Wissenschaftliche Untersuchungen zum C- Rotor

[Sascha Kirstein]

Liebe Forenmitglieder,

wir sind eine 3-köpfige Projektgruppe und haben vor 2 Jahren ausgehend vom Schulunterricht mit einem Windkraftanlangenprojekt begonnen. Wir sind dabei auf den C-Rotor gestoßen und sein Wirkungsprinzip hat uns überzeugt.

Vielleich kurz einmal zu unseren Leistungen:

- Wir haben 2008 einen ersten Prototypen mit C-Flügeln und einem selbstgebauten Generator angefertigt
- 2010 stellten wir zu „Jugend Forscht“ einen zweiten Prototypen mit einem verbesserten Generator her und wurden damit Regionalsieger, zweiter Platz im Landesfinale und erhielten mehrere Sonderpreise
- Zusammen mit dem Strömungskanal der BTU Cottbus führten wir Experimente durch um das Wirkprinzip des Rotors zu erforschen


Wir haben uns sehr viel Wissen angeeignet und möchten unbedingt weiter an diesem Projekt forschen. Da zu dem Rotor noch keine wirklich wissenschaftlichen Ergebnisse vorliegen, bedarf es einer Fülle von Untersuchungen.

Diese Untersuchungen sind jedoch sehr aufwendig und wir hoffen, dass vielleicht eine Kooperation mit diesem Forum entsteht.
Unser Vorschlag besteht darin, dass Ihr uns Flügelformen anfertigt und uns sie zuschickt, damit wir sich im Strömungskanal untersuchen können. Wir werten die Messreihen aus und stellen euch die Ergebnisse zu Verfügung. Es sei jedoch gesagt, dass wir mit den unseren Ergebnissen an „Jugend Forscht 2011“ teilnehmen wollen.

Als kleinen Vorgeschmack stell ich die Ergebnisse unser ersten Untersuchungen vor. Ich bitte euch um ein Feedback, was Ihr von dieser Kooperation haltet. Ein paar Impressionen über unsere Projekt könnt ihr auch auf:
http://meingruenerstrom.de/ gewinnen.

Unser Ziel ist es also, den C-Rotor einmal fundiert und wissenschaftlich zu Untersuchen um sein wirkliches Potenzial abzuschätzen.

Viele Grüße,
Sascha

[Bernd]

Hallo Sascha und herzlich willkommen hier bei uns im Forum.
Beste Grüsse auch an deine Mitstreiter !

Es freut mich sehr das ihr euch intensiv dem C-Rotor widmen wollt.
Du hast Recht es gibt noch viel zu erforschen was die genauen Abläufe der Funktionsweise
des C-Rotors anbelangt. Bisher basieren die Erkenntnisse leider fast ausschlieslich auf meinen Versuchen.
Mein "Windkanal" war aber nur sehr bescheiden und ist nicht für Absolutwertmessungen tauglich.
Derzeit arbeite ich ab und an an einem neuen Windkanal mit 1 x 1m Fläche, dazu in einem anderen
Thread später mehr.
Die Abmessungen eines Windkanals sind gleich ein Stichwort auf das ich kurz eingehen möchte.
Ich habe in eurer .pfd gesehen das ihr schon diverse Tests durchgeführt habt, das hat mir sehr gefallen.
Ich las aber auch in einer Anmerkung das euer Windkanal kaum grösser war als der Rotor so das die
Rotorblätter nahe am Kanal entlang drehten.
Wie ihr selber schon vermutet habt dürfte das zu einer Verzerrung der Ergebnisse führen weil die
Luft dadurch unnatürlich in den Rotor "gepresst" wird und die Leistung daher stärker ansteigen wird als es
bei gleicher Windgeschwindigkeit in der Natur der Fall sein dürfte.

Der C-Rotor ist derzeit hier etwas in Vergessenheit geraten nachdem sich alle auf den Lenz-Rotor stürzten .
Vielleicht etwas zu Unrecht, denn wirkliche 1:1 Vergleiche hat noch niemand gemacht und bei meinen Vergleichstests
hatte der Lenzrotor voluminösere Flügel als der C-Rotor.
Die Grösse der Flügel.... das nächste Stichwort. Ich glaube das man heute sagen kann das die bislang empfohlenen
Proportionen zur Dimensionierung des C-Rotors noch nicht das Optimum darstellen.
Es zeigte sich bei diversen Tests das grösse Flügelabmessungen vorteilhafter sind, ebenso eine grössere Flächenabdeckung.

Eure bisherigen Ausarbeitungen gefallen mir sehr gut.
Sehr schön sind auch die Strömungsbilder von denen du hier gerne auch grössere Abbildungen posten kannst.
Fürs erste möchte ich euch erstmal viel Glück wünschen bei dem Projekt 2010.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Drei Dinge die mir gerade noch auffallen.

1) der Versuchsaufbau ist eine Augenweide, auch mit dem schönen Generator da drunter.

