TEIL C

Vertikalachsen-Rotoren

Der Flettner-Rotor

Die Wirkungsweise dieses Rotors basiert auf einem Effekt, den der Berliner Physiker Heinrich Gustav Magnus (1802 - 1870 ) im Jahr 1852 entdeckt: An einem rotierenden und senkrecht zur Achse angeströmten Zylinder entsteht senkrecht zur Achse und zur Anströmrichtung eine Querkraft. Während so auf der einen Seite des rotierenden Zylinders ein Unterdruck entsteht, ergibt sich für die gegenüberliegende Seite ein Überdruck. Die sich daraus ergebende Differenz kann als motorische Kraft genutzt werden, da der Rotor versucht, sich in Richtung Unterdruck zu bewegen. Über den Flettner-Rotor als physikalisches Prinzip berichte ich auch kurz im Teil D dieser Arbeit (Kapitel 9 unten).

Immer wieder werden Systeme vorgeschlagen, die den Magnus-Effekt ausnützen wollen, und an der Aerodynamischen Versuchsanstalt in Göttingen (heute: DLR) führt Ludwig Prandtl Versuche mit rotierenden Zylindern durch (s.u.), doch erst dem deutschen Lehrer, Ingenieur und Erfinder Anton Flettner (1885 – 1961) aus Eddersheim bei Frankfurt am Main, der um 1920 mit seinen Experimenten beginnt, gelingt es, den Magnus-Effekt effektiv zum Antrieb von Schiffen zu nutzen.

In Flettners US-Patent aus dem Jahr 1928 sind diverse und z.T. sehr verschiedene Bau- und Konstruktionsformen zu sehen, die weit über die tatsächlich erfolgten Umsetzungen hinausgehen (US-Nr. 1.674.169).

Bereits im Juli 1923 läßt Flettner auf dem Berliner Wansee ein 50 cm Modellboot zu Wasser, das als Aufbau einen Papierzylinder hat, der von einem Federuhrwerk angetrieben wird. Doch schon im Jahr 1924 setzt er den Versuch maßstabsgetreu um – und läßt auf der Germaniawerft Kiel den dreimastigen Segelschoner Buckau zu einem Rotorschiff mit ,Walzensegeln’ umrüsten.

Die Buckau ist in der Wasserlinie etwa 51 m lang, wiegt 600 t und hatte als Segler 889 m² Segelfläche getragen. Das Schiff wird nun seiner Takelage beraubt und mit zwei Rotoren von jeweils 15,6 m Höhe und 2,8 m Durchmesser ausgerüstet. Zum Antrieb der Rotoren dienen zwei 7,5 kW Gleichstrommotoren (andere Quellen: 11 kW), die ihren Strom von einem 33 kW Dieselmotor bekommen. Die maximale Drehzahl beträgt 125 U/min.

Beide Rotoren zusammen besitzen eine projizierte Fläche von 88 m². Flettner geht davon aus, daß der Kraftbeiwert der Rotoren zehnmal so groß ist wie die der Gaffelbesegelung. Um einen solchen Wert zu erreichen, werden die Rotoren mit Endscheiben versehen, die den 1,5fachen Rotordurchmesser haben.

Die im Herbst 1925 durchgeführten Versuchsfahrten ergeben, daß der Rotor ein in jeder Beziehung zuverlässiges und vollwertiges Antriebsmittel darstellt. Außerdem ist die Handhabung der Rotoren wesentlich einfacher als das Setzen oder Raffen von Segeln, wofür immer mehrere Mann benötigt werden.

Die erzielten Geschwindigkeiten bei Windgeschwindigkeiten bis zu 7 m/s entsprechen denen normaler Segeljachten ähnlicher Größe, während bei mehr als 7 m/s sich die Segeljacht dem Rotor als unterlegen erweist. Eine Segeljacht muß nämlich, wenn der Wind eine größere Geschwindigkeit als 7 m/s erreicht, bereits die Segel wegnehmen bzw. sie reffen. Bei der Rotorjacht können die Böen dagegen nicht so gefährlich werden.

Die Rotoren haben kein ‚Vollzeug’, die Geschwindigkeit wird lediglich durch die Verringerung der Drehzahl vermindert. Besonders wenn der Wind von achern - also von hinten - kommt, kann der Winddruck auf den Rotor für die Fahrt voll ausgenützt werden, woraus sich sehr hohe Geschwindigkeiten ergeben. So werden während der Probefahrten bei Wind mit 8 - 10 m/s Fahrtgeschwindigkeiten von 20 - 22 km/h gemessen. Andererseits wird berichtet, daß optimale Antriebsverhältnisse dann vorlagen, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen etwa der 3,5-fachen Windgeschwindigkeit entsprach, und der Wind seitlich einfiel.

Trotz erheblicher technischer Schwierigkeiten beim Betrieb der Rotoren beweist das Schiff im Einsatz seine Fahrttüchtigkeit. Flettner behauptet, die Rotoren hätten  dem Schiff die gleiche Fahrleistung gegeben wie vorher die Segel – andere Aussagen widersprechen dem und meinen, daß die ursprüngliche Geschwindigkeit von 12 kn mit den Rotoren nie erreicht wurde. Trotz alledem weisen die Rotoren über vier Jahre ihre Brauchbarkeit bei geringem Wartungsaufwand nach.

Flettner führt im Mai 1926 mit seinem ‚Kamin-Segelboot’, wie es im Volksmund genannt wird, und das inzwischen in Baden-Baden umgetauft wurde, eine erfolgreiche Atlantiküberquerung durch – und zwar gegen den Wind, wovon Segler sonst nur träumen können. Bei seiner Ankunft in New York erregt das Schiff große Aufmerksamkeit.

Im selben Jahr wird im Auftrag der Reichsmarine ein weiteres Schiff bei der AG Weser-Werft in Bremen umgerüstet. Die 90 m lange Barbara bekommt neben ihrem 750 kW Motor auch drei Rotoren von je 17 m Höhe und 4 m Durchmesser, und kann daher als erstes Motorschiff mit Windzusatzantrieb gelten.

Im Zuge der Erprobungen erweist sich, daß die Rotoren bei Windgeschwindigkeiten um 5 Beaufort, was einer frischen Brise entspricht, einen Leistungszuwachs von etwa 440 kW erzeugen. Fahrten bei Windstärke 4 - 6 ergeben bei voll laufenden Motoren eine Geschwindigkeit von bis zu 13 Knoten, während bei reinem Rotorantrieb immer noch 6 Knoten gemessen werden. Im Durchschnitt erzielen die Rotoren eine Geschwindigkeitserhöhung von 2 - 3 Knoten. Die Rotoren halten während der Erprobung Stürmen und Orkanen stand und geben auch während des Manövrierens und beim Ladebetrieb keinen Anlaß zu Klagen.

Auch dieses Schiff beweist damit im sechsjährigen Einsatz die Funktionstüchtigkeit und Zuverlässigkeit des Rotorsystems. Die Nachteile dieser Methode bilden das Auftreten störender Kreiselkräfte, die wiederum mit lästigen Fliehkräften verbunden sind und Unwuchten (Vibrationen) erzeugen, die ihrerseits Festigkeitsprobleme aufwerfen. Außerdem ist kein schnelles Anlaufen und keine schnelle Drehrichtungsänderung des Rotors möglich.

Der Betrieb beider Schiffe wird im Zuge der aufkommenden Weltwirtschaftskrise aus ökonomischen Gründen eingestellt. Die Baden-Baden wird 1931 in der Karibik von einem Sturm zerstört. Die Flettner-Rotoren waren zu diesem Zeitpunkt jedoch bereits entfernt worden. Die Barbara wiederum wird 1933 umgebaut, wobei auch die Flettner-Rotoren entfernt werden. Nach mehreren Umbenennungen und Eignerwechseln wird das Schiff im August 1978 vor Jeddah versenkt.

