Das Windrad und sein Generator

[lüsterklemme2000]

So, habe mich für einen Servomotor entschieden. Die gibt es praktischerweise gleich mit einem angeflanschten Getriebe, sodass ich das Gesamtpaket direkt an die Rotorachse dranspaxen kann.

Eine Solaranlage mag vielleicht billiger sein, aber ist auch eher "langweilig". Da dreht sich nichts, da quietscht nix und das hat ja jeder . Bei selber hergestellten Solarmodulen können wir nochmal
darüber sprechen, aber beim Windrad ist der Lern- und Igorfaktor einfach deutlich höher
Wenn es was Neues gibt werde ich berichten.

[Blueloop]

So ein Hoverboardrad wäre vielleicht wirklich eine Überlegung wert. Kann nur sein, dass man es umwickeln muss, da die ja an sich für eher so 36-48V ausgelegt sind. Leistung sollte aber etwa hinkommen. Was für eine Spannung brauchst du denn nachher eigentlich überhaupt?

Ich würde heutzutage das so auslegen das die Generatorspannung entweder deutlich höher oder niedriger als die Batteriespannung ist und dann ein Schaltregler mit einem Mikrokontroller der ein wenig MPP macht. Der kann dann auch gleich dafür sorgen das das erst ab einer bestimmten Windgeschwindigkeit belastet wird und das es bei Sturm geschützt wird.

[Till]

Ich denke auch es ist sinnvoller die Spannung recht hoch anzusetzen,
mittlerweile besitzt ja so gut wie jedes SNT einen Weitbereichseingang, mit einem kleinen Regler kann man
dann ja recht einfach die Zwischenkreisspannung konstant halten.

Servos bieten sich ja dann förmlich an, sie haben eine sehr gute Lagerung, vernünftige Magneten,
sind auf Lebensdauer ausgelegt und auch einigermaßen Standartisiert.
So bekommt man auch mal einen Ersatz wenn etwas dran passiert.

Die Hoverboard Motoren werden bestimmt nicht sonderlich gut optimiert sein vom Wirkungsgrad und der Lebensdauer.
Wo sollte bei solchen "Consumer" Geräten auch das Geld dafür herkommen.

Ich denke da ist man im Industrie Bereich deutlich besser aufgehoben.
Zumal es sich preislich nun wirklich nichts nimmt.

[lüsterklemme2000]

@Blueloop:
Genau so habe ich das auch vor. Werde vermutlich ein Schaltnetzteil nehmen, dessen Ausgangsspannung ich von einem Mikrokontroller so regeln lasse, dass ich mich im MPP befinde.
Oder ich bastel mir das Schaltnetzeil komplett selber auf basis eines Mikrkontrollers. Aber erstmal muss das Ganze mechanisch fertig sein, damit dann die Steuerung gebaut werden kann .

MfG.
Lüsterklemme

[Bastelbruder]

Die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils darf ruhig von einem Mikroprozessor bestimmt werden. Oder von der angeschlossenen Batterie oder sonst jemandem.

Aber der Primärstrom und damit der dem Generator entgegengesetzte Widerstand sollte intelligent geregelt werden.

[Mirqua]

Hier mal Bilder vom Generator vom "Flip"
Generator , Spule und eine Seite Magnete

[lüsterklemme2000]

Hier hat sich in der Zwischenzeit ein bisschen was an diesem Projekt getan.

Doch fangen wir von vorne an. Geworden ist es jetzt ein Servomotor von Wittenstein mit 2,2 kW samt angeflanschtem Planetengetriebe. Dank des Planetengetriebes möchte der Motor bis zu 400 Umdrehungen sehen, was optimal zu den Werten des Windrades passt.
Während die Post den Motor durch die Republik fährt, habe ich auch schonmal das "Fundament" für das Windrad teilweise ausgehoben, welches nun darauf wartet, mit Metall und Stein befüllt zu werden.


In das Loch kommt dann ein Stahlpfeiler mit ca. 2 Metern Länge. An diesen werden dann 1 Meter unter der Erde vier Querstreben geschweißt, auf welche dann Sandsteinquader gelegt werden. Die Einzelteile dafür sind auch bereits fertig, nur gibt es davon keine Bilder.
So sieht der Motor aus

Damit ihr wisst, wie das ganze so grob aussehen soll hier mal zur Veranschaulichung das Maschinenhaus als Modell


Damit an den Wellenstummel die Rotorwelle passt, muss erst noch ein Adapter gedreht werden



Mitsamt den Lagern und der 30 mm Welle ist der Teil fast fertig.

Also wird es Zeit, sich um die Lagerung des Maschinenhauses auf dem Turm zu kümmern. In der Bucht fand sich dann auch ein Drehkranz mit etwa 32 cm Durchmesser samt Zahnkranz. Also das Teil mal geordert. Beim Auspacken kam aber ganz schnell die Ernüchterung.
Wer seine Käseplatte drehen will, ist damit wunderbar bedient, aber für ernsthafte Lasten ist der Drehkranz zu filigran.


Aber es wäre auch zu einfach gewesen, wenn das geklappt hätte. Also muss die Lagerung doch wieder selber gebastelt werden. Eine Kombination aus Axial- und Radiallager müsste für diesen Zweck genau das richtige sein. So ist der grobe Aufbau. Die beiden roten Teile in dem Modell sind Stahlplatten. Die Untere ist an den Turm geschraubt und die Obere gehört zum Maschinenhaus.


