DE3123287A1 - Kompakt-windantrieb bzw. windzusatzantrieb fuer schiffe mittels rotor und zugeordnetem profilsegel - Google Patents

Kompakt-windantrieb bzw. windzusatzantrieb fuer schiffe mittels rotor und zugeordnetem profilsegel

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Description

- 3 - "Hamburg Γ'01 .06.1981
Kompakt-Windantrieb bzw. Windzusat zan.tr ieb für Schiffe mittels Rotor.und.zugeordnetem Profilsegel
Die Erfindung betrifft einen Windantrieb für Schiffe, bestehend aus einem Flettner-Rotor und einer von den Strömungsverhältnissen am Umfang des Rotors beeinflußten, um die Rotorachse schwenkbaren und um eine eigene Anstellachse drehbaren Fläche.
Bei Antrieben der vorstehend beschriebenen Art ist die Fläche etwa in der Form eines Ruders angeordnet, um eine Steuerwirkung und eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Rotors zu bewirken.
Bekannt sind außer den Schiffsantrieben, bei denen ein rotierender Zylinder, der mit Endscheiben ausgerüstet ist (Flettner-Rotor), bei Windanströmung eine Vortriebskraft entwickelt, Profilsegel (Prinzip des Rahsegels), die als Schiffsantrieb arbeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Windantrieb, bzw. Windzusatzantrieb für Schiffe zu schaffen, der im Wirkungsgrad besser ist, als die bekannten Windnutzungsvorrichtungen .
Daraus ergibt sich, daß die Leistungsfähigkeit des Windantriebes gemäß der Erfindung bezoggen auf die Baugröße wesentlich besser sein soll, als bei den bekannten Vorrichtungen, bestehend aus Segel bzw. Rotor.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht ausgehend von dem eingangs beschriebenen bekannten Windantrieb darin, daß die Fläche von einem zu seiner Anstellachse symmetrischen und um die Anstellachse um 360° drehbaren Profilsegel gebildet wird, das teilweise auch von der ungestörten Windströmung beaufschlagt wird.
Die strömungstechnischen Vorgänge an einem rotierenden, vom Wind angeströmten Zylinder werden so für die Vortriebs- bzw. Schuberzeugung eines in Abstand und Winkel genau zugeordneten, symmetrischen Profilsegels ausgenutzt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Von ihnen dient die gemeinsame Schwenkbarkeit von Rotor und Profilsegel (s.Fig.3) der schnelleren
und besseren Anpassung von Windrichtungsänderungen an den gewünschten Schiffskurs.
Bekanntlich entsteht gemäß dem "Magnus-Effekt der Schub bzw. Vortrieb eine? vom Wind angeströmten, rotierenden Zylinders durch die von einer parallelen Luftströmung (Wind) überlagerten Zirkulationsströmung (an der Oberfläche des Zylindermantels). Hierdurch entsteht auf derjenigen Seite des Zylinders, wo Zylinderdrehrichtung und Windrichtung gleichgerichtet sind, eine große Strömungsgeschwindigkeit und ein Unterdruckgebiet.
Auf der gegenüberliegenden Zylinderseite, wo der Zylindermantel gegen die Windströmung läuft, entsteht eine kleinere Strömungsgeschwindigkeit und ein Überdruckgebiet. Wenn jetzt ein symmetrisches Profilsegel so im Unterdruckgebiet des Rotors angeordnet wird, daß dieses einerseits die Strömungsvorgänge am Rotor nicht negativ beeinflußt, andererseits aber gerade noch von den höheren Strömungsgeschwindigkeiten profitiert, so ergeben sich für das Profilsegel vorteilhafte Strömungsbedingungen. Der gemeinsame Vortrieb bzw. Schub von Rotor und Profilsegel ergibt den Gesamtschub des Windantriebs gemäß der Erfindung.
Die Abmessungen des Rotors und der Segelfläche stehen in einem bestimmten Verhältnis zueinander. Es wird davon ausgegangen, daß Rotordurchmesser und Rotorlänge im Verhältnis von ungefähr 1:4 ausgeführt werden. Die Segelfläche wird so dimensioniert, daß sie der Höhe nach gerade zwischen die beiden Endscheiben des Rotors paßt. Die Breite der Segelfläche sollte ungefähr dem Durchmesser des Rotors entsprechen, kann jedoch auch breiter oder schmaler ausgeführt werden.
Um Beeinflussungen der Strömungsvorgänge am Rotor zu vermeiden, sollte der Abstand zwischen Segelfläche und Rotormantel nicht geringer als 0,7 Dr (Dr = Rotordurchmesser) sein. Für den Betrieb wird das Profilsegel zunächst parallel zur Rotormantelfläche gestellt, d.h., die Windeintrittskante und die Windaustrittskante der Segelfläche sind gleich weit von der Rotordrehachse entfernt. Zur Erzielung des günstigsten Anstellwinkels wird das Profilsegel drehbar ausgeführt. Diese Drehbewegung wird erreicht, indem eine Drehverbindung und ein hydraulischer, fernbetätigter Drehmotor in dem Tragmast der Segelfläche angeordnet werden.
Um Winde aus unterschiedlichen Richtungen relativ zum Schiffskurs mit dem erfindungsgemässen Windantrieb ausnutzen zu können, ist der
Rotorträger fest auf dem Schiffsdeck angeordnet, während das Profilsegel zentrisch um die Rotorlängsachse herumgeführt werden kann.
Zu diesem Zweck wird am Rotorträger mittels einer Drehverbindung eine Fundamentplatte angeordnet, auf welcher der Tragmast der Segelfläche aufgebaut wird.
Eine elektrisch oder hydraulisch betätigte Verstelleinrichtung, die automatisch von einer Windrichtungsmeßanlage gesteuert wird, dreht die Fundamentplatte mit dem Profilsegel in den jeweils richtigen Anstellwinkel zur Windrichtung. Die Fundamentplatte kann um 360° verdreht werden.
Um sowohl Wind aus der Steuerbord- als auch Backbordrichtung relativ zum Schiffskurs ausnutzen zu können, wird einerseits das Profil der Segelfläche absolut symmetrisch ausgebildet und andererseits der Drehantrieb für den Rotor umsteuerbar in der Drehrichtung ausgeführt.
Um Winde aus unterschiedlichen Richtungen relativ zum Schiffskurs ausnutzen zu können, ist alternativ der Rotor mit seinem Antrieb und das zugeordnete Profilsegel auf eine gemein-
same Grundplatte gestellt, welche drehbar auf einer Säule oder auf einem andersgearteten Unterbau angeordnet ist.
Zu diesem Zweck wird zwischen gemeinsamer Grundplatte und Unterbau eine Drehverbindung (z.B. Rollenlager) eingebaut. Eine elektrisch oder hydraulisch betätigte Verstelleinrichtung, die automatisch von einer Windrichtungsmeßanlage gesteuert wird, dreht die gemeinsame Grundplatte mit dem Windantrieb in den jeweils richtigen Anstellwinkel zur Windrichtung.
Um den Windantrieb jederzeit außer Betrieb setzen zu können, wird der Rotor durch-Abschalten seines Antriebsorgans zum Stillstand gebracht. Das Profilsegel wird dann um seine Mittellängsachse soweit verdreht, bis eine der beiden Eintrittskanten die größte Annäherung an den Rotormantel erreicht hat. Sodann wird die Fundamentplatte mit dem darauf angeordneten Profilsegel so gedreht, daß sich die Segelfläche im Windschatten des stehenden Rotors befindet, (s. Fig.2c)
Die Erfindung ist in einigen Ausführungsbeispielen dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht der Erfindung,
Fig. eine schematische Darstel-
2a-2c lung mit unterschiedlichen W indan strömwinke In,
Fig. 3 eine Ansicht, wie in Fig. 1, aber mit um eine eigene Achse drehbarer gemeinsamer Grundplatte für Rotor und Profilsegel und
Fig. 4 wie Fig. 1, aber mit Profilsegel aus Segeltuch.
Ein gemäß Fig. 1 gezeigter Windantrieb bzw. Wind-Zusatzantrieb für Schiffe besteht aus einem Rotor (1) mit Endscheiben (11, 12), der bei Windanströmung und in Rotation versetzt einen Vortrieb erzeugt. Die Rotordrehrichtung (5, 6) ist entsprechend der Windrichtung wahlweise umsteuerbar. Lagerung und Antrieb für den Rotor (1) befinden sich im Rotorträger (14), welcher fest mit der nicht näher gezeigten Schiffsstruktur verbunden ist.
An den Rotorträger (14) ist mittels einer Drehverbindung (13) eine Fundamentplatte (15) montiert, die sich um 360° um die Rotorlängsachse (2) schwenken (7/8) läßt. Der Schwenkantrieb wird im Rotorträger (14) untergebracht.
Auf der Fundamentplatte (15) ist das Profilsegel (3) montiert, das bei Windantrömung ebenfalls einen Vortrieb erzeugt. Im Segeltragmast befindet sich eine Drehverbindung (16), die es möglich macht, das Profilsegel (3) um seine Anstellachse (4) um 360° zu verdrehen. Die Drehbewegung (9/10) des Profilsegels kann wahlweise links- oder rechtsläufig mit Hilfe eines Drehmotors ausgeführt werden, der in der Drehverbindung (16) im Segeltragmast integriert ist.
Fig. 2a u. 2b zeigen in schematischer Darstellung ein Schiff (20) sowie die Stellung des Profilsegels (3) und die Drehrichtung des Rotors (1) bei Windanströmung aus der Steuerbord-Richtung (17) und aus der Backbord-Richtung (18).
Weiterhin zeigt Fig. 2c den außer Betrieb gesetzten Windantrieb bei Windanströmung von vorn (19). Hierbei ist der Rotor (1) zum Stillstand gebracht und das Profilsegel (3) steht in Schiffslängsrichtung im Windschatten des Rotors.
Fig. 3 zeigt einen um seine Achse 2 rotierenden Rotor 1 und ein um seine Anstellachse 4 verdrehbares Profilsegel 3 auf einer gemeinsamen Grundplatte 21, die ihrerseits um die Achse 22 schwenkbar ist.
Fig. 4,entspricht Fig. 1, nur ist anstelle des starren Profilsegels 3 ein unstarres Segel 23 aus Segeltuch an einer Rah 24 vorgesehen..
Verwendete Bezeichnungen in_den Zeichnungen
1. Rotor
2 Rotorlängsachse
3 Profilsegel
4 Anstellachse des Profilsegels 5/6 Rotordrehrichtung 7/8 Schwenkrichtung der Fundamentplatte 9/10 Drehrichtung des Profilsegels
11 Rotorendscheibe
12 Rotorendscheibe
13 Drehverbindung für Fundamentplatte
14 Rotorträger
15 Fundamentplatte
16 Drehverbindung für Segeltragmast
17 Windrichtung aus Steuerbord
18 " " Backbord
19 " von vorn
20 Schematische Darstellung eines Schiffes
21 Gemeinsame Grundplatte
22 Schwenkachse für die gemeinsame Grundplatte
23 Profilsegel aus Segeltuch
24 Rah am Profilsegel
Leerseite