Die ursprüngliche Entwicklungsgeschichte ist in Flettners 1926 erschienen, äußerst lesenswerten und reichlich bebilderten Buch Mein Weg zum Rotor gut beschrieben. Dort finden sich auch seine Vorschläge zum Einsatz des System zur stationären Energiegewinnung. Ebenso werden Flettner-Rotoren in dem ebenfalls 1926 veröffentlichten Buch von Anton Lübke Technik und Mensch im Jahr 2000 als zukünftige Energieproduzenten vorgeschlagen.

Ich finde es interessant, daß in den USA schon vor dem Besuch der Baden-Baden damit begonnen wird, mit der Flettner-Technik zu experimentieren. In der Ausgabe vom September 1925 berichtet das Magazin Popular Science von zwei jungen Marineoffizieren, die am Massachusetts Institute of Technology Schiffbau studieren.

Leutnant Joseph Kiernan und W. Hastings erwerben einen ehemaligen, etwa 30 m langen und 8 m breiten Marine-Kutter, auf dem sie einen einzelnen Zylinder installieren, der ca. 3 m hoch ist und einen Durchmesser von rund 1 m hat. Angetrieben wird dieser durch einen 5 PS Motor an der Basis. Während an der Spitze jedes der originalen Flettner-Zylinder eine mitdrehende Scheibe installiert ist, die etwa 35 cm weit übersteht und in erster Linie zur Aufrechterhaltung der Saug- und Druckzonen dient, ist die auf der Oberseite des amerikanischen Rotors angebrachte Platte stationär. 

Bei Versuchsfahrten auf dem Charles River in Cambridge wird eine geschätzte Geschwindigkeit von etwa 3 Knoten (~ 5,6 km/h) erreicht. Bei 260 U/m des Zylinders in einem Wind von 24 km/h wird allerdings eine Geschwindigkeit von 7 Knoten (~ 12,8 km/h) erwartet. Leider ist sonst nichts mehr darüber zu finden.

Durch die erfolgreichen Atlantiküberquerung der Baden-Baden im Mai 1926 inspiriert, wird in den USA im Jahr 1929 unter großer Geheimhaltung ein Rotorflugzeug ohne herkömmliche Flügel entwickelt.

Statt dessen kommen auch hier Flettner-Rotoren zum Einsatz, die den Magnus-Effekt nutzten. Angetrieben wird das seltsame Objekt durch zwei Motoren, von denen der eine den Propeller, und der andere die Rotoren in Bewegung versetzt.

Die Entwicklung dieses Fluggerätes basiert auf Untersuchungen von Ludwig Prandtl an der Aerodynamischen Versuchsanstalt (AVA) in Göttingen in den 1920er Jahren. Prandtl vermißt rotierende Zylinder im Windkanal – und stößt auf verblüffende Auftriebswerte, denen zufolge ein rotierender Zylinder einen bis zu zehnfach höheren Auftrieb als eine Flugzeugtragfläche bietet.

Das von den Invesoren Harold Elstner Talbott jr. und Walter P. Chrysler finanzierte und von der Plymouth Development Corp. in einer Werft in Hudson, New York, gebaute Wasserflugzeug A-A-2004 (mit der Zulassung 921-V), das mit drei, jeweils 60 cm durchmessenden Rotationszylindern ausgestattet ist, wird in Nähe von Mamaroneck getestet und absolviert mehrmals kurze Flüge über den Long Islan Sound, bevor es dann eine Bruchlandung macht.

Über die Entwicklung wird in der Washington Times vom 21. August 1930, sowie in der Novemberausgabe des US-Magazin Popular Science vom gleichen Jahr berichtet. Informationen der Interessengemeinschaft Rotorflugzeug zufolge soll es sich zuletzt im Besitz von Edward F. Zaparka befunden haben, einem der drei Ingenieure, die das Fluggerät entwickelt haben.

Ebenfalls in New York wird 1931 von den  amerikanischen Ingenieuren Isaac C. Popper und John B. Guest von der Union Aircraft Corp. in Long Island ein Flugzeug  mit sogar vier Rotoren gebaut, die jedoch konische Form haben (Zulassung X772N).

Während das Flugzeug mit einem 90 PS Cirrus-Motor vorwärts bewegt wird, werden die Rotoren durch zwei zusätzliche Indian-Motoradmotoren mit jeweils 28 PS angetrieben. Sie sollen im Vergleich zu einem konventionellen Tragflügel den doppelten Auftrieb erzeugen. Die zwei kleineren Spindeln sind zur Flugsteuerung vorgesehen, die beiden vorderen Spindeln hingegen nur für den Auftrieb. Leider sind keine Hinweise auf einen erfolgreichen Flug zu finden.

Im Februar 1931 berichtet das US-Magazin Modern Mechanics unter der Überschrift ,The Freak of the Month’ über das Rotor-Flugzeug von Ernst Zeuzem aus Frankfurt am Main, wobei auch ein kleines Modell seines Entwurf gezeigt wird. Fälschlicherweise wird hier allerdings von einem ,Airship’ geredet, d.h. einem Luftschiff.

Der Beschreibung zufolge wird jeder der vier Rotoren durch einen eigenen Motor angetrieben, während die Piloten und Passagiere in dem tragflächenartigen Flügelabschnitt untergebracht sind, der zusätzlichen Auftrieb bietet.

Informationen darüber scheint es nur im Archiv des Deutschen Museums zu geben, wo sich auch das Modell eines fast schon konventionell wirkendes Flettner-Flugzeugs mit nur zwei Rotoren gibt, welche die üblichen Tragflächen ersetzen. Es trägt den Namen Rotor-Zeusem. Bemerkenswert ist die Vielzahl von Klappen, die sich in mehreren Reihen über die Breite der Rotoren erstrecken und wahrscheinlich von der pockennarbigen Oberfläche eines Golfballs (Dimples) beeinflußt worden ist.

Darüber hinaus ist Zeuzem heute jedoch vergessen.

Es gibt allerdings auch Berichte darüber, daß der US-Kongreßabgeordnete Butler Ames schon 1910 ein Rotor-Flugzeug gebaut haben soll, über das ich bislang allerdings noch nichts viel herausfinden konnte.

Aus der Literatur läßt sich nur entnehmen, daß das Torpedoboot Bagley der US Navy im Juli jenes Jahres das erste Schiff der Navy gewesen ist, das eine schwerer-als-Luft Flugmaschine für Tests an Bord genommen hat, die bis dann auch August fortgeführt worden sind. Dabei erweist sich jedoch, daß das von Ames erfundene Gerät, das für den Auftrieb auf die Rotation von zwei großen Trommeln setzt, völlig flugunfähig ist. 

1924 wird die Technologie erneut vom National Advisory Commitee for Aeronautics untersucht, ohne daß daraus aber Umsetzungen erfolgen.

Ähnlich verhält es sich mit dem Konzept eines Rotor-Flugzeugs des Österreichers Karl Gligorin von 1925, das mit einer Spannweite von 13 m und eine Länge von 8,6 m mit Rotoren in einem Durchmesser von 120 cm ausgestattet ist, die sich mit bis zu 1.600 U/m drehen sollen. Die Flugzeugkonfiguration mit einem herkömmlichen Rumpf und Frontpropeller sieht hinter den beiden Drehzylindern jeweils Flügelplatten vor, und soll 400 km/h erreichen.

Eine weitere Rotor-Flugzeug-Konfiguration wird von einem Gerhard Wilke vorgeschlagen, bei dem sie wie ein Doppeldecker aussieht, dessen untere Tragflächen durch Drehflügel ersetzt sind. Die Idee dabei ist, diese nur als Auftriebsvorrichtung bei niedriger Geschwindigkeit und für kurze Starts und Landungen zu verwenden. 