Um das Axiallager zu fixieren habe ich in zwei 25 mm Stahlplatten jeweils eine Vertiefung für die Lagerschalen gedreht und in die Mitte noch ein 50 er Loch gemacht.
Mit der 50 mm Welle im inneren sieht das ganze so aus




In die untere Platte wird die Welle eingeschweißt und kommt auf eine kleine Stahlplatte, die dann an den Turm geschraubt wird. Die obere Metallplatte wird an die Bodenplatte des Maschinenhauses geschweißt. In die Platte wurde vorher mit dem Plasmaschneider ein Loch für die Welle reingeschnitten. Mit dem oben angeschraubten Radiallager ist die Lagerung fast fertig.


Um später das Maschinenhaus drehen zu können, braucht es hier noch einen Antrieb. Wie man aus dem Modell von oben erkennen kann, wird dies über ein Schneckengetriebe gelöst.
Das Zahnrad wird einfach auf die Welle geschraubt. Der Motor samt Rotorwelle dürfen auch schonmal Probeliegen.



Die Platte wird dann im nächsten Schritt nach hinten erweitert um den Motor halten zu können. Generell ist das ganze irgendwie wieder ein bisschen aus dem Ruder gelaufen. Das Konstrukt auf dem letzten Bild wiegt alleine schon 70 kg. Aber dafür ist die Lagerung des Maschinenhauses wenigstens äußerst stabil, da wackelt nix.

So, das wars für heute. Demnächst geht es dann weiter. Ich werde berichten.

Schönen Abend noch,
Lüsterklemme

[Anse]

Danke für den Bericht Bin schon gespannt wie es weiter geht.
Ein bisschen Bedenken hätte ich bei dem Servo schon wegen der mechanischen Belastbarkeit. Ein Servo ist ja in erster Linie für Positionieraufgaben gebaut.

[Geistesblitz]

Wo sollen denn die Kabel langlaufen? Für sowas wäre doch eigentlich eine Hohlwelle sinnvoll, sodass die Kabel genau durch die Mitte verlaufen können. Dann bekommt man auch nicht so schnell Probleme durch Verdrehen (was aber trotzdem immernoch passieren kann).

Wieso braucht der kleine Motor unbedingt ein Kardangelenk? Sieht für mich so aus, als ob der auch problemlos gerade passen würde.

Ansonsten aber ein sehr ambitioniertes Projekt. Bin auch mal gespannt, was da noch so rauskommt

[Anse]

Wieso braucht der kleine Motor unbedingt ein Kardangelenk? Sieht für mich so aus, als ob der auch problemlos gerade passen würde.

Wenn man die Schneckenwelle um ein paar Grad dreht kommt man sicher ohne Kardanwelle aus.

[lüsterklemme2000]

@Geistesblitz:
Genau, die Kabel sollen durch die Welle gehen. Daher ist diese bereits hohl. Im Moment ist es ein 16 mm Loch. Testweise passen dort auch alle Kabel ohne Probleme durch. Der Motor hat ein Kardangelenk bekommen, weil ich das Modell teilweise abends im Rahmen geistiger Abwesenheit gemacht habe . In echt wäre mir das auch zu aufwändig da noch ein Gelenk zwischen zu setzen. Zumal das Modell auch nicht wirklich maßhaltig ist, da ich die Bemaßung nur geschätzt habe.


@Anse
Ich denke mal erstmal wird der Motor das eine Zeit lang abkönnen. Und wenn er dann doch irgendwann mal kaputt ist, gibts halt eine andere Lösung, dafür ist man ja Bastler

[ferdimh]

Ein bisschen Bedenken hätte ich bei dem Servo schon wegen der mechanischen Belastbarkeit. Ein Servo ist ja in erster Linie für Positionieraufgaben gebaut.

Und zwar für schnelle schmerzfreie Positionieraufgaben mit massiver Überlast....
das geht schon, wenn die CNC ernsthaft ackert, wird ständig im Eilgang (beim Beschleunigen "mehr-als-Vollgas") hin und her geeiert und das Ding kommt auch kaum zum Stehen, da langweilt sich das Ding hier eher zu Tode.

[Anse]

Und zwar für schnelle schmerzfreie Positionieraufgaben mit massiver Überlast....
das geht schon, wenn die CNC ernsthaft ackert, wird ständig im Eilgang (beim Beschleunigen "mehr-als-Vollgas") hin und her geeiert und das Ding kommt auch kaum zum Stehen, da langweilt sich das Ding hier eher zu Tode.

Hast schon recht, aber in CNC-Maschinen werden selten Motoren mit Getriebe eingesetzt. Dazu werden die meisten Kräfte von den Spindellager abgefangen.

Ich gehe mal davon aus das es lange gut gehen wird. Da einzige was Verschleiß unterliegt sind die Lager und die Zahnräder. Die Lager lassen sich ja einfach tauschen. Hat das Getriebe Ölfüllung?

