Wie berechnet man den Winddruck auf ein Windrad?

Liebe/-r Experte/-in,

wie berechnet man den Winddruck auf ein Windrad?

Ich habe ein Schiff entworfen, das u. a. mit einem Windrad angetrieben werden soll - Senkrechtachser, ein sog. Twister. Nun will ich berechnen (grob abschätzen!),

a)um vieviel sich der Fahrtwiderstand des Schiffes durch das Windrad erhöht und

b) wie stark die Krängung des Schiffes bei versch. Windstärken ist (die Drehachse des Schiffes bei seitlicher Krafteinwirkung ist bekannt, ich brauche einen gedachten Punkt auf dem Windrad, auf den sich die gesamten Windkräfte beziehen, um eine Hebelwirkung zu berechnen.).

Vielen Dank im Voraus!
Jörg Sommer

Sehr geehrter Jörg Sommer,

zu Ihrer Anfrage kann ich leider keine Auskunft geben. Derartige Berechnungen fallen nicht in mein Arbeitsgebiet und sind auch nicht Gegenstand meines Interesses. Ich bin daher zu einer Aussage nicht in der Lage.
Das mit dem Schiff klingt zwar sehr Interessant, aber wie gesagt, leider keine Ahnung.

Viele Grüße

Hallo,

das sind min. 3 Semester Ingineurstudium nötig um die pauschale Frage zu beantworten. Teilweise gibt es keine befriedigende Antwort.
Forscher haben deshalb Modelle gebaut und im Windkanal getestet.

Es gibt tonnenweise Literatur, Expertiesen, Dissertationen, Doktorarbeiten sowohl für Schiffsbau als auch Windtechnik.

Sorry, so pauschal keine Antwort möglich.
Trotzdem viele Grüsse
Jürgen

wie berechnet man den Winddruck auf ein Windrad?

Hallo Herr Eiselt,

das ist ein generelles Problem der wer-weiss-was-Forums: Dass sich nämlich Laien auf ein Gebiet wagen, das sie nicht gelernt/studiert haben. Soll man so was überhaupt akzeptieren?

Dass für die Windtechnik als Ganzem

min. 3 Semester Ingineurstudium nötig

(sind) und dass es

tonnenweise Literatur, Expertiesen, Dissertationen,
Doktorarbeiten sowohl für Schiffsbau als auch Windtechnik.

gibt, ist mir klar. Jedes davon ist ein riesiges Gebiet, und es ist gut, dass es dafür speziell ausgebildete Fachleute gibt. Deshalb habe ich ja auch nur eine ganz spezielle Detail-Frage gestellt!

Mit freundlichem Gruß
Jörg Sommer

Hallo,

sorry, habe mich nicht korrekt ausgedrückt.
Ich bin Experte für Windkraft in Bezug auf Berechnung erneuerbaren Energien, Rentabilität, Preise, Raumplanung, Repowering, Einspeisevergütung, Speicherung und Synchronisation von Kleinwindanlagen und alles was eher betriebswirtschaftlich oder politisch mit Windenergie zusammenhängt.
Spezielle technische Fragen sind ein anderes Fachgebiet, wo ich mich genauso einlesen müsste.

