DE102009035240A1 - Steuerungsvorrichtung für frei ausfliegende Windangriffselemente mit einer Tragflächengröße von mehr als 20 m2 - Google Patents

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Abstract

In der kommerziellen Schifffahrt hat mit der Windkraftnutzung zum Schiffsvortrieb mittels gesteuerter, drachenartiger Windangriffselemente ein neues Zeitalter begonnen. Durch die Anbindung mittels eines Zugseils arbeitet das Windangriffselement in Höhen, die beim klassischen Segeln nicht nutzbar sind, in denen größere Windgeschwindigkeit und -stetigkeit herrschen. Auch bei Windenergieanlagen mit steuerbarem Drachen ist diese Technik anwendbar. Die vorliegende Steuerungsvorrichtung zeichnet sich durch eine Verbesserung hinsichtlich der Betriebssicherheit, Lebensdauer und Energieausbeute bekannter Systeme aus. Die vorgestellte Vielfalt praktikabler Problemlösungen basiert auf dem Prinzip der gegensinnigen Aufwicklung von Steuerleinen auf Seiltrommeln in zweckmäßiger Kombination mit aktiven und passiven Komponenten. Die Erfindung nutzt zur Ausführung von Steuerbewegungen die vorhandenen Zugkräfte und erzielt hohe Steuergeschwindigkeiten sogar unter extremer Last. Da sie ohne schwerfällige Steuerantriebe auskommt, reduziert sie das mitgeführte Gewicht und den Aufwand der Gondel-Energieversorgung. Die daraus resultierende Verbesserung der Flugdynamik wird verstärkt durch ein System individueller Verstellung der aerodynamischen Eigenschaften des Windangriffselements. Dadurch wird Steuersicherheit auch in Extremsituationen sichergestellt. Die segmentweise Beeinflussung der Antrömwinkel erzielt bei asymmetrischer Verstellung die Verbesserung der Flugdynamik. Die ...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines an einem Zugseil frei ausfliegenden, der Nutzung von Zugkraft dienenden Windangriffselements, welche aktive und passive Komponenten zur Veränderung der die Flugcharakteristik bestimmenden, wirksamen Längen von Leinen umfasst.
  • Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Windkraftnutzung für die Schifffahrt mittels gesteuerter, drachenartiger Windangriffselemente bekannt, die an einem Zugseil frei manövrierbar ausfliegen. Die Patente DE 10 2004 018 835 , DE 10 2004 018 837 , DE 10 2004 018 838 beschreiben die Windkraftnutzung durch frei ausfliegende Windangriffselemente zum Schiffsvortrieb, wie sie zurzeit in der kommerziellen Schifffahrt erprobt werden. Dabei wird das Wasserfahrzeug durch nur ein Zugseil mit einer Gondel verbunden, die über mindestens ein aktives Antriebselement zur Veränderung der aerodynamischen Wirkung des Windangriffselementes verfügt. In den Ansprüchen der DE 10 2004 018 835 und der DE 10 2004 018 837 wird explizit von aktiven Antriebselementen zur Veränderung der aerodynamischen Wirkung ausgegangen, also baulichen Komponenten, deren Betrieb eine direkt den Stell- und Steuerungsaufgaben entsprechend leistungsfähige Energieversorgung erfordert. In DE 10 2004 018 837 sind als aktives Antriebselement ein Antriebsmotor mit einem drehbar gelagerten Element, einer Wippe, einem Hebel, einer Zahnriemenscheibe vorgesehen, welches die Steuerleinen bewegt, die durch Flaschenzüge über- oder untersetzt werden können. Dieses findet auch Anwendung in den Anmeldungen der „Windenergieanlage mit steuerbarem Drachen” DE 20 2006 005 389 U1 , EP 00000200499 A1 , WO 2007/112993 A1 wobei hier die hohen, zum Fieren genutzten und die niedrigen, zum Einholen aufgewendeten Kräfte wesentlich durch die Position des Lenkdrachens bezüglich des Windfensters und der Windfensterränder bestimmt werden. Bei der derzeitigen Realisierung der Zugdrachensteuerung für Schiffe werden elektrische Getriebemotoren mit Zahnriemen und Umlenkungen in Form von Flaschenzügen eingesetzt. Zur Vermeidung von Überlastung wird in DE 10 2004 018 838 das Fieren des schiffsseitigen Zugseils genannt. Weiter ist unter DE 10 2005 019 226 , PCT/DE 2005/001182 und USA Patentanmeldung 11 876 189 ein System zur Speicherung von Hysteresebewegungen („system for accumulating hysteresis movements”) bekannt, welches repetitive, Hystereseschwellen über- und unterschreitende Kraftschwankungen an seinem Angriffspunkt nutzt, um diesen Punkt effektiv entgegen der Kraftrichtung zu bewegen und diese Bewegungen z. B. durch Aufwicklung von Seil zu kumulieren.
  • Die Anmeldung DE 10 2004 018 837 erklärt die vielfältige Veränderung der aerodynamischen Eigenschaften des Windangriffselements als wünschenswert und wesentliche Steuerungsgröße, halt aber wenig konkretisierte Vorrichtungen zur Durchführung dieser unterschiedlichen Aufgaben bereit.
  • Ein erster Nachteil bisher realisierter Vorrichtungen liegt in der Verwendung von Zahnriemen zur Betätigung der Steuerleinen. Hierbei besteht die Gefahr des Durchrutschens, und es ist ein genau rechter Winkel zwischen der frei im Raum liegenden Ebene des Zahnriemens und der Rotationsachse der Zahnriemenscheibe erforderlich, um Verschleiß zu vermeiden.
  • Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass die Tragflächensegmente von einer Gondel aus zum Teil direkt und zum Teil über Flaschenzugrollen gesteuert werden, wobei die ganzzahligen Teilungsverhältnisse bei extremen Steuerlagen zu großen Hubunterschieden und damit zu hoher Materialbelastung der Tragfläche an ihren Segmentgrenzen führen.
  • Der wesentliche Nachteil bisheriger Lösungen zur Verstellung und Steuerung des Windangriffselements besteht in der ausschließlich aktiven Betätigung der Steuerleinen, welche mit Energieeinsatz verbunden ist. Die Strömungswiderstände und -kräfte steigen im quadratischen Verhältnis zur Geschwindigkeit. Dadurch liegen bei hohen Windgeschwindigkeiten und den daraus resultierenden hohen Fluggeschwindigkeiten entsprechend hohe Kräfte an. Soll ein derartiges Drachensystem den Spitzengeschwindigkeiten von Böen standhalten, müssen alle Materialien und die Steuerantriebe für diesen Arbeitspunkt ausgelegt werden. Das bedeutet ein aktives Einholen der jeweiligen Steuerleinen durch leistungsfähige Antriebe entgegen den hohen Kraftspitzen bei Böen und damit gegenüber dem Normalbetrieb eine überdimensionierte Auslegung von Leistung, Energiespeichergröße, Materialfestigkeit und Stromversorgung mit entsprechend ungünstigen Konsequenzen auf die erforderliche Mindestwindgeschwindigkeit für das Starten und Landen wegen des erhöhten Fluggewichts und einer Minderung der nutzbaren Zugkraft durch das zu tragende Eigengewicht.
  • Eine weitere Konsequenz aus der Verwendung eines aktiven Steuerantriebs ist das mit seiner konstruktionsbedingten Maximalleistung verbundene Sinken der Steuergeschwindigkeit bei steigender Last. Das führt dazu, dass in Phasen höchster Belastung überlebenswichtige Steuerbewegungen langsamer ausgeführt werden und damit das Risiko steigt, dass das Windangriffselement außer Kontrolle gerät.
  • Als unmittelbare Gefahrenabwehr gegen die Überlastung während starker Böen ist zurzeit nur das Fieren des Zugseils dokumentiert, welches durch die schiffs- oder bodenseitige, auf der Seiltrommel verfügbare restliche Seillänge begrenzt ist und den Nachteil birgt, dass ein entsprechender Seilvorrat auf der Seiltrommel vorgehalten werden muss, was insbesondere bei stromleiterführendem Zugseil eine Erhöhung des Leitungsverlusts zur Folge hat.
  • Als weitere Strategie zur Überlastvermeidung kommt derzeit nur Verlass auf die Steuerung zum Ausweichen des gesamten Windangriffselements in eine Position mit geringeren Windangriffskräften in Betracht, was mit der ungünstigen Kombination einer notwendigen kurzen Reaktionszeit mit dem erforderlichen großen Steuerweg verbunden ist. Das Einsatzrisiko wird zudem durch die begrenzte, zum Fieren vorrätige Leinenlänge und die schwer abschätzbare und insbesondere kaum praktisch testbare Funktion des Autopiloten in den vielfältigen Extremsituationen erhöht.
  • Die Unterbrechung der schiffsseitigen Stromversorgung der Gondel erfordert die Auslegung der Akkukapazität für mindestens ein ganzes Einholmanöver. Ein Ausfall der Antriebe oder der Steuerelektronik in der Gondel macht einen Absturz unausweichlich.
  • Windkraftanlagen auf Basis von Lenkdrachen mit festem Anströmwinkel sind in der Energieausbeute beschränkt, wenn diese regelmäßig zugkraftarme Sektoren aufsuchen müssen, um das gefierte Seil wieder einholen zu können.
  • Aufgabenstellung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zumindest eines der Probleme der vorbekannten Vorrichtungen zu verringern und eine hinsichtlich der Betriebssicherheit, Lebensdauer und Energieausbeute verbesserte Vorrichtung bereit zu stellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung mindestens eine Antriebseinheit aufweist, welche die verstellbare Anbindung eines frei ausfliegenden Windangriffselements am Zugseil durch gegensinniges Aufwickeln von Steuerleinen oder Riemen auf mindestens einer Seiltrommel realisiert.
  • Die Begriffsbestimmung der folgenden, im weiteren Text durchgehend verwendeten Begriffe dient der klaren Differenzierung. „Steuern” kennzeichnet kurzfristig wirksame Positionierbewegung von Komponenten im Sinne der unmittelbaren Beeinflussung der momentanen Bewegungsrichtung des Windangriffselementes. „Stellen” kennzeichnet meist längerfristig wirksame Positionierbewegung bestimmter Komponenten, z. B. mit Wirkungen auf die Form und andere aerodynamische Eigenschaften der Tragfläche zur Anpassung an gegebene Windbedingungen oder gewünschte Steuerstrategien. „Angriffspunktverlagerung” kennzeichnet die Verlagerung des Zugseilanschlags relativ zum Windangriffselement einerseits quer zur Flugrichtung zwecks Steuern und andererseits in Flugrichtung zwecks Einstellen des Anströmwinkels der Tragfläche. „Segmente” kennzeichnet die Aufteilung der Tragfläche gemäß den angreifenden Steuerleinen in Abschnitte quer zur Flugrichtung, deren differenzierte Ansteuerung über die einzelnen Leinenhübe geschieht. „Flächenverwindung” kennzeichnet das Einstellen unterschiedlicher Anströmwinkel der rechten und linken Seite der Tragfläche. Dadurch wird einerseits direktes Steuern und andererseits die Verminderung der bei Angriffspunktverlagerung eingesetzten Steuerarbeit ermöglicht. „Frontprofiländerung” kennzeichnet die spiegelsymmetrische Veränderung des Frontprofils der Tragfläche zwecks Anpassung ihrer aerodynamischen Eigenschaften an die Windsituation.
