Wind nutzen

Ein Windrad bauen

Kleiner Stromerzeuger für Schule, Garten oder Outdoor

Günther Hacker

Wind nutzen – ein Windrad bauen

Günther Hacker

Copyright © 2016 Günther Hacker

1. Auflage 2016

Verlag epubli GmbH, Berlin www.epubli.de

ISBN: 978-3-7418-3937-5

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

Inhaltsverzeichnis

Einführung

Warum ein Windrad bauen?

Kleinwindräder pädagogisch betrachtet

TEIL 1 – Windrad DYNAWI

1.1. Was sollte bei der Bauanleitung beachtet werden?

1.2. Wo gibt es das Baumaterial?

1.3. Was ist bei der Materialauswahl zu beachten?

1.4. Welches Werkzeug wird benötigt?

1.5. Welches Material wird benötigt?

1.6. Beschreibung der Windradteile

Nabendynamo als Generator

Windradflügel (Repeller)

Gehäuse aus Kunststoff

Gehäuse aus Metall

Windfahne

Mast und Mastbefestigung

TEIL 2 – Bauanleitungen

2.1. DYNAWI - WINDRAD aus Kunststoff

Materialliste

Bauanleitung

Flügel aus Kunststoffrohr

Flügelnabe

Gehäuse

Mastbefestigung

Bearbeitung Nabendynamo

Windfahne

Endarbeiten und Zusammenbau

Kontrolle

2.2. DYNAWI aus Metall

Materialliste

Bauanleitung

Flügel aus Metall

Flügelnabe

Gehäuse

Mastbefestigung

Windfahne

Bearbeitung Nabendynamo

Endarbeiten und Zusammenbau

Kontrolle

Weitere Infos

TEIL 3 – Windradelektrik

3.1. Elektrischer Anschluss

Anschluss Dynamo-Stecker

Kabelführung am Windrad

3.2. Windstrom-Regler

Regler M127 N

3.3. Windradstrom-Verbraucher mit USB

3.4. Akkuladung

TEIL 4 – Windrad aufstellen und Betrieb

4.1. Was passiert bei Sturm?

4.2. Welcher Mast sollte verwendet werden?

4.3. Mastaufstellen erlaubt?

4.4. Sicherheit zuerst

4.5. Größere Windräder selbst bauen?

TEIL 5 – Was man über Windenergie wissen sollte

5.1. Woher kommt der Wind?

5.2. Wie können wir den Wind messen?

5.3. Wie kann man die Windleistung berechnen?

5.4. Windstärke

Windstärketabelle

5.5. Warum dreht sich ein Windrad?

5.7. Windradarten und die Geschichte der Windräder

TEIL 6

6.1. Bezugsquellen für Windradartikel

6.2. Links

6.3. Buchempfehlungen vom gleichen Autor

6.4. Impressum

Einführung

Warum ein Windrad bauen?

Ab und zu sind in Schrebergärten oder bei Bauernhöfen selbst gebaute Windräder zu sehen. Oft können sie über einen Generator Strom für Leuchten erzeugen oder einen kleinen Akku laden. Andere mehrflügelige Windräder pumpen sogar Wasser aus einem Bachlauf, ganz so wie ihre großen Westernwindradvorbilder.

Warum machen sich die Bastler die Mühe, aus den verschiedensten Materialien Windräder zu bauen, die oft voller Ideen stecken, manchmal aber nicht sehr gelungen aussehen?

Für viele der Windradbesitzer üben die sich im Wind drehenden Flügel eine gewisse Faszination aus und die Nutzung der Naturgewalt ist eine kleine Herausforderung. Von der Planung über die Materialauswahl bis hin zur Fertigstellung muss einiges überlegt werden, denn der erste Sturm verzeiht keine Fehler. So hat mancher Windradbauer schon einmal vor dem Maststumpf gestanden und die vom Winde verwehten Flügel im Garten gesucht. „Jetzt erst recht“ war dann oft die Devise und ein neues, besseres Windrad wurde gebaut.

