Vertikal-Rotor – neues Grundkonzept

Re: Vertikal-Rotor – neues Grundkonzept

Beitragvon andreas » Di 29. Mai 2012, 23:10

Hallo,

noch ein kleiner Hinweis zur Lagerung: Wasser ist nur für sommerliche Verhältnisse brauchbar, im Winter friert es hierzulande gewöhnlich ein, sofern keine Gefrierschutzmittel eingesetzt werden. Eine klassische Lagerung in Metall hat diese Probleme nicht und bietet auch die Stabilität in mehreren Achsen, wenn sie auch Verschleiß unterworfen ist.

MfG. Andreas
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Re: Vertikal-Rotor – neues Grundkonzept

Beitragvon Constant » Sa 2. Jun 2012, 17:05

Hallo Stev
Zuerst mal Anerkennung für dein hervorragendes Konzept. In den letzten 30 Jahren habe ich noch nie einen so großen Schritt auf einmal bei der Windkraft feststellen können. Bis jetzt waren es immer nur „kleine“ Verbesserungen. Ich bin mir ganz sicher, dass sowohl theoretisch wie auch in der praktischen Umsetzung funktionieren kann. Ich sehe die größten Probleme mit der Wirtschaftlichkeit. Dazu später.
Du musst auch noch etwas an der technischen Umsetzung feilen. Hierzu meine Meinung. Die Streben und die Flügel (sind eigentlich auch nur Streben) unterliegen zwei hauptsächlichen Belastungen. Ersten Zug in Längsrichtung, ist total unproblematisch und zweitens Druck bzw. die Möglichkeit der Ausknickung. Die Ausknickung ist eine real problematische Belastung. Aus diesem Grunde dürfen die Flügel und die Streben auch nicht zu lang sein. Ich behaupte mal 1,5 bis 1,6 Meter genügt. Wenn ich dann zusammenrechne, wäre laut Zeichnung (10 Ebenen) dein Rotor NUR etwa 15 Meter hoch. Das ist viel zu klein. Nur ein großer Rotor nach diesem Konzept KANN in den wirtschaftlichen Bereich kommen. Du benötigst mindestens 100 Meter Höhe bzw. 70 bis 75 Ebenen, was dann 3.500 bis 4.000 m2 Fläche entspricht. Das wäre in etwa vergleichbar mit einer HWAT von etwa 70 Meter Durchmesser. Der zweite Grund für die Begrenzung der Flügellänge auf MAXIMAL 2,5 Meter besteht in der Herstellung der Flügel.
Erster möglicher Vorteil: Wenn du (wie geschrieben) die Flügel aus Strangpressprofil herstellen willst, bis du auf eine Flügelbreite von max. 360 mm begrenzt. Es KANN sehr gut sein, dass trotz der großen Anzahl von Flügel diese preisgünstiger sind als bei einer konventionellen WkA. Hier hast du ja bereits gerechnet.
Zweiter sehr wahrscheinlicher Vorteil: Der „Turm“ ist höchstwahrscheinlich preisgünstiger als ein klassischer Turm.
Dritter wahrscheinlicher Vorteil: Der Aufbau des Rotors kann ohne großen Kran erfolgen, bei Ebenen bis 2 Meter, wenn du dein „Baugerüst“ am Rotor anhängen kannst und gleichzeitig mit dem Aufbau des Rotors mit nach Oben nimmst. So kannst du diesen Rotor auch an Standorten montieren, wo ein 600 bis 800 Tonnen Kran keine Zufahrt hat.
Vierter Vorteil: Die Sicherheit. Anstatt einer Pitchregelung an den Flügeln baust du eine AKTIV-STALL-Regelung in allen Flügel ein. Das ist spottbillig und sehr gut. Die Befestigung der Flügel machst du mit Gummipuffer, welche eine gewisse Verdrehung zulassen. Du kennst diese Silentdämpfer von der Autolenkung. Diese „Puffer“ dämpfen die Geräusche und erlauben Verfahrenswege von wenigen Grad. Das genügt beim Darrieus für die Abbremsung mit den Flügeln. Sie Gummipuffer sind über Jahre hinweg wartungsfrei. Wie groß der Weg der Auslenkung bei welchem Auftrieb und bei welcher Umfangsgeschwindigkeit ist, wird festgelegt durch den außermittigen Drehpunkt und des Gewicht (sprich den Schwerpunkt) des Flügels.
Fünfter Vorteil ist gleichzeitig der größte Nachteil. Dein Fundament (ich sprechen von Beton) ist ein gutes Stück kleiner als die „Konkurrenzprodukte“. Das hat mit der Prinzip bedingten niedrigeren Leistung vom Darrieus zu tun. Der Winddruck ist hauptsächlich abhängig von der dem Wind entzogenen Leistung.
