{"id":6245,"date":"2016-06-02T17:29:41","date_gmt":"2016-06-02T15:29:41","guid":{"rendered":"http:\/\/goerdeler.lspb.de\/wordpress\/?p=6245"},"modified":"2016-06-07T16:56:46","modified_gmt":"2016-06-07T14:56:46","slug":"goerdeler-schueler-berechnen-details-zur-wka-havarie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/goerdeler.lspb.de\/wordpress\/goerdeler-schueler-berechnen-details-zur-wka-havarie\/","title":{"rendered":"Goerdeler-Sch\u00fcler berechnen Details zur WKA-Havarie"},"content":{"rendered":"

Am 22. Mai 2016 fegte ein Gewittersturm \u00fcber das Paderborner Land. Durch den Sturm wurde ein Windrad nahe der B68 zerst\u00f6rt, wie die „Neue Westf\u00e4lische“ berichtete<\/a>.\u00a0Wie dem Zeitungsartikel zu entnehmen ist, \u00e4u\u00dferten sich Experten skeptisch zur Aussage des WKA-Betreibers, die Anlage sei w\u00e4hrend des Sturms abgeschaltet gewesen. Die Sch\u00fclerinnen und Sch\u00fcler zweier Physik-Oberstufenkurse des Goerdeler-Gymnasiums (Grundkurs EF und Leistungskurs Q1) nutzten nun den spektakul\u00e4ren Anlass, um ihre Kenntnisse der Kinematik anzuwenden und m\u00f6gliche Details der Havarie zu berechnen, um die Aussagen des Betreibers auf Plausibilit\u00e4t zu pr\u00fcfen.<\/p>\n\n\n\n
\"IMG_0585\"<\/a><\/td>\n\"IMG_0584\"<\/a><\/td>\n\"IMG_0586\"<\/a><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

(Bilder\u00a0\u00a0(c) Marc K\u00f6ppelmann, mit freundlicher Genehmigung der „Neuen Westf\u00e4lischen<\/a>„)<\/em><\/p>\n

Die Kurse analysierten die Fotos des NW-Berichts und kommen auf deren Basis zu dem Schluss, dass es als wahrscheinlich anzusehen ist, dass die Anlage w\u00e4hrend des Sturms in Betrieb war und aus irgendeinem Grund schlagartig arretiert hat.<\/p>\n

Folgende Annahmen lagen der Untersuchung zugrunde:<\/p>\n

    \n
  1. Der Rotor dreht sich bei Betrieb im Uhrzeigersinn.<\/li>\n
  2. Ein Rotorblatt der Anlage ist nicht abgebrochen, hat aber einen Knick, der so entstehen kann, wenn die Nabe schlagartig stehen bleibt.<\/li>\n
  3. Die beiden anderen Rotorbl\u00e4tter sind durch das abrupte Stehenbleiben abgebrochen und entsprechend normaler Wurfparabel-Kinematik „weggeflogen“. Die Annahmen gehen davon aus, dass der Wind die Flugbahn nur unwesentlich beeinflusst hat, da der abgebrochene Rotorteil hohe Masse besa\u00df und seine aerodynamischen Merkmale durch den Bruch stark beeintr\u00e4chtigt waren.<\/li>\n
  4. Betrachtet wurde das Rotorblatt, das 100m weit entfernt gefunden wurde. Es wurde angenommen, dass dieses nahezu exakt in der senkrechten Stellung nach oben abbrach, wie auf dem Foto zu sehen.<\/li>\n
  5. Der Generator, der ebenfalls auf der Nabe sitzt, ist nach rechts aus der Kanzel geschleudert worden, wie das Loch auf dem Foto der Kanzel zeigt.<\/li>\n<\/ol>\n

