DE102010026706A1

DE102010026706A1 - Befestigungsvorrichtung für Flettner-Rotoren

Info

Publication number: DE102010026706A1
Application number: DE102010026706A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-01-12

Abstract

Inhalt der Erfindung ist eine Befestigungsvorrichtung für Flettner-Rotoren, die eine Drehrichtungsumkehr unnötig machen. Die Flettner-Rotoren sind stattdessen um eine zur Drehachse des Rotors rechtwinklige und im Idealfall parallel zur Strömungsrichtung angeordnete Achse um 180 Grad begrenzt drehbar. Die Grenzen der Drehung werden dabei so eingestellt, dass die Drehachse des Flettner-Rotors an jeder der beiden Grenzen rechtwinklig zur erwünschten Vortriebsrichtung steht. Kehrt sich die Strömung um, dreht sich der gesamte Rotor 180 Grad um die Querachse und ist somit in der Lage, unabhängig von der Strömungsrichtung einen Vortrieb in eine gleichbleibende Richtung zu erzeugen.

Description

Einleitung/Zweck der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für Flettner-Rotoren, mit der Flettner-Rotoren so an dem sie tragenden Körper befestigt werden können, dass sie in Grenzen beweglich sind und sich dadurch in Abhängigkeit von der Anströmrichtung selbständig in eine Vortrieb erzeugende Position stellen können.
Der soziale Zweck der Erfindung besteht darin, die praktische Anwendung von Flettner-Rotoren zu vereinfachen. Flettner-Rotoren sind im Grunde sich um ihre Längsachse drehende Zylinder. Werden sie von einer Strömung angeströmt, wirkt aufgrund des so genannten Magnus-Effekts eine Kraft auf die Flettner-Rotoren. Diese Kraft wirkt rechtwinklig zur Anströmrichtung und zwar in die Richtung, an der sich die Strömung und die Rotoroberfläche in die gleiche Richtung bewegen. Diese Kraft ist dabei etwa 10-mal so groß wie die für den Antrieb des Rotors benötigte Kraft. Aus diesem Grund lassen sich Flettner-Rotoren beispielsweise als Fahrzeugantriebe insbesondere für Schiffe oder auch als Teil von Strömungsmaschinen wie Wind- oder Wasserkraftanlagen verwenden. Da es sich beim Flettner-Rotor nicht um ein „Perpetuum Mobile” handelt, „erzeugt” er keine Energie sondern er wandelt Energie und ist somit auf eine Energiequelle angewiesen. Die Energiequelle des Flettner-Rotors besteht in der ihn umgebenden Strömung, deren kinetische Energie er teilweise in mechanische Energie umwandelt. Da die Strömungen, aus denen Flettner-Rotoren die Energie beziehen, häufig aus regenerativen Quellen (z. B. Wind) stammen, führt eine leichtere Verwendbarkeit und die daraus resultierende häufigere Verwendung von Flettner-Rotoren zur verstärkten Nutzung regenerativer Energiequellen. Daraus wiederum resultiert ein geringerer Verbrauch fossiler Energieträger und eine Reduktion der hiermit verbundenen negativen Umweltwirkungen (z. B. Schadstoff- und Kohlendioxidausstoß).
Eine Vorrichtung von der hier beschriebenen Art ist beispielsweise als Bestandteil eines Fahrzeugs oder einer Windkraftanlage gewerblich anwendbar, indem die Flettner-Rotoren mit der hier beschriebenen Vorrichtung auf dem Fahrzeug bzw. an der Anlage befestigt und somit letztlich zum gewerblichen Zweck der jeweiligen Anlage (z. B. Transporte oder Stromerzeugung) eingesetzt werden.
Da die von einem Flettner-Rotor generierte, rechtwinklig zur Anströmung gerichtete Auftriebskraft immer in die Richtung wirkt, in der sich Strömung und Rotoroberfläche in die gleiche Richtung bewegen, muss, um einen Vortrieb zu erhalten, bei gegebener Anströmrichtung die Drehrichtung des Rotors so eingestellt werden, dass sich dessen Oberfläche in der erwünschten Bewegungsrichtung vorn in die gleiche Richtung bewegt, wie die umgebende Strömung. Dies bedeutet, dass die Anströmrichtung festgestellt und der Drehsinn des Rotors entsprechend eingestellt werden muss. So muss z. B. bei einem Wechsel der Anströmrichtung von zunächst „von links” auf „von rechts” die Drehrichtung von „rechtsherum” nach „linksherum” gewechselt werden.
Ziel ist es, eine Vorrichtung zu beschreiben, mit der die Flettner-Rotoren so an den sie tragenden Körpern befestigt werden können, dass sie sich in Abhängigkeit von der Anströmrichtung selbständig so positionieren, dass ein Vortrieb erzeugt wird, ohne dass bei einem Wechsel der Anströmrichtung ein Abbremsen und Wiederbeschleunigen des Rotors (in die andere Drehrichtung) notwendig werden. Hieraus ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik der Vorteil, dass auf die komplizierten und kostspieligen Vorrichtungen zur Ermittlung des jeweils optimalen Drehsinns und zum Bewerkstelligen der Drehrichtungsumkehr verzichtet werden kann. Daraus ergibt sich eine Reduktion der Komplexität und somit der Herstellungs-, Betriebs- und Wartungskosten der jeweiligen Vorrichtung.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass ein aerodynamischer Auftrieb durch so genannte Flettner-Rotoren erzeugt werden kann. Flettner-Rotoren lassen sich von ihrer Funktionsweise her am besten als „Walzensegel” charakterisieren. Sie bestehen aus einem Zylinder, der sich um seine zentrale Längsachse drehen kann. Oft finden sich an einem oder an mehreren Enden des Zylinders Scheiben, die so eingebaut sind, dass die Ebene der Scheibe rechtwinklig zur Längsachse des Zylinders liegt und der Scheibenmittelpunkt auf der zentralen Längsachse des Zylinders liegt. Dabei ist der Durchmesser der Scheibe größer als der des Zylinders, so dass die Scheiben über die Oberfläche des Zylinders hinausragen. Bisweilen sind solche Scheiben anstelle einer Anbringung am Zylinderende oder zusätzlich dazu auch über die Zylinderhöhe verteilt angebracht. Der Zweck dieser Scheiben besteht in einer Wirkungsgradverbesserung gegenüber dem „nackten” Zylinder. Werden solche Flettner-Rotoren – während sie sich um ihre Längsachse 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 ist darauf hinzuweisen, dass der Flettner-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 z. B. aus [Mähr] allgemein bekannt, dass solche Flettner-Rotoren zum Antrieb von Fahrzeugen eingesetzt werden können. Insbesondere wurden bereits in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts die Schiffe „Buckau” und „Barbara” mit Flettner-Rotoren als Antrieb ausgestattet. Die Flettner-Rotoren sind dabei unter Verwendung entsprechender Lager so auf dem Fahrzeug montiert, dass sie sich um ihre senkrecht stehende Zentralachse drehen können, ansonsten aber unbeweglich mit dem Fahrzeug verbunden sind. Der Antrieb der Rotoren erfolgte in den genannten Schiffen mit einem Elektromotor, der seinen Strom von einem Generator erhielt, welcher wiederum von einer Verbrennungskraftmaschine (Dieselmotor) 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 Rotorantriebs 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. Eine häufige Umkehr der Drehrichtung ist immer dann erforderlich, wenn die Anströmrichtung relativ zum Fahrzeug gesehen oft wechselt. Dies ist dann der Fall, wenn das Fahrzeug seinen Kurs oft wechselt oder wenn Wind- bzw. Strömungsrichtung sich absolut gesehen häufig ändern. Um die optimale Drehrichtung einzustellen, ist neben einem umkehrbaren Antrieb entweder eine Bedienperson oder eine automatische Mess- und Regelvorrichtung notwendig.
