Rotorblätter für den Windgenerator selber bauen: Beispiele für die Eigenfertigung von Windradflügeln

Die Nutzung alternativer Energiequellen ist einer der Haupttrends unserer Zeit. Saubere und erschwingliche Windenergie kann sogar bei Ihnen zu Hause in Strom umgewandelt werden, wenn Sie ein Windrad bauen und es mit einem Generator verbinden.

Rotorblätter für einen Windgenerator können Sie aus gewöhnlichen Materialien selbst bauen, ohne Spezialwerkzeug zu verwenden. Wir erklären, welche Blattform effizienter ist, und helfen Ihnen, eine passende Zeichnung für Ihre Windkraftanlage auszuwählen.

Wie funktioniert ein einfacher Windgenerator?

Ein Windgenerator ist ein Gerät, das Windenergie in Strom umwandeln kann.

Sein Funktionsprinzip besteht darin, dass der Wind die Rotorblätter dreht und eine Welle in Bewegung setzt, über die die Drehung über ein Getriebe, das die Geschwindigkeit erhöht, an den Generator geleitet wird.

Die Arbeit eines Windparks wird nach dem KIEW – dem Windenergieausnutzungskoeffizienten bewertet. Wenn sich das Windrad schnell dreht, interagiert es mit einer größeren Menge Wind und entzieht ihm somit mehr Energie.

Man unterscheidet zwei grundlegende Arten von Windgeneratoren:

• vertikale;
• horizontale.

Vertikal ausgerichtete Modelle sind so konstruiert, dass die Propellerachse senkrecht zum Boden steht. Dadurch versetzt jede Luftbewegung, unabhängig von der Richtung, die Konstruktion in Bewegung.

Diese Vielseitigkeit ist ein Vorteil dieser Windkraftanlagen, aber sie sind den horizontalen Modellen in Bezug auf Leistung und Arbeitseffizienz unterlegen.

Ein horizontaler Windgenerator erinnert an eine Wetterfahne. Damit sich die Rotorblätter drehen, muss die Konstruktion je nach Windrichtung in die richtige Position gedreht werden.

Zur Überwachung und Erfassung von Windrichtungsänderungen werden spezielle Geräte installiert. Der Wirkungsgrad ist bei dieser Anordnung des Rotors deutlich höher als bei vertikaler Ausrichtung. Für den Hausgebrauch ist es sinnvoller, Windgeneratoren dieses Typs zu verwenden.

Welche Blattform ist optimal?

Eines der Hauptelemente eines Windgenerators ist das Rotorblatt-Set.

Es gibt eine Reihe von Faktoren im Zusammenhang mit diesen Teilen, die sich auf die Effizienz der Windkraftanlage auswirken:

• Gewicht;
• Größe;
• Form;
• Material;
• Anzahl.

Wenn Sie sich entschieden haben, Rotorblätter für eine selbstgebaute Windkraftanlage zu konstruieren, müssen Sie unbedingt all diese Parameter berücksichtigen. Einige glauben, dass je mehr Flügel am Rotor des Generators sind, desto mehr Windenergie kann gewonnen werden. Mit anderen Worten: Je mehr, desto besser.

Das ist jedoch weit gefehlt. Jedes einzelne Teil bewegt sich und überwindet dabei den Luftwiderstand. Daher erfordert eine große Anzahl von Rotorblättern am Rotor eine höhere Windkraft, um eine Umdrehung zu vollenden.

Außerdem können zu viele breite Flügel die Bildung einer sogenannten 'Luftkappe' vor dem Rotor verursachen, bei der der Luftstrom nicht durch die Windkraftanlage strömt, sondern sie umströmt.

Die Form ist sehr wichtig. Von ihr hängt die Drehgeschwindigkeit des Rotors ab. Eine schlechte Umströmung verursacht Wirbel, die das Windrad abbremsen.

