Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

[FlyByWire]

Hallo zusammen,
ich habe in der DHV Info 154 den Artikel über die neuen Schleppwinden gelesen.
Die Elwisa Elektrowinde sah interessant aus ... aber auf der Homepage des Herstellers ist zu lesen das 17Kilowatt Leistung (380 V Drehstrom) benötigt werden um die max. 130kg Zugkraft bereitzustellen!

Ist das nicht überdimensioniert? Für einen Tandem ... OK, aber um 100kg Mensch und Ausrüstung hochzuziehen sollte doch wesentlich weniger Leistung ausreichen oder nicht?

Gibt es irgendwelche Richtwerte wieviel Watt Leistung man pro kg Masse und gewünschte Steigrate braucht?

Folgende Rechnung stamm aus einem anderen DHV Forumseintrag:

[Lageänderungsarbeit = (m x g x h)]/t

Angenommen der Gleitschirm hat ein Eigensinken von 1,5 m/s, das Ganze hat eine
Masse von 100 kg, so braucht man für einen Nullschieber:
1,5*9,81*100=1500 Watt netto.

Mit 4500 W (netto) könnte man gerundet ca. 4,5 m/s Lageänderungsarbeit
leisten, also max. 3m/s steigen.

3m/s klingt doch garnicht so schlecht...

OK, hier sind keinerlei Verluste eingerechnet, aber zwischen 4,5KW und 17KW liegt fast ein Faktor 4 !

Ich bitte um Kommentare...

Holger

[ekke]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

...
Die Elwisa Elektrowinde ...
17Kilowatt Leistung (380 V Drehstrom) benötigt werden ....
Ist das nicht überdimensioniert?
....

Ja, dann. Warum baust Du nicht einfache Elwisa 2.0 ?

[shoulders]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

Ohne mich allzu sehr in physikalische Details vertiefen zu wollen: es wird nicht nur Lageänderungsarbeit im Sinn eines vertikalen Versatzes geleistet, sondern zusätzlich auch ein horizontale Komponente geliefert. Nicht gegen die Erdanziehung, dafür gegen den Luftwiderstand.

Außerdem findet das über eine wesentlich größere Strecke statt; bekanntlich ergeben 300m Schleppstrecke nicht 300m Höhengewinn - das fällt nur nicht so auf, weil sich die Seillänge während des Schleppvorgangs verkürzt.

In Wirklichkeit gestaltet sich die Berechnung wegen des sich stetig verändernden Angriffswinkels erheblich komplizierter, aber es sollte schon klar geworden sein, wohin die gedankliche Reise geht.

Shoulders

[dirkholle]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

Die benötige Leistung läßt sich am einfachsten über die Zugarbeit bzw. -leistung berechnen, da die Winde eine bestimmte Zugkraft über das Seil verrichtet bzw. leistet. Es ist der Winde dabei "egal", ob wir einen Kasten Bier durch die Wiese ziehen oder ein Gleitschirm dran hängt. Der Winkel spielt auch keine Rolle.

Annahme: Tandemschlepp 130kg Zugkraft mit Nullwind


Zugkraft Tandem: 1300 N (Max) (~130kg)
Einzuggeschwindigkeit: 10 m/s (Max) (~36km/h)

Leistung(seil) = Kraft * Weg / Zeit
Leistung(seil) = 13000 Watt

Die Motorleistung der Winde berechnet sich dann mit:

Leistung(motor) = Leistung(seil) / Wirkungsgrad(gesamt)

Rechnet man mit (geschätzt) 25% Verlust zwischen Motorausgang ung Seilaustritt an der Winde:

Leistung(motor) = 17,3KW


Mit ca. 30kg Zugkraft kann man schon mit dem Soloschirm an der Winde mit geringeren Steigwerten starten. Dann reichen schon ~ 4KW Motorleistung. Allerdings ist fraglich, ob es Sinn macht so eine Winde zu bauen, wenn man nach dem Ausklinken mit den Füßen noch die Winde streift ;-)

[Flynix]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

Annahme: Tandemschlepp 130kg Zugkraft mit Nullwind

Wie kommst du zu der Annahme?


Die 4 Kräfte am Gleitschirm sollten aus der Ausbildung wohl bekannt sein (Schub/Widerstand/Auftrieb/Gewichtskraft).

Bei einem Abgleiter sind diese Kräfte im Gleichgewicht.

Um zu steigen, muss die NACH OBEN gerichtete Kraftkomponente vergrößert werden.

Die Winde arbeitet nach folgendem Prinzip: Der Zug NACH VORNE erhöht die Geschwindigkeit gegenüber der Umgebungsluft. Höhere Umströmungsgeschwindigkeit erhöht den Auftrieb. Die vertikale Komponente des Auftriebs bringt den GS zum Steigen.