Aus [ DE4033078A1 ] 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 auf den verschiedenen Bahnabschnitten jeweils in unterschiedliche Richtungen fahren, nicht „gegeneinander arbeiten”. Wie die Vorrichtung, die diese Drehrichtungsumkehr bewerkstelligt, beschaffen sein soll, ist dort jedoch nicht beschrieben. Anstelle dessen wird als wird als Variante die Möglichkeit vorgeschlagen, die Hälfte der Bahn (quasi „den Rückweg”) in den Windschatten zu verlegen. In diesem Falle kann jedoch maximal nur die Hälfte der Anlage produktiv arbeiten, was zu geringerer Effizienz und Wirtschaftlichkeit führt.
Ähnlich dazu wird in [ DE3427155A1 ] eine Windkraftanlage beschrieben, die auf einer Bahn umläuft, welche quer zur Hauptwindrichtung auf ein Gerüst aufgebaut ist. Die auf der Bahn fahrenden Fahrzeuge sind dort mit Flettner-Rotoren bestückt, welche entweder über einen Motor beliebiger Art (insbesondere Elektromotor oder Verbrennungskraftmaschine) oder über ein als Reibrad wirkendes Rad des Fahrzeugs angetrieben, d. h. in Drehung versetzt werden. Zwischen dem Antrieb und dem Rotor ist ein komplizierter Mechanismus vorgesehen, mit dem die Drehrichtung des Rotors umgekehrt werden kann. Eine Vorrichtung, die dafür sorgen würde, dass 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. An dieser Lösung ist zu kritisieren, dass die erforderliche Steuervorrichtung äußerst komplex wäre, insbesondere, weil es angesichts der veränderlichen Windrichtung nicht möglich ist, jedem Bahnabschnitt eine feste Einstellung zuzuordnen, da sich der Bahnabschnitt, auf dem eine bestimmte Einstellung optimal ist, bei einer veränderten Windrichtung verschiebt. Eine zentrale Steuerungseinheit, wie sie dort vorgesehen ist, bedürfte daher verschiedener Messpunkte und müsste die Steuersignale und Positionsrückmeldungen von den einzelnen Wagen vermutlich über eine eigene Datenleitung senden bzw. empfangen. Auch der Umstand, dass so bezeichnete „Magnetstränge” um die gesamte Bahn gelegt werden sollen, sorgt für erhebliche Kosten.
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 sollen gegenüber [ DE4033078A1 ] die Komplexität, die aus den in die Achsen der einzelnen Wagen integrierten Generatoren resultiert, und ferner auch die vermutete Störanfälligkeit verringert werden. Es 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.
Im Ergebnis lässt sich festhalten, dass Flettner-Rotoren, wenn sie nach dem Stand der Technik am sie tragenden Körper befestigt sind, mit einer Steuervorrichtung versehen werden müssen, die einen Wechsel der Anströmrichtung zunächst detektiert und sodann dafür sorgt, dass die bisherige Drehung des Flettner-Rotors zuerst gestoppt und dann in eine Drehung im umgekehrter Richtung gewandelt wird.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Flettner-Rotoren so an dem sie tragenden Körper zu befestigen, dass sie sich in Abhängigkeit von der Richtung der sie umgebenden Strömung selbständig in eine solche Position bewegen, in der sie unabhängig davon, ob sie von links oder von rechts angeströmt werden, stets einen Vortrieb erzeugen, ohne dass ein eigener Mechanismus oder eine Bedienperson die optimale Drehrichtung ermitteln und veranlassen müssen.
Lösungsansätze und kennzeichnende Merkmale
Erfindungsgemäß werden Flettner-Rotoren so an den sie tragenden Körpern befestigt, dass die Rotoren mit ihrer Drehachse (Längsachse) an einer rechtwinklig zur erwünschten Vortriebsrichtung liegenden Querachse befestigt sind, um welche sie sich um 180 Grad drehen können, wobei die Ebene, in der die Querachse liegt, die Längsachse des Rotors so teilt, dass die von beiden Teilabschnitten des Rotors erzeugte Auftriebskraft bzw. Vortriebskraft nicht gleich groß ist und die Lage der Querachse sowie die Grenzen, innerhalb derer sich der Rotor um die Querachse drehen kann, so angeordnet sind, dass die Längsachse des Flettner-Rotors nur in beiden Extrempunkten orthogonal zur erwünschten Richtung der Auftriebskraft steht.
