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Windmaschine - Technisches


Die Windmaschine / technische Rahmenbedingungen

Alle Windräder werden mit den gleichen Beding
ungen getestet. Die Windmaschine für die Wettbewerbsläufe hat einen Rotordurchmesser von 75cm. Luftleitbleche sorgen für einen gleichmäßigen Luftstrom. Bei eurer Konstruktion müsst ihr darauf achten, dass diese auf die Größe der Windmaschine abgestimmt ist. Die Windgeschwindigkeit der Windmaschine ist ca. 10m/s (10Meter pro Sekunde). Achtet darauf, dass eure Konstruktion diese Belastung aushält. (Da bewegen sich schon größere Äste!) Es gibt keine Befestigung für die Windräder und während des Wettbewerbslaufes dürft ihr eure Konstruktion auch nicht festhalten! Sie muss also selber stehen bleiben. Systeme, die nicht stabil genug gebaut sind, werden aus Sicherheitsgründen nicht zum Wettbewerb zugelassen. Hier entscheidet die Jury. Schaut euch die Zeichnungen, Infos und Bilder genau an und wenn etwas unklar ist, fragt sofort nach (eure Begleiterin / euren Begleiter oder per eMail bei der Wettbewerbsleitung).

Beim Wettbewerb wird zur Leistungsmessung eine Wasserpumpe über eine bewegliche Welle angeschlossen. Die Windmaschine wird dann genau eine Minute lang eingeschaltet und der Wind treibt euer Windrad an, das dann die Pumpe antreibt. Das Team welches mit seinem Windrad in dieser Zeit das meiste Wasser pumpt, hat das leistungsstärkste Windrad und gewinnt einen Hauptpreis - für die gesamte Klasse einen Tagesausflug.

Die Pumpe darf nur durch die Energie, welche das Windrad aus dem Luftstrom der Windmaschine holt, angetrieben werden. Gespannte Federn oder Gummis, unterstützende Zusatzgewichte, zusätzliche Motoren, elektrische Energiespeicher (Akkus, Batterien), chemische Antriebe und ähnliche Hilfsantriebe sind nicht erlaubt. Wie die Energie aus dem Windrad umgesetzt wird und zum Anschluss der Welle kommen soll, müsst ihr euch selbst überlegen. Möglich sind zum Beispiel Ketten, Riemen, Rollen, auch Getriebe- und Zahnradkonstruktionen oder eine durch das Windrad angetriebene Generator-Elektromotor-Kombination. Ihr müsst nur eine drehende Achse (Antriebswelle) herausführen, an die die Welle für die Wasserpumpe angeschlossen werden kann. Die Pumpe wird über ein gewinkeltes Bohrfutter1 und eine biegsame Welle an die Antriebsachse eures Windrades angeschlossen. Der Durchmesser eurer Antriebsachse darf minimal 6mm und maximal 10mm groß sein. Auch müsst ihr auf die Drehrichtung der Antriebsachse achten! Sonst wird die Pumpe kein Wasser fördern.

Trotz der Einschränkungen bleiben noch sehr viele Freiheiten für die Umsetzung eurer Ideen. Ob ihr die Drehachse, um die sich euer Windrad dreht, waagerecht oder senkrecht anordnet, bleibt euch überlassen. Ihr müsst nur genug Platz für den Anschluss des gewinkelten Dreibackenfutters lassen. Wir sind schon gespannt auf viele coole Ideen und Konstruktionen!

Bei der Konstruktion und Ausführung muss erkennbar bleiben, dass diese von Schülerinnen und Schülern der Klassen fünf und/oder sechs angefertigt wurde. Bei einem Aufbau, der mit industriellen (Hightech)-Maschinen gebaut wurde (z. B. Einsatz von CNC-Maschinen), gehen wir davon aus, dass ihr hier nicht mehr selber gearbeitet habt. Diese Windräder werden dann von der Jury aus dem Wettbewerb genommen.2 Sonst haben Gruppen, die solche Maschinen nicht nutzen können, keine Chancen. Tipp: Erfahrungen aus anderen Technikprojekten haben gezeigt, dass einfache Systeme nicht so störanfällig sind und oft besser funktionieren.

Für die Wettbewerbsläufe wird die Einschaltzeit der Windmaschine elektronisch gesteuert. Ihr stellt euer Windrad in den Luftstrom der Windmaschine, der Mindestabstand ist 30cm. Wenn die Antriebswelle der Pumpe angeschlossen und alles vorbereitet ist, startet ihr die Windmaschine. Nach einer Minute schaltet eine Elektronik die Windmaschine automatisch wieder aus. Wenn dann alles zum Stillstand gekommen ist, wird die Menge des gepumpten Wassers mit einer Waage gemessen.

 

Denkt daran, euer System so zu konstruieren, dass ihr den Aufbau transportieren könnt.
Die Wettbewerbsläufe finden nicht in eurer Werkstatt statt.

 



[1] Das ist z.B. die Aufnahme vorne an einer Bohrmaschine, wo normalerweise der Bohrer eingespannt wird.
[2] Beim Wasserkraft-Wettbewerb 2013 hat die Jury aus diesem Grund ein Wasserrad aus dem Wettbewerb genommen.