2) ihr habt also Blätter mit den Proportionen für 350mm Durchmesser auf 520mm Durchmesser montiert ?
Bei grösseren Flügeln würde die Leistung (wie auch von euch vermutet) ganz sicher steigen.

3) wieso weicht euer Leerlauf TSR so sehr von dem ab das man erwarten könnte ? Läuft der Versuchsstand
nicht 100% leicht ? Sind die Lager etwas schwergängig ? (Dazu reicht es schon wenn sie mit Fett gefüllt sind
das alleine verbraucht schon ein paar zehntel Watt)
Braucht der Generator selber etwas "Kraft" um gedreht zu werden ?
Wenn ja (ich rede von gaaanz geringer Kraft) dann könnte es an Wirbelströmen liegen.
Das alles würde erklären warum das Leerlauf TSR bei wenig Wind den Erwartungen hinterher hinkt.
Ist aber nicht schlimm.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Wars das jetzt ?
Ein Beitrag und dann keine weitere Beteiligung im Forum ?

Grüsse

Bernd

[Sascha Kirstein]

Als erstes Beantworte ich mal die ersten Fragen:

1) danke für das Lob. Der Generator ist auch eine tolle Idee, die wir versuchen praktikabel umzusetzen. Aber bis jetzt, funktioniert er zwar gut, aber kommt noch nicht an professionelle Generatoren ran. Wir müssen da noch weiter dran arbeiten

2) Wir haben 2 verschiedene Flügel angefertig. Da wir die Proportionen aus eurer Formel entnommen habe, wollte ich einfach mal schauen, wie groß ihr Einfluss auf die Leistung ist. Also mit anderen Worten, wollte ich die Gültigkeit eurer Formel bestimmen, bzw allgemein Aussagen zu den Dimensionierungen treffen.

3) Im Generator wurden die extrem leichtlaufende Lager verwendet und er besitzt keinen Eisenkern, also entstehen kaum Wirbelströme. Wenn man bei dem unbelasteten Generator die Flüge anstupst, laufen sie noch Minuten lang weiter nach. Also die Reibungsverluste im Generator können vernachlässigt werden. Also die Gründe für die Abweichungen müssen woanders gesucht werden.

Ich versuche einmal mein Wissen und Ideen zu dem Flügel zu formulieren:

Bei einem Savonius Rotor entsteht keine aerodynamische Kraft, den Ihn antreibt. Er wird vielmehr nur durch den Einfachen Impuls des Windes angetrieben. Die Außenseite des Rotors besitzt die größte Umlaufgeschwindigkeit des Rotors. Diese Umlaufgeschwindigkeit kann jedoch nicht (viel) größer als die Windgeschwindigkeit sein, da sonst kein Impuls mehr übertragen werden kann. Zudem besitzt er einen sehr großen Windwiderstand. Versucht man zuviel Leistung aus dem Rotor zu entnehmen, entsteht ein Windstau vor dem Rotor, und der Wind strömt vorbei (siehe Betzsches Gesetz). Sein Wirkungsgrad ist aus diesen Gründen sehr gering. Dafür ist sein Aufbau relativ einfach und günstig, obwohl der Materialaufwand sehr groß ist.

Bei einem Darrieus Rotor hingegen hat der Impuls des Windes kaum einen Einfluss. Es baut sich eine Strömung um das Profil auf, es entsteht eine aerodynamische Kraft, die ihn Antreibt. Es ist damit möglich, dass die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors über der Windgeschwindigkeit liegt. Er besitzt einen geringeren Windwiderstand und einen damit besseren Wirkungsgrad. Problematisch ist jedoch, dass sich die Strömung erst bei hohen Windgeschwindigkeiten aus dem Stand selbst anlegt, er also schlecht anläuft. Sein Aufbau ist komplizierter, da man ein genau berechnetes Strömungsprofil benötigt. Der Fertigung ist komplizierter, jedoch der Materialaufwand geringer.

Die Idee, die wir in einen neuen Rotor umsetzen wollen ist, ein Kostengünstiges Profil zu entwickeln, dass im Wirkungsgrad voraussichtlich zwischen dem Savonius und Darrieusrotor liegt und einfach in der Herstellung ist. Es soll ein Strömungsprofil sein, also es soll durch eine aerodynamische Kraft angetrieben werden, aber ebenfalls den Impuls des Windes nutzen. Die bisherigen Experimente am C-Rotor zeigen in den Strömungsbildern, dass Rotor vom Wind umströmt wird, und sich eine aerodynamische Kraft aufbaut. (Deswegen bewegt sich der große Flügel im Experiment auch schneller als der Wind). Dabei läuft der Rotor jedoch bereits bei 1 m/s Wind an. Also er nutzt auch den Impuls des Windes. Bei geringen Windgeschwindigkeiten überwiegt jedoch der Impulsanteil am Vortriebt den der aerodynamischen Kraft, da der Wind das Profil umströmt ohne sich anzulegen. Deswegen ist bei geringen Windgeschwindigkeiten die Umlaufgeschwindigkeit geringer als die Windgeschwindigkeit.