(…); vermutlich meint der Frager, wenn das Schiff exakt gegen den Wind fährt. In dem Falle gilt das Lange-Paradoxon mit der Frage:
* Kann ein Schiff (auch Strassenfahrzeug), etwas mehr Kraft aus einem Windrotor holen, als die Gegenkraft ist, die aus dessen Widerstand resultiert, die ja einen „Rückwärtseffekt“ hat? Die Segler umgehen dies per Kreuzen um eine Winkelhalbierende WH, um im Durchschnitt auf der WH das Ziel anzuvisieren.
* „Twister“ sind ja so eine Art Savonius-Rotoren oder H-Rotoren (Vertikalachse), die noch weniger Effizienz, als Darrieus-Rotoren aufweisen. Beide fkt. viel schlechter, als die Horizontal-Achs-3-Flügler, d.h. setzen noch weniger in Vortrieb um. D.h. der Anteil an Rückwärtskraft ist noch größer. Eben ein Krampf, den nur Bastler lieben können, (…)!
* Es gibt aber auch keinen einzigen guten Horizontal-achs-Flügler in dieser Rotor Ø Klasse von 1- 3m, sondern nur im Bereich der Rotor Ø = 82 - 126m, also nur bei Groß-WKA, wo mit Mio-Aufwand die optimalen Flügelformen ermittelt wurden. Deshalb spart Euch Euer Geld bei dem Schrebergarten-Spielzeug-Glump.
* Wirkungsgrad: Besagte großen Rotoren wandeln ca. 50% der angeströmten Leistung in Rotationsleistung um, (Betz-Gesetz, theoretisch 16/27) die dann auf die Getriebewelle geht oder bei WKA ohne Getriebe, direkt auf die Welle des E-Generators. D.h. die anderen 50% sind Widerstand, aus dem eine Kraft rückwärts (vom eigentlichen Ziel weg) resultiert. Im Falle schräger Anströmung müssen die Sinus/ Cosinusgesetze verwendet werden, was bei Savonius-Rotoren u. „Twistern“ entfällt, weil sie von allen Windrichtungen fkt. sollen.
* A propos „to twist“. „Twister“ haben ihren Namen zu Recht, denn, sie „drehen“ kaum, sondern, wie beim Twisttanz (Meist nur a bisserl hin u. her) denn selten dreht sich so ein „Twister“ überhaupt! Gut Nacht ihr armen Romantiker, die ihr die konventonellen Horitontal-Achs-WKA ablehnt, das, was die Ingenieure bauen. Bastler wollen immer gescheiter sein- nur zu! Lieber lebt weiter in dem Mythos !
* Hebelwirkung des Mastes ermitteln? Am einfachsten mit einer Federwaage vor dem Einbau ins Schiff bei versch. Windgeschw. v das Drehmoment messen (Mast an Gabelgelenk fixieren auf der Erde) oder auf einem kleinen flachen Wagen, wo eine Federwaage beim Wegrollen misst. Diese [N] müssen dann aber rechnerisch mal den Hebelweg genommen werden (=Drehmoment, Kippmoment).
* Definition Winddruck? Diese Def. gibt es nicht!
14.11.11, master

[Team] Netiquette

Hallo Master,
auf Ihre beleidigenden Ausfälle gehe ich jetzt nicht ein, behalte mir aber vor, bei den Administratoren die Löschung Ihres Beitrages zu beantragen.

Zu Ihrem Beitrag:

Nach dem Lange-Paradoxon habe ich nicht gefragt.

* „Twister“ sind ja so eine Art Savonius-Rotoren

Ein Twister ist die Weiterentwicklung des Darrieus-Rotors. Mit dem Savonius-Rotor hat er nichts zu tun (auch wenn dieser manchmal als Anlauf-Hilfe eingebaut wird).

Wie ein Segler kreuzt, um ein in der Windrichtung liegendes Ziel zu erreichen, brauchen Sie mir nicht erklären, danach hatte ich auch nicht gefragt.

schräger Anströmung müssen die Sinus/ Cosinusgesetze verwendet
werden,

Wann, bitte, wird eine Windturbine (egal welcher Bauart) „schräg angeströmt?“

was bei Savonius-Rotoren u. „Twistern“ entfällt, weil
sie von allen Windrichtungen fkt. sollen.

Wozu bringen Sie dann überhaupt die Sinus/Cosinusgesetze ins Spiel?

* A propos „to twist“. „Twister“ haben ihren Namen zu Recht,
denn, sie „drehen“ kaum, sondern, wie beim Twisttanz (Meist
nur a bisserl hin u. her) denn selten dreht sich so ein
„Twister“ überhaupt!

