Infos für kleinen Savoius gesucht

[Laverda1220]

Hallo Leute,

ich möchte gern einen (kleinen) Savonius-Rotor bauen u. hätte dazu ein paar Fragen.
Erstmal ein paar Daten über mich und mein kleines Projekt.
Habe mich vor einigen Jahren schon mal mit der Idee beschäftigt einen Darrieus-Rotor zu bauen, aber dazu fehlten u.a. die Mittel, der Platz und die Zeit. Das Ganze ist also wieder eingeschlafen.
Dann kam mir vor einigen Wochen die Idee, ein kleines „Windrad“ auf das „Spiel-/Baumhaus“ meiner Tochter zu setzen, damit sie dort drin eine kleine Beleuchtung hat (evtl. mit Batterie als Zwischenspeicher).

Bin bei Internetrecherchen auf eure Seite gestoßen (grosses Lob an dieser Stelle) u. komme nun zu dem Schluss, dass ein Savonius wesentlich einfacher zu bauen ist u. auch für unsere Windverhältnisse besser passt.
Ich wohne in Niederbayern – Nähe Landshut – und da weht doch eher ein laues Lüftchen, zusätzlich bremsen die Tannen hinter dem Haus. Aber das Ganze soll ja wie gesagt nur für ’ne kleine Beleuchtung herhalten.

Z.Zt. angedachte Bauweise:
Savonius-Rotor aus KG-Rohr (grau od. grün); Fahrrad(naben)dynamo (z.B. Shimano DH-3N20); Batterie 6V/6Ah; LED-Beleuchtung

Nun meine Fragen:
1.: wie gross sollte der Rotor in etwa werden? Ich dachte so in etwa DN300; Höhe ca. 40cm;
2.: welchen Abstand zueinander (in x- u. y-Richtung) sollten die 2 Rotorhälften haben?
3.: was für eine Schaltung benötige ich, um die Batterie vor dem Überladen zu sichern u. muss die Spannung aus dem Dynamo gleichgerichtet werden? (denke mal ja)

Nun hab’ ich mal die Leistung errechnet => da komme ich lediglich auf 0,45W?!?! Habe ich da einen Fehler?
Formel: 1,2 * 0,5 * 0,2 (Fläche Savonius) *3³ (Wind) * 20% (Wirk.gr. Savonius) * 70% (Wirk.gr. Generator)

Passt also irgendwie mit dem Nabendynamo nicht recht, denn der bringt doch ca. 3W?!?!
Muss ich nun den Rotor grösser bauen, oder ist das dann die „Sicherheit“, wenn doch einmal mehr Wind weht?

Habe mal ein Bild mit den 5 fraglichen Maßen (x; y; z; R Halbschale; R Deckel) beigefügt (hoffe, daß das einigermaßen lesbar angezeigt wird).
Wenn also schon mal jemand so etwas gebaut hat u. mir dbzgl. ein paar Infos geben könnte wäre das toll.

Danke und Gruß,
Olaf

[Carl von Canstein]

