Aufbau und Konstruktion einer "Windwand"

[Carl von Canstein]

Andre! Klasse! Ich haette nie gedacht, dass solch ein Ergebniss zustande kommt. Grossartig! Hast Du mal die Windgeschwindigkeit gemessen? Gruss, Carl

[swisscom]

hallo miteinander
mein Freund und ich haben zusammen die Videodokumentation angeschaut und natürlich auch vorher so ziemlich alles mal von dieser Seite durchgelesen, teilweise nun auch schon etwas besser verstanden und aufgenommen. Zuerst noch kurz zu unseren Profilen: ich bin von Beruf aus ein sogn. Bürogummi, häng den ganzen Tag in der Firma vor dem PC und bearbeite Offerten.
Mein Freund, der hat da eine ähnliche Funktion, hängt seine Zeit auch vor dem PC ab, ist aber in leitender Funktion als Maschinenbauingenieur, Statik.

Huch, sollen wir uns, oder dürfen wir uns da mal eine Kritik erlauben?

Wir versuchen es einfach einmal, egal ob Ihr uns nun den Kpf abreisst:

Nichts gegen Eure gewaltige Arbeit und Euer, wahrscheinlich grosses Wissen, uns fällt da auf, dass die ganze Modellanlage in keinerweise stabilisiert ist. So können Euere Messungen ja in keiner Weise aussagekräftig sein. Der ganze Rotor vibriert und eiert und dadurch kann es zu gewaltigen Abweichungen bei Eueren Messungen führen. Ist Euch dieser Umstand bewusst und weshalb baut Ihr da keine Vernünftige Vertikalstabilisation ein? Auch mir ist das Wackeln aufgefallen und ich bin auch der Meinung, dass somit Euere Messungen sehr fragwürdig sind. Ich hoffe nun aber nicht, dass wir hier etwas falsches geschrieben haben, aber Faktotum ist auch bei Versuchsmessungen, dass alles so gemacht werden soll, wie im richtigen Betrieb. Bei Euch gibt es da ja einige kluge Köpfe und es ist unverständlich, dass bisher die Statik in keiner Weise berücksichtigt wurde, dass kann fatale Fogen haben. Nicht böse sein, sonder nochmals über die Bücher gehen und alle Faktoren berücksichtigen, evtl. werden die Messergebnisse dann noch besser ausfallen. Auch die Geschichte mit dem Windkanal, mittels Rauchzugabe brächte Euch da um einiges weiter, handwerklich geschickte Menschen habt Ihr ja zur genüge und ein Miniwindkanal lässt sich mit wenig Aufwand leicht herstellen.

Gruss swisscom

[Bernd]

Hallo Swisscom, da habt ihr jetzt falsche Schlüsse gezogen.
Andre hat nach Bernd (mir) seinen Prüfstand gebaut und ist noch nicht ganz fertig damit.
Andre wollte uns nur damit seine neue Windwand vorführen, ausschliesslich darum ging es.

Die ganzen Diagramme stammen von einem anderen Messtand den ich 3x verbessert habe bis zur
jetzigen Baustufe. Aber auch ich habe eine interessante Erfahrung gemacht, gleich mehr dazu.
Hier ein Link zu der Ausführung mit der die Messungen erfolgten :

viewtopic.php?f=10&t=12

Mit dem dort zu sehenden Prüfstand sind die Messungen und Diagramme erstellt worden.
In seiner letzten Bauform hat mein Prüfstand eine zweifach gelagerte 25mm Aluhohlwelle als
Vertikalachse. Das ist sehr stabil. Ich muss allerdings sagen das ich ein und dieselben Messungen
aus reinem Interesse vergleichsweise mal mit der alten und der neuen Bauform meines Prüfstandes
durchgeführt habe. Auch habe ich mal bewusst die ältere Version mal etwas eiern lassen für den Vergleich
zwischen den Messwerten mit alter nachgiebiger und neuer stabiler Bauform aber das Ergebnis war beide
male nahezu das gleiche. So treffen sich Theorie und Praxis nicht immer so wie man sich das vorstellt.
Ich hätte auch was anderes erwartet. Trotzdem gefällt mir meine jetziger Vertikalachse so besser und
ist auch für höhere Drehzahlen und kleine Unwuchten besser geeignet.
Übrigens hat die Lagerreibung einen viel grösseren Einfluss auf das Messergebniss als die Steifigkeit
der Achse, das zeigt die praktische Erfahrung im Umgang mit dem Teil.