[lüsterklemme2000]

Ja das Getriebe hat Öl. Das Öl habe ich auch durch frisches ersetzt, als der Motor angekommen ist.
Ansonsten ist das Getriebe aber auch noch sehr gut in Schuss, Spiel ist keins.
Im Betrieb bekommt das Teil vermutlich, wie ferdimh bereits schrieb, auch nicht allzu oft volle Last und sollte daher doch recht lange durchhalten.

[sysconsol]

Ich hätte Bedenken wegen dem Wirkungsgrad vom Getriebe.
Um das Konstrukt loszudrehen braucht es schon etwas Kraft.

Für welche Drehzahl ist der Motor selbst ausgelegt?
1500, 3000, 6000 wären mir bekannte übliche Werte.

Ein 1500er Motor direkt getrieben wäre hier die sinnvollste Lösung, um auch bei wenig Wind Leistung abnehmen zu können.
Ein vernünftiger Servomotor kann etwas mehr als die angegebenen Umdrehungen ab (beim 1500er sollten 2000 Upm kein Problem sein)
und hat zudem ein geringes Rastmoment (dazu werden die Magnete auf dem Rotor im Streifen geschnitten und jeweils leicht versetzt zueinander aufgebracht).

[Towarisch]

Wie bist du auf den Rotorwellendurchmesser gekommen, ist da was berechnet? Oder haste die 30er Lager noch gehabt und daher den Durchmesser genommen?
Mir wäre das recht spack, auch noch als Vollwelle. Als alter Modellhelifritze hab ich immernoch höchsten Respekt von der Energie, die so ein Rotorchen speichern kann. Wenn denn sich da noch was in Resonanz schwingt...
Wie groß wird der Rotor? Welche Stärke bekommt die Grundplatte?

[Anse]

Wie bist du auf den Rotorwellendurchmesser gekommen, ist da was berechnet? Oder haste die 30er Lager noch gehabt und daher den Durchmesser genommen?
Mir wäre das recht spack, auch noch als Vollwelle. Als alter Modellhelifritze hab ich immernoch höchsten Respekt von der Energie, die so ein Rotorchen speichern kann. Wenn denn sich da noch was in Resonanz schwingt...
Wie groß wird der Rotor? Welche Stärke bekommt die Grundplatte?

Rechne mal aus was für ein Flächenmoment eine 30mm Welle hat. Sollte eigentlich locker reichen. Die Belastungen lassen sich begrenzen in dem man keine einfache Windfahne verwendet sonder ein Stellmotor. Eine Windfahne kann zu ruckartigen Verdrehungen der Gondel führen und so mit zu großen Kreiselkräften am Rotor.

[lüsterklemme2000]

Die 30er Welle habe ich aus Gefühl gewählt. Das müsst eigentlich auch vollkommen für die wirkenden Kräfte genügen, wie Anse ja schon schrieb.
Vor der Rotationsenergie des Rotors habe ich aber auch wirklich großen Respekt, vor allem nachdem ich es mal ausgerechnet habe. Mit 2,5 Meter Flügeln zu je 8kg komme ich bei 300 U/min auf etwas über 12 kJ.
Interessanter wird es dann, wenn sich mal ein Flügel bei solchen Drehzahlen löst .

@Towarisch: Meinst du mit Grundplatte den Teil, der in der Erde ist, also das Fundament?

[Towarisch]

Rechne mal aus was für ein Flächenmoment eine 30mm Welle hat. Sollte eigentlich locker reichen. Die Belastungen lassen sich begrenzen in dem man keine einfache Windfahne verwendet sonder ein Stellmotor. Eine Windfahne kann zu ruckartigen Verdrehungen der Gondel führen und so mit zu großen Kreiselkräften am Rotor.

Ja gut, drum fragte ich ja, ob da jemand gerechnet hat. Und der hat dann hoffentlich auch die erforderlichen Kräfte berechnet, die einen 4m Rotor mit 400U/min im Zaum halten können. Dann is ja alles gut

[Anse]

Vor der Rotationsenergie des Rotors habe ich aber auch wirklich großen Respekt, vor allem nachdem ich es mal ausgerechnet habe. Mit 2,5 Meter Flügeln zu je 8kg komme ich bei 300 U/min auf etwas über 12 kJ.

Wie hat Du die Energie berechnet? kommt mir etwas hoch vor. Ich kenne die Massenverteilung in dem Rad aber nicht.

[Towarisch]

@Towarisch: Meinst du mit Grundplatte den Teil, der in der Erde ist, also das Fundament?

Nein, die Platte wo du deine Lager aufschraubst. Wegen Verwindung, Durchbiegung etc. So ganz ohne Verkastung oder Verstrebungen vs. Vibrationen.

Mag sein dass ich da ab und zu den Deibel an der Wand sehe

[lüsterklemme2000]

Anse, da hast du auch vollkommen recht. Ich habe gerade gemerkt, dass ich Mist gerechnet habe, bzw. für das Trägheitsmoment die falschen Werte verwendet habe
So komme ich jetzt auf ein Trägheitsmoment von 5,7 kg*m^2 und eine Rotationsenergie von 2,8 kJ. Aber ob das richtig ist, weiß ich nicht.
Die Grundplatte ist eine Stahlplatte mit 1 oder 1,5 cm Stärke, an die auf der Unterseite noch teilweise eine 2,5 cm Platte geschweißt ist. Die genaue Stärke kann ich morgen mal messen. Aber ich glaube kaum, dass sich da groß was verwindet

[lüsterklemme2000]

Es geht ein wenig weiter.

