DE102009013161A1

DE102009013161A1 - Hochleistungs-Hubflügelsystem zur Windenergienutzung

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Publication number: DE102009013161A1
Application number: DE102009013161A
Authority: DE
Inventors: Hansbernd Berzheim
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-09-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hubflügelsystem, vorwiegend zur Nutzung von Windenergie. Sie ist für alle Leistungsklassen geeignet. Ihr Schwerpunkt liegt jedoch bei der zuverlässigen Beherrschung von Leistungen im zweistelligen Megawattbereich, insbesondere offshore, sowie bei der Erzeugung von Premiumstrom, also Strom mit präziser Sinusschwingung, konstanter Frequenz und konstanter Spannung. Eine Vorrichtung entsprechend der Erfindung besteht im Wesentlichen aus vier Komponenten: 1. einem kurzen gedrungenen, durch seinen großen Durchmesser überaus standfesten Grundkörper (z. B. einem Gittermast); 2. einem Hubflügelsystem, das aus einem oder mehreren waagerecht übereinander gestaffelten, miteinander verbundenen Flügeln besteht, die eine Auf- und Abwärtsbewegung innerhalb eines Hubbereichs von ca. 80-200 Metern vollführen können; 3. einem vorzugsweise mit einer Parallelogramm-Kinematik "over-the-center" arbeitenden Falt-Hub-Gerüst, welches das Hubflügelsystem 2 mit dem Mast 1 verbindet; 4. sowie Energiewandlern, welche die vom Falt-Hub-Gerüst übertragene Hub-Energie über einen Kurz- oder Langzeitspeicher in eine Drehbewegung mit konstanter Drehzahl z. B. zur Produktion von "Premiumstrom" umwandeln.

Description

1. Die Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hubflügelsystem zur Nutzung von Windenergie und anderen Strömungsenergien. Die Erfindung ist für alle Leistungsklassen geeignet. Der Schwerpunkt liegt jedoch bei der zuverlässigen Beherrschung von Leistungen im zweistelligen Megawattbereich, insbesondere offshore.
2. Stand der Technik und Kritik des Standes der Technik
In der Fachwelt besteht Konsens, dass der Trend bei zukünftigen Windenergieanlagen, ganz besonders offshore, aus zwingenden wirtschaftlichen Gründen zu höheren Anlagenleistungen geht. Sechs Megawatt bei Enercon und REpower sind zurzeit die Spitze des Standes der Technik. Anlagen bis 8 MW sind in Planung, 10 MW und mehr werden angedacht. Die Machbarkeit von Turbinen bis 20 Megawatt wird im größten europäischen Forschungsprogramm für Großturbinen ”Upwind” erörtert. Aus Sicht des Standes der Technik ist das noch „Stratosphäre”. Dabei ist eines sicher: einfaches Hochskalieren herkömmlicher Technik reicht für derart hohe Leistungsbereiche nicht aus. Die denkbare Strategie „Mehr Stahlt”, um alle Elemente und Aggregate robuster und steifer zu machen, verschiebt das Problem ein Stück, löst es aber nicht und gerät in Konflikt mit den hochrangigen Zielen „Weniger Gewicht” und „Reduktion der Kosten”. Dabei müssen immer die Gesamtkosten im Blick gehalten werden. Dazu gehören Forschungs-, Entwicklungs- und Testphasenkosten, Prüfkosten, Herstellungskosten, Transport- und Aufbaukosten, Betriebs- und Wartungskosten, Kosten von Nichtverfügbarkeiten bei Produktionsausfällen, Reparaturkosten, Versicherungskosten sowie, nicht zu vergessen, die Abbau- und Entsorgungskosten am Ende der Lebenszeit einer Anlage.
Ist das gegenwärtige Standardkonzept für Windenergieanlagen mit einer dreiflügeligen Turbine auf einem hohen Turm oder Mast für den zweistelligen Megawattbereich technisch und wirtschaftlich tragfähig genug? Nach Analysen des Autors sind die Anforderungen an den Triebstrang bei Leistungen im zweistelligen Megawattbereich durch innovative Lösungen durchaus beherrschbar, ohne Massen und Kosten überproportional in die Höhe zu treiben. Das eigentliche Problem liegt bei den Rotoren.
Kontinuierliche Forschung und Entwicklung kann zwar Leistungs- und Ertragssteigerungen durch Erhöhung des aerodynamischen, des mechanischen, des elektrischen Wirkungsgrades sowie durch optimale Betriebsführung erzielen, Leistungssteigerungen in den angepeilten Größenordnungen jedoch erfordern eine erhebliche Vergrößerung der Winderntefläche. Folglich müssen die Rotordurchmesser wachsen. Dazu müssen die Blattlängen, die Blatttiefen, die Durchmesser der Blattwurzeln, der Durchmesser der Nabe und damit die Massen und die Kosten des Rotors wachsen. Die Druck-, Zug- und Biegebeanspruchungen alleine schon durch Schwer- und Fliehkraft steigen überproportional. Dazu kommen die dynamischen Lasten, Wechsellasten und Lastspitzen durch die größer werdenden Differenzen der Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen (mit Differenzwinkeln bis über 100°) zwischen der unteren und der oberen Zone der Rotorfläche sowie durch lokale Böen, dazu kommen Unwuchten. Zu alledem muss die Bahngeschwindigkeit der Blattspitzen unterhalb kritischer Grenzen gehalten werden. Deshalb muss bei wachsenden Radien die Drehzahl gesenkt werden. In der Fachwelt wird erörtert, ob man zur Kostenreduktion nicht wieder von drei auf zwei Rotorblätter rückbauen und das schlechtere Azimut-Drehverhalten in Kauf nehmen sollte. Es wird überlegt, ob man nicht von der relativ komplizierten Pitch-Regelung wieder auf die einfachere Stall-Regelung der Rotorblätter zurückgehen sollte. Die sich aus alldem ergebende Ertragsminderung wiederum müsste durch Erhöhung des Drehmoments kompensiert werden, was die Rotorblätter wegen der Vergrößerung der Blatttiefen wieder schwerer macht. Ein weiteres Problem ergibt sich aus Prüfung, Wartung und Instandhaltung der Rotorblätter. In Kenntnis der Probleme, die bereits die heutigen Rotorblätter insgesamt verursachen, wenn man die Gesamtszene betrachtet, so muss für die Zukunft mit gewaltigen Aufgaben gerechnet werden, die zu lösen sind. Die Lösungen werden teuer.
Nach allen Erfahrungen mit großen technischen Problemen ist die Annahme vernünftig, dass Rotorblattprobleme, rein technisch betrachtet, in Zukunft gelöst werden können, wenn auch mit enormen Anstrengungen. Ein ganz anderes Problem ist jedoch die Wirtschaftlichkeit: Ab wie viel Megawatt Leistung ist eine Einzelanlage nicht mehr wirtschaftlich konkurrenzfähig gegen zwei Anlagen mit je der halben Leistung? Niemand kann heute diese Frage genau beantworten. Es gibt aber Indizien, die darauf hinweisen, dass das Konzept „Turbine”, also eine Anlage mit Rotor, früher an wirtschaftliche Grenzen stoßen wird, als befürchtet.
Die Erfindung geht aus den erörterten Gründen vom Turbinenkonzept ab und setzt auf das im Kern schon uralte, vor mehreren tausend Jahren schon in Persien bekannte Konzept eines vom Wind auf und ab bewegten aerodynamischen Körpers, ein Konzept, das als simple „Schlagflügelpumpe” begann und nun entsprechend der Erfindung als Hubflügelsystem für Leistungen bis 20 Megawatt ausgelegt wird. Von großem Zusatznutzen ist dabei die robuste und zuverlässige hydraulische Umformung der hin und her gehenden Hubbewegung über einen Speicher in eine Drehbewegung mit konstanter Drehzahl zur Produktion an „Premiumstrom” als „Netzbetreibers Liebling”.