Grüsse

Bernd

[Andre]

Hallo Bernd

uch wie cool langsam du wieder ausschaltest, zu gut.

... man ist ja irgendwo auch ein Genießer ...

Hallo swisscom,

von mir ebenfalls ein sehr herzliches Hallo und Willkommen im Forum.
Kritik ist natürlich in ihrer konstrukiven Form absolut erwünscht und wie hier auch
berechtigt. Bernd hat ja schon zu Euren Kritikpunkten Stellung genommen. Es ging in diesem
Viedeo wirklich nur um die Demonstration der Windwand (und ein klein wenig auch um mein Ego ).
Es sollte gezeigt werden das 36 PC-Ventilatoren doch ausreichend Wind machen um unseren Teststand
relativ gleichmäßig anzutreiben, was, wenn ich ehrlich bin, vor Beginn des Bau's nicht vollkommen
klar war. Außerdem sollte die Geräuschkulisse demonstriert werden, die wie es Bernd
schon schrieb der eines größeren Server-/Technikraums entspricht. Mein Teststand muß
ohne Zweifel noch nachgebessert werden, wobei ich zugeben muß auch ein Schreibtischtäter
zu sein der auch noch zusätzliche Verpflichtungen hat. Also kommt Zeit kommt besserer Teststand .
Dank Bernd Erfindungsreichtum und Dokumentation ist dies aber selbst für mich sehr gut umsetzbar.

Solltet Ihr beide noch Detailverbessungen zum Teststand haben, dann scheut euch nicht diese auch
zu äußern, wir sind (meistens) kritikfähig


@Carl
Leider hab ich noch keinen Winmaster, steht aber auf der Wunschliste ganz oben und wird die Tage noch besorgt.

Gruss
Andre

[Bernd]

... man ist ja irgendwo auch ein Genießer ...

Ich merke das schon Andre

Grüsse

Bernd

[Carl von Canstein]

@Andre: Dann lass mich bitte auf Grund der Drehgeschwindigkeit schaetzen, dass die Windgeschwindigkeit in etwa 6 ms betraegt. Gruss, Carl

[Andre]

Hmm, echt schwer zu sagen, ich schau nun eine Weile schon bei ebay nach einem Windmaster ... das klappt schon noch.
Echt scher zu sagen ob das mit den 6 m/s hinkommt, da fehlt mir etwas die Erfahrung, aber wenn ich das Ding dann hier habe
läßt sich das sicher noch recht gut feststellen.

Gruss
Andre

[Carl von Canstein]

@swisscom, Bernd und Andre: Gerade bekomme ich erst den Beitrag von Swisscom mit, er spricht davon, dass die Vertikalstatik nicht geloest ist, das Lager unseres Rotors ist ja allerdings ein ganzes Ende unterhalb desselben auf dem Lagerbock unten angeordnet und die lange darueber stehende Drehachse schwingt unvermeidlicherweise selbst bei 100% ordentlich ausgewuchtetem Rotor nur aufgrund der Lastwechsel. Dies ist durch die auch bei einem aeusserlich recht stabil erscheinenden Alurohrprofil ganz normal, ueber die Laenge gesehen ist jedes Rohr etwas elastisch, kurzum, hier ausreichend fuer die Schwankungen, die ja auch besonders an der Drehachsenspitze oben sichtbar werden. Vergleichend ein Blick auf die Stelle am Lager: Dort bewegt sich nichts.

Das Bernd mit Messungen noch keinen Unterschied feststellen konnte, ist bei den bekannterweise akribischen Messungen aus seiner Hand durchaus glaubhaft, aber wo liegt dann der Fehler? Solche Schwingungen sind en absoluto dafuer praedestiniert, Reibungen in den Lagern zu erzeugen, also Reibungsverluste. Vielleicht ist das zu vernachlaessigen, weil bei uns nur relativ schwache Kraefte auftreten. Nur so kann ich mir auch erklaeren, dass auch kaum ein Wirkungsgradverlust auftritt, wenn der Rotor etwas eiert.