Wenn man also sieht, dass die Luftgeschwindigkeit erhöht wird, ist klar, dass der Widerstand (geht quadratisch mit der Geschwindigkeit !) die Hauptrolle bei der Dimensionierung ausmacht.

[RebstockFlieger]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

"Die Winde arbeitet nach folgendem Prinzip: Der Zug NACH VORNE erhöht die Geschwindigkeit gegenüber der Umgebungsluft. Höhere Umströmungsgeschwindigkeit erhöht den Auftrieb. Die vertikale Komponente des Auftriebs bringt den GS zum Steigen."

Der Seilzug nach vorne bewirkt eine Anstellwinkelveränderung am GS. Das allein erzeugt das Steigen. Wie beim Motorschirm der Schub. Die Gs Geschwindigkeit bleibt (fast) gleich (nimmt eher ab).

[Flynix]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

Das heißt also, der Auftriebspfeil, der ja normalerweise etwas nach vorne zeigt, wird sozusagen "geschickter" positioniert, sodass er mehr nach oben gerichtet ist, aber nicht größer ?

[Shorty66]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

Die einfachste möglichkeit herauszubekommen welche leistung man braucht wäre vermutlich, diese elektrowinde einfach mal mit weniger leistung fahren zu lassen.
Bei e-winden sollte das kein allzugroßes problem sein die leistng zu drosseln.

Die berechnung der benötigten windenkraft ist sicher nicht trivial. Ein test ist da bestimmt zielführender.

[dirkholle]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

Physik ist keine Theorie, sondern die Abbildung der Praxis in einem Modell...

Beim Windenstart wird mit konstanter Zugkraft gearbeitet. Seilzug- und Schwerkraftvektoren stehen den Luftkräften gegenüber. Die Zugkraft beträgt beim Tandemschlepp 120-130daN. Dieser Wert hat sich bewährt und führt zu akzeptablen Steigwerten und zweitens akzeptablen Belastungen.

Alle anderen Ansätze machen keinen Sinn.
Beispiel:
Windenschlepp mit 40km/h Wind beim Start von vorn. Die Winde muss keine Arbeit verrichten, das Seil läuft von der Winde ab! Der Schirm steigt trotzdem.
Jetzt braucht es keinen Motor in der Winde. Man könnte einen Generator einbauen, der den erzeugten Strom in das Elektrizitätsnetz z.B. zur Beleuchtung von Phyisknachhilfeunterrichtsräumen einspeist. Die Formel mit der Hubarbeit usw. funzt net.


Mann kann einen Solo-Gleitschirm schon mit ca 20daN Zugkraft mit dem Seil vom Boden starten. Ca. 10daN, um den aerodynamischen Widerstand zu überwinden (Schwerkraft/Gleitzahl des Schirms) und noch ein paar Newton, damit das Gerät steigt. Das können zwei Personen locker durch ziehen am Seil aufbringen. Motor braucht man also gar nicht
Aber wer gibt sich mit 1 m/s Steigen beim Schlepp zufrieden.

Man kann auch einen Solo-Gleitschirm mit 20 m/s in den Himmel katapultieren. Einfach Zug auf ca. 200daN erhöhen. Ist nur sehr unwahrscheinlich, dass mehr als ein oder zwei Schlepps überlebt werden.

Die Werte für die Zugkraft 130daN für Tandem und bis 80daN für Einsitzer sind ein Kompromiss zwischen Steigleistung und Belastung und haben sich bewährt. Auf dieser Grundlage werden die meißten Winden ausgelegt. Und dann kommt man halt auf 17KW.

[Pikachu]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

Aus dem Modellbau kenne ich eine Pi-mal-Daumen-Formel für Segelflugzeuge mit E-Motor. Es sind ca. 100W-150W Eingangsleistung (heißt: diese Leistung muß ich von außen der Kombination Regler/Motor/Luftschraube zur Verfügung stellen) pro kg notwendig, um halbwegs nach oben zu kommen. Wären bei einem 100kg-Modell also schon mal 10-15kW!

Dabei ist zu beachten, daß ein Segelflugmodell einen wahrscheinlich besseren Widerstandsbeiwert als ein GS mit Pilot haben dürfte.

Sicher sind da beim Windenschlepp die Umstände noch ganz anders, aber so als Größenordnung fand ich den Vergleich ganz interessant.

[dirkholle]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

Der Widerstandsbeiwert ist für sich allein genommen in dem Zusammenhang uniteressant und fließt indirekt bei der Gleitzahl mit ein.


Schwerkraft/Gleitzahl=Aerodynmaischer Widerstand
Bsp:
Abfluggewicht 100kg, Gleitzahl 7

Wiederstand = 100daN/7= 12daN

Man muss mit 12daN ziehen, damit der Widerstand überschritten wird. Das ist dann der sog. "Nullschieber".