Im Reiseflug würde der Zylinder von beweglichen Platten umfaßt werden, um den Luftwiderstand zu reduzieren. Der Hauptnachteil des Drehflügel ist nämlich, wie sich herausstellt hat, daß der Rotor bei hohen Geschwindigkeiten zu viel Widerstand bietet, was ihn dann viel schlechter macht als die klassische Tragfläche.

Weitere Patente über Flettner-Flugzeuge gibt es wahrhaftig viele. Ich werde diese hier nur stichwortartig aufführen, da es in allen Fällen keine nachweisbaren Umsetzungen gegeben hat. Und während das erste Patent aus den 1920er Jahren stammt, kommen die restlichen – unter Vorwegnahme der Chronologie – zumeinst aus den 1990er Jahren und danach.

Ovid L. Dally (US-Nr. 1.665.533, 1925 beantragt, 1928 erteilt); Fluggerät mit Walzenflügeln von Wolfram Wittenborn aus Bielefeld (DE-Nr. 36 15 089.4, angemeldet 1986, erteilt 1997); Auftriebserzeugender Rotor von Marthe Servanty-Brives aus Aulnay Sous Bois (FR-Nr. 8905185, vgl. DE-Nr. 690 00474 T2, angemeldet 1990, erteilt 1992); Drehflügler mit rotierenden Tragflügeln von Dipl.-Ing. Jochen Pflug aus Wiesbaden (DE-Nr. 195 29 700 A1, angemeldet 1995, erteilt 1997); VTOL-Flugzeug mit Flettner-Rotoren von Peter Faber aus Düsseldorf (DE-Nr. 197 15 827 A1, angemeldet 1997, erteilt 1998); Luftfahrzeug mit Drehflügeln von Jörg Arnold aus Bern (Anmeldung DE-Nr. 10 2004 007 682 A1, Priorität von 2003, angemeldet 2004, erteilt 2005); sowie das Gebrauchsmuster für ein Flugzeug mit Flettner-Rotor von Prof. Ingo Pommerening aus Berlin (DE-Nr. 20 2004 017 902.4, angemeldet 2004, erteilt 2005, erloschen 2008).

Im angelsächsischen Raum ist der Flettner-Rotor teilweise auch unter dem Namen Madarasz-Rotor bekannt.

Grundlage dessen ist das Madarasz Rotor Power Plant project, das in den Jahren 1930 bis 1934 verfolgt wird, und dessen Patentierung durch den in Detroit wohnenden ungarischen Ingenieur Julius D. Madarasz (o. Madaras) 1928 beantragt wird (US-Patent Nr. 1.791.731, erteilt 1931). Ein Bericht darüber erscheint in der Januarausgabe 1932 des Magazins Popular Science - und schafft es sogar aufs Titelbild.

Bei dieser Anlage sollen 20 rotierende, jeweils 27 m hohe und rund 6,5 m durchmessende Zylinder auf einer Kette von flachen Wagen installiert werden, die von Wind angetrieben auf einer kreisförmigen Schiene mit einem Durchmesser von 600 m zirkulieren. Die Stromerzeugung soll dabei über die Achsen der Wagen erfolgen. Der Konstukteur erwartet, daß mit seinem System bei einer Windgeschwindigkeit von rund 45 km/h genügend Strom zur Versorgung einer Stadt mit 150.000 Einwohnern erzeugt wird.

Außer dem Bau eines 7-stöckigen Aluminiumzylinder-Prototyps in Burlington, New Jersey, an dem sich sechs der größten US-Stromversorger mit insgesamt 100.000 $ beteiligen, wird das Kombi-System aus Flettner-Rotor und bewegter Maschine jedoch nicht weiter verfolgt.

Erst sehr viel später, im Jahr 1977, wird an der Lehigh University in Bethlehem, Pennsylvania, eine Studie vorgestellt, derzufolge mit den aktuellen Technologien ein wirtschaftlicher Berieb des Systems sehr wahrscheinlich sei.

Von Herrn Rainer Schmieg bekomme ich dankenswerterweise weitere Fotos mit Flettner-Rotoren aus jener Zeit, von denen ich hier zwei veröffentlichen möchte.

Zum einen handelt es sich um eine Aufnahme aus dem Bundesarchiv vom Mai 1931, auf der eine kleine Jacht mit Flettnerrotor zu sehen ist. Außer einem Hinweis auf Hamburg (auf dem Ruderboot zu lesen) habe ich jedoch keine weiteren Informationen über dieses Boot.

Es handelt jedenfalls definitiv nicht um Flettners erste Rotor-Yacht - denn diese ist in dessen o.g. Buch abgebildet.

In anderen Quellen, in denen dieses Boot abgebildet ist, sieht man es auf einem Berliner See bei einem Rennen gegen ein konventionelles Segelboot - welches allerdings gewinnt.

Das zweite Foto zeigt ein vierrädriges Kinderspielzeug in Form eines Flettner-Schiffes, das vermutlich ebenfalls aus den 1930ern stammt.

Die kleine Schlaufe am vorderen Teil impliziert, das man das Schiffchen hinter sich her ziehen konnte, worauf sich die Rotoren höchstwahrscheinlich gedreht haben.

Ansprechend ist in meinen Augen auch das Titelbild der Popular Science vom Juli 1933 mit segelartigen, spitz zulaufenden Flettner-Rotoren auf einer Jacht und einem Frachter (im Hintergrund).

Dabei handelt es sich um die Erfindung des Luftfahrtingenieurs Laurence J. Lesh, über die ich bereits im Kapitel über Gegenwindfahrzeuge berichtet habe.

Wie man anhand dieser vielen Entwicklungen und Umsetzungen sieht, hat Flettners Idee damals großes Interesse geweckt, fiel dann aber für lange Jahrzehnte der Vergessenheit heim.

Anton Flettner selbst stirbt 1961 in New York und kann die Renaissance seines Antriebsverfahrens nicht mehr miterleben - die in den späten 1970er Jahren beginnt.

Der  schottische Ingenieur und Hobbyarchäologe Alexander Thom kann in einer im Januar 1934 an der Cranfield University in London veröffentlichten Arbeit nachweisen, daß viele große Scheiben an einem Flettner-Rotor dessen Leistung beträchtlich anheben. Aus einem maximalen Auftriebsbeiwert des Flettner-Rotors von ca. 12 wird durch Hinzufügung von Thom-Scheiben ein Auftriebsbeiwert von 20 bis 28 – und dies bei einem Sechstel des Widerstands. Was einer Verzehnfachung der Gesamtleistung entspricht. Es sollen sogar Beiwerte bis 30 erreichbar sein.

Es werden drei Gründe hierfür genannt: Zum einen führt die radiale Strömungskomponente an den Scheiben zu einer lokalen Reduktion der Grenzschichtdicke, ähnlich einer Absaugung; dann wird die Strömung zwischen den Scheiben in Strömungsrichtung verstärkt, was zu einer geänderten Topologie der Wirbel führt; und schließlich werden durch Erhöhung der Anzahl der Scheiben zusätzliche Wirbel durch Ablösung erzeugt, welche zu einer Reduktion der Randwirbelstärke führen. Bei geschickter Wahl der Größe und Position der Scheiben kann der Auftrieb gesteigert und gleichzeitig auch der Luftwiderstand reduziert werden.

Thom baut ein Modell, bei dem er anstelle der Verwendung von Scheiben nur am Ende, gleich mehrere davon einsetzt. Diese haben den dreifachen Rotordurchmesser und sind im Abstand von eines Dreiviertels des Durchmessers entlang des Rotors verteilt. Diese Technologie wird uns später noch mehrfach begegnen.

Kaum mehr bekannt sind die sogenannten Flettner-Rotor-Bömbchen (Bomblet), eine Art Submunition, die gegen Ende des biologischen Waffen-Programms der USA in den 1960er Jahren entwickelt, aber nie in Serie produziert wurde.

Basierend auf einem vertikalen, 7 cm langen Flettnerrotor sollten diese geflügelten Bomben flüssige oder trockene biologische Mittel tragen und als Untermunition in einem Raketensprengkopf oder einer Cluster-Bombe verwendet werden, da sie den Militärs zufolge „wahrscheinlich eines der besseren Geräte für die Verbreitung von Mikroorganismen“ darstellen. Der Flettner-Rotor hätte es ermöglicht, mit einem einzelnen B-52 Bomber eine Fläche von 20.000 Quadratkilometern mit biologischen Mittel zu bedecken.

 

Im Jahr 1977 macht die Erfindung des Ingenieurs Lars Arnbak von der Firma Scangear Ltd. aus Dänemark von sich reden, bei der es sich um eine besondere Variante des Flettner-Rotors handelt.

Der von klassischen Tragflächen abgeleitete 6 m hohe Rotor besitzt einen quasi-elliptischen Querschnitt, was ihm ein überlegenes Drehmoment und eine Selbststart-Fähigkeit bei Wind mit 4 – 5 m/s gibt.

Die Die Maße des Ellipsenquerschnitts betragen 132 cm und 62 cm, die resultierende Gesamtaußenfläche rund 8 m².

Bislang gibt es leider nur ein (schlechtes) Foto der insgesamt 10 m hohen Anlage, die an der Nordseeküste in der Nähe von Jütland errichtet wird und auch zufriedenstellend läuft.

Leider ist nicht herauszufinden, wie lange, welche Leistung erreicht wurde - und was später daraus geworden ist.

Ein zum Patent angemeldeter Rotor von Rudolf Cammann aus dem Jahr 1977, der aus einem Windrad mit zentraler Achse besteht, dessen vier Flügel in Form von Flettnerrotoren ausgebildet sind, wird nie verwirklicht (D-Nr. 2734938).

Dabei findet sich die Idee dazu schon in Flettners eigenem Buch – und sie taucht auch in Zukunft immer wieder auf, wie wir weiter unten noch mehrfach sehen werden.

Ein persönlicher Bekannter, Herr Gottfried Grossmann, rechnet mir in einem Schreiben von Mitte 1983 vor, daß ein 20 m hoher und 2 m durchmessender Rotor eine Fläche von etwa 125,6 m² besitzt. Bei einer Windgeschwindigkeit von 10 m/s entspricht dies einer Segelfläche von bis zu 1.256 m², da der Magnuseffekt die wirkenden Kräfte bis zum 10-fachen der Zylinderfläche steigert.

Ein weiterer Bekannter, Rainer Höhndorf, hat sich ebenfalls intensiv mit diesem Prinzip beschäftigt und sogar die eigene Jacht umgebaut. Etwas weiter unten verlinke ich auf ein Interview mit ihm. Seine zwei Rotoren benötigen jeweils 150 W. Er ist der Meinung, daß er damit eine Vortriebsleistung von 3.000 W erzielt hat, was einem ausgesprochen guten Wirkungsgrad entsprechen würde.

In seiner Ausgabe vom Januar 1984 veröffentlicht das US-Magazin Popular Science einen längeren Bericht über den Flettner-Rotor, in dem auch über die rund 10 m lange und 17 t schwere Yacht namens Tracker von Dave Frantz berichtet wird, die mit einem Rotor ausgerüstet ist, der sich mit rund 600 U/m dreht – und der es auch auf das Titelbild des Magazins schafft.

Die Entwicklung geht auf Lloyd Bergeson zurück, einen Schiffbau-Absolventen des MIT mit langjährigen Erfahrungen und zwischenzeitlich Chef der 1978 (o. 1979) gegründeten Firma Windship Development Corp., der die Arbeiten gemeinsam mit seinem Sohn Henry durchführt, einem Ingenieur. Dritter im Bunde ist Thomas Hanson, dessen Firma Windfree Inc. den 80 kg schweren, 722 cm hohen und 116 cm durchmessenden Rotor liefert. Angetrieben wird dieser durch einen Hydraulikmotor, der seinerseits von einer Hydraulikpumpe angetrieben wird, die wiederum durch eine kleinen Gasmotor in Bewegung gesetzt wird. Die gesamte Anlage kostet 250.000 $.

Unter Rotorleistung allein erreicht das Boot in einem Wind von 18,4 Knoten und einem wahren Windwinkel von 122° eine maximale Geschwindigkeit von 6,1 Knoten. Während im Laufe vieler Testfahrten eine durchschnittliche Kraftstoffersparnis von rund 20 % erreicht wird, gelingt es auf der Route von New Orleans nach Jamaika, wo die Winde in der Regel ungünstig sind, eine Kraftstoffeinsparung von unglaublichen 36 % zu erreichen, bei einer gleichzeitigen Steigerung der Geschwindigkeit um 18 %.

Bergeson erhält daraufhin einen Vertrag der US-Navy, um die Umwandlung eines militärischen Transportschiffes zu einem Rotor-unterstützten Antrieb zu studieren. Ähnliche Studien führt er auch für eine Reihe von unabhängigen Reedereien durch, einschließlich der wichtigsten Öl- und Kreuzfahrtgesellschaften. Leider ließ sich bislang nicht herausfinden, ob und wie es damit weiterging.

Über Bergesons Tätigkeiten beim Einsatz von Segeln für Frachtschiffe berichte ich in dem Kapitelteil Segelschiffe (s.d.). Im Jahr 1994 erhält er für seine bedeutenden Beiträge zur Schiffsbautechnik den Harold E. Saunders Award der American Society of Naval Engineers.

Der oben genannte Thomas F. Hanson, ein Westküsten-Ingenieur, der im Bereich der Hubschrauberentwicklung tätig ist, hatte  seine Aufmerksamkeit schon in den frühen 1970er Jahren auf Windkraftanlagen gerichtet. Er entdeckt die Arbeiten von Flettner und ist bald darauf überzeugt, daß sich viele Probleme bei großen Windkraftanlagen mit Flettner-Rotoren anstelle der üblichen Rotorblätter lösen lassen. Das Ergebnis seiner Arbeit erscheint auf dem Cover von Popular Science im August 1983.

Hanson gründet 1974 seine Firma Windfree Inc. in Newhall, Kalifornien, baut ein Modell mit 6 m Durchmesser, und beantragt 1977 das Patent für eine Windturbine, die mit 3 – 5 (wortwörtlichen) Rotorblättern ausgestattet ist (US-Nr. 252.877, erteilt 1979).

Ebenfalls im Jahr 1977 konzipiert er einen beachtlichen, 33 m durchmessenden 600 kW Prototypen mit den ungewöhnlichen Blättern, die er als ,dirty cheap’ bezeichnet, wobei er Unterstützung durch die Stromfirma Southern California Edison erhält. Da diese aber nicht gewillt ist, auch die Umsetzung des Entwurfs zu finanzieren, entwirft er ein halb so großes Modell – und beginnt damit, dieses selbst zu bauen.

Richtig voran kommt er allerdings erst 1980, als es ihm gelingt, vom Department of Energy eine Förderung in Höhe von 47.000 $ zu bekommen. Wie man an dem Titelbild sieht, gelingt es Hanson nach achtjähriger Vorarbeit einen Prototyp mit drei Flettner-Blättern aus Aluminium zu bauen, die jeweils 90 kg wiegen, einen Durchmesser von 114 cm haben und 7,2 m lang sind.

Da das Geld nicht ausreicht, um einen Generator einzubauen, kann Hanson nur rechnerisch ermitteln, daß seine Anlage 150 kW leisten würde. Für den Betrieb der Rotoren würden etwa 10 % der erwirtschafteten Energie ausreichen. Die Anlage übersteht Windgeschwindigkeiten bis 128 km/h schadlos, doch die turbulenten Strömungen an dem Hangstandort bremsen sie auch immer wieder aus.