Im Zuge der Recherchen wurde eine große Zahl einschlägiger Patente und Gebrauchsmuster in Betracht gezogen und geprüft. Sie reichen zurück bis ins 19. Jahrhundert. Es folgt eine Auswahl der aufgefundenen und geprüften Patentdokumente, die sich auf oszillierende aerodynamische Antriebe beziehen in zeitlicher Ordnung nach Prioritätsdatum:

US 148,927	24.03.1874	US 1,281,618	15.01.1918	US 3,109,494	13.04.1961
US 170,326A	23.11.1875	US 1,302,889	06.05.1919	US 3,508,840	09.04.1968
US 237,851	15.02.1881	FR 510,435	21.02.1920	US 3,584,811	30.04.1968
US 258,650A	30.05.1882	US 1,486,040	24.08.1921	US 3,783,858	01.09.1971
US 276,939A	01.05.1883	US 1,490,787	20.03.1922	US 4,024,409	07.01.1975
US 640,003	26.12.1899	DE 433 513	17.05.1924	DE 2 524 145	30.05.1975
US 717,110	30.12.1902	US 2,151,172	19.04.1938	US 3,995,972	07.12.1976
US 804,676	14.11.1905	US 2,465,285	23.12.1944	US 4,184,805	09.03.1978
US 995,419	13.06.1911	US 2,622,686	27.02.1948	US 474,839	17.05.1982
US 1,000,351	08.08.1911	US 2,465,285	22.03.1949	US 4,470,770	28.06.1982
US 1,221,090	03.04.1917	US 3,040,976	17.08.1959	US 4,595,336	17.08.1984
				WO 2004/110859	23.12.2004
				WO 2008/144938	30.05.2008

Unter den vorgeschlagenen Lösungen sind windgetriebene Flügel, die sich an Hebeln oder komplizierteren Trägersystemen auf und ab bewegen können. Die Anstellwinkel werden zwischen der Auf- und der Abbewegung meist mechanisch umgestellt. Unter diesen Vorschlägen ist keiner, der für Anwendungen im ein- oder gar zweistelligen Megawattbereich vorgesehen ist, oder auch nur entfernt geeignet wäre. Weder die Flügelsysteme noch vor allem die Trägersysteme werden den Anforderungen solch hoher Leistungen gerecht. Die vorgesehenen Trägersysteme sind allenfalls für Kleinwindanlagen nicht jedoch für Hubhöhen in der Größenordnung von 80 bis 200 m geeignet. Die Vorschläge nach Stand der Technik sind, bei allem Respekt, Spielzeuge gemessen am Anspruch der Aufgabenstellung, die der Erfindung zugrunde liegt.
5. Die Aufgaben, die der Erfindung zu Grunde liegen
Der Erfindung liegen die folgenden Aufgaben zu Grunde: Es soll eine technische Vorrichtung für die Nutzung der Strömungsenergie eines fluiden Mediums, vorrangig des Windes, geschaffen werden, die folgenden Eigenschaften hat:

1. Sie soll im hohen Megawattbereich arbeiten können und ein Potenzial bis 20 MW oder mehr haben.
2. Sie soll einen hohen Erntegrad sowie einen hohen aerodynamischen, mechanischen und elektrischen Wirkungsgrad haben.
3. Sie soll sogar bei Sturm sicher arbeiten können.
4. Sie soll besonders netzfreundlich sein. Sie soll „Premiumstrom” liefern, d. h. Strom mit präziser Sinusform, mit konstanter Frequenz und konstanter Spannung.
5. Sie soll zuverlässig vor Blitz-, Hagelschlag oder Sandstürmen geschützt werden können.
6. Sie soll ein geringes Masse/Leistungs-Verhältnis haben.
7. Sie soll einen niedrigen, breit aufgestellten und standsicheren Grundkörper (z. B. Mast) haben und dauerhaft sicher gegründet werden können.
8. Sie soll robust, zuverlässig, wartungsarm und langlebig sein.
9. Sie soll besonders wartungs- und reparaturfreundlich sein.
10. Sie soll dem Servicepersonal die Arbeit leicht machen.
11. Sie soll leicht und zu niedrigen Kosten versicherbar sein.
12. Die Kosten pro kWh sollen über die gesamte Lebenszeit kleiner sein als bei den fortschrittlichsten Anlagen nach Stand der Technik.

6. Die erfindungsgemäße Lösung
Eine Vorrichtung entsprechend der Erfindung ist in Anspruch 1 detailliert beschrieben und besteht im Wesentlichen aus vier Komponenten:

1. einem kurzen, gedrungenen kreis- oder polygonförmigen, durch seinen großen Durchmesser überaus standfesten Grundkörper 1, z. B. mit einer Gitterstruktur;
2. einem Hubflügelsystem 2, das aus einem oder aus mehreren waagerecht übereinander gestaffelten, miteinander verbundenen Flügeln besteht, die eine Auf- und Abwärtsbewegung innerhalb eines Hubbereichs von ca. 80–200 Metern vollführen können;
3. einem Falt-Hub-Gerüst 3, welches das Hubflügelsystem 2 mit dem Grundkörper 1 verbindet und das vorzugsweise mit einer Parallelogramm-Faltkinematik ”over-the-center” arbeitet;
4. sowie aus vorzugsweise hydraulischen Energiewandlern 4, 5 und 6, welche die vom Falt-Hub-Gerüst 3 übertragene Hub-Energie über einen Kurz- oder Langzeitspeicher (z. B. Gasdruckspeicher) in eine Drehbewegung mit konstanter Drehzahl z. B. zur Produktion von „Premiumstrom” umwandeln.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein so ausgeführtes Hubflügelkonzept dem Turbinenkonzept aus folgenden Gründen fundamental überlegen ist:

– Ein Hubflügelsystem, das sich parallel zu sich selbst im Wind auf und ab bewegt, überstreicht aus rein geometrischen Gründen in einem „Arbeitstakt” eine über 27% größere Erntefläche als der Rotor einer Windturbine gleicher Größe. Zur Begründung soll ein Flügelsystem aus drei waagerechten, übereinander gestaffelten Flügeln mit einer dreiflügeligen Turbine verglichen werden. Jeder Flügel soll die Länge 1 und eine Hubhöhe von 2 haben. Der Vergleichsrotor soll einen Radius von r = 1 haben. Der Durchmesser von d = 2 entspricht dann genau der Hubhöhe. Beide Konzepte sind also direkt vergleichbar. Die von einem Rotorblatt bei einem „Arbeitstakt” (= einer vollen Umdrehung) überstrichene kreisförmige Erntefläche (π·r²) beträgt π·1² = π. Drei Rotorblätter überstreichen dann in einem „Arbeitstakt” eine Erntefläche von 3π. Das Flügelsystem mit drei Flügeln der Länge 1 überstreicht bei einem „Arbeitstakt” (= einmal auf und einmal ab) zweimal eine Fläche von 2·1, also die Gesamtfläche 3·2·2 = 12. 12 dividiert durch 3π ergibt 1,273239... Dies ist ein Mehr von über 27%, was zu beweisen war. Tatsächlich ist der Vergleich noch etwas ungünstiger für den Rotor, denn bei einem Rotorradius von 1 hat ein Rotorblatt eine Länge kleiner als 1, da der Nabenbereich, der ja keinen Auftrieb beisteuert, abgezogen werden muss. Dies verschiebt das Größenverhältnis der Ernteflächen noch einmal zusätzlich zu Gunsten des Flügelsystems. Das Hubflügelsystem 2 ist ferner nur halb so breit wie der Rotor eines vergleichbaren Turbinensystems, da es beim Auf und Ab dieselbe Fläche (von 2·1) zweimal überstreicht.
– Ein Hubflügelsystem, das sich parallel zu sich selbst und mit stets optimal eingestelltem Anstellwinkel sowie optimierter mehrteiliger Kontur im Wind auf und ab bewegt, hat einen höhe ren Auftrieb und damit Energieertrag als ein rotierendes Blatt einer Windturbine. Das Flügelsystem wird über seine gesamte Länge und immer ungestört mit derselben hohen Windgeschwindigkeit angeströmt. Der Flügel ist in seiner Mitte an einem von unten schräg nach vorne hoch ragenden Tragsporn angebracht, der den Auftrieb im Mittelbereich nahezu ungestört lässt. Die Rotorblätter der Windturbine hingegen haben keinen Vortrieb im Nabenbereich und durchlaufen dreimal pro Umdrehung die aerodynamisch gestörte Zone vor dem Turm.
– Das Hubflügelsystem ist erheblich robuster als ein Rotor. Jeder der drei Flügel aus dem obigen Beispiel mit der Länge 1 hat einen stabilen Holm als „Rückgrat”. Dieser erstreckt sich in jedem Flügel durchgehend von der einen bis zur anderen Flügelspitze. Das Flügelsystem wird in seiner Mitte von einem Tragsporn gehalten. Die Biegelänge eines Flügels ist also ½ und damit nur halb so groß wie die Biegelänge eines nur an einem Ende mit der Nabe befestigten Rotorblatts mit der Länge 1. Weiterhin demonstriert jedes Flugzeug, dass ein Flügel Windgeschwindigkeiten weit oberhalb der Orkanstärke im Dauerbetrieb unbeschadet aushalten kann. Ein Rotor hingegen muss schon ab etwa 25 m/sec (= 90 km/h) in Neutralstellung gebracht und abgeschaltet werden.
– Ein Hubflügelsystem kann mit wenig Zusatzaufwand in weiten Grenzen durch zusätzliche Flügel erweitert werden. Entsprechend erhöhen sich Leistung und Energieertrag des Systems. Der Rotor einer Turbine hingegen kann grundsätzlich nicht auf vier, fünf oder mehr Rotorblätter erweitert werden.
– Ein Flügel des Hubflügelsystems kann in leicht transportierbare und gut handhabbare Segmente unterteilt werden. Die Verbindungsflansche dieser Segmente können als aerodynamische Zäune genutzt werden. Jedes einzelne Segment 25 ist durch je ein eigenes hochzugfestes und schlagzähes Zugmittel 26 (z. B. ein Kevlarseil), das im Inneren des Flügels verläuft, mit dem Tragsporn 31 fest verbunden. Im unwahrscheinlichen Fall eines Flügelbruchs können die Teile nicht wegfliegen. Dieses Sicherheitsmittel ist vergleichbar den Sicherheitsseilen, mit denen die Räder von Formel-1 Rennwagen gesichert werden.
– Ein ”over-the-center” arbeitendes Falt-Hub-Gerüst 3 mit Rhombus- oder vorzugsweise Parallelogramm-Kinematik ist ein sehr effektives, robustes, technisch reifes und im Kranbau seit vielen Jahrzehnten erfolgreiches Mittel, um eine Last schnell über große Höhenunterschiede zu bewegen. Für Jedermann augenfällig und erlebbar ist das in der rhombischen Version bei der wohlbekannten „Nürnberger Schere”.
– Für die Energiewandlung von der hin und her gehenden Bewegung über die Kurz- oder Langzeitspeicherung zur Drehbewegung, die dann durch Generatoren (z. B. Permanentmagnet-Synchrongeneratoren) mit konstanter Drehzahl, ohne Umrichter und deren Verluste, in netzfreundlichen elektrischen Premiumstrom umgewandelt wird, ist die Industrie-Hydraulik das ideale Mittel. Sie hat seit vielen Jahrzehnten weltweit in millionenfachen Anwendungen auch unter widrigsten Einsatzbedingungen z. B. in der Bagger-, Hubzeug- und Krantechnik sowie in der Flugzeugtechnik (z. B. Einfahren, Ausfahren und Fixieren der großen Fahrgestel le) ihre enorme Robustheit und Zuverlässigkeit unter Beweis gestellt.
– Ein herausragender Vorteil des Hubflügelkonzepts gegenüber dem Turbinenkonzept besteht darin, dass alle schweren Aggregate, die Hydraulik wie auch die Generatoren, nicht in 80 bis 160 m Höhe sondern direkt unten am Boden oder nahe der Meeresoberfläche in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht sind.
– Das Falt-Hub-Konzept eröffnet überaus vorteilhafte Möglichkeiten, wirtschaftlich erhebliche Schadensquellen zu eliminieren und die wirtschaftlich kritischen Servicekosten drastisch zu senken, was besonders offshore große Auswirkungen hat. Bei Gewitter, Eisregen, Hagelschlag, Sandsturm etc. oder aber für Wartungs- oder Reparaturarbeiten wird das Falt-Hub-Gerüst 3 mittels der sowieso schon vorhandenen Hydraulik um eine waagerechte Achse herab geschwenkt. Dort befindet sich ein Schutzgehäuse 8, welches über das Hubflügelsystem 2 gefahren oder geschwenkt oder geklappt oder über diesem entfaltet wird. Das Schutzgehäuse 8 befindet sich auf einer Fläche am Erdboden oder auf einer Plattform nahe der Meeresoberfläche oder auf Deck eines Schiffes oder Pontons zum Schutz des Hubflügelsystems 2 und zur Gewährleistung optimaler Arbeitsbedingungen für das Servicepersonal.