Strom aus dem Wind zu produzieren ist der Wunschtraum vieler Haus- und Gartenbesitzer. Durch die von unserem Solar-Wind-Team entwickelten und industriell gefertigten Kleinwindräder mit Netzeinspeise-Wechselrichter, der den Windstrom direkt ins eigene Hausnetz leitet, ist das möglich.

So haben auch schon viele Schulen neben einer Solarstromanlage eines unserer Kleinwindräder zur Stromproduktion auf dem Dach oder wie in Konstanz auf dem Kamin.

Bei der Beratung für die Schulwindräder sind wir immer wieder von Schülern, Lehrern oder Projektleitern gefragt worden, ob man solch ein Kleinwindrad zur Stromproduktion nicht im Unterricht oder im Rahmen eines Projekts bauen könne. Solche Kleinwindräder erfordern aber einige Materialkenntnis, handwerkliches Geschick und Kenntnis von der Windnutzung, so dass viele Bastler, besonders Kinder und Jugendliche, schnell überfordert wären. Auf dem Windradmarkt gibt es kaum Bausätze, fast alle sind zu kompliziert im Aufbau und in der Bearbeitung.

Die Lösung wäre ein Windrad aus Teilen, die leicht und kostengünstig zu beschaffen sind. Außerdem müsste es ohne besondere Fachkenntnisse und Spezialwerkzeug zusammenzubauen sein.

Dazu sollte der Aufbau des fertigen Windrads nicht zu kompliziert werden und möglichst sicher erfolgen können. Und wenn dann noch Lösungen gefunden würden, wie man den erzeugten Windstrom sinnvoll nutzen könnte, dann hätten wir das ideale Windrad z.B. für ein Schulprojekt gefunden.

Einige Versuche waren notwendig, dazu kamen Tipps von erfahrenen Windradbastlern, bis das hier im E-Book vorgestellte DYNAWI (DYNAmo-WIndrad) fertig war.

Foto der Kunststoffvariante

Dieses Dynamo-Windrad ist ein einfach zu bauender kleiner Stromerzeuger aus preisgünstigen Metall- oder Kunststoffteilen, die man leicht beschaffen kann. Zwei Wochenenden oder einige Schultage genügen für den Zusammenbau. Nach dem Aufbau auf einem Mastrohr kann der erzeugte Windstrom für Beleuchtung mit LEDs, zur Akkuladung oder zum Aufladen von Handys genutzt werden.

Wer die beiden Windradvarianten in Aktion sehen will, sollte sich unser Video anschauen:

vimeo.com/177145433

Im ersten Teil dieses E-Books stellen wir das Kleinwindrad in zwei Bauvarianten vor und beschreiben dann den einfachen Selbstbau. Zunächst werden alle Materialien und das benötigte Werkzeug aufgeführt, dann geht es Schritt für Schritt ans Windradbauen.

Im zweiten theoretischen Teil des Buches gibt es kurze Informationen über die Entstehung des Windes, die Funktion und den Aufbau von Windrädern, die als Einstieg in das Thema Windenergie oder für ein Referat / eine Facharbeit ausreichen sollten.

Kleinwindräder pädagogisch betrachtet

Seit den Reaktorunglücken in Tschernobyl und in Fukushima ist es sinnvoll, Schülern zu zeigen, dass der Strom nicht einfach aus der Steckdose kommt. Sie sollen lernen, dass es unterschiedliche Arten der Stromgewinnung gibt, die mehr oder weniger schädlich für die Umwelt und Menschheit sind. So sollen sie erkennen, dass für die Zukunft ein Mix aus vielen verschiedenen Energiearten, möglichst natürlich aus nachwachsenden oder unerschöpflichen Quellen wie dem Wind, notwendig ist.

Daher ist es sinnvoll, sich in der Schule fächerübergreifend oder in Projekten durch die Fertigung eines Windrads mit den Grundlagen der Windenergienutzung auseinanderzusetzen. Wenn dann nach dem Zusammenstellen der Teile, der Bearbeitung und dem Zusammenbau mit dem Dynamo-Windrad der Schritt zur ersten Windstromproduktion gemacht ist, dann ist meist der Stolz der Erbauer groß.

Deshalb ist die Beschäftigung im Unterricht ab Klasse 5 mit der Windradtechnik eine pädagogische Aufgabe, da die Sonnenenergienutzung für diese Altersgruppe noch zu komplex und zu schwierig ist. Denn schon das gemeinsame Basteln und Beobachten der Kleinwindräder schult das Verständnis für die Windenergienutzung und lässt Schüler die Großwindräder mit anderen Augen sehen.

(Foto: André Dünnebacke / Regionale 2016 Agentur) Projekt des Pictorius Berufskollegs Coesfeld

Aus unserer pädagogischen Erfahrung heraus haben wir den Aufbau der beiden Windräder so einfach wie möglich gewählt. Außerdem haben wir Material ausgesucht, das leicht zu beschaffen ist, und haben darauf geachtet, dass keine schwierigen handwerklichen Fähigkeiten gefordert sind.

Beim gemeinsamen Bau der Windradmodelle waren wir überrascht, welche Änderungs- und Verbesserungsvorschläge von den jugendlichen Bastlern selber kamen. Deshalb sollte nach dem Motto „Learning by doing“ kein zu fest vorgegebener Bauplan vorliegen, denn die Erfahrungen im Wind machen aus dem Bastler erst den richtigen „Windradingenieur“.

Aufgaben

Material zusammenstellen und beschaffen

Material bearbeiten (Kunststoff, Metall, Verkabelung)

Einzelteile nach Plan zusammenbauen

Zusammenbau auf Funktion prüfen, Messarbeiten

Standort suchen, Aufbau auf Mastrohr, elektrischer Anschluss

Windmessungen, Lautstärkemessungen, Leistungsmessungen

Zusammenbau und Messergebnisse dokumentieren

Mit Theorie über Wind, Windradarten und Geschichte der Windräder ergänzen

Dass Energie aus Sonne, Wasser und Wind bei der nächsten Generation zur Selbstverständlichkeit wird und hoffentlich mithilft, das Klimaproblem zu lösen, das wünscht sich der Autor dieses Buches.

TEIL 1 – Windrad DYNAWI

Was ist das Besondere an unserem Selbstbauwindrad?

Einmal ist es die Verwendung eines preisgünstigen Nabendynamos vom Fahrradzubehör als Windradgenerator. Das erspart uns die aufwändige Suche nach einem geeigneten Generator für unsere Windradgröße. Dafür gibt es nämlich kaum Hersteller und wenn, dann sind deren Produkte für unsere Zwecke zu teuer.

Zum zweiten ist es die Verwendung von Material, das es preiswert im Baumarkt zu kaufen gibt: KG - Kunststoffrohre, ein fertiges Metallgehäuse und weiteres Zubehör, das auch leicht zu bearbeiten ist.

Der dritte Vorteil unseres Windrads ist, dass es in verschiedenen Varianten gebaut werden kann:

Windrad DYNAWI Es besteht neben dem Nabendynamo aus den Windradflügeln, der Flügelnabe, einem Gehäuse, einer Windfahne und der Halterung dazu.

Die Kunststoffversion des DYNAWI ist ideal geeignet für den Wochenendbastler oder die Windradfertigung in Schulen oder Jugendgruppen.

Denn der Windradbau ist einfach: Die Windradflügel werden aus KG - Rohren hergestellt, ebenso werden die Flügelnabe und die Windfahne aus Kunststoff gefertigt. Da vorwiegend Fertigteile verwendet werden, ist damit eine einfache und schnelle Bauzeit möglich. Das Ergebnis ist ein wetterfestes, robustes Windrad, das Strom erzeugt und ähnlich wie ein Großwindrad aussieht.

