DE102010023597A1 - Windkraftanlage mit umlaufenden, Flettner-Rotor-angetriebenen Fahrzeugen - Google Patents

Abstract

Inhalt der Erfindung ist eine Windkraftanlage, beider mit Flettner-Rotoren bestückte Fahrzeuge vom Wind angetrieben werden und an einem Endlosseil befestigt um mehrere Umlaufrollen umlaufen. Dabei ist die Umlaufbahn nicht exakt vorgegeben, so dass auf ein Schienensystem etc. verzichtet werden kann. Die Anlage zeichnet sich durch geringe Produktions- und Wartungskosten, und – je nach Ausgestaltung – durch eine mit robuster Mechanik verwirklichte vollautomatische Steuerungs- und Sicherheitsausrüstung aus. Hierzu zählen insbesondere eine Kippsicherung, die den Flettner-Rotor bei zu großer Querneigung abschaltet, sowie eine Steuerungsmechanik zur Drehrichtungsumkehr, die den Drehsinn des Rotors an die Windrichtung anpasst. Ein sich selbsttätig auf- und abtakelndes Zusatzsegel macht auch Rückenwind nutzbar, ohne den Flettner-Rotor bei anderen Windrichtungen zu behindern. Die Anlage kann sowohl an Land wie auch auf Binnenseen und Küstengewässern errichtet und betrieben werden. Sie ist insbesondere geeignet zur Produktion von elektrischem Strom oder zur Verrichtung mechanischer Arbeit.

Description

• Einleitung/Zweck der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit Flettner-Rotor-angetriebenen Fahrzeugen, bei der die mit den Flettner-Rotoren bestückten Fahrzeuge an einem Endlosseil befestigt um Rollen umlaufen. Bei dieser Art Vorrichtung erfahren die auf den Fahrzeugen angebrachten und sich drehenden Flettner-Rotoren eine Auftriebskraft, die bei richtig eingestellter Drehrichtung wenigstens teilweise in die beabsichtigte Fahrtrichtung gerichtet ist und daher als Vortriebskraft auf die Fahrzeuge wirkt. Als Fahrzeuge kommen sowohl Landfahrzeuge (mit Rädern) als auch Wasserfahrzeuge (mit einem oder mehreren Auftriebskörpern/Bootsrümpfen) in Betracht. Da jedes der Fahrzeuge mit dem Endlosseil fest verbunden ist, wird die Vortriebskraft der Rotoren auf das Seil übertragen. Da das Endlosseil um die Umlaufrollen, von denen mindestens zwei vorhanden sein müssen, gespannt ist, wird die Kraft vom Seil auf diese Rollen weitergegeben. Ist die Vortriebskraft größer als die inneren Reibungskräfte der gesamten Vorrichtung, setzen sich die Fahrzeuge in Bewegung und umrunden – gemeinsam mit dem Endlosseil – die Umlaufrollen. An diesen Rollen kann dann die von der Vorrichtung erzeugte Arbeit abgegriffen und insbesondere zum Antrieb eines Generators, der elektrischen Strom erzeugt, verwendet werden.
• Der soziale Zweck der Erfindung besteht darin, einen weiteren Weg zur Nutzung der erneuerbaren Energieressource Wind aufzuzeigen. Eine verstärkte Nutzung der regenerativen Energien führt zu größerer Unabhängigkeit der Energieversorgung von Importen fossiler Energieträger und zu einer auch über den Erschöpfungszeitpunkt endlicher Energieressourcen hinausgehenden Möglichkeit der Energieversorgung. Weiterer Effekt ist eine Reduktion des Ausstoßes von Kohlenstoffdioxid und anderen Klimagasen und Schadstoffen.
• Eine derartige Vorrichtung kann zur Energieerzeugung gewerblich eingesetzt werden, insbesondere indem sie zum Antrieb eines Generators verwendet wird, der elektrischen Strom erzeugt, welcher entweder vor Ort verbraucht oder durch Einspeisung ins allgemeine Stromnetz verkauft werden kann. Alternativ kann die erzeugte mechanische Energie auch zum direkten Antrieb von Arbeitsmaschinen genutzt werden.
• Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile bisheriger Lösungsansätze zu überwinden, die dazu geführt haben, dass sich aus umlaufenden Flettner-Rotor-Fahrzeugen bestehende Windkraftanlagen bisher nicht durchsetzen konnten. Dabei sollen gegenüber dem Stand der Technik insbesondere folgende Fortschritte erzielt werden:
• • Kostenreduktion in der Herstellung,
• • Einfachere Konstruktion und Wartung,
• • Verbesserte Steuerung der Rotordrehung und ggfls. -abschaltung,
• • Bessere Ausnutzung des Windes bei veränderlichen Windrichtungen,
• • Automatischer Anlauf nach einer Flaute,
• • Beweglichkeit der Fahrzeuge an Wendepunkten der Umlaufbahn,
• • Effizienterer Antrieb des Flettner-Rotors mit geringen Wartungskosten.
• Stand der Technik
• Die Nutzung der Windkraft zur Produktion von Energie, insbesondere elektrischer Energie hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Bei den Windkraftanlagen herrscht derzeit eine Bauform vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Turm einen elektrischen Generator mit horizontaler Antriebswelle trägt, wobei an dieser Antriebswelle Flügel mit aerodynamischem Profil angebracht sind. Diese Flügel versetzen den Generator in Drehung, wodurch er elektrischen Strom erzeugt. Nachteilig an dieser Lösung sind die hohen Kosten: Der oft sehr hohe Turm und sein Fundament sind sehr teuer. Teuer ist auch der Mechanismus, der den Generator mit den Flügeln bei einem Wechsel der Windrichtung so drehen muss, dass der Wind die Flügel optimal, d. h. rechtwinklig anströmt. Weitere Nachteile ergeben sich aus den Umweltwirkungen dieser Anlagen. Kritisiert werden oft die „Verspargelung der Landschaft”, Windgeräusche, die vor allem dann in erheblicher Lautstärke entstehen, wenn einer der Flügel bei seinem Umlauf den Turm passiert, und Schlagschatten sowie Lichtblitze durch Spiegelungen des Sonnenlichts an den Oberflächen der sich bewegenden Rotoren.
• An möglichen Alternativen ist bereits gearbeitet worden. So ist beispielsweise in DE 10 2008 046 117 A1 eine Windkraftanlage beschrieben, bei der aerodynamische Profile an vertikal übereinanderliegenden Seilen befestigt sind und diese bei Anströmung durch den Wind in Bewegung versetzt werden wobei die parallel gespannten Seile mit den Profilen um je zwei Rollen umlaufen, von denen die erzeugte Energie abgegriffen wird. Nachteilig ist an dieser Lösung insbesondere, dass zunächst eine aufwendige Konstruktion vorgesehen ist – die Rollen werden mit einem Gerüst aufgehängt, damit die Profile und die Seile ohne Berührung der Erde umlaufen können. Ein zweiter Punkt, der erheblichen Aufwand verursacht, ist die Tatsache, dass die Profile sämtlich drehbar an den Seilen angebracht sein müssen. Dies ist unbedingt erforderlich, damit die Profile sich entsprechend der Windrichtung und ihrer aktuellen Position im Umlauf in einen optimalen Anstellwinkel bringen können. Hierfür sind an jedem Profil Stellmotoren notwendig, die die Anlage verteuern und insbesondere auch deswegen komplizieren, weil diese Stellmotoren sowohl eine Steuervorrichtung als auch eine Energieversorgung benötigen. Schließlich ist die Anlage so gut wie wirkungslos, wenn die Windrichtung und die Bewegungsrichtung der Seile übereinstimmen. Eine Auftriebswirkung fällt dann aus. Während die vor dem Wind laufenden Profile noch als reine Widerstandsläufer einen Vortrieb leisten, wird dieser durch die gegen den Wind laufenden Profile wieder neutralisiert.
• Es ist ferner bekannt, dass ein aerodynamischer Auftrieb auch durch so genannte Flettner-Rotoren erzeugt werden kann. Werden diese Rotoren – während sie sich um ihre Achse drehen – z. B. vom Wind angeströmt, entsteht aufgrund des so genannten Magnus-Effektes eine Kraft, die senkrecht zur Anströmrichtung wirkt und zwar in Richtung der Seite des Flettner-Rotors, auf der die Drehrichtung des Rotors und die Strömungsrichtung gleich sind. Dabei beträgt die Energie, die für den Antrieb des Flettner-Rotors erforderlich ist, nur etwa 10% der Energie, die aus dem Betrieb der Rotoren generiert werden kann. Ein solcher Rotor ist daher grundsätzlich zur Energiegewinnung geeignet. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Rotor diese Energie nicht etwa als „Perpetuum Mobile” selbst schafft. Vielmehr entnimmt der Rotor die Energie aus der ihn umgebenden Strömung. Existiert keine solche umgebende Strömung, kann der Rotor weder Kraft noch Energie erzeugen. Es ist bekannt, dass solche Flettner-Rotoren zum Antrieb von Fahrzeugen eingesetzt werden können. Insbesondere wurden bereits in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts Schiffe mit Flettner-Rotoren als Antrieb ausgestattet. Der Antrieb der Rotoren erfolgte in diesen Schiffen mit einem Elektromotor, der seinen Strom von einem Generator erhielt, welcher wiederum von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wurde. Die bessere Regelbarkeit der Umdrehungsgeschwindigkeit und die leichtere Umkehr der Drehrichtung beim Elektromotor dürften den Ausschlag für diese Bauform anstelle des ebenfalls naheliegenden direkten Antriebs durch eine Verbrennungskraftmaschine gegeben haben. Der Drehrichtungsänderung kommt eine hohe Bedeutung zu, da der Rotor sich – je nach dem, von welcher Seite der Wind relativ zur Fahrtrichtung gesehen kommt – entweder rechtsherum oder linksherum drehen muss, um eine Kraft in Fahrtrichtung zu erzeugen. In neuerer Zeit wurde von Prof. Dr. Lutz Fiesser an der Universität Flensburg für Demonstrationszwecke ein Boot mit Flettner-Rotor-Antrieb gebaut. Auch dort erfolgt der Antrieb durch einen Elektromotor, wobei dieser seine Energie aus einem Akkumulator bezieht, der wiederum von einer Solarzelle geladen wird. Auf diese Weise kommt das Boot – wie ein klassisches Segelschiff – nur mit regenerativen Energiequellen aus. Nachteilig bei diesem Demonstrationsboot ist, dass die Betriebszeit – sofern die Leistung der Energiequelle nicht ausreichend ist – durch die Kapazität des Akkus begrenzt ist. Da Flettner-Rotoren nur eine Wirkung bei Wind entfalten und die Solarzellen nur bei Sonneneinstrahlung elektrische Energie produzieren, beide Wetterbedingungen aber oft nicht zusammenfallen, ist die Betriebszeit in der praktischen Anwendung deutlich begrenzt.
• Aus DE 4033078 A1 ist bekannt, dass eine Windkraftanlage gebaut werden kann, die im Kern aus mit Flettner-Rotoren bestückten Schienenfahrzeugen besteht, welche aneinander gekettet auf einer geschlossenen Bahn umlaufen. Es wird dort erkannt, dass die Drehrichtung der Rotoren zweimal pro Umlauf umgekehrt werden muss, damit die Fahrzeuge, die in unterschiedliche Richtungen fahren, nicht gegeneinander arbeiten. Wie die Vorrichtung, die diese Drehrichtungsumkehr bewerkstelligt, beschaffen sein soll, ist dort nicht beschrieben. Anstelle dessen wird als Variante die Möglichkeit vorgeschlagen, die Hälfte der Bahn (den Rückweg) in den Windschatten zu verlegen. In diesem Falle kann jedoch maximal nur die Hälfte der Anlage produktiv arbeiten, was zu geringer Effizienz und Wirtschaftlichkeit führt. Abgesehen davon könnte diese Variante auch nur zu den Zeitpunkten zufriedenstellend funktionieren, wenn der Wind „zufällig” aus der richtigen Richtung weht. Um eine möglichst große Jahresenergieproduktion der Anlage zu erreichen, wird daher angeregt, die Bahn der Fahrzeuge als längliche Bahn auszugestalten, bei der die langen Abschnitte quer zur Hauptwindrichtung verlaufen. Hier wurde offenbar daran gedacht, dass die Rotoren optimal im rechten Winkel zur Arbeitsrichtung angeströmt werden. Um diese Position auf einem möglichst langen Bahnabschnitt und möglichst oft im Jahr zu erreichen, soll die Bahn hauptsächlich quer zur Hauptwindrichtung verlaufen. Ein wesentliches Problem der dort vorgeschlagenen Konstruktion besteht darin, dass im Betrieb der Anlage unweigerlich auch Seitenwinde auftreten werden. Dies passiert zum einen dann, wenn der Wind nicht aus der Hauptwindrichtung (oder ihr direkt entgegen) weht. Zum Anderen kommt diese Situation aber auch bei erwünschten Windrichtungen vor. Da sich die Fahrzeuge bei jedem vollen Umlauf notwendigerweise um insgesamt 360 Grad drehen, gibt es bei jedem Bahnumlauf jeweils mindestens einen Punkt, an dem das Fahrzeug genau in Windrichtung bzw. genau gegen diese läuft. An diesen Punkten erzeugt der Rotor statt einer Vortriebskraft eine Kraft zur Seite, die geeignet ist, das Fahrzeug umzuwerfen, wenn die Fahrzeuge nicht extrem breitspurig gebaut werden. Bei diesem Lösungsansatz besteht weiterhin das Problem fort, dass keine geeignete Vorrichtung vorhanden ist, die die Drehung der Rotoren in die richtige Richtung festlegt, bzw. die die Rotoren abschaltet, um ein Umkippen der Fahrzeuge zu verhindern. Darüber hinaus ist der für diese Anlage vorgesehene Bau eines Schienensystems sehr aufwändig. Letztlich ist auch die vorgeschlagene Bahnform nicht optimal, weil man Wind aus einer anderen als der vorherrschenden Richtung (oder der Gegenrichtung) kaum verwerten kann.
• Ähnlich dazu wird in DE 3427155 A1 eine Windkraftanlage beschrieben, die auf einer Bahn umläuft, welche quer zur Hauptwindrichtung auf ein Gerüst aufgebaut ist. Die auf der Bahn fahrenden Fahrzeuge sind in der dort beschriebenen Vorrichtung mit Flettner-Rotoren bestückt, welche entweder über einen Motor beliebiger Art (insbesondere Elektromotor oder Verbrennungskraftmaschine) oder über ein als Reibrad wirkendes Rad des Fahrzeugs in Drehung versetzt werden. Zwischen dem Reibrad und dem Rotor ist ein Mechanismus vorgesehen, mit dem die Drehrichtung des Rotors umgekehrt werden kann. Eine Vorrichtung, die dafür sorgen würde, dass die Drehrichtung und – Geschwindigkeit an den beim jeweiligen Wind richtigen Punkt auf der Umlaufbahn geändert wird, ist nicht beschrieben. Es wird lediglich vage ausgeführt, dass eine Steuerung der Gesamtanlage über „Magnetstränge” erfolgen könnte. Der Vorschlag läuft also auf eine zentrale Steuerungseinheit hinaus. Es wurde das Problem erkannt und adressiert, dass die Anlage, wenn die Rotoren mit Reibrädern angetrieben werden, nicht selbständig anlaufen kann und eine Starthilfe benötigt. Dazu sollen „Linearmotoren” Einsatz finden, die rund um die Bahn angeordnet werden und die Wagen durch elektromagnetische Kräfte in Bewegung setzen. Diese Linearmotoren sollen nach dem Anfahren der Anlage umgeschaltet werden und dann als „Lineargeneratoren” die von der Anlage erzeugte Energie abgreifen. An dieser Lösung ist nachteilig, dass auch hier nur bei bestimmten Windrichtungen eine hohe Ausnutzung der Anlage erzielt wird, während die Konstruktionskosten einer Bahn auf einem Gerüst erheblich sind. Auch der Umstand, dass so bezeichnete „Magnetstränge” um die gesamte Bahn gelegt werden sollen, sorgt für erhebliche Kosten. Die Probleme, dass die Rotoren bei konstanter Drehung an Bahnpunkten mit Wind von vorne oder hinten die Wagen aus der Bahn drücken bzw. sie umwerfen würden und dass die auf dem Rückweg befindlichen Wagen bei gleicher Drehrichtung die Anlage bremsen, ist erkannt worden. Als Abhilfe wird ein Umkehrmechanismus für den Rotorantrieb beschrieben. Damit ist das Problem jedoch nicht vollständig gelöst. Denn es fehlt eine Vorrichtung, die dafür sorgt, dass Drehrichtung und -geschwindigkeit jedes einzelnen Rotors auf jedem einzelnen Wagen jeweils optimal eingestellt sind. Dies ist ein erhebliches Problem, da sich alle Wagen jeweils an verschiedenen Positionen der Bahn befinden, so dass die korrekte Einstellung für jeden Wagen individuell festgelegt werden muss. Erschwerend kommt hinzu, dass es praktisch nicht möglich ist, jedem Bahnabschnitt eine bestimmte Einstellung fest zuzuordnen, da der Wind aus verschiedenen Richtungen kommen kann, und sich der Bahnabschnitt, auf dem eine bestimmte Einstellung optimal ist, bei einer veränderten Windrichtung verschiebt. Eine zentrale Steuerung, die hierfür vorgesehen ist, wäre hochkomplex. Mit großer Wahrscheinlichkeit wäre eine eigene Datenleitung für die Steuersignale und Positionsrückmeldungen von den einzelnen Wagen erforderlich. Darüber hinaus sorgt auch der vorgeschlagene Umkehrmechanismus mit den vorgeschlagenen Trag- und Reibrädern für die Wagen für eine schlechte Manövrierbarkeit der Wagen. Jedenfalls wird dieses Problem in der genannten Schrift selbst adressiert, indem als Variante vorgeschlagen wird, die Wagen mit einem Gelenk zu versehen, um die Wendepunkte der Bahn leichter umrunden zu können.
• In DE 10 2005 062 516 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der anstelle einzelner mit Flettner-Rotoren bestückter Wagen eine so genannte „Basis”, ausgestaltet als „bauliche Einheit”, die Rotoren trägt. Hierdurch soll gegenüber DE 4033078 A1 die Komplexität, die aus den in die Achsen der einzelnen Wagen integrierten Generatoren resultiert und ferner auch die vermutete Störanfälligkeit verringert werden. Es ist jedoch zweifelhaft, ob diese Ziele mit der vorgeschlagenen Vorrichtung erreicht werden können. Denn die vorgeschlagene bauliche Basis hätte, wenn man eine Anlage heute bei Windkraftanlagen gängiger Leistung betrachtet, enorme Ausmaße. Daraus folgen mehrere Probleme. Beispielsweise werden aufgrund langer Hebel gravierende Verbiegemomente, nicht nur in der Ebene der Basis, sondern auch im Winkel dazu auftreten. Diese werden schwer kontrollierbar sein. Ferner ergibt sich eine sehr hohe Masse der Basis, die vom zentralen Lager im Drehpunkt kaum beherrscht werden könnte. Sollte es dann an dieser Stelle zu einem Schaden kommen, wäre dieser nur mit extremem Aufwand reparabel. Auch die vorgesehenen Lineargeneratoren, deren Bestandteile gleichmäßig auf den Umkreis der Basis verteilt angeordnet werden sollen, erschweren eine Wartung. Warum, wie beschrieben, diese Anordnung gegenüber der Variante mit Generatoren auf mehreren Wagen weniger komplex sein soll, ist nicht ersichtlich. Für den Antrieb der Rotoren wird vorzugsweise ein Elektromotor vorgesehen. Dessen Energie soll in beschriebenen Ausführungsvarianten aus Solarzellen oder aus (kleinen) Windkraftanlagen bereitgestellt werden. Zwar ist der Grundgedanke eingängig, im Detail verbleiben jedoch wesentliche Kritikpunkte. Im Falle der Solarzellen-Variante sind zwei Punkte wesentlich: Erstens ist die Wirtschaftlichkeit dieser Anordnung gering, da Photovoltaikanlagen auf die Leistung bezogen enorme spezifische Investitionskosten aufweisen. Schwerer wiegt die Tatsache, dass die Sonneneinstrahlung und damit die Energieproduktion der Solarmodule mit der für die Anlage hauptsächlich entscheidenden Windgeschwindigkeit schlecht korreliert ist, d. h. die Solarmodule werden gerade dann besonders wenig Energie erzeugen können, wenn am meisten davon benötigt wird. Die beschriebene Abhilfe, die Energie – vorzugsweise in Akkumulatoren – zu speichern, erhöht die Investitionskosten weiter und führt zu erhöhtem Wartungsaufwand und Störanfälligkeit. Der Antrieb über Windkraftanlagen ist vom Zeitpunkt der Energiebereitstellung her gesehen besser, da Energiebedarf und -produktion zwangsläufig zusammenfallen. Die vorgeschlagenen Vertikalachsrotoren ändern ihren Drehsinn jedoch nicht, so dass entweder – bei direkter mechanischer Kopplung – ein Getriebe mit Vor- und Rückwärtsgang zwischen den Rotoren notwendig ist, oder – alternativ – zunächst Strom erzeugt werden müsste, der dann von einem den Flettner-Rotor antreibenden Elektromotor aufgenommen wird. Beides ist mit erheblichem Aufwand verbunden. Darüber hinaus sind die vorgeschlagenen Vertikalachsrotoren sämtlich so genannte Langsamläufer, d. h. sie drehen sich im Vergleich zum sie antreibenden Wind relativ langsam. Dies passt nicht optimal zum Antrieb von Flettner-Rotoren, die sich optimalerweise 3 bis 5 Mal so schnell drehen sollten wie der Wind. Die hierzu als Abhilfe vorgeschlagene Ein- und Ausklinkung des Vertikalachsrotors in Abhängigkeit von seiner Drehgeschwindigkeit relativ zur Drehgeschwindigkeit des Flettner-Rotors ist daher suboptimal. Abschließend ist auch hier zu kritisieren, dass die Vorrichtung für die notwendige Drehrichtungsumkehr der Rotoren nicht optimal gelöst ist. Vorgesehen wird eine zentrale Steuereinheit, die Messwerte zu Windrichtung und zur Querkraft der Flettner-Rotoren auswertet und in Abhängigkeit davon die einzelnen Rotorantriebe steuert. Wie diese Vorrichtung im Einzelnen wirken soll, ist nicht beschrieben. Nachteilig sind jedenfalls das Komplexitätsniveau der Steuerungseinrichtung und die potentielle Unzuverlässigkeit der für die Übertragung vorgesehenen Funkverbindung.