ALLES WAS ZUSÄTZLICH AN ENERGIE IN DAS SYSTEM EINGEBRACHT WIRD, WIRD IN STEIGEN UMGESETZT.

Naturgesetze unterscheiden nicht zwischen der Art des Flugerätes. Die Berechnung funktioniert also auch bei Modellen.

Z.B. Segelflugmodell mit Motor, Gewicht 10kg, Gleitzahl 20, V=36 km/h
folgt:
aerodyn. Widerstand= 50N
Leistung für Nullschieber 50N x 10 m/s = 500W

Wenn du nach Deiner Pimalirgendwas Formel 10kg x 100W/kg = 1000W in das Flugmodell steckt, werden eben 500W für die Erzeugung von Steigen bereitgestellt. Oder eben 1000W, wenn du mit 150W/kg rechnest. Mehr Leistung = mehr Steigen.

Und das ist des Pudels Kern: Es gibt nicht DIE Leistung, die eine Winde braucht, damit ein Gleitschirm in die Luft kommt.

[FlyByWire]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

Ok, danke für die vielen Antworten!

Also die Anforderungen die man an die Winde hat, geben die Leistung vor die man bereithalten muss... Wenn Tandemschlepp mit Steigwerten wie beim Soloschirm möglich sein soll, braucht man die hohe Leistung.

D.h. aber umgekehrt, wenn man als Anforderung maximal 100kg Startmasse festlegt und mit 3m/s Steigen zufrieden ist, noch moderate 20% Verluste einkalkuliert, dann wären ca. 5KW Leistung ausreichend...?

Würde vielleicht dann Sinn machen, wenn man ein Gelände mit einer Kante oder einem Hang hat, an dem man z.B. wegen Bewuchs keinen Fußstart machen kann oder wo der Thermikeinstieg sehr schwer ist. Meistens sind ja immer die ersten Meter die schwersten...
Ich fliege oft in so einem Gelände ... wer die ersten 50 Höhenmeter irgendwie schafft kann manchmal stundenlang soaren, alle anderen stehen nach 2 Minuten wieder am Boden.

Die Idee mit der Elektrowinde hat schon Ihren Charme, aber wer hat schon einen VW LT Pritschenbus mit einem 20KW Aggregat hinten drauf ? Und dann braucht man natürlich noch die Winde,,, ! Wenn man also nicht zufällig einen fetten Drehstromanschluss am Gelände hat dürfte diese "Luxuslösung" locker mal um den Faktor 2 teuerer sein als eine Standard Doppeltrommel-Motorwinde ...

Gruß

Holger

[fluidmechanic]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

Interessante Diskussion, stellt sich nur die Frage, was an einer Überdimensionierung denn so schlimm ist? (Abgesehen von den Herstellkosten..)

Solange man die Anlage nach Schleppgeschwindigkeit und Steigrate regelt, wird der Elektromotor das Leisten was nötig ist. Und nicht Permanent 17 KW. Einige KWs hat man eben als Reserve.
Anders ausgedrückt: Bei Konstanter Seilgeschwindigkeit wird bei einer kleinen Kraft 5 KW "verbraucht" bei einer großen eben 17 KW.

Und wenn man neugierig ist: Einfach mal Stromaufnahme beim Schlepp messen (wenn man die Möglichkeit hat)

Gruß

[Idefix]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

Hoi Holgair,

wenn Dir 'paar Meter reichen um ueber ne Boeschung zu kommen, warum versuchst Du's dann nicht mal mit Handschlepp?

Bei 100kg Startgewicht und (mit Klapperkorrektur) Gleitzahl 5 reichen Dir 20 kg vom Boden - egal mit welcher Geschwindigkeit - um dich an die Kante zu befoerden.

[SPEEDWULF77]

AW: Ist die Leistung von Gleitschirmwinden überdimensioniert?

Wieso unbedingt elektrisch???

ich habe eine RC-Winde gebaut für genau diese Zwecke, über bestimmte Kanten , Bäume zu kommen.

Eine Scooterwinch ,als Motor eine einfachen Roller 50cc , ergibt ca 5 PS, ca 75 kg Zugkraft... Perfekt.

Mit der Option Radio Controll ist man auch unabhängig und kann sich also per Fernsteuerung selber hochziehen , ähnlich der SKYNCHE.
Mit ein paar Tricks, der Roller Entdrosselung kann man mit ein PS mehr, auch 90 kg Piloten schleppen. Eine Zugkraft Begrenzung sollte dann aber für leichtere Piloten unbedingt eingebaut werden.
Das schöne das ganze passt auch einfach in Kofferraum und kann in 10 min aufgebaut werden.
(YOUTUBE: RC pocketwinch, toys for paragliders, speedwulf77)