Am effizientesten ist ein einblättriger Windgenerator. Es ist jedoch sehr schwierig, ihn selbst zu bauen und auszuwuchten. Die Konstruktion ist trotz des hohen Wirkungsgrades unzuverlässig. Nach Erfahrung vieler Nutzer und Hersteller von Windkraftanlagen ist das Modell mit drei Blättern das optimale.

Das Gewicht des Blattes hängt von seiner Größe und dem verwendeten Material ab. Die Größe sollte sorgfältig anhand von Berechnungsformeln gewählt werden. Die Kanten sollten so bearbeitet werden, dass eine Seite abgerundet und die gegenüberliegende Seite scharf ist.

Eine richtig gewählte Blattform ist die Grundlage für einen guten Betrieb des Windgenerators.

Für den Eigenbau eignen sich folgende Varianten:

• Segeltyp;
• Flügeltyp.

Blätter vom Segeltyp sind einfache breite Streifen, ähnlich wie bei einer Windmühle. Dieses Modell ist am naheliegendsten und einfachsten herzustellen. Sein Wirkungsgrad ist jedoch so gering, dass diese Form in modernen Windgeneratoren kaum noch verwendet wird. Der Wirkungsgrad beträgt in diesem Fall etwa 10-12%.

Eine viel effizientere Form sind Blätter mit Flügelprofil. Hier kommen aerodynamische Prinzipien zum Einsatz, die riesige Flugzeuge in die Luft heben. Ein Rotor dieser Form lässt sich leichter in Bewegung setzen und dreht sich schneller. Die Luftströmung reduziert den Widerstand, den das Windrad auf seinem Weg erfährt, erheblich.

Das richtige Profil sollte einem Tragflügel ähneln. Auf einer Seite ist das Blatt verdickt, auf der anderen – eine flache Abwärtsneigung. Luftmassen umströmen ein Bauteil dieser Form sehr sanft.

Der Wirkungsgrad dieses Modells erreicht 30-35%. Die gute Nachricht ist, dass Sie ein Flügelblatt auch mit einem Minimum an Werkzeugen selbst bauen können. Alle grundlegenden Berechnungen und Zeichnungen lassen sich leicht an Ihre Windkraftanlage anpassen, und Sie können unbegrenzt kostenlose und saubere Windenergie nutzen.

Woraus werden Rotorblätter im Heimwerkerbereich hergestellt?

Geeignete Materialien für den Bau einer Windkraftanlage sind vor allem Kunststoff, Leichtmetalle, Holz und die moderne Lösung – Glasfaser. Die Hauptfrage ist, wie viel Mühe und Zeit Sie bereit sind, in die Herstellung der Windkraftanlage zu investieren.

PVC-Kanalrohre

Das beliebteste und am weitesten verbreitete Material für die Herstellung von Kunststoffrotorblättern für Windgeneratoren ist ein gewöhnliches PVC-Abwasserrohr. Für die meisten Haushaltsgeneratoren mit einem Rotordurchmesser von bis zu 2 m reicht ein Rohr mit 160 mm.

Zu den Vorteilen dieser Methode gehören:

• niedriger Preis;
• Verfügbarkeit in jeder Region;
• einfache Verarbeitung;
• viele Schemata und Zeichnungen im Internet, umfangreiche Erfahrung in der Anwendung.

Rohre sind unterschiedlich. Das wissen nicht nur diejenigen, die selbstgebaute Windkraftanlagen herstellen, sondern auch alle, die mit der Installation von Abwasser- oder Wasserleitungen zu tun hatten. Sie unterscheiden sich in Wandstärke, Zusammensetzung und Hersteller. Ein Rohr kostet nicht viel, daher sollte man nicht versuchen, die Windkraftanlage noch billiger zu machen, indem man an PVC-Rohren spart.

Minderwertiges Material der Kunststoffrohre kann dazu führen, dass die Rotorblätter bereits beim ersten Test reißen und die ganze Arbeit umsonst war.

