hast du ja sicher schon im Forum nachlesen können.
Aber um einfach aus vorhandenen Baumaterial mal so ein Ding zu bauen, da ist es schon ok.
Das gleiche gilt für die Vorflügel aus einfachen halbrunden Schalen. Du baust ja immerhin
1,5m Durchmesser, da holst du einiges wieder über die Grösse rein.

Grüsse

Bernd