Der Ingenieur hofft nun, das System im flachen Land testen zu können, wofür er erneut mit der Southern California Edison verhandelt – leider habe ich aber nichts darüber finden können, daß das Projekt tatsächlich weitergeführt wurde. Hansons Firma wird 1992 gelöscht.

1997 schlägt übrigens eine italienische Forschergruppe den Rotori di Spinta vor, eine weitere Replik des Flettner-Riesenrotors, diesmal allerdings mit keulenförmig gestalteten Rotoren als Flügel.

Über irgendwelche Umsetzungen konnte ich bislang allerdings nichts finden.

Wegen des von der OPEC drastisch erhöhten Rohölpreises soll ab 1984 in einem vom Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT) geförderten Projekt bei der Hamburger Werft Blohm+Voss AG der 1982 in Südkorea gebaute 6.700 t Chemietanker Nura mit 2 Flettner-Rotoren als Zusatzantrieb ausgerüstet werden.

Das besitzende Unternehmen, die Reederei August Bolten in Hamburg, will dadurch die Flettner-Technologie wiederbeleben und bei dem Tanker gleichzeitig 15 – 20 % des Treibstoffes einsparen.

Nach umfangreichen Windkanalversuchen waren folgende Leistungsmerkmale für ein 4.500 t Schiff festgelegt worden:

• Rotorlänge / Durchmesser: 19,5 m / 3,8 m
• Bei 12 kn Schiffsgeschwindigkeit und Bft 5 sowie einem Windwinkel von 100° (bzw. 260°) übernehmen die Rotoren 35 % der Antriebsleistung.
• Bei 12 kn Schiffsgeschwindigkeit und Bft 7 sowie den o.g. Windwinkeln übernehmen die Flettner-Rotoren die gesamte Antriebsleistung.
• Jährliche Brennstoff-Einsparung auf einer Route von Europa nach Mittelamerika: ca. 25 %

Laut dem damaligen Abteilungsleiter des Projekts (1986/87) wird das Vorhaben dann aber doch nicht realisiert, weil die zuvor stark gestiegenen Rohölpreise zwischenzeitlich wieder gesunken waren.

Im Jahr 1986 meldet der Diplomingenieur Peter Ferger aus München das Patent für einen Windkonverter an (Nr. 36 27 532.8), das eine Weiterentwicklung des Flettner-Rotors beinhaltet. Er nennt seine Erfindung ‚Digital-Segel mit aktiver dynamischer Oberfläche’.

Über Umsetzungen ist nichts bekannt. Später beschäftigt sich Ferger mit Inertial-Puls-Antrieben und Gravitationskonvertern (s.u. Datenbank der Neuen Energie).

In den Folgejahren beschäftigen sich auch verschiedene Privatpersonen mit dem Flettner-Prinzip.

Mal mit nur einem Zylinder, wie bei dem abgebildeten (unbekannten) Kleinboot, das zumindest auf diesem Foto recht mutig wirkt – und mal mit zwei Zylindern von jeweils 2,5 m Höhe, wie bei dem 7 m langen Kutter Übergang II, den Rainer Höhndorf aus Schwerin im Jahr 2003 baut.

Ein sehr interessantes Interview mit ihm, das im Sommer 2006 im NetJournal erschien, beschäftigt sich ebenfalls ausführlich mit dieser Technologie (pdf-Dokument).

Die beiden Motoren der Rotoren verbrauchen jeweils 150 W, während die Fahrleistung des Schiffes bei Wind mit umgerechnet 3 kW angegeben wird. Dieses Projekt wird gemeinsam mit dem Schulprojekt ‚Fit for Life’ verwirklicht.

Auch der Physiker Lutz Fiesser von der Universität Flensburg experimentiert seit 15 Jahren mit dem Flettner-Rotor. 2004 und 2005 werden Forschungsmittel bereit gestellt, damit am Institut für Physik und Chemie und ihre Didaktik ein regenerativ angetriebenes Wasserfahrzeug entwickelt werden kann. Fiesser hatte schon um das Jahr 1990 herum das Modell eines Solar-Katamarans namens SolKat entwickelt.

Mitte August 2006 nimmt das Testboot mit Flettner-Rotor – es ist 6,10 m lang und 4,50 m breit – in der Flensburger Förde erstmals Fahrt auf. Die Uni-Kat besitzt, wie die in der Südsee als Proa bekannten Boote, einen zweiten, kleineren Rumpf, der mit dem Hauptteil des Boots über Stangen verbunden ist und ein problemloses Wenden ermöglicht.

Die Proa selbst ist unter dem ursprünglichen Namen Mbuli von John Harris konstruiert worden, die Modifikation und der Umbau erfolgen durch die Firma R&R Bootsbau.

Der Rotor besteht aus einer auf einen Rahmen aufgespannten Polyesterfolie, die durch Aluminiumstreifen verstärkt ist. In Bewegung versetzt wird er durch einen solarbetriebenen Elektromotor. Bei zu schwachen Windgeschwindigkeiten kann das Schiff mit einem kleinen Elektro-Außenbordmotor fortbewegt werden.

In einem 2009 veröffentlichten Bericht schreibt Fiesser, daß die euphorischen Erwartungen an die Leistung eines Rotorsegels bei den Tests nicht vollends bestätigt werden konnten, denn sobald die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors das Vierfache der aktuellen Windgeschwindigkeit erreicht, läßt sich der Vortrieb nicht weiter steigern. Dieser Sättigungseffekt sei bislang unbekannt gewesen. Dagegen belegen die Versuche, daß ein Flettner-Rotor in der Praxis extrem bedienerfreundlich ist.

Die weitere Entwicklung wird durch die Innovationsstiftung Schleswig-Holstein gefördert. Für das Foto des Uni-Kat sowie für das aktuelle Foto des E-Ship (s.u.) danke ich Herrn Reinhold Kellermann.

Die 1998 gegründete Firma Quantum Marine aus Fort Lauderdale, Florida, ist ein Spezialist für Schiffs-Stabilisierungssysteme.

Im Jahr 2004 präsentiert das Unternehmen eine neue Technologie namens MAGLift, die auf dem Magnus-Effekt beruht.

Dabei handelt es sich gewissermaßen um dünne Flettner-Rotoren, die an den Seiten eines Schiffes ausfahrbar angebracht sind, und die dafür sorgen, daß sich bei jeder Geschwindigkeit der Widerstand reduziert.

Doch auch im Ruhezustand sind die Teile sinnvoll, denn sie stabilisieren das Schiff und verhindern, daß es stark mit den Wellen rollt.

Angeboten wird die Technologie für Schiffe von 28 – 164 m Länge, wobei die größten Modelle knapp 4 m lang sind und einen Durchmesser von 120 cm haben.

Im Sommer 2006 wird bekannt, daß der Auricher Windrad-Hersteller Enercon bei der Kieler Lindenau-Werft ein Frachtschiff mit 29.000 BRT bestellt hat, das mit vier Flettner-Rotoren ausgerüstet und im September 2008 ausgeliefert werden soll.

Das für den Transport von Windkraftanlagen konzipierte E-Ship wird 130 m lang und 22,5 m breit sein. Es wird einen dieselelektrischen Hauptantrieb und dazu vier von Enercon entwickelte stählerne Flettner-Rotoren von jeweils 25 m Höhe und 4 m Durchmesser besitzen. Bei Windstärke 7 soll der dieselelektrische Hauptantrieb (2 x 3.500 kW) komplett ausgeschaltet werden können, denn dann soll bereits die Kraft der Rotoren ausreichen, um die Höchstgeschwindigkeit von 17,5 kn zu erreichen.