• Aus DE 3123287 A1 ist bekannt, dass Flettner-Rotoren mit Segeln kombiniert werden können. Um die optimale Vortriebskraft zu erreichen, ist dort ein komplexer Mechanismus vorgestellt, bei dem ein kreissegmentförmiges Segel durch Drehung um zwei parallele Achsen relativ zum Flettner-Rotor verstellt wird. Der Nachteil dieser Vorrichtung ist insgesamt in ihrer Kompexität und den daraus resultierenden Kosten und der aufwendigen Steuerung zu sehen. Eine solche Vorrichtung könnte zwar prinzipiell auch mit den vorstehend beschriebenen Windkraftanlagen kombiniert werden, würde aber die Komplexität der Vorrichtungen deutlich erhöhen und das Problem der Steuerung weiter vergrößern.
• Im Ergebnis lässt sich festhalten, dass mit dem Stand der Technik die Aufgabenstellung, umlaufende Flettner-Rotoren zur Erzeugung elektrischer Energie zu nutzen noch nicht zufriedenstellend gelöst ist. Bisherigen Vorschlägen ist gemein, dass sie eine feste Umlaufbahn voraussetzen, die als Schienensystem, scheibenförmige Basis in baulicher Einheit oder als Tragseilkonstruktion, an der die Auftriebskörper befestigt sind ausgestaltet ist. Nachteilig sind die hohen Kosten, die mit dem Bau der Umlaufbahn verbunden sind, hohe Wartungskosten und auch die schlechte Nutzung von Winden, die nicht aus der optimalen, seitlichen Richtung einströmen sowie der noch nicht überzeugend gelöste Wiederanlauf nach einer Flaute. Die Methode der Stromerzeugung – auf jedem Fahrzeug einzeln oder über Lineargeneratoren, die um die gesamte Umlaufbahn angebracht sind – ist ebenfalls verbesserungsfähig. Und schließlich besteht das größte Problem in der Steuerung der Rotoren, die derzeit nicht in der Lage ist, für jeden Rotor die jeweils optimale Einstellung zu finden, die den Vortrieb maximiert und ein Umkippen bei ungünstigen Winden (spitz von vorn oder hinten) verhindert.
• Aufgabe
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängel der bereits bekannten technischen Lösungen zu identifizieren und aufbauend darauf eine Windkraftanlage mit auf umlaufenden Fahrzeugen montierten Flettner-Rotoren zu beschreiben, die kostengünstig herzustellen und einfach zu warten ist. Die Anlage soll automatisch laufen, insbesondere soll sich die Drehrichtung jedes einzelnen der Flettner-Rotoren selbständig optimal einstellen. In diesem Zusammenhang soll insbesondere auch ein Umkippen der Fahrzeuge an Bahnpositionen verhindert werden, an denen der Wind spitz von vorn oder von hinten auf den Flettner-Rotor trifft. Die Windausnutzung soll dabei möglichst hoch sein, insbesondere soll auf einem möglichst großen Bereich der Bahn ein Vortrieb erzeugt werden. Schließlich soll die Anlage nach einer Flaute bei wieder ausreichendem Wind selbständig anlaufen.
• Lösungsansätze und kennzeichnende Merkmale
• Erfindungsgemäß wird eine Windkraftanlage mit Flettner-Rotor-angetriebenen Fahrzeugen, bei der die mit den Flettner-Rotoren bestückten Fahrzeuge an einem Endlosseil befestigt um Rollen umlaufen, so ausgeführt, dass die Fahrzeuge sich durch Räder, Auftriebskörper etc. selbst tragen und mit dem Endlosseil um mindestens zwei Umlaufrollen umlaufen, wobei zwar die Position der Umlaufrollen weitgehend fixiert ist und das Endlosseil im Bereich unmittelbar vor und nach den Umlaufrollen durch eine Zuführungsvorrichtung in vorteilhafter Höhe und Seitenabstand relativ zu letzteren gehalten wird, die Umlaufbahn der Fahrzeuge ansonsten aber nicht fest vorgegeben ist, sondern nur vom Verlauf des Endlosseils ungefähr bestimmt wird und an mindestens einer der Umlaufrollen die von der Anlage erzeugte Energie abgegriffen wird.
• Die Windkraftanlage besteht aus drei wesentlichen Komponenten: Mindestens zwei in ihrer Position fixierte Umlaufrollen markieren die Eckpunkte der Bahn. An mindestens einer dieser Umlaufrollen ist eine Vorrichtung zur Übertragung bzw. Aufnahme der von der Anlage erzeugten Energie angebracht. Die zweite Komponente ist ein Endlosseil, das um die Rollen gespannt ist, so dass sich eine Bewegung des Seils in Längsrichtung auf die Umlaufrollen überträgt und diese in Drehung versetzt. Damit das Endlosseil nicht von dieser Umlaufrolle springen kann, wird es im Bereich unmittelbar vor bzw. nach der Umlaufrolle durch einen im Wesentlichen aus Rollen und Walzen bestehenden Zuführungsmechanismus in einer relativ zur jeweiligen Umlaufrolle vorteilhaften Position gehalten. Die dritte Komponente bilden die Fahrzeuge, auf denen die Flettner-Rotoren senkrecht stehend angebracht sind. Die Fahrzeuge sind so ausgestaltet, dass sie sich selbst tragen und sich mit möglichst wenig Kraftaufwand fortbewegen bzw. wenden können. Die Fahrzeuge sind zudem in ungefähr gleichmäßigen Abständen am Endlosseil befestigt.
• Dem Endlosseil kommt dabei keine tragende Funktion zu. Es nimmt lediglich die von den Fahrzeugen erzeugte Vortriebskraft auf und gibt diese an die Rollen weiter. Ferner sorgt es dafür, dass sich die Fahrzeuge nicht allzu weit von der direkten Linie zwischen den Umlaufrollen entfernen können. Das Seil gibt somit den Verlauf der Umlaufbahn im Groben vor. Im Gegensatz zu z. B. einem Schienensystem existieren außer den Umlaufrollen nebst den daran befestigten Zuführungsmechanismen auf der Umlaufbahn keine Fixpunkte, so dass die Bahn der Fahrzeuge in weiten Teilen nicht exakt festgelegt ist.
• Dieser grundsätzliche Aufbau kann durch spezifische Ausgestaltung und Weiterentwicklung zu verschiedenen Lösungsvarianten fortgebildet werden.
• So ist es in einer Variante möglich, als Fahrzeuge Landfahrzeuge zu verwenden, die von mindestens drei Rädern getragen werden, wobei es die Aufhängungen aller Räder dem jeweiligen Rad im Sinne einer bestmöglichen Beweglichkeit erlauben, sich um eine vertikale Achse frei zu drehen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Drehachse der Aufhängung bzw. ihre Verlängerung nicht durch den Mittelpunkt des Rades als dessen Drehpunkt verläuft. Dieser Aufbau entspricht z. B. der Befestigung der Räder an einem Einkaufswagen und bewirkt einfache Richtungsänderungen und einen geringen Laufwiderstand. Die Fahrzeuge können somit dem Seil insbesondere bei der Umrundung einer Umlaufrolle leicht folgen.
• Ferner können in einer anderen Variante auch Wasserfahrzeuge (Boote) verwendet werden, die von einem oder mehreren Auftriebskörpern getragen werden. Um einen Betrieb im Winter bzw. zu Zeiten, wenn die überfahrene Wasserfläche zugefroren sein kann, zu ermöglichen, werden unter den Auftriebskörpern Kufen angebracht. Hierbei kann es vorteilhaft sein, die Wasserfahrzeuge zur höheren Kippstabilität mit mehreren Auftriebskörpern/Rümpfen, z. B. als Katamaran, auszugestalten.
• In einer vorteilhaften Fortbildung dieses Prinzips werden die Rümpfe der Wasserfahrzeuge analog zu der vorstehend beschriebenen Radaufhängung drehbar angebracht.
• In einer weiteren Fortbildung werden die Fahrzeuge mit einem Steuermechanismus zur Drehrichtungsumkehr bzw. zur Rotorabschaltung ausgerüstet, welcher bewirkt, dass der Rotor bei ungünstigen Windrichtungen relativ zum Fahrzeug (d. h. Wind von vorn oder von hinten) nicht dreht und sich bei günstigem Wind im jeweils richtigen Drehsinn dreht, um Vortrieb zu erzeugen (d. h. Rechtsdrehung bei von links anströmendem Wind und umgekehrt). Ein solcher Mechanismus ist dadurch gekennzeichnet, dass am Fahrzeug eine oder mehrere Stangen auf eine solche Weise drehbar befestigt sind, dass die Drehachse parallel zur Längsachse (d. h. zur Fahrtrichtung) des Fahrzeugs verläuft. Dabei lässt die Befestigung eine Drehung der Stange aus der Senkrechten nur in einem begrenzten Bereich von weniger als +/–90 Grad zu. Im oberen Bereich der Stange ist ein Widerstandskörper angebracht, der eine relativ große Fläche und ein relativ geringes Gewicht aufweist. Dabei ist die Fläche des Widerstandskörpers quer zur Fahrtrichtung ausgerichtet. Im unteren Bereich der Stange befindet sich ein Kontergewicht, welches bei relativ großer Masse eine relativ kleine Fläche aufweist. Dieser Mechanismus wirkt folgendermaßen: Bei Windstille steht die Stange senkrecht, da das Kontergewicht aufgrund seiner gegenüber dem Widerstandskörper deutlich größeren Masse eine stärkere Gravitationskraft erfährt. Auch wenn der Wind das Fahrzeug von vorn oder von hinten anströmt (dies sind die für den Flettner-Rotor ungünstigen Windrichtungen) verbleibt die Stange in der senkrechten Mittelstellung, einerseits deswegen, weil die Widerstandsfläche annähernd parallel zur Windrichtung steht und somit keinen nennenswerten Winddruck erfährt, andererseits, weil durch die in Fahrtrichtung längs angebrachte Drehachse der Stange ohnehin nur seitliche Auslenkungen möglich sind. Kommt der Wind hingegen in Fahrtrichtung gesehen von links, wird er eine Kraft auf die Widerstandsfläche ausüben und diese bei hinreichender Stärke gegenüber der Gewichtskraft des Kontergewichts nach rechts (bis maximal zum Anschlag) auslenken. Analog hierzu erfolgt bei Winden von rechts eine Auslenkung nach links. Der Mechanismus wird vervollständigt über ein Seilzugsystem oder ein Gestänge, welches so auf den Antriebsstrang des Rotors einwirkt, dass der Rotor bei Mittelstellung des Steuermechanismus nicht angetrieben wird, während bei Auslenkung der Widerstandsfläche nach rechts (Wind von links) eine Rechtsdrehung und bei Auslenkung nach links eine Linksdrehung des Rotors bewirkt wird. Auf diese Weise wird die für das jeweilige Fahrzeug optimale Rotordrehung automatisch ermittelt und eingestellt.
• In einer vorteilhaften Fortentwicklung der Erfindung werden die Fahrzeuge mit mechanischen Kippsicherungen ausgestattet. Diese können allein oder zusätzlich zum vorstehend beschriebenen Mechanismus zur Drehrichtungsumkehr angebracht werden. Die Kippsicherung schaltet bei zu großer Querneigung (Krängung) des Fahrzeugs den Rotor ab. Dies ist deswegen sinnvoll, da die auf den Rotor wirkende Auftriebskraft immer senkrecht zur Anströmrichtung wirkt. Daher ist immer dann, wenn der Wind nicht genau rechtwinklig zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs anströmt, auch eine Komponente dieser Auftriebskraft in Querrichtung vorhanden, welche das Fahrzeug umkippen lassen kann. Die Kippsicherungen bestehen aus je zwei Gewichten. Diese sind z. B. auf einer Schiene so angebracht, dass sie sich quer zur Fahrtrichtung auf einer begrenzten Strecke bewegen können. An beiden Gewichten ist je eine Feder an der linken bzw. rechten Seite des Gewichts befestigt, wobei die eine Feder das eine Gewicht nach links zieht und die andere Feder das zweite Gewicht nach rechts zieht (jeweils bis zum Anschlag). Im Normalzustand, d. h. wenn sich das Fahrzeug in der horizontalen befindet, ist somit das eine Gewicht am linken und das andere Gewicht am rechten Anschlag positioniert. Sind Masse des Gewichtes und Federkraft entsprechend gewählt, wird dann, wenn das Fahrzeug nach rechts kippt, folgendes passieren: Die Gewichtskraft zieht das eine Gewicht, welches sich im Normalzustand am linken Anschlag befindet, gegen die Federkraft vom linken Anschlag weg. Das andere Gewicht wird nur noch stärker an den rechten Anschlag angedrückt und verbleibt daher in Position. Gleiches geschieht analog bei einem Kippen nach links mit dem jeweils anderen Gewicht.
• Beide Gewichte sind über einen Seilzug oder ein Gestänge so mit dem Antrieb des Rotors verbunden, dass immer dann, wenn sich das Fahrzeug zu stark neigt, und folglich eines der Gewichte aus der Normalstellung hinausbewegt wird, der Antrieb des Rotors unterbrochen wird und zusätzlich gegebenenfalls eine Bremse den Rotor aktiv zum Stillstand bringt.
• In einer weiteren Fortentwicklung der Erfindung kann zusätzlich zum Rotor eine automatisch einklappende Segelfläche vorgesehen werden. Eine Segelfläche ist vorteilhaft, weil der Rotor nur bei quer zur Fahrtrichtung anströmendem Wind eine Vortriebskraft entfalten kann. Bei einem vollen Bahnumlauf drehen sich die Fahrzeuge um 360 Grad, so dass der Wind aus Sicht in Fahrtrichtung an den unterschiedlichen Bahnpositionen aus allen möglichen Richtungen anströmt. Auf Bahnabschnitten, auf denen der Wind das Fahrzeug von hinten anströmt, kann der Rotor keinen Vortriebsbeitrag leisten, während eine klassische Segelfläche „vor dem Wind” eine gute Vortriebsleistung erbringt. Da die Segelfläche den Rotor unterstützen soll, darf sie jedoch weder auf den Umlaufbahnabschnitten mit Seitenwind die Funktion des Rotors beeinträchtigen, noch darf sie auf Umlaufbahnabschnitten mit Wind gegen die Fahrtrichtung eine große Widerstandsfläche bieten, weil ansonsten die bei rückwärtigem Wind erzeugte Leistung egalisiert würde. Es bedarf daher einer Vorrichtung, die ein selbsttätiges, der Windrichtung angepasstes „Auf- und Abtakeln” der Segelfläche bewirkt. Hierzu wird – ähnlich wie beim vorstehend beschriebenen Mechanismus zur Drehrichtungsumkehr – die Segelfläche an einem oder mehreren Masten befestigt. Die Masten sind im hinteren Bereich des Fahrzeugs so angebracht, dass sie sich um eine horizontale Achse, die quer zur Fahrtrichtung liegt, drehen können. Dabei erfolgt die Befestigung so, dass Masten und Segel nur bei Rückenwind annähernd senkrecht stehen (und aufgrund des Windwiderstands Vortrieb erzeugen) und ansonsten (Wind von vorn oder von der Seite) annähernd waagerecht hinter dem Fahrzeug liegen.
• In einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung sind die Fahrzeuge mit je einem Antriebsrad bestückt. Die Drehachse des Antriebsrades verläuft dabei rechtwinklig zur Fahrtrichtung. Im Unterschied zum herkömmlichen Antrieb eines solchen Antriebsrades, der durch direktes abrollen auf dem jeweiligen Untergrund erfolgt (Prinzip des „Särades” einer Sämaschine bei Landfahrzeugen bzw. Umkehrung des Schaufelradprinzips eines Mississippidampfers bei Wasserfahrzeugen), wird es in der hier vorgeschlagenen Lösung durch einen oder mehrere Stränge, die zum Beispiel als Ketten oder insbesondere als Seile ausgestaltet sein können, angetrieben. Das Antriebsrad treibt seinerseits den Flettner-Rotor des Fahrzeugs an. Es ist erforderlich, dass die Stränge, die das Antriebsrad antreiben, im Gegensatz zum umlaufenden Endlosseil in Längsrichtung nicht bzw. kaum bewegt werden können. Es ist vorteilhaft, wenn an jeder Umlaufrolle ein solches Antriebsseil beginnt, dessen Länge etwas geringer ist, als der Umlaufbahnabschnitt bis zur nächsten Umlaufrolle. Auf diese Weise werden die Rotoren aller Fahrzeuge auf dem entsprechenden Bahnabschnitt durch das dort installierte Antriebsseil angetrieben. Kurz vor der nächsten Umlaufrolle endet das Antriebsseil und somit werden auch die Rotoren nicht mehr angetrieben, was den Umlauf um die folgende Umlaufrolle vereinfacht. Ab dieser nächsten Umlaufrolle beginnt das nächste Antriebsseil, das Antriebsrad anzutreiben und so weiter. An jeder Umlaufrolle ist daher ein neues Antriebsseil auf das Antriebsrad aufzulegen. Damit das Auflegen selbsttätig erfolgt, wird eine automatische Auflegevorrichtung benötigt. Diese wickelt das Antriebsseil einmal um das Antriebsrad herum, so dass sich das Antriebsseil bei Fortbewegung des Fahrzeugs fest um das Antriebsrad zusammenzieht und dies aufgrund der großen Reibung in Drehung versetzt. Am Ende des Antriebsseils ist keine besondere Vorrichtung notwendig, das Antriebsrad passiert das Seilende einfach und wird dann nicht mehr angetrieben. Damit das Antriebsseil nicht vorzeitig vom Antriebsrad herunterlaufen kann, wird die seitliche Bewegung des Seils von zwei dicht am Antriebsrad anliegenden Begrenzungsscheiben eingeschränkt, deren Durchmesser größer ist als der des Antriebsrades. Das Antriebsrad kann insbesondere außen am Fahrzeug befestigt werden, da dann das Auflegen des Antriebsseils einfacher ist bzw. eine Kollision von Fahrzeug und Auflegevorrichtung leichter verhindert werden kann.
• Die besondere Schwierigkeit besteht hierbei im automatischen Auflegen der Antriebsseile auf die Antriebsräder der jeweils die betreffende Bahnposition passierenden Fahrzeuge. Diese Schwierigkeit wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Befestigungspunkt eines jeden Antriebsseils in einem festen Abstand querab von einer drehbaren Welle angebracht wird. Die Längsachse dieser Welle liegt parallel zur Achse des Antriebsrades. Somit bewegt sich der Befestigungspunkt und mit ihm der Anfang des Antriebsseils auf einer Kreisbahn, deren Ebene parallel zur Fahrtrichtung und im rechten Winkel zur Achse des Antriebsrades liegt. Damit das Antriebsseil um das Antriebsrad gewickelt werden kann, muss der Durchmesser der Kreisbahn größer sein als der Durchmesser von Antriebsrad und Begrenzungsscheiben. Ferner muss die rechtwinklige Verbindung zwischen Befestigungspunkt und Wellenlängsachse die Wellenlängsachse nur in Verlängerung der Welle schneiden, da es beim Umwickelvorgang ansonsten entweder zwangsläufig zu einer Kollision zwischen Antriebsrad und dem Befestigungspunkt bzw. seiner Verbindung mit der Welle käme oder das Antriebsseil nur neben dem Antriebsrad auf und ab bewegt würde, ohne dass es zu einem Aufwickeln käme. Dies wird durch einen länglichen Antriebsseilhalter erreicht. Dieser ist so angebracht, dass die Welle, der Antriebsseilhalter und die zwischen beiden befindliche Befestigungsarm im Profil gesehen der Form des Buchstabens „Z” ähnelt, dessen kurze Schenkel beide rechtwinklig zum langen, mittleren Schenkel stehen. Einer der kurzen Schenkel wird dabei von der drehbaren Welle gebildet. Der lange, mittlere Schenkel wird von der Befestigung gebildet, während der Antriebsseilhalter den zweiten kurzen Schenkel darstellt. Die Befestigung kann auch durch eine Scheibe oder ein Rad (im Folgenden: Auflegerad) gebildet werden, wobei dann die Welle wie eine Achse in der Mitte des Auflegerades angeordnet ist und der Antriebsseilhalter möglichst weit vom Mittelpunkt entfernt, also am Rand des Auflegerades angebracht wird.
• Es ist nun noch dafür zu sorgen, dass sich das Auflegerad während der Passage eines Fahrzeugs im richtigen Moment und um den gewünschten Winkel dreht. Der richtige Moment ist dann gekommen, wenn sich das Antriebsrad des Fahrzeugs innerhalb des Umlaufkreises des Antriebsseilhalters befindet. Der gewünschte Winkel beträgt mindestens 360 Grad, da bei kleineren Winkeln das Antriebsseil nicht vollständig um das Reibrad gelegt würde. Da das Antriebsrad selbst einen Durchmesser aufweist, ist in der Praxis zur Vermeidung einer Kollision zwischen Antriebsseilhalter und Antriebsrad eine Drehung um einen entsprechend größeren Winkel notwendig. Eine mehrfache Umwicklung des Antriebsrades bringt keine weiteren Vorteile, so dass in der Praxis Drehungen des Auflegerades um 360 bis 540 Grad (eine bis eineinhalb Umdrehungen) pro Auflegevorgang optimal sind. Damit Antriebsseilhalter und Antriebsrad nicht kollidieren, muss der Durchmesser des Auflegerades bzw. des vom Antriebsseilhalter beschriebenen Umlaufkreises mindestens so groß sein wie die Summe aus dem Durchmesser des Umlaufrades und dem Produkt aus der Passagegeschwindigkeit des Antriebsrades und der für das Umwickeln benötigten Zeit.
• Um das Auflegerad zum richtigen Zeitpunkt in Drehung zu versetzen, greift das Fahrzeug beim Passieren der Auflegevorrichtung in ein Speichenrad ein und dreht dieses während der Passage um einen definierten Winkel. Das Speichenrad ist mit dem Auflegerad über ein Getriebe verbunden, dessen Übersetzung so gewählt ist, dass die Drehung des Speichenrades um den definierten Winkel zur Drehung des Auflegerades um den gewünschten Winkel führt.
• Da die Anlage – insbesondere wenn die Rotoren über Reibräder angetrieben werden – nach einem Stillstand, z. B. infolge einer Flaute, eine Anlaufhilfe benötigt, können in einer weiteren vorteilhaften Fortentwicklung kleine Hilfswindkraftanlagen so an eine oder mehrere der Umlaufrollen angebaut werden, dass sie die jeweilige Umlaufrolle antreiben und ansonsten den Umlauf der Fahrzeuge nicht behindern. Eine Positionierung im Inneren der Fahrzeugumlaufbahn ist dafür vorteilhaft. Als Hilfswindkraftanlagen kommen insbesondere Anlagen mit horizontaler Drehachse in Frage, wie z. B. ein Savonius-Rotor, ein Darrieus-Rotor, oder ein Strömungsrezeptor nach DE 4120908 C2 . Alle diese Windkraftanlagen haben gemein, dass sie unabhängig von der Windrichtung immer die gleiche Drehrichtung aufweisen. Dies ist bei einer mechanischen Kopplung an die Umlaufrollen, deren Drehrichtung ebenfalls immer gleich sein muss, vorteilhaft. Die Verbindung sollte einen Freilauf enthalten, damit Umlaufrollen nach dem Anlaufen der Anlage auch schneller als die kleinen Hilfswindkraftanlagen laufen können, ohne von letzteren gebremst zu werden.
• In einer weiteren Variante können die einzelnen Fahrzeuge an mehr als einem Punkt am Endlosseil befestigt werden. Die Befestigungspunkte eines Fahrzeugs liegen dabei in einer Linie, auf der bei Geradeausfahrt auch das Endlosseil am Fahrzeug anliegt. Da das Fahrzeug starr ist und sich beim Umlaufen um die Umlaufrollen nicht entsprechend biegen kann, sind mit Ausnahme der hintersten (Haupt-) Befestigung, alle Befestigungen z. B. mit einer Feder versehen, die beim Umlauf um eine Umlaufrolle ein Entfernen des Endlosseils vom Fahrzeug unter Aufbau einer Federspannung erlaubt. Bei einem solchen Umlauf übt die dann gespannte Feder, früher als die weiter hinten befindliche fixe Befestigung dies kann, eine Querkraft auf das Fahrzeug aus. Hierdurch wird beginnt die Drehung des Fahrzeugs früher und mit einem besseren Hebel, so dass das Umfahren der Umlaufrolle erleichtert wird.
• In einer vorteilhaften Variante der Erfindung, die insbesondere für die Nutzung der Anlage zur Produktion elektrischen Stroms in Frage kommt, werden eine oder mehrere Umlaufrollen mit einem elektrischen Generator gekoppelt und treiben diesen an.
• In einer weiteren Fortbildung der Erfindung können die auf den Fahrzeugen montierten Rotoren eine rau ausgeformte Oberfläche aufweisen. Solche rauen Oberflächen erhöhen einerseits die Wirkung der Rotoren und erhöhen andererseits die Stabilität, so dass geringere Wandstärken möglich werden, was zu weniger Kosten und Gewicht führt. Als „Aufrauhungen” kommen beispielsweise Mulden in regelmäßigen Abständen, wie sie von Golfbällen bekannt sind, in Betracht. Anstelle der Mulden können auch schalenförmige Erhöhungen in regelmäßigen Abständen auf dem Rotor aufgebracht werden. Da sich der Rotor ausschließlich um eine einzige, vertikale Achse dreht, können anstelle der Mulden auch vertikal verlaufende, parallele Riefen den gewünschten Effekt erzeugen.
• Darstellung der Lösungsvorteile
• Die Vorteile einer aus mit Flettner-Rotoren bestückten Fahrzeugen bestehenden Windkraftanlage, bei der nach Anspruch 1 die Fahrzeuge sich selbst tragen und die Umlaufbahn durch das umlaufende Endlosseil nur im Groben aber nicht exakt vorgegeben wird, bestehen gegenüber dem Stand der Technik zunächst in einem erheblich geringeren Herstellungsaufwand und somit einem wirtschaftlicheren Betrieb. Dieser resultiert aus dem Umstand, dass auf ein Schienensystem oder ähnliches verzichtet wird und die Fahrzeuge frei umlaufen. Da auch dem Endlosseil keine tragende Funktion zukommt, und dieses somit nicht mit der Gewichtskraft der den Vortrieb erzeugenden Vorrichtungen, sondern nur mit der von den Fahrzeugen generierten Vortriebskraft und gegebenenfalls einer Seitenführungskraft belastet wird, kann es gegenüber Konstruktionsalternativen mit einem tragenden Seil schwächer und damit kostengünstiger ausgeformt werden. Auch ist der Wartungsaufwand geringer, da gegenüber den Konstruktionsprinzipien mit fester Umlaufbahn keine zu wartende Umlaufbahn existiert bzw. gegenüber den Ansätzen mit tragenden Seilen ein Durchreißen des Seils weniger dramatische Folgen hat, weshalb Wartungsintervalle sowie Schwellenwerte für einen erforderlichen Austausch heraufgesetzt werden können.
• Die Übertragung der erzeugten Kraft auf das umlaufende Endlosseil ermöglicht es, die Energie an einem beliebigen Punkt der Umlaufbahn abzugreifen. Bei der bevorzugten Einsatzweise der Anlage, der Stromerzeugung mit elektrischen Generatoren, ist es daher möglich, die Energie mit einem einzelnen Generator abzugreifen. Auch hieraus ergeben sich Kostenvorteile, da ein einzelner großer Generator günstiger ist als eine Mehrzahl kleinerer Generatoren von in Summe gleicher Leistung. Die zentrale Energieabnahme führt gegenüber der im Stand der Technik vorgesehenen Erzeugung an mehreren Punkten wiederum zu geringerem konstruktivem Aufwand, da Stromleitungen zu den verteilten Generatoren entbehrlich sind. Auch die Wartung der elektrischen Anlage ist günstiger, da diese nur an einem einzigen Punkt durchgeführt werden muss und insbesondere eine Fehlersuche rund um die unter Umständen kilometerlange Umlaufbahn entfällt.
• Als bevorzugtes Einsatzgebiet einer solchen Anlage ist vor allem die Stromerzeugung und gegebenenfalls Einspeisung in das Stromnetz an geeigneten Standorten an Land sowie auf Binnenseen oder Küstengewässern zu nennen. Sollte eine Energiespeicherung beabsichtigt sein, kommt insbesondere die Herstellung von Wasserstoff durch einen an die Anlage angeschlossenen Elektrolyseur in Betracht. Alternativ kann die Energie z. B. auch von einer RedOx-Flow-Batterie aufgenommen werden. Schließlich ist es natürlich ebenfalls möglich, mechanische Energie zu gewinnen und diese zum Antrieb von vor Ort befindlichen Arbeitsmaschinen etc. zu nutzen.
• Die Vorteile einer aus mit Flettner-Rotoren bestückten Landfahrzeugen bestehenden Windkraftanlage nach Anspruch 2, bei der die Fahrzeuge sich selbst tragen und die Umlaufbahn durch das umlaufende Endlosseil nur im Groben aber nicht exakt vorgegeben wird, bestehen gegenüber dem Stand der Technik zunächst in einem erheblich geringeren Herstellungsaufwand und somit einem wirtschaftlicheren Betrieb. Dieser resultiert aus dem Umstand, dass auf ein Schienensystem oder ähnliches verzichtet wird und die Fahrzeuge frei umlaufen. Da auch dem Endlosseil keine tragende Funktion zukommt, und dieses somit nicht mit der Gewichtskraft der den Vortrieb erzeugenden Vorrichtungen, sondern nur mit der von den Fahrzeugen generierten Vortriebskraft und gegebenenfalls einer Seitenführungskraft belastet wird, kann es gegenüber Konstruktionsalternativen mit einem tragenden Seil schwächer und damit kostengünstiger ausgeformt werden. Auch ist der Wartungsaufwand geringer, da gegenüber den Konstruktionsprinzipien mit fester Umlaufbahn keine zu wartende Umlaufbahn existiert bzw. gegenüber den Ansätzen mit tragenden Seilen ein Durchreißen des Seils weniger dramatische Folgen hat, weshalb Wartungsintervalle sowie Schwellenwerte für einen erforderlichen Austausch heraufgesetzt werden können.
• Die Übertragung der erzeugten Kraft auf das umlaufende Endlosseil ermöglicht es, die Energie an einem beliebigen Punkt der Umlaufbahn abzugreifen. Bei der bevorzugten Einsatzweise der Anlage, der Stromerzeugung mit elektrischen Generatoren, ist es daher möglich, die Energie mit einem einzelnen Generator abzugreifen. Auch hieraus ergeben sich Kostenvorteile, da ein einzelner großer Generator günstiger ist als eine Mehrzahl kleinerer Generatoren von in Summe gleicher Leistung. Die zentrale Energieabnahme führt gegenüber der im Stand der Technik vorgesehenen Erzeugung an mehreren Punkten wiederum zu geringerem konstruktivem Aufwand, da Stromleitungen zu den verteilten Generatoren entbehrlich sind. Auch die Wartung der elektrischen Anlage ist günstiger, da diese nur an einem einzigen Punkt durchgeführt werden muss und insbesondere eine Fehlersuche rund um die unter Umständen kilometerlange Umlaufbahn entfällt.
• Als bevorzugtes Einsatzgebiet einer solchen Anlage ist vor allem die Stromerzeugung und gegebenenfalls Einspeisung in das Stromnetz an geeigneten Standorten an Land zu nennen. Als geeignete Standorte kommen hierfür insbesondere landwirtschaftlich genutzte Flächen in Betracht. Die Fahrzeuge können das Feld oder die Weide so umlaufen, dass die Umlaufbahn in der Nähe des Feldrandes verläuft. In diesen Bereichen ist der Aufwuchs ohnehin gering, da der Boden durch das dort ohnehin erfolgende Wenden der Ackerfahrzeuge verdichtet ist. Im Innern der Umlaufbahn können die Feldfrüchte ungestört wachsen. Da die Bodenbearbeitung und Kulturpflege ohnehin nur bei „gutem Wetter”, d. h. Trockenheit und relative Windstille erfolgen, ist es möglich, die Windkraftanlage zu diesen Zeitpunkten kurzfristig stillzulegen ohne Ertragseinbußen zu generieren. Da keine feste Umlaufbahn existiert, reicht es aus, das Endlosseil temporär aufzutrennen, um dann die Fahrzeuge und das Seil in eine die Ackerfahrzeuge nicht beeinträchtigende Position zu transportieren.
• Sollte eine Energiespeicherung beabsichtigt sein, kommt insbesondere die Herstellung von Wasserstoff durch einen an die Anlage angeschlossenen Elektrolyseur in Betracht. Alternativ kann die Energie z. B. auch von einer RedOx-Flow-Batterie aufgenommen werden. Schließlich ist es natürlich ebenfalls möglich, mechanische Energie zu gewinnen und diese zum Antrieb von vor Ort befindlichen Arbeitsmaschinen etc. zu nutzen.
• Die Vorteile einer aus mit Flettner-Rotoren bestückten Wasserfahrzeugen bestehenden Windkraftanlage nach Anspruch 3, bei der die Fahrzeuge sich selbst tragen und die Umlaufbahn durch das umlaufende Endlosseil nur im Groben aber nicht exakt vorgegeben wird, bestehen gegenüber dem Stand der Technik zunächst in einem erheblich geringeren Herstellungsaufwand und somit einem wirtschaftlicheren Betrieb. Dieser resultiert aus dem Umstand, dass auf ein Schienensystem oder ähnliches verzichtet wird und die Fahrzeuge frei umlaufen. Da auch dem Endlosseil keine tragende Funktion zukommt, und dieses somit nicht mit der Gewichtskraft der den Vortrieb erzeugenden Vorrichtungen, sondern nur mit der von den Fahrzeugen generierten Vortriebskraft und gegebenenfalls einer Seitenführungskraft belastet wird, kann es gegenüber Konstruktionsalternativen mit einem tragenden Seil schwächer und damit kostengünstiger ausgeführt werden. Da die Reibungskräfte der auf dem Wasser gleitenden Fahrzeuge sehr gering ist, kann ein größerer Anteil der insgesamt erzeugten Kraft für die Energieerzeugung genutzt werden. Auch ist der Wartungsaufwand gegenüber bekannten Konstruktionen geringer, da gegenüber den Konstruktionsprinzipien mit fester Umlaufbahn keine zu wartende Umlaufbahn existiert bzw. gegenüber den Ansätzen mit tragenden Seilen ein Durchreißen des Seils weniger dramatische Folgen hat, so dass Wartungsintervalle und Schwellenwerte für einen erforderlichen Austausch somit heraufgesetzt werden können.
• Ein weiterer Vorteil gegenüber Anlagen mit einer fest fixierten Umlaufbahn besteht darin, dass die Anlage, sofern die Umlaufrollen auf schwimmenden Körpern montiert sind, auch bei wechselnden Wasserständen (Ebbe und Flut, Trockenphasen und Regenzeiten) betrieben werden kann.
• Da starker Wind insbesondere im Winter weht, in dieser kalten Jahreszeit die Gewässer in mitteleuropäischen Breiten aber zufrieren können, besteht ein erheblicher Vorteil in den unter den Schwimmkörpern der Fahrzeuge installierten Kufen. Diese sorgen dafür, dass die Fahrzeuge auch auf einer Eisfläche fahren können und dass die Anlage somit auch bei niedrigen Temperaturen betriebsbereit ist.
• Besonders vorteilhaft ist aufgrund der erhöhten Kippstabilität eine Bauweise mit zwei oder mehr Bootsrümpfen als Auftriebskörper (Katamaran, Trimaran etc.). Dies gilt insbesondere für das Fahren auf Kufen, bei dem mindestens zwei Kufen pro Fahrzeug erforderlich sind, damit die Fahrzeuge gerade und stabil stehen können.
• Die Übertragung der erzeugten Kraft auf das umlaufende Endlosseil ermöglicht es, die Energie an einem beliebigen Punkt der Umlaufbahn abzugreifen. Bei der bevorzugten Einsatzweise der Anlage, der Stromerzeugung mit elektrischen Generatoren, ist es daher möglich, die Energie mit einem einzelnen Generator abzugreifen. Auch hieraus ergeben sich Kostenvorteile, da ein einzelner großer Generator günstiger ist als eine Mehrzahl kleinerer Generatoren von in Summe gleicher Leistung. Die zentrale Energieabnahme führt gegenüber der im Stand der Technik vorgesehenen Erzeugung an mehreren Punkten wiederum zu geringerem konstruktivem Aufwand, da Stromleitungen zu den verteilten Generatoren entbehrlich sind. Auch die Wartung der elektrischen Anlage ist günstiger, da diese nur an einem einzigen Punkt durchgeführt werden muss und insbesondere eine Fehlersuche rund um die unter Umständen kilometerlange Umlaufbahn entfällt.
• Als bevorzugtes Einsatzgebiet einer solchen Anlage ist vor allem die Stromerzeugung und gegebenenfalls Einspeisung in das Stromnetz an geeigneten Standorten auf Binnenseen oder Küstengewässern zu nennen. Sollte eine Energiespeicherung beabsichtigt sein, kommt insbesondere die Herstellung von Wasserstoff durch einen an die Anlage angeschlossenen Elektrolyseur in Betracht. Alternativ kann die Energie z. B. auch von einer RedOx-Flow-Batterie aufgenommen werden. Schließlich ist es natürlich ebenfalls möglich, mechanische Energie zu gewinnen und diese zum Antrieb von vor Ort befindlichen Arbeitsmaschinen etc. zu nutzen.
• Gegenüber der vorgenannten Konstruktion und dem Stand der Technik hat eine Ausrüstung der Wasserfahrzeuge mit zwei oder mehreren Rümpfen, die gemäß Anspruch 4 um eine vertikale Achse drehbar am Fahrzeug angebracht sind, den Vorteil, dass beim Umrunden einer Umlaufrolle die Bootsrümpfe nicht quer durch das Wasser bewegt werden müssen, sondern sich gegenüber dem Fahrzeug jeweils in die Richtung des geringsten Widerstands verdrehen können, was einer Stellung längs zur jeweiligen Bewegungsrichtung entspricht. Dies entspricht letztlich dem Prinzip der Aufhängung eines Rades an einem Einkaufswagen, welches sich ebenfalls in die jeweilige Bewegungsrichtung als Richtung des geringsten Widerstandes dreht. Durch diese Konstruktion kann der für das Umrunden einer Umlaufrolle erforderliche Kraftaufwand erheblich verringert werden, so dass ein größerer Teil der von der Anlage erzeugten Kraft nutzbar wird. Die bevorzugten Einsatzgebiete entsprechen denen der zuvor beschriebenen Konstruktion.
• Gegenüber den vorgenannten Konstruktionsvarianten und dem Stand der Technik hat eine Ausrüstung der Fahrzeuge mit einer Steuermechanik nach Anspruch 5, die die Drehrichtung des auf dem Fahrzeug befindlichen Flettner-Rotors umkehrt bzw. den Antrieb ausschaltet, den Vorteil, dass für jeden Rotor auf jedem Fahrzeug die individuell optimale Betriebsweise des Flettner-Rotors bestimmt wird und zur Anwendung kommt. Da sich die Fahrzeuge bei einem vollen Umlauf um 360 Grad drehen, kommt es – relativ zum Fahrzeug gesehen – bei konstanter Windrichtung zu einer Anströmung aus allen möglichen Winkeln. Wird der Rotor bei Seitenwind falschherum gedreht, wird eine Bremskraft anstelle eines Vortriebs erzeugt. Somit wird der Wirkungsgrad der Anlage verschlechtert. Bei Wind von vorn oder von hinten besteht entsteht bei Rotordrehung eine seitlich wirkende Kraft und somit Kippgefahr. Zudem erfordert der Antrieb der Rotoren weiterhin Energie, die aber nicht sinnvoll – im Sinne eines Vortriebs – genutzt wird, was ebenfalls zu einem schlechteren Gesamtwirkungsgrad führt. Mit einem Wechsel der Windrichtung ist gleichzeitig eine Veränderung der Bahnabschnitte, auf denen Rechtsdrehung, Linksdrehung und Abschaltung des Rotors optimal sind, verbunden. Durch die individuelle Einstellung der Rotoren kann auf eine zentrale Schaltstelle und eine von dort erfolgende Informationsverteilung verzichtet werden. Dies ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil keine die Steuerzentrale auch die jeweilige Position der einzelnen Fahrzeuge auf der Umlaufbahn nachhalten und entsprechend unterschiedliche Steueranweisungen ausgeben müsste. Ferner kann – z. B. aufgrund der örtlichen Topographie – die Windrichtung an unterschiedlichen Bahnpunkten leicht variieren. Die Ermittlung der Windrichtung in unmittelbarer Nähe zum Rotor führt daher zu besseren Ergebnissen. Zudem ist die vorgelegte mechanische Lösung äußerst kostengünstig und kaum störanfällig. Gegenüber einer ebenfalls möglichen elektrischen oder elektronischen Steuerung hat sie zudem den Vorteil, dass an Bord des einzelnen Fahrzeugs keine Quelle und kein Speicher für elektrische Energie vorhanden sein müssen. Die bevorzugten Einsatzgebiete entsprechen denen der zuvor beschriebenen Konstruktion.
• Gegenüber den vorgenannten Konstruktionsvarianten und dem Stand der Technik hat eine Ausrüstung der Fahrzeuge mit einer Kippsicherung nach Anspruch 6 den Vorteil, dass der Rotor des jeweiligen Fahrzeugs bei einer zu großen Querneigung, bei Wasserfahrzeugen in der Seemannssprache auch „Krängung” genannt, abgeschaltet bzw. ausgekuppelt wird. Sollte die Ursache der zu starken Krängung in einer seitlich zur Fahrtrichtung gerichteten Komponente der vom Rotor generierten Auftriebskraft liegen, führt die Unterbrechung des Rotorantriebs und die daraus folgende Verlangsamung der Umdrehungsgeschwindigkeit dazu, dass sich die Auftriebskraft auf den Rotor und somit auch deren quer wirkende Komponente verringert. Somit wird die Ursache der Querneigung beseitigt, und das Fahrzeug kann in die Normallage zurückkehren, in der dann wieder ein Antrieb des Rotors erfolgt. Zwar bewirkt der vorstehend beschriebene Steuermechanismus zur Drehrichtungsumkehr bereits, dass der Rotor bei Windanströmung parallel zur Fahrzeuglängsachse nicht angetrieben wird. Es ist jedoch möglich, dass auch in einem spitzen Winkel von vorn oder hinten einfallende Winde, wenn sie sehr stark sind, ein Einschalten des Rotors bewirken. Aufgrund der hohen Windstärke ist dann die Kippgefahr besonders hoch und kann durch den Steuermechanismus allein nicht sicher vermieden werden. In Situationen, in denen die zu hohe Querneigung nicht auf eine quer wirkende Komponente der Auftriebskraft des Rotors zurückzuführen ist, z. B. wenn das Fahrzeug vom quer einfallenden Wind quasi umgeblasen wird, ist das Abschalten des Rotorantriebs ebenfalls vorteilhaft. Zwar kann damit in diesem Fall die Ursache der Querneigung nicht abgestellt werden, jedoch trägt die Abschaltung dazu bei, im Falle eines Umkippens mögliche Schäden am Rotor und an der Anlage insgesamt zu vermindern. Gegenüber einer ebenfalls möglichen elektrischen oder elektronischen Steuerung hat die hier aufgezeigte mechanische Lösung neben der geringen Störanfälligkeit den weiteren Vorteil, dass an Bord des einzelnen Fahrzeugs keine Quelle und kein Speicher für elektrische Energie vorhanden sein muss. Die bevorzugten Einsatzgebiete entsprechen denen der zuvor beschriebenen Konstruktion.
• Gegenüber den vorgenannten Konstruktionsvarianten und dem Stand der Technik hat eine Ausrüstung der Fahrzeuge mit einem Klappsegel nach Anspruch 7 den Vorteil, dass auch bei Wind, der in Fahrtrichtung des einzelnen Fahrzeugs gesehen von hinten anströmt, ein nennenswerter Vortrieb und somit Energie erzeugt werden kann, ohne bei Gegenwind oder Seitenwind die Wirkung der Gesamtanlage wesentlich zu beeinträchtigen. Da die Flettner-Rotoren nur dann Vortrieb erzeugen, wenn der Wind annähernd quer zur Fahrtrichtung steht und da das Fahrzeug mit dem Rotor aufgrund des runden Rotorquerschnitts bei Rückenwind betragsmäßig nur ungefähr die gleiche (Vortriebs-)Kraft erfährt, die es bei Gegenwind als gegen die Fahrtrichtung gerichtete Widerstandskraft erfährt, wird auf Bahnabschnitten parallel zur Windrichtung keine nutzbare Energie erzeugt. Während dies auf den Gegenwindabschnitten auch prinzipiell nicht möglich ist, kann die Windenergie auf den so genannten „Vor-dem-Wind-Kursen” prinzipiell genutzt werden. Es ist jedoch nicht hinreichend, die Fahrzeuge lediglich mit einem normalen Segel zu betakeln, da dieses bei Gegenwindkursen bremsend wirken und zudem bei Kursen quer zum Wind die Rotorfunktion beeinträchtigen würde, so dass unter dem Strich kein Vorteil gewonnen wäre. Ein um eine quer zur Fahrtrichtung liegende Drehachse in Grenzen bewegliches Klappsegel ist in der Lage, sich selbsttätig in die angesichts der relativ zum jeweiligen Fahrzeug jeweils herrschenden Windrichtung optimale Position zu stellen. Dabei ist der Herstellungsaufwand dieser Vorrichtung äußerst gering. Die bevorzugten Einsatzgebiete entsprechen denen der zuvor beschriebenen Konstruktion.
• Gegenüber den vorgenannten Konstruktionsvarianten und dem Stand der Technik hat ein Antrieb der Flettner-Rotoren mit einem am Fahrzeug angebrachten Antriebsrad nach Anspruch 8 den Vorteil, dass auf den Fahrzeugen keine kostspielige eigene Kraftquelle wie z. B. ein Verbrennungsmotor zum Antrieb der Rotoren angebracht werden muss. Stattdessen werden sie durch ein kostengünstiges Antriebsrad, welches einen Teil der Bewegungsenergie des Fahrzeugs abgreift, in Drehung versetzt.
• Werden die Flettner-Rotoren auf den Fahrzeugen durch Antriebe mit eigener Kraftquelle (z. B. Verbrennungsmotoren) angetrieben, besteht neben den Kosten ein weiterer Nachteil darin, dass jedes Fahrzeug zum Betrieb der Kraftquelle mit externer Energie (z. B. Strom oder Brennstoffe) versorgt werden muss. Zudem kann man entweder die Antriebe durchgängig laufen lassen – dann wird bei einer Flaute (Antriebs-)Energie vergeudet – oder die Antriebe werden in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit an bzw. ausgeschaltet. Hierfür sind entweder Bedienpersonal oder spezielle automatisch arbeitende Mess- und Startvorrichtungen notwendig, die die Anschaffungs- bzw. Betriebskosten der Anlage weiter erhöhen.
• Das an den umlaufenden Fahrzeugen installierte Antriebsrad könnte herkömmlich, d. h. durch ein Abrollen auf dem Untergrund angetrieben werden. Bei Landfahrzeugen entspräche diese Konstruktion in ihrer Wirkungsweise dem so genannten „Särad” einer Sämaschine, bei Wasserfahrzeugen, wo der „Untergrund” aus Wasser besteht, könnte dem entsprechend ein unterschlächtiges Wasserrad, ähnlich dem Schaufelrad eines so genannten Mississippidampfers, angebracht werden. Die Wirkungsweise entspräche der Umkehrung dieses Antriebsprinzips: Aufgrund der Bewegung des Fahrzeugs durch das ruhende Wasser wird einen Druck auf das Schaufelrad ausgeübt, der es in Drehung versetzt. Eine solche Anordnung hätte jedoch verschiedene Nachteile: Zum Einen wäre die Effizienz aufgrund des entstehenden Schlupfes relativ gering. Dies gilt insbesondere für die Wasserräder. Bei den Rädern von Landfahrzeugen ist nachteilig, dass sich Reibung und Schlupf infolge von Witterungsbedingungen (z. B. Nässe) stark ändern können. Zum Anderen würde ein solches Antriebsrad an jeder Stelle des Bahnumlaufs angetrieben, auch an solchen Stellen, an denen dies gegebenenfalls nicht wünschenswert ist. Dies ist insbesondere im Bereich der Umlaufrollen der Fall. Dort ist aufgrund der abrupten Änderung des Kurses der Fahrzeuge ein plötzliches Auftreten von frontalen oder heckwärtigen Winden und der damit einhergehenden Kippgefahr wahrscheinlich. Da ein im Bereich der Umlaufrolle zu stark krängendes Fahrzeug zudem das Endlosseil von der Rolle springen lassen bzw. den Seilzuführungsmechanismus stark belasten kann, ist es vorteilhaft, wenn der Rotor eines Fahrzeuges, nicht mehr angetrieben wird, wenn es sich einer Umlaufrolle nähert.
• Diese Nachteile werden durch den hier vorgeschlagenen Antrieb des Antriebsrades über in Längsrichtung unbewegliche Stränge, wie z. B. eine Kette oder insbesondere ein Seil, die jeweils nach einer Umlaufrolle beginnen, behoben: Endet das jeweilige Antriebsseil eine gewisse Strecke vor der nächsten Umlaufrolle, findet bei der Annäherung an die Umlaufrollen kein Rotorantrieb mehr statt. An der nächsten Umlaufrolle ist daher ein neues Antriebsseil auf das Antriebsrad aufzulegen. Dieses Auflegen erfolgt durch die beschriebene Auflegevorrichtung automatisch und zuverlässig.
• Im Ergebnis ergibt sich der Vorteil, dass der Antrieb der Rotoren durch eine kostengünstige und wenig störanfällige Mechanik und ein ebenso kostengünstiges Antriebsseil erfolgt. Dabei werden die Rotoren im Bereich der Umlaufrollen nicht angetrieben, was die Sicherheit der Anlage erhöht. Da bei höherer Windgeschwindigkeit eine höhere Umdrehungsgeschwindigkeit der Flettner-Rotoren erwünscht ist, ist es ferner vorteilhaft, dass die Umdrehungsgeschwindigkeit mit höherer Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, weil bei höherer Windgeschwindigkeit die Leistung der Anlage und die Geschwindigkeit der Fahrzeuge ebenfalls zunehmen. Bei entsprechender Wahl des Umfanges des Antriebsrades und der Übersetzung zum Rotor dreht sich letzterer stets mit einer zur Windstärke passenden Geschwindigkeit. Die bevorzugten Einsatzgebiete entsprechen denen der zuvor beschriebenen Konstruktion.
• Gegenüber den vorgenannten Konstruktionsvarianten und dem Stand der Technik hat eine Ergänzung der Anlage um Hilfswindkraftanlagen nach Anspruch 9 den Vorteil, dass die Anlage nach einer Flaute bei ausreichend starkem Wind auch dann selbständig wieder anlaufen kann, wenn die Flettner-Rotoren nicht von einer auf dem Fahrzeug installierten eigenen Kraftquelle, sondern z. B. von einem Antriebsrad angetrieben werden und kein Klappsegel installiert ist bzw. die Leistung der Klappsegel nicht ausreicht. Da sich drehende Flettner-Rotoren nur dann einen Auftrieb erfahren, wenn sie angeströmt werden, kann die hier gegenständliche Anlage bei Windstille keine Energie erzeugen. Reibungskräfte innerhalb der Anlage führen bei Windstille binnen kurzer Zeit zu einem Stillstand. Wenn der Rotorantrieb über Antriebsräder etc., also nicht über eine fahrzeugeigene Kraftquelle, erfolgt, können sich die Rotoren nach einem Stillstand der Anlage erst dann wieder in Drehung versetzen, wenn sich die Fahrzeuge bewegen, d. h. wenn die Anlage angelaufen ist. Da auf die Fahrzeuge aber erst bei Drehung der Rotoren eine Vortriebskraft wirkt, die ein In-Bewegungsetzen ermöglicht, sind Ausgestaltungen der Anlage, bei der die Rotoren über Antriebsräder angetrieben werden, zunächst nicht in der Lage, nach einem Stillstand selbsttätig wieder anzulaufen.
• Dieses Problem löst die Ausrüstung der Anlage mit Hilfswindkraftanlagen, die die Umlaufrollen aufgrund mechanischer Kopplung antreiben: Sobald der Wind in ausreichender Stärke weht, werden die Hilfswindkraftanlagen in Drehung versetzt. Vertikalachsanlagen haben hierbei den Vorteil, dass die Drehrichtung unabhängig von der Windrichtung gleichbleibend ist. Diese Eigenschaft ist deswegen wünschenswert, da auch die Fahrzeuge, das Endlosseil und somit auch die Umlaufrollen stets in gleicher Richtung umlaufen. Daher kann diese Art Hilfswindkraftanlage ohne Zwischenschaltung einer Reversiereinheit mechanisch mit den Umlaufrollen gekoppelt werden.
• Im Ergebnis treiben die Hilfswindkraftanlagen bei wieder einsetzendem Wind die Umlaufrollen an, welche ihrerseits das Endlosseil und somit auch die daran befestigten Fahrzeuge in Bewegung versetzen. Aufgrund dieser Bewegung werden nun über die Antriebsräder auch die Flettner-Rotoren in Drehung versetzt. Der dadurch von den Rotoren generierte Vortrieb führt zu einer weiteren Beschleunigung der Fahrzeuge. Die Anlage läuft an und kann nach dieser Startphase auch ohne weitere Unterstützung der Hilfswindkraftanlagen laufen und Energie erzeugen. Um ein für das Anlaufen der Anlage gewünschtes großes Drehmoment an den Umlaufrollen zu erzielen, ist es vorteilhaft, zwischen den Hilfswindkraftanlagen und den Umlaufrollen ein Getriebe mit großer Untersetzung vorzusehen. In diesem Fall ist es möglich, dass sich die Umlaufrollen nach der Anlaufphase schneller drehen als die vom Getriebe der Hilfswindkraftanlage kommende Antriebswelle. Um nicht einen Teil der von der Anlage erzeugten Energie für das relativ hochfrequente Drehen der Hilfswindkraftanlagen zu verlieren, ist es vorteilhaft, in den Antriebssträngen zwischen den Windkraftanlagen und der jeweiligen Umlaufrolle einen Freilauf vorzusehen. Die bevorzugten Einsatzgebiete entsprechen denen der zuvor beschriebenen Konstruktion.
• Gegenüber den vorgenannten Konstruktionsvarianten und dem Stand der Technik hat eine Ergänzung der Fahrzeuge der Anlage um Zusatzbefestigungen für das Endlosseil nach Anspruch 10, die jeweils z. B. durch eine Feder an das Fahrzeug gezogen werden, den Vorteil, dass das Umrunden der Umlaufrollen vereinfacht wird. Bei einem solchen Umlauf zieht das umgelenkte und daher nun in andere Richtung verlaufende Endlosseil die Zusatzbefestigung vom Fahrzeug weg und spannt dadurch die jeweilige Feder. Diese übt dann, früher als die – zweckmäßigerweise weiter hinten befindliche – Hauptbefestigung dies kann, eine Querkraft auf das Fahrzeug aus. Hierdurch wird die Drehung des Fahrzeugs und somit das Umfahren der Umlaufrolle erleichtert. Da das Fahrzeug in sich starr ist und sich beim Umlaufen um die Umlaufrollen nicht entsprechend biegen kann, sind, mit Ausnahme einer Hauptbefestigung, alle Befestigungen z. B. mit einer Feder versehen, die beim Umlauf um eine Umlaufrolle das Entfernen des Endlosseils vom Fahrzeug erlaubt. Die bevorzugten Einsatzgebiete entsprechen denen der zuvor beschriebenen Konstruktion.
• Gegenüber dem Stand der Technik (Lineargeneratoren im Schienensystem oder Vielzahl von Drehstromgeneratoren in den Wagenrädern) hat die Verwendung von Drehstromgeneratoren, die nach Anspruch 11 mit einer Umlaufrolle mechanisch gekoppelt sind, den Vorteil dass der Strom nur an den Umlaufrollen erzeugt wird und daher nicht über Leitungen oder Stromschienen zu einem Sternpunkt transportiert werden muss. Hierdurch entstehen nicht nur Kostenvorteile, sondern auch die Wartung wird einfacher, da nur wenige Bauteile an gut auffindbaren Stellen gewartet und ggfls. repariert werden müssen. Die bevorzugten Einsatzgebiete entsprechen denen der zuvor beschriebenen Konstruktion.
• Gegenüber den vorgenannten Konstruktionsvarianten und dem Stand der Technik hat die Verwendung einer durch Mulden, Halbschalen oder vertikale Riefen „aufgerauten” Rotoroberfläche den Vorteil, dass der Wirkungsgrad der Rotoren verbessert wird. Zudem können, insbesondere im Fall von vertikalen Riefen, die Wandstärke und damit Gewicht und Kosten der Rotoroberfläche bei gleichbleibender Stabilität verringert werden. Die bevorzugten Einsatzgebiete entsprechen denen der zuvor beschriebenen Konstruktion.
• Zeichnungen und Ausführungsbeispiele
• In den folgenden Absätzen werden die beiliegenden Zeichnungen und die darin dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Die Zeichnungen und Ihre Beschreibung haben – wie die genannten Ausführungsbeispiele insgesamt – lediglich beispielhaften Charakter und stellen nicht die einzig möglichen Ausführungen der Erfindung dar. Auch sind nicht unbedingt alle dargestellten Elemente für eine Realisierung des Wirkprinzips der Erfindung zwingend notwendig. Für die Figuren wurde eine Ausgestaltung der Erfindung gewählt, in der viele der in den Ansprüchen formulierten Elemente gleichzeitig verwirklicht sind. Es wurde dabei von einer Anlage auf einem Gewässer ausgegangen, um die – im Vergleich zu einer landbasierten Anlage – kompliziertere Befestigung der Umlaufrollen darzustellen.
• Die Figuren sind zum besseren Verständnis wesentlicher Details nicht maßstabsgerecht. Sofern nicht im Einzelfall anderes vermerkt ist, stehen gestrichelte Linien für flexible Bauteile wie Seile, Riemen oder Ketten.
• In 1 ist eine Anlage auf einem Gewässer schematisch und aus der Vogelperspektive gezeigt. Im gezeigten Fall erfolgt der Umlauf im Uhrzeigersinn um drei Umlaufrollen.
• 2 zeigt Prinzip und Ausführungsbeispiel einer Umlaufrolle mit Hilfswindkraftanlage und elektrischem, Generator als Draufsicht.
• 3 bildet ein leicht abgewandeltes Ausführungsbeispiel dieser Komponente im Querschnitt ab.
• In 4 ist ein einzelnes Fahrzeug (Wasserfahrzeug) der Anlage in Form einer Draufsicht gezeigt
• 5 stellt als Querschnitt die Steuermechanik zur Drehrichtungsumkehr gemäß Anspruch 4 im Detail dar, während 6 diese Steuermechanik als Längsschnitt zeigt.
• 7 beinhaltet die Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Kippsicherung gemäß Anspruch 5
• 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, mit der die in 5 und 6 abgebildete Steuermechanik sowie gegebenenfalls auch die Kippsicherung aus 7 auf den Rotorantrieb wirkt. Es handelt sich ebenfalls um einen Querschnitt, dessen Schnittfläche gegenüber 5 näher an der Drehachse des Flettner-Rotors gelegen ist. Befestigungen für den Rotor und seinen Antrieb am Fahrzeug sind der Übersichtlichkeit und Verständlichkeit halber in der schematischen Darstellung nicht abgebildet.
• 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Auflegevorrichtung für ein Antriebsseil in einer schematischen Draufsicht.
• 10 bildet das Ausführungsbeispiel dieser Auflegevorrichtung im Querschnitt ab. Dabei ist die Vorrichtung während der Passage eines Fahrzeugs, d. h. während des Auflegevorgangs gezeigt.
• 11 zeigt schließlich, wie sich Antriebsrad und Auflegevorrichtung im zeitlichen Verlauf einer Passage relativ zueinander bewegen und verdeutlicht damit das Funktionsprinzip der Auflegevorrichtung.
• Bezugszeichenliste
• In den beiliegenden Figuren sind den Zahlen jeweils die nachfolgend aufgelisteten Elemente zugeordnet:
• Bezugszeichenliste

1

Eckpunkt-Baugruppe mit Schwimmponton, Umlaufolle, Seilzuführungsvorrichtungen und Hilfswindkraftanlage

2

Eckpunkt-Baugruppe mit Schwimmponton, Umlaufrolle, Seilzuführungsvorrichtungen und elektrischem Generator

3

Endlosseil

4

Fahrzeug mit darauf befindlichem Flettner-Rotor (in der dargestellten Ausführung angetrieben durch ein Antriebsrad)

5

Auflegevorrichtung (für das Antriebsseil)

6

Antriebsseil

7

Schwimmponton

8

Umlaufrolle

9

Befestigungsarm (nicht flexibel, unter der Oberfläche gelegen)

10

Hilfswindkraftanlage

11

Abtriebsriemen (von Hilfswindkraftanlage)

12

Elektrischer Generator

13

Antriebsriemen (für elektrischen Generator)

14

Scharnier zur Befestigung des Seilzuführungsmechanismus

15

Tragarm für den Seilzuführungsmechanismus

16

Feder (die den Seilzuführungsmechanismus vom Schwimmponton weg und gegen das Endlosseil drückt)

17

Rollenbaugruppe zur vertikalen Führung des Endlosseils

18

Walze zur horizontalen Führung des Endlosseils

19

Vorderes Rollenpaar zur vertikalen Führung des Endlosseils

20

Hinteres Rollenpaar zur vertikalen Führung des Endlosseils

21

Gelenk für Rollenbaugruppe

22

Aussteifungsvorrichtung für Befestigungsarm

23

Ankerkette

24

Welle für Umlaufrolle

25

Riemenscheibe für Generatorantriebsriemen

26

Umlaufrollenseitige Riemenscheibe für Abtriebsriemen der Hilfswindkraftanlage

27

Hilfswindkraftanlagenseitige Riemenscheibe für Abtriebsriemen der Hilfswindkraftanlage mit Freilauf

28

Katamaranrumpf

29

Antriebsbolzen für Auflegevorrichtung

30

Flettner-Rotor

31

Antriebswelle für Flettner-Rotor

32

Antriebsrad mit seitlichen Begrenzungsscheiben

33

Befestigungsklammer zur Befestigung des Fahrzeugs am Endlosseil

34

Drehpunkt für Reversierstange

35

Reversierstange

36

Kippsicherung

37

Steuermechanismus

38

Kontergewicht für Segel

39

Drehachse für Segel

40

Mast

41

Segel

42

Vorderer unterer Anschlag (Kontergewicht)

43

Hinterer oberer Anschlag (Segel)

44

Widerstandsbrett

45

Aufnahmebox für Reversierstange und Federn

46

Stange für Steuermechanismus

47

Drehachse für Steuermechanismus

48

Querträger (Verbindung zwischen Katamaranrümpfen)

49

Kontergewicht für Steuermechanismus

50

Trag- und Laufschiene

51

Rahmen für Kippsicherung

52

Rückstellfeder

53

Gewicht für Kippsicherung

54

Anschlag für Kippsicherungsgewicht

55

Schlinge

56

Mittelschiene

57

Achse des Flettner-Rotors

58

Innere Welle der Rotorantriebswelle

59

Äußere, verschiebbare Welle der Rotorantriebswelle

60

Lager mit Befestigung für Reversierstange

61

Linkes, wellenseitiges Kegelzahnrad

62

Rechtes, wellenseitiges Kegelzahnrad

63

Oberes, rotorseitiges Kegelzahnrad

64

Speichenrad

65

Winkelgetriebe der Auflegevorrichtung (zwei Kegelzahnräder mit Wellen)

66

Auflegerad

67

Antriebsseilhalter

68

Antriebsrad

69

Begrenzungsscheibe für Antriebsrad

70

Befestigung für Rotorantriebswelle

71

Kufe

• Detailbeschreibung von Figuren und Ausführungsbeispielen
• 1 stellt das Gesamtkonzept einer für den Betrieb auf einem Gewässer ausgelegte Anlage schematisch dar. Dem entsprechend werden an dieser Stelle nur die wesentlichen Komponenten der Anlage und ihre Positionierung zueinander beschrieben. Detaillierte Erläuterungen zu einzelnen Komponenten erfolgen weiter unten unter Rückgriff auf die übrigen Figuren.
• Im abgebildeten Ausführungsbeispiel sind zwei Eckpunkt-Baugruppen mit Schwimmponton, Umlaufolle, Seilzuführungsvorrichtungen und Hilfswindkraftanlage 1 und eine Eckpunkt-Baugruppe mit Schwimmponton, Umlaufrolle, Seilzuführungsvorrichtungen und elektrischem Generator 2 abgebildet. Um die insgesamt drei auf diesen Eckpunkt-Baugruppen angebrachten Umlaufrollen läuft das Endlosseil 3 um. Am Endlosseil 3 ist das Fahrzeug mit darauf befindlichem Flettner-Rotor 4 befestigt, hier ein aus zwei Rümpfen bestehendes, katamaranartiges Boot. Aufgrund der Befestigung bewirkt die Fahrt des Fahrzeugs 4 eine entsprechende Bewegung des Endlosseils 3. Der Flettner-Rotor auf dem Fahrzeug 4 wird im hier dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Antriebsrad angetrieben. Zum Zweck dieses Antriebs ist eine Auflegevorrichtung 5 für das Antriebseil 6 vorhanden. Das flexible Antriebsseil 6 ist nur an einem Ende befestigt, das andere Ende ist frei beweglich. Seine Länge ist so bemessen, dass er von der Auflegevorrichtung 5 bis kurz vor die zunächst angefahrene Eckpunktbaugruppe 2 reicht. Bei der Positionierung der Auflegevorrichtung 5 ist darauf zu achten, dass keine Kollisionen mit Fahrzeugen 4, die um die Eckpunktbaugruppe 1 umlaufen passieren können.
• In der schematischen Darstellung der 1 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein Fahrzeug 4, sowie jeweils nur eine Auflegevorrichtung 5 und ein Antriebsseil 6 dargestellt. In der praktischen Umsetzung ist es demgegenüber vorteilhaft, in der Nähe jeder Eckpunktbaugruppe eine Auflegevorrichtung 5 und den Beginn eines Antriebsseils 6 zu platzieren. Ebenso wird man mehr als ein Fahrzeug 4 am Endlosseil 3 befestigen. Um eine möglichst stetige Krafterzeugung zu gewährleisten, wird man im Regelfall zwischen jedem Eckpunkt der Bahn mehrere Fahrzeuge platzieren. Um einen möglichst hohen Nutzungsgrad zu erreichen, bietet es sich an, wie in der Figur gezeigt, einen Bahnabschnitt quer zur Hauptwindrichtung anzuordnen und die restlichen Bahnabschnitte in Windrichtung gesehen dahinter (leeseitig) zu platzieren. Es ist nicht notwendig, dass die Bahn dem Umriss eines regelmäßigen Körpers (gleichschenkliges oder gleichseitiges Dreieck etc.) nahekommt, örtliche Gegebenheiten können vielmehr hierbei Berücksichtigung finden.
• 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Eckpunkt-Baugruppe im Detail als Draufsicht. Im Unterschied zu den in 1 gezeigten Eckpunkt-Baugruppen 1 und 2 weist die hier dargestellte Variante sowohl ein Hilfswindrad für den selbsttätigen Anlauf nach einer Flaute als auch eine Vorrichtung zum Abgreifen der erzeugten Energie auf. Da in den Figuren von einer wasserbasierten Anlage ausgegangen wird, besteht die Basis der Eckpunkt-Baugruppe aus einem Schwimmponton 7. Bei landbasierten Anlagen würde anstelle dessen ein Fundament treten, sofern die einzelnen Komponenten nicht selbständig am Untergrund befestigt werden können. Im unteren Bereich des Schwimmpontons 7 ist die Umlaufrolle 8 dargestellt. Die gesamte Baugruppe wird von Befestigungsarmen 9 in Position gehalten. Diese befinden sich unterhalb des Pontons und sind daher durch je eine unterbrochene Linie dargestellt, obgleich es sich nicht um flexible Bauteile handelt. (Das Prinzip der Befestigung wird anhand 3 weiter verdeutlicht.) Im oberen Bereich des Schwimmpontons 7 befindet sich die Hilfswindkraftanlage 10, hier als Vertikalachsrotor vom Savonius-Typ ausgebildet. Bei Wind dreht sich diese Hilfswindkraftanlage 10 unabhängig von der Windrichtung im Uhrzeigersinn. Die Drehung wird über den Abtriebsriemen 11 auf die Umlaufrolle übertragen. Nach einer Flaute sorgt die Hilfswindkraftanlage 10 somit dafür, dass die Anlage selbständig wieder anlaufen kann. Im Betrieb treibt die sich drehende Umlaufrolle 8 in diesem Ausführungsbeispiel den elektrischen Generator 12 mittels des Antriebsriemens 13 an, so dass die erzeugte Energie in Form von elektrischem Strom genutzt werden kann. Anstelle von An- bzw. Abtriebsriemen sind alternativ selbstverständlich auch Ketten oder Wellen verwendbar.
• Die „Ausleger”, die sich links und rechts vom Schwimmponton 7 befinden, dienen der Führung des Endlosseils 3 im Bereich nahe der Umlaufrolle 8. Zweck ist es, das hier nicht eingezeichnete Endlosseil 3 in der richtigen Höhe auf die Umlaufrolle 8 zu bzw. von ihr weg zu führen, so dass es nicht von der Rolle springt. Das Prinzip ähnelt in Teilen der Seilführung, die beispielsweise auch bei der Umlaufrolle eines Skilifts angewendet wird. Da die Vorrichtung in diesem Punkt symmetrisch aufgebaut ist, wurden in der 2 der Übersichtlichkeit halber nur die Komponenten von einem der beiden Seilzuführungsmechanismen mit Bezugszeichen versehen. Mit einem Scharnier 14 ist der Tragarm 15 des Seilzuführungsmechanismus am Schwimmponton um eine vertikale Achse drehbar befestigt. Die Feder 16 drückt den Tragarm 15 vom Schwimmponton 7 fort und gegen das Endlosseil 3. Dieses wird von der Rollenbaugruppe 17 zur vertikalen Führung des Endlosseils auf der Höhe der Umlaufrolle gehalten, wie aus 3 deutlicher zu erkennen ist. Da der Tragarm 15 von der Feder 16 ständig gegen das Endlosseil 3 gedrückt wird, ist die Rollenbaugruppe 17 horizontal immer in der richtigen Position, d. h. auf der Bahn des Endlosseils 3. Damit das Endlosseil 3 nicht im Laufe der Zeit vom Tragarm 15 beschädigt wird, ist an dessen Ende die Walze 18 zur horizontalen Führung des Endlosseils angebracht.
• In 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer ähnlichen Eckpunkt-Baugruppe gezeigt, in diesem Fall als Querschnitt. Im Zentrum der Figur befindet sich der Schwimmponton 7, an welchem unter anderem der schwenkbare Tragarm 15 für den Seilzuführungsmechanismus angebracht ist. An dessen rechtem Ende befinden sich die Walze 18 zur horizontalen Führung des nicht abgebildeten Endlosseils 3, die mit der Kraft der in dieser Figur ebenfalls nicht abgebildeten Feder 16 gegen das Endlosseil gedrückt wird. Links davon befindet sich das vordere Rollenpaar 19 zur vertikalen Führung des Endlosseils 3, welches mit dem hinteren Rollenpaar 20 zur vertikalen Führung des Endlosseils 3 über das Gelenk 21 für die Rollenbaugruppe nach Art einer Wippe verbunden ist. Die Bauart mit zwei Rollenpaaren führt gegenüber nur einem Rollenpaar aufgrund der höheren Anzahl von Auflagepunkten zu einer geringeren Belastung der einzelnen Rolle sowie auch des Endlosseils 3. Natürlich sind Konstruktionen mit mehr als zwei Rollenpaaren ebenso möglich.
• Unterhalb des Schwimmpontons 7 sind die Befestigungsarme 9 angebracht. Damit die Fahrzeuge 4 trotz ihres Tiefgangs die Umlaufrolle 8 umrunden können, müssen die Befestigungsarme 9 entsprechend weit unter der Wasseroberfläche angebracht sein. Um gleichzeitig die großen Zugkräfte aufnehmen zu können, erfolgt die Befestigung am Schwimmponton 7 mit einer Querstreben enthaltenden Aussteifungsvorrichtung 22. Am Ende der Befestigungsarme 9 ist jeweils mindestens eine Ankerkette 23 angebracht, mit der die gesamte Baugruppe in Position gehalten wird. Auf der Welle 24 sind neben der Umlaufrolle 8 auch die Riemenscheibe 25 für den Generatorantriebsriemen 13, der den Generator 12 antreibt, und die umlaufrollenseitige Riemenscheibe 26 angebracht. Über diese umlaufrollenseitige Riemenscheibe 26 läuft der von der Hilfswindkraftanlage 10 (hier im Gegensatz zu 2 als H-Darrieus-Rotor ausgebildet) kommende Abtriebsriemen 11. Damit im laufenden Betrieb die Umlaufrolle 8 bzw. ihre Welle 24 nicht durch eine möglicherweise langsamer drehende Hilfswindkraftanlage gebremst wird, ist die hilfswindkraftanlagenseitige Riemenscheibe 27 mit einem Freilauf versehen.
• 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eines der zu einer wasserbasierten Anlage gehörigen Fahrzeuge 4. Es ist eine Situation bei Windstille dargestellt. Das Fahrzeug 4 basiert auf zwei Katamaranrümpfen 28. An einem der Katamaranrümpfe ist im vorderen Bereich der Antriebsbolzen 29 für die Auflegevorrichtung angebracht, dessen Funktion anhand von 10 detailliert erklärt werden wird. Ebenfalls im vorderen Bereich, aus Gründen der Hebelwirkung möglichst nahe am Endlosseil 6, ist ein Flettner-Rotor 30 angebracht. Dieser wird über die Antriebswelle 31 angetrieben, welche wiederum von einem mit seitlichen Begrenzungsscheiben versehenen Antriebsrad 32 in Drehung versetzt wird. Mit der Befestigungsklammer 33 wird das Fahrzeug 4 am Endlosseil 3 befestigt. Die Befestigungsklammer 33 ist dünn und flach, so dass sie sowohl die Rollenbaugruppe 17 als auch die Umlaufrollen 8 passieren kann. Sie ähnelt damit stark der Befestigung eines Sessels am Seil eines Skilifts.
• Um einen Drehpunkt 34 wirkt die Reversierstange 35 auf den Antrieb des Flettner-Rotors. (Das zugrunde liegende Wirkprinzip wird anhand 8 näher erläutert.) Hier, in 4 befindet sich die Reversierstange 35 in der Mittelstellung, d. h. Leerlauf. Die Stellung der Reversierstange 35 wird von der Kippsicherung 36 und vom Steuermechanismus 37 bestimmt, deren Wirkungsweise anhand der 5 und 6 bzw. 7 dargestellt werden wird.
• Im Heck des Fahrzeugs 4 ist eine selbsttätig auf- und abtakelnde Segelvorrichtung dargestellt, welches auf Bahnabschnitten mit Rückenwind einen Vortrieb erzeugen, ansonsten die Funktion des Flettner-Rotors 30 aber nicht beeinträchtigen soll. Die Segelvorrichtung besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Kontergewicht 38, einer Drehachse 39, zwei um diese Drehachse 39 drehbaren Masten 40, zwischen denen sich das Segel 41 befindet, sowie einem vorderen unteren Anschlag 42 und einem hinteren oberen Anschlag 43 für die Masten 40. Das Kontergewicht 38 ist dabei so dimensioniert, dass es zwar das Aufrichten der Masten 40 erleichtert, aber bei Windstille nicht ganz ausreicht, um Masten 40 und Segel 41 senkrecht zu halten. Das Segel 41 kippt daher bei Windstille so weit nach hinten, bis die Masten 40 am vorderen unteren Anschlag 42 anliegen. Dabei ist dieser Anschlag so positioniert, dass das Segel 41 fast waagerecht liegt. Bei Rückenwind fasst die Strömung unter das fast – aber nicht ganz – waagerecht liegende Segel 41 und richtet es gemeinsam mit den Masten 40 auf. Wegen des Kontergewichts gelingt dies bereits bei geringen Windstärken. Kurz bevor das Segel 41 fast senkrecht steht, schlagen die Masten 40 an den hinteren oberen Anschlag 43 an. Das Segel kann daher nicht nach vorn überschlagen und der Winddruck generiert die gewünschte Vortriebskraft.
• Ein Ausführungsbeispiel des Steuermechanismus 37 ist als Querschnitt in 5 abgebildet. Gezeigt ist die Stellung bei Seitenwind von links. Der Wind drückt auf das Widerstandsbrett 44, welches nach rechts ausgelenkt wird. Damit die in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls gezeigte Kippsicherung 36 funktioniert, kann die Reversierstange 35 nicht direkt mit dem Widerstandsbrett 44 verbunden werden, sondern sie endet in einer Aufnahmebox 45, in sie von Federn Richtung Mitte gedrückt wird. Die Stange 46 verbindet Widerstandsbrett 44 und Aufnahmebox 45 über eine Drehachse 47, die auf einem Querträger 48 befestigt ist, mit dem Kontergewicht 49. In der abgebildeten Situation ist die Reversierstange 35 mit der Aufnahmebox 45 aus der „Neutralstellung” nach rechts ausgelenkt worden, wobei sie aufgrund der Federn der Stange 46 nicht den ganzen Weg „gefolgt” ist. Umgekehrtes erfolgt analog dazu bei einer Anströmung von rechts.
• Strömt der Wind das Fahrzeug 4 hingegen von vorn oder von hinten an, übt der Wind keinen oder nur einen geringen Druck auf das Widerstandsbrett 44 aus. Dann wird der Steuermechanismus 37 vom Kontergewicht 49 in die senkrechte Position gestellt und die Reversierstange 35 wird in die mittlere „Neutralstellung” zurück bewegt.
• 6 zeigt zur Verdeutlichung den Steuermechanismus 37 nochmals im Längsschnitt. Die dargestellten Elemente und die Bezugszeichen entsprechen denen aus 5.
• In 7 ist ein Ausführungsbeispiel der Kippsicherung 36 im Detail dargestellt. Die dargestellte Situation ist wie in 5 von links einfallender Wind, weshalb die um den Drehpunkt 34 bewegliche Reversierstange 35 vom Steuermechanismus 37 nach rechts ausgelenkt wurde. Die möglichen Stellungen der Reversierstange 35 sind durch den Doppelpfeil dargestellt. Das Fahrzeug 4 liegt (annähernd) waagerecht. Da die Sicherung symmetrisch aufgebaut ist, wurden der Übersichtlichkeit halber nur die Komponenten im linken Bereich der Figur mit Bezugszeichen versehen.
• Zwei Trag- und Laufschienen 50 tragen das Gehäuse bzw. den Rahmen 51 für die Vorrichtung. Auf den Trag- und Laufschienen 50 kann sich das von einer Rückstellfeder 52 belastete Gewicht 53 seitlich hin und her bewegen. Nach außen ist die Bewegung durch den Rahmen 51 begrenzt, während eine Bewegung nach innen nur bis zum Anschlag 54 möglich ist. Am Gewicht 53 ist eine sich wie ein Lasso selbst zuziehende Schlinge 55 befestigt. Die Schlinge 55 umfasst dabei sowohl die bewegliche Reversierstange 35 als auch die starre Mittelschiene 56. Sie ist dabei so weit, dass sie die vom Steuermechanismus 37 ausgelösten Stellbewegungen nicht behindert, solange das Gewicht 53 am Anschlag 54 anliegt. Dies ist aufgrund der von der Rückstellfeder 52 ausgeübten Kraft immer dann der Fall, wenn das Fahrzeug 4 (annähernd) waagerecht liegt. Droht das Fahrzeug 4 z. B. nach links zu kippen, reicht die Kraft der Rückstellfeder 51 nicht mehr aus, um das Gewicht 53 am Anschlag 54 zu halten, es entfernt sich daher von der Mittelschiene 56 und die sich dadurch zuziehende Schlinge 55 zieht die Reversierstange 35 zur Mittelschiene 56 und somit in die mittlere „Neutralstellung”. Bei einem Kippen nach rechts wird das andere Gewicht entsprechend aktiv. Kehrt das Fahrzeug 4 wieder in die waagerechte Lage zurück, werden die Gewichte 53 von den Rückstellfedern 52 wieder an die Anschläge 54 gedrückt und der Zug an der Schlinge 55 lässt nach, so dass die Reversierstange 35 wieder ausgelenkt werden kann.
• Die 8 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Reversierstange 35 im Sinne einer Drehrichtungsumkehr wirkt. Oben in der Figur sind zunächst der Flettner-Rotor 30 und seine zentrale Achse 57 dargestellt. Die Antriebswelle 31 des Flettner-Rotors besteht hier aus einer längeren inneren Welle 58 und einer kürzeren, hohlen und daher auf der inneren Welle 58 seitlich verschiebbaren äußeren Welle 59. Dabei sind die beiden Wellen z. B. mit einer Nut bzw. einem Mitnehmer bestückt, so dass sie sich stets mit gleicher Geschwindigkeit drehen müssen.
• Auf der äußeren Welle 59 ist ein Lager 60 mit einer Befestigung für die Reversierstange 35 angebracht. Durch eine horizontale Bewegung der Reversierstange 35, wie sie vom Doppelpfeil angedeutet wird, wird die äußere Welle 59 entsprechend verschoben. Je nach Stellung der Reversierstange 35 liegt einmal das linke, wellenseitige Kegelzahnrad 61 oder das rechte, wellenseitige Kegelzahnrad 62 oder keines der wellenseitigen Kegelzahnräder am oberen, rotorseitigen Kegelzahnrad 63 an. Dem entsprechend wir der Flettner-Rotor 30 entweder linksherum, rechtsherum oder gar nicht angetrieben.
• Die 9 bis 11 verdeutlichen die Funktion der Auflegevorrichtung bzw. zeigen Ausführungsbeispiele. Dabei ist in 9 die Funktion der Auflegevorrichtung in einer Draufsicht schematisch verdeutlicht. Das Speichenrad 64 ist über das Winkelgetriebe der Auflegevorrichtung 65, (das in 10 besser erkennbar ist,) mit dem Auflegerad 66 verbunden. Am Auflegerad 66 ist der Antriebsseilhalter 67 drehbar befestigt, an dem wiederum das Antriebsseil 6 angebracht ist. Das Speichenrad 64 ist ein Rad mit insgesamt zwanzig Speichen, die allesamt deutlich überstehen. Da die Speichen regelmäßig angeordnet sind, beträgt der Winkelabstand zwischen ihnen jeweils achtzehn Grad (360°/20 = 18°). Ein Fahrzeug 4 passiert die Auflegevorrichtung – wie vom Blockpfeil gezeigt – von unten nach oben. Dabei fährt das Fahrzeug 4 so weit entfernt am Speichenrad 64 vorbei, dass der Antriebsbolzen für Auflegevorrichtung 29 die in der Figur mit „A” bezeichnete Speiche gerade eben nicht mehr berührt, sondern erst mit der in der Figur mit „B” bezeichneten Speiche kollidiert und diese in der Folge vor sich herschiebt. Dadurch werden das Speichenrad 64 und somit auch das damit verbundene Auflegerad 66 gedreht. Dies geschieht so lange, bis die in der Figur mit „B” bezeichnete Speiche die Position „B” erreicht und somit den „Wirkungsbereich” des Antriebsbolzens für Auflegevorrichtung 29 verlässt. (Position B' im oberen Bereich der Figur entspricht spiegelbildlich der Position A im unteren Bereich, an der die Speiche – wie eingangs ausgeführt – vom Antriebsbolzen gerade nicht mehr erfasst werden kann.) Im Ergebnis wird das Speichenrad bei jeder Passage eines Fahrzeugs somit um fünfmal achtzehn Grad, insgesamt also neunzig Grad oder eine Vierteldrehung gedreht. Das Winkelgetriebe 65 ist so ausgestaltet, dass sich das Auflegerad 66 bei einer Vierteldrehung des Speichenrades 64 eineinviertelmal umdreht, d. h. das Übersetzungsverhältnis beträgt eins zu fünf. Der Grund hierfür wird anhand der folgenden Figuren erläutert.
• In 10 ist ein Schnitt der Auflegevorrichtung mit Blick in Fahrtrichtung gezeigt. Im dargestellten Zeitpunkt passiert ein Fahrzeug 4 die Auflegevorrichtung. (Das Fahrzeug 4 befindet sich im Moment der Darstellung in dem Punkt, der in der nachfolgend beschriebenen 11 mit „B” bezeichnet ist.) Der am Katamaranrumpf 28 befestigte Antriebsbolzen für die Auflegevorrichtung 29 greift in das Speichenrad 64 ein und dreht es durch das unter 9 bereits beschriebene „Mitnehmen” bestimmter Speichen während der Passage. Die Drehung wird durch das Winkelgetriebe der Auflegevorrichtung 65 (hier durch zwei Kegelzahnräder symbolisiert, die nicht im richtigen Übersetzungsverhältnis dargestellt sind) mit dem Faktor fünf auf das Auflegerad 66 übertragen. Am um seine Längsachse drehbaren Antriebsseilhalter 67 ist das Antriebsseil 6 befestigt. Der Antriebsseilhalter 67 ist mit einer Abschrägung versehen, die sich mit ihm dreht und dafür sorgt, dass das Antriebsseil 6 beim nachfolgend anhand von 11 beschriebenen Wickelvorgang am Antriebsseilhalter 67 vorbeigleiten kann. Auf der Antriebswelle für den Flettner-Rotor 31 ist das Antriebsrad 68 montiert. Es wird seitlich von zwei Begrenzungsscheiben 69 mit größerem Durchmesser begrenzt, damit das Antriebsseil nicht seitlich vom Antriebsrad herunterlaufen kann. Der Mittelpunkt des Antriebsrads 68 liegt leicht unterhalb des Mittelpunktes des Auflegerades 66. Der Sinn dieser Anordnung besteht darin, dass sich im Falle einer Fehlfunktion das Antriebsrad 68 unter dem Antriebsseilhalter 67 „durchdrücken” kann ohne Schaden zu nehmen bzw. zu verursachen (zur Position des Antriebsseilhalters 67 im „Normalzustand”, d. h. wenn kein Fahrzeug passiert, siehe 11!).
• Es ist ferner gezeigt, dass Fahrzeug und Auflegevorrichtung während der Passage horizontal so zueinander positioniert sind, dass sich das Antriebsseil 6 zwischen den Begrenzungsscheiben 69 des Antriebsrades 68 befindet, wodurch das Antriebsseil 6 mit einer Drehung des Auflegerades 66 um das Antriebsrad 68 gelegt werden kann. Der Durchmesser des Auflegerades 66 bzw. des Kreises, den der Antriebsseilhalter 67 bei einer Umdrehung des Auflegerades 66 beschreibt, muss hierzu natürlich größer sein als der Durchmesser der Begrenzungsscheiben 66 des Antriebsrades 68. Die genauen Größenverhältnisse werden anhand 11 erläutert werden. In 10 ist zusätzlich noch dargestellt, wie die Antriebswelle für den Flettner-Rotor 31 am Katamaranrumpf 28 fixiert werden kann und wo unter dem Katamaranrumpf 28 eine Kufe für den Betrieb auf Eisflächen im Winter vorteilhaft angebracht werden kann.
• 11 stellt ebenfalls einen schematischen Schnitt der Auflegevorrichtung dar. Gegenüber 10 ist die Blickrichtung um neunzig Grad gedreht, d. h. es wird quasi vom Fahrzeug aus quer zur Fahrtrichtung auf die Auflegevorrichtung geschaut. Es handelt sich nicht um eine Abbildung eines bestimmten Zustands, sondern um eine Darstellung verschiedener Zeitpunkte während der Passage eines Fahrzeugs 4. Dabei dreht sich das mit einer durchgezogenen Umrandung und einem mittleren Drehpunkt dargestellte Auflegerad 66 in Richtung des gepunktet dargestellten Pfeils. Der Antriebsseilhalter 67 bewegt sich dabei ebenfalls um den mittleren Drehpunkt des Auflegerades 66. Einige der dabei vom Antriebsseilhalter 67 durchlaufenen Bahnpositionen sind durch die gepunkteten Kreise dargestellt. Das Bezugszeichen wurde dabei nur an einer Bahnposition angebracht, diese ist die Ausgangs- und Endposition vor bzw. nach der Passage eines Fahrzeugs 4. Die Buchstaben in den gepunkteten Kreisen vermerken die Reihenfolge, in der die Bahnpositionen angefahren werden, d. h. der Antriebsseilhalter 67 bewegt sich von Position „A” nach Position „B” und so weiter bis zur Endposition „G”. Manche Positionen werden mehrfach eingenommen und enthalten daher mehrere Buchstaben. Die Größe der Kreise ist in der Darstellung der Beschriftungsnotwendigkeit angepasst worden und stellt keine praktisch vorteilhafte Dimensionierung dar.
• Durch die gestrichelten Kreise sind die Positionen des Antriebsrades 68 bzw. der davor liegenden, größeren Begrenzungsscheibe 69 dargestellt. Das Fahrzeug 4 und mit ihm die Begrenzungsscheibe 69 bewegen sich bei der Passage in Richtung des gestrichelten Pfeils. Auch die Positionen der Begrenzungsscheibe 69 sind mit Buchstaben von „A” bis „G” gekennzeichnet, wobei diese Kennzeichnung mit der des Antriebsseilhalters 67 korrespondiert, d. h. befindet sich der Antriebsseilhalter 67 in Position „A” befindet sich auf die Begrenzungsscheibe 69 in Position „A” etc.
• Vor Beginn der Passage des betrachteten Fahrzeugs 4 wird das Antriebsseil 6 vom vorausfahrenden Fahrzeug in Richtung des gestrichelten Pfeils gezogen. Da dies die einzige Krafteinwirkung auf die Auflegevorrichtung ist, wird der der Antriebsseilhalter in die Position „A” (gepunkteter Kreis) gezogen und dort gehalten. Erreicht die Begrenzungsscheibe 69 des betrachteten Fahrzeugs 4 die Position „A” (gestrichelter Kreis), beginnt der (hier nicht dargestellte) Antriebsbolzen für Auflegevorrichtung 29 in das (hier ebenfalls nicht dargestellte) Speichenrad 64 einzugreifen und es zu drehen. In der Folge bewegen sich Antriebsseilhalter 67 und Begrenzungsscheibe 69 jeweils in Position „B” und dann weiter zur Position „C”. Hier befindet sich die Begrenzungsscheibe 69 (und somit auch das Antriebsrad 68) vollständig innerhalb der Kreisbahn des Antriebsseilhalters 67 und der eigentliche Auflegevorgang kann beginnen: Während der Bewegung von der jeweiligen Position „C” zur jeweiligen Position „D” wird das Antriebsseil hinten um das Antriebsrad 68 gelegt. Befand sich in Position „C” das Antriebsrad 68 mit seiner Begrenzungsscheibe 69 noch vor dem Antriebsseilhalter 67, ist es in Position „D” von letzterem eingeholt worden. Das Antriebsseil 6 liegt in Position „D” bereits etwa einen Viertelkreis weit auf dem Antriebsrad 68 auf. In weiterer Folge, zwischen den Positionen „D” und „E”, wird das Antriebsrad 68 samt seiner Begrenzungsscheibe 69 vom Antriebsseilhalter 67 überholt. Auf diesem Weg ist das Antriebsseil 6 (genauer: dessen vor dem Antriebsrad 68 liegender Abschnitt) dem Antriebsseilhalter 67 im Wege, drückt sich aber aufgrund der in 10 gezeigten Abschrägung am Antriebsseilhalter 67 vorbei. In Position „E” ist zwar das Antriebsseil 6 bereits fast komplett um das Antriebsrad 68 gewickelt worden, jedoch befindet sich die Begrenzungsscheibe 69 noch immer innerhalb des Umlaufkreises des Antriebsseilhalters 67. Erst wenn sie diesen verlassen hat, ist ein „Wieder-Abwickeln” des Antriebsseils 6 unmöglich und der Passagevorgang somit abgeschlossen. Daher wird auch das Auflegerad 66 zunächst noch weitergedreht, bis Position „F” erreicht wird. An dieser Stelle hat das Auflegerad 66 insgesamt fünf Viertelumdrehungen vollendet. Aufgrund des Übersetzungsverhälnisses des Winkelgetriebes der Auflegevorrichung 65 von eins zu fünf hat sich das Speichenrad 64 gleichzeitig um eine Viertelumdrehung gedreht. An dieser Position verlässt der Antriebsbolzen für die Auflegevorrichtung 29 das Speichenrad 64 und übt somit keine Kraft mehr auf die Auflegevorrichtung aus. Da somit nur noch das Antriebsseil 6 eine Kraft auf die Vorrichtung ausübt, schnellt der Antriebsseilhalter 67 in Position „G” zurück, während sich die Begrenzungsscheibe 69 mit dem Fahrzeug 4 in der selben Zeit nur geringfügig weiterbewegt. Da die Begrenzungscheibe 69 jedoch bereits außerhalb des Umlaufkreises des Antriebsseilhalters 67 befindet, können keine Bauteile kollidieren und insbesondere bleibt das Antriebsseil 6 auf dem Antriebsrad 68 liegen. Die Rückwärtsbewegung des Auflegerades 66 um neunzig Grad bewirkt über das Winkelgetriebe 65 eine Rückwärtsdrehung des Speichenrades 64 um achtzehn Grad. Es befindet sich somit eine neue Speiche in der erwünschten Ausgangsposition für die Passage des nächsten Fahrzeugs.
• Für die Verhältnisse der Durchmesser von Auflegerad 66 und Begrenzungsscheibe 69 zur zwischen den Positionen „A” bis „F” jeweils von der Begrenzungsscheibe 69 zurückgelegten Strecke wurde bereits dargelegt, dass die Strecke zwischen den Positionen mindestens dem Durchmesser der Begrenzungsscheibe entsprechen muss (sonst kommt diese zwischen Positionen „E” und „F” nicht weit genug vom Antriebsseilhalter 67 weg). Um die Umwicklung vornehmen zu können, muss der Durchmesser des Auflegerades 66 mindestens der zweifachen von der Begrenzungsscheibe 69 zwischen zwei Positionen zurückgelegten Strecke plus einem Durchmesser der Begrenzungsscheibe 69 entsprechen, in Summe ergibt sich somit mindestens das Dreifache des Durchmessers der Begrenzungsscheibe 69. Soll das Antriebsrad 68 – wie hier gezeigt – bei der Passage das Auflegerad 66 nicht mittig durchmessen, ist ein entsprechend etwas größerer Durchmesser des Auflegerades 66 erforderlich.
• Definiert man den Durchmesser der Begrenzungsscheibe 69 als x, ergibt sich beispielsweise mit dem folgenden Größenverhältnis der Komponenten eine vorteilhafte Konfiguration:
• Durchmesser der Begrenzungsscheibe 69: 1,00*x
• Durchmesser des Antriebsrades 68: 0,50*x
• Durchmesser des Auflegerades 66: 4,00*x zwischen den Positionen jeweils vom Fahrzeug 4 zurückgelegte Strecke: 1,25*x
• Durchmesser des Speichenrades 64: 8,85*x in welches der Antriebsbolzen für Auflegevorrichtung 29 maximal rd. 1,27*x tief eingreift.
• Dabei ist die Vorderkante des Antriebsbolzens für Auflegevorrichtung 29 rd. 2,33*x weit vor dem Mittelpunkt des Antriebsrades 68 platziert.
• Weitere Ausführungsbeispiele
• Neben den in den Figuren gezeigten und vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind zahlreiche alternative Ausführungen denkbar, von denen einige hier beispielhaft erwähnt werden sollen.
• Bei den Fahrzeugen können neben der gezeigten Katamaranbauform auch z. B. Trimarane oder Boote mit nur einem Rumpf Verwendung finden.
• Der beschriebene Steuermechanismus kann anstelle einer Reversierstange auch anders auf den Rotor wirken. Wird der Rotor beispielsweise über Treibriemen angetrieben, kann der Antrieb einen Teil der Treibriemen linksherum und den anderen rechtsherum umlaufen lassen. Mit einem Gestänge oder einem Seilzug am Steuermechanismus, mit dem Spannrollen für die Treibriemen entweder gespannt oder entspannt werden können, lässt sich die Drehung des Rotors bestimmen, indem in der Mittelstellung des Mechanismus kein Treibriemen gespannt wird (Rotor antriebslos) und bei einer Auslenkung des Widerstandskörpers jeweils nur der Teil der Treibriemen gespannt wird, die in die jeweils erwünschte Richtung umlaufen.
• Die Auflegevorrichtung für das Antriebsseil kann anstelle eines horitzontal liegenden Speichenrades auch ein vertikal stehendes Speichenrad aufweisen. In diesem Falle wird ein normales Getriebe anstelle eines Winkelgetriebes zwischen Speichen- und Auflegerad verwendet.
• Ferner kann die Drehachse des Antriebsrades parallel zur Drehachse des Flettner-Rotors angeordnet werden. In diesem Fall ist für die Reversiereinheit kein Winkelgetriebe sondern ein normales Getriebe vorzusehen.
• Anstelle der beschriebenen Kontergewichte können am Klappsegel wie auch am Steuermechanismus jeweils Federn verwendet werden.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102008046117 A1 [0006]
• DE 4033078 A1 [0008, 0010]
• DE 3427155 A1 [0009]
• DE 102005062516 A1 [0010]
• DE 3123287 A1 [0011]
• DE 4120908 C2 [0029]

Claims (12)

1. Windkraftanlage mit Flettner-Rotor-angetriebenen Fahrzeugen, bei der die mit den Flettner-Rotoren bestückten Fahrzeuge an einem Endlosseil befestigt um Rollen umlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuge sich durch Räder, Auftriebskörper etc. selbst tragen und mit dem Endlosseil um mindestens zwei Umlaufrollen umlaufen, wobei zwar die Position der Umlaufrollen weitgehend fixiert ist und das Endlosseil im Bereich unmittelbar vor und nach den Umlaufrollen durch eine Zuführungsvorrichtung in vorteilhafter Höhe und Seitenabstand relativ zu letzteren gehalten wird, die Umlaufbahn der Fahrzeuge ansonsten aber nicht fest vorgegeben ist, sondern nur vom Verlauf des Endlosseils ungefähr bestimmt wird und an mindestens einer der Umlaufrollen die von der Anlage erzeugte Energie abgegriffen wird.
2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuge Landfahrzeuge sind und die Umlaufrollen am Boden verankert sind, wobei die Fahrzeuge jeweils von mindestens drei Rädern getragen werden, die nach der Art von Einkaufswagenrädern um eine vertikale Achse frei drehbar angebracht sind.
3. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuge Wasserfahrzeuge sind, die unter dem oder den Auftriebskörper(n) Kufen aufweisen und die Umlaufrollen auf verankerten und mit Ankerketten in ihrer ungefähren Position gehaltenen Schwimmpontons angebracht sind.
4. Windkraftanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserfahrzeuge mindestens zwei Auftriebskörper bzw. Rümpfe aufweisen und diese Rümpfe jeweils um eine vertikale Achse drehbar am Wasserfahrzeug angebracht sind.
5. Windkraftanlage nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf den Fahrzeugen eine Steuermechanik (37) befindet, bei der die Stellung eines längs zur Fahrtrichtung eingebauten Widerstandsbretts (44) mit Kontergewicht (49) in Abhängigkeit von der Windrichtung relativ zum Fahrzeug über eine Steilmechanik die Drehrichtung des Flettner-Rotors festlegen bzw. dessen Antrieb unterbrechen kann.
6. Windkraftanlage nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Fahrzeugen eine Kippsicherung installiert ist, bei der federbelastete Gewichte im Falle einer zu starken Neigung von der Gravitation aus ihrer Normalposition gezogen werden und über eine mechanische Verbindung den Rotor vom Antrieb trennen.
7. Windkraftanlage nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass am Heck mindestens eines der Fahrzeuge ein Segel (41) an einem oder mehreren durch Anschläge (42, 43) begrenzt um eine Achse (39) schwenkbaren und mit einem Kontergewicht (38) versehenen Masten (40) befestigt wird, so dass die Masten (40) und das Segel (41) bei Wind von vorne oder von der Seite horizontal liegen und kaum Windwiderstand verursachen, während sich die Masten (40) mit dem Segel (41) bei Rückenwind bis etwa in die Senkrechte aufrichten und somit dem Wind eine maximale Segelfläche entgegenstellen.
8. Windkraftanlage nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Flettner-Rotoren über Reibräder (68) mit Begrenzungsscheiben (69) erfolgt und die Reibräder ihrerseits durch Antriebsseile (6) angetrieben werden, wobei in der Nähe einer jeden Umlaufrolle eine Auflegevorrichtung für ein Antriebsseil (6), bestehend aus Speichenrad (64), zwischengeschaltetem Getriebe, Auflegerad (66) und Antriebsseilhalter (67), angebracht ist, die durch einen Antriebsbolzen für Auflegevorrichtung (29) angetrieben wird und die das für den jeweiligen, bis kurz vor der nächsten Umlaufrolle reichenden, Umlaufbahnabschnitt vorgesehene Antriebsseil (6) auf das Antriebsrad (68) eines jeden an der Umlaufrolle vorbeifahrenden Fahrzeugs auflegt.
9. Windkraftanlage nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Umlaufrollen in der Anlaufphase von einer Hilfswindkraftanlage (10) angetrieben wird, wobei die Hilfswindkraftanlage (10) über einen Freilauf verfügt und die Hauptanlage, sobald sie angelaufen ist und schneller als die Hilfswindkraftanlage (10) läuft, nicht bremsen kann.
10. Windkraftanlage nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuge in Fahrtrichtung gesehen vor und/oder hinter der Hauptbefestigungsvorrichtung (33), mit der sie am umlaufenden Endlosseil befestigt sind, mindestens eine weitere Befestigungsvorrichtung aufweisen, wobei diese zusätzlichen Befestigungsvorrichtungen mit einer Feder an das Fahrzeug gezogen werden bzw. sich beim Umrunden einer Umlaufrolle gegen die Federkraft vorübergehend für eine begrenzte Distanz in Richtung des Endlosseils von Fahrzeug entfernen können.
11. Windkraftanlage nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die an der oder den Umlaufrollen abgegriffene Energie mithilfe eines Generators in elektrischen Strom umgewandelt wird.
12. Windkraftanlage nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Rotoren zur Erhöhung ihres des Wirkungsgrades in regelmäßigen Abständen vertikal verlaufende Rillen und/oder halbkugelförmige Mulden und/oder halbkugelförmige Ausbeulungen aufweisen.

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