Auf dem letzten Bild oben sieht man ja die Rotorwelle an ihrem späteren Einsatzort. Also machen wir da erstmal weiter.
Die Stehlager müssen etwa auf dem Zahnrad stehen, damit genug Platz zwischen Welle und Zahnrad für die Kabel bleibt.
Dafür braucht es zwei Böcke. Die waren auch schnell aus Flacheisen zusammengeschweißt und gebohrt




Wie man sieht, ist nur der vordere Bock festgeschweißt. Der hintere Bock muss nämlich später noch justiert werden für die Schneckenwelle (siehe unten)




Solange die Schneckenwelle noch nicht da ist, kann ich mit der Bremse weiter machen. Für gut 12€ inklusive Versand aus Deutschland erhält man eine Bremsscheibe, Bremssattel und ein paar Schrauben.




Nun muss die Scheibe nur noch auf die Welle geflanscht werden. Hierfür bekommt die Wellenkupplung noch eine Metallscheibe aufgeschweißt, welche danach auf der Drehbank rund gedreht wird.




In die Scheibe werden dann Gewinde geschnitten. Fertig montiert sieht das dann folgendermaßen aus.




Mittlerweile hat die Post auch die Schneckenwelle samt Stehlagern angeliefert. An den hinteren Bock werden noch Adapter geschweißt, um die Lager aufnehmen zu können.
Da der Durchmesser der Schneckenwelle zu groß war, wird diese noch passend gedreht und schließlich eingebaut.




Jetzt kann der hintere Bock justiert und verschweißt werden.




Kommen wir nun zum Bremssattel.....
Die mitgelieferte Halterung gefiel mir irgendwie gar nicht und war für den Montageort sowieso unpassend. Also weg mit dem Teil. Bleibt also noch der reine Bremssattel über.





Aufgrund der doch recht montageunfreundlichen Form muss hierfür erstmal eine Halterung aus Flacheisen hergestellt werden. Soweit auch alles kein Problem. Interessant wird die Sache dann aber bei dem Zusammenbauen. Die mitgelieferten Schrauben sind irgendwas ganz komisches, irgendein nicht sehr gängiges Maß. Also weg damit und durch eigene ersetzt.
Die Ausrichtung des Sattels auf die Scheibe ist nunja, fummelig zu nennen. Ohne Bowdenzug springt der Hebel vom Bremssattel gerne mal nach oben weg und kloppt dadurch beim Justieren manchmal alles auf Anfang.....


Nach dieser vergleichsweise filigranen Friemelei mit der Bremsscheibe muss erstmal wieder was solides gebaut werden - Die Motorhalterung.
Den Servomotor, der als Generator dient, kann man durch vier Bohrungen im Getriebe fixieren.
Also flugs zwei Adapter für die Bohrungen gebraten. Diese kann man später auf der Grundplatte mit Schrauben fixieren und vor allem justieren, damit Welle und Motor exakt fluchten.






Jetzt habe ich aber auch noch eine Frage:

Über die Schneckenwelle soll später das Maschinenhaus gedreht werden. Das Zahnrad hat 100 Zähne, also benötige ich 100 Umdrehungen der Schneckenwelle für eine gesamte Drehung des Maschinenhauses.
Für den Motor, der die Welle antreibt, würde ich ca. 200 U/min veranschlagen, sodass eine Drehung etwa eine halbe Minute dauert.
In der Bucht habe ich zwei Motoren in der engeren Auswahl:
https://www.ebay.de/itm/DC-Motor-110-V- ... 41e3784a00
Dieser hat 600 Watt mit 200 U/min am Ausgang. (wenn das i = 20 am Getriebe eine Untersetzung von 20:1 bedeutet)

Alternativ wäre dieser hier:
https://www.ebay.de/itm/Gleichstrom-EKA ... 100623.m-1
200 Watt bei vermutlich irgendwas um die 180 U/min (kann nur schätzen)

Sind das reale Optionen oder liege ich da von den Daten her vollkommen daneben? Der zweite hätte den Vorteil, dass ich da so mit meiner Schneckenwelle ohne weiteres dran kann.
Welchen würdet ihr mir empfehlen?

Schönen Abend noch,
Lüsterklemme

[Anse]

Warum kein günstiger und gut verfügbaren Scheibenwischermotor?

[Robby_DG0ROB]

Der wird auf Dauer das Gegenmoment, v.a. bei böigem Wind nicht abkönnen. Die Schnecke und Ritzel sind womöglich aus Plaste.

[ohu]

Kommen wir nun zum Bremssattel.....
Die mitgelieferte Halterung gefiel mir irgendwie gar nicht und war für den Montageort sowieso unpassend. Also weg mit dem Teil. Bleibt also noch der reine Bremssattel über.

[...]

Aufgrund der doch recht montageunfreundlichen Form muss hierfür erstmal eine Halterung aus Flacheisen hergestellt werden. Soweit auch alles kein Problem. Interessant wird die Sache dann aber bei dem Zusammenbauen. Die mitgelieferten Schrauben sind irgendwas ganz komisches, irgendein nicht sehr gängiges Maß. Also weg damit und durch eigene ersetzt.
Die Ausrichtung des Sattels auf die Scheibe ist nunja, fummelig zu nennen. Ohne Bowdenzug springt der Hebel vom Bremssattel gerne mal nach oben weg und kloppt dadurch beim Justieren manchmal alles auf Anfang.....

Kann es vielleicht sein, dass das ein Einkolbensattel mit schwimmender Lagerung war?
Ist eigentlich ziemlich häufig der Fall.
Die so genannte Konstruktion sieht vor, dass der Sattel axial beweglich im Halter gelagert ist, und sich so selbst auf die Bremsscheibe zentriert, sobald betätigt wird.
So wird die Bremsscheibe nämlich nicht axial belastet, sondern eben nur Bremsdrehmoment ausgeübt, die Backen klemmen von beiden Seiten die Scheibe.

Mit der von dir gemachten Modifikation übst du einseitig Axialkraft auf die Bremsscheibe und die Lagerung aus, die maximal erreichbare Bremskraft ist deutlich geringer.
Vielleicht reichts für deinen Zweck, aber wenn du Pech hast, drückt es dir nur die Bremsscheibe zur Seite (spätestens, wenn die Beläge etwas verschlissen sind) und wirklich zum Festhalten reichts damit nicht.

https://de.wikipedia.org/wiki/Schwimmsattelbremse

[Towarisch]

Wer's ne Nummer größer braucht könnte sich für sowas einfach ne angetriebene PKW-Achshälfte auf das Grundblech spaxen, da haste dann alles beieinander, Achse, Lager, Abtrieb und Bremse. Könnte man über die Radanlenkung dann auch noch hoch und runter einstellbar machen, soweit man das braucht.

[lüsterklemme2000]

Also so einen Scheibenwischermotor hatte ich auch schon in Betracht gezogen, nur glaube ich auch, dass der auf Dauer ausnudelt.

@Ohu
Vielen Dank für die Erklärung zu der Bremse. Da werde ich mich dann die Tage mal dran machen und die Originale Halterung verbauen.

@Towarisch
Die Idee hört sich erstmal ziemlich interessant an. Für denjenigen, der sowieso sowas rumliegen hat würde das eine Menge Arbeit einsparen.

Habe jetzt den etwas kleineren Motor bestellt, da ich dann nur noch die Schneckenwelle abdrehen muss.

MfG.
Lüsterklemme

[erwin]

Beim Fahrrad sind Selten Schwingsättel verbaut da wird ein fach die Düne Bremsscheibe rüber gezogen .Ich hatte als Bremssattel eine Geschlitzte welle . Durch den Schlitz ist die Bremsscheibe gelaufen .Zum Bremsen wurde die Welle verdreht

[lüsterklemme2000]

So, da ich die letzten Wochen kaum Zeit für das Projekt hatte, geht es recht langsam voran.

Der Getriebemotor zum Drehen der Gondel hat einen Encoder (dem noch das Gehäuse fehlt) bekommen und wurde an die Schneckenwelle montiert.





Weiter geht es mit dem eigentlichen Masten. Diesen soll man vom Fundament abschrauben können.
Dafür sollen drei M20er Gewindestangen verwendet werden, welche den Masten an den Flacheisen fixieren.

Das Bohren der Löcher war dann etwas komplizierter, da der Mast auf die Standbohrmaschine musste und ich gerade keine Hilfe hatte. Ich glaube ich brauche einen Deckenkran


Am linken Ende des Masten sieht man auch schon den Teil, der als Fundament dienen soll. An dieses werden noch die Querstreben angeschweißt:


Und schließlich kommt auf dieses Gebilde noch Grundierung und einige Schichten "Lichtgrau":



Es wird also Zeit das Teil in der Erde zu versenken.



Das Loch, welches ich schon vor längerem dafür gegraben hatte, war leider zu klein, sodass ich dann diesen Donnerstag nochmal mit Spitzhacke und Schaufel losgezogen bin.
Die mit Kabelbindern an den Masten gespaxten Wasserwaagen waren beim Ausrichten sehr hilfreich.


Final kommt dann noch die Erde wieder drauf


Heute habe ich noch den Mast geschliffen und grundiert, sodass der in den nächsten Tagen ebenfalls Lichtgrau werden kann und aus der Werkstatt auszieht.


Schönes Wochenende noch,
Lüsterklemme

[Anse]

Am linken Ende des Masten sieht man auch schon den Teil, der als Fundament dienen soll. An dieses werden noch die Querstreben angeschweißt:

Vielleicht schon zu späht aber an das Kreuz sollte vom Gefühl her noch Verstrebungen dran. Der Mast wird aber noch abgespannt?

[lüsterklemme2000]

Ich habe anfangs auch überlegt, Verstrebungen zu verwenden. Da aber die Rohre eine Wandstärke von geschätzt 3-4 mm haben (die Schweißnähte sehen sehr stabil aus) und der Turm insgesamt nur 5,5 Meter hoch wird, habe ich darauf verzichtet.
Zudem haben wir hier eher geringe Windgeschwindigkeiten und daher werde ich es vorerst nicht abspannen.