8. Ausgestaltungen der Erfindung
Die Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung sind in 17 Ansprüchen formuliert. Im Folgenden eine Auswahl der wichtigsten dargestellt:

Anspruch 2. ist eine Variante der Erfindung, bei der das Hubflügelsystem 2 an seinen seitlichen Enden mit senkrecht stehenden Winglets 21 ausgerüstet ist. Die Winglets sind zum Wind hin leicht pfeilförmig angeordnet. Sie sichern so die Azimutausrichtung des Hubflügelsystems 2 nach Lee auch bei geringer Exzentrizität des Windangriffsschwerpunktes. Wenn das Hubflügelsystemen 2 mehrere Flügel hat, verbinden die Winglets die äußeren Enden der Flügel und erhöhen so die Stabilität des ganzen Systems.
Anspruch 3. Ein ernst zu nehmendes Problem bei großen Windenergieanlagen ist ihre wachsende Höhe. Die Rotorspitze der zurzeit höchsten Anlage ragt über 200 m hoch. Zwar erhöht sich dadurch der Ertrag, aber die Kollisionsgefahr mit Flugzeugen wird erhöht, Vogelschwärme werden irritiert, Einschläge von Blitzen werden wahrscheinlicher und deren Folgen werden verschlimmert. Eine erfindungsgemäßes Hubflügelsystem 2 hat nach diesen Kriterien große Vorteile. Das Hubflügelsystem 2 kann mit einem kleinen Radarsystem ausgerüstet werden, welches bei jedem Hub oder in bestimmten Hubintervallen den umgebenden Luftraum überwacht und bei Annäherung eines Flugobjekts oder eines Vogelschwarms automatisch die Höhe der Hubbewegung so anpasst, dass keine Kollision geschehen kann. Das System ist ferner auch als Wetterradar ausgelegt, das sich nähernde Gewitter oder Hagelfronten feststellen kann. In einem solchen Fall kann die gesamte Windenergieanlage, auch vollautomatisch, um die Schwenkvorrichtung 32 herunter geschwenkt und unter dem Schutzgehäuse 8 in Sicherheit gebracht werden. Das Hubflügelsystem 2 kann auch in ein Flugüberwachungs-, Seeüberwachungs- oder in ein Wetterdatennetzwerk einbezogen werden.
Anspruch 11. ist eine Anwendung der Erfindung zur Nutzung von Schwachwind. Wenn die Windgeschwindigkeit so gering ist, dass das Hubflügelsystem 2 nur langsam oder gar nicht angehoben werden kann, so wird die Arbeitsweise des ersten Energiewandlers 4 in der Hubphase umgekehrt. Er arbeitet jetzt als Hydraulikmotor und unterstützt oder bewirkt aktiv den Aufwärtshub des Hubflügelsystems 2. Der Abwärtshub wird dann durch Wind und Gewicht gemeinsam getrieben. Ab einer gewissen Mindestwindgeschwindigkeit ist dann die Gesamtenergiebilanz positiv genug, um wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden zu können.
Anspruch 12. ist eine Ausgestaltung der Erfindung durch ein Verfahren zur Optimierung des Energieertrags in einem Windpark mit vielen solchen Anlagen. Weil das Hubflügelsystem 2 nur halb so breit ist wie eine vergleichbare Turbine, können Hubflügelsysteme 2 viel dichter nebeneinander aufgestellt werden als Turbinen. Ein weiterer fundamentaler Vorteil eines Hubflüge/systems 2 liegt in Folgendem: In einem Windpark mit Windturbinen nach Stand der Technik stören die in Windrichtung vorderen Anlagen die hinter ihnen stehenden Anlagen durch ihre Wirbelschleppe aus energiearmem und turbulentem Wind. Deshalb müssen die Turbinen in Hauptwindrichtung große Abstände voneinander haben. Trotzdem ist der Gesamtertrag des Windparks kleiner als die Summe der Erträge, welche die Anlagen einzeln stehend erbringen würden. Die Hubbewegung jeder erfindungsgemäßen Anlage in einem Windpark hingegen kann so gesteuert werden, dass sie gegenüber der Hubbewegung der Anlage, die in Windrichtung vor ihr liegt, phasenverschoben arbeitet. Anlagen, die in Windrichtung hintereinander liegen, arbeiten durch eine so synchronisierte Steuerung wie eine durchlaufende Welle von Auf- und Abbewegungen. Die Wirbelzone einer Anlage trifft auf diese Weise lediglich in der oberen und unteren Randzone kurz die hinter ihr liegenden Anlagen. Die bringt jedoch keinen Ertragsverlust, weil in diesen Zonen sowieso die Anstellwinkel der Flügel umgekehrt werden.
Anspruch 16. ist eine Anwendung der Erfindung, bei der jeder Flügel des Hubflügelsystems 2 durch einen waagerecht rotierenden zylinderförmigen Flettner-Rotor 22 ersetzt wird. Dieser rotiert im Aufwärtshub so, dass sich die Oberseite mit dem Wind und die Unterseite gegen den Wind bewegen. Im Abwärtshub rotiert er in Gegenrichtung. Ein Flettner-Rotor ist ein rotierender Zylinder. Wenn er vom Wind senkrecht zu seiner Längsachse angeströmt wird, entwickelt sich eine Kraft senkrecht zur Windrichtung und senkrecht zur Längsachse des Rotors in Richtung der Seite, auf der die Luft in Drehrichtung des Rotors strömt. Die Rotation kann vorteilhafter Weise durch den Wind selbst erzeugt werden. Dazu verfügt jeder zylinderförmige Flettner-Rotor 22 vorzugsweise an beiden Enden über zwei Paare von Savonius-Rotoren 23 und/oder Darrieus- Rotoren 24 mit waagerechten Achsen und einer Mehrzahl von vorzugsweise spiraligen Rotorblättern. Ein Paar ist für die Aufwärtsrotation zuständig. Das andere Paar hat Blattwinkel mit gegenteiliger Steigung und ist für die Abwärtsrotation zuständig. Das jeweils inaktive Paar wird durch ein Paar von Abdeckungen in Form von axial verschieblichen Zylindermänteln überdeckt und dadurch inaktiviert. Die Abdeckungen werden zu diesem Zweck durch Mittel nach Stand der Technik hin und her geschoben. Die Rotoren können noch zusätzlich temporär durch einen Elektroantrieb unterstützt werden.

