Windkonverter

windkonverterEnt­wick­lung und Bau eines Wind­kon­ver­ters mit einem Schlitz­flü­gel. Der Schlitz­flü­gel geht auf ein Pa­tent des In­ge­nieurs Kha­mas, Ber­lin/Da­mas­kus zu­rück, der uns ge­stat­tet hat, den Flü­gel wei­ter zu ent­wi­ckeln und zu op­ti­mie­ren.

Der Schlitz­flü­gel ist schnell und ein­fach zu bauen und ist einem ver­gleich­ba­ren, un­ge­schlitz­ten Wind­flü­gel über­le­gen, wenn be­stimm­te Kon­struk­ti­ons­prin­zi­pi­en be­ach­tet wer­den. Er be­steht aus einem tra­pez­för­mig zu­ge­schnit­te­nen Blech, das mit einem mit­tig ver­lau­fen­den Schlitz ver­se­hen ist, der kurz vor dem Flü­ge­len­de in einer Boh­rung endet. Die Längs­kan­ten der Ble­che und der Schlit­ze sind nach einem be­stimm­ten Sys­tem ge­kan­tet. Zu­sätz­lich wer­den die zwei Bleich­strei­fen des Flü­gels am Flü­ge­l­auf­neh­mer schräg ver­setzt an­ge­ord­net, um dem Flü­gel Sta­bi­li­tät zu ver­lei­hen.

In den ver­gan­ge­nen Jah­ren haben Fach­ober­schü­ler in meh­re­ren Phy­sik-AGs sehr viele Mo­dell­va­ria­tio­nen des Schlitz­flü­gels in un­se­rem of­fe­nen Wind­ka­nal un­ter­sucht und op­ti­miert. Schlitz­flü­gel be­sit­zen fol­gen­de Vor­tei­le:

  • Ein­fa­che Bau­wei­se aus Blech­strei­fen aus Stahl­blech oder Alu­mi­ni­um.
  • Ihr Bau er­for­dert keine Spe­zi­al­werk­zeu­ge.
  • Hö­he­re Wir­kungs­gra­de als ver­gleich­ba­re Blech­flü­gel.
  • Hohe An­lauf­dreh­mo­men­te. Da­durch sind Schlitz­flü­gel für den Di­rekt­an­trieb von me­cha­ni­schen Pum­pen und elek­tri­schen Ge­ne­ra­to­ren ge­eig­net.
  • Ge­rin­ge Flü­gel­mas­se.

Savoniusrotoren

savonius-rotorDer Fach­be­reich Phy­sik be­schäf­tig­te sich in den ver­gan­ge­nen Jah­ren in­ten­siv mit der Ver­bes­se­rung von Savo­ni­us-Ro­to­ren. Vor dem Bau eines in der Pra­xis ge­eig­ne­ten Savo­ni­us-Ro­tors wur­den an­hand von Papp­mo­del­len ver­schie­de­ne Mo­dell­for­men im Wind­ka­nal op­ti­miert. Hier hatte sich eine Va­ri­an­te mit drei Wi­der­stands­flä­chen als be­son­ders güns­tig er­wie­sen, die letzt­lich als Vor­bild für den Bau eines Ro­tors auf dem Dach der Schu­le dien­te.

Der Savo­ni­us-Ro­tor auf dem Dach der Schu­le hat eine Höhe von zwei Metern bei einem Durch­mes­ser von einem Meter. Am un­te­ren Ende der senk­rech­ten Welle ist über eine Keil­rie­men­über­set­zung ein 60 Watt Dreh­strom-Ge­ne­ra­tor mit Per­ma­nent­ma­gne­ten an­ge­flanscht, der eine Span­nung von 12 V lie­fert, die an­schlie­ßend über einen Gleich­rich­ter in Gleich­span­nung um­ge­wan­delt wird.

Der Savo­ni­us-Ro­tor un­ter­stützt die pho­to­vol­tai­sche In­sel­an­la­ge mit En­er­gie, was be­son­ders in den Win­ter­mo­na­ten wich­tig ist. In der Li­te­ra­tur wird be­son­ders die Sturm­si­cher­heit eines Savo­ni­us-Ro­tors her­vor­ge­ho­ben, weil nach der Theo­rie die Ver­wir­be­lung der Luft bei hohen Dreh­zah­len eine wei­te­re Dreh­zahl­er­hö­hung ver­hin­dern würde. Tat­säch­lich haben un­se­re Er­fah­run­gen bei einem Orkan in Ber­lin vor ei­ni­gen Jah­ren ge­zeigt, dass Savo­ni­us-Ro­to­ren ohne Brems­sys­te­me kei­nes­wegs sturm­si­cher sind, wie be­haup­tet wird. Unser Rotor er­reich­te bei dem Sturm 800 Um­dre­hun­gen in der Mi­nu­te und war nur unter größ­tem per­sön­li­chen Ein­satz der Kol­le­gen mit Hilfe von Holz­boh­len ab­zu­brem­sen. Die dabei auf­tre­ten­den Schwin­gun­gen und die hohe Ro­ta­ti­ons­en­er­gie der ro­tie­ren­den Masse von 100 kg hät­ten den Rotor und das Ge­stell, bei einem wei­te­ren un­ge­stör­ten Lauf, zer­legt.

Nach die­sen Er­fah­run­gen wurde auf den Ein­satz eines be­reits fer­tig­ge­stell­ten, noch weit grö­ße­ren Savo­ni­us-Ro­tors mit einem Durch­mes­ser von 2 m ver­zich­tet. Der neue Savo­ni­us-Rotor auf dem Dach der Schu­le ist mit einer selb­stän­di­gen Brem­se ver­se­hen, die bei einer be­stimm­ten Höchst­dreh­zahl den Rotor still­legt. Die er­neu­te In­be­trieb­nah­me kann da­nach aus Si­cher­heits­grün­den nur noch mit der Hand er­fol­gen. Kern­stück der Brem­se ist ein Fe­der­zy­lin­der mit einem Bol­zen, der an der Ro­tor­schei­be an­ge­bracht ist und mit dem Rotor mit­läuft. Bei einer be­stimm­ten Dreh­zahl löst der Bol­zen, auf­grund der Flieh­kraft einen außen lie­gen­den Brems­me­cha­nis­mus aus. Trotz des, im Ver­gleich zu her­kömm­li­chen Wind­rä­dern, ge­rin­gen Wir­kungs­gra­des von 12%, hat der Ein­satz von Savo­ni­us-Ro­to­ren fol­gen­de Vor­tei­le:

  • Ein­fa­che Kon­struk­ti­on mit ein­fa­chen Ma­te­ria­li­en.
  • Hohes An­lauf­dreh­mo­ment. Da­durch sind Savo­ni­us-Ro­to­ren auch für den Di­rekt­an­trieb von me­cha­ni­schen Pum­pen ge­eig­net.
  • Savo­ni­us-Ro­to­ren sind im prak­ti­schen Ein­satz sehr ro­bust und zu­ver­läs­sig und er­for­dern wenig War­tung.

Üb­ri­gens, die in der Li­te­ra­tur an­ge­ge­be­nen Wir­kungs­gra­de von 23% konn­ten von uns bei kei­nem der un­ter­such­ten Savo­ni­us-Ro­to­ren er­reicht wer­den. Diese Zahl scheint uns zu hoch ge­grif­fen zu sein, sie liegt bei ca.12%.

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