  • Bei den Steuerleinen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist keine genau rechtwinklige Ebene der Krafteinwirkungen zur Rotationsachse der Seiltrommeln erforderlich, weil keine Zahnriemen eingesetzt, sondern direkt Seile angetrieben werden, welche sich in mehr als einer Ebene verbiegen lassen. Außerdem kann das korrekte Aufwickeln durch mitbewegte Führungsrollen unterstützt werden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform werden durch die Verwendung verschiedener Trommeldurchmesser bei der Aufwicklung der segmentweise zur Tragfläche zugeordneten Steuerleinen unterschiedliche, über die Tragflächenspannweite frei wählbare Steuerhübe realisiert, welche unabhängig von den ganzzahligen Teilungsverhältnissen von Flaschenzügen sind und damit bei extremen Steuerlagen die Belastungsdifferenzen des Tragflächenmaterials an den jeweiligen Segmentgrenzen senken. Anstatt der unterschiedlichen Trommeldurchmesser erzielen auch Getriebestufen zwischen den Trommeln die gleiche Wirkung.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Steuerleinen zusätzlich über die Tragflächentiefe aufgeteilt und bezüglich der Tragflächenspannweite symmetrisch auf vordere und hintere Trommeln gegensinnig aufgewickelt, deren Durchmesser jeweils geringe Unterschiede aufweisen, wodurch an Steuerbewegungen zur Kraftangriffspunktverlagerung eine Tragflächenverwindung gekoppelt wird.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung als Doppelantriebseinheit mit zwei Steuer-/Ladeantrieben ausgebildet, die jeweils mindestens zwei miteinander verbundene Seiltrommeln unterschiedlichen Durchmessers aufweisen, die eine Bewegung der beiden Steuerleinen, welche jeweils an einer Umlenkrolle angeschlagen sind, ausführen, wodurch eine aktive Steuerung mit geringer Leistungsaufnahme des Antriebs oder eine die momentane Zugkraft nutzende, passive Steuerung ganz ohne Leistungsaufnahme des Antriebs realisiert wird. Hierbei werden untereinander gleichsinnig das eine Ende einer rechten Seilgetriebeleine auf der dicken Trommel der ersten Antriebseinheit und das andere Ende auf der schlanken Trommel der zweiten Antriebseinheit aufgewickelt. Gegensinnig zu dieser Aufwicklung werden das eine Ende einer linken Seilgetriebeleine auf der dicken Trommel der zweiten Antriebseinheit und das andere Ende auf der schlanken Trommel der ersten Antriebseinheit aufgewickelt. Wenn die Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebseinheit und deren Trommelpaar durch eine Kupplung oder ein ungebremstes Gehäuse eines Umlaufgetriebes unterbrochen wird, entsteht unter der Voraussetzung etwa gleicher Zugkräfte an rechter und linker Steuerleine eine Momenten-Differenz, aufgrund derer die Seilgetriebeleine der einen Seite von der dicken Trommel abgewickelt und durch die gegensinnige Wickelrichtung auf derselben Achse eine entsprechend geringere Länge der Seilgetriebeleine von der Gegenseite auf der schlanken Trommel aufgewickelt wird. Dieses passive Steuerungsprinzip funktioniert aufgrund der zweifachen Ausführung der Antriebseinheit in beiden Richtungen. Das für eine derartige passive Steuerbewegung erforderliche Antriebsmoment wird ausschließlich durch die momentan anliegende Zugkraft aufgebracht. Dadurch ist immer die notwendige Steuerkraft und -geschwindigkeit gewährleistet, insbesondere auch in Extremsituationen wie z. B. Böen. Dementsprechend entfällt eine gegenüber dem Normalbetrieb überdimensionierte Auslegung von Antriebsleistung, Energiespeichergröße, Materialfestigkeit und Stromversorgung. Aufgrund des eingesparten Fluggewichts sinkt auch die erforderliche Mindestwindgeschwindigkeit für das Starten und Landen, und die nutzbare Zugkraft steigt ebenso wie die Flugdynamik des Windangriffselements, wodurch das Ausweichen aus potenziellen Überlastungssituationen in eine Position mit geringeren Windangriffskräften in einer notwendigen kurzen Reaktionszeit in Verbindung mit der erforderlichen Steuerdynamik ermöglicht wird.
  • Während jeder derartigen, passiven Steuerbewegung entfernen sich, summarisch betrachtet, die Tragflächensegmente von der Steuereinheit. Dadurch wird es erforderlich, die Seilgetriebeleinen für weitere Steuerbewegungen wieder auf die Trommeln zu laden. Da die Zeitdauer der Steuerbewegungen im Verhältnis zum Halten einer statischen Steuerposition gering ist, steht verhältnismäßig viel Zeit zur Verfügung, um dies durch Antriebe mit hoch untersetztem Getriebe bei geringer Leistungsaufnahme zu realisieren, wobei eine jeweils kürzere Länge dieser Seilgetriebeleinen auf den schlanken Trommeln abgewickelt wird. In der Summe betrachtet, wird damit der Abstand der Tragfläche von der Steuergondel wieder kleiner und damit in die Ausgangssituation vor den passiven Steuerbewegungen gebracht. Ohne Kupplung oder Bremse kann die zuvor beschriebene Momenten-Differenz auch genutzt werden, um jeweils den entsprechenden Steuerantrieb bei der Steuerarbeit zu entlasten. Darüber hinaus kann ein elektrischer Antrieb als Generator betrieben werden. Unter geeigneten Bedingungen ergibt sich daraus die Begrenzung des Stromtransports im Zugseil bis hin zur Möglichkeit seiner kompletten Einsparung.