Wenn das ganze aber doch umfallen sollte, kommen nächstes mal Verstrebungen dran, versprochen

[Sir_Death]

Das fällt mit 100% Garantie beim ersten bissi stärkeren Wind um - Sorry, das ist absoluter Pfusch.
Ein Windrad dreht sich deswegen, weil die Luft in Form des Windes dagegen drückt. Damit kommt aber die gesamte Kraft die nicht in Drehung gewandelt wird über den Mast in das Fundament. Und selbst mit mehr Verstrebungen in der Erde wird das niemals stabil.
Quadratisch ausgraben, mehr Verstrebungen dran, Gitterkäfig ins Loch und viel verdichteten Beton mit der richtigen Härte dazu. Nur so hält das Fundament jemals.

Nächster gravierender Fehler wäre es, das winzige Maststangerl mit 5m Länge nicht anzuspannen- der knickt dir einfach um. Und nicht vergessem: Die Anker der Abspannhngen benötigen ebenfalls ein frostfrei gegründetes ausreichendes Fundament.

Es gibt hier irgendwo schon mal einen Faden "Der Savonius als Pumpe" (oder ähnlich) - da Kannst du dir Ideen holen, wie das geht mit dem Mast. Aber lass deinen Pfusch bitte bleiben, bevor irgendjemand davon erschlagen wird.

Sorry für die harten Worte, aber das muss diesmal echt sein.

[lüsterklemme2000]

@Sir_Death:
Danke für die konstruktive Kritik. Da ich selber noch keine Erfahrungen auf dem Gebiet habe ist mir sowas durchaus lieb.
Ich habe jetzt einfach mal die Daten aus dem Programm https://wkaero.calcing.de/index.php verwendet. Unter dem Lastfall "Überlebenswind" bei 30 m/s wirkt angeblich eine Kraft von 1786 N.
Wenn ich das jetzt in Fusion 360 in die Simulation für den Masten aufnehme, so ergibt sich an dessen Ende folgendes Bild:
(Edit: Bild geändert, das vorherige war mit falschen Werten)



Der Mast (Rechteckrohr 10x10 cm und 5,5 mm Wandung) befindet sich noch in einem halbwegs geraden Zustand, die Flacheisen am unteren Ende (oben auf dem Bild zu sehen) würden aber in der Tat vermutlich wegknicken.
Daher werde ich diese definitiv verstärken.

Aber meint ihr, dass es das "Fundament" so einfach aus dem Boden zieht? Der Mittelpfeiler geht ca. 2 m nach unten und auf knapp 1 m Tiefe sind die vier Rohre mit jeweils 1,5 m angeschweißt.
Bisher meinten nämlich die meisten, die das gesehen haben, dass das halten sollte.
Aber ihr habt da denke ich mehr Ahnung und Erfahrung.
Konstruktive Kritik erwünscht!

Mit freundlichen Grüßen,
Lüsterklemme

[nox]

als nicht-Statiker auch mal eine Einschätzung:
der Wind wird die Eisen im Boden bewegen, der Hebelarm ist einfach zu gross -> as ganze Ding spielt sich dann locker. bei Masten haben wir früher immer Abschnitte quer angebolzt, bei 25cm Durchmesser wird die Erde nicht so verschoben, die dünnen Rohre dürften wie ein Messer in Butter durch den Erdboden gehen.

Ohne grosszügige Knotenbleche und/oder nem guten Kubikmeter Beton würde ich den so nicht aufstellen, im Beton reicht die Querrohrstärke mMn. aus.

Alternativ mit guten Erdbohreren abspannen, dann kann der Betonklotz kleiner werden, weglassen würde ich ihn nicht. Du ziehst sonst nur das ganze Gestell in den Erdboden wegen der geringen "Querschnittsfläche" von unten gesehen, die Erde wird duch die Rohre schön beiseitegedrückt. Netter wäre Vierkantrohr

[lüsterklemme2000]

Hallo nox,

ich habe auf die Querrohre noch Steine draufgelegt, damit sie eben nicht so einfach aus der Erde gezogen werden. Aber ich denke ich werde noch ein Paar mehr (große) Steine versenken, damit das definitiv nicht passiert. Noch ist die Erde recht locker und das sollte man gut wieder aufgebuddelt bekommen.
Ich hätte auch gerne betoniert, jedoch durfte ich das auf der Fläche dort nicht.

[nox]

Hallo Lüsterklemme,

das Problem ist nicht das rausziehen sondern das seitliche bewegen. Kein Betonklotz möglich? Dann senkrecht neben die Rohre Rasenkanten oder ähnlich, selbst Eichebretter anschrauben wäre besser. Die Rohre gehen seitlich wie ein Messer durch Butter - durch die Rasenkanten oder Eichebretter musst Du quasi nen Löffel durch die Butter drücken, flach

Das gleiche gilt übrigens auch für den senkrechen Teil....

Mir wäre die Belastung an den Schweissnähten zu gross, da das Teil wohl leicht schwingen wird befürchte ich ein Abreissen neben der Schweissnaht ->Knotenbleche! 4mm starke Dreiecke oder so, Kantenlänge 25cmx25cm aus dem Bauch heraus. Da gibt es hier aber bessere Stahlbauer (Beispiel: mein Gartenwagen hätte wahrscheinlich auch nur halb so schwer sein müssen) die da mehr zu sagen können.