Woher wissen Sie das? können Sie eine Quelle angeben?

* Hebelwirkung des Mastes ermitteln? Am einfachsten mit einer
Federwaage vor dem Einbau ins Schiff bei versch. Windgeschw. v
das Drehmoment messen (Mast an Gabelgelenk fixieren auf der
Erde) oder auf einem kleinen flachen Wagen, wo eine
Federwaage beim Wegrollen misst. Diese [N] müssen dann aber
rechnerisch mal den Hebelweg genommen werden (=Drehmoment,
Kippmoment).

endlich mal ein konstruktive Beitrag! Danke!

* Definition Winddruck? Diese Def. gibt es nicht!

Fragen Sie mal einen Bau-Statiker! Der gibt Ihnen eine Def.

Jörg Sommer

Teil I. Mehr Wind für Sommers Twister ! Der Mister Sommer, mal wieder frustriert, mitten im Winter, wie man an seiner grantigen Antwort sieht, meint natürlich die Kraft [F] des Windes,nicht den Druck [P].Seine Dünnhäutigkeit kann man verstehen, wenn man weiß, daß Sommer seit Jahren am gleichen Punkt bei seinem „Twister“ rumdoktert – ohne, dass es ein Quentchen voran geht. Andererseits ist er aber selber schuld. Er will nämlich nur schnell ein Anwendungs-Rezept haben, u.a. von mir, dem Dr. No, statt die Physik der Strömung verstehen zu wollen, das ja ein bisschen mühselig ist.Und so ist er immer noch auf dem Physik-Stand der 8. Klasse, die 9.Kl. , (Druck, Kraft zu unterscheiden) gelingt ihm noch nicht. Will mans ihm beibringen, wird er gleich giftig, droht, eine Beleidigungsklage beim Moderator an! Nun, meine Antworten sind an sämtliche Träumer dieses Genres gedacht, nicht nur an ihn, der nur ein punktuelles Einzelwissen serviert haben will, ohne selber denken zu müssen. Ein simples Bastelrezept will er haben, ohne die anstrengende Theorie studieren zu wollen. Denn, Denken kostet ja \* "Kraft"- (In Wahrheit Energie) Kraft [F] ist übrigens kein Druck, wie ihm sein „Baustatiker“ fälschlicherweise gesagt hat. \* F = Druck p mal Fläche A, also F = p \* A. Die Kraft ist also kein \* Druck - siehe 9. Klasse Physik u. Mister Sommer, sagen Sie das Ihrem selbst ernannten Bau-Statiker, der wohl in Wahrheit Zuckerbäcker ist, denn: Niemals wird ein Statiker \* Druck ( p = F/A) u. Kraft F verwechseln, (F= p mal A) eben höchstens ein Zuckerbäcker, der die 9. Kl. Physik nicht kann u. ja auch nicht können muß! \* Kippmoment [Km] ist noch mal was anderes [Km = F mal Masthöhe s] (Ebenfalls 8. u. 9.Kl. Stoff) \* Drehmomentwirkung D aufs Schiff, nicht Km gemeint, ist gering u. kann mit dem Ruder kompensiert werden, um geradeaus zu fahren. Die nötige „Kraft“ zum Lernen, müsste eigentlich „Energie“ genannt werden, denn in einer Hand voll Nüsse (Hirnnahrung) ist nicht Kraft, noch Leistung, sondern Energie in [Wh] oder [kWh] oder als die längst in der Physik verbotenen [kcal];
Das Ganze lernen u. sehen zu wollen, das scheuen freilich viele. Das ist auch des Sommer` s Problem, mitten im Winter, nämlich nur ein Anwendungs-Rezept zu wollen.Dabei lässt er sich von Begriffen blenden (Darrieus- > daraus der Twister; der H-Rotor aber sei was ganz anderes. Welch ein Irrtum! Es gibt nicht ohne Grund den
* Darrieus-H- Rotor.
Also, wenn man das völlig gleiche Prinzip (Darrieus --> H-Rotor -> Twister ) schon nicht als solches erkennt, nämlich, dass im H Rotor klugerweise lediglich die Angriffsfläche vergrößert ist, dagegen beim Darrieus nach oben (und unten) die Angriffsfläche rapide abnimmt, was soll man da noch erklären?