Kommen wir zur Lagerung und nochmal zum Fundament: den zentralen Drehpunkt (5) solltest du vergessen, weil er im Endeffekt mehr Probleme schafft als löst. Auch Wasser- und Magnetlagerung sind viel zu teuer. Du musst die Anlage vermarkten können!!!!! Sinnvoll ist eine Schienenführung, welche die Laufräder umschließt und einsperrt. Das genügt. Wenn du jetzt ein Speichen-Rad unten im Rotor einbaust, kannst du in der Mitte des Rotors einen Ringgenerator (flach liegend) einbauen.
Nächster Nachteil: Der Generator. Er wird (bei gleicher Leistung) etwas grösser sein, weil dein Rotor insgesamt etwas langsamer dreht; (Größter Durchmesser 45 bis 50 Meter bei Schnelllauf 4 zu 70 Meter Durchmesser bei Schnelllauf 7 bis 8).
Jetzt noch eine Aufklärung zu Verwirbelungen und Verlusten seitlich am Rotor. Dort wirst du sowie nie Leistung ernten können. Das hat mit dem Anströmungswinkel des Flügels beim Darrieus zu tun, welcher dort (fast) identisch mit der Windrichtung ist. Die Richtung der Auftriebskraft ist immer im 90 Grad Winkel zur Anströmrichtung. Also wird die Kraftwirkung genau durch das Zentrum des Rotors geleitet, egal welcher Anstellwinkel der Flügel hat und egal wie hoch die Auftriebskraft ist, sie kann dir nichts nutzen. Also spielen Verwirbelungen bei der LEISTUNGSERZEUGUNG DORT keine Rolle.
Kommen wir zur Vermarktung: Ich vermute du hast vieles, was ich jetzt erzähle, (noch) nicht gemacht. Wenn du es gemacht hast, dann sind die Aussichten vermutlich nicht ganz schlecht. Du hättest dir, bereits vor der Patentanmeldung, eine Liste erstellen sollen, mit potentiellen Investoren und mit potentiellen Kunden, welche du EINEN TAG NACH DER ANMELDUNG BEIM BESUCH DEN INVESTOREN hättest vorlegen können. N.B. Investoren und Kunden sind nur manchmal die Gleichen, meistens nicht. Manchmal geht’s auch andersrum; dann legt der Kunde dir eine Liste von potentiellen Investoren vor. Dann hättest du ein Ausstellungmodell von mindestens 1 Meter hoch (besser 2) dabei haben sollen. Investoren kennen was von Geld aber (meistens) nichts von Plänen. Sie wollen SEHEN UND ANFASSEN können, worin sie ihr Geld stecken. Dann wäre zusätzlich eine (positive) Bewertung von einer anerkannten Persönlichkeit sehr hilfreich bei der Vermarktung. So eine Bewertung wicht die (menschlichen) Zweifel einfach weg. Dann benötigst du unbedingt einen Businessplan (Kosten/ Nutzen-Analyse, welche die Staatlichen und EU- Beihilfen mit berücksichtigt inklusive die Verzinsung) und natürlich die Gewinnaussichten. Das Ausstellungsmodell benötigst du, wenn ein Investor „angebissen“ hat, sowieso für die Banken. Investoren stecken immer nur maximal 20% Eigenkapital in ein Projekt und übernehmen (manchmal) das Risiko gegenüber den Banken.
Ich will dich nicht zu sehr enttäuschen. Das Leben geht gelegentlich sehr erstaunliche Wege. Manchmal gelingt etwas (fast)ohne Zutun, aber meistens gehen Projekte wie diese, auch mit größtem Aufwand und Mühe einfach schief. Andere Hersteller werden dein Projekt zwar sehr begrüßen und dann mit allen möglichen Argumenten (Konkurrenzdenken) schlechtreden. Auch Politiker reden dauernd von notwendigen Innovationen, aber wenn um Entscheidungen (Geldausgeben) geht, werden sie genauso schnell wieder kleinlaut.
Gruss
Constant.
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Re: Vertikal-Rotor – neues Grundkonzept

Beitragvon Bernd » Sa 2. Jun 2012, 18:35

Jetzt noch eine Aufklärung zu Verwirbelungen und Verlusten seitlich am Rotor. Dort wirst du sowie nie Leistung ernten können.

