das -ExpErimEnt - Spektrum neo

˘
Wind
Stellt euch einen großen Holzlöffel vor, Modell
Suppenkelle. Man legt ihn waagerecht, mit der
Wölbung zur Seite, und montiert ihn an eine aufrecht
stehende Dreh achse. Dann bläst der Wind in
die Wölbung des Löffels und versetzt dadurch die
Achse in Drehung; so gerät der Löffel aus dem
Wind, und die gebremste Luft kann abfließen.
Wie die Luftmoleküle möglichst gut aus dem
Weg strömen, das hat der finnische Seemann und
Erfinder Sigurd Savonius in den 1920er Jahren in
vielen Experimenten erforscht. Der nach ihm benannte
Savonius­Rotor hat einen großen Vorteil:
Zur Achse hin bleibt der Luft durch einen Spalt etwas
Platz zum Abfließen (das siehst du in der rechten
Grafik oben). Er funktioniert unabhängig von
der Windrichtung und fängt schon bei sehr kleinen
Windgeschwindigkeiten an, sich zu drehen.
80
Rotor
Drehrichtung
Drehachse
einfacher, s-förmiger Rotor
Welcher Rotor
ist der beste?
Kein echtes Windrad
erreicht den theoretisch
möglichen Wirkungsgrad
(rote Linie). Am meisten
Energie setzen Dreiblatt-
Rotoren um. Sie können
einen Wirkungsgrad von
etwa 50 Prozent erreichen.
Der Savonius-Rotor
hat andere Stärken.
Wirkungsgrad (in Prozent)
Wind
70
60
50
40
30
20
10
0
Drehrichtung
Savonius-Rotor
amerikanische
Windturbine
Savonius-Rotor
Bei einem Savonius­Rotor sind die »Suppenkellen«
zwei oder mehr gegeneinander versetzte Zylinderhälften,
die mit einer gemeinsamen Achse
verbunden sind. Die Bewegungsenergie des Winds
wird in einer Kelle des Rotors in Drehenergie umgewandelt.
Die Kelle bewegt sich, die nächste Kelle
gerät in die Windströmung und so weiter. Gleichzeitig
wirkt die Abluft aus der ersten Kelle in der
zweiten wieder antreibend.
Das Prinzip lässt sich an einfachsten Modellen
zeigen. Dazu muss man nur eine Röhre der Länge
nach halbieren und die Hälften versetzt an einer
Mittelachse, etwa einem Holz­ oder Metallstab,
befestigen. neo­Experimentator Moritz hat es ausprobiert
und sich einen eigenen Savonius­Rotor
als »Windfänger« gebaut – aus Alltagsgegenständen,
die eigentlich immer zu haben sind: Pappe,
Klopapierrolle, Strohhalm, Stricknadel oder dünner
Holzspieß, Korken, Holzperle, Flasche. Dazu
noch ein bisschen Kleber oder Tesafilm.
Zur Energiegewinnung muss die Drehbewegung
jetzt noch in elektrische Energie, also in
theoretischer, idealer
Wirkungsgrad
holländische
Windmühle
Darrieus-Rotor
Langsamläufer Schnellläufer
Das ist der Trick bei Savonius:
Im Gegensatz zum s-förmigen
Rotor kann die Luft durch den
Spalt in der Mitte »aus dem
Weg« fließen.
Dreiblatt-Rotor
Zweiblatt-Rotor
Einblatt-Rotor
= Bei dieser Schnelllaufzahl erreicht der Rotor
den maximalen Wirkungsgrad
Schnelllaufzahl (Umlaufgeschwindigkeit der Rotorspitzen geteilt durch Windgeschwindigkeit)