  • Die Doppelantriebseinheit beinhaltet eine zusätzliche, konstruktionsbedingte Redundanz, wobei der Ausfall eines Antriebes von dem anderen Antrieb kompensiert werden kann, da er ohne zusätzliche Komponenten oder Schaltvorgänge beide Steuerbewegungen verrichten kann.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Doppelantriebseinheit mit Spindeln auf den Trommelachsen ausgebildet, an deren Spindelmuttern einerseits jeweils eine axiale Seilführung zur Aufwicklung auf die Trommeln gekoppelt ist und andererseits über Getriebekomponenten die Lage eines Symmetrielagegebers bestimmt wird, der die Ist-Steuerlage darstellt und damit einen Regelkreis über die mechanische Rückführung der Steuer-Sollvorgabe auf Bremsen oder Kupplungen ermöglicht. Dieselbe Funktion ist auch mit einen Differentialgetriebe realisierbar.
  • Eine derartige erfindungsgemäße Doppelantriebseinheit mit Regelkreis wird vorteilhaft erweitert durch eine Notsteuerung, welche über ein massebehaftetes Pendel, dessen schwerkraftbestimmte Lage über Getriebekomponenten mechanisch die Steuer-Sollvorgabe bestimmt. Indem eine derartige, im Normalbetrieb deaktivierte Kopplung über Getriebekomponenten zuschaltbar ausgebildet ist, kann damit z. B. beim Ausfall von Antrieben, elektronischer Steuerung oder Energieversorgung eine bestimmte Überlebensposition des Windangriffselements passiv angesteuert werden, um es schiffs- oder bodenseitig einzuholen. Als Masse für das Pendel kommen konkret insbesondere Bauteile in Frage, die ohnehin mitgeführt werden, und die keiner funktional bedingten Anordnung unterliegen, wie z. B. Akkumulatoren.
  • Eine vorteilhafte asymmetrische Verstellung des Anströmwinkels der beiden Tragflächenseiten zur Tragflächenverwindung zwecks Verbesserung der Kurvenflugeigenschaften kann über eine Umlenkrolle, welche einen gegensinnigen Hub einer Back-Ausgleichsleine bewirkt, entweder durch eine Verbindung der Back-Ausgleichsleine mit der Steuer-Sollvorgabe oder der Ist-Steuerlage oder durch einen eigenen Stellantrieb der Back-Ausgleichsleine realisiert werden.
  • Eine vorteilhafte symmetrische Verstellung des Anströmwinkels der beiden Tragflächenseiten wird durch die Einführung von Back-Steuerleinen erzielt, die an der Tragflächenhinterkante angeschlagen sind und deren Länge aktiv oder passiv eingestellt werden kann. Die aktive Verstellung mittels Stellantrieben ist geeignet zur Anpassung der Flugeigenschaften an die Windgeschwindigkeit. Dies ist auch zur Zugkraftsenkung bei Windkraftanlagen mit gesteuerten Lenkdrachen vorteilhaft, um den Energieaufwand während des Einholens zu minimieren und die ertragsarmen Zeiten der Ansteuerung eines Flugbahnabschnitts mit niedrigen Seilzugkraft weitgehend zu vermeiden. Zur passiven Verstellung mittels Federkraft zur Vermeidung von Überlastsituationen werden die wirksamen Längen von Steuerleinen zum hinteren Bereich der Tragfläche bei Überschreiten einer vorgegebenen Zugkraft gegen die Kraft einer vorgespannten Feder symmetrisch vergrößert und direkt zu den segmentspezifischen Steuerhüben addiert und beim Absinken der Zugkraft durch die Federkraft wieder verkleinert, was einem vorübergehenden symmetrischen Fieren des rechten und linken hinteren Bereichs der Tragfläche entspricht.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können über Hystereseschwellen hinausgehende Zugkraftänderungen genutzt werden, um Seillänge entgegen der wirkenden Zugkraft zu speichern, die dann wieder zu Steuerbewegungen zur Verfügung steht, d. h. die dicken Seiltrommeln können unabhängig von aktiven Antrieben geladen werden, indem Seiltrommelpaare unterschiedlichen Durchmessers jeweils mit einer Überholkupplung gegenüber der gemeinsamen Antriebswelle ausgestattet sind. Hierbei werden die Seiltrommeln untereinander mit einem Rotationsarbeit speichernden Federelement verbunden. Die Überholkupplungen sind derart montiert, dass bei steigender Zugkraft die dicke Trommel gegenüber der Antriebswelle blockiert ist und mittels Fieren von Seilgetriebeleine die schlanke Trommel die Antriebswelle überholt und die Torsionsfeder spannt. Bei sinkender Kraft kann die schlanke Trommel gegenüber der Antriebswelle nicht zurückgedreht werden, und dadurch holt nach einer Hystereseschwelle die dicke Trommel durch Entspannen der Torsionsfeder Seilgetriebeleine ein, wobei sie die Antriebswelle überholt. Nach jedem Zyklus derartiger Kraftsteigerung und Kraftsenkung über Hystereseschwellen hinaus befindet sich mehr Seillänge auf den beiden Trommeln als zuvor. Hiermit werden die Kraftangriffspunkte an den Seilgetriebe-Umlenkrollen über die Seilgetriebeleinen entgegen der wirkenden Kraft bewegt und speichern Seillänge.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die Seiltrommeln eine bestimmte rotationssymmetrische Grundform auf, wobei der wirksame Trommeldurchmesser durch seine Hebelwirkung am jeweiligen Punkt des Seilauslaufs das wirksame Moment mitbestimmt, welches mithin der jeweils aufgewickelten Leinenlänge eindeutig zugeordnet wird. Damit das Seil die vorgesehene Wickellage sicher einnimmt, können Seilführungsnuten eingearbeitet oder eine achsparallele Führung angebracht werden. Wird als Grundform der Seiltrommeln ein in Abwicklungsrichtung zunehmender Durchmesser gewählt, so bewirkt die jeweils starker gefierte Antriebseinheit durch den größeren momentan wirksamen Trommeldurchmesser bei der Speicherung von Seillänge durch Hysteresebewegungen einen Vorrang und damit eine automatische Angleichung des Ladezustandes der beiden Antriebseinheiten.