  1. Mit der Höhe des Punktes, wo die Windkraft F angreift am Rotor, nimmt das Kippmoment Km zu, (weiss jeder), Km will das Boot umwerfen. Dieser Anstieg ist beim Darrieus- Rotor deshalb so abgeschwächt, weil die relative Angriffsfläche mit der im letzten Drittel Höhe rapide sinkt, d.h., je Meter Höhenzunahme steigt die Fläche immer weniger an- beim H- Rotor steigt sie proportional an! D.h., die Zunahme pro Meter ist konstant. Das ist also beim Darrieus ein grandioser Flächenverlust, bei gleicher Höhe.
    Allerdings muss das Lager im Boden beim Darrieus viel weniger aushalten. Es gibt aber Darrieus, an denen mit 3 Stahlseilen, 120 ° versetzt, oben das Lager gehalten wird, um das Kippmoment zu halten.
    * Beim H- Rotor muss natürlich das Lager unten viel mehr Kippmoment aushalten, wegen der viel größeren Angriffsflächen! Dafür erhält man aus der
    * Anströmleistung auch mehr Rotationsleistung an der Welle u. wenn` s nur ein paar % sind, womit vernarrte Bastler ja zufrieden sind. Dagegen ergibt sich bei den großen
    * Horizontalachs- 3 Flüglern um die 50% Rotationsleistung an der Welle bezogen auf die Anströmleistung (!) , theoret. 16/27 = 59%.