    Aus dem Nachrichtentext ist zu entnehmen, dass die Nabe sich in ca. 50m H\u00f6he<\/b> befindet und ein Fl\u00fcgel ca. 25m lang<\/b> ist. Unter der Annahme, dass der Schwerpunkt des Fl\u00fcgels aufgrund seiner Form sich in ca. 10m Abstand von der Nabe befindet, ergibt sich eine Fallh\u00f6he von ca. 60m<\/b>.<\/p>\n

    Die Zeit bis zum Aufprall<\/b> des Fl\u00fcgels auf dem Boden l\u00e4sst sich gem\u00e4\u00df der Annahmen auf ca. 3,50s<\/b> <\/b>berechnen. <\/b>Das abgebrochene Rotorblatt wurde in ca. 100m Entfernung<\/b> zur WKA gefunden. Damit das Blatt in der berechneten Flugzeit von 3,50s eine Strecke von 100m (horizontal) weit fliegen kann, muss es eine horizontale Anfangsgeschwindigkeit von 28,59\u00a0m\/s<\/b> oder 102,9\u00a0km\/h gehabt haben. Diese Geschwindigkeit wird durch die Drehung des Rotors genau dann erreicht, wenn er eine Umlaufdauer von 2,20s<\/b> besitzt.<\/p>\n

    Diese Umlaufdauer d\u00fcrfte f\u00fcr ein Windrad dieser Gr\u00f6\u00dfe zwar sehr\u00a0schnell, aber immer noch im typischen Rahmen sein.<\/p>\n

    Nach diesen Berechnungen liegt der Umkehrschluss nahe, dass die Anlage sich w\u00e4hrend des Sturms mit der genannten Rotationsgeschwindigkeit gedreht hat, denn die angenommene Flugbahn und Fallzeit des Rotorblatts passen zu typischen Betriebsparametern einer WKA dieser Gr\u00f6\u00dfe. M\u00f6glicherweise ist w\u00e4hrend des Sturms in der Kanzel ein bewegliches Teil hei\u00dfgelaufen und sorgte f\u00fcr das schlagartige Stehenbleiben des Rotors, was auch die Brandspuren erkl\u00e4ren k\u00f6nnte. Anzumerken ist noch, dass die Rechnung nicht ber\u00fccksichtigt, dass das Abbrechen des Rotorblattes dessen Anfangsgeschwindigkeit um Einiges verlangsamt haben muss. W\u00fcrde man diese Tatsache in die Rechnung noch mit einbeziehen, erg\u00e4be sich eine h\u00f6here Anfangsgeschwindigkeit, was die These vom „vom Wind abgebrochenen“ Rotorblatt noch unwahrscheinlicher macht.<\/p>\n

    Ebenso gehen die Berechnungen davon aus, dass das Blatt bei maximaler Anfangsh\u00f6he abgebrochen ist, seine Fallzeit also schon recht lang war. Eine maximale Flugdauer und „Wurfweite“ h\u00e4tte sich allerdings ergeben, wenn der Rotor kurz vor seiner senkrechten Stellung, im Winkel von 45\u00b0, abgebrochen w\u00e4re. In diesem Fall h\u00e4tte sich eine Umlaufdauer von 2,5s berechnet, was nur unwesentlich vom unter den vereinfachten Annahmen berechneten Wert von 2,20s abweicht.<\/p>\n

    Umgekehrt halten es die Jung-Physikerinnen und -Physiker f\u00fcr sehr unwahrscheinlich, dass der Wind die tonnenschweren Rotorbl\u00e4tter abgebrochen und auf die genannte hohe Anfangsgeschwindigkeit von ca. 100km\/h beschleunigt haben soll. Bei einer anzunehmenden Masse von etlichen 100kg des abgebrochenen Rotorteils w\u00e4ren hier Kr\u00e4fte vonn\u00f6ten gewesen, die der Wind bei den aufgetretenen Windgeschwindigkeiten nicht aufbringen kann.<\/p>\n

    F\u00fcr Interessierte hier die vollst\u00e4ndige Rechnung:<\/p>\n

    \"\"<\/a><\/p>\n

    Udo Hilwerling, Juni 2016<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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