  • Die freie Wählbarkeit der Steuerhübe auf Basis der Trommeldurchmesser ist durch das materialbedingte Verhältnis von Leinendurchmesser zu Mindest-Trommeldurchmesser nach unten und durch die wünschenswerte Kompaktheit des Gesamtsystems nach oben begrenzt. Die vorteilhafte Erweiterung einer erfindungsgemäßen Doppel-Antriebseinheit um weitere, über Getriebestufen verbundene Seiltrommelpaare, welche segmentweise Seilgetriebeleinen aufwickeln, ermöglicht die Festlegung der einzelnen Steuerhübe der aufgewickelten Leinen durch die gewählten Getriebestufen. Zusätzlich wird durch die Aufteilung der einzelnen Steuerleinen auf weitere Seilgetriebe eine Verteilung der Gesamtkraft erreicht, wodurch im einzelnen geringere Seildurchmesser verwendet werden können, welche sich auf schlankeren Trommeln aufwickeln lassen.
  • Figurenübersicht
  • 1 Steuerungsgondel mit gegensinnig aufgewickelten Steuerleinen
  • 2 Steuerungsgondel mit Doppelantrieb und umgelenkten, gegensinnig aufgewickelten Seilgetriebeleinen
  • 3 Windangriffselement in Explosionsansicht mit Doppelantrieb-Steuerungsgondel
  • 4 Steuerungsgondel mit Doppelantrieb und mehrstufigen Seilgetrieben
  • 5 Überholkupplung im Detail
  • 6 Steuerungsgondel in Seitenansicht mit Hysterese-Seilladesystem
  • 7 Seilführung des Seilgetriebes
  • 8 Mechanische Notsteuerung
  • Beschreibung der Figuren
  • Die Zeichnungen des Windangriffselements sind regelmäßig so angeordnet, dass die Flugrichtung in X-Richtung zu verstehen ist, also aus der Zeichnung heraus. Dadurch ist seine rechte Seite mit den dazu gehörigen Bezeichnern auf der linken Seite der Zeichnung und seine linke Seite mit den dazu gehörigen Bezeichnern auf der rechten Seite der Zeichnung angeordnet.
  • Der Begriff Rechtsdrehung orientiert sich regelmäßig an der eingezeichneten Rotationsrichtung und der Begriff Linksdrehung an der Gegenrichtung.
  • 1 zeigt eine Steuerungsgondel mit gegensinnig aufgewickelten Steuerleinen.
  • Bei einer Rechtsdrehung der Seiltrommeln (48, 49, 50) durch den Antrieb (51) werden die rechten Steuerleinen (9R, 46R, 47R) auf- und die linken Steuerleinen (9L, 46L, 47L) abgewickelt, wodurch die rechten Steuerleinen (9R, 46R, 47R) mit der rechten Tragflächenseite (2R, 4R, 5R) eingeholt werden und die linken Steuerleinen (9L, 46L, 47L) mit der linken Tragflächenseite (2L, 4L, 5L) gefiert werden. Bei einer Linksdrehung des Antriebes (51) ist es umgekehrt. Das Verhältnis der Steuerhübe der äußeren Steuerleinen (9R, 9L) zu denen der halbinneren Steuerleinen (46R, 46L) zu denen der inneren Steuerleinen (47R, 47L) entspricht dem Verhältnis des Durchmessers der dicken Seiltrommel (48) zu dem der mittleren Seiltrommel (49) zu dem der schlanken Seiltrommel (50).
  • 2 zeigt eine Steuerungsgondel mit Doppelantrieb und umgelenkten, gegensinnig aufgewickelten Seilgetriebeleinen (11R, 11L).
  • Bei etwa gleicher Belastung der beiden Tragflächenseiten wird eine Steuerungsbewegung nach links mit geringem oder ohne Energieaufwand bewirkt durch eine Linksdrehung der A-Seiltrommeln (13A, 14A) durch ihren Antrieb (18A), wobei die linke Seilgetriebeleine (11L) auf- und die rechte Seilgetriebeleine (11R) abgewickelt wird, wodurch die linke äußere Steuerleine (9L) und die linke Tragflächenseite (5L) etwas weniger weit eingeholt wird als die rechte äußere Steuerleine (9R) mit der rechten Tragflächenseite (5R) gefiert wird. Auch eine Freischaltung der A-Bremse (16A) kann diese Linksdrehung ihrer Seiltrommeln (13A, 14A) bewirken, welche dann durch eine Differenz der Drehmomente entsprechend den unterschiedlichen Durchmessern der Seiltrommeln (13A, 14A) angetrieben werden.
