Читать книгу Wind bewegt - Günther Hacker - Страница 11

Bei einem Windradflügel ist stets die flache Seite dem Wind zugewandt, die runde Seite zeigt nach hinten. Wird der Flügel von vorne vom Wind angeströmt, so strömt der Wind an der Vorderseite schneller als an der Rückseite vorbei. Durch den kürzeren Weg an der glatten Vorderseite entsteht ein höherer Druck, an der Rückseite ein niedrigerer Druck. Dieser Unterschied erzeugt eine Kraft, die aus Auftrieb (Sogwirkung) und Widerstand (Verdrängung) besteht. Da die Flügel aber in der Mitte an einer Achse befestigt sind, treibt diese Antriebskraft die Flügel in Drehrichtung an.

Je nach Flügelprofil ist das Verhältnis vom Auftrieb zum Widerstand, Gleitzahl genannt, sehr unterschiedlich. Es ist möglichst ein Profil zu verwenden, bei dem die Auftriebskraft viel größer als der Widerstand ist, denn reine Widerstandsläufer (z.B. das Westernwindrad) drehen langsam und bringen nur wenig Leistung. Deshalb sind Ventilator- oder Autolüfterflügelräder für den Selbstbau eines Windrades, das zum Beispiel Strom erzeugen soll, ungeeignet.

Wenn wir das Wort „Windradflügel“ verwenden, so ist das eigentlich nicht richtig, es müsste „Repeller“ heißen. Denn er ist genau andersherum aufgebaut als ein Flugzeugpropeller (Wölbung vorne, glatte Fläche hinten), der ja motorisch angetrieben das Flugzeug im Wind nach „vorne schrauben“ soll. Deshalb ist es sinnlos, einfach einen Propeller eines Modell- oder Leichtflugzeuges für das selbst gebaute Windrad zu kaufen. Auch wenn solche immer wieder im Internet speziell für diesen Zweck angeboten werden.

Bei der Drehung im Wind läuft die Rotorblattspitze viel schneller als die Windgeschwindigkeit, das Verhältnis gibt man in der Schnelllaufzahl an. Eine Schnelllaufzahl 7 bedeutet, dass die Flügelspitze sieben mal schneller als der Wind ist. Durch die Flügelgröße, Flügelform und Stellung zum Wind wird die Schnelllaufzahl verändert, davon hängen die Leistungsfähigkeit und auch die Lautstärke ab, besonders bei kleinen Windrädern.

Ein langsam laufendes Windrad hat große Flügel, die steiler angestellt sind (schräger zum Wind), ein Schnellläufer benötigt kürzere Flügel mit flachem Profil. Wenn sie richtig konstruiert sind, holen beide die gleiche Leistung aus dem Wind heraus: Der langsamere Flügel erzeugt ein höheres Drehmoment, der schnellere Flügel erreicht dafür eine hohe Drehzahl (für einen schnell laufenden Generator zum Beispiel).

Da ja nicht jeder Punkt auf dem Flügel die gleiche Geschwindigkeit hat (außen an der Spitze ist die Geschwindigkeit viel höher als innen an der Nabe), muss das Flügelprofil speziell geformt sein: Innen ist es schräger zum Wind gestellt, außen deutlich flacher. Schon kleinste Formveränderungen können die Leistung und das Geräusch erheblich verändern, deshalb ist die Berechnung der Profile für höchste Energieausbeute Aufgabe von Fachleuten.