Kann so ein Windmühlenflügel funktionieren? - boote-forum.de

raziausdud · #1 15.06.2011, 14:09

Hallo zusammen,

ich wende mich hier mal mit etwas anderem gleich an die Segel-Fraktion (gleiches steht auch im woodworker-Forum).

Ich versuche für jemanden, seine Windmühle in Bewegung zu bringen. Ich habe die vorher flach stehenden Flügel nun schräg angebracht, so dass sie nun in einem kleinen Winkel zur Windeinfallsrichtung stehen.

Ich war Modellflieger und bin aktiver Segler, meine mich also ein wenig mit Aerodynamik auszukennen. Ich hab schon etliches durch Wind in Bewegung versetzt. Aber ich bekomme diese Flügel nicht zum Drehen. Selbstverständlich ist das Ganze ausgewuchtet. Kann es sein, dass so ein Flügel wie abgebildet (ich habe es da schon mit aufgespanntem Papier versucht ...) gar nicht funktionieren kann?

Ein idealer Flügel wird auf beiden Seiten umströmt, siehe zweites Foto oben. Auf der Luv-Seite entsteht ein Druck, der das Segel/das Profil zur Seite schiebt, auf der Lee-Seite entsteht ein Unterdruck, der das Segel/ das Profil zur Seite zieht.

Beim vorliegenden Windmühlenflügel kann die Luft auf der Lee-Seite überhaupt nicht oder nur sehr schlecht eentlangströmen. Im Gegenteil, die Luft drückt gegen die Streben und verhindert damit sogar eine Flügelbewegung, siehe zweites Foto unten.

Soweit meine Theorie.... Richtig?

Oder hat jemand schon einmal solch eine Flügel korrekt drehen sehen?

Vielen Dank für Antworten und Ratschläge im voraus und freundliche Grüße
Rainer

Flybridge · #2 15.06.2011, 14:41

Falscher Ansatz.

Du willst ja keinen Vortrieb erzeugen, sondern nur eine Drehbewegung haben.

Also ist soweit alles richtig...bis auf die Tatsache, dass die Flügel schräg an der Nabe hängen müssen. Wie soll ich das jetzt erklären?

Schau dir mal die Originalwindmühlen in NL an. Dann weißt du, was ich meine.

Als Bespannung nimmt man Tuch, dass auf einer Seite fest gebunden wird. Wenn die Mühle außer Betrieb genommen wird, dann bindet man das Tuch auf einer Seite zu einer Wurst zusammen.

Flybridge · #3 15.06.2011, 14:45

Hier kann man das wenig sehen:

http://www.screen-town.de/muehlen/windmuehlen.html

Die Fächer sitzen etwas schräg am Balken.

raziausdud · #4 15.06.2011, 14:53

Vielen Dank.

Deswegen glaubte ich ja, dass ich das hinbekomme:

Die Flächen standen zuvor senkrecht zur Achse, jetzt habe ich sie leicht angeschrägt. Ja, das ist nicht eindeutig mit Worten zu beschreiben, deshalb habe ich jetzt in die Zeichnung noch die Achse (grün) eingezeichnet. Man schaut also quasi flach über einen Flügel in Richtung Achse, der Wind kommt in der Zeichnung von unten. Und auch im Foto sieht man, dass der freie Teil des Flügels etwas nach hinten abgewinkelt ist, das habe ich mit einem roten Pfeil ergänzt.

Das müsste eigentlich richtig sein.

Rainer

Flybridge · #5 15.06.2011, 14:59

Das ist m.E. zu wenig. Gehe mal in Richtung 45°. Das ist das selbe Prinzip wie bei diesen Erzgebirgsmühlen, die man zu Weihanchten mit kerzen laufen lässt.

Da werden die Flügel auf die Achse gesteckt; aber immer schräg.

Dann könnte ich mir vorstellen, dass zu wenig Wind an die Mühle kommt. Steht zu weit unten und irgendwo im Garten (der mit Bäumen und Büschen umrahmt ist?).

raziausdud · #6 15.06.2011, 15:06

Bei den 45 Grad da muss ich Dir wohl widersprechen ...

45 Grad sind nur in dem Moment günstig, wenn Wind auf das stehende Rad trifft. Im Bewegung kommt dann aber "Fahrtwind" dazu, der Wind den das Rad durch seine Bewegung "spürt", das ist in Worten auch schwer zu beschreiben, ist aber das gleiche wie mit wahrem und scheinbarem W ind beim Segeln.

Ich habe einen Winkel von 20 Grad gewählt.