Hallo Olaf!
Willkommen hier!!!
Die Zeichnung ist sehr gut, die Abstaende der zueinander versetzten Rotorhalbschalen auch. Man hat da etwas Spielraum, von 20% des Durchmessers bis zu etwa 30% sind immer gut. Mit den bei Dir gezeigten Massen bist Du also voll im guten Bereich.
Was die benoetigte Rotorgroesse fuer einen Nabendynamo betrifft, so haben wir hier noch keine anderen Erfahrungen als mit unserem Standardwindrad mit den durchstroemten Fluegeln gemacht, ich gehe davon aus, dass Du auch etwa 50cm x 50cm Rotorabmessung benoetigen wirst, um bei Schwachwind ein noch brauchbares Ergebniss zu erzielen.
Wie Du das dann mit der Befestigung des Nabendynamos am Savoniusrotors machst, da rate ich Dir zu einer doppelten Lagerung oben und unten am Rotor, denn die Befestigung an der Achse des Nabendynamos wird bei der Tendenz zu Umwucht des Savonius alleine stehend keine gute Loesung sein. Allerdings kannst Du den Savonius frei schwingend am Nabendynamo herunterhaengen lassen, was allerdings wieder eine Leistungsminderung zur Folge haette wenn auch das Problem der Unwucht dadurch etwas abgemindert (durch freies Schwingen gedaemft) wird.
Insofern ist unser Rotor weit unproblematischer weil wir die Lagerung genau in der Schwerpunktmitte des Rotors plazieren koennen. Auch der Bau ist nicht so kompliziert, wie er Dir erscheinen mag, schliesslich ist unser Hauptaugenmerk zurzeit gerade auf ein Einsteigermodell im Leistungsbereich Deiner Vorstellungen gerichtet. Wir geben uns alle Muehe, als Endprodukt bald ein solches sehr einfach zu bauendes Windrad vorstellen zu koennen. Du kannst das im Thread "50cm Rotor" nachverfolgen, dort zeigt Bernd gerade seinen Prototypen fuer erste computergestuetzte Messungen!
Was die Elektrik betrifft, so solltest Du in unserem Themenbereich fuer Generatoren und Messtechnik etwas stoebern, vielleicht wirst Du dort fuendig. Vielleicht gibt Dir auch noch ein anderes Forenmitglied einen konkreten Ratschlag dazu, ich selber bin kein Fachmann auf dem Gebiet!
Gruss, Carl

[Bernd]

Hallo Olaf und herzlich willkommen im Forum.
Wenn deine Rechnung nur knapp 0,5W ergab, dann liegt das zu einen an der sehr bescheidenen
Energiemenge die der Wind bei nur 3m/s mit sich führt. Bei 6m/s darfst du dann gleich mit
dem 8 fachen Ertrag rechnen.
Zu dem Savoniusprojekt:
Ich würde Dir, wie Carl ja auch schon sagte, unbedingt auch zu einer doppelten Lagerung des Rotors raten.
Ein Savonius hat ein vergleichweise sehr hohes Gewicht und lässt sich bauartbedingt nur am Rand
und nicht im Zentrum, lagern. Dadurch wirken sich Unwuchten bei einseitiger Lagerung sehr
negativ aus. Deshalb am besten auf einer Seite den Dynamo als Lagerung verwenden,
und auf der anderen Seite ein weiteres Lager vorsehen. Du kannst natürlich auch auf beiden Seiten
einen Nabendynamo verwenden, allerdings sollte das Windrad dann schon etwas grösser werden.
Zur Grösse möchte ich mich Carl anschliessen und tippe auf eine Rotorgrösse von ca. 50 x 50cm.
Im Durchmesser würde ich möglichst nicht darunter gehen, wegen des benötigten Drehmoments.
Falls du zwei Dynamos einsetzen willst, dann sollte der Rotor schon ca. 70cm Durchmesser haben.
Das setzt dann aber schon die Verwendung von grossen Rohrhalbschalen vorraus die man kaum
zu kaufen bekommt, oder du fertigst die "Flügel" selber aus einem Blech das du entsprechend biegst.
Das hätte sogar den Vorteil das du nicht einfache runde Halbschalen, sondern optimierte Formen
biegen könntest.

Noch ein Tip: Man benötigt nicht kreisrunde Endscheiben für einen Savnonius, sie erhöhen nur
unnötig das Gewicht. Kleinere, dem Flügelprofil folgende, Endscheiben reichen auch.

Als Dynamo würde ich Dir gerne zu dem DH-3N71 raten, der zwar teurer (ca 39 Euro) aber auch
deutlich leichtgängiger ist als der DH-3N20. Der 6V Akku passt gut zur Ladekennlinie des Dynamos.
Mit einem ganz einfachen Trick könntest du auch 12V Akkus laden, falls du möchtest.

Grüsse

Bernd

[Laverda1220]

Hallo Carl&Bernd,
danke für die schnellen Antworten!
Die Zeichnung war nur mal ein erster Überblick. Werde das mit der doppelten Lagerung (Dynamo u. Kugellager) und den "angepassten" Endkappen auf jeden Fall umsetzen.
Bzgl. der Unwucht beim Savonius dachte ich, daß ich da evtl. mit Wuchtgewichten etwas ausgleichen kann - das wird dann das "Feintuning" am Schluss.
- DH-3N20 oder DH-3N71: da das Ganze ja lediglich als "Spielerei" gedacht ist, reicht mir wohl der DH-3N20. Kostet gerade mal die Hälfte, auch wenn der DH-3N71 von der Werten her deutlich besser ist.
- Die "Spannungsverdopplung" hab' ich mir schon mal angeschaut, aber ich hab' hier noch eine 6V-Batterie rumliegen (aus 'nem Motorrad) und eine 12V müsste ich kaufen - also lass' ich das erstmal so.
Wenn ich die endgültige Zeichnung fertig habe werd' ich sie mal hier reinstellen.

Danke u. Gruß,
Olaf

[Carl von Canstein]

Hallo Olaf!
Das mit der Unwucht ist beim Savonius so gemeint: Die Lastwechsel sind sehr stark ausgepraegt und koennen den Rotor taumeln lassen wie ein schlecht ausgewuchtetes Rad. Hat wenig mit dem Austarieren durch Gewichte zu tun. Selbstverstaendlich ist es sehr nuetzlich (eigentlich unabdinglich) den Rotor gewichtmaessig gut auszubalancieren, das Gewackel im Wind bekommst Du damit aber nur teilweise weg. Das liegt an der unterschiedlichen Last die im Drehkreis auf den Rotorblaettern liegt und auch an der unterschiedlichen Einwirkung der Fliehkraft je nach Stellung zur Stroemung. Auf der windabgewandten Seite drueckt der Wind nach aussen und vorne nach innen!!!
Allerdings ist das bei Schwachwind und Aufstellung an einem geschuetzten Ort nicht so stark spuerbar. Auch macht die Groesse des Rotors ihn ja noch gut beherrschbar. Dennoch wirst Du auch mit gut ausbalanciertem Rotor mit einer Zweipunktlagerung am besten beraten sein.
Was den preiswerteren Shimano betrifft, so hat dieser eine sehr stabile lange Achse herausgucken, kein Stummelchen ohne Gewinde wie der Nr.71, so das dieser fuer die stabile Montage grosse Vorteile bietet.
Gruss, Carl

[arcobär]

Ich hatte meinen Savonius als dreiflügeligen Durchströmer nach dem Buch von Heinz Schulz gebaut. Die dreiflügeligen Ober- und Unterteile habe ich in einem Stück aus Sperrholz gesägt und die Teile mit je zwei Hartholzleisten pro Flügel verbunden und das Ganze hinterher mit Plastefolie als Strömungsflächen beplankt. Das ging sehr schnell und einfach. Der Savonius wurde so sehr leicht und lief durch die drei Flügel erstaunlich rund und sehr leicht an, besser noch als der C- Rotor. Den leichtesten Anlauf hatte aber trotzdem mein "Kinderwindrad".
Wenn man für die Beplankung durchsichtige Folie nimmt, sieht der Savonius auch nicht so gewaltig aus.