Tel II.: * Die anderen 50% dienen als Widerstand und Kraft leider gegen die gewünschte Fahrtrichtung.
2)Daß dasselbe Prinzip im H-und Savonius-Rotor innewohnt, ist jedem klar,nur Mister Sommer nicht. (9. Kl. Physik bitte wiederholen!)Statt mal aeordyn. Prinzipien anzuschauen u. hierbei vor allem das Profil des Flugzeugsflügels zu studieren,wollen Bastler a la Sommer nur ein Einzel-Anwendungswissen oder Rezept für Ihren Bastelkram(pf),weshalb Sie die Physik nie kapieren werden.
So entgeht diesen, daß der Darrieus doch nichts anderes ist,als der spätere daraus entw. Savonius u. noch später der H- Rotor. Am wenigsten Angriffsfläche hat eben der Darrieus u.am schlechtesten ist er auch.
* Schmunzeln am Rande:
*Warum wohl nimmt man oft den H-Rotor häufig zum
„Anwerfen“ des Darrieus? Weil letzterer „kein“, jd. falls viel zuwenig Drehmoment D hat, u. genau deshalb macht man ihn zum Schnellläufer, weil er bei geringer Drehzahl nichts bringt.
Das alles hat dem Sommer bislang noch keiner gesagt?
* Der „Twister ala Sommer“ aber hat keine ausgezeicnete Richtung, weil er kein dafür ausgezeichnetes Profil hat(te). Sommer glaubt doch tatsächlich, das müsse symmetrisch sein u. dann könne der Rotor in jede Richtung drehen u. die Leistung vom Wind konvertieren u. einen Generator antreiben. Man muss ihm immer wieder sagen er möge endlich mal das
* Profil des modernen Flugzeugflügels studieren und das der modernen Horizontal- 3 Flügler von modernen Groß-WindKraftAnlagen (WKA) mit 82- 126 m Ø. Da ist alle Aerodynamik drin, die man wissen muss. Dazu die Strömungslehre des
* Dipl. Ing., Prof. Prantl.
Wir müssen den Sommer eben in bessere Gesellschaft geleiten, zu einem niveauvolleren Umgang, statt zu selbst ernannten „Baustatikern“.
Man fragt ja auch nicht den Zuckerbäcker über Flugzeugauftrieb,sondern Konditorisches, u. dafür Techniker, Ing.,Physiker,last not least, den Dr. No, z.B. zu Aerodynamischem.
* Lange- Paradoxon: Danach habe er nicht gefragt, seine giftige Antwort; Nun, das ist aber gerade die Crux für sein Ding, damit jemals evtl. es bei Sommer mal vorwärts, statt rückwärts ginge.
* Lange hat lange getüftelt, theoretisch, ob es prinzipiell möglich sein kann, dem Windrotor etwas mehr Leistung zu entziehen, um diese z.B. über ein Getriebe umzulenken auf Räder oder eine Schiffschraube, um gegen den Wind zu fahren. Denn, klar ist auch, je steiler man die Flügel (in einem gewissen Gradbereich) anstellt (to pitch), je mehr kann man Leistung dem Wind entziehen, die damit auf der Rotorwelle ist. Aber zugleich wächst die Kraft, der Widerstand, die den Mast des Rotors bzw. das Fahrzeug, auf dem der Mast montiert ist, rückwärts treiben will, also entgegen dem Fahrtziel. Wo also liegt das „Mittlere Maß, wenn es denn überhaupt eines gibt? D.h.,
* Wo schneiden sich die beiden Kurven ?
Genau das habe er (Sommer) nicht gefragt, sagt er.
Nun gut, dann möge er schön weiter ins Leere basteln – wie seit Jahren- ohne Theorieverständnis - in seinem Hinterhof, täglich frustrierter werdend, wie man an seinen aggressiven Reaktionen sieht- völlig unfähig, meine berechtigte Kritik zu ertragen.
Allerdings: zwischendurch kapiert er auch mal was von mir, dann bedankt er sich prompt gentleman- like.
Er ist also bei uns Erfindern insofern noch nicht ganz verloren.
Jedoch, ausgerechnet die eigentliche Frage stellte er nicht. Ich stellte diese dann aus meiner grenzenlosen Gutmütigkeit heraus selbst u. als Gentleman habe ich sie ihm auch gleich beantwortet. Nun die Überraschung: Für meine Antwort zu dieser Kardinalfrage beschimpfte er mich auch noch, nämlich, das habe er gar nicht gefragt.
Sommer dankt einem also nicht jede Gutmütigkeit.
Ihr seht alle- ein Sommer macht noch keinen Sommer, noch weniger einen Winter.
Ein Dilettant im Wald wird nicht viel sehen u. sich keine Fragen stellen – höchstens die Romantik geniessen, aber ein Förster sieht ein Menge incl. mir, der ich Waldbesitzer bin.
Bastler, die kurzsichtig bleiben wollen u. nur ein schnelles Rezept wollen, aber keine Zusammenhänge wissen wollen, die soll man weiterhin in ihrer kleinen Welt träumen u. weiterschlafen lassen. Einen trämerischen Winter wünscht dem Sommer, 16.11.11, Dr. No

Kommentar überflüssig. Die Ergüsse von Master (oder ist es jetzt ein „Dr. No“?) sprechen für sich. Ich frage mich, wie lange ihn das wer-weiss-was-Team noch als „Experten“ halten will!

Jörg Sommer

Oha, da braucht’s einen Physiker.

Aber vielleicht hilft ja die URL http://www.renewable-energy-concepts.com/german/sonn… oder deren Verfasser weiter.

Hallo Tilmann Kluge,
vielen Dank für Ihre Antwort. Jetzt muss ich nur noch herausfinden, wie ich meinen aerodynamischen Kraftbeiwert ermittle. Ich habe schon mal ein bisschen herumgegoogelt - scheint nicht so einfach zu sein! Aber ich bin jetzt jedenfalls schon mal einen Schritt weiter.
mit freundlichem Gruß
Jörg Sommer

Oha, da braucht’s einen Physiker…