Das Schiff soll 30 - 40 % weniger Kraftstoff als vegleichbare Transporter verbrauchen, was beträchtlich ist, denn ein derartiger Frachter verbraucht an 320 Tagen im Jahr auf See Dieselöl für rund 3 Mio. €. Man rechnet daher damit, dass sich der neue Antrieb in weniger als fünf Jahren amortisiert haben wird.

Eigentlich ist bereits für Ende 2007 eine Pressemeldung mitsamt Fotos angekündigt (ich hatte die hier ursprünglich veröffentlichte Grafik auf den freundlichen Wunsch der Enercon-Geschäftsleitung hin gelöscht), doch die Kiellegung erfolgt dann doch ohne große Öffentlichkeit.

Der erfolgreiche Stapellauf findet dann am 2. August 2008 statt, und bis Ende des Jahres soll die Endausrüstung und anschließende Inbtriebnahme erfolgen. Anfang 2009 bekomme ein Bild des Schiffes - allerdings noch ohne Rotoren.

Ursprünglich soll das Schiff in der ersten Jahreshälfte 2009 ausgeliefert werden. Durch die Insolvenz der Lindenau-Werft kann es dort aber nicht fertiggestellt werden, sondern wird im November 2008 zur Cassens-Werft nach Emden überführt.

Anfang 2010 schießt Onno K. Gent dann das erste Foto des E-Ship, auf dem die Flettner-Rotoren bereits zu sehen sind. Nun soll es nicht mehr lange dauern, bis Enercon offizielle Pressefotos veröffentlicht. Und nicht nur ich bin sehr gespannt auf die tatsächlichen Fahrtergebnisse, sobald das Schiff in den Einsatz geht.

Im Januar 2010 sind die Stahlbauarbeiten am E-Ship 1 weitestgehend abgeschlossen, und das Schiff wird in ein Dock der Emder Nordseewerke (Thyssen Krupp Marine Systems TKMS) überführt, wo es seinen Endanstrich erhält und letzte Arbeiten am Unterwasserschiff ausgeführt werden.

Nach Fertigstellung dieser Arbeiten Ende Februar werden ab April zunächst die Inbetriebnahmen der technischen Anlagen (wieder) bei der Cassens Werft fortgeführt, und im Juli bricht das Schiff zur ersten von mehreren Erprobungsfahrten auf. Seinen Dienst als Frachtschiff nimmt das E-Ship 1, wie es inzwischen offiziell heißt, im Sommer 2010 auf, wobei die Jungfernfahrt nach Irland führt. Die ersten beiden Fahrten mit Ladung erfolgen dann im August, dabei werden Windenergieanlagen nach Dublin verschifft. Die Fahrten verlaufen zumeist mit 13 bis 16 Knoten.

Nach Problemen mit den 7 Mitsubishi-Dieselgeneratoren, die dazu dienen, 7 MW elektrische Energie zu erzeugen, mit der die Hauptantriebsmaschine sowie das Bordnetz inklusive der Flettner-Rotoren betrieben werden, liegt das Schiff ab Januar 2013 in Emden fest, doch der Austausch durch Maschinen eines anderen Herstellers kann erst ab November 2013 durchgeführt werden, weil diese erst gebaut werden mußten. Bis zu diesem Zeitpunkt hat das Schiff schon mehr als 170.000 Seemeilen zurückgelegt, die Fahrtgebiete waren vor allem Nord- und Ostsee, Nord- und Südatlantik sowie das Mittelmeer.

Im Juli 2013 werden die Ergebnisse der Auswertung umfangreicher Meßdaten vorgestellt, die im Zusammenhang mit einem Förderprojekt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) auf den zahlreichen Fahrten gesammelt worden waren. Demzufolge erreicht das Segelrotorschiff eine Treibstoffersparnis von bis zu 25 % im Vergleich zu herkömmlichen Frachtschiffen gleicher Größe, wobei allein die vier Flettner-Rotoren ein Einsparungspotential von über 15 % erzielten. Der Rest ist den strömungs- und betriebsoptimierten Propellern, der entsprechenden Ruderanlage sowie der optimierten Form des Unterwasserschiffs und der Decksaufbauten zu verdanken.

Im Februar 2014 wird das Schiff wieder in den Frachtverkehr aufgenommen. Es ist inzwischen jedoch fraglich, ob die überzeugenden Erfolge der SkySail-Technologie nicht gleichzeitig auch schon wieder das Ende der relativ komplizierten und technisch aufwendigen Flettner-Rotoren bedeutet...

Gottfried Lehmann aus Wuppertal und Wolfgang Waterman aus Witten arbeiten ab 2007 an einer Weiterentwicklung des Flettner-Rotors, die sie Windenergiesäule nennen (alias PowerCane) und 2008 patentieren lassen (DE-Nr. 10 2008 063 808, erteilt 2014).

Obwohl gesagt wird, daß das Rechenmodell stimmt und ein erster Test 2008 des Miniprototyps im Windkanal bereits sehr viel mehr Leistung verspricht als herkömmliche Windkrafträder, gelingt es ihrer in Haan/Rheinland beheimateten Firma nicht, Investoren zu finden um die weiteren Arbeiten zu finanzieren.

Möglicherweise liegt das daran, daß die Innovatoren die ursprüngliche Technologie ausgesprochen verkompliziert haben, indem sie Lamellen und ähnliches hinzufügen, die den Zylinder in eine Oszillation versetzen, deren Sinn sich mir allerdings nicht erschließt.

Dem Namen zufolge eindeutig aus der Türkei, ansonsten jedoch ohne jegliche näheren Informationen über Erfinder und Zeitpunkt, werden im Jahr 2007 verschiedenen YouTube-Clips veröffentlicht, auf denen die Firma Mehmetoğlu Energy unterschiedliche Konfigurationen einer kleinen Windkraftanlage zeigt.

Zum Einsatz kommen zum Teil sehr verschieden geformte zylindrische Flettner-Rotorblätter - sodaß es besonders schade ist, daß bislang keinerlei Ergebnisse dieser Vergleichstests zu finden sind.

Während der Prototyp 1 (NSM 21) mit zwei konventionellen sowie zwei Flettner-Rotoren ausgestattet ist, sieht man auf den Standfotos deutlich, daß der Prototyp 2 mit drei Zylindern bestückt ist, die innerhalb von rotorblattähnlichen Anströmflächen installiert sind.

Der Prototyp 3 wiederum hat drei Zylinder, die einen größeren Durchmesser als seine Vorgänger aufweisen und eher an Tonnen erinnern. Hier hat man durch die daneben stehende Person auch einen Eindruck von der tatsächlichen Größe dieses Prototyps.

Das vierte Modell besitzt statt Zylindern drei kegelförmige Rotoren. Technische Details gibt es nicht zu erfahren. Den Angaben zu den Clips ist nur zu entnehmen, daß die Flettner-Rotorblätter einen um 30 % höheren Ertrag versprechen als die sonst üblichen Systeme. Es sollen bereits größere Versuchsanlagen im Bau sein, außerdem wird eine weltweite Patentierung angestrebt.

Über weitere Hinweise oder technische Informationen würde ich mich freuen - die schlechte Bildqualität rührt daher, daß es sich bei diesen Aufnahmen um Standfotos aus den Video-Clips handelt.

Bei einer späteren Recherche finde ich eine Patentanmeldung aus dem Jahr 2008, aus der zumindest der komplette Name des Initiators und Erfinders zu entnehmen ist. Es handelt sich um Siyar Mehmetoğlu aus Diyarbakır (WO-Nr. 2008/111922).

Eine ähnliche Anlage mit runden, allerdings wesentlich längeren und schlankeren Rotoren stelle ich unter dem Namen Spiral Magnus in der Länderübersicht Japan vor (s.d.).