Ganz korrekt müsste der Flügel sogar einen von der Spitze nach innen zunehmenden Anstellwinkel haben, weil der Fahrtwind an der Flügelspitze viel größer ist als nahe der Achse. Das haben "richtige" Windmühlen auch. Das wäre hier aber zuviel der Perfektion ...

Ja, vielleicht funktioniert es dann vor Ort. Das Foto zeigt einen Probe-Aufbau in meinem Garten.
Rainer

Flybridge · #7 15.06.2011, 15:21

Ja, irgendwann wird der Strömungswiderstand des Blattes größer als der Antrieb durch die vorbei ziehende Luftströmung von vorn. Man muss es wohl probieren.

Erfahrunsgwerte oder eine Berechnung kann ich nicht geben. Ich habe mir nur sehr genau die Windmühlen in NL angeschaut. Das sind ganz platte Flügel, die schräg stehen und mit Segeltuch bespannt sind. Mehr nicht.

W.Bligh · #8 15.06.2011, 15:54

Hallo Rainer,

die von Micha erwähnten 45° sind genau richtig, weil Du mit Deiner Gartenzaunkonstruktion mehr Widerstand als potenziellen Propellervortrieb in Drehrichtung hast.
Die einzig nutzbare Kraft ist die des aufprallenden Windes auf den Flügel, die über die Rückseite strömende Luft, die bei einem Profil 66% der nutzbaren Drehkraft ausmachen würde, verwirbelt ungenutzt.
Um in den Bereich zu kommen, den Du mit "Fahrtwind" beschreibst, müsste Deine Mühle ein paar hundert Umdrehungen pro Minute machen, - und dann möchte ich da nicht in der Nähe stehen

W.Bligh · #9 15.06.2011, 16:33

Idee:

Wenn Du zusätzlich zu den auf die Vorderseite plan aufgeklebten Zeitungen auf der Rückseite ein Tuch verspannen würdest, sähe die Sache schon deutlich freundlicher aus! Dann könntest Du nämlich deutlich den Bernoulli-Effekt nutzen.

raziausdud · #10 15.06.2011, 16:39

Ja, Danke, das leuchtet mir ein. Mit dieser Konstruktion kommt man wohl kaum in den Bereich hoher Drehzahlen und der dann starken Bedeutung des scheinbaren Windes.

Aber der scheinbare Wind hat meiner Meinug nach schon eine geringe Bedeutung, der "Fahrtwind" entspricht der Drehbewegung der Flügel, die Resultierende aus Wind und "Fahrtwind" ergibt den scheinbaren Wind. Ein 45 Grad Flügel ist dann optimal, wenn Wind und Fahrtwind gleich sind. Insofern muss ich meine obige Angabe für ein stehendes Windrad revidieren. Und wir als Segler müssen das hier ausdiskutieren ... Aber mit dieser Konstruktion ist man - wie gesagt, das sehe ich jetzt ein - weit weg von modernen Windkraftanlagen, die mit ganz ganz flachen Anstellwinkeln arbeiten.

Nur, ich kann die Flügel so wie abgebildet nicht noch steiler (45 Grad) stellen, dann kommen sie gegen den Turm. Mal schaun, ob ich die Achse ein wenig herausbekomme. Sonst bleibt mir nur, sie "falsch herum" zu konstruieren, indem das freie Ende des Flügels nun also 45 Grad nach vorne zum Wind zeigt. Dann dreht die Mühle auch falsch herum, nämlich nach links, und mit dem freien Ende eines jeden Flügels voran ... für mich (Ästhet und Perfektionist ..

) kaum denkbar. Die Dame, für die ich das versuche, wird das aber denke ich nicht stören. Aber fragen muss ich erst ...

Rainer

W.Bligh · #11 15.06.2011, 16:46

Mach nen Dynamo zum Bremsen dran, vielleicht erhätst Du dann noch Fördergelder von EON

raziausdud · #12 15.06.2011, 17:07

Hier noch - da ich gern Recht habe

- der erwähnte sich zur Achse hin vergrößernde doch recht flache Anstellwinkel bei "richtigen" Windmühlen ( haben auch moderne Rotoren) ...

raziausdud · #13 15.06.2011, 17:35

ich war schon längst wieder im Garten ... da dämmerte es mir. Dieses letzte Foto ... die dreht doch links herum ?! Ja !! Kurz gegoogelt, die meisten alten drehen so herum. Wieder was gelernt. Die modernen Windkrafträder rechts herum.