Soviel zu der Theorie. Unsere Versuche zeigen, dass der Wirkungsgrad der Rotoren recht gering ist. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Idee schlecht ist, es muss vielmehr experimentell die Dimensionierung des Rotors bestimmt werden. Sodass es ein Strömungsprofil ist, jedoch auch den Charakter eines durch Impuls angetrieben Rotors ist. Von meinen Erfahrungen auf dem Segelsport ist der Vorflügel wahrscheinlich zu breit. Aber ich würde in den nächsten Tage ein paar Pläne über meine Ideen anfertigen.

Ich wende mich nochmals an euch. Wenn ihr Erfahrungen mit dem Flügelbau habt, dann schreibt einfach. Wenn Ihr fragen habt, stellt sie mir einfach. So eine Messreihe für einen Flügel dauert fast einen Tag. Die Auswertung dann um ein vielfaches länger. Bitte nutzt die Gelegenheit, denn ich bin nur noch für 2 Monate in Cottbus und habe nur noch für diese Zeit Zugang zum Windkanal. Alleine schaffen wir es nicht.

[Bernd]

Hallo Sascha
Ein paar Dinge möchte ich noch anfügen.
Der Savonius ist kein reiner Widerstandsläufer.
Er nutzt ebenfalls "aerodynamische Kräfte" die auch für seine relativ hohe Drehzahl verantwortlich sind.
Ein reiner Widerstandsläufer wäre z.B. ein Schalenkreuzanemometer.
Dieses besitzt auch nur ein sehr geringes TSR das im Leerlauf nur etwa 0,3 gross ist.

Ich hatte mal Tests mit sehr schmalen Vorflügeln, bei gleich gebliebener Leitfläche, gemacht und musste
feststellen das der Wirkungsgrad sank.
Ein Gegenbeispiel sind die Profile der Firma PacWind die dem C-Rotor stark ähneln aber einen schmalen
Vorflügel haben. Ob da ein Durchströmspalt in deren Flügeln ist, ist immer noch nicht wirklich geklärt.
Es gibt auch noch einige wenige andere Firmen die C-Rotor ähnliche Flügel einsetzen, ob mit Durchströmung
ist jeweils unklar.

Auftrieb entsteht in der Regel durch Unterdruck auf einer Seite eines Flügelprofils.
Ihr kennt vielleicht den Lenz-Rotor, ein Teil seiner guten Leistungen entsteht durch die Wirksamkeit des eben
genannten Unterdrucks. Ritzen in der Flügelhülle führen dazu (das hatte ich durch Zufall mal heraus gefunden)
das man den Druckausgleich durch diese Ritzen regelrecht hört, es zischt dann vernehmlich.
Ich bin mir daher nicht sicher ob man durch den Durchströmspalt bei C-Rotor diesen Effekt wirklich nutzen kann.

Interessant auch die Ansätze zum Bau elliptischer Flügel, ebenfalls mit der Option vom Wind angeschoben
werden zu können, wie sie im VAWTS.net Forum derzeit abgehandelt werden.
Das alles ist ja von der Bauart nicht so ganz weit voneinander entfernt.

Wenn du ganz konkrete Hilfe, Erfahrungen, Wissen oder was auch immer suchst, solltest du auch deine Wünsche ganz
konkret auf den Punkt formulieren sonst kann es passieren das sich keiner angesprochen fühlt.
Gut sind daher immer sehr genau und auf den Punkt gebrachte Fragen.

Grüsse

Bernd

[Ingo2]

Hallo an alle ich grüße euch ich habe mich heute in diesem Forum angemeldet und hoffe einige gute ideen einzubringen.
Euer C- Profil gefällt mir bin aber jetzt mich am fragen ob ich jetzt Darrius oder C-Rotoren baue.
Ich habe keine wissenschaftlichen geräte wie Strömungskanal aber ich muß behauten das meine rotoren keinen grossen aufwand sind.
Die frage an Sascha Kirstein wieso ist der Rotor von euch erst 2011 Serienfertig und wieso ist lauft der Darrius erst bei starken windgeschwindigkeiten an
meine laufen ohne Generator schon bei 0,3 m/S an
wenn ich das hier hinbekomme zeige ich euch ein paar bilder oder seht euch meine Videos auf youtube an
http://www.youtube.com/watch?v=jTB_Xy6o ... re=channel
Ich wünsche eich was und ich lasse mir mal ein paar sachen über das C-Profil einfallen lassen bis bald gruß Ingo

[finn]

das ist aber kein C-rotor, was du da hast... der hat nämlich zwischen vorflügel und "leitfläche" n spalt...

[Ingo2]

Hallo ja das ist richtig habe aber hun nicht die technischen möglichkeiten um rund zu biegen
also bleibt es ein Darriusrotor
Der ist einfach so aus einer Idee endstanden und leistetin meiner neusten version unglaubliche leistung.
Wenn ich nun die underkante noch verlängere habe ich das selbe Prinzip mit wenig aufwand und vom kostenfacktor sehr günstig