  • Eine Steuerungsbewegung nach rechts mit Energieaufwand wird durch eine Rechtsdrehung der A-Seiltrommeln (13A, 14A) mittels ihres Antriebs (18A) bewirkt, wobei die rechte Seilgetriebeleine (11R) auf- und die linke Seilgetriebeleine (11L) abgewickelt werden, wodurch die rechte äußere Steuerleine (9R) mit der rechten Tragflächenseite (5R) etwas weiter eingeholt wird als die linke äußere Steuerleine (9L) mit der linken Tragflächenseite (5L) gefiert wird.
  • Bei etwa gleicher Belastung der beiden Tragflächenseiten wird eine Steuerungsbewegung nach rechts mit geringem oder ohne Energieaufwand bewirkt durch eine Rechtsdrehung der B-Seiltrommeln (13B, 14B) mittels ihres Antriebs (18B), wobei die rechte Seilgetriebeleine (11R) auf- und die linke Seilgetriebeleine (11L) abgewickelt werden, wodurch die rechte äußere Steuerleine (9R) mit der rechten Tragflächenseite (5R) etwas weniger weit eingeholt wird als die linke äußere Steuerleine (9L) mit der linken Tragflächenseite (5L) gefiert wird. Auch eine Freischaltung der B-Bremse (16B) kann diese Rechtsdrehung ihrer Seiltrommeln (13B, 14B) bewirken, welche dann durch eine Differenz der Drehmomente entsprechend den unterschiedlichen Durchmessern der Seiltrommeln (13B, 14B) angetrieben werden.
  • Eine Steuerungsbewegung nach links mit Energieaufwand wird durch Linksdrehung der B-Seiltrommeln (13B, 14B) mittels ihres Antriebs (18B) bewirkt, wobei die linke Seilgetriebeleine (11L) auf- und die rechte Seilgetriebeleine (11R) abgewickelt werden, wodurch die linke äußere Steuerleine (9L) mit der linken Tragflächenseite (5L) etwas weiter eingeholt wird als die rechte äußere Steuerleine (9R) mit der rechten Tragflächenseite (5R) gefiert wird.
  • 3 stellt ein Windangriffselement in Explosionsansicht mit Doppelantrieb-Steuerungsgondel dar. Es werden 9 Segmente des Windangriffselements (5R, 4R, 3R, 2R, 1, 2L, 3L, 4L, 5L) mit Tragleinenbäumen dargestellt, wobei die acht verbindenden Segmente ohne direkte, segmentbezogene Tragleinenzuordnung, zwecks besserer Übersicht nur durch die gestrichelten Linien ohne Originaltreue dargestellt sind. Das gesamte Windangriffselement ist mit dem Gondelträger (15) erstens am Fixlager (12) mit statisch fixierten Steuer- und Tragleinenenden, zweitens mit der Back-Ausgleichleine (20) über Backleinen-Umlenkrollen (21, 27), drittens der Back-Mittelleine (30) und viertens durch die rechte und linke Steuerleine (9R, 9L) mittels rechter und linker Seilgetriebe-Umlenkrolle (10R, 10L) sowie rechter und linker Seilgetriebeleine (11R, 11L) über die Trommeln (13A, 14A, 13B, 14B) verbunden.
  • Eine Vergrößerung des Abstands der rechten Steuerleine (9R) zum Gondelträger bewirkt ein Fieren der rechten Tragflächenseite, welches segmentweise (5R, 4R, 3R, 2R) in unterschiedlicher Größenordnung geschieht. Eine Vergrößerung des Abstandes der linken Steuerleine (9L) zum Gondelträger bewirkt ein Fieren der linken Tragflächenseite, welches segmentweise (5L, 4L, 3L, 2L) in unterschiedlicher Größenordnung geschieht. Eine Verringerung dieser Abstände bewirkt ein entsprechendes Einholen der entsprechenden Tragflächenseiten. Diese Bewegungen werden beispielhaft für die linke Tragflächenseite im Detail erklärt:
    Die Veränderung des Abstandes sowohl beim Fieren als auch beim Einholen der linken Steuerleine (9L) wird auf das Tragflächensegment links außen (5L) zu 100% übertragen, zu 50% über die linke Front-Flaschenzugrolle erste Stufe (6Lf) sowie die linke Back-Mittellagerolle erste Stufe (6Lb) auf das Tragflächensegment links halb innen (3L) und zu 75% über die linke Front-Mittellagerolle (8Lf) sowie die linke Back-Mittellagerolle (8Lb) auf das dazwischen liegende Tragflächensegment links halb außen (4L) und zu 25% über die linke Front-Flaschenzugrolle zweite Stufe (7Lf) sowie die linke Back-Mittellagerolle zweite Stufe (7Lb) auf das Tragflächensegment links innen (2L), welches an das unbewegte mittlere Tragflächensegment (1) grenzt.
  • Eine Veränderung des Frontprofils der Tragflächensegmente (5R, 4R, 3R, 2R, 1, 2L, 3L, 4L, 5L) in Richtung einer schwachen Krümmung wird durch eine Vergrößerung des Abstandes sowohl der rechten Steuerleine (9R) als auch der linken Steuerleine (9L) zum Gondelträger (15) bewirkt.
  • Diese Veränderung des Frontprofils wird ursächlich durch eine Linksdrehung vom B-Antriebsmotor (18B) mit der dicken Trommel (13B) bei gleichzeitiger Rechtsdrehung vom A-Antriebsmotor (18A) mit der dicken Trommel (13A) hervorgerufen, wobei sowohl mehr linke Seilgetriebeleine (11L) als auch mehr rechte Seilgetriebeleine (11R) freigegeben wird, als gleichzeitig auf den schlanken Trommeln (14A, 14B) an den Seilgetriebeleinen (11L, 11R) eingeholt wird.
  • Eine Veränderung dieses Frontprofils in Richtung einer starken Krümmung wird durch eine Verringerung des Abstandes sowohl der rechten Steuerleine (9R) als auch der linken Steuerleine (9L) zum Gondelträger (15) bewirkt.
  • Diese Veränderung des Frontprofils wird ursächlich durch eine Rechtsdrehung vom B-Antriebsmotor (18B) mit der dicken Trommel (13B) bei gleichzeitiger Linksdrehung vom A-Antriebsmotor (18A) mit der dicken Trommel (13A) hervorgerufen, wobei sowohl mehr linke Seilgetriebeleine (11L) als auch mehr rechte Seilgetriebeleine (11R) eingeholt wird, als gleichzeitig auf den schlanken Trommeln (14A, 14B) an Seilgetriebeleinen (11L, 11R) freigegeben wird.
  • Die Steuerung des Windangriffselements kann durch Verschiebung des Kraftangriffspunktes, d. h. des Gondelträgers (15), auf der Y-Achse in Bezug auf das Tragflächen-Frontprofil in verschiedenen Varianten geschehen. Eine Steuerung nach rechts erfolgt bei beiden angezogenen Bremsen (16A, 16B) a) durch eine Linksdrehung vom A-Antriebsmotor (18A) mit seinen Trommeln (13A, 14A), wobei die rechte Steuerleine (9R) eingeholt und die linke Steuerleine (9L) gefiert werden; b) durch eine Linksdrehung vom B-Antriebsmotor (18B) mit seinen Trommeln (13B, 14B), wobei die rechte Steuerleine (9R) eingeholt und die linke Steuerleine (9L) gefiert werden; c) sowohl durch eine Linksdrehung vom A-Antriebsmotor (18A) mit seinen Trommeln (13A, 14A) als auch eine Linksdrehung vom B-Antriebsmotor (18B) mit seinen Trommeln (13B, 14B), wobei mit erhöhter Geschwindigkeit die rechte Steuerleine (9R) eingeholt und die linke Steuerleine (9L) gefiert werden. Weiter erfolgt eine Steuerung nach rechts, indem d) bei beiden stehenden Motoren (18A, 18B) sowie angezogener A-Bremse (16A) und gelöster B-Bremse (16B) bei etwa gleicher Last auf der rechten und linken Steuerleine (9R, 9L) mittels der linken Seilgetriebeleine (11L) wegen des größeren Durchmessers die dicke Trommel (13B) linksdrehen kann, wobei die linke Steuerleine (9L) gefiert wird und die schlanke B-Trommel (14B) die rechte Seilgetriebeleine (11R) sowie auch die rechte Steuerleine (9R) einholt, was durch ein freies Drehen des ungebremsten B-Umlaufgetriebes (17B) ermöglicht wird.
  • Eine Steuerung nach links erfolgt bei beiden angezogenen Bremsen (16A, 16B) e) durch eine Rechtsdrehung vom B-Antriebsmotor (18B) mit seinen Trommeln (13B, 14B), wodurch die linke Steuerleine (9L) eingeholt und die rechte Steuerleine (9R) gefiert werden; f) durch eine Rechtsdrehung vom A-Antriebsmotor (18A) mit seinen Trommeln (13A, 14A), wobei die linke Steuerleine (9L) eingeholt und die rechte Steuerleine (9R) gefiert werden; g) sowohl durch eine Rechtsdrehung vom B-Antriebsmotor (18B) mit seinen Trommeln (13B, 14B) als auch eine Rechtsdrehung vom A-Antriebsmotor (18A) mit seinen Trommeln (13A, 14A), wobei mit erhöhter Geschwindigkeit die linke Steuerleine (9L) eingeholt und die rechte Steuerleine (9R) gefiert werden. Weiter erfolgt eine Steuerung nach links, indem h) bei beiden stehenden Motoren (18A, 18B) sowie angezogener B-Bremse (16B) und gelöster A-Bremse (16A) bei etwa gleicher Last auf der rechten und linken Steuerleine (9R, 9L) mittels der rechten Seilgetriebeleine (11R) wegen des größeren Durchmessers die dicke A-Trommel (13A) rechtsdrehen kann, wobei die rechte Steuerleine (9R) gefiert wird und die schlanke A-Trommel (14A) die linke Seilgetriebeleine (11L) sowie auch die linke Steuerleine (9L) einholt, was durch ein freies Drehen des ungebremsten A-Umlaufgetriebes (17A) ermöglicht wird.
  • Die Trommeln (13A, 13B) sind jeweils mit Spindeln (19A, ...) gekoppelt, auf denen Spindelmuttern (28A, 28B) laufen, welche mit einem Hebel als Symmetrielagegeber (26) untereinander verbunden sind. Die Abweichung von der symmetrischen Lage des Kraftangriffspunktes des Windangriffselements bezüglich der Y-Achse verschiebt die Back-Ausgleichsleinenfixierung (24) und verstellt über die Umlenkrollen (21, 27) unsymmetrisch die Tragflächenhinterkante.
  • Zwecks Lastbegrenzung wird die Back-Ausgleichsleine (20) über Lastbegrenzungs-Backleinen-Umlenkrollen (21) geführt, die an einem Lastbegrenzungshebel (22) montiert sind, welcher mit einer vorgespannten Feder (23) in seiner Ausgangslage gehalten wird. Weiter ist eine Back-Mittelsegmentleine (30) an dem Lastbegrenzungshebel (22) an der Back-Mittelsegmentleinenfixierung (24) angeschlagen. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Zugkraft werden die wirksamen Längen von Back-Steuerleinen (20, 30) zum hinteren Bereich der Tragfläche gegen die Kraft der vorgespannten Feder (23) symmetrisch vergrößert und direkt mittels Back-Mittelsegmentleine (30) oder über Back-Mittellagerollen (6Rb, 6Lb, 7Rb, 7Lb, 8Rb, 8Lb) zu den segmentspezifischen Steuerhüben addiert und beim Absinken der Zugkraft durch die Federkraft (23) wieder verkleinert, was einem vorübergehenden symmetrischen Fieren des rechten und linken hinteren Bereichs der Tragfläche entspricht.
  • 4 zeigt eine Steuerungsgondel mit Doppelantrieb und mehrstufigen Seilgetrieben zur Realisierung frei wählbarer, segmentspezifischer Steuerleinenhübe. Die segmentspezifischen Steuerleinen werden hier über jeweils eigene Seilgetriebeleinen an mehrere separate Seilgetriebe-Trommeleinheiten gebunden, welche jeweils untereinander über Getriebestufen (52, 53) verbunden sind und gemäß 2 jeweils zu Antriebseinheit A oder B gehören. Die äußeren (9R, 9L), die halbinneren (46R, 46L) und die inneren (47R, 47L) Steuerleinen haben Steuerhübe, die von die Getriebeuntersetzungen (52, 53) und den Trommeldurchmessern bestimmt werden. Die Steuerfunktionen mittels Antrieben (18A, 18B), Umlaufgetrieben (17A, 17B) und Bremsen (16A, 16B) entsprechen denen der 2, und die Zuordnung der Steuerleinen (9R, 9L, 46R, 46L, 47R, 47L) entspricht deren Zuordnung zu den Segmenten der 1.
  • 5 zeigt eine Überholkupplung im Detail, wie sie in 6 als Komponente 33A und 33B verwendet wird. Hier ist der Welle mit dem Überholkupplung-Innenring (55) nur eine Drehung in Richtung des inneren Pfeils gegenüber dem feststehenden Überholkupplung-Außenring (54) möglich. Dem Überholkupplung-Außenring (54) ist nur eine Drehung in Richtung des äußeren Pfeils gegenüber dem feststehenden Überholkupplung-Innenring (55) möglich. Bei einer Drehung entgegen der jeweiligen Pfeilrichtung wird der Überholkupplung-Innenring (55) durch die Klemmkörper (56) an den Überholkupplung-Außenring (54) gekoppelt.
  • In der Schnittansicht wird die Überholkupplung als Kugellagersymbol dargestellt, und mit einem zentralen Punkt wird die Seite gekennzeichnet, an der sich die Wellenseite aus der Zeichnungsfläche heraus in Richtung des Betrachters bewegen würde.
  • 6 stellt eine Steuerungsgondel in Seitenansicht mit Hysterese-Seilladesystem dar. Der Begriff Rechtsdrehung orientiert sich in 6 an der X-Richtung. Die rechte Steuerleine (9R) wird über die rechte Seilgetriebe-Umlenkrolle (10R) mittels der rechten Seilgetriebeleine (11R) bewegt, welche mit dem einen Ende auf der dicken A-Trommel (13A) und mit dem anderen Ende gleichsinnig auf der schlanken B-Trommel (14B) aufgewickelt und befestigt ist. Die Enden der linken Seilgetriebeleine (11L) sind einerseits auf der dicken B-Trommel (13B) und andererseits auf der schlanken A-Trommel (14A) zueinander gleichsinnig, jedoch bezüglich der Aufwicklung der Enden der rechten Seilgetriebeleine (11R) gegensinnig aufgewickelt und befestigt. Die Außenringe der Umlaufgetriebe (17A, 17B) werden durch die Bremsen (16A, 16B) mittels der Federkraft der Federn (34A, 34B) blockiert. Unter der Voraussetzung, dass an der rechten Steuerleine (9R) und der entsprechenden linken Steuerleine etwa gleiche Zugkräfte wirken, wird bei einer Zunahme dieser Kräfte die schlanke B-Trommel (33B), welche durch die B-Überholkupplung gegenüber der B-Achse (40B) freiläuft, linksgedreht, wobei etwas rechte Seilgetriebeleine (11R) gefiert und die B-Torsionsfeder (32B) gespannt wird. Das andere Ende der rechten Seilgetriebeleine (11R) bleibt an der dicken A-Trommel (13A) durch die blockierte A-Überholkupplung (33A) unbewegt. Gleichzeitig wird durch diese Zunahme der Zugkräfte die schlanke A-Trommel (33A), welche durch die A-Überholkupplung gegenüber der A-Achse (40A) freiläuft, rechtsgedreht, wobei etwas linke Seilgetriebeleine (11L) gefiert und die A-Torsionsfeder (32A) gespannt wird. Das andere Ende der linken Seilgetriebeleine (11L) bleibt an der dicken B-Trommel (13B) durch die blockierte B-Überholkupplung (33B) unbewegt. Bei Abnahme der Zugkräfte an der rechten Steuerleine (9R) und der entsprechenden linken Steuerleine bis auf den anfänglichen Wert beginnt nach einer Hysterese, welche durch die Differenz zwischen großem (13A, 13B) und kleinem Trