Flettner-Rotor
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Der Flettner-Rotor ist ein alternativer aerodynamischer Antrieb in Form eines der Windströmung ausgesetzten, rotierenden Zylinders, der den Magnus-Effekt ausnutzend wie ein Segel wirkt. Der Flettner-Rotor ist nach seinem Erfinder Anton Flettner benannt.
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[Bearbeiten] Aufbau
Der Flettner-Rotor als Schiffsantrieb besteht aus einem senkrecht stehenden, hohen, rotierenden Zylinder aus Blech mit größeren Endscheiben. Die Endscheiben halten nur die Strömung am Rohr und sorgen für eine gleichstarke Strömung am Ende des Rotors. Der Rotor kann sich durch äußeren Antrieb (elektrisch) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen.
[Bearbeiten] Prinzip
Ein rotierender Zylinder, welcher der Windströmung ausgesetzt ist, erzeugt aus dem Sog und den Staudruckkräften eine Kraft quer zur Strömung. Der angeströmte senkrechte Zylinder stellt dem Wind nur die projizierte Fläche entgegen und würde normalerweise keine andere Wirkung erzeugen als eine Fläche. Der Flettner-Rotor dreht sich aber und nutzt dadurch den Magnus-Effekt aus. Ein mit Flettner-Rotoren ausgerüstetes Schiff muss wie ein Segelschiff gegen den Wind kreuzen und bleibt ohne Hilfsantrieb in einer Flaute fahruntüchtig, selbst bei voller Drehleistung der Rotoren.
Wenn der Wind gegen den rotierenden Zylinder bläst, wird er auf der vorderen Zylinderseite mitgerissen und strömt dort schneller. Auf der rückwärtigen Zylinderseite wird er abgebremst und strömt langsamer. Das erzeugt Unterdruck vorne und Überdruck hinten, also als Resultierende einen Schub nach vorne. Das entspricht im Ergebnis einer stehenden Flugzeugtragfläche. Durch Änderung der Drehgeschwindigkeit des Rotors lässt sich die Fahrgeschwindigkeit verringern oder erhöhen. Eine Änderung der Drehrichtung des Rotors bewirkt ein Umkehrung der Fahrtrichtung.
Wissenschaftlich ausgedrückt lässt sich die Strömung um den rotierenden Körper als eine Überlagerung einer homogenen Strömung und eines Wirbels um den Körper verstehen. Durch die ungleichmäßige Verteilung der Gesamtströmung ergibt sich eine unsymmetrische Druckverteilung am Zylinderumfang. Der Zylinder erzeugt somit durch Oberflächenreibung einen Strömungsstau gegen die Strömungsrichtung und auf der entgegenliegenden Seite eine Strömungsbeschleunigung mit der Drehrichtung. Die resultierende Querkraft (dynamischer Auftrieb) zeigt in die Richtung, in der Strömungs- und Drehrichtung des Körpers gleichsinnig sind.
Quer zur Strömungsrichtung entsteht somit eine Kraft. Zusammen mit einem Bootsrumpf mit Kiel oder Schwert kann eine abweichende resultierende Kraft erzeugt werden. Der Flettner-Rotor ist nicht für Kurse zum Wind von mehr als 90° geeignet. Dafür ist die Segelfläche sehr effizient, ein Quadratmeter Rotorfläche entspricht etwa 10 Quadratmetern Segelfläche. Dabei reicht bereits eine Drehzahl von einer Umdrehung pro Sekunde. Die Winkelgeschwindigkeit des Rotors muss mit der Windgeschwindigkeit gesteigert werden, so dass gerade bei hoher Windenergie auch hohe Antriebsenergie für die Rotoren bereitzustellen ist.
[Bearbeiten] Verwendung
Der Flettner-Rotor wurde bisher nur bei einigen experimentellen Booten, Schiffen und Flugzeugen eingesetzt. Diese sogenannten Rotorschiffe wurden zuerst während der 1920er Jahre entwickelt. Der Rotor konnte sich allerdings im Schiffbau bisher nicht wirklich gegenüber anderen Antriebsarten durchsetzen. Flettner-Rotoren verloren in den Jahren nach 1930 den wirtschaftlichen Konkurrenzkampf mit motorkraftbetriebenen Antrieben in gleichem Maße wie die Segelantriebe. Etwa fünfzig Jahre später, Anfang der 1980er Jahre, ließ Jacques-Yves Cousteau , mit der Alcyone ein Forschungsschiff mit Rotoren bauen. In jüngster Zeit scheint es bei extrem gestiegenen Ölpreisen zu einer Renaissance dieser Antriebsform und zu einer Weiterentwicklung dieses Antriebprinzips zu kommen.
[Bearbeiten] Schiffe
- Buckau (später umbenannt in Baden-Baden)
- Mit dem bei der Germaniawerft Kiel zum Rotorschiff umgebauten Dreimastschoner „Buckau“ sammelte Flettner erste praktische Erfahrungen mit der von ihm entwickelten neuartigen Antriebsart. Die Buckau, die 1924 mit zwei Rotoren zu ihrer Probefahrt auslief, wurde bei Windstille und eingeschränktem Fahrwasser angetrieben durch einen Hilfsmotor, der auf einen Propeller wirkte. Nach verschiedenen Tests unter variablen Wetterbedingungen erreichte Flettners Rotorschiff, nun umbenannt in „Baden-Baden“, nach einer erfolgreichen Atlantiküberquerung am 9. Mai 1926 New York.
