Die Entscheidungsfrage

[ERZWIN]

Hallo Sebastian,
schon toll, was du dir da vorgenommen hast. Du bist damit natürlich schon in einer Größenordnung, die über das Normalrad hinausgeht. Da trifft schon eher Anlagenbau oder Maschinenbau zu
und es sollten deren Regeln bezüglich Auslegung und Konstruktion beachtet werden. Zur Aufstellung eines derartigen Rades mit 3x3 m benötigst du zur Vorlage beim Amt sicherlich die Statik eines geprüften Statikers. Zur Kräfteabschätzung kannst du mal unter " Allg. Themen, S. 3, Statik eines Windrades " nachlesen. Jetzt mal zum Rotor:
Ich nehme mal an, dass 1 Rotorblatt mit 3 m Länge 10 kg ( kp) wiegt. Dieses Rotorblatt unterliegt bei der Drehung der Fliehkraft. Bei einer Windgeschwindigkeit von 9 m/sec und einer Schnell-aufzahl von 4 ergibt das die Umfangsgeschwindigkeit von 4x9m/sec = 36 m/sec. Die Fliehkraft F = m x v²/r = m x r x omega², also 10 kg x 36²m²/sec²/1,5 m = 10 x 1296/1,5 = 8640 kgm/sec²
= 8640 N oder 864 kp, d.h. ein Rotorblatt wird mit der Kraft von 8640 N nach aussen gezogen. Da du es in deiner Zeichnung an 2 Streben hängen hast, wirkt auf jede Strebe eine Zugkraft von
864/2 = 432 kp. Ich habe die kp(kg) verwendet, da man damit meist ein besseres Vorstellungsvermögen hat, wie wenn ich die gesetzlich vorgeschr. Einheit Newton verwendet hätte.
Ausgehend hiervon kannst du die notwendige Stärke der Strebe berechnen und so geht es weiter mit der Schraubendimensionierung und allen Bauteilen.
Die 3 Rotorblätter wirst du an Ihren Enden oben und unten sicherlich durch Streben/ Seilen verbinden, damit würden sich bei einem plötzlichen Abbremsen oder Beschleunigen die Kräfte auf alle Rotoren verteilen.
Gruß Wilfried

[seb]

Hallo Wilfried,

Vielen Dank für deine Hinweise. Das hilft sehr. Ja, das wird schon ein ganz schön gewaltiges Ding.
Ich habe mal die reine Gewichtskraft der Blätter auf die Streben simuliert, das sind dann ca. 5kg Biegekraft auf die einzelne Strebe.
Bei dem verwendeten 50x2mm Rohrmaterial ergibt sich ein Sicherheitsfaktor von 2,45. Das sollte für die reine Tragkraft der Arme reichen.
Heute Abend simuliere ich mal noch die von dir errechneten Kräfte.

Dazu später mehr.

Sebastian

[seb]

So, getan:

Spannungsverteil 5kg.JPG (26.97 KiB) 8880-mal betrachtet

Hier die übertriebene Darstellung der Verformung. Rechts ist das Rohr eingespannt, links hängen die 5kg dran.

RadialKraft 4500N.JPG (27.02 KiB) 8880-mal betrachtet

Hier die Sim mit einer Streckbelastung von 4500Newton bzw. 450kg. Der Sicherheitsfaktor liegt bei 3,6.
(Faktor 1 würde keinerlei Sicherheitsreserve bedeuten!)

Viele Grüße

Sebastian

[seb]

Hallo Bernd,

Hier noch die Sim, die dich auch interessiert hat, der Vergleich von Rohr und verkleidetem Rohr:

RohrSim.JPG (49.98 KiB) 8870-mal betrachtet

Hier ein Widerstand von 1,66 Newton.

LinseSim.JPG (55.28 KiB) 8870-mal betrachtet

Und hier nur noch 1,27 Newton. Eine deutliche Verbesserung.

Ideal wäre sicherlich, wenn ein noch größeres Rohr, z.B. 60x2mm, ins Oval gerollt werden könnte oder es das schon fertig gäbe. Mir ist jedoch keine Quelle bekannt. Vielleicht findet man was geeignetes im Segelbootzubehör. Für Masten oder Bäume sollte es doch so etwas geben?

Viele Grüße

Sebastian

[Bernd]

Immerhin hat die Linse ca. 25 % weniger Luftwiderstand als das unverkleidete Rohr.
Hast du mal eine einseitige Verkleidung, vielleicht noch länger als die bei der Linse, getestet ?

Das Durchhängen bei 5kg Belastung ist ja doch schon stärker als erwartet.
Ein bisschen stabilisiert sich das vermutlich noch wenn man die Tragarme schräg anordnet.

Interessant wäre jetzt noch die Durchbiegung durch die Antriebskraft die der Flügel auf den Tragarm im Betrieb erzeugt.

Grüsse

Bernd

[seb]

Das Durchhängen bei 5kg Belastung ist ja doch schon stärker als erwartet.
Ein bisschen stabilisiert sich das vermutlich noch wenn man die Tragarme schräg anordnet.

Das Durchhängen der Arme ist eine übertriebene Darstellung des Programms damit man besser die Verformung erkennen kann.
Aber in Sachen Tragarmen bin ich noch nicht wirklich schlüssig, so richtig gefällt es mir noch nicht.
Dieser Rotor gefällt mir auch sehr gut und finde ihn von der Konstruktion her auch sehr gut:

http://users.xplornet.com/~rmanzer/wind ... &txt_mps2=

Ein reiner H-Rotor bei dem die Flügel gegen die Fliehkraft abgespannt sind.
Die Abspannung könnte man mit Alu-Flachbänder bauen. Der zentrale Flügelträger könnte dann wie vorher schon aus Alu-Rohr mit Verkleidung
hergestellt werden.
Was haltet ihr von dieser Bauform?

Viele Grüße

Sebastian

[picowindmiller]

Hallo Seb,
nimm dir mal nur so zum Spaß ein paar Nordic-Walkingstöcke in die Hand. Ich meine die, die aus Kohlefasermaterial gewickelt sind und zwar genau die, wo der Verlauf der gekreuzten Fasern 45 Grad beträgt. Ein solches gewickeltes Rohr ist superleicht und superstabil. Die Torsionsfestigkeit ist als sehr gut zu bewerten. Oder aber du schaust dir mal die Daten eines 12 mm pultrudierten CFK-Stabes an. Da kannst du die Alustreben dagegen glatt vergessen. Von der Verwendung von pultrudierten Cfk-Rohren rate ich aus gemachter schlechter Erfahrung ab.Entscheidend bei Rohr oder Stangenmaterial ist die Kraft-und formschlüssige Befestigung. Ich verwende dazu entsprechend gebohrte Aluminiumvierkantstücke und klebe die Stangen mit 2 -Komponenten Kleber ein. Bei geflochtenen Rohrmaterial klebe ich noch einen Kern im Bereich der Halterung in das Rohr. Bis jetzt hat sich das bewährt. Der einzige Nachteil des Cfk ist der sündhaft hohe Preis.

Gruß N.B.

[seb]

Ja, der Preis bei einem Rohr für einen 3m H-Rotor wäre sicherlich GIGANTISCH.
Mal abgesehen vom nötigen Querschnitt. Da denke ich, daß es fertig so etwas nicht so leicht gibt.

Dein Hinweis auf die 45Grad Laufrichting von Fasern in Laminaten ist mir sehr bekannt.
In die Flügel sollen auch einige Schichten 45Grad einlaminiert werden damit sie verwindungssteif werden und nicht bei höheren Geschwindigkeiten zum Flattern neigen.

Viele Grüße

Sebastian

[seb]

Zur Kräfteabschätzung kannst du mal unter " Allg. Themen, S. 3, Statik eines Windrades " nachlesen.

Hallo Wilfried,

Jetzt habe ich schon alles abgegrast, aber keine Quelle deiner Angabe gefunden, vielleicht suche ich falsch?
Welche Quelle meinst du genau?

Viele Grüße

Sebastian

[Bernd]

Er meint vermutlich das hier : viewtopic.php?f=10&t=1080

Grüsse

Bernd