De facto ist der Einwand von swisscom ein sehr ernstzunehmender Beitrag zu unseren Bemuehungen. Wie Ihr wisst, habe ich 20 Jahre lang kaum etwas anderes getan, als mich mit solchen Basteleien herumzuschlagen, insbesondere von meinen frei schwingend an Drahtseilen drehbar aufgehaengten Rotoren bin ich vollkommen abgekommen, weil dort sichtbar wurde, dass sobald ein Fluegel mitsamt der Drehachse dem Winddruck nachgibt, der Wirkungsgrad - anwachsend mit der Amplitude der Schwingung - stark darunter leiden kann. Die Schwingung wirkt wie ein Stossdaempfer auf den Druck, den der Wind am Fluegel erzeugt, das spuert man dann auch am anderen Ende, wo man die Nutzenergie abzapfen will.

Wahrscheinlich ist der Unterschied bei den schwachen Kraeften die der kleine Rotor entwickelt, nicht sehr deutlich spuerbar und fuer unsere Messungen - die ja sowieso mit bescheidenen Mitteln erbracht werden muessen - mag eine minimale kaum spuerbare Messabweichung noch tolerierbar sein.

Andererseits hat Swisscom und insbesonders auch sein Freund vollkommen recht: Bei einer streng wissenschaftlichen Messung werden auch kleinste Abweichungen streng geahndet.

Nichtsdestoweniger gibt es eine weit elegantere Loesung fuer dieses Problem - falls wir es so sehen und beheben wollen - eine andere Loesung also als bei Andre die Rotorachse am obersten Punkt nochmals aufwendig zu lagern und womoeglich noch zu verspannen: Ein pyramidaler Rahmen mit der Spitze genau unterhalb der Tragarme wuede dort in etwa genau im Schwerpunkt des Rotors liegen, ebenso etwa genau mittig im Druck- und Zugpunkt der auftretenden Kraefte, dort also koennte ein zusaetzliches Lager Abhilfe schaffen. Das wuerde vielleicht auch dem Windstrom nur geringen oder noch tolerierbaren Stroemungswiderstand entgegensetzen.

Es sollte auch nicht zu schwer zu bauen sein, man kann ja aus Holz - wie bisher auch - eine Lagerbuchse bauen und an diese 4 diagonale Streben pyramidal nach unten zur Lagerplatte aus Holz hinunterfuehren. Alternaiv koennte man auch ein etwas dickeres Rohr mit entsprechend eingepasstem Lager vom oberen Lagerbock bis zur Rotormitte fuehren, was aber grosse Genauigkeit erfordert, weil dann so ein Rohr unten einen Sockel haben muesste, mit dem man es auf die Holzplatte schrauben kann. Man darf ja keinesfalls die Lagerung verspannen, sowas erfordert hoechste Praezision!

Ich bin eigentlich sehr zufrieden und gluecklich mit unseren bisherigen Ergebnissen, die, wenn sie auch einer letzten Genauigkeit noch entbehren sollten doch schon zu erstaunlichen Ergebnissen - man betrachte als Beispiel die bisherigen Ergebnisse zu der Wahl der Fluegelproportion und Verbesserung des Vorfluegels - gefuehrt haben.

Institutionen, die in der Lage gewesen waeren, genaueste Messungen auszufuehren und das Konzept auf Tauglichkeit zu pruefen, haben auf Anfragen 20 geschlagene Jahre lang weitgehend ihre Mithilfe verweigert, es hat sich niemand an den Hochschulen oder Instituten fuer Aerodynamik, Raumfahrt oder Stroemungslehre, die angeschrieben wurden finden lassen, der die simple Idee des durchstroemten Fluegels aufgreifen wollte oder konnte, das Gleiche geschah auch bei fuehrenden Herstellern in der Windkraftbranche, bei denen meist nicht einmal auf Anfragen geantwortet wurde.

Und so gibt es momentan nur eines zu sagen!