Wer das Können und die Möglichkeit hat, Metallrohre und -bleche zu bearbeiten, der wird sich freuen, weil die Teile des DYNAWI Metall nach unserer Anleitung auch aus Alu, Stahl oder Kupfer in Form von Blechen oder Rohren gebaut werden können. Diese Metall-Version ist für Auszubildende in Metallberufen oder für Fach- oder Gewerbeschulen ein ideales Schulungsobjekt.

Beim Zusammenstellen des Materials haben wir darauf geachtet, dass die Varianten kompatibel sind. Es kann also nachträglich das Kunststoffwindrad teilweise auf das Metallwindrad umgebaut werden oder umgekehrt.

Zugegeben, es gibt bestimmt schönere Windräder. Wenn man aber nach wenigen Arbeitsstunden schon den Erfolg sieht und sein wetterfestes Selbstbauprodukt in den Wind hält – dann kann man zurecht stolz sein. Dazu kommt noch, dass die Bauteile nicht viel kosten.

Was kann man mit unserem DYNAWI anfangen? Da das Windrad sich bei ausreichendem Wind nicht nur dreht, sondern auch richtig Strom erzeugt, kann es vielfältig eingesetzt werden: Der verwendete Nabendynamo erzeugt genügend Leistung, um über einen USB-Anschluss Handys, Navi-Geräte, Powerbanks oder Akku-Campingleuchten zu laden. Aber auch der Anschluss eines 12 - Volt-Akkus ist an guten Standorten möglich, oder wenigstens die Ladung wird erhalten. Somit ist das DYNAWI nachts oder im Winter eine Ergänzung, oder an guten Windstandorten sogar ein Ersatz für Solarmodule.

So kann das Windrad nicht nur in der Schule eingesetzt werden, sondern auch überall dort, wo kein Stromanschluss vorhanden ist: In abgelegenen Gärten, an Fischer- oder Berghütten, in Jugendzeltlagern, beim Camping oder in der Landwirtschaft (Weidezaun). Da es leicht zu transportieren ist, kann es z. B. mit einem Teleskopmast (Foto) auch mobil eingesetzt werden.

Upgrade Und noch einen weiteren Vorteil hat unser DYNAWI, denn es lässt sich durch einen größeren Windradgenerator erweitern. Der Nabendynamo kann durch einen stärkeren Generator, z.B. einen Scheibengenerator, bis 100 Watt Leistung ersetzt werden. Das erfordert nur geringe Änderungen am Windrad.

Bitte beachten: Auch wenn im Internet ständig günstige Generatoren für Kleinwindräder angeboten werden, so sind die meisten davon untauglich. Oft sind es einfach nur Motoren, die kaum Strom erzeugen können, oder die erforderliche Drehzahl liegt viel zu hoch: Kleinwindräder haben Drehzahlen von 0 - 800 U/min, die meisten angebotenen Generatoren aber 1500 - 10.000 U/min, um Strom zu erzeugen. Da müsste ein Getriebe eingesetzt werden, was aber für kleine Windräder unsinnig ist. Also aufgepasst bei solchen Angeboten!

1.1. Was sollte bei der Bauanleitung beachtet werden?

Als Betreuer des Windradbauprojekts oder als Einzelbastler sollte man vor dem Baubeginn erst überprüfen, ob die Voraussetzungen für alle Bauabschnitte und den späteren Testbetrieb ausreichen. Das können einmal die manuellen Fähigkeiten der Projektteilnehmer sein, die vom Alter und auch davon abhängen, ob solche oder ähnliche Arbeiten bereits geübt worden sind. Oft hilft die Verteilung der einzelnen Arbeitsschritte in der Projektgruppe auf diejenigen, die schon mehr Erfahrung damit haben.

Dann sollten vorher Raum und Zeit überlegt werden, d.h. besteht überhaupt die Möglichkeit in der Schule, im Wohnhaus, die Arbeiten zu erledigen? Kann man sie eventuell liegen lassen oder sicher wegräumen, wenn sich das Projekt über mehrere Wochen hinziehen muss? Reicht die vorgesehene Zeit für alle Arbeitsschritte aus? Denn nichts ist schlimmer für alle Beteiligten, als das Projektziel zu verfehlen und das Windrad nicht in Funktion zu erleben. Deshalb sollte auch die Zeit für die Erkundung des Standplatzes und den Aufbau des Mastes berücksichtigt werden. Wiederkehrende Messarbeiten am laufenden Windrad runden das Projekt erst ab.

Weiter sollte vor Baubeginn überprüft werden, ob das benötigte Material und Werkzeug überhaupt beschafft werden kann. Und möglichst rechtzeitig, damit keine längeren Pausen beim Bau entstehen. Können die Teile im nächsten Baumarkt oder Bastelshop gekauft werden, oder müssen sie im

Internet bestellt werden? Und es ist schon ein Unterschied, ob das Windrad in einem komplett eingerichteten Werkraum mit allen Geräten oder zu Hause im Keller zusammengebaut werden soll.

Wenn in einer Gruppe gearbeitet werden soll, dann ist es vorteilhaft, wenn jemand das Windrad vorher schon einmal zusammengebaut hat. So lassen sich die anfallenden Arbeiten leichter verteilen und es entstehen weniger Probleme, wenn das Material nicht stimmt oder Teile nicht passen.

Auch wenn das Windradmodell vom Autor so sorgfältig wie möglich ausprobiert wurde und hier möglichst genau beschrieben wird, so können Fehler beim Nachbau entstehen. Das kann verändertes Material sein, eine falsche oder missverstandene Anweisung oder die Bastler arbeiten nicht ordentlich. Dazu kommt noch das Risiko mit dem ausgewählten Standort - alles Faktoren, die die Haltbarkeit und die Sicherheit des Windrads beeinflussen.

Deshalb bitte ich um Verständnis dafür, dass für Schäden, die durch den Nachbau und den Betrieb der in diesem E-Book beschriebenen Windradmodelle entstehen könnten, keine Haftung übernommen werden kann. Aus diesem Grund sollten bei Jugendlichen die Materialauswahl, die Bearbeitung und der Zusammenbau überwacht werden. Bei Probeläufen, dem Mastaufstellen und späterem Betrieb sollte auf möglichst hohe Sicherheit geachtet werden!

1.2. Wo gibt es das Baumaterial?

Nur wenige werden zu Hause im Keller oder in der Schule im Werkraum die passenden Materialien für den Selbstbau unseres DYNAWI-Windrads finden. Aber ein Blick auf die Materialliste zeigt, ob das eine oder andere Bauteil vorrätig ist und was im Baumarkt beschafft werden muss. Bei der Auswahl der Bauteile haben wir teure Spezialteile vermieden, sondern möglichst fertige Elemente gesucht, die mit wenig Bearbeitung für unseren Windradbau verwendet werden können. Dadurch ist der Bau der Windräder auch von Ungeübten zu schaffen.

Um die Teile einfacher kaufen oder bestellen zu können, habe ich sie anhand der Fotos genau beschrieben oder Bezugsquellen angegeben.

Bausatzteile: Wer sich das Suchen und Zusammenstellen einzelner Bauteile ersparen möchte, kann sie von uns bekommen. Neben dem passenden Nabendynamo bieten wir auch bereits vorgefertigte Teile an, wie z.B. die Flügelnabe und komplette Flügel aus Aluminium. Einfach ein Mail schreiben: info@wind-mobil.de

1.3. Was ist bei der Materialauswahl zu beachten?

Natürlich kann auch das von uns vorgeschlagene Material verändert und durch andere Teile ersetzt werden. Dabei muss aber beachtet werden, dass sich damit die Eigenschaften des Windrades ändern könnten und damit vielleicht die Leistung und Stabilität. Das gilt auch, wenn das Windrad einfach vergrößert oder verkleinert wird. Bitte beachten, dass ein doppelt so großer Rotor schon die vierfache Leistung bringt und damit auch der vierfachen Belastung standhalten muss! Das kann für die einfachen Bauteile schon zu viel sein und das Windrad hält den ersten Starkwind nicht aus. Deshalb sollten die Größen nur maßvoll verändert werden oder erst nach Erfahrungen mit dem Selbstbau unseres Windrads an eigene Planungen von größeren gegangen werden.

Das selbst gebaute Windrad soll ja länger im Freien arbeiten, es ist also Wind und Wetter ausgesetzt. Das stellt an die Materialauswahl besondere Anforderungen: Die Schrauben und Achsen sollten möglichst nicht so schnell rosten, sonst laufen Rostbahnen den Mast hinunter. Deshalb sollten nur verzinkte oder, wenn das Windrad für längeren Dauerbetrieb geplant ist, Edelstahlschrauben eingesetzt werden.

Alle Schrauben müssen mit U-Scheiben, Zahnscheiben und Schraubensicherungspaste mit der Bezeichnung „mittelfest“ gegen Lösen gesichert und richtig festgeschraubt werden, denn bei der hohen Drehzahl und eventuellen Vibrationen durch Unwucht können sich selbst schon bei kleinen Windradrotoren Teile lösen und Umstehende gefährden.

Deshalb ist es notwendig, in bestimmten Zeitabständen alle Verschraubungen, die Befestigung und den Zustand der Flügel und besonders die Mastbefestigungen zu kontrollieren. Sollten Teile nicht mehr sicher sein, dann müssen sie ausgetauscht werden. Bis dahin müssen die Windradflügel festgebunden oder abgebaut werden, damit niemand gefährdet wird.

1.4. Welches Werkzeug wird benötigt?

Die Bearbeitung von Kunststoff oder Metall erfordert verschiedene Werkzeuge, die aber normalerweise in einem Hobbykeller oder in einem Materialschrank der Schule vorhanden sind.

Deshalb ist es von Vorteil, wenn der Umgang mit den Werkzeugen schon geübt wurde, sonst verzögert sich der Bau des Windrads nicht unerheblich und das Ergebnis ist dann vermutlich unbefriedigend.

Elektrowerkzeug: Um exakte Löcher ins Metall zu bohren, ist eine Ständerbohrmaschine mit Bohrschraubstock von Vorteil. Aber für die Kunststoffbearbeitung geht auch ein Akkuschrauber mit Bohreinsätzen von 5 bis 15 mm. Durch Einstellen einer niedrigeren Drehzahl kann gefahrlos auch von Ungeübten das Löcherbohren an verschiedenen Materialien probiert werden. Eine Stichsäge mit verschiedenen Sägeblättern wird für die Kunststoffarbeiten und Aluplattenschnitte benötigt.

Eine Flex (Winkelschleifer) hilft beim Bearbeiten des Stahlgehäuses, der Schwingschleifer kann einenSchleifpapierklotz ergänzen. Die Heißklebepistole hilft beim Fixieren von Bauteilen. Handschuhe und eine Schutzbrille sind natürlich Pflicht. Alu- oder Zinkspray wird nach dem Flexen und Bohren benötigt.

Handwerkzeug: Verschiedene Schraubendreher, Gabel- oder Ringschlüssel mit Maulgröße von 6 – 14 mm, Kombizange, Seitenschneider, Metallsäge, Metallfeile, Filzstift, Bleistift, Rechter Winkel, Zollstock, Steckschlüssel - Rätsche mit Adapter, Schleifpapier, Schleifblock, Schutzbrille

In der Baubeschreibung wird das benötigte Werkzeug kurz aufgeführt, sollten besondere Teile benötigt werden, so wird das mit den notwendigen Handgriffen erklärt.

Vorsicht: Wenn Jugendliche eigentlich ungefährliches Werkzeug benutzen, sollte trotzdem eine Aufsicht gewährleistet sein.

1.5. Welches Material wird benötigt?

Die Materialaufstellung hängt vom gewählten Windradtyp ab, ob also das vorwiegend aus Kunststoffrohren, oder das aus Metallteilen bestehende Windrad gebaut werden soll. Die jeweilige Materialliste ist am Anfang der Baubeschreibungen zu finden. Um aber einen Überblick über die einzelnen Teile zu bekommen, werden sie im nächsten Abschnitt zunächst kurz beschrieben. So ist leichter zu überprüfen, wie aufwändig die Suche nach den Bauteilen ist oder ob ähnliche bereits vorhanden sind.