7. Die Vorteile der Erfindung
Die Erfindung hat eine große Zahl von Vorteilen:

1. Die Erfindung hat das Potenzial, technisch zuverlässig und vor allem wirtschaftlich erfolgreich in den zweistelligen Leistungsbereich bis 20 Megawatt vorzustoßen.
2. Das Hubflügelsystem hat bei vergleichbaren Abmessungen eine um mehr als 27% größere Erntefläche als eine Windturbine.
3. Hubflügel haben einen höheren aerodynamischen Wirkungsgrad und deshalb einen höheren Erntegrad als Rotorblätter gleicher Gesamtlänge.
4. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt, gemessen an der Größenordnung, vergleichsweise geringe Entwicklungskosten, denn ihre drei Kernkomponenten sind, jede für sich, Stand der Technik. In jedem dieser Bereiche existiert bereits die volle Kompetenz in der einschlägigen Industrie: – Das Hubflügelsystem unterscheidet sich nur gering von Flugzeugtragflächen und kann von jedem Flugzeugbauer entwickelt und produziert werden. – Das Falt-Hub-Gerüst profitiert von der hohen Kompetenz, sowie von den bereits vorhandenen Komponenten bei der Kranbauindustrie. – Die Energiewandler sind allenfalls geringfügig angepasste Standardkomponenten aus dem Sortiment der Hydraulikindustrie.
5. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung produziert ohne Umrichterverluste besonders netzfreundlichen elektrischen Strom, der als „Premiumstrom” bezeichnet wird. Es ist Strom mit präziser Sinusform, mit konstanter Frequenz und konstanter Spannung.
6. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann sogar bei Sturm arbeiten. Bei einem Flugzeug hält eine Tragfläche Windgeschwindigkeiten aus, die weit über Sturmstärke liegen.
7. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist zuverlässig, wartungsarm und langlebig.
8. Alles was schwer ist, befindet sich unten am Boden oder offshore nahe der Wasseroberfläche in einem geschlossenen Gehäuse und ist deshalb besonders wartungs- und reparaturfreundlich. Dem Servicepersonal wird die Arbeit besonders leicht gemacht. Die Servicekosten sind weit geringer als bei Windturbinen nach Stand der Technik.
9. Auch alle Wartungsarbeiten am Hubflügelsystem werden unten am Boden oder offshore auf einer Serviceplattform nahe der Wasseroberfläche oder auf einem Serviceschiff in einem geschlossenen Schutzgehäuse gemacht. Das Hubflügelsystem kann dazu herunter geschwenkt und im Schutzgehäuse geborgen werden. Auf diese Weise kann es auch zuverlässig gegen Blitz- oder Hagelschlag geschützt werden, sogar vollautomatisch.
10. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach und zu niedrigen Kosten versicherbar.
11. Die Kosten pro kWh sind über die gesamte Lebenszeit hin geringer als bei den fortschrittlichsten Windturbinen nach Stand der Technik.

9. Anwendungsbereiche der Erfindung
Die Erfindung dient vorrangig der Energiegewinnung aus Wind aber auch aus Gezeiten- und anderen Meeresströmungen. Sie ist für alle Leistungsklassen geeignet. Der Schwerpunkt liegt jedoch bei der zuverlässigen Beherrschung von Leistungen im zweistelligen Megawattbereich und der Erzeugung an Premiumstrom, d. h. Strom mit präziser Sinusschwingung, konstanter Spannung und konstanter Frequenz.

1: Grundkörper oder in Anspruch 14 Pylon
11: Azimutlager
12: Zugmittel
2: Hubflügelsystem
21: Winglets
22: Flettner-Rotoren
23: Savonius-Rotor
24: Darrieus-Rotor
25: Flügelsegment
26: Zugmittel zum Festhalten eines einzelnen Flügelsegments am Tragsporn im Falle eines Flügelbruchs
3: Falt-Hub-Gerüst
30: mehrteilige Teleskopvorrichtung statt Falt-Hub-Gerüst (nach Anspruch 6.)
31: Tragsporn am oberen Ende des Falt-Hub-Gerüsts, der das Hubflügelsystem 2 trägt
32: Schwenkvorrichtung, mit der das gesamte Falt-Hub-Gerüst nach unten geschwenkt werden kann
33: tribologisch und reibungsoptimierte Speziallager
4: erster Energiewandler
41: Liftsystem mit dem der erste Energiewandler 4 zur Basis des Grundkörpers herunter gefahren werden kann
5: Energiespeicher
6: zweiter Energiewandler
7: dritter Energiewandler (z. B. ein oder mehrere Generatoren für Premiumstrom)
8: Schutzgehäuse

Erläuterungen zu den Zeichnungen
1 Die Prinzipdarstellung zeigt Querschnitte eines einteiligen Einzelflügels in Aufwärts- und Abwärtsposition
2 Die Prinzipdarstellung zeigt Querschnitte eines mehrteiligen Einzelflügels in Aufwärts- und Abwärtsposition
3 Prinzipdarstellung eines Hub-Faltgerüsts mit Hubflügel in Aufwärtsbewegung
4 Prinzipdarstellung eines Hub-Faltgerüsts mit Hubflügel in Abwärtsbewegung
5 Prinzipdarstellung eines Hub-Faltgerüsts mit Hubflügel in fast niedrigster Stellung
6 Prinzipdarstellung eines Hub-Faltgerüsts mit Dreifach-Hubflügel in Abwärtsbewegung
7 Prinzipdarstellung eines Hub-Faltgerüsts mit Hubflügel in herunter geschwenkter Stellung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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- WO 2008/144938 [0007]