Die Optimierungsform des Flettner-Rotors durch Thom-Scheiben (s.o) wird in einem im März 2007 veröffentlichten Bericht von Stephen Salter und Graham Sortino der Universität Edinburgh wieder aufgenommen, in welchem ein Konzept untersucht wird, bei dem u.a. seebasierte Anlagen die Wolkenalbedo steigern, d.h. mehr Sonnenlicht zurückwerfen sollen, um die Globaltemperatur zu senken.

Die Idee bildet ein Geoengineering-Projekt, das auf fernsteuerbaren Roboterschiffen basiert, welche die Meere durchkreuzen und dabei Wasserdampf in die Luft sprühen. Die winzigen salzhaltigen Tröpfchen steigen auf, werden zum großen Teil von den existierenden Wolken aufgenommen und vergrößern so die weiße Wolkenfläche, welche die Sonnenstrahlen reflektiert.

Die hierfür konzipierten Trimarane mit einer Wasserverdrängung von 300 t (zum Einzelpreis von 1 – 2 Mio. €) sollen mit mehreren 20 m hohen Thom/Flettner-Rotoren von 2,4 m Durchmesser ausgestattet werden. Der erzeugte Schub bewegt die 45 m langen Schiffe, deren Bewegung wiederum unter der Meeresoberfläche montierte Turbinen antreibt.

Deren produzierter Strom pumpt das Wasser aus dem Meer und filtert winzige Wassertröpfchen heraus, die nicht größer als ein Mikron sein dürfen, um diese dann in die Luft zu sprühen. Um die gewünschte Wirkung zu erzielen müssen pro Sekunde 30 kg aufwendig gefilterten Meerwassers als feinste Tröpfchen in die Luft gepustet werden. Andere Quellen sprechen von rund zehn Tonnen Wasser, die pro Sekunde angesaugt und bis in eine Höhe von einem Kilometer hochgestäubt werden sollen.

In Deutschland kommt das Konzept erst im September 2008 in die Presse, nachdem in den USA ein zweiter Artikel erscheint, der gemeinsam mit John Latham vom National Center for Atmospheric Research in Boulder verfaßt wurde.

Mit ausreichender Finanzierung könnten die ersten funktionsfähigen Prototypen demzufolge innerhalb von 5 Jahren gebaut werden, die Weiterentwicklung bis zur Serienreife soll etwa 20 Mio. € kosten.

Um die Temperatur der Erde konstant zu halten, wären dann bis zu 2.000 solcher Schiffe mit einem Investitionsvolumen von etwa 7 Mrd. $ notwendig, rechnen die Wissenschaftler, während die Kosten des laufenden Betriebs mit weniger als 100 Mio. € im Jahr kalkuliert werden.

Laut Pressemeldungen vom im September 2009 sei der Klimatologe Alan Gadian bereits ist dabei, die notwendigen Fördergelder zu beschaffen, um einen funktionierenden Prototypen der Klima-Schiffe zu bauen.

Einen ersten praktischen Schritt hat die Universität von Edinburgh bereits mit der Cloudia getan. Der Trimaran zur Erprobung des Flettner/Thom-Antriebs ist mit einem 5 m sowie einem 6 m hohen Rotor bestückt.

Im Mai 2010 wird bekannt, daß Bill Gates 300.000 $ in entsprechende Forschungen an der University of Calgary investieren wird.

Das Projekt wird inzwischen von einer in San Francisco ansässigen Forschungsgruppe namens Silver Lining weiterverfolgt, die mit zehn Schiffen starten möchte, welche eine Fläche von 10.000 Quadratkilometern abdecken sollen. Bislang ist aber noch nichts von einer Umsetzung zu sehen.

Eine Flettner-Windmühle mit vier rotierenden Blättern namens Aerolla stammt von dem Erfinder und Erbauer Vladimir Pachkov in Weißrussland. Die genaue zeitliche Zuordnung ist mir bislang nicht gelungen, ich denke aber, daß die Entwicklung etwa aus dem Jahr 2008 stammt.

Pachkov, ein Mitglied des Luikow Institute of Heat and Mass Transfer der Nationalen Akademie der Wissenschaften, entwickelt gemeinsam mit Alexander Mikhalevich einen 100 kW Prototyp, der nahe der Ortschaft Yankovtsy in der Region Dzerzhinsk aufgestellt und über mehrere Jahre getestet wird.

Die Entwicklung geschieht im Rahmen der staatlichen wissenschaftlich-technische Programms ,Energiesparen’ und mit Unterstützung der Energieeffizienz-Ausschusses im Ministerrat und des Ministeriums für Industrie.

Später wird in der Nähe von Minsk die hier abgebildete 250 kW Anlage errichtet, die aber schon nach wenigen Jahren bei einem Sturm zerstört wird.

Zur Entwicklung und kommerziellen Herstellung wird auch das Unternehmen AEROLLA-Energy Ltd. gegründet, die allerdings nur konventionelle Windkraftanlagen zwischen 1 kW und 75 kW für Farmen und andere lokalen Verbraucher produziert, wobei für letztere ein Preis von 75.000 – 85.000 $ verlangt wird. Außerdem wird ein modulares, baumartiges System mit 10 Einzelturbinen entwickelt, die gemeinsam ebenfalls 75 kW liefern (M-75). Dieses Modell scheint allerdings nur als Entwurf existiert zu haben.

Daß man sogar in Ägypten mit einem kleinen Flettner-Katamaran experimentiert, belegen einige im April 2009 auf dem Nil aufgenomme grottenschlechte YouTube-Clips.

Zu sehen ist das Maschinenbau-Abschlußprojekt der Magnus Group an der American University (AUC) in Kairo – leider ohne irgendwelchen weiterführenden Informationen.

Es wäre nett, wenn jemand dort einmal etwas Dampf machen könnte - denn so, wie die Studenten bislang vorgehen, bleibt ihre Arbeit undokumentiert und daher im Grunde auch sinnlos.

Die Entwicklung kleiner Rotorflugmodelle wird auf der äußerst informativen Seite von Jost Seifert gut dokumentiert, auf die ich hier zurückgreife. Im Sommer 2009 beginnt Seifert auch selbst mit ersten Experimenten. Sein etwa 450 g schweres Fesselflugmodell mit einem Flettner-Rotor fliegt dabei bis zu 40 km/h schnell in einem Kreis mit einem Durchmesser von 20 m.

Seinen Quellen zufolge dürfte der älteste dokumentierte entsprechende Versuch der von Otto Klank sein, der sein mit einem Gummimotor betriebenes Rotationsflügel-Flugmodell 1936 in der Zeitschrift ,Luftwacht’ vorstellte.

Bereits im September kann Seifert ein flugfähiges Modell eines Rotorflugzeugs im freien Flug testen. Dabei kommt allerdings ein Thom-Rotor zum Einsatz, der wesentlich mehr Auftrieb bei geringerem Luftwiderstand erzeugen kann. Das charakteristische Merkmal dieses Rotors sind Scheiben, die über der Spannweite gleichmäßig verteilt angebracht sind. Diese Scheiben erhöhen die Zirkulation um den Zylinder und verstärken dadurch den Magnus-Effekt. Dieses Modell wiegt lediglich 50 g, und bei einer Fluggeschwindigkeit von etwa 2 m/s und bei einer Rotor-Drehzahl von etwa 2.500 U/m werden Auftriebsbeiwerte von ca. 6 erreicht.

Auf der Internationalen Luftfahrtausstellung ILA in Berlin im Juni 2010 wird das Funktionsmodell eines Hybriden Rotors präsentiert, eine vorteilhafte Kombination aus dem Zykloidalpropeller und dem Flettner-Rotor, der auf Seiferts Seite ausführlich beschrieben wird. Mehr darüber findet sich im Unterkapitel Antriebs-Varianten (s.u.).

Außerdem findet man hier den Hinweis auf die Dissertation von Carmine Badalamenti an der City University London unter dem Titel ,On the application of rotating cylinders to micro air vehicles’, die u.a. eine umfassende Sammlung von experimentellen aerodynamischen Daten enthält, die Badalamenti im Zuge seiner wissenschaftlichen Arbeit an Rotorflugzeugen gewonnen hat.