Anstelle der herkömmlichen Befestigung von Flettner-Rotoren, bei der der Rotor nur um seine zentrale Längsachse drehbar und ansonsten unbeweglich auf dem ihn tragenden Körper montiert ist, kann sich der Flettner-Rotor bei der hier vorgeschlagenen Befestigung zusätzlich um eine rechtwinklig zur gewünschten Vortriebsrichtung stehende Querachse drehen, wobei diese Drehung auf 180 Grad begrenzt ist. Die Grenzen dieser Drehung werden dabei so gewählt, dass die Längsachse des Flettner-Rotors in den Extrempunkten der Drehung um die Querachse senkrecht zur gewünschten Bewegungsrichtung steht. Ist die Konstruktion so (unsymmetrisch) ausgeführt, dass die Ebene der Querachse den Rotor in zwei Abschnitte teilt, die unterschiedlich großen Auftrieb erzeugen, wird die auf den Rotor wirkende Auftriebskraft zu einer Drehung um die Querachse führen, da die Kräfte auf beiden Seiten der Querachse unterschiedlich groß sind. Diese Drehung um die Querachse kommt erst mit Erreichen einer der beiden Extrempunkte zum Halten. Um dies zu veranschaulichen sei beispielhaft angenommen, dass sich der Flettner-Rotor vollständig nur auf einer Seite der Querachsenebene befindet, so dass die auf den Rotor wirkende Auftriebskraft nur auf einer Seite der Querachse entsteht. Dies führt zu einer Drehung des Rotors um die Querachse, bis eine Extremposition erreicht ist. Es sei weiter angenommen, dass eine horizontale Bewegungsrichtung der gesamten Anlage vorgesehen ist, die Strömung in Bewegungsrichtung gesehen von links kommt und sich der Rotor, der sich zunächst unterhalb der Ebene der Querachse befindet, – von oben gesehen – rechtsherum dreht. In diesem Szenario wirkt die Auftriebskraft in Fahrtrichtung und bewirkt eine Drehung des gesamten Rotors um die Querachse. Erfindungsgemäß ist diese Drehung begrenzt, so dass sie endet, wenn sich der Rotor senkrecht unter der Querachse befindet. Die nach wie vor wirksame Vortriebskraft kann den Rotor nun nicht weiter um die Querachse drehen. Stattdessen wird die Kraft jetzt auf den den Rotor tragenden Körper übertragen, welcher dadurch in Vortriebsrichtung beschleunigt wird. Wechselt die Anströmungsrichtung so, dass die Strömung in Bewegungsrichtung gesehen von rechts kommt, wirkt auf den Rotor nun eine Kraft gegen die Bewegungsrichtung (nach hinten), die eine Drehung des Rotors um die Querachse verursacht. Da die Auftriebskraft des Rotors immer senkrecht zu Strömung und Rotoroberfläche gerichtet ist, ändert sich die Kraftrichtung mit der Drehung des Rotors um die Querachse. Sie ist also nur zunächst nach hinten, dann mehr und mehr nach oben und schließlich, wenn sich der Rotor über die Waagerechte hinaus nach oben gedreht hat, mehr und mehr nach vorn gerichtet. Auf diese Weise dreht sich der Rotor bis er nach einem Winkel von 180 Grad die andere Begrenzung erreicht hat. Hier wird die Drehung wiederum gestoppt und die auf den Rotor wirkende Kraft wird auf den ihn tragenden Körper übertragen, welcher sodann wieder eine Beschleunigung erfährt, und zwar in die gleiche (erwünschte) Vortriebsrichtung, wie auch bereits vor dem Umklappen des Rotors bei Anströmung aus der entgegengesetzten Richtung.
Die hier vorgeschlagene Befestigung besteht aus den wesentlichen Komponenten der Querachse, an der der Rotor und seine Drehachse (Längsachse) mithilfe geeigneter Lager befestigt ist, einer Verbindung der Querachse mit dem den Rotor tragenden Körper, die beispielsweise ebenfalls durch ein Lager realisiert werden kann, und einer Begrenzungsvorrichtung, die die Drehung des Rotors um die Querachse auf 180 Grad begrenzt. Diese kann beispielsweise durch einen an der Querachse rechtwinklig befestigten Bolzen in Verbindung mit zwei in geeigneter Position am den Rotor tragenden Körper befestigten Anschlägen realisiert werden.
In einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung befindet sich der Flettner-Rotor von der Ebene der Querachse aus gesehen nur auf einer Seite, während auf der anderen Seite der Ebene, d. h. in der Verlängerung der Längsachse (Drehachse) des Flettner-Rotors ein Strömungsrezeptor angebracht ist. Dieser Strömungsrezeptor, der in einer vorteilhaften Konstruktionsweise als Vertikalachsrotor ausgestaltet sein kann, wird von der auch den Rotor umgebenden Strömung in eine Drehung versetzt. Dabei ist beim Vertikalachsrotor die Drehrichtung unabhängig von der Anströmungsrichtung immer gleich, so dass mit der hier gegenständlichen Befestigungsvorrichtung eine direkte mechanische Kopplung zwischen antreibendem Strömungsrezeptor und angetriebenem Flettner-Rotor – gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Getriebes zum Ausgleich unterschiedlicher Umdrehungsgeschwindigkeiten – möglich ist. Je nach Anströmungsrichtung werden sich daher Rotor und Strömungsrezeptor um die Querachse drehen, bis dass ein Vortrieb in die gewünschte Richtung erfolgt. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in dem Umstand, dass der Strömungsrezeptor den Rotor immer dann antreibt, wenn eine ausreichende Strömung vorhanden ist, d. h. immer dann, wenn der Flettner-Rotor in der Lage ist, durch Drehung um die Längsachse einen nutzbaren Vortrieb zu erzeugen, wird er vom Strömungsrezeptor in diese Drehung versetzt. Auf eine Vorrichtung, die die Drehzahl des Flettner-Rotors steuert bzw. den Antrieb an- und abschaltet, kann somit verzichtet werden. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet dieser Ausprägung der Erfindung sind Fahrzeuge und Strömungsmaschinen, insbesondere Wind- oder Wasserkraftanlagen.
In einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist an der Querachse eine Kraftmaschine, z. B. ein Elektro- oder Verbrennungsmotor angebracht, der den Flettner-Rotor bei Bedarf in Drehung versetzt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass sich die Rotordrehzahl leicht steuern lässt und dass die Kraftmaschine in der jeweiligen Anwendung problemlos so ausgelegt und eingestellt werden kann, dass eine für die gegebene Strömung optimale Rotordrehzahl erreicht wird. Bevorzugte Einsatzgebiete dieser Ausgestaltung der Erfindung sind Fahrzeuge und Strömungsmaschinen, insbesondere solche, die in Strömungen wechselnder Stärke und Richtung betrieben werden, wo eine Anpassung der Drehzahl des Flettner-Rotors an die jeweils herrschenden Umgebungsbedingungen vorteilhaft ist.
In einer weiteren vorteilhaften Fortbildung der Erfindung ist die Querachse als Hohlwelle ausgeführt, durch die eine Antriebswelle verläuft, wobei sich die Antriebswelle in der Querachse frei drehen kann. Am einen Ende der Antriebswelle ist in dieser Fortbildung der Erfindung ein Winkelgetriebe angebracht, durch das eine Drehung der Antriebswelle auf die rechtwinklig dazu angeordnete Längsachse des Flettner-Rotors übertragen wird, so dass die Antriebswelle den Rotor antreiben kann. Am anderen Ende der Antriebswelle ist ein Antriebsrad angeordnet, welches z. B. durch ein darüber laufendes Seil, eine Kette oder einen Treibriemen in Drehung versetzt wird. Der Vorteil dieser Fortbildung liegt darin, dass nicht an jedem Rotor eine Kraftmaschine als Antrieb angebracht werden muss, was zu sehr geringen Konstruktionskosten führt. Darüber hinaus kann bei geeigneter Konstruktion des Antriebs die zum Antrieb der Flettner-Rotoren notwendige Energie aus einem Teil der von der von den Flettner-Rotoren selbst erzeugten Vortriebskraft generiert werden. Der Vorteil hiervon ist, dass diese Energie bereits in mechanischer Form im System vorliegt, wodurch sich ein sehr kostengünstiger Betrieb ergibt. Die bevorzugte Anwendung für diese Fortbildung der Erfindung ist sind Strömungsmaschinen, insbesondere Wind- und Wasserkraftanlagen.
