HowTo: WinDIY - Flügel der Windturbine aufbauen - nerdiy.de

Eine wichtige Komponente an WinDIY sind sicherlich die Flügel. Denn sie sind es welche die Energie des Windes aufnehmen und in eine Drehbewegung umwandeln, welche dann wiederum den Generator speist und somit Energie erzeugt.

Dabei sollten die Flügel natürlich möglichst leicht sein. Gleichzeitig aber stabil genug, um auch bei stärkerem Wind den Kräften widerstehen zu können.

Auf dem Weg zu einem passenden Design habe ich deswegen etwas experimentiert. Infos zu diesen Experimenten findet Ihr hier: https://hackaday.io/project/172328-windiy-hawt-wind-turbine/log/179141-windy-wing-mark-3-a-modular-easy-replaceable-and-scalable-blade

Im folgenden Artikel findet Ihr die Tipps um den Flügel nachzubauen. Von diesem Flügel benötigt Ihr (natürlich) drei Exemplare.

Wichtig: Die Windturbine läuft aktuell (11.10.2020) noch nicht perfekt. Die Flügel müssen noch angepasst werden und auch der Generator passt noch nicht ganz zu den Eigenschaften der Windturbine. Hier liegt also noch etwas Arbeit vor mir. Aber vllt. sind die gezeigten Komponenten bis dahin schonmal eine Anregung für jeden der an seinem eigenen Entwurf einer 3D gedruckten Windturbine arbeitet. 🙂

Sicherheitshinweise

Ich weiß die folgenden Hinweise sind immer irgendwie lästig und wirken unnötig. Aber leider haben schon viele Menschen die es "besser" wussten aus Leichtsinnigkeit Augen, Finger oder anderes verloren bzw. sich verletzt. Im Vergleich dazu ist ein Datenverlust fast nicht der Rede Wert, aber auch diese können echt ärgerlich sein. Deswegen nehmt Euch bitte fünf Minuten Zeit um die Sicherheitshinweise zu lesen. Denn auch das coolste Projekt ist keine Verletzung oder anderen Ärger wert.
https://www.nerdiy.de/sicherheitshinweise/

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Voraussetzungen

Benötigtes Werkzeug:

Heißklebepistole

3D Drucker

Innensechskantschlüssel

Zange

Akkubohrer

(langer) 3mm Bohrer

Pinzette

Benötigtes Material:

Die hier aufgelisteten Materialen benötigt ihr für einen Flügel. Bedenkt also, dass Ihr genügend Teile für drei Flügel bestellt. 🙂

15x	rafters
1x	raftersTip
1x	basePlug
1x	baseSocket
1x	AluminiumStange 10x10mm 67cm lang
1x	Schrumfpschlauch ca. 1m lang und 140mm Breit
1x	M6x100mm Sechskanntschraube
1x	M6 Selbstsichernde Mutter
5x	M3 Mutter
3x	M3x20 Zylinderkopfschraube
2x	M3x8 Zylinderkopfschraube
2x	M5x75 Zylinderkopfschraube
1x	Kleber

In der folgenden Liste findet Ihr alle Teile die Ihr zur Umsetzung dieses Artikels benötigt.

Infos zum Flügelprofil

Das design des Flügels basiert auf dem NACA4412 Profil mit einer Sehnenlänge von 120mm.

Auf der folgenden Seite findet Ihr Infos und konfigurierbare Vorlagen für dieses und andere Flügelprofile: http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=naca4412-il

Benötigte Teile sammeln

Bevor es mit dem Aufbau des Flügels losgehen kann, müsst Ihr natürlich zunächst alle benötigten Teile zusammen haben. Eine komplette Liste der benötigten Materialien und Werkzeuge findet Ihr weiter oben in der Material- und Werkzeugliste.

Die Kunststoffteile lassen sich leicht mit einem 3D Drucker erstellen. Alle Teile sind so designet, dass sie sich auf einem normalen FMD Drucker drucken lassen.

Die benötigten STL-Dateien zum ausdrucken findet Ihr hier: https://github.com/Nerdiyde/WinDIY/tree/master/wingMk3

Ich habe die Teile mit den Folgenden Einstellungen gedruckt.

Sparre:

Perimeter: 3
Infill: 10%

Flügel-Basis(beide Teile):

Perimeter: 5
Infill: 50%

Flügel-Endteil:

Perimeter: 3
Infill: 30%

Die Schrauben im Flügel sollten am besten aus Edelstahl sein, damit sie durch Feuchtigkeit nicht rosten.

Endteil montieren

Etwas untypisch fangen wir mit dem Ende an. Nämlich dem Endteil des Flügels.

Dazu benötigt Ihr die abgebildeten Teile.

Steckt nun das Aluminiumprofil in das Flügel-Endteil.

Dies sollte bis zum Anschlag in das Flügel-Endteil eingeschoben sein.

Denn nun müsst Ihr zunächst ein Loch in das Aluminiumprofil bohren.

Dazu benutzt ihr das Flügel-Endteil als Schablone. Indem Ihr durch das Loch (welches eigentlich für die Schraube gedacht ist) in das Aluminumprofil bohrt, habt Ihr direkt die richtige Position für das Bohrloch.

Wichtig: Achtet beim Bohren darauf, dass Ihr nur durch eine Außenseite des Aluminiumprofils bohrt. Ihr solltet nicht komplett durchbohren!

Fertig gebohrt sollte Euer Aluminiumprofil dann in etwa so aussehen.

Nun muss das vorbereitete Aluminiumprofil mit dem Flügel-Endteil verbunden werden. Schiebt dazu eine M3 Schraube wie abgebildet in das Flügel-Endteil ein.

Dies sollte dann wie abgebildet in die Aussparung für das Aluminiumprofil hineinragen.

Nun wird es etwas kniffelig.

Durch die Öffnung in die später das Aluminiumprofil in das Flügel-Endteil eingeschoben wird, müsst Ihr nun eine M3 Mutter auf die zuvor eingeschobene M3 Schraube aufschrauben.

Die fertig aufgeschraubte M3 Mutter könnte dann in etwa so aussehen.

Nun könnt Ihr das Aluminiumprofil wie abgebildet in das Flügel-Endteil einstecken und mit der vorbereiteten Schraube verschrauben.

Die ersten fünf Sparren montieren

Nachdem das Flügel-Endteil montiert ist, könnt Ihr nun die ersten Fünf Sparren auf dem Flügel montieren.

Schiebt dazu die ersten vier Sparren wie abgebildet auf das Aluminiumprofil.

Die fünfte Sparre müsst Ihr nun etwas vorbereiten.

Diese wird nämlich – ähnlich wie beim Flügel-Endteil – mit einer Schraube auf dem Aluminiumprofil fixiert.

Setzt dazu die M3 Schraube wie abgebildet in das Loch im Sparren ein und schraubt die M3 Mutter wie abgebildet auf der Innenseite auf.

Die M3 Mutter könnt Ihr dann mithilfe der Schraube in die Aussparung im Sparren ziehen.

So vorbereitet könnt Ihr nun die Fünfte Sparre lose auf das Aluminiumprofil aufschieben.

Bevor die einzelnen Sparren nun zusammengeschoben werden, solltet Ihr die Steckverbindungen mit etwas Kleber bestreichen.

Dies ist nicht unbedingt notwendig, da die Flügelteil sehr wahrscheinlich auch ohne Kleber zusammen halten. Ich empfehle es aber. 🙂

Bestreicht dazu die Positionierhilfe an der …

…Flügel-Hinterkante …

… jedes einzelnen Sparrens…

… sowie an der Flügel-Vorderseite mit einem kleinen Tropfen Kleber.

Habt Ihr alle Sparren mit dem Kleber vorbereitet…

…könnt Ihr sie nun zusammenstecken.

Ansicht der ersten zusammen gesteckten Sparren.

Nahansicht des Lochs an der Vorderkante der Sparren in das die Positionierhilfe eingesteckt werden muss.

Nahansicht des Lochs an der Hinterkante der Sparren in das die Positionierhilfe eingesteckt werden muss.

Bereitet die fünfte Sparre nun so vor, dass die Mutter, welche auf der Schraube sitzt in die Aussparung im Sparren gezogen wird.

Dann könnt Ihr die Sparre auf das Aluminiumprofil schieben.

Sobald Ihr die ersten fünf Sparren zusammengesteckt habt, könnt Ihr die fünfte (zuvor mit der Schraube vorbereitete) Sparre mit der Schraube auf dem Aluminiumprofil fest schrauben.

Achtet dabei darauf die Schraube zwar fest aber nicht zu fest zu ziehen.

Die Sparren sechs bis zehn montieren

Die Sparren sechs bis zehn werden im Prinzip genauso wie die vorherigen fünf Sparren montiert.

Ihr benötigt nun weitere fünf Sparren.

Vier davon könnt Ihr wie gewohnt auf das Aluminiumprofil aufschieben.

Das fünfte solltet Ihr wie zuvor mit einer Schraube vorbereiten. Mit dieser kann die fünfte Sparre wie schon zuvor auf dem Aluminiumprofil gesichert werden.

Alle fünf vorbereiteten Sparren würden dann so aussehen.

Nun könnt Ihr die Steckverbinder wie zuvor mit etwas Kleber bestreichen und…

… die einzelnen Sparren zusammen stecken.

Wenn alles ordentlich zusammen gesteckt ist könnt Ihr auch die Schraube der letzten Sparre fest ziehen und die aufgesteckten Sparren so sichern.

Die Sparren elf bis 15 montieren

Mittlerweile habt Ihr ja schon Übung bei der Installation weiterer Sparren. Nun geht es an die Installation der letzten fünf Sparren, bevor die Steckverbindung für den Flügel montiert wird.

Hier seht Ihr den bisher aufgebauten Flügel und die fünf noch nicht installierten Sparren.

Weitere Ansicht.

Bereitet wieder wie gehabt die fünfte Sparre so vor, dass Ihr diese später mit einer Schraube auf dem Aluminiumprofil fixieren könnt.

Schiebt die fünf Sparren nun wieder auf das Aluminiumprofil, bereitete die Steckverbindungen mit Kleber vor…

…und Schiebt die Sparren bzw. deren Steckverbindungen zusammen.

Mithilfe der Schraube in der letzten Sparre könnt Ihr die Sparren dann wieder auf dem Aluminiumprofil sichern.

Das flügelseitige Teil der Flügelbasis montieren

Damit der Flügel später leicht montiert bzw. demontiert werden kann, könnt Ihr jetzt noch den ersten Teil der Steckverbindung auf dem Aluminiumprofl montieren.

Dazu benötigt Ihr den abgebildeten oberen Teil der Steckverbindung und eine M3 Schraube inkl. Mutter.

Wie bereits beim Flügel-Endteil müsst Ihr nun den oberen Teil der Steckverbindung auf das Aluminiumprofil aufstecken und mit einem 3mm Bohrer durch das Schraubenloch der Steckverbindung bohren.

Ziel ist es dabei (wie beim Flügel-Endteil) ein Loch in eine Seite des Aluminiumprofils zu bohren.

Habt Ihr das Loch gebohrt, könnt Ihr nun wieder die Schraube in den Steckverbinder einsetzen.

Dies sollte dann in etwa so aussehen.

Nun könnt Ihr den Steckverbinder auf das Aluminiumprofil schieben und mit der vorbereiteten Schraube auf dem Aluminiumprofil verklemmen.

Nun sieht der Flügel schon fast fertig aus.

Das Nabenseitige Teil des Flügels montieren

Der gerade montierte Steckverbinder muss natürlich auch irgendwo eingesteckt werden können. Dazu solltet Ihr nun den nabenseitigen Teil der Flügelsteckverbindung vorbereiten. Diese wird dann später beim Aufbau der Nabe an der Nabe montiert.

Dazu benötigt Ihr nun die abgebildeten Teile.

Weitere Ansicht

Schiebt nun die M6x100 Schraube wie abgebildet…

…in den Steckverbinder…

…und setzt die selbstsichernde M6 Mutter wie abgebildet auf die M6x100 Schraube.

Fertig aufgeschraubt…

…sollte dies dann so aussehen.

Achtet dabei darauf, dass der Kopf der M6x100 Schraube korrekt in die dafür vorgesehen Aussparung eingelegt ist.

Nun könnt Ihr die Steckverbindung das erste Mal testen.

Die Teile sollten sich wie abgebildet ineinander Stecken lassen.

Die Steckverbindung könnt Ihr nun mit der M5 Schraube sichern.

Steckt diese dazu komplett durch die beiden Teile der Steckverbindung…

… und verschraubt sie mit der passenden M5 Mutter so, dass die Steckverbindung von der M5 Schraube zusammen gehalten wird.

Befestigt die Schraube auf der ober- und…

… unterseite des Flügels.

Weitere Ansicht.

Nun ist die Struktur für Eueren Flügel fertig. Das einzige was noch fehlt ist die Flügeloberfläche.

Weitere Ansicht.

Weitere Ansicht.

Aufschrumpfen des Schrumpfschlauch vorbereiten

Damit der Flügel dem Wind einen Widerstand bieten kann und seine aerodynamische Form Auftrieb erzeugen kann ist es wichtig, dass das Gerippe des Flügels mit einer Folie bezogen wird. Am einfachsten ist es dazu den Flügel in einen entsprechend großen Schrumpfschlauch zu legen.

Dazu benötigt Ihr die abgebildeten Teile.

Wichtig: Den unteren Teil der Steckverbindung solltet Ihr jetzt natürlich entfernen. Er wird nicht vom Schrumpfschlauch eingefasst.

Weitere Ansicht.

Prüft nun nochmal, dass der Schrumpfschlauch mindestens so lang wie der ganze Flügel ist.

Falls ja, könnt Ihr den Flügel nun in den Schrumpfschlauch einstecken.

Da Ihr nun gleich mit Heißluft den Schrumpfschlauch auf dem Flügel aufschrumpfen müsst, solltet Ihr den Flügel nun etwas von der Unterlage entfernt lagern.

So vermeidet Ihr, dass die Unterlage von der heißen Luft beschädigt wird.