Zuerst muss man sich für die Schablone entscheiden. Es gibt viele Varianten, jede Form hat ihre Vor- und Nachteile. Es kann sinnvoll sein, zunächst zu experimentieren, bevor man die endgültige Version ausschneidet.

Da der Preis für Rohre niedrig ist und man sie in jedem Baumarkt findet, eignet sich dieses Material hervorragend für die ersten Schritte bei der Modellierung von Rotorblättern. Wenn etwas schiefgeht, kann man jederzeit ein weiteres Rohr kaufen und von vorne beginnen. Der Geldbeutel wird unter solchen Experimenten nicht allzu sehr leiden.

Erfahrene Windenergienutzer haben festgestellt, dass man für die Herstellung von Rotorblättern für Windgeneratoren besser orange statt graue Rohre verwendet. Diese behalten ihre Form besser, verbiegen sich nach der Formgebung des Flügels nicht und halten länger.

Hobbykonstrukteure bevorzugen PVC, da ein gebrochenes Rotorblatt während der Tests durch ein neues ersetzt werden kann, das bei Vorhandensein einer geeigneten Schablone in 15 Minuten direkt vor Ort hergestellt wird. Einfach und schnell, und vor allem erschwinglich.

Eine Fotoanleitung zur Herstellung von Rotorblättern einer Windkraftanlage aus Polymerrohren hilft, die Schritte und die Reihenfolge des Prozesses anschaulich zu erlernen:

Sie haben alle vorbereitenden Schritte abgeschlossen. Nun müssen Sie die Flügel an dem rotierenden Teil befestigen, das dem Wind folgt.

Aluminium – dünn, leicht und teuer

Aluminium ist ein leichtes und robustes Metall. Es wird traditionell für die Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen verwendet. Dank des geringen Gewichts sind die aerodynamischen Eigenschaften des Rotors hervorragend, wenn Sie der Platte die richtige Form geben.

Die Hauptbelastungen, die eine Windkraftanlage während der Rotation erfährt, wirken auf Biegung und Bruch des Rotorblatts. Wenn Kunststoff unter dieser Beanspruchung schnell Risse bekommt und ausfällt, kann man auf eine Aluminiumschraube wesentlich länger zählen.

Vergleicht man jedoch Aluminium mit PVC-Rohren, so sind die Metallplatten dennoch schwerer. Bei hoher Drehzahl besteht ein großes Risiko, nicht das Blatt selbst, sondern die Schraube an der Befestigungsstelle zu beschädigen.

Ein weiterer Nachteil von Aluminiumteilen ist die Herstellungsschwierigkeit. Während ein PVC-Rohr eine Krümmung aufweist, die zur aerodynamischen Formung des Rotorblatts genutzt wird, wird Aluminium in der Regel als Blech verwendet.

Nach dem Ausschneiden des Teils nach der Schablone, was an sich schon viel schwieriger ist als die Arbeit mit Kunststoff, muss der erhaltene Rohling noch gewalzt und mit der richtigen Krümmung versehen werden. Unter Heimwerkerbedingungen und ohne Werkzeug ist das nicht so einfach.

Anstelle von teurem Aluminium können Sie Abschnitte von Dachblech oder Stücke von Wellplatten verwenden, die nach der Verlegung übrig geblieben sind:

Glasfaser oder Glasgewebe – für Fachleute

Wenn Sie bewusst an die Herstellung eines Rotorblatts herangehen und bereit sind, viel Mühe und Nerven zu investieren, ist Glasfaser geeignet. Wenn Sie bisher keine Erfahrung mit Windkraftanlagen haben, ist es keine gute Idee, mit der Modellierung einer Windkraftanlage aus Glasfasergewebe zu beginnen. Dieser Prozess erfordert schließlich Erfahrung und praktische Fähigkeiten.

Ein Rotorblatt aus mehreren Glasfasergewebeschichten, die mit Epoxidkleber verbunden sind, ist robust, leicht und zuverlässig. Bei großer Oberfläche wird das Bauteil hohl und nahezu schwerelos.

Für die Herstellung wird Glasfasergewebe verwendet – ein dünnes und robustes Material, das in Rollen erhältlich ist. Zusätzlich zu Glasfaser wird Epoxidkleber benötigt, um die Schichten zu fixieren.

Die Arbeit beginnt mit der Herstellung einer Matrize. Dies ist ein Rohling, der als Form für das zukünftige Bauteil dient.

Die Matrize kann aus Holz hergestellt werden: Balken, Brett oder Baumstamm. Direkt aus dem massiven Holz wird das volumetrische Profil einer Hälfte des Rotorblatts herausgearbeitet. Eine weitere Möglichkeit ist eine Form aus Kunststoff.

Es ist sehr schwierig, einen Rohling selbst herzustellen; man benötigt ein fertiges Modell des Rotorblatts aus Holz oder einem anderen Material vor Augen, und erst dann wird nach diesem Modell die Matrize für das Bauteil ausgeschnitten. Es werden mindestens zwei solcher Matrizen benötigt. Wenn man jedoch einmal eine erfolgreiche Form erstellt hat, kann man sie mehrfach verwenden und so mehrere Windkraftanlagen bauen.

Der Boden der Form wird gründlich mit Wachs eingeschmiert. Dies geschieht, damit das fertige Rotorblatt später leicht entnommen werden kann. Eine Schicht Glasfaser wird eingelegt und mit Epoxidkleber bestrichen. Der Vorgang wird mehrmals wiederholt, bis der Rohling die gewünschte Dicke erreicht.

Dann muss der Kleber trocknen. Einige empfehlen, die Form in einen Vakuumbeutel zu legen und die Luft abzusaugen. So dringt der Kleber besser in alle Schichten des Glasfasergewebes ein, ohne ungesättigte Stellen zu hinterlassen.

Wenn der Epoxidkleber getrocknet ist, wird die Hälfte des Bauteils vorsichtig aus der Matrize entnommen. Das Gleiche wird mit der zweiten Hälfte gemacht. Die Teile werden miteinander verklebt, sodass ein hohles, volumetrisches Bauteil entsteht. Ein leichtes, robustes Rotorblatt aus Glasfaser mit korrekter aerodynamischer Form ist der Gipfel des Könnens für einen Hobby-Enthusiasten von Windkraftanlagen.

Der größte Nachteil ist die Komplexität der Umsetzung und die hohe Ausschussrate am Anfang, bis eine ideale Matrize erstellt und der Herstellungsprozess verfeinert ist.

Günstig und praktisch: Holzteil für das Windrad

Ein hölzernes Rotorblatt ist eine altmodische Methode, die einfach umzusetzen, aber angesichts des heutigen Stromverbrauchs wenig effizient ist. Das Bauteil kann aus einem massiven Brett aus leichtem Holz, wie z. B. Kiefer, hergestellt werden. Es ist wichtig, einen gut getrockneten Holzrohling auszuwählen.

Wenn das Holz feucht ist, kann sich der Propeller während des Trocknungsprozesses “verziehen” und sich verformen. Außerdem ist das Gewicht von feuchtem Holz deutlich höher als das von trockenem.

Man muss die passende Form wählen, aber bedenken, dass ein Holzflügel keine dünne Platte wie aus Aluminium oder Kunststoff ist, sondern eine räumliche Konstruktion. Daher reicht es nicht, dem Rohling nur die Form zu geben; man muss die Prinzipien der Aerodynamik verstehen und sich die Konturen des Flügels in allen drei Dimensionen vorstellen.

Das endgültige Aussehen des Holzes muss mit einem Hobel, am besten elektrisch, bearbeitet werden. Für die Langlebigkeit wird das Holz mit einem antiseptischen Schutzlack oder Farbe behandelt.

Der Hauptnachteil dieser Konstruktion ist das hohe Gewicht des Propellers. Um dieses Ungetüm in Bewegung zu setzen, muss der Wind stark genug sein, was prinzipiell schwer zu erreichen ist. Holz ist jedoch ein leicht verfügbares Material. Bretter, die für die Herstellung eines Windradpropellers geeignet sind, findet man direkt im eigenen Hof, ohne einen Cent auszugeben. Und das ist der Hauptvorteil von Holz in diesem Fall.

Der Wirkungsgrad eines Holzflügels strebt gegen null. In der Regel sind die Zeit und Mühe, die in die Herstellung eines solchen Windrads fließen, den erzielten Ergebnissen in Watt nicht wert. Als Lehrmodell oder Versuchsstück hat das Holzteil jedoch durchaus seine Daseinsberechtigung. Außerdem macht eine Windfahne mit Holzflügeln auf dem Grundstück eine eindrucksvolle Figur.

Die folgenden Fotos zeigen die Schritte zur Herstellung eines Windrads mit Flügeln aus Sperrholz:

Der funktionsfähige Teil ist fertig und auf Funktionsfähigkeit geprüft, es bleibt also nur noch, ihn zu lackieren und am Mast zu befestigen:

Zeichnungen und Beispiele für Rotorblätter

Es ist sehr schwierig, eine korrekte Berechnung des Rotors des Windgenerators durchzuführen, ohne die grundlegenden Parameter zu kennen, die in der Formel erscheinen, und ohne eine Vorstellung davon zu haben, wie diese Parameter die Arbeit der Windturbine beeinflussen.

Es ist besser, keine Zeit zu verschwenden, wenn keine Lust besteht, sich in die Grundlagen der Aerodynamik zu vertiefen. Fertige Zeichnungen und Schemata mit vorgegebenen Werten helfen Ihnen, ein geeignetes Rotorblatt für das Windkraftwerk auszuwählen.

Zeichnung eines Rotorblattes für einen zweiblättrigen Rotor. Hergestellt aus einem Abwasserrohr mit 110 mm Durchmesser. Der Rotordurchmesser der Windturbine beträgt in diesen Berechnungen 1 m.

Ein solcher kleiner Windgenerator wird Sie nicht mit hoher Leistung versorgen können. Höchstwahrscheinlich werden Sie aus dieser Konstruktion kaum mehr als 50 W herausholen können. Allerdings sorgt ein zweiblättriger Rotor aus einem leichten und dünnen PVC-Rohr für eine hohe Drehzahl und gewährleistet den Betrieb der Windturbine auch bei schwachem Wind.

Zeichnung eines Rotorblattes für einen dreiblättrigen Rotor des Windgenerators aus einem Rohr mit 160 mm Durchmesser. Die berechnete Schnelllaufzahl beträgt in dieser Variante 5 bei Windgeschwindigkeit 5 m/s.

Ein dreiblättriger Rotor dieser Form kann für leistungsstärkere Anlagen verwendet werden, etwa 150 W bei 12 V. Der Gesamtdurchmesser des Rotors in diesem Modell beträgt 1,5 m. Das Windrad wird sich schnell drehen und leicht in Bewegung kommen. Windturbinen mit drei Flügeln trifft man in Hauskraftwerken am häufigsten an.

Zeichnung eines selbstgebauten Rotorblattes für einen 5-blättrigen Rotor des Windgenerators. Hergestellt aus einem PVC-Rohr mit 160 mm Durchmesser. Berechnete Schnelllaufzahl – 4.

Ein solcher fünfblättriger Propeller kann bis zu 225 Umdrehungen pro Minute bei einer berechneten Windgeschwindigkeit von 5 m/s erzeugen. Um ein Blatt nach den vorgeschlagenen Zeichnungen zu bauen, müssen Sie die Koordinaten jedes Punktes aus den Spalten „Koordinaten der Front-/Heck-Schablone“ auf die Oberfläche eines Kunststoff-Kanalrohrs übertragen.

