Wirkungsgrad von Riementrieben (und Fahrradkette)

[CAD&Co]

Da es in vielen Fällen sinnvoller ist die Drehzahl vom Windrad an den Generator anzupassen,
ist es erforderlich den Wirkungsgrad der Getriebe zu kennen.
Da es nicht einfach ist im Internet eine Komplette Aufstellung zu bekommen, hier eine Liste (ohne Gewähr):

-Zahnriemen 0,97 bis 0,99
-Keilriemen 0,95 bis 0,96
-Flachriemen 0,96 bis 0,99
-Fahrradkette bis 0,98

Diese Wirkungsgrade zeigen, dass eine Getriebestufe durchaus Sinn macht, um die Generatorkosten
niedrig zu halten oder die Übersetzung später noch zu ändern, was bei einem angeflanschten Generator
nicht mehr möglich ist.

Diese Wirkungsgrade sind nur bei optimaler Lagerung und Riemenspannung zu erreichen,
ebenso sollte das kleinere Ritzel nicht zu klein ausgelegt werden, da die Kraft den Riemen zu
"verbiegen" mit kleiner werdenden Durchmesser deutlich ansteigt.
Auch ein Zahnriemen sollte vor Verschmutzung und Nässe geschützt werden.

[dabro81]

Schön das das Thema mal wieder aufgegriffen wird, das ist das womit ich mich gerade beschäftige, insbesondere mit Zahnriemen.
Das mit den Wirkungsgraden ist ja schön und gut und ich habe deine Angaben auch schon gefunden, aber mich würde mal interessieren in welchem Bereich dieser Wirkungsgrad anliegt, vermutlich wohl bei Nennleistung. Die Frage ist aber wohl wie es sich mit dem Wirkungsgrad im Teilleistungsbereich verhält und was für einen Anlaufwiderstand so ein Getriebe bietet.

Von Mädler gibt es ein Berechnungstool für Zahnriemen. Wenn ich da meine Angaben so eingebe ( 300 W, Übersetzung 1:5) dann errechnet er mir eine nötige Zugspannung auf den Zahnriemen von 200 N! Das ist eine ganze Menge. Der Anlaufwiderstand erhöht sich dadurch wohl beträchtlich.



Grüße
Jan

[Bernd]

aber mich würde mal interessieren in welchem Bereich dieser Wirkungsgrad anliegt,
vermutlich wohl bei Nennleistung. Die Frage ist aber wohl wie es sich mit dem Wirkungsgrad
im Teilleistungsbereich verhält und was für einen Anlaufwiderstand so ein Getriebe bietet.

Seehr gute Überlegung !
Die Kräfte die nötig sind um den Riemen "zu verformen" sind sicher bei jeder Drehzahl annähernd die
gleichen. Bei höherer Drehzahl verformt man den Riemen aber entsprechend häufiger, die dafür
nötige Enegiemenge steigt also an, vermutlich einigermassen proportional zur Drehzahl.
Das gleiche dürfte für die Reibungsverluste an den Zähnen gelten. Auch hier gilt je schneller der
Riemen läuft desto mehr Reibung wird verursacht.
Wie linear oder unlinear das ganze aber zur Drehzahl verläuft das dürfte schwierig einzuschätzen sein.
Fest dürfte stehen das die Verluste bei geringen Leistungen proportional gesehen höher sein dürften
als bei Nennleistung. Am krassesten dürfte das Missverhältnis beim Anlaufen sein.

Allerdings finde ich die Angaben die CAD+Co gelistet hat, auch wenn sie für Nenneleistung sein mögen,
schonmal erfreulich niedrig, das macht Hoffnung.
Bei extrem langsam drehenden Windrädern muss man sicher, wie Jan schon bemerkte, auch noch die
enormen Drehmomente mit berücksichtigen.

Grüsse

Bernd

[CAD&Co]

Der Anlaufwiderstand des Riementriebes setzt sich aus der Walkarbeit und der Reibkraft in den
Lagern zusammen. Bei 200N Zuglast im Riemen komme ich auf maximal 1N Reibkraft durch die Lager,
das sind 0,5% Verlust. Die Anlaufverluste im Generator schätze ich als unverhältnismäßig höher ein.
Hier sind auch die qualitativen Unterschiede der Generatoren ausschlaggebend.

[Bernd]

Ja die Lagerverluste kann man in einem Getriebe vernachlässigen, das sehe ich genauso.
Da überwiegen, gerade im Anlauf, bei weitem die Verluste im Riemen selbst .
Grüsse

Bernd

[CAD&Co]

Physikalisch sehe ich keinen Grund warum ein Zahnriemen beim Anlauf einen schlechteren
Wirkungsgrad als im Betrieb haben soll. Es sei denn der Zahnriemen ist kalt und wird durch
die Walkarbeit warm und dadurch flexiebler.
Der Einfluss der Walkarbeit wird geringer, je größer die Riemenscheibendurchmesser gewählt werden.