1.6. Beschreibung der Windradteile

Nabendynamo als Generator

Weil richtige Windradgeneratoren schwer zu bekommen sind, und für unser einfaches Windrad auch zu teuer wären, haben wir uns für Nabendynamos für Fahrräder entschieden. Die sind preisgünstig und fast überall im Fahrradhandel zu erhalten. Weitere Vorteile sind die robuste Bauweise, die einfache Befestigungsmöglichkeit und dass sie wetterfest sind. Außerdem ist der elektrische Anschluss sehr einfach.

Wir haben verschiedene Nabendynamos ausprobiert, denn uns war sofort nach dem Kauf die starke Polfühligkeit aufgefallen. Das ist das „Kleben“ der im Inneren verbauten Magnete, was man als Rucken beim Drehen der Achse bemerkt. Je stärker es ruckt, um so größer muss das Drehmoment sein, um den Windgenerator zu starten. In der Praxis bedeutet dies, dass das Windrad unter Umständen erst bei höheren Windgeschwindigkeiten anläuft. Das ist dann beim Rotordurchmesser und beim Flügelprofil zu beachten, die für einen kräftigeren Anlauf sorgen müssen.

Jetzt wurde uns erst einmal bewusst, was der Radfahrer, auch wenn er den Dynamostrom nicht für Licht benötigt, für eine zusätzliche Belastung hat: Er muss ständig über die Pedalkraft den Widerstand des Nabendynamos überwinden. Allerdings fällt das dem Fahrer wegen des großen Raddurchmessers kaum auf.

Trotzdem gibt es inzwischen hochwertigere Nabendynamos mit geringerem Rastmoment. Die kosten aber über € 100.-, wir meinen darauf verzichten zu können, da sie sonst kaum Vorteile für unser Windrad bringen.

Deshalb haben wir uns für die preiswerteste Variante, den SHIMANO DH - 3N30 oder den DH - 3N31 mit Schraubachse und 18er Lochscheibe entschieden. Da stimmt das Preisleistungsverhältnis, denn die gibt es schon ab € 30.- im Fach- oder Versandhandel. Bitte darauf achten, dass kein Nabendynamo für Fahrräder mit Nabenschaltung, z.B. der DH - 3N80 gekauft wird, denn die haben eine Hohlachse, die für unsere Befestigungsart nicht geeignet ist.

So ein Nabendynamo hat zwar nur eine Nennleistung von 3 Watt bei 6 Volt Spannung, aber für unsere Zwecke reicht die geringe Leistung schon aus. Denn wir haben einige praktische Anwendungen gefunden, die schon mit dieser Leistung unseres Windrads funktionieren.

Bitte beachten: Nabendynamos haben nur eine Drehrichtung, die deutlich mit einem Pfeil auf dem Rundkörper bezeichnet ist. Diese ist schon beim probeweisen Drehen per Hand oder auf dem Prüfstand zu beachten. Auch bei der späteren Flügelfertigung- und befestigung muss man wegen der korrekten Drehrichtung aufpassen.

Wer sich mehr über die Nabendynamos informieren will, kann hier nachschauen:

http://fahrradbeleuchtung-info.de/nabendynamos-marktuebersicht-und-empfehlungen

Windradflügel (Repeller)

Für die Form unserer Windradflügel, die eigentlich mit dem Fachbegriff „Repeller“ bezeichnet werden müssten, verwenden wir ein vereinfachtes Design. Windradfachleute werden sofort erkennen, dass es sich nicht um „echte“ Flügel handelt, denn sie haben kein Profil. Aber der Bau solcher Flügelprofile ist aufwändig und kompliziert: Entweder muss der Flügel aus speziellem Hartholz geschnitzt werden oder mittels Formen aus Glasfaser mit Gießharz laminiert werden. Für Windräder gibt es je nach gewünschter Drehzahl oder Einsatzart unzählige Flügelprofile. Deshalb ist einiges an Erfahrung notwendig, außerdem ist die Gefahr der Unwucht groß. Die Flügel müssen deshalb noch genau aneinander angepasst werden.