Mit der untenstehenden Tabelle können Sie den Durchmesser einer Windkraftanlage mit 2 bis 16 Blättern berechnen. Dabei können Sie die Größe unter Berücksichtigung der gewünschten Ausgangsleistung auswählen.

Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass je mehr Flügel der Windgenerator hat, desto kürzer seine Länge sein muss, um Strom mit gleicher Leistung zu erzeugen.

Wie die Praxis zeigt, ist es recht schwierig, einen Windgenerator mit einem Durchmesser von mehr als 2 Metern zu warten. Wenn Sie gemäß der Tabelle eine Windkraftanlage größerer Größe benötigen, denken Sie über eine Erhöhung der Blattanzahl nach.

Mit den Regeln und Prinzipien der Berechnung eines Windgenerators macht der Artikel vertraut, in dem der Berechnungsprozess Schritt für Schritt dargestellt wird.

Auswuchten des Windrads

Das Auswuchten der Blätter des Windgenerators hilft, seinen Betrieb so effizient wie möglich zu gestalten. Zur Durchführung des Auswuchtens müssen Sie einen Raum ohne Wind oder Zugluft finden. Für ein Windrad mit einem Durchmesser von mehr als 2 m wird es selbstverständlich schwierig sein, einen solchen Raum zu finden.

Die Blätter werden zu einer fertigen Konstruktion montiert und in die Arbeitsposition gebracht. Die Achse muss streng horizontal, waagerecht ausgerichtet sein. Die Ebene, in der sich der Propeller dreht, muss streng vertikal, senkrecht zur Achse und zur Bodenebene ausgerichtet sein.

Der nicht bewegte Propeller muss um 360/x Grad gedreht werden, wobei x = Anzahl der Blätter ist. Im Idealfall weicht ein ausgewuchtetes Windrad keinen einzigen Grad ab und bleibt bewegungslos. Wenn sich das Blatt aufgrund seines Eigengewichts gedreht hat, muss es leicht korrigiert werden: das Gewicht auf einer Seite verringern, die Abweichung von der Achse beseitigen.

Der Prozess wird wiederholt, bis der Propeller in jeder Position absolut unbeweglich ist. Wichtig ist, dass während des Auswuchtens kein Wind weht. Dies könnte die Ergebnisse der Tests verfälschen.

Ebenso wichtig ist es zu kontrollieren, dass alle Teile streng in einer Ebene rotieren. Zur Prüfung werden im Abstand von 2 mm auf beiden Seiten eines der Blätter Kontrollplatten angebracht. Während der Bewegung darf kein Teil des Propellers die Platte berühren.

Für den Betrieb eines Windgenerators mit hergestellten Rotorblättern muss ein System aufgebaut werden, das die gewonnene Energie speichert und an den Verbraucher weiterleitet. Eine der Komponenten des Systems ist der Controller. Wie Sie einen Controller für eine Windkraftanlage bauen, erfahren Sie in dem von uns empfohlenen Artikel.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Es ist durchaus möglich, eine Windturbine aus Alltagsmaterialien selbst zu bauen. Wenn Sie mit einfacheren Modellen beginnen, wird wahrscheinlich auch der erste Versuch erfolgreich sein. Mit Erfahrung können Sie sich an komplexere Projekte wagen, um einen möglichst effizienten und leistungsstarken Windgenerator zu erhalten.

Video #1. Wie man eine Windturbine aus PVC-Rohren baut:

Video #2. Windgenerator selbst gebaut:

Video #3. Windturbine aus verzinktem Stahl:

Wenn Sie saubere und sichere Windenergie für den Hausgebrauch nutzen möchten und nicht vorhaben, viel Geld für teure Ausrüstung auszugeben, sind selbstgebaute Rotorblätter aus gewöhnlichen Materialien eine geeignete Idee. Scheuen Sie sich nicht vor Experimenten, dann werden Sie die vorhandenen Modelle von Windturbinenrotoren noch weiter verbessern können.

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