Claims (5)

Hamburg, 01.06.1981 P_a_^_e_n t_a_n s p_ r ü c h e
1. Windantrieb für Schiffe, bestehend aus einem Flettner-Rotor und einer von den Strömungsverhältnissen am Umfang des Rotors beeinflussten, um die Rotorachse schwenkbaren und um eine eigene Anstellachse drehbaren Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche von einem zu seiner Anstellachse (4) symmetrischen und um die Anstellachse (4) um 360° drehbaren Profilsegel (3) gebildet wird, das teilweise auch von der ungestörten Windströmung beaufschlagt wird.
2.-Windantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) in an sich bekannter Weise in seiner Drehrichtung (5/6) umsteuerbar und abschaltbar ist.
3. Windantrieb nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) in an sich bekannter Weise mit Endscheiben (11/12) versehen ist und das Profilsegel (3) zwischen diese Endscheiben paßt.
4. Windantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) und das Profilsegel (3) auf einer um 360°
und um eine zur Rotorachse (2) parallele und zwischen der Anstellachse (4) und der Rotorachse (2) angeordneten Schwenkachse (22) drehbaren, gemeinsamen Grundplatte (21) angeordnet sind.
5. Windantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das symmetrische Profilsegel starr oder ein symmetrisch ausgeführtes Segel (23) bekannter Bauart z.B. aus Segeltuch ist.
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