Hier wird an der Sache weitergearbeitet! Hier ist der durchstroemte Fluegel in allerbesten Haenden aufgehoben weil er hier Begeisterung wecken konnte und nicht dort, wo er es eigentlich haette tun koennen! Und hier sind die Pioniere zuhause, die alle Ihren Spass daran haben, zu zeigen, dass es auch anders geht! Wer an der Sache mitmacht ist hochwillkommen und profitiert auch davon - wo sonst stecken denn so viele kluge Koepfe zusammen?

Wir haben einmal damit angefangen, etwas Freies zu machen, da steckt jetzt Momentum drin, ist nicht mehr aufzuhalten, wir koennen nur gewinnen! Gruss, Carl

[Bernd]

Dann lass mich bitte auf Grund der Drehgeschwindigkeit schaetzen, dass die
Windgeschwindigkeit in etwa 6 ms betraegt. Gruss, Carl

Das ist schon reich technisch nicht möglich. Man muss bedenken wieviel Energie bei 6m
im Wind steckt. Ich tippe mal eher auf 3 - 3,5m/s auf der Höhe Rotormitte.

Zur Lagerung:
Tragarme die sich aussen um den Rotor herum ragen beeinflussen die Strömung. Ich kann nicht
beurteilen ob das nicht mehr Fehler bringt also mehr schadet als nutzt, ich befürchte es aber.
Ich finde mann sollte sich vor lauter Eifer um das letzte hunderstel auch nicht unrealistische
Rahmenbedingungen schaffen, die sich so im Wirkbetrieb nicht herstellen lassen. Dort ist der
Rotor auf einem hohen Masten und schwankt alleine deswegen schon, vermutlich sogar mehr als
jetzt während der Messung. (ich rede von dem Prüfstand mit Alurohrwelle)

Sicher könnte man einen Doppel T-Träger nehmen und den von der Decke bis zum Rotor herunter
ragen lassen, das gleiche auch vom Betonboden aus, um den Rotor auf 1/100 mm genau zu lagern.
Aber was würden diese unrealistischen Bedingungen bringen ? Eine Kunstwelt.
Ich bin der Meinung das Technik unter genau den Bedingungen funktionieren muss für die sie
geschaffen wird !! Allzuviel Laborbedingungen sind manchmal eben kontraproduktiv. Der Nutzen zu wissen
das der Rotor auf 1/100mm gelagert nochmal 1,64% mehr leisten würde als derzeit, bringt einem für die Praxis
keinen Nutzwert. Das ein 50cm Rotor bei der Messung nicht Zentimeter weit schwinken darf ist logisch,
darüber braucht man nicht zu diskutieren.

Das unser Rotor in seinem Resonanzbereich auf dem Prüfstand (bei mir etwa bei 100U/min) leicht
"steppt" (Ausschlag ca plus minus 1-2mm) ist nach meinem Verständnis genau das was auch auf
dem Turm passieren würde. Deratige Dinge sollte man nicht durch Laborbedingungen weg retuschieren und
unberücksichtigt lassen. Sie müssen Bestandteil einer aussagekräftigen Messung, Prüfung, Test sein.
Nur so erhält man realistische Werte. Das andere wären dann theoretische Werte.

Mein Rotor wird auch im Grossmodell Kugellager erhalten und nicht Holzachse in Hartholzlager oder
ähnliche Primitivlagerungen die unter Belastung einen nennenswert erhöhten Widerstand erzeugen könnten.

Grüsse

Bernd

[Carl von Canstein]

Guten Morgen Bernd! Ich tendierte urspruenglich eigentlich auch dazu, etwas weniger Windgeschwindigkeit vorherzusagen, also etwa 5 ms, hielt es dann wegen des Eindrucks auf dem Video mit der doch recht rasanten Drehzahl fuer moeglich, das es auch 6 ms sein koennten. 3 bis 3,5 ms finde ich allerdings als fuer sehr niedrig angesetzt oder aber der elegante von Dir neu erfundene Vorfluegel mit stromlinienfoermig verbessertem Profil bringt soviel mehr Geschwindigkeit, dass meine Erfahrungen, die auf dem alten Profil beruhen mich hier getaeuscht haben. Gruss, Carl