Auf der Inter-Ex, einer Modellflugveranstaltung für Querdenker, die jedes Jahr in einem anderen europäischen Land stattfindet, und 2012 auf dem Fluggelände des HMSV in Vaihingen ausgerichtet wird, befindet sich unter den 143 teilnehmenden Modellen auch ein Rotorflugmodell mit 4 Flettner-Rotoren. Dieses 4,3 kg schwere Modell mit einer Spannweite von 150 cm war von Roman Fischer und Serafin Mazumdar im Rahmen ihrer gemeinsamen Diplomarbeit an der Flugzeug-Technikerschule, Zürich Flughafen, gebaut worden. Bemerkenswert sind die extrem niedrigen Fluggeschwindigkeiten, die durch den großen Auftrieb der Flettner-Rotoren ermöglicht werden. Die lesenswerte Diplomarbeit ist im Netz einsehbar (pdf, 83 S.).

Weitere interessante Konzepte mit Thom-Rotor sowie ausführliche Beschreibungen zum Bau von Rotationsflugkörpern (Rotorwing I bis III) findet man auf der Webseite www.crazyplanes.de eines gewissen Peter L. aus Solingen (aber warum dieser unangemessene Wunsch nach Anonymität?).

 

Während der Weihnachtsfeiertage 2009 nehme ich mir eine kleine Auszeit und baue ein Modell des Flettnerschiffes Barbara, das hier ebenfalls abgebildet werden soll.

Die nicht gerade unkompliziert aufgebauten Bastelbögen aus dünnem Karton waren zwar nicht einfach zu bewältigen, dennoch hat es mir großen Spaß gemacht, das Modellschiff zu bauen.

Allerdings kann die Qualität der Vorlage in keiner Weise mit den teilweise Aluminium-kaschierten Flugzeugbastelbögen der ehemaligen DDR mithalten, die mir mein Vater in den 1960er Jahren häufig von seinen Besuchen ,drüben’ mitbrachte.

Unter dem Motto ,Der Flettner-Rotor – eine gescheiterte Innovation?’ eröffnet das Deutsche Technische Museum in Berlin im Februar 2010 eine bis Ende Juli gehende Sonderausstellung, wobei die etwas dramatisierte Aussage des Titels schon in der Ankündigung wieder relativiert wird: „In Zeiten erhöhten Umweltbewußtseins und steigender Treibstoffkosten gewinnt die Idee des rotierenden Segelersatzes wieder an Aktualität.“ Na bitte – so geht’s doch auch.

Detlef Krause aus Kleinmachnow bei Berlin beantragt im Juli 2011 das Patent für eine ,Windkraft-Kompaktanlage mit Vertikalachsen- oder Horizontalachsen-Rotoren’ (DE-Nr. 202011102987). Seine konzipierten Systeme basieren auf Containern, die mit Drehgestellen, Laufschienen und Flettner-Rotoren, bzw. anderen Vertikal-Rotoren ausgestattet sind.

Das äußerst interessante Konzept eines manntragenden Flettner-Flugautos namens iCar 101 Ultimate, das mit vier Rotoren ausgestattet ist, wird Anfang 2012 in den Fachblogs präsentiert. Woher und von wem die Idee stammt, ist nicht herauszufinden. Allerdings verzichtet der Initiator auch auf alle wirtschaftlichen und moralischen Ansprüche des Urheberrechts.

Nach zwei ersten virtuellen Modellen soll mit der nun vorgestellten dritten Version das Erreichen des ursprünglichen Zieles möglich werden: Ein elektrisch angetriebenes straßentaugliches Flugzeug, das in der Lage ist, eine Reichweite von 1.000 km und eine Geschwindigkeit von 260 km/h zu erreichen.

Die neuen Spinnflügel bestehen aus einer starren Achse, die von einen flexiblen Material (Zylon) umgeben ist, das durch die Zentrifugalkraft während der Drehung seine Form annimmt. Die durch kreiseln entfaltbare Flügel sind sehr kompakt, wenn sie sich nicht in Bewegung befinden, und können daher leicht in den Hauptkörper des Flugzeugs eingezogen werden. Zusätzliche Rotoren sollen während des Fluges elektrische Energie erzeugen.

Im November 2012 erfolgt die Gründung der Aeromobile European Association (AEA), einer Non-Profit-Organisation mit Sitz in Paris, Frankreich. Hier wird im März 2013 mit dem Bau eines Demonstrators begonnen. Eine neue grafische Variante namens iCar 101 PoP wird im Januar 2014 veröffentlicht.

Prof. Michael Sterner und seine Kollegen von der Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) an der TH Regensburg beschäftigen sich mit der Energieerzeugung auf offener See. Ab Mitte 2012 beleuchten zehn Studierende in ihren Abschlußarbeiten das Potential, die technische Durchführbarkeit und die Wirtschaftlichkeit entsprechender Systeme.

Bei diesen soll Strömungsenergie soll von Unterwasserturbinen aufgenommen und im Bauch der Energieschiffe in Wasserstoff oder Methan umgewandelt werden. Für den Vortrieb des Schiffes sollen Flettner-Rotoren sorgen.

In Berichten, die im Juni 2013 veröffentlicht werden, wird das entsprechende Szenario eindrucksvoll beschrieben:

Die Energie für die alkalische Elektrolyse bezieht die Ceres wie ihre 21 Schwesterschiffe aus der rauen See. An ihren Rümpfen drehen sich je vier 1,25 MW-Turbinen, die vom Meerwasser mit bis zu 7 m/s umströmt werden. Für den nötigen Vortrieb des Schiffes sorgen 26 gewaltige, 35 m hohe Flettner-Rotoren. Zeitweise fährt die Ceres einen Flugdrachen aus, der zusätzlich Höhenwinde nutzt. Im Schnitt pflügt der Koloß mit fast 14 Knoten durch die See.

Ob sich derartige Energieschiffe auch rechnen werden, ist noch nicht klar. Für ein 70 m langes und 12 m breites Pilotschiff mit zwei Rotoren von knapp 2,5 m Durchmesser am Rumpf und einem 600 m2 Flettner-Rotor wird ein Investitionsbedarf von etwa 8 Mio. € errechnet. Die Kosten der Wasserstoff-Produktion mit einem marktüblichen 600 kW Elektrolyseur wären vermutlich doppelt so hoch, wie der aktuelle Marktpreis für regenerativ erzeugten Wasserstoff (rund 30 Cent/kWh).

Die Für Schiffe mit 5 MW Elektrolyseur würde die Rechnung aufgrund von Skaleneffekten jedoch schon ganz anders aussehen, denn hier kommen die Forscher auf Wasserstoffpreise um 16 Cent/kWh (siehe auch unter Segelenergie im Kapitelteil Segelschiffe).

Klaus-Peter Kostag und Uta Pethke aus Ingolstadt melden im April 2013 unter dem Titel  Hybridflügel und  Hybridsegel eine Vorrichtung in Form eines Gebrauchsmusters zum Schutz an, die aus einer Tragfläche (unterschiedlichster Form) mit einem an der Anströmseite integrierten regelbaren Flettner-Rotor besteht (DE-Nr. 20 2013 003 945.0).

Die Hybridtragfläche mit dem aus dem Plattdeutschen abgeleiteten Namen Flette verspricht eine Auftriebsverstärkung durch einen Synergieeffekt zwischen der Tragfläche und dem in Betrieb aufwärts drehenden Rotor, der in der Vorderkante einer Tragfläche eingesetzt ist. Über Versuche oder Umsetzung ist bislang noch nichts zu erfahren.

Siehe dazu auch die weiter unten angeführten Antriebs-Varianten.

 

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