Nun wenn nicht dort, wo dann ? Wo entsteht die Leistung im Kreisumlauf nach deiner Meinung Constant ?
Die Befestigung der Flügel machst du mit Gummipuffer, welche eine gewisse Verdrehung zulassen.

Ich dachte die Flügel wären Bestandteil der Statik, also tragendes Element? Wenn ja kann man sie doch nicht einfach in Gummi lagern, dann wäre das
ganze Gebilde doch total flexibel und instabil.

Grüsse

Bernd
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Re: Vertikal-Rotor – neues Grundkonzept

Beitragvon Constant » Sa 2. Jun 2012, 23:07

Hallo Bernd
Ein Darrieus erntet die meiste Energie vorne und weniger hinten, weil der Wind dort schon abgebremst ist. Seitlich (fast total) NUll. Würde der Wind sich nicht nach aussen ausdehnen wären es TOTAL NULL. Ich hatte mal irgendwo im Forum eine Zeichnung eingestellt mit der Anströmwinkeln bei Schnelllauf 4 (für einen Darrieus und beim C-Rotor mit Schnelllauf 07. Schaue mal nach. Da wird sehr gut sichtbar, was ich meine.
Die Alu-Flügel aus Strangpressprofil haben sowieso mit ihrer geringen Wandstärke (üblich 1,5-max 2 mm) nicht genügende Festigkeit gegen Ausknickung. Ohne tragendes Rohr aus Stahl (INNENTRÄGER) langt die Festigkeit gegen Ausknickung nicht.
Gruss
Constant
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Re: Vertikal-Rotor – neues Grundkonzept

Beitragvon SBRI » So 10. Jun 2012, 22:57

Hallo Allerseits,

nun endlich komme ich dazu auf die Anregungen zu antworten – zunächst vielen Dank für die wertvollen Hinweise.

Zu Constants Text:
Ja, mir ist bewusst, das eine gute Wirtschaftlichkeit erst bei sehr großen Bauhöhen zu erreichen ist. Dies ist auch angestrebt. Du stellst Dir diese Struktur sehr feingliedrig vor - schön das es hier im Forum sowohl Aussagen gibt alla „bitte etwas grobmaschiger“ als auch „eher feingliedriger“......Wo das (wirtschaftliche) Optimum liegt lässt sich wie bereits gesagt im Moment noch sehr schwer abschätzen. Dies hängt maßgeblich auch von der gewählten Fertigungsmethode des Netzgitters ab. Prinzipiell sehe ich zwei Varianten: Strangpressprofil aus Alu: Vorteil: sehr leicht, was für das drehbare Auflager positiv wäre, Nachteil: Material recht teuer. Bei großen Bauhöhen wäre dann das Gitternetz recht feingliedrig, da durch die begrenzte Werkzeuggröße nur relativ kleine Querschnitte realisiert werden können und damit die maximal erzielbare Knicklänge recht klein sein muss.(obwohl man auch eine größere Wandungsdicke als die angesprochenen 1-2mm wählen kann). Strebenlänge so einige Meter – ich würde mich jedoch nicht auf eine exakte Zahl festlegen, da dies Auslegungssache ist (abhängig von Bauhöhe, Abschaltgeschwindigkeit, gewählte Wandstärke etc.) Die zweite sinnvolle Bauweise wäre aus zwei Halbschalen aus gebogenen Stahlblechen zusammengesetzte und verschweißte Streben, ähnlich der Fertigungsweise von Teleskopauslegern von Mobilkränen. Dies erlaubt dann deutlich größere Streben von 10 oder mehr Metern Länge. Dies sollte eine recht preiswerte Bauweise sein, allerdings mit größerem Eigengewicht.

Im Moment rechnen wir gerade mit einer FEM-Software eine Struktur von 125m Höhe mit 10 Ebenen, längste Knicklänge einer Strebe knapp 16m. Also die zweite Fertigungsmethode und in Stahl.

Dazu eine Frage in die Runde: wir rechnen den Lastfall abgeschaltete Anlage und 50-Jahressturm – für die Anlage in Betrieb kenne ich noch nicht die anzusetzenden Lasten. Kann dies jemand angeben für eine Abschaltgeschwindigkeit 25m/s, Blattbreite 80cm, Schnelllaufzahl 4, Profil NACA 0015 ? Wo findet man hierfür Werte (im 360° Durchlauf)

Streben mit einem inneren tragenden Rohr und einer verdrehbaren Außenhaut für eine Activ-Stall-Regelung halte ich für schwierig umsetzbar oder zumindest wartungsintensiv und hoffe man kann darauf verzichten (ok, dann braucht man eine andere Regelung die dafür sorgt, das bei sehr starken Winden die Rotation abgebremst werden kann, aber da finden sich bestimmt noch sinnvolle Systeme)