MfG MArtin

[lüsterklemme2000]

Ich habe jetzt schon mal den Ost- und Westarm freigegraben und mit Sandsteinquadern bestückt. Das gleiche werde ich noch mit den anderen zwei Armen machen, sobald die Sonne nicht so scheint und die Temperaturen wieder angenehm sind .
Ich habe aber ehrlich gesagt wenig Befürchtungen, dass sich die Arme seitlich bewegen. Als ich das irgendwann anfang Mai gegraben habe, war der Lehm dort unten sowas von fest, da kann ich mir das kaum vorstellen. Aber ich werde wohl noch irgendetwas dort seitlich reinschlagen.
Wenn das ganze schwingen sollte, oder sich sonstwie unartig verhält, hätte ich vermutlich dann die Erlaubnis es zum Betonieren und würde das auch prompt nachholen.

[Anse]

30 m/s wirkt angeblich eine Kraft von 1786 N.
Wenn ich das jetzt in Fusion 360 in die Simulation für den Masten aufnehme, so ergibt sich an dessen Ende folgendes Bild:
(Edit: Bild geändert, das vorherige war mit falschen Werten)

So Sachen habe ich schon auf dem Papier berechnet. Daher kann ich aus Erfahrung sagen, dass oft nicht die Zug bzw. Druckspannung das Problem sind sondern Flächenpressung und Abscherung. Schrauben dürfen nicht auf Scherung belastet werden. Also sollten noch Bolzen vorgesehen werden.

Mit welcher Sicherheit ist das jetzt simuliert?

[lüsterklemme2000]

@Anse:
Die Simulation war mit dem Sicherheitsfaktor Streckgrenze simuliert, nicht mit Zugfestigkeit.
Wie würdest du das mit den Bolzen in diesem konkreten Fall implementieren? Theoretisch könnte ich das Teil erstmal testen und wenn es dann endgültig fertig ist festschweißen.
Das wäre dann nicht schön, aber würde halten

Edit: Das sind drei M20 Gewindestangen über knapp nen halben Meter verteilt. Wenn ich die dann noch ordentlich festziehe habe ich ja alleine durch die Flächenpressung und den resultierenden Reibschluß eine Menge an Kraft, die nicht auf die Schrauben wirkt, sondern schon so aufgefangen wird. Daher denke ich mal das wird erstmal so gehen, auch wenn es sicherlich deutlich eleganter zu machen wäre.

[Anse]

Wie würdest du das mit den Bolzen in diesem konkreten Fall implementieren? Theoretisch könnte ich das Teil erstmal testen und wenn es dann endgültig fertig ist festschweißen.

Schweißen an solch einer Stelle halte ich für eine schlechte Idee wegen der Demontierbarkeit. Die Bolzen hätte ich an stelle Der Gewindestangen gesetzt und neben dran kleiner Gewindestangen die alles zusammenhalten.

Edit: Das sind drei M20 Gewindestangen über knapp nen halben Meter verteilt. Wenn ich die dann noch ordentlich festziehe habe ich ja alleine durch die Flächenpressung und den resultierenden Reibschluß eine Menge an Kraft, die nicht auf die Schrauben wirkt, sondern schon so aufgefangen wird. Daher denke ich mal das wird erstmal so gehen, auch wenn es sicherlich deutlich eleganter zu machen wäre.

Das mit ordentlich anziehen dürfte das Problem sein da Quadratrohr dann nachgibt. Die Kraft die über den reinen Reibschluss übertragen werden kann ist klein. Rechne mal mit einem µ0 von 0,2.

Habs mal kurz überschlagen, 5 m Mast, oben greifen 1768 N an. Unten zwei Befestigungspunkte im Abstand von 0,5m. Ich hab mal nur mit zwei gerechnet weil sobald es mehr werden wird es kompliziert und jeder weitere bringt nicht so viel wie die ersten Zwei. Also auf die Gewindestangen würde eine Scherkraft von ca. 16 kN wirken. Bei einer Wandstärke von 5 mm am Mast und 20 mm Bolzendurchmesser ergäbe das eine Flächenpressung von 80 N/mm². Für S235 noch ein zulässiger Wert bei dem sogar noch eine Sicherheit von 2 drin wäre. Das gilt aber nur wenn an Stelle der Gewindestangen glatte Bolzen verwendet werden. Auch sind die Werte eine grobe Abschätzung. Z.B. Der Belastungsfall ist nicht berücksichtigt.

Für eine Kraftübertragung per Reibschluss wären eine Vorspannung von 16 kN/0,2 nötig, also 80 kN. Da zwei Flächen vorliegen "nur" 40 kN. Bin mir ziemlich sicher, das das Quadratrohr da nachgibt.
Hoffentlich ist da jetzt kein großer Fehler drin. Ist wirklich nur überschlagen.

Man muss auch betrachten was im Fehlerfall passiert und ob der aufwand Lohnt.

[lüsterklemme2000]

Vielen Danke Anse für deine Berechnung.

Du hast ja mit der Rechnung quasi eine Belastung berechnet, in der der Wind senkrecht zur Gewindestange weht?

Dann stellt sich auch noch die Frage, wann diese 1786 N auftreten. Der Onlinerechner von weiter oben scheint das so auszulegen, dass die Fläche der Gondel recht groß ist.
Ich habe das jetzt mal selber nachgerechnet und komme bei 30 m/s auf etwas über 900 N. Aber der Druckbeiwert ist auch nur geschätzt, daher kann das auch daneben liegen.

