DE3518516C2

DE3518516C2 -

Info

Publication number: DE3518516C2
Application number: DE3518516A
Authority: DE
Inventors: Herbert 2355 Ruhwinkel De Zeretzke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-23
Filing date: 1985-05-23
Publication date: 1990-02-22
Also published as: DE3518516A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Windantriebsvorrichtung für Schiffe unter Verwendung von Flettner-Rotoren und konventionellen Segeln.

Eine derartige Windantriebsvorrichtung ist aus der GB-Z. "The Motor Ship", Jan. 1984, Seite 34 bekannt.

Es handelt sich hierbei um eine Windantriebsvorrichtung für Han delsschiffe, insbesondere Tanker, bei der die konventionelle Se geltechnologie in Verbindung mit Flettner-Rotoren unter Ausnutzung des Magnuseffektes ihre Anwendung findet. Dabei wird zwischen zwei - auf einer säulenartigen Tragkonstruktion - senkrecht angeordneten Flettner-Rotoren ein rechteckiges, blähbares Segel derart aufge spannt, daß über Leitstücke von den Rotoren der Luftstrom leicht in das Segel geleitet werden kann, so daß eine derartige Anordnung wirkungsvoller arbeitet als die Rotoren allein. Eines der Leit stücke ist hohl ausgebildet, um einerseits das Reffen des Segels und andererseits die Stauung desselben zu ermöglichen. Die bekannte Anordnung, die entweder nur zur Entlastung des Hauptantriebes oder aber auch als alleiniges Antriebsmittel eingesetzt werden kann, er zielt ihre beste Wirkung jedoch nur bei halbem bis achterlichem Wind. Bei vorlichem Wind ist sie dagegen überhaupt nicht einsetz bar, vielmehr bilden die Rotoren dann einen erheblichen Windwider stand.

Bekannt sind ferner Windkraftanlagen für Schiffe mit einem auf dem Deck des Schiffes angeordneten, um eine vertikale Achse drehbaren Rotor, der über ein Winkelgetriebe und eine Wellenleitung mit einem in üblicher Weise am Heck des Schiffes vorgesehenen Propellers ver bunden ist (DE-OS 25 40 167). Derartige Windantriebsvorrichtungen sind unabhängig von der Windrichtung betreibbar, können also auch noch bei Wind von vorn betrieben werden, wenn Segel und Flettner- Rotor überhaupt keinen Vortrieb mehr liefern - allerdings mit ge ringerem Wirkungsgrad als bei den übrigen Windrichtungen.

Der Erfindung liegt - ausgehend von der Windantriebsvorrichtung der eingangs genannten Art - die Aufgabe zugrunde, eine solche Windan triebsvorrichtung für Schiffe derart auszubilden, daß sie bei jeder Windrichtung betreibbar ist, und dabei die Vorteile von Segel, Flettner-Rotor und Windkraftanlage konstruktiv in einer Vorrichtung so vereinigt, daß wahlweise der Betrieb mit Segel, Flettner-Rotor oder Windkraftanlage ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Windantriebsvorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die konstruktive Vereinigung von Segel, Flettner-Rotor und Windkraftanlage in einem Gerät, bei gleichzeitiger funktioneller Trennung in drei Betriebsarten, kann jeweils die nach Windrichtung günstigste Betriebsart gewählt werden, nämlich bei achterlichem Wind: Segelbetrieb, bei seitlichem Wind: Flettner-Rotor-Betrieb und bei vorlichem Wind: Windkraftanlagen-Betrieb.

Die erfindungsgemäße Windantriebsvorrichtung nutzt die verfügbare Windenergie somit bei jeder Windrichtung optimal und bewirkt damit eine hohe Durchschnittsgeschwindigkeit des Schiffes.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 2 sieht vor, daß der Propeller ein Voith-Schneider-Propeller ist, der direkt mit dem Rotor verbindbar ist. Hierdurch entfallen Win kelgetriebe und lange Wellenleitungen wie bei herkömmlichen Wind kraftanlagen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und wird nachstehend erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht eines mit drei Windan triebsvorrichtungen ausgerüsteten Schiffes,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Schiff,

Fig. 3 eine Heckansicht des Schiffes,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Schiffes,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Rotor der Windantriebsvor richtung mit Voith-Schneider-Propeller (links der Mittel achse in der Betriebsstellung als Windkraftanlage, rechts davon als Segel bzw. Flettner-Rotor) und

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen aerodynamisch profilierten Flügel des Rotors mit Laufwagen und Bespannung.

In der nachfolgenden Beschreibung werden folgende Abkürzungen ver wendet:

SFWG =Segel-/Flettner-Rotor-/Windkraftanlage-Gerät für die Windantriebsvorrichtung
WKA = Windkraftanlage
VSP = Voith-Schneider-Propeller.

In den Fig. 1 bis 4 ist als Schiff 1, 2 jeweils ein Katamaran - bestehend aus zwei Schwimmkörpern 1 und einer zu verbindenden Plattform 2 - mit drei Segel-/Flettner-Rotor-/Windkraftanlage- Geräten - SFWG - 11, 17, 22 in verschiedenen Ansichten dargestellt.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, ein Schiff mit einem ein zelnen SFWG anzutreiben. Die hier dargestellte Anlage beinhaltet in jedem einzelnen SFWG 11, 17, 22 die Segelfläche eines Fünfmast- Segelschiffes. Diese Segelfläche erbringt beim Wasserwiderstand eines Schwimmkörpers 1 eine akzeptable Geschwindigkeit, jedoch ist aus Stabilitätsgründen ein zweiter Schwimmkörper notwendig, was zum Katamaran führt.

Die Segelfläche des zweiten SFWG gleicht den zusätzlichen Wasser widerstand des zweiten Schwimmkörpers 1 aus, während der zusätz liche Luftwiderstand der Plattform 2 und die größere Eintauchung der Schwimmkörper 1 das dritte SFWG erfordern, das aber nebenher auch eine höhere Geschwindigkeit ermöglicht.

Durch die in Fig. 2 dargestellte Anordnung der drei SFWG 11, 17, 22 wird deren gegenseitige Abschattung bei den vier Hauptwind richtungen vermieden. Lediglich jeweils ein SFWG wird bei Winden 30° von vorn steuerbords und 60° von achtern backbords abgeschat tet.

Die Fig. 3 zeigt in der Heckansicht des Schiffes die drei mög lichen Betriebszustände - SFWG 11 als Segel, SFWG 17 als Fettner- Rotor und SFWG 22 als Windkraftanlage - mit den dazugehörigen Eintauchtiefen des Voith-Schneider-Propellers VSP 6. Der gezeigte Hilfsantrieb 23 wird jedoch nur beim Anfahren des Schiffes benutzt.

Die in Fig. 5 dargestellte turmartige Rotorachse 4 des SFWG, die zusammen mit den aerodynamisch profilierten Flügeln 21 den gerüst artigen Rotor 4, 21 bildet, hat aus Festigkeitsgründen am Fuß einen großen Durchmesser mit einer entsprechenden Lagerung 5. Die Größe des Fußes der Rotorachse 4 erlaubt die Anordnung des VSP 6 im Innern.

Das Ausfahren und Einziehen des VSP 6 geschieht durch Hydraulik zylinder 7 und -stempel 8.

Die Bremse 9 dient der Positionierung des SFWG bei Segelbetrieb und zum Festsetzen des SFWG bei Extremwinden und Windstille.

Der E-Motor/Generator (10) ermöglicht die Feinpositionierung des SFWG bei Segelbetrieb bzw. die elektrische Abbremsung sowie die Nutzung des Leistungsüberschusses im WKA-Betrieb. Die Drehenergie- Übertragung geschieht formschlüssig im Bereich des größten Durch messers des Drehlagers 5 bzw. des Fußes der Rotorachse 4, z. B. durch Verzahnung.

Für die verschiedenen Betriebsmöglichkeiten der SFWG 11, 17, 22 gilt:

a) Segelbetrieb - SFWG 11

Bei Wind von achtern geschieht das "Segelsetzen" durch Bespan nung 20 des halben SFWG 11; der Wind wird in einer offenen Halb schale "eingefangen", der VSP 6 ist völlig eingezogen (Fig. 3 links).