Für alle, die es so genau wissen wollen wie ich ...

als wenn es nichts Besseres zu tun gäbe ...

Rainer

Steuerknecht · #14 15.06.2011, 17:38

raziausdud!

An sich KANN das funktionieren, ist aber nicht besonders effizient. Der Anstellwinkel der Flügel sollte allerdings verdreht sein: also in Nabennähe eher steil, an den Flügelspitzen flacher.

Auch die alten Windmühlen waren schon so beschaffen; bei Hubschraubern ist das inb den Rotoren ebenfalls der Fall - auch bei Flugzeugen, dort allerdings aus anderem Grund: ->Strömungsabriss.

Viel Erfolg, Micha.

raziausdud · #15 15.06.2011, 17:43

Mann ...

bei woodworker.de , wo ich wie gesagt die Frage auch gestellt habe, wird eben eine Werbung eingeblendet
http://www.schoener-wohnen24.com/p/3...&cid=shopping& oder Foto unten
also doch keine 45 Grad, ehr flacher ... !?

Das sieht sonst aus wie bei mir, auch der Anstellwinkel, kugelgelagerte Achsen usw.

Also dann muss das doch funktionieren. Mal sehen, morgen ist mehr Wind angesagt.

Steuerknecht · #16 15.06.2011, 17:53

Ich weiß ja nicht, wie schnell sich das Ding drehen soll, wieviel Arbeit es leisten soll; da gibt es arme Schweine (Maschinenbaustudenten) denen das mal vorgesetzt wird; ohne Last allerding kann sich das Ding wuunderbar drehen. Die Drehrichtung mußt Du Dir natürlich ausdenken. In Nabennähe brauchst Du einen höheren Anstellwinkel (iss eiinfach so), an den Spitzen brauchst Du einen geringeren.
Gruß, M.

also doch keine 45 Grad, ehr flacher ... !?

[/QUOTE]

raziausdud · #17 15.06.2011, 18:07

Das soll keine Arbeit leisten. Es dreht sich auch mit dem Finger angetippt sehr leicht, die Achse ist an der Mühle vor Ort m.E. eine Fahrrad-Kugellager-Achse, bei mir im Garten allerdings nur eine 10er Schraube, aber auch das dreht sich sehr leicht.

Ich dachte daher, das müsste der leiseste Windhauch zum Drehen bringen. Ausgewuchtet/ausbalanciert ist es wie gesagt auch.

Hendrik · #18 15.06.2011, 19:26

Das, was Ihr hier schon mehrfach angesprochen habt nennt sich geometrische Schränkung.
Neben der geometrischen Schränkung gibt es noch die aerodynamische Schränkung, bei der sich die Profilform über die Flügellänge verändert.
Oft findet man eine Kombination aus beidem vor.

Beispiele hierfür sind nicht nur Flugzeugtragflächen, Rotorblätter von Drehflüglern (Hubschraubern) und Windkraftanlagen sondern auch Gebläse- und Turbinenschaufeln, teilw. auch Pumpenschaufeln, Flugzeug- und Bootspropeller, etc...

Für dieses Garten-Deko-Dingen brauchen wir uns aber wohl keine Gedanken über Schränkung machen.

Ich würde es auch mit den 45° versuchen, da die Haftreibung (in den Lagern) größer ist als die Gleitreibung.
Es ist wichtig, dass die Mühle erst einmal aus dem Stand ins Laufen kommt, Stichwort "Losbrechmoment".
Weiter drehen wird sie sich dann schon.

Wenn sich das Ganze dann bei größerer Drehzahl aerodynamisch von selbst ausbremst und einregelt, kann das doch nur recht sein.
Besser, als wenn das Ding bei Starkwind ohne Ende ab geht, bis die Teile fliegen.

raziausdud · #19 16.06.2011, 11:29

Hallo zusammen,

sie dreht sich !!! Ich habe heut morgen die Flügel auf 45 Grad gestellt und nun genügt ein Lufthauch, sie in Bewegung zu versetzen. Ich und die Dame für die ich das mache haben uns sehr gefreut.

Ich habe wohl wirklich zu kompliziert gedacht. Diese einfachen Flügel funktionieren wohl nur auf Winddruck. Auf zu flachen Flügeln kann der Winddruck offensichtlich die Trägheit der gesamten Konstruktion und die Haftreibung der (Fahrrad-Kugel-) Lager nicht überwinden. Stärker gewinkelte Flügel = mehr Kraft , weniger Geschwindigkeit (was bei solch einem Deko-Objekt wohl auch gut ist...).