Aus diesem Grund haben wir das vereinfachte Profil des Widerstandsläufers gewählt. Wie bei einer Windmühle oder dem Kinderwindrädchen drückt der Wind die Flügelfläche in eine kreisförmige Bewegung. Anders als bei dem oben beschriebenen Flügelprofil wird die Drehbewegung aber nicht proportional zur Windgeschwindigkeit größer, sondern bremst sich sogar bei Starkböen leicht ab („Stall-Effekt). Dieser Effekt ist sehr nützlich für unser Windrad, denn er ergänzt sehr gut unsere kleine Sturmbremse.

Mehr zu Flügelformen ist im Kapitel 4.3 nachzulesen.

Für die Kunststoffversion der Windradflügel verwenden wir ein KG-Rohr, das in den Baumärkten bis 150 mm Durchmesser zu finden ist. Es ist zwar nicht so UV-beständig wie die grauen Regenrohre, die es aber leider nicht mit dem benötigten Durchmesser gibt. Die Rohrform können wir geschickt als Flügelform nutzen, wir müssen nichts mehr biegen oder verformen. Aufzeichnen, aussägen und Kanten schleifen – schneller kann man keinen Windradflügel bauen. Und er ist erstaunlich haltbar. Die Rohrflügel kosten nicht viel, daher sind sie ideal zum Experimentieren mit verschiedenen Längen und Durchmessern.

Für die Metallversion der Windradflügel wird eine Aluplatte benötigt, aus der die Flügelformen ausgesägt, ausgefräst oder mit Laser ausgeschnitten werden müssen. Dazu benötigt man das passende Material und Werkzeug. Anschließend werden die Flügelrohlinge zweimal längs abgekantet, so dass der anfangs flache Flügel eine leichte Hohlform bekommt.

Das muss bei allen drei Flügeln exakt gleich gemacht werden, sonst „eiert“ das Windrad später im Betrieb. Das Ergebnis ist ein äußerst robuster und leise laufender Flügel, der sich in Rohausführung oder lackiert sehen lassen kann.

Gehäuse aus Kunststoff

Wenn es besonders schnell gehen soll, oder wenn nicht gerne mit Metall gearbeitet wird, dann ist unser DYNAWI in der Kunststoffausführung ideal. Für das Windradgehäuse haben wir ein KG - Rohr DN 110 ( Ø 110 mm) ausgewählt. Diese Größe gibt es noch günstig in jedem Baumarkt zu kaufen. Solche Rohre lassen sich leicht bearbeiten und halten lackiert einige Jahre, auch wenn der Weichmacher langsam entschwindet.

Ein abgesägtes Stück des Rohres ergibt das Windradgehäuse (Gondel), das vorne mit einem Deckel den Nabendynamo und mit dem Windfahnenrohr hinten die Windfahne hält. Senkrecht hindurch geht unsere Achse zur Drehbewegung und Mastbefestigung.

Das komplette Windrad wiegt in der Kunststoffausführung nur 2,5 kg, das ist ideal zum Mitnehmen für den Outdoorbereich.

Gehäuse aus Metall

Am Gehäuse („Gondel“) sind der Generator und das Rohr für die Windfahne befestigt. Außerdem muss es die Mastbefestigung mit Drehpunkt aufnehmen. Da hier bei Starkwind unterschiedliche seitliche Kräfte zusammenkommen, sollte es möglichst stabil sein. Wir haben zunächst mit verschieden großen Aluwinkeln experimentiert und auch nach Aluhohlkörpern gesucht, aber das wurde alles zu teuer.

Deshalb haben wir uns im Baumarkt umgesehen und dabei sind uns die viereckigen Aufschraubhülsen für Terrassenbalken aufgefallen. Davon