Claims

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hubflügelsystem zur Nutzung von Windenergie und anderen Strömungsenergien. Sie ist für alle Leistungsklassen geeignet. Der Schwerpunkt liegt jedoch bei der zuverlässigen Beherrschung von Leistungen im zweistelligen Megawattbereich, insbesondere offshore. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale 1.1. bis 1.15.: 1.1. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus – einem Grundkörper 1, vorzugsweise einem kurzen Gittermast mit großem Basisumfang; – einem Hubflügelsystem 2, das die Windenergie in eine mechanische Auf- und Abbewegung parallel zu sich selbst umformt; – einem Falt-Hub-Gerüst 3 für große Hubhöhen; – einem ersten Energiewandler 4 (z. B. eine Mehrkolben-Hydraulikpumpe); – einem Energiespeicher 5 (z. B. ein Druckspeicher); – einem zweiten Energiewandler 6, z. B. zur Erzeugung mechanischer Rotationsenergie (z. B. ein Mehrkolben-Hydraulikmotor); – einem dritten Energiewandler 7 (z. B. einem oder mehreren Generatoren), welche die Rotationsenergie in elektrische Premium-Energie umwandeln; – einem Schutzgehäuse 8 auf dem Erdboden oder nahe der Meeresoberfläche, zum Schutz des Hubflügelsystems 2 vor Sturm sowie als geschützter Raum für Wartung und Reparatur. 1.2. Der Grundkörper 1 hat vorzugsweise die Form eines kurzen kreis- oder polygonförmigen Kegelstumpfs oder ist gleich oder ähnlich einem Rotations-Hyperboloid. Er hat eine sehr großflächige besonders standfeste Basis und ist nur mäßig hoch. Er ist wesentlich niedriger als die Türme oder Masten von Windenergieanlagen nach Stand der Technik. Eine typische Höhe des Grundkörpers 1 beträgt vorzugsweise weniger als 100 m, weiterhin vorzugsweise weniger als 50 m. 1.3. Der Grundkörper 1 ist vorzugsweise ein Gittermast. Er hat an seinem unteren Ende vorzugsweise mehrteilige separate Gründungsvorrichtungen. Das obere Ende des Grundkörpers 1 trägt ein Azimutlager 11 nach Stand der Technik, das für sehr hohe Kipplasten ausgelegt ist. Das erfindungsgemäße System ist ein vorzugsweise mit geringer Exzentrizität in Lee arbeitendes System. Das Falt-Hub-Gerüst 3 mit dem Hubflügelsystem 2 dreht sich passiv, oder eventuell zusätzlich aktiv unterstützt durch Azimut-Stellvorrichtungen nach Stand der Technik, nach Lee. 1.4. Das Hubflügelsystem 2 besteht aus einem oder vorzugsweise aus mehreren waagerechten Flügeln. Sie sind vorzugsweise positiv gepfeilt, sind übereinander gestaffelt und fest oder definiert beweglich miteinander verbundenen. 1.5. Jeder einzelne Flügel des Hubflügelsystems 2 kann einteilig und symmetrisch zu einer Flügelsehne oder zur besseren aerodynamischen Anpassung mehrteilig sein. Die Teile eines Einzelflügels sind miteinander beweglich verbunden durch Mittel, die vergleichbar den Befestigungen der verschiedenen aerodynamischen Vorrichtungen an den Tragflächen von Flugzeugen sind wie mehrteilige Landeklappen, Vorflügel, Querruder, Luftbremsen etc. Die Ausrichtung der Teile nach den jeweiligen aerodynamischen Erfordernissen der aufwärts oder abwärts gerichteten Bewegung erfolgt vorzugsweise durch hydraulische oder elektrische Stellmotoren. 1.6. Das Hubflügelsystem 2 verfügt über Sensoren (z. B. ein Staurohr etc.) zur Erfassung und eine Elektronik zur Auswertung von Richtung und Geschwindigkeit der Anströmung des Fluids (z. B. der Luft) sowie über Aktoren zur jeweils aerodynamisch optimalen Positionierung beweglicher Elemente des Hubflügelsystems 2. 1.7. Das Falt-Hub-Gerüst 3 ist die Verbindung zwischen Grundkörper 1 und Hubflügelsystem 2. Es dient dazu, das Hubflügelsystem 2 zu tragen, dieses stabil zu halten und dessen Bewegung zu kontrollieren sowie die Energie der Auf- und Abbewegung über einen großen Höhenbereich aufzunehmen und auf den ersten Energiewandler 4 zu übertragen. Das Falt-Hub-Gerüst 3 ist eine Gitter-, Rohr- oder vorzugsweise eine Schalenkonstruktion aus einer Mehrzahl von im Wesentlichen gleichen Teilstücken, die sich bei jeder Hubbewegung durch eine Parallelogramm- oder Rhombus- oder sonstigen Kinematik nach Stand der Technik auseinander- und wieder zusammenfalten. Das Falt-Hub-Gerüst 3 ermöglicht so eine „Überkopf”-Hubbewegung des Hubflügelsystems 2 senkrecht oder ungefähr senkrecht über dem Grundkörper 1 oder auch eine nichtlineare Hubbewegung, z. B. eine in senkrechter Richtung langgezogene geschlossene Ellipse. Typische Hubhöhen über dem Grundkörper 1 liegen z. B. zwischen 80 und 200 m. Die Hubhöhe sowie das jeweils aktuelle Hubfeld innerhalb des möglichen Gesamthubbereichs sind variabel und können an die Windverhältnisse und deren Höhenstaffelung angepasst werden. 1.8. Das Falt-Hub-Gerüst 3 ist an seinem unteren Ende mit dem Grundkörper 1 über das Azimutlager 11 um eine senkrechte geometrische Achse drehfähig fest verbunden. An seinem oberen Ende trägt es einen Tragsporn 31. Dieser ist an seinem unteren Ende kinematisch so mit dem Falt-Hub-Gerüst 3 verbunden, dass er, unabhängig von der Faltstellung des Falt-Hub-Gerüsts 3, immer den gleichen Winkel zur Senkrechten bildet. Das obere Ende des Tragsporns 31 ist mit der waagerechten Mitte des Hubflügelsystems 2 in der Weise drehschwingfähig fest verbunden, dass dieses um eine waagerechte Achse innerhalb eines definierten Anstellwinkelbereichs gedreht und wieder fixiert werden kann. Der Tragsporn 31 ist so lang, dass das Hubflügelsystem 2 aerodynamisch nicht vom Falt-Hub-Gerüst 3 beeinflusst wird. 1.9. Das Falt-Hub-Gerüst 3 verfügt an seiner Basis über eine Schwenkvorrichtung 32. Diese ermöglicht ein Umschwenken des gesamten Falt-Hub-Gerüsts 3 zusammen mit dem Hubflügelsystem 2 um eine waagerechte Achse. Der Schwenkbereich ist so ausgelegt, dass das Hubflügelsystem 2 auf einer Fläche am Erdboden oder offshore nahe der Meeresoberfläche auf einer Plattform oder auch in Lee beweglich auf dem Deck eines Schiffes oder Pontons abgelegt werden kann. Dort kann dann das Hubflügelsystem 2 durch das Schutzgehäuse 8 geschützt werden. 1.10. Das Falt-Hub-Gerüst 3 verfügt über tribologisch und reibungsoptimierte Speziallager 33 entsprechend einer weiteren Erfindung des Autors. 1.11. Der erste Energiewandler 4 ist am oberen Ende des Grundkörpers 1 unter der Basis des Falt-Hub-Gerüsts 3 angebracht. Er wandelt die mechanische Hubbewegung des Hubflügelsystems 2, die durch das Falt-Hub-Gerüst 3 übertragen wird, in der Weise um, dass sie im Energiespeicher 5, z. B. in Form von Gasdruck oder in Form der elastischen Spannung eines Festkörpersystems, gespeichert werden kann. Der erste Energiewandler 4 ist vorzugsweise ein Kolben-Hydrauliksystem. Er ist in ein Liftsystem 41 eingebaut, dass es erlaubt, ihn nach Lösen seiner mechanischen und hydraulischen Verbindungen zu Wartungszwecken an die Basis des Grundkörpers 1 in ein geschlossenes Gehäuse herunterzufahren. 1.12. Der Energiespeicher 5 basiert auf der Volumenänderung eines Gases oder der Verformung eines elastischen Mittels. Er ist vorzugsweise ein je nach Anwendungsfall für kurze oder lange Speicherzeiten ausgelegter Druckspeicher. 1.13. Der zweite Energiewandler 6 wandelt die im Energiespeicher 5 zwischengespeicherte Energie in die jeweils gewünschte Nutzenergie um. Der zweite Energiewandler 6 kann z. B. ein Hydromotor sein, der mechanische Rotationsenergie erzeugt. Diese wiederum treibt den dritten Energiewandler 7 an, z. B. einen oder mehrere Generatoren (z. B. Permanentmagnet-Synchrongeneratoren), die mit konstanter Drehzahl elektrischen Premiumstrom (= präzise Sinusform, konstante Spannung und konstante Frequenz) erzeugen. 1.14. Das Schutzgehäuse 8 befindet sich auf einer Fläche am Erdboden oder auf einer Plattform nahe der Meeresoberfläche oder auf Deck eines Schiffes oder Pontons. Es dient dem Schutz des Wartungspersonals und des Hubflügelsystems 2, wenn dieses z. B. bei Gewitter, Eisregen, Sandsturm etc. oder für Wartungs- oder Reparaturarbeiten, herab geschwenkt wurde. Es wird über das mittels der Schwenkvorrichtung 32 abgesenkte Hubflügelsystem 2 gefahren oder geschwenkt oder geklappt oder über diesem entfaltet. 1.15. Der zweite 6 und dritte Energiewandler 7 sowie der Energiespeicher 5 sind unten an der Basis des Grundkörpers 1 in einem geschlossenen Gehäuse angebracht. Unteransprüche