Vielen Dank für Eure Mithilfe und Grüße
Rainer

Micha° · #20 16.06.2011, 16:20

Ich hoffe Steuerknecht hat da sehr geholfen, ganz ohne so'ne Wörter wie "Schränkung".

Giligan · #21 16.06.2011, 16:50

Manmanmann!

Das geht auch ohne aerodynamische Spitzfindigkeiten! Solarzelle, etwas Kabel, E-Motor und fertig.

Gruß
Willy

bootsmann · #22 16.06.2011, 17:49

Nun noch ein paar Gartenzwerge und die Welt ist wieder i.O.

Giligan · #23 16.06.2011, 19:41

Zitat:

Zitat von bootsmann

Nun noch ein paar Gartenzwerge und die Welt ist wieder i.O.

Zum allgemeinen Wohlbefinden des Besitzers müssen sie aber zwingend beleuchtet sein!

Hendrik · #24 16.06.2011, 19:50

Zitat:

Zitat von Micha°

Ich hoffe Steuerknecht hat da sehr geholfen, ganz ohne so'ne Wörter wie "Schränkung".

Da muss ich mich auch korrigieren

:

Zitat:

Zitat von Hendrik

Das, was Ihr hier schon mehrfach angesprochen habt nennt sich geometrische Schränkung.
Neben der geometrischen Schränkung gibt es noch die aerodynamische Schränkung, bei der sich die Profilform über die Flügellänge verändert.
Oft findet man eine Kombination aus beidem vor.

Beispiele hierfür sind nicht nur Flugzeugtragflächen, Rotorblätter von Drehflüglern (Hubschraubern) und Windkraftanlagen sondern auch Gebläse- und Turbinenschaufeln, teilw. auch Pumpenschaufeln, Flugzeug- und Bootspropeller, etc...

Für dieses Garten-Deko-Dingen brauchen wir uns aber wohl keine Gedanken über Schränkung machen.

Der Begriff Schränkung ist hier fehl am Platz,
mein Fehler (Danke Manfred für den Hinweis)

!!!
Er wird offensichtlich nur im Zusammenhang mit Flugzeugtragflächen verwendet, nicht aber bei rotierenden Propellern, was ja auch ein wenig, ein anderer Fall ist.

Das Prinzip, auf das ich hinaus wollte, ist aber das gleiche wie bei einem geometrisch geschränkten Tragflügel.

Ein Propellerblatt, das in sich verwunden ist.
Der Anstellwinkel an der Blattwurzel ist dabei immer größer als der an der Blattspitze, eben weil der Umfang innen kleiner ist als außen.
Die Steigung bleibt dabei konstant. Schwierig zu erklären, aber es ist eigentlich ein ganz einfacher geometrischer Zusammenhang, den man selbst an jedem Schraubengewinde wieder findet.

Leider finde ich gerade keinen passenden Begriff dafür.

Das ist für diese Deko-Windmühlen natürlich Wurscht.

Ich würde es auch mit den 45° versuchen, da die Haftreibung (in den Lagern) größer ist als die Gleitreibung.
Es ist wichtig, dass die Mühle erst einmal aus dem Stand ins Laufen kommt, Stichwort "Losbrechmoment".
Weiter drehen wird sie sich dann schon.

Wenn sich das Ganze dann bei größerer Drehzahl aerodynamisch von selbst ausbremst und einregelt, kann das doch nur recht sein.
Besser, als wenn das Ding bei Starkwind ohne Ende ab geht, bis die Teile fliegen.

Micha° · #25 17.06.2011, 11:57

Moin Hendrik,

ich kann mir jetzt nicht helfen; ich möchte Dir Deinen eigenen Widerspruch widerlegen.
Zwar kenne ich das Wort "Schränkung" nicht .... ABER: ein Tragflügel beim Flugzeug hat sehrwohl unterschiedliche Winkel über die Länge; zum Rumpf (vgl. Nabe) ist er höher als zur Flügelspitze. Das hat hier den Sinn, daß ein eintretender Strömungsabriss (Stall) nicht den ganzen Flügel auf einmal erwischt, sondern erstmal die Teile nahh beim Rumpf. Dadurch "fliegt" der Rest des Flügels noch und man hat die Gelegenheit dem Strömungsabriss entgegen zu wirken; da ja die Steuerklappen dort sind, wo der Luftstrom (noch) nicht abgerissen ist. Bei Airfrance ist sowas abba schonmal schiefgelaufen.

Gruß, Micha.