Die Idee auf den zentralen Drehpunkt zu verzichten und lediglich das System auf Schienen laufen zu lassen halte ich für ungünstig. Ich denke da eher wie ein Architekt der sich um Dehnungsfugen kümmern muss. Man beachte: Stahl (oder schlimmer noch Alu) dehnen sich bei Erwärmung aus. Einen Ring auf einem festen Schienenring laufen zu lassen wird bei thermischen Ausdehnungen zu Zwängungen führen. In meinem Konzept werden alle Horizontalkräfte am Mittelpunkt aufgenommen und der Ring kann sich (um einige mm bis cm) frei vergrößern oder verkleinern. Das Rollenlager muss dabei natürlich entsprechend ausgebildet sein und solche Verformungen zulassen.
Ok, das Auflager als Schwimmponton klingt erstmal etwas verwegen aber es würde genau diese Zwängungsprobleme komplett vermeiden. (und zufrieren würde es so schnell nicht, bei der enormen Abwärme welche leider durch Reibung bzw. Turbulenzen entsteht!) Im Moment denke ich aber auch erstmal an einem Ring mit geführten Rollen z.B. alle 1m unter dem Basisring. Das Ganze kann nicht maschienenbautechnisch gebaut werden, da für diese Dimensionen einfach die Methoden fehlen sondern eher grobschlächtiger bautechnisch bzw. aus dem Fahrzeugbereich entlehnt. Man wird ein System entwickeln müssen, das z.B. Bautoleranzen von einigen cm aufnimmt ohne das große Zwangskräfte entstehen. Da bin ich noch am tüffteln. Entscheidend ist dabei auch die Masse des Gesamtsystems, denn selbst bei einer Art Schienenlagerung (Stahlräder) mit geringer Reibung sind die Rollwiderstände aufgrund der hohen Masse enorm groß und können sich zu einem signifikanten Energievernichter auswachsen.

Vielen Dank für die Hinweise bezüglich des weiteren Vorgehens: Ich habe Kontakt aufgenommen zu zwei Professoren, welche jedoch eher im Bereich Horizontalläufer aktiv sind. Hat jemand hier im Forum Kontakt zu Wissenschaftlern die sich speziell mit Vertikalläufern beschäftigen?
Bezüglich Modell bzw. Anschauungsprototypen – ich möchte ja so was bauen, nur leider geht das alles nicht so schnell wie gewünscht da ich ja auch noch einen normalen Job „nebenbei“ habe. Falls jemand hier unterstützend tätig werden möchte, bitte melden!

Und an Constant – ja, es wird sicherlich schwierig ein derartiges Projekt zum Laufen zu bekommen und entsprechende Forschungsgelder zu akquirieren. Ich bin da kein Illusioniest. Ich erkenne das dies für eine Einzelperson eine echte Herausforderung ist (positiv formuliert!). Auch aus diesem Grund veröffentliche ich die Idee hier (was sicherlich einige für unklug halten mögen) um eventuell Unterstützer zu finden die sich für eine neue Idee so begeistern können wir ich. An der Grundidee gibt es ja auch noch genügend weiße Flecken die mit Lösungen versehen werden müssen, genug Stoff zum Grübeln bis man ein komplett schlüssiges Konzept hat.

Freue mich auf die weitere Diskussion, schöne Grüße
Stev
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Re: Vertikal-Rotor – neues Grundkonzept

Beitragvon ERZWIN » Mo 11. Jun 2012, 15:30

Hallo Stev,
Unter dem Forenthema: Allg. Themen. S.2 vom Sa.den 19. Nov. 2011 ( Studenten testen Windräder ) hatte Bernd mal für mich den Link zur Technischen Universität Bergakademie Freiberg
eingestellt. Leider blieb damals eine Anfrage unbeantwortet.
Vielleicht versuchst du diesen Link nochmal.
Da dein Rotor auf einem gänzlich neuen Konzept beruht, kannst du eigentlich überall anfragen. Einen Spezialisten für das, was du ausgedacht hast, wird es nirgendwo geben.
Viel Glück
Gruss Wilfried
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Re: Vertikal-Rotor – neues Grundkonzept

Beitragvon Mike » Mo 4. Apr 2016, 18:05

Hallo Stev,
Dein letzter Eintrag war im Juni 2012. Was ist daraus geworden? Verfolgst Du es weiter?

Gruss Mike
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