Variante der Erfindung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass das Hubflügelsystem 2 an seinen seitlichen Enden über Winglets 21 verfügt, die im Wesentlichen senkrecht stehen und nach oben und unten symmetrisch zur waagerechten Mittelebene des Hubflügelsystems 2 liegen. Die Winglets können weiterhin Steuerklappen tragen vergleichbar dem Seitenruder eines Flugzeugs. Die im Wesentlichen senkrecht stehenden Winglets 21 an den Enden des Hubflügelsystems 2 haben, von oben gesehen, eine zum Wind hin leicht pfeilförmige Anordnung, um auch bei geringer Exzentrizität des Windangriffsschwerpunktes die Azimutausrichtung des Hubflügelsystems 2 nach Lee zu sichern. Bei Hubflügelsystemen 2 mit mehreren Flügeln verbinden die Winglets zur Stabilitätserhöhung die äußeren Enden der Flügel. Sie sind dabei so nach Stand der Technik geformt, dass sie die Randwirbel und deren induzierten Widerstand vermindern.
Variante der Erfindung nach Anspruch 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, dass das Hubflügelsystem 2 mit einem Radarsystem ausgerüstet ist, welches bei jedem Hub oder in anderen Hubintervallen den umgebenden Luftraum überwacht und bei Annäherung eines Flugobjekts oder eines Vogelschwarms automatisch die Höhe der Hubbewegung so anpasst, dass keine Kollision geschehen kann. Das System ist ferner auch als Wetterradar ausgelegt, das sich nähernde Gewitter oder Hagelfronten feststellen kann. In einem solchen Fall kann die gesamte Windenergieanlage, wenn nötig auch automatisch, um die Schwenkvorrichtung 32 herunter geschwenkt und unter dem Schutzgehäuse 8 in Sicherheit gebracht werden. Das Hubflügelsystem 2 kann auch in ein Flugüberwachungs-, Seeüberwachungs- oder in ein Wetterdatennetzwerk einbezogen werden.
Ausgestaltung nach den Voransprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubflügelsystem 2 mit einem Leuchtfeuersystem ausgerüstet ist, welches dem Windenergiesystem einen Zusatzfunktion und einen Zusatznutzen gibt.
Variante der Erfindung nach den Voransprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubflügelsystem 2 mit einem Video- oder Kamerasystem ausgerüstet ist.
Variante der Erfindung nach den Voransprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Falt-Hub-Gerüst 3 durch eine mehrteilige Teleskopvorrichtung 30 nach Stand der Technik ersetzt wird.
Eine Variante der Erfindung nach den Voransprüchen, die durch folgendes gekennzeichnet ist: Der erste Energiewandler 4 ist ein Lineargenerator zur Erzeugung nach Stand der Technik. Der Energiespeicher 5 ist ein System zur Speicherung elektrischer Energie nach Stand der Technik. Der zweite 6 und dritte Energiewandler 7 sind System zur Umwandlung des erzeugten elektrischen Strom in netzfähigen Strom.
Ausgestaltung der Erfindung nach den Voransprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel des Hubflügelsystems 2 mit aerodynamischen Zäunen und/oder Vortexgeneratoren und/oder Grenzschichtenanblasung und/oder Grenzschichtenabsaugung ausgerüstet sind.
Ausgestaltung der Erfindung nach den Voransprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel des Anstellwinkels des Hubflügelsystems 2 durch eine rein mechanische Kinematik nach Stand der Technik erfolgt.
Ausgestaltung der Erfindung nach den Voransprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen des Hubflügelsystems 2 mit Solarzellen (z. B. Dünnschichtzellen) zur Stromerzeugung ausgerüstet sind.
Ausgestaltung der Erfindung entsprechend den Voransprüchen, mit einem Verfahren zur Nutzung von Schwachwind, gekennzeichnet durch folgendes: Wenn der Wind so schwach ist, dass das Hubflügelsystem 2 nur langsam oder gar nicht angehoben werden kann, so wird die Arbeitsweise des ersten Energiewandlers 4 in der Hubphase umgekehrt. Er arbeitet jetzt als Hydraulikmotor und unterstützt oder bewirkt aktiv den Aufwärtshub des Hubflügelsystems 2. Der Abwärtshub wird dann durch Wind und Gewicht gemeinsam getrieben. Ab einer gewissen Mindestwindgeschwindigkeit ist dann die Gesamtenergiebilanz positiv genug, um wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden zu können.
Ausgestaltung der Erfindung entsprechend den Voransprüchen, mit einem Verfahren zur Optimierung des Energieertrages eines Windparks mit vielen Anlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubbewegung einer Anlage in einem Windpark so gesteuert wird, dass sie phasenverschoben arbeitet gegenüber der Hubbewegung einer Anlagen, die in Windrichtung vor ihr liegt.
Variante der Erfindung entsprechend den Voransprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein erfindungsgemäßes System auf Wasserströmungen statt auf Wind angewendet wird. Solche Wasserströmungen können Gezeiten- und andere Meeresströmungen oder Flussströmungen sein.
Variante der Erfindung entsprechend den Voransprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper 1 durch einen schlanken, vorzugsweise umschwenkbaren Pylon 1 ersetzt wird, der rundum in mehrere (z. B. in acht) Richtungen durch Zugmittel 12 (z. B. Drahtseile) abgespannt ist. Die Zugmittel 12 sind in einem großen Radius um den Pylon 1 durch Anker im Boden oder im Meeresgrund befestigt.
Variante der Erfindung entsprechend den Voransprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiewandler 4 nicht am oberen Ende des Grundkörpers 1 sondern an dessen Basis angebracht ist. Die mechanische Energie aus den Hubbewegungen des Falt-Hub-Gerüsts 3 wird durch Schub- oder Zugmittel auf den ersten Energiewandler 4 übertragen.
Variante der Erfindung entsprechend den Voransprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flügel des Hubflügelsystems 2 aus leicht transportierbaren und gut handhabbaren Segmenten 25 besteht. Die Verbindungsflansche dieser Segmente 25 werden als aerodynamische Zäune genutzt. Jedes einzelne Segment 25 ist durch je ein eigenes hochzugfestes und schlagzähes Zugmittel 26 (z. B. ein Kevlarseil), das im Inneren des Flügels verläuft, mit dem Tragsporn 31 fest verbunden.
Variante der Erfindung entsprechend den Voransprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flügel des Hubflügelsystems 2 durch einen waagerecht rotierenden Flettner-Rotor 22 ersetzt wird, der im Aufwärtshub so rotiert, dass die Oberseite nach hinten und die Unterseite nach vorne läuft und im Abwärtshub in Gegenrichtung. In jeden der zylinderförmigen Flettner-Rotoren 22 sind vorzugsweise zwei an beiden Enden sitzende Paare von Savonius-Rotoren 23 und/oder Darrieus-Rotoren 24 mit waagerechten Achsen und einer Mehrzahl von Rotorblättern integriert. Ein Paar ist für die Aufwärtsrotation zuständig. Das andere Paar hat Blattwinkel mit gegenteiliger Steigung und ist für die Abwärtsrotation zuständig. Das jeweils inaktive Paar wird durch ein Paar von Abdeckungen in Form von axial verschieblichen Zylindermänteln überdeckt und dadurch inaktiviert. Die Abdeckungen werden zu diesem Zweck durch Mittel nach Stand der Technik hin und her geschoben. Die Rotoren können noch zusätzlich temporär durch einen Elektromotor unterstützt werden.