Die Bespannung 20 wird dabei mittels Laufwagen 12, halbkreis förmigen Stützreifen 13 sowie Straffseilen 14 und -rollen 15 vorgeheißt, wie aus der in Fig. 6 gezeigten vergrößerten Dar stellung eines Querschnitts im Bereich eines Flügels 21 des Rotors 4, 21 des FSWG hervorgeht. Die Laufwagen 12 haben elek trischen Einzelradantrieb 16. Die Höhe der Bespannung 20 richtet sich nach der jeweiligen Windstärke.

b) Flettner-Rotor-Betrieb - SFWG 17

Bei seitlichen Winden wird durch gleichzeitiges Hochfahren aller Laufwagen 12 ein voll umschlossener Zylinder gebildet, wobei zuvor jeweils zwei halbkreisförmige Stützreifen 13 mittels der Verbin dungsbolzen 18 an den Verbindungsstellen zu einem Vollkreis zusam mengefügt werden. Die Höhe des von der Bespannung 20 gebildeten Zylinders ist dann eine Regelgröße, wenn bei Teilbespannung der als WKA arbeitende obere, nicht bespannte Teil des Rotors 4, 21 eine Drehrichtung erzeugt, die der des Schiffsvortriebes entspricht. Grundsätzlich wird jedoch die Drehung des Flettner-Rotors durch das Eintauchen des VSP 6 in das Wasser, dessen Anströmung und die Relativbewegung des Wassers zum Schiff aufgebracht. Die Drehge schwindigkeit des Rotors 4, 21 des SFWG wird dabei vor allem über die Eintauchtiefe des VSP 6 in das Wasser, die Drehrichtung des Rotors dagegen durch die übliche Verstellvorrichtung 19 am VSP 6 geregelt.

Beim Anfahren des Schiffes kann die Rotation entweder mittels des E-Motors/-Generators 10 erreicht werden oder indirekt über den Hilfsantrieb 23.

c) Windkraftanlagenbetrieb - SFWG 22

Bei Wind von vorn werden die die Bespannung 20 tragenden Laufwagen 12, an den vier Flügeln 21 des Rotors 4, 21 des SFWG 22 bis in den Bereich der Verkleidung 3 hinuntergefahren, so daß der Rotor nur vom Wind in Rotation versetzt werden kann.

Der VSP 6 wird in das Wasser gesenkt. Das Schiff erfährt durch seine Rotation den Vortrieb. Die Anlage wird wie vorher beschrieben geregelt.

Claims

1. Windantriebsvorrichtung für Schiffe unter Verwendung von Flettner-Rotoren und konventionellen Segeln, dadurch gekennzeichnet, daß der Flettner-Rotor aus einem gerüstartigen Rotor (4, 21) besteht, an dessen Umfang eine Bespannung (20) anbringbar ist, die in über den Umfang geschlossener Form den Zylindermantel des Flettner- Rotors bildet und die in offener, nur teilweise über den Umfang gespannter Form sowie bei gegen Drehung gesichertem Rotor (4, 21) als Segel dient, und daß auf dem Umfang des Rotors (4, 21) angeordnete vertikale Streben als aerodynamisch profilierte Flügel (21) ausgebildet sind, so daß der Rotor (4, 21) bei geborgener Bespannung (20) den Rotor einer Windkraftanlage bildet, die mit einem Propeller des Schiffes (1, 2) verbindbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller ein Voith-Schneider-Propeller (6) ist, der direkt mit dem Rotor (4, 21) verbindbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Voith-Schneider-Propeller (6) höhenverstellbar ange ordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Voith-Schneider-Propeller (6) in einen vom Drehlager (5) des Rotors (4, 21) umgebenen Hohlraum einziehbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der bei Fahrt des Schiffes (1, 2) vom umgebenden Wasser angeströmte Voith-Schneider-Propeller (6) als Dreheinrichtung für den Flettner-Rotor dient.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bespannung (20) mit horizontalen Stützreifen (13) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützreifen (13) jeweils aus zwei halbkreisförmigen Stützreifen zu einem Vollkreis zusammensetzbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützreifen (13) mit Laufwagen (12) versehen sind, die auf den Flügeln (21) des Rotors (4, 21) vertikal verfahrbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufwagen (12) jeweils mit einem elektrischen Einzelantrieb (16) versehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (4, 21) mit einem E-Motor/Genera tor (10) kuppelbar ist.