Gruß Uli

[Carl von Canstein]

Sag mal Uli, Dein Kinderwindrad - meinst Du das aus einem quadratischen Papier geschnittene Wirbelding?
Das existiert auch in einer optimierten Version die im Institut fuer Theorie der Mechanik in Karlsruhe in einer Studentengruppe mit Prof.Dr. Wolfgang Buerger entwickelt und verbessert wurde. Dabei wurden die Fluegeloeffnungen durch einen Bogenschnitt geoeffnet und etwas ausgespart, eine sehr einfache und elegante Loesung. Ich habe das Ganze mal aus galvanisiertem Blech in Denkmalform gebracht. Siehe Foto:

Der Savonius-Rotor hat fuer bestimmte Anwendungen und Konstruktionsvorgaben Vorteile, die ihn zum Favoriten machen koennen. Eine Konkurrenz beider Bauarten untereinander gibt es nicht, jedes Teil fuer sich hat besondere Vor- und Nachteile. Gut ist, dass man soviel Auswahl hat und sich fuer seine Beduerfnisse das Passende heraussuchen kann.
Gruss Carl

[arcobär]

Ja Carl, das Kinderwindrad habe ich aus einem quadratischen Stück Plastefolie ganz primitiv gebaut. Es hat einen Durchmesser von 70 cm.
Es beginnt wirklich schon zu drehen, wenn man es auf einem Dorn in der Hand hält und langsam läuft. Ich bin noch immer auf der Suche nach geeignetem Material für ein 1m Erprobungsmuster.
Das mit der Weiterentwicklung muß ich mir noch mal genauer ansehen. Danke für den Tip.

Gruß Uli

[Bernd]

Uli ich bin super gespannt was du uns vielleicht mal über den Einsatz des optimierten
Kinderwindrades als Stromerzeuger erzählen kannst. Ich glaube die Chancen stehen nicht
schlecht das dieses Ding recht effektiv sein könnte.

Grüsse

Bernd

[Carl von Canstein]

Es duerfte nicht leicht sein, ein so großes Kinderwindrad mit 1m Durchmesser gut auszuwuchten, es ist ja ziemlich verformungsdebil, also als Möglichkeit vorzuschlagen - sehr leichtes Fluegelmaterial nehmen, dann faellt eine Unwucht weniger schwer in´s Gewicht!
Warum? Unwucht ist der Tod aller Achslager!
Ueberhaupt - wo willst Du eine so lange und stabile Generatornabe auftreiben, die das Ganze traegt und stabilisiert? Oder spannst Du das grossflaechig an der Nabe nur am Mittelpunkt der Folie zwischen zwei grosse Unterlegscheiben ein? Ueberleg mal was dann bei der Formelastizitaet des Modells passieren wird!Vielleicht planst Du ja, das Windrad stationaer ohne Windnachfuehrung aufzustellen, was bei der Vertraeglichkeit dieses sympatischen Modells fuer variable Anstellwinkel zur Stroemung in einem relativ grossen Toleranzbereich (verglichen mit aerodynamischen Profilen) durchaufs moeglich ist und funktionieren kann.
Wieviele Leute haben in ihrem Garten so ein kleines Wirbelding stehen, welches nie zur Ruhe zu kommen scheint. Da ist auch selten eine Windnachfuehrung dran!
Dann hast Du also die verlockende Moeglichkeit, das Kinderwindrad wegen der Groesse und den damit verbundenen moeglichen Unwuchtproblemen an zwei Punkten mit durch das Windrad gehender Achse, also vor und hinter dem Windrad zu lagern.
Eine Frage noch - warum kein eigener Tread fuer das Kinderwindrad, solche Sachen sind sehr huebsch, machen unser Forum auch lebendiger, nur findet sie niemand unter dem Thread " Infos fuer kleinen Savonius gesucht"! Passt zum Beispiel gut in unsere Sparte "Off Topic" da wir ja ansonsten mehr auf Vertikallaeufer spezialisiert sind. Also, wie waere das, wollen wir das machen? Vielleicht kann das hier jemand mit schneller DSL Verbindung in den neuen Thread kopieren, ich selber habe nur GPRS, das ist ziemlich langsam und setzt manchmal wegen schlechter Verbindung aus.
Gruß, Carl