- Für die Rob. M. Sloman jr. Reederei in Hamburg, wurde am 28. Juli 1926 bei der AG „Weser“-Werft Bremen, die 2077 BRT große Barbara in Dienst gestellt. Im Auftrag der Reichsmarine wurde das Frachtschiff mit drei Flettner-Rotoren als Zusatzantrieb ausgerüstet. Es kreuzte bei Windgeschwindigkeiten um Beaufort 4 mit 4 Knoten Geschwindigkeit gegen den Wind, vor dem Wind kreuzte das Schiff angeblich sogar mit 9 Knoten. Dennoch verloren Flettner-Rotoren in den Jahren nach 1930 den wirtschaftlichen Konkurrenzkampf mit rein maschinellen Antrieben in gleichem Maße wie die Segelantriebe selbst.
- Alcyone (Forschungsschiff von J. Cousteau)
- Der französische Ozeanograph Jacques-Yves Cousteau ließ Anfang der 1980er Jahre die Alcyone planen und bauen. Dieses Schiff besitzt einen abgewandelten Flettner-Antrieb (von Cousteau franz. Turbovoile oder engl. Turbosail genannt), der ebenfalls den Magnus-Effekt ausnutzt. Die beiden Zylinder liefern etwa 25-30% der Antriebsenergie, die ausschließlich zur Unterstützung des Schraubenantriebs verwendet wird. Das Schiff ging 1985 auf Jungfernfahrt und ist immer noch für die Cousteau Society unterwegs. Anstelle der Rotation wird der Magnus-Effekt bei Cousteaus Entwurf durch eine Absaugung der Grenzströmung entlang den Zylinderseiten bewirkt. Diese Weiterentwicklung hat einen geringeren Wirkungsgrad als der Flettner-Rotor, vermeidet aber die technisch aufwändigere Erzeugung der Zylinderrotation und ermöglicht zudem den Einbau leichterer Zylinder.
- Die Calypso II sollte nach Cousteaus Vorstellung einen echten Flettner-Antrieb erhalten. Das Schiff ist nach dem Tode Cousteaus nicht mehr gebaut worden.
- Die Uni-Kat Flensburg wurde am Institut für Physik und Chemie und ihrer Didaktik an der Universität Flensburg unter Professor Lutz Fiesser im Rahmen des Projekts PROA entwickelt. Die Schiffstaufe fand auf der Flensburg Nautics 2006 statt.
- 2006 beauftragte der Windenergieanlagenhersteller Enercon bei der Kieler Lindenau-Werft ein 130 m langes Frachtschiff, dass neben einem dieselelektrischen Hauptantrieb über vier Flettner-Rotoren verfügen soll. Geplante Indienststellung ist September 2008.
[Bearbeiten] Flugzeuge
[Bearbeiten] Literatur
- Ekkehard Büge: Untersuchungen an einem Flettner-Rotorenpaar. Universität Hamburg: Diplomarbeit 1986.
- Emo Descovich: Flettners Ruder, Segel und Rotor: Ein volkstümlicher Erklärungsversuch. Wien: Österreichischer Bundesverlag für Unterricht, Wissenschaft und Kunst, 1925.
- Josef Esser: Das Flettner-Schiff. Essen: G. D. Baedeker, 1925.
- Anton Flettner: Mein Weg zum Rotor, Leipzig: Köhler & Amelang, 1926.
- Kurt Graffstädt: Die Flettner-Rotoren in allgemein-verständlicher Form Strelitz in M.: Polytechnische Verlagsgeselschaft M. Hittenkofer, 1925.
- Uwe Greve: Buckau und Barbara. Das Experiment der Rotorschiffe (= Schiffe-Menschen-Schicksale, Nr. 20, Jahrgang 3). Berlin: DBM-Media-KG, 1995.
- Frank Grotelüschen: Drehmoment: Anton Flettner gelingt 1924, wovon alle Segler träumen: Sein Rotorschiff segelt gegen den Wind. In: Mare - die Zeitschrift der Meere (2004), 45, S. 38 - 41. Hamburg: Dreiviertel-Verlag. ISSN 1432-928X
- Reiner Höhndorf: Flettner-Rotor-Schiff. Schwerin, Gadebuscher Str. 270 A: R. Höhndorf, 2004.
- Otto Mielke: Meeres-Wanderer: Rotor-Motorschiffe „Buckau“und „Barbara“ ; Hapag-Schnelldampfer „Vaterland“ (= SOS, Schicksale deutscher Schiffe, Nr. 91) Rastatt: Pabel, 1979.
- Otto Mielke: Bewundert, gepriesen und vergessen: Rotor-Motorschiffe „BUCKAU“ und „BARBARA“ (= SOS - Schicksale deutscher Schiffe Nr. 77) München: Moewig, 1955.
- Das Flettner-Schiff. In: Marine-Rundschau. Zeitschrift für Seewesen (1924), S. 361-371. Bonn: Mönch, 1924. ISSN 0025-3294
- Felix von König: Windkraft vom Flettnerrotor: Boote, Jachten, Schiffe und Windräder mit Rotoren. München: Pfriemer, 1980. ISBN 3-7906-0095-4
- Claus D. Wagner: Die Segelmaschine. Hamburg: Kabel Verlag, 1991. ISBN 3-8225-0158-1
- C. Wagner: Weiterentwicklung des Flettner-Rotors zum modernen Windzusatzantrieb. (BMFT-Bericht MTK 03084, 2 Bände) Hamburg: Blohm + Voss, 1985.
[Bearbeiten] Siehe auch
- Flettner-Doppelrotor für Hubschrauber
