Flettner-Rotor

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.

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.

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.

Die Strömung um den rotierenden Körper lässt sich 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 von mehr als 90° geeignet. Dafür ist die Segelfläche sehr effizient, es 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.

Einsatz

Der Flettner-Rotor wurde bisher nur bei einigen experimentellen Booten, Schiffen und Flugzeugen eingesetzt. Diese sogenannten Rotorschiffe wurden vor allem während der 1920er Jahre entwickelt, konnten sich allerdings nie wirklich gegenüber anderen Antriebsarten durchsetzen.

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 Flettner´s Rotorschiff, nun umbenannt in "Baden-Baden", nach einer erfolgreichen Atlantiküberquerung am 9.Mai 1926 New York.

Barbara

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 Antrieb, 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 aufwendigere Erzeugung der Zylinderrotation und ermöglicht zudem den Einbau leichterer Zylinder.

Calypso II

Die "Calypso II" sollte nach Cousteaus Vorstellung einen echten Flettner-Antrieb (von Cousteau franz. Turbovoile oder engl. turbosail genannt) erhalten. Die "Calypso II" ist nach dem Tode Cousteaus nicht mehr gebaut worden.

Flugzeuge:

Rotorflugzeug

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.

Siehe auch

Flettner-Doppelrotor für Hubschrauber

Weblinks

Aerodynamik | Segeln | Schiffbau