Bezüglich des Fehlerfalls:
Sollten die Schrauben abreißen, der Mast umknicken oder sich das Fundament selbstständig machen, so kippt der Hobel halt um. Das ist dann zwar ärgerlich,
aber da sich dort sowieso keine Personen aufhalten und erst recht nicht bei solchem Wind, schließe ich Personenschäden aus.

Somit komme ich zu dem Schluss, dass ich die Verbindung erstmal so belasse wie sie ist und bin optimistisch, dass das halten wird

Gruß,
Lüsterklemme

[Anse]

Du hast ja mit der Rechnung quasi eine Belastung berechnet, in der der Wind senkrecht zur Gewindestange weht?

Wenn senkrecht bei dir heißt nicht auf die Stirnseite dann ja.

Sind Abspannungen nicht möglich?

[lüsterklemme2000]

Also Abspannungen sind theoretisch möglich, nur daneben ist gleich eine Wiese, die natürlich bewirtschaftet wird. Daher wäre es ohne Abspannung irgendwie schöner, aber wenns nicht ohne geht, dann ist das eben so.
Angenommen ich spanne ab, dann würde ich vier Ösen an den Masten machen, die auf sagen wir mal 2,5 m Mastlänge sind. Die Abspannpunkte am Boden würde ich dann etwa 2,5-3 m vom Masten entfernt anbringen.
Damit verringert sich die Belastung des Turms erheblich, habe es eben mal in der Simulation abgespannt
Wenn es gegen die 2,5 m Montagehöhe keine Einwände gibt, würde ich dort dann Ösen für die Seile einbringen. Damit hätte ich dann immer noch die Möglichkeit das ganze recht kurzfristig abzuspannen, ohne den Turm abzubauen oder mit dem Schweißgerät in den Außeneinsatz zu müssen.

[radixdelta]

Beim Quadratrohr könnte man Stützhülsen verwenden, 3/4" Rohr müsste passen.
Man könnte die Löcher im Quadratrohr aufbohren und die Hülsen einschweißen.
Einfacher wäre es wohl die Hülsen auf das Innenmaß des Quadratrohres abzulängen und innen einzubauen. Dazu brät man die Hülsen im richtigen Abstand auf ein Flacheisen und schiebt alle zusammen von unten rein. Das Konstrukt könnte man noch anpunkten, geht aber auch so lose, die Schrauben halten das schon.

[Luftwatz]

Hallo lüsterklemme2000,

mögliche Alternativen zu einem fetten Betonfundament wären eventuell noch ein Dreibeinmastgestell, dafür reichen wenn man bösen Zungen glauben mag pro Bein bereits zwei im Boden vergrabene Hohlblocksteine und ein Gewindestab. Für weitere Informationen suche mal nach "Einfälle statt Abfälle" oder so ähnlich schimpft sich die Buchreihe.
Oder schau mal wie dieser Kampfschrauber seinen Windradmast gebaut hat: http://www.mahnecke.de/Black300-Forum/t ... =10&page=1 .

Viele Grüße
Luftwatz

[lüsterklemme2000]

@radixdelta:
Die Überlegung mit eingeschweißten Hülsen hatte ich auch. Aber nach der Rechnung von Anse und der Tatsache, dass ich den Mast mit hoher Wahrscheinlichkeit abspanne, kommt die Methode erstmal nicht zum Einsatz.
Zumal ich mir für das aufbohren der Löcher erstmal einen größeren Bohrer besorgen müsste
@Luftwatz:
Ja so in der Art wie der Herr im Link das gemacht hat wird es hier wohl auch werden. Die roten Zylinder sind dann die Ankerpunkte in der Erde.
Das eigentliche Fundament werde ich erstmal nicht mehr ausbuddeln, da warte ich dann erstmal ab, wie sich die Konstruktion mit Abspannung so schlägt.



Vielen Dank für den Input.
Schönen Abend/Morgen noch,
Lüsterklemme

[radixdelta]

Wie willst du die Ankerpunkte setzen? Kennst du die Duckbill-Erdanker? Sowas kann man auch nachbauen. Ich habe davon nur gutes gehört, außer das man die nie wieder raus bekommt.

[lüsterklemme2000]

Bis zum Setzen der Ankerpunkte habe ich noch nicht wirklich geplant.
Eine Fixe Idee (siehe Modell) war jetzt mit dem Erdbohrer mit 30 cm Durchmesser X cm in die Erde zu bohren, dort dann Beton reinzugießen und dabei einen Haken einzugießen.
Diese Erdanker zum einschlagen finde ich aber sehr sympatisch, hatte ich gar nicht auf dem Schirm, danke.
Ich denke mal wenn es soweit ist werde ich mal einen nachbauen und das ganze mal praktisch testen. So ganz vertraue ich den Teilen noch nicht.
Aber wenn die so gut funktionieren, wie es scheint dann wären die ja recht easy anzubringen und hätten vermutlich einen höheren Akzeptanzfaktor

[RMK]

ansonsten schraub doch die Dinger hier in den Boden:

https://www.ergobasis.de/marken/gibbon/ ... enschraube

die benutzen die Weingärtner hier um ihre Haltedrähte für die Reben zu spannen....