Ich vermute eher den Anlaufwiderstand beim Anlaufmoment der Generatoren, der laut Literatur
1,5 - 2,5 höher liegt als das Betriebsdrehmoment.

[Bernd]

Der Grund ist der das beim Anlauf noch kaum Leistung zur Verfügung steht, das Verhältnis
von zugeführter Leistung, zu der Leistung die man für den Anlauf benötigt, daher ein
ungünstiges ist, ergo ein ganz schlechter Wirkungsgrad. Allerdings gilt das nur für ganz geringe
Drehzahlen und Leistungen.

Ich vermute eher den Anlaufwiderstand beim Anlaufmoment der Generatoren, der laut Literatur
1,5 - 2,5 höher liegt als das Betriebsdrehmoment.

Da kann man absolut keine Pauschalwerte nennen. Bei 1 Phasen Generatoren sind die Unterschiede von
Rast- zu Leerlaufmoemnt oft ziemlich gross, bei Drehstromkonstruktionen oft vernachlässigbar klein.
Bei meinem Nabengenerator ist z.B. fast kein Unterschied zwischen Anlauf- und Leerlaufmoment auszumachen.
Wenn man so einen Generator dreht, hat man das Gefühl man dreht eine Achse die in einer zähen Flüssigkeit
steckt. Eisenlose haben gar kein Rast- oder Leerlaufmoment (!!) und sind daher ideal für anlaufschwache
Rotoren, wie den Darrieus, geeignet.

Grüsse

Bernd

[CAD&Co]

Informativer Link zu Zahnriemen:

http://www.mitcalc.com/doc/tbelts/help/de/tbeltstxt.htm

[dabro81]

Hervorragend,
nur ein paar Stunden weg gewesen und schon hat sich hier einiges getan.
Hmm, eine Frage bleibt zwecks dem Wirkungsgrad für mich noch: Beziehen sich die Wirkungsgrade auf Anlagen jenseits unserer Kleinwindanlagen oder sind die schon in diesen Bereichen auch so hoch. Wenn ein Zahnriemen bei einer Anlage mit 100 kW einen Wirkungsgrad von 97% hat, dann heißt das ja nicht das übertragen bei einer Anlage mit 100 W das selbe gelten muss.

Prinzipiell habe ich mich immer gegen ein Getriebe zur Hochsetzung der Drehzahl gesträubt, da das Anlaufmoment des Generators ja damit hochgesetzt wird. Nachdem ein Scheibengenerator ja so gut wie kein Anlaufmoment hat sehe ich dem wieder sehr positiv entgegen. Die Preise die ich für die Zahnscheiben gesehen habe sind auch nicht so hoch (5-10 € pro Stück aus Alu). Wenn der Wirkungsgrad wirklich so hoch ist dann halte ich das schon für eine gute Lösung.
Einen großen Vorteil sehe ich darin, dass ich einen gekauften Generator per Übersetzungsverhältnis genau an mein Windrad anpassen kann und natürlich kann der Generator bei entsprechender Übersetzung auch kleiner Dimensioniert werden. Einen weiteren, vielleicht nicht so augenscheinlichen Vorteil, sehe ich darin, dass der Generator quasi vom Rotor entkoppelt wird. Der Rotor "dient" jetzt dem Generator nicht mehr als Resonanzkörper um alle Geräusche in die Umgebung zu übertragen. Bleibt nur noch die Frage wie es sich mit dem Lärm des Getriebes selbst verhält?

@ CAD&Co: Ich bin mir zimlich sicher das ein Zahnriemen im niedrigen Leistungsbereich einen deutlich schlechteren Wirkungsrad hat als im Nennleistungsbereich. Es gibt wohl Leistungsverluste die von der Leistung, bzw. von der DrAehzahl abhängen wie Walkverluste oder Reibungsverluste, aber es gibt ja auch die Verluste die unabhängig von der Drehzahl auftreten wie die Lagerreibung. Diese Verluste sind konstant, das bedeutet bei niedrigen Leistungen im Verhältnis einen schlechteren Wirkungsgrad.

Grüße
Jan

[Bernd]

Das hört sich alles gut an. Auch der Einwand der akustischen Entkopplung klingt einleuchtend.
Geräusche durch das Riemengetriebe selbst erwarte ich kaum, bis auf ein bisschen Quietschen
bei Nässe vielleicht.

Bleibt noch eine Lösung zu finden wie man mit wenig Aufwand und Kosten ein Konstrukt baut das
die Riemenscheiben lagert und die Achsen führt.
Hat jemand eine Idee für den konstruktiven Aufbau eines Riemengetriebes, womöglich ein Aufbau den
auch andere mit möglichst wenig Mitteln nachbauen kann ?
Aus was und wie baut man das Gehäuse für so ein Getriebe ?

Grüsse

Bernd