In einer Fortbildung der Erfindung sind mehrere Flettner-Rotoren mithilfe der hier beschriebenen Befestigungsvorrichtung an sie tragenden Vorrichtungen befestigt, mit denen sie auf einer Bahn umlaufen. Die tragenden Vorrichtungen können Seile oder andere geeignete Gegenstände (z. B. Wagen auf Schienen etc.) sein. Dabei wird der Verlauf der Umlaufbahn von den tragenden Vorrichtungen vorgegeben. Die Flettner-Rotoren sind dabei so angeordnet, dass die von ihnen erzeugte Vortriebskraft parallel zur Ebene der Umlaufbahn wirkt, so dass der Vortrieb zu einer Fortbewegung auf der von den tragenden Vorrichtungen vorgegebenen Bahn führen kann. Die Umlaufbahn wird im Einzelfall zweckmäßig so ausgestaltet und zu den erwarteten Strömungsrichtungen positioniert, dass auf wesentlichen Teilabschnitten der Umlaufbahn eine Vortriebskraft in die gewünschte Bewegungsrichtung generiert werden kann. Die von der Anlage erzeugte Bewegungsenergie kann dann an geeigneter Stelle abgegriffen und z. B. in elektrischen Strom gewandelt werden. Der Vorteil dieser Fortbildung der Erfindung besteht darin, dass mit sehr geringen Kosten eine Anlage errichtet werden kann, die in der Lage ist, Energie aus einer Strömung zu entnehmen, wobei die Strömung nicht aufgestaut werden muss. Ferner ist es bei entsprechender Auslegung der Umlaufbahn möglich, dass die Anlage mit Strömungen aus unterschiedlichen Richtungen arbeitet, ohne dass Einstellungen an den Flettner-Rotoren bzw. an ihrer Drehung erfolgen müssten. Das bevorzugte Anwendungsgebiet für diese Fortbildung sind Strömungsmaschinen, insbesondere Wind- und Wasserkraftanlagen, bei denen die Strömung aus unterschiedlichen Richtungen erwartet wird.
In einer weiteren Fortbildung der Erfindung sind mehrere Flettner-Rotoren mithilfe der hier beschriebenen Befestigungsvorrichtung an zwei vertikal übereinander angeordneten Endlosseilen befestigt, mit denen sie um mindestens zwei Umlaufrollenpaare umlaufen. Die Umlaufrollenpaare sind dabei so aufgestellt, dass die zu erwartenden Hauptströmungsrichtungen rechtwinklig zur Verbindungslinie der beiden Umlaufrollenpaare liegen. Die Flettner-Rotoren erzeugen eine Vortriebskraft, die über die Befestigungsvorrichtung auf die Endlosseile übertragen wird. Dadurch bewegen sich die Endlosseile mit den Rotoren um die Umlaufrollenpaare. An den Endlosseilen oder an den von ihnen in Drehung versetzten Umlaufrollenpaaren wird die erzeugte Bewegungsenergie abgegriffen. Der Vorteil dieser Fortbildung besteht darin, dass die Endlosseile eine äußerst kostengünstige Tragvorrichtung für die Rotoren bilden und gleichzeitig die Umlaufbahn der Rotoren festlegen. Somit ist eine sehr kostengünstige und damit wirtschaftliche Strömungsmaschine realisierbar, zu deren Betrieb die Strömung nicht aufgestaut werden muss. Dabei kann die Anlage trotz ihres sehr einfachen Aufbaus mit wechselnden Hauptströmungsrichtungen betrieben werden. Sehr vorteilhaft ist es dabei, wenn die Strömung im Wesentlichen aus einer Strömungsrichtung oder aus mehreren Hauptrichtungen kommt. Im Fall von zwei Umlaufrollenpaaren sollten maximal zwei Hauptströmungsrichtungen vorliegen, zwischen denen ein Winkel von etwa 180 Grad liegt. Bei einer größeren Anzahl von Umlaufrollenpaaren ergeben sich entsprechend mehr günstige Anströmrichtungen. Das bevorzugte Anwendungsgebiet für diese Fortbildung sind Strömungsmaschinen, insbesondere Wind- oder Wasserkraftanlagen, bei denen die Strömung ganz überwiegend aus einer oder aus wenigen bestimmten Richtungen anströmt. Als solche Strömungen kommen insbesondere fließende Gewässer oder Gezeitenströmungen in Betracht.
Darstellung der Lösungsvorteile
Die Vorteile einer Befestigungsvorrichtung für Flettner-Rotoren, bei der nach Anspruch 1 die Rotoren an einer rechtwinklig zur erwünschten Vortriebsrichtung liegenden Querachse befestigt sind, um welche sie sich um 180 Grad drehen können, bestehen gegenüber dem Stand der Technik darin, dass die Flettner Rotoren sich in Abhängigkeit der Anströmrichtung selbständig so um die Querachse drehen, dass sie einen Vortrieb in eine gleichbleibende Richtung leisten, egal, ob sie in der erwünschten Vortriebsrichtung gesehen von links oder von rechts angeströmt werden. Dabei entfällt die Notwendigkeit, die Drehrichtung des Flettner-Rotors bei einem Wechsel der Anströmrichtung umzukehren. Aus diesem Grund kann auf eine Reversiervorrichtung für den Rotor-Antrieb verzichtet werden, was dessen Konstruktion vereinfacht. Da die Rotoren aufgrund der drehbaren Befestigung in der Lage sind, sich selbständig auf die Anströmrichtung einzustellen, ist ferner keine Steuervorrichtung oder Bedienperson nötig, die die Anströmrichtung feststellt und daraufhin eine Rotordrehung in die jeweils richtige Richtung veranlasst. Alle genannten Punkte reduzieren die Störanfälligkeit und somit die Wartungskosten der gesamten Anlage. Durch den Verzicht auf sonst notwendige komplexe Steuerungskomponenten und durch die Vereinfachung des Rotorantriebs, der nur in eine Richtung laufen muss, werden zudem die Konstruktionskosten reduziert und somit die Wirtschaftlichkeit erhöht. Eine solche Befestigungsvorrichtung wird bevorzugt verwendet zur Befestigung von Flettner-Rotoren an Fahrzeugen sowie an Arbeit erzeugenden Bauteilen von mit Flettner-Rotoren angetriebenen Strömungsmaschinen wie Wind- oder Wasserkraftanlagen.
Gegenüber der vorgenannten Konstruktion und dem Stand der Technik hat eine Befestigungsvorrichtung für Flettner-Rotoren, bei der nach Anspruch 2 auf der einen Seite der Ebene der Querachse ein Flettner-Rotor und auf der gegenüberliegenden Seite ein Strömungsrezeptor angebracht ist, den Vorteil, dass der Rotor und der Strömungsrezeptor als dessen Antrieb miteinander direkt gekoppelt werden können. Dadurch ist es möglich, dass die Gesamtanlage ausschließlich mit der Energie der umgebenden Strömung betrieben wird: Während der Strömungsrezeptor der Strömung die zum Antrieb des Flettner-Rotors notwendige Energie entnimmt, erzeugt der sich drehende Flettner-Rotor aus der Energie der Strömung die erwünschte Vortriebskraft. Das System ist somit vollständig autark und kann selbständig anlaufen, sobald eine ausreichend starke Strömung existiert. Es ist nicht erforderlich, die einzelnen Rotoren bzw. deren Antriebe mit externer Energie, z. B. Strom, zu versorgen. Auch entfällt die Notwendigkeit, in den Fällen einer nicht konstant vorhandenen Strömung eine Vorrichtung vorzusehen, die das An- und Ausschalten des Rotorantriebs bei entsprechenden Strömungsverhältnissen bewirkt. Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei der Verwendung von Strömungsrezeptoren, deren Drehsinn von der Richtung der Strömung unabhängig ist, wie z. B. Strömungsrezeptoren mit rechtwinklig zur Strömung angeordneter Drehachse. Diese sind insbesondere Savonius- und Darrieus-Rotoren oder Strömungsrezeptoren nach [ DE4120908C2 ]. Durch Verwendung solcher Strömungsrezeptoren bleibt bei einer direkten mechanischen Kopplung mit dem Flettner-Rotor dessen Drehsinn unabhängig von der Strömungsrichtung konstant und Rotor und Strömungsrezeptor drehen sich um die Querachse in eine Position, in der der gewünschte Vortrieb erzeugt wird. Der Flettner-Rotor erfährt nicht nur eine Auftriebskraft rechtwinklig zur Strömungsrichtung, sondern auch eine Widerstandskraft in Strömungsrichtung, aufgrund derer ein (unerwünschtes) Drehmoment im rechten Winkel zur Querachse entsteht. Auch der Strömungsrezeptor erfährt eine solche Widerstandskraft, wobei in der hier gegenständlichen gegenüberliegenden Anordnung der beiden Bauteile das aufgrund des Strömungsrezeptors entstehende Drehmoment in die entgegengesetzte Richtung wirkt. Daher ist es durch geeignete Bemessung von Rotor und Strömungsrezeptor erreichbar, dass sich die beiden genannten unerwünschten Drehmomente gegenseitig aufheben. Die bevorzugten Einsatzgebiete dieser Fortbildung der Erfindung entsprechen denen der zuvor beschriebenen Konstruktion.
Gegenüber den vorgenannten Konstruktionen und dem Stand der Technik bestehen die Vorteile einer Befestigungsvorrichtung für Flettner-Rotoren, bei der nach Anspruch 3 an der Querachse eine Kraftmaschine befestigt ist, die den Rotor in Drehung versetzt, darin, dass hierdurch eine sehr kompakte Bauform erreicht werden kann und dass die Umdrehungsgeschwindigkeit des Flettner-Rotors leicht geregelt werden kann. Die bevorzugten Einsatzgebiete entsprechen denen der zuvor beschriebenen Konstruktion.
Gegenüber den vorgenannten Konstruktionen und dem Stand der Technik bestehen die Vorteile einer Befestigungsvorrichtung für Flettner-Rotoren, bei der nach Anspruch 4 die Querachse als Hohlwelle ausgeformt ist, durch die eine auf der einen Seite mit einem Winkelgetriebe und auf der anderen Seite mit einem Antriebsrad versehene Antriebswelle für den Rotor verläuft, darin, dass eine sehr kompakte Bauform erreicht werden kann, da der Antrieb kaum Platz beansprucht. Daraus resultiert ein relativ geringer Strömungswiderstand, so dass der den Flettner-Rotor tragende Körper nur mit einer relativ geringen Kraft in Strömungsrichtung belastet wird. Darüber hinaus ist diese Antriebsvariante sehr wartungsarm, insbesondere, weil nicht an jedem Rotor eine Kraftmaschine als Antrieb angebracht werden muss. Dieser Aspekt führt weiterhin auch zu sehr geringen Konstruktionskosten. Weiterhin kann bei geeigneter Konstruktion des Antriebs die zum Antrieb der Flettner-Rotoren notwendige Energie aus einem Teil der von der von den Flettner-Rotoren selbst erzeugten Vortriebskraft generiert werden. Dies hat den Vorteil, dass diese Energie bereits in mechanischer Form im System vorliegt, wodurch sich ein sehr kostengünstiger Betrieb ergibt. Insgesamt ergibt sich mit dieser Konstruktionsform eine mit Blick auf Konstruktions-, Wartungs- und Betriebskosten sehr kostengünstige und damit wirtschaftliche Ausführungsform. Die bevorzugten Einsatzgebiete entsprechen denen der zuvor beschriebenen Konstruktion.
Die Vorteile einer Strömungsmaschine, bei der die Krafterzeugung nach Anspruch 5 durch Flettner-Rotoren erfolgt, die mit der hier gegenständlichen Befestigungsvorrichtung an den sie tragenden Körpern befestigt sind, die Endlosseilen oder einer anderen Tragvorrichtung folgend um eine Bahn umlaufen, bestehen darin, dass hierdurch im Vergleich zu anderen Bauarten von Strömungsmaschinen eine sehr einfach zu errichtende, günstige und daher wirtschaftliche Bauform beschrieben ist. Dies gilt nicht nur für die Herstellung, sondern auch für Wartung und Betrieb. In Bezug auf mit Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, angetriebene Strömungsmaschinen ist es weiterhin vorteilhaft, dass das Arbeitsmedium nicht aufgestaut werden muss. Ferner sind im Vergleich zu anderen Bauformen die Immissionen sehr gering. Im Vergleich zu herkömmlichen Windkraftanlagen entstehen beispielsweise kaum Schallemissionen und es tritt weder ein weiträumiger Schattenwurf noch ein so genannter Diskoeffekt durch Lichtspiegelungen auf. Das bevorzugte Einsatzgebiet dieser Fortbildung der Erfindung ist im Antrieb eines elektrischen Generators und der damit zusammenhängenden Stromproduktion zu sehen. Der so erzeugte Strom kann in ein Stromnetz eingespeist oder vor Ort verbraucht werden, zum Beispiel zur Elektrolyse von Wasser mit dem Ziel der Energiespeicherung in Form von Wasserstoff. Alternativ kann auch die erzeugte Energie zum direkten mechanischen Antrieb von vor Ort befindlichen Arbeitsmaschinen genutzt werden.
Die Vorteile einer Strömungsmaschine, bei der nach Anspruch 6 die Tragvorrichtung aus zwei übereinander angeordneten Endlosseilen besteht, die mit den Flettner-Rotoren, die wiederum mit der hier gegenständlichen Befestigungsvorrichtung an den Endlosseilen befestigt sind, um mindestens zwei in ihrer Position fixierte Umlaufrollenpaare umlaufen und über diese Umlaufrollen einen elektrischen Generator antreiben, bestehen gegenüber der vorgenannten Konstruktionsvariante und dem Stand der Technik darin, dass nur zwei gespannte Seile die Tragvorrichtung für die Flettner-Rotoren bilden, was eine sehr simple und daher kostengünstige Variante ist. Insgesamt sind die Konstruktionskosten wie auch die Betriebs- und Wartungskosten sehr gering. In Bezug auf mit Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, angetriebene Strömungsmaschinen ist es weiterhin vorteilhaft, dass das Arbeitsmedium nicht aufgestaut werden muss. Ferner sind im Vergleich zu anderen Bauformen die Immissionen sehr gering. So entstehen beispielsweise im Vergleich zu herkömmlichen Windkraftanlagen kaum Schallemissionen und es tritt weder ein weiträumiger Schattenwurf noch ein so genannter Diskoeffekt durch Lichtspiegelungen auf. Das bevorzugte Einsatzgebiet dieser Fortbildung der Erfindung entspricht dem der zuvor beschriebenen Konstruktionsalternative.
Zeichnungen und Ausführungsbeispiele
In den folgenden Absätzen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Rückgriff auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen und ihre Beschreibung haben beispielhaften Charakter und stellen nicht die einzig möglichen Ausführungen der Erfindung dar. Auch sind nicht unbedingt alle dargestellten bzw. beschriebenen Elemente für eine Realisierung des Wirkprinzips der Erfindung zwingend notwendig. 1 und 2 zeigen schematisch den grundsätzlichen Aufbau der hier gegenständlichen Befestigungsvorrichtung in möglichst weitgehender Vereinfachung. In 1 ist dabei ein Querschnitt mit Blickrichtung quer zur Vortriebsrichtung gezeigt, während 2 einen Querschnitt mit Blickrichtung in Vortriebsrichtung darstellt. 3 bis 6 zeigen Übersichten bzw. Details einer Anlage, bei der die gegenständliche Befestigungsvorrichtung für Flettner-Rotoren dazu verwendet wird, Flettner-Rotoren mit Endlosseilen zu verbinden, die um eine Umlaufbahn umlaufen. Eine solche Anlage erzeugt mechanische Energie, die z. B. von den Endlosseilen abgegriffen werden kann, um entweder mechanische Arbeit zu verrichten oder – über einen elektrischen Generator–Strom zu erzeugen. Dabei ist 3 eine Draufsicht auf eine Anlage aus mehreren Flettner-Rotor-Baugruppen, die an vertikal übereinanderliegenden Endlosseilen befestigt um zwei Umlaufrollenpaare umlaufen. 4 zeigt eine einzelne Flettner-Rotor-Baugruppe und ein Umlaufrollenpaar einer derartigen Anlage in größerer Detaillierung als Querschnitt mit Blickrichtung quer zur Bewegungsrichtung. 5 zeigt eine ähnliche Flettner-Rotor-Baugruppe in einem Querschnitt mit Blickrichtung in Bewegungsrichtung. 6 beinhaltet schließlich die Darstellung einer solchen Flettner-Rotor-Baugruppe, bei der der Flettner-Rotor anstelle eines in den vorangegangenen Figuren gezeigten Strömungsrezeptors mit einem Antriebsrad in Drehung versetzt wird. Es handelt sich auch hier um einen Querschnitt mit Blickrichtung in Bewegungsrichtung.
In den beiliegenden Figuren sind den Zahlen jeweils die nachfolgend aufgelisteten Elemente zugeordnet:
Bezugszeichenliste

1: Flettner-Rotor
1a: Flettner-Rotor in oberer Position (am Anschlag)
1b: Flettner-Rotor in unterer Position (am Anschlag)
2: Drehachse des Flettner-Rotors (Längsachse)
3: Querachse
4: Oberer Anschlag
5: Unterer Anschlag
6: Tragender Körper
7: Lager (zur um die Längsachse drehbaren Befestigung des Flettner-Rotors)
8: Umlaufrollenpaar
9: Endlosseil
10: Rotorbaugruppe
10a: Rotorbaugruppe mit Rotor in oberer Position
10b: Rotorbaugruppe mit Rotor in unterer Position
10c: Rotorbaugruppe mit Rotor bei Positionswechsel
11: Anschlagbolzen
12: Befestigungsklammer für Endlosseil
13: Strömungsrezeptor (hier H-Darrieusrotor)
14: Hohlwelle
15: Antriebswelle
16: Antriebsrad
17: Wellenseitiges Kegelzahnrad
18: Rotorseitiges Kegelzahnrad

In 1 sind die grundlegenden Elemente der Vorrichtung in einem Querschnitt schematisch und vereinfacht dargestellt. Der Flettner-Rotor in oberer Position 1a mit der Drehachse 2 kann sich durch Drehung so weit bewegen, bis sich der Flettner-Rotor in unterer Position 1b (gestrichelt gezeichnet) befindet. Die Drehung von oberer zu unterer Position erfolgt dabei, wie vom gestrichelt dargestellten Pfeil illustriert, um die Querachse 3. Befindet sich der Rotor in der oberen Position, liegt die Drehachse 2 des Rotors am oberen Anschlag 4 an, während sie am unteren Anschlag 5 anliegt, wenn sich der Rotor in der unteren Position befindet. Über die Querachse 3 ist der Rotor dabei mit dem tragenden Körper verbunden. Erzeugt der Rotor in oberer Position 1a eine Kraft in die Richtung des erwünschten Vortriebs (Richtung des Blockpfeils), kann keine weitere Drehung um die Querachse 3 erfolgen, da die Drehung vom oberen Anschlag 4 begrenzt wird. Die Vortriebskraft wird folglich auf den oberen Anschlag 4 und von diesem wie erwünscht auf den tragenden Körper 6 übertragen. Ändert sich die Richtung der vom Rotor erzeugten Kraft aufgrund einer veränderten Anströmung relativ zum Rotor so, dass der Rotor eine Auftriebskraft gegen die erwünschte Vortriebsrichtung erfährt, beginnt der Rotor, sich um die Querachse 3 zu drehen. Da die auf den Rotor wirkende Kraft immer senkrecht zur Drehachse 2 gerichtet ist, setzt sich diese Drehung fort, bis die Drehachse 2 des Rotors am unteren Anschlag 5 anliegt. An diesem Punkt wird die Drehung um die Querachse 3 begrenzt und die Vortriebskraft des Rotors, die jetzt wieder in die gewünschte Richtung wirkt, wird über den unteren Anschlag 5 an den tragenden Körper 6 weitergegeben. Der tragende Körper 6 ist in dieser Darstellung beispielhaft als Bootsrumpf mit Tragmast ausgestaltet.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines im Wesentlichen gleichen Ausführungsbeispiels der Vorrichtung. In dieser Figur ist jedoch ein Querschnitt mit Blick in Richtung des erwünschten Vortriebs gezeigt. Auch hier ist erkennbar, wie der Flettner-Rotor 1 mit der Querachse 3 so verbunden ist, dass eine Drehung um die Drehachse 2 möglich ist. Gegenüber 1 ist der Rotor hier nur in der oberen Position gezeigt, auf die (gestichelte) Darstellung des Rotors in der unteren Position wurde verzichtet. Dafür ist als zusätzliches Detail ein Lager 7 dargestellt, mit dem der Flettner-Rotor 1 an der Querachse 3 befestigt wird und das eine kraftarme Drehung des Flettner-Rotors 1 um seine Drehachse 2 ermöglicht. Je nach Antriebskonzept (siehe Erläuterung zu 4 bis 6) ist in der praktischen Ausführung der Erfindung ein Antrieb für den Flettner-Rotor 1 an das Lager anzubringen bzw. in das Lager zu integrieren. Der obere Anschlag 4 und der untere Anschlag 5 begrenzen die Drehung um die Querachse 3 auf einen Winkel von 180 Grad und leiten, sobald sich der Flettner-Rotor 1 in eine der Extrempositionen (obere Position bzw. untere Position) bewegt hat, die vom Flettner-Rotor 1 erzeugte Vortriebskraft an den tragenden Körper 6 weiter. Dieser ist auch hier beispielhaft als Bootsrumpf mit Tragmasten ausgestaltet.
In 3 ist schematisch das Prinzip einer Anlage gezeigt, bei der Flettner-Rotoren mit der hier gegenständlichen Befestigungsvorrichtung an übereinander liegenden Seilen befestigt sind und sich mit diesen auf einer Umlaufbahn bewegen. Dabei kann die von der Anlage erzeugte mechanische Energie abgegriffen und z. B. mit einem Generator in elektrische Energie umgewandelt werden. In der Figur sind die zwei Umlaufrollenpaare 8 und ein Endlosseil 9 gezeigt (das darunter liegende Endlosseil ist aufgrund der Darstellungsform – Draufsicht – nicht zu sehen). Ferner sind die Rotorbaugruppen 10 schematisch gezeigt, die jeweils aus einem Flettner-Rotor mit Antrieb und der Befestigungsvorrichtung bestehen. Dabei befinden sich die Rotoren der mit 10a bezeichneten Rotorbaugruppen jeweils in der oberen Position, während sich die Rotoren der mit 10b bezeichneten Rotorbaugruppen jeweils in der unteren Position befinden. Mit 10c sind hingegen Rotorbaugruppen bezeichnet, die den Wendepunkt der Umlaufbahn soeben passiert haben und sich, aufgrund der veränderten Anströmungsrichtung gerade um die Querachse 3 der Befestigungsvorrichtung in ihre neue Position drehen. Für eine solche Anlage sollte sich die Strömung, aus der die Energie bezogen wird, konstant möglichst rechtwinklig zur Verbindungslinie zwischen den Umlaufrollenpaaren bewegen, d. h. in der Figur entweder von links nach rechts oder von rechts nach links. Dies ist durch den Doppelpfeil dargestellt. Es ist darauf hinzuweisen, dass ein Wechsel der Strömungsrichtung um 180 Grad jederzeit ohne Beeinträchtigung der Anlage zulässig ist. Dies ist bei einer Anlage, die z. B. eine Gezeitenströmung oder eine andere periodisch wechselnde Strömung ausnutzt, vorteilhaft. Sind wechselnde Strömungsrichtungen nicht ausgeschlossen, ist bei der Konstruktion der Anlage darauf zu achten, dass der Abstand der Rotorbaugruppen voneinander so groß bemessen ist, dass sich die Rotoren beim Drehen um die Querachsen nicht berühren können.
4 zeigt einen Teil der vorstehend beschriebenen Anlage im Detail. Es handelt sich um eine Seitenansicht mit Blickrichtung quer zur Bewegungsrichtung der Rotorbaugruppen 10. Abgebildet sind zunächst ein Querschnitt des Umlaufrollenpaars 8 mit seiner vertikalen Drehachse. Die beiden Endlosseile 9 laufen um die Umlaufrollen des Umlaufrollenpaares 8 um. Der Flettner-Rotor 1 ist über die Drehachse 2 mit der Querachse 3 verbunden. Der obere Anschlag 4 und der untere Anschlag 5 begrenzen im Zusammenspiel mit einem Anschlagsbolzen 11 die Drehung der Querachse 3. Der den Flettner-Rotor tragende Körper 6 ist mit Befestigungsklammern 12 an den Endlosseilen 9 fixiert. In der Praxis können hier insbesondere Befestigungsklammern von der Art genutzt werden, wie sie zur Befestigung der Sessel an den Tragseilen von Skiliften allgemein üblich sind. Auf der dem Flettner-Rotor gegenüberliegenden Seite der Querachse 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Strömungsrezeptor 13 (hier ein H-Darrieus Rotor) als Antrieb für den Flettner-Rotor angebracht. Zum Ausgleich unterschiedlicher optimaler Drehgeschwindigkeiten des Strömungsrezeptors 13 und des Flettner-Rotors 1 ist es in der Praxis vorteilhaft, zwischen beiden ein Getriebe anzuordnen, das in dieser Abbildung aufgrund der Blickrichtung durch den den Rotor tragenden Körper 6 verdeckt und daher nicht dargestellt ist.
In 5 ist eine ähnliche Rotorbaugruppe dargestellt wie in 4, jedoch ist hier eine Seitenansicht mit Blickrichtung parallel zur Bewegungsrichtung gezeigt. Der Flettner Rotor 1 mit seiner Drehachse 2 sowie der antreibende Strömungsrezeptor 13 sind über ein gemeinsames Lager 7 mit der Querachse 3 verbunden. Diese ist mit dem tragenden Körper 6 verbunden, an dem ebenfalls der obere Anschlag 4 und der untere Anschlag 5 angebracht sind. Diese begrenzen gemeinsam mit dem Anschlagbolzen 11 die Drehmöglichkeit der Querachse 3. Der tragende Körper 6 ist mit den Endlosseilen 9 durch die Befestigungsklammern 12 verbunden.
6 zeigt ebenfalls eine Rotorbaugruppe 10 in einer Seitenansicht mit Blickrichtung parallel zur Bewegungsrichtung. Im Unterschied zu den 4 und 5 erfolgt der Antrieb des Flettner-Rotors 1 bzw. seiner Drehachse 2 hier jedoch nicht durch einen Strömungsrezeptor sondern durch ein Antriebsseil bzw. -riemen. Ein dazu geeigneter Antriebsmechanismus ist in dieser Figur abgebildet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der den Rotor tragende Körper 6 an den Endlosseilen 9 mit Befestigungsklammern 12 befestigt. Die Querachse ist hier im Unterschied zu den übrigen Figuren nicht massiv sondern als Hohlwelle 14 ausgebildet. Über ein Lager 7 ist der Flettner-Rotor 1 bzw. dessen Drehachse 2 mit der Hohlwelle 14 verbunden. Die Hohlwelle 14 ist am den Rotor tragenden Körper 6 selbst drehbar befestigt, wobei der Anschlagbolzen 11 in Verbindung mit dem oberen Anschlag 4 und dem unteren Anschlag 5 auch hier die Drehung begrenzt. Durch die Hohlwelle 14 verläuft die Antriebswelle 15, die dazu verwendet wird, den Rotor anzutreiben. Dazu ist am einen Ende der Antriebswelle 15 ein Antriebsrad 16 angebracht. Um dieses Antriebsrad 16 kann ein Antriebsseil bzw. ein Antriebsriemen (nicht eingezeichnet) laufen. Dabei kann neben einem klassischen Riemenantrieb mit einem Endlosriemen beispielsweise auch so vorgegangen werden, dass an jedem Wendepunkt der Umlaufbahn ein endliches und unbewegtes Antriebsseil, dessen Länge der Distanz bis zum nächsten Wendepunkt entspricht, um das Antriebsrad 16 gewickelt wird. In diesem Fall entsteht durch die Bewegung der Rotorbaugruppe weg vom Wendepunkt ein Zug des Antriebsseils, der wiederum eine Drehung des Antriebsrades 16 bewirkt. Da die zur Drehung des Rotors notwendige Kraft deutlich kleiner ist als die vom drehenden Rotor erzeugte Vortriebskraft, kann eine solche Anlage, wenn sie einmal in Betrieb gesetzt wurde, kontinuierlich weiterlaufen, solange eine entsprechende Anströmung besteht. Am gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle 15 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel das wellenseitige Kegelzahnrad 17 angebracht, das zusammen mit dem rotorseitigen Kegelzahnrad 18 ein Winkelgetriebe bildet und die Drehbewegung von der Antriebswelle 15 auf die Drehachse 2 und somit auf den Flettner-Rotor 1 überträgt.
Einige naheliegende Alternativlösungen zu den hier im Detail erläuterten bzw. Bauformen sind in den Absätzen [0036] bis [0037] aufgeführt. Auch diese Aufzählung ist beispielhaft und nicht abschließend.
Es ist möglich, dass sich der Rotor – im Unterschied zu den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen – auf beiden Seiten der Ebene der Querachse befindet. Damit bei einer veränderten Anströmrichtung eine Drehung um die Querachse erfolgt, darf die von beiden Rotorseiten generierte Kraft nicht gleich groß sein. Dies wird praktischerweise dadurch erreicht, dass die Rotoroberfläche auf den beiden Seiten unterschiedlich groß ist. Der Vorteil einer solchen Bauform liegt in der Kompaktheit und darin, dass die auf die die Drehung der Querachse beschränkenden Anschläge lastende Kraft geringer ausfällt. Nachteilig ist, dass es nicht mehr einfach gelingt, einen Strömungsrezeptor als Antrieb direkt zu koppeln, wie beispielsweise in 4 gezeigt.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass die Rotoren nicht – wie in den Figuren gezeigt – mit ihrer Zentralachse auf der Querachse gelagert werden, sondern dass an der Querachse unbewegliche Ständer, deren Länge nur etwas geringer ist als die Rotorzylinderhöhe, befestigt sind und der Rotorzylinder an diesen Ständern mit Hilfe von Lagern befestigt ist. Der Vorteil von dieser Ausgestaltung gegenüber zuvor beschriebenen Varianten liegt darin, dass sie stabiler und gegenüber Unwuchten im Rotor unempfindlicher ist. Nachteilig sind der höhere Materialbedarf und das daraus folgend höhere Gewicht.
Liste der verwendeten Literatur
Patentliteratur:

Nichtpatentliteratur

[Mähr]: Mähr, Christian „Vergessene Erfindungen: Warum fährt die Natronlok nicht mehr?", Dumont-Verlag, 2005, ISBN: 978-3832177447.
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 4033078 A1 [0008, 0010]
DE 3427155 A1 [0009]
DE 102005062516 A1 [0010]
DE 4120908 C2 [0022]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Mähr, Christian „Vergessene Erfindungen: Warum fährt die Natronlok nicht mehr?”, Dumont-Verlag, 2005, ISBN: 978-3832177447 [0038]

Claims

Befestigungsvorrichtung für Flettner-Rotoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren an einer rechtwinklig zur erwünschten Vortriebsrichtung liegenden Querachse (3) befestigt sind, um welche sie sich um 180 Grad drehen können, wobei die Ebene, in der die Querachse (3) liegt, die Längsachse (2) des Rotors so teilt, dass die von beiden Teilabschnitten des Rotors erzeugte Auftriebskraft bzw. Vortriebskraft nicht gleich groß ist und die Lage der Querachse (3) sowie die Grenzen, innerhalb derer sich der Rotor um die Querachse (3) drehen kann, so angeordnet sind, dass die Längsachse des Flettner-Rotors nur in beiden Extrempunkten orthogonal zur erwünschten Richtung der Auftriebskraft steht.
Befestigung für Flettner-Rotoren nach vorstehendem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Flettner-Rotor vollständig auf einer Seite der Ebene, in der die Querachse (3) liegt, befindet, während auf der anderen Seite der Ebene, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Getriebes oder einer anderen Übersetzungsvorrichtung, ein Strömungsrezeptor (13) angebracht ist, welcher die Energie zum Antrieb des Flettner-Rotors aus der umgebenden Strömung generiert.
Befestigung für Flettner-Rotoren nach vorstehendem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Querachse (3) eine Kraftmaschine befestigt ist, die den Rotor in Drehung um seine Längsachse (2) versetzt.
Befestigung für Flettner-Rotoren nach vorstehendem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querachse (3) als Hohlwelle (14) ausgeführt ist, durch die eine innere Antriebswelle (15) verläuft, deren rotorseitiges Ende über ein Getriebe den Rotor antreibt, während am gegenüberliegenden Ende, das über das Ende der äußeren Hohlwelle hinausragt, ein Antriebsrad (16) angebracht ist, über das die Antriebswelle (15) und somit der Rotor (1) in Drehung versetzt werden.
Strömungsmaschine, insbesondere Wind- oder Wasserkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flettner-Rotoren mit einer Befestigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4 an Endlosseilen oder einer anderen Tragvorrichtung befestigt sind, wobei die Flettner-Rotoren mit der Befestigungsvorrichtung um eine von der der Tragvorrichtung vorgegebene Bahn umlaufen, während die dabei von den Flettner-Rotoren erzeugte Arbeit an den Befestigungsvorrichtungen oder an der Tragvorrichtung abgegriffen wird.
Strömungsmaschine nach mindestens einem der vorstehendem Ansprüche 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flettner-Rotoren über die jeweiligen Befestigungsvorrichtungen an zwei vertikal übereinander gespannten Endlosseilen (9) befestigt sind und gemeinsam mit letzteren um mindestens zwei, die Wendepunkte der Bahn markierende und in ihrer Position fixierte Umlaufrollenpaare (8) mit senkrechter Drehachse umlaufen, wobei mindestens eines der Endlosseile (9) oder der von den Endlosseilen (9) in Drehung versetzten Umlaufrollenpaare (8) einen elektrischen Generator antreibt, der die von der Vorrichtung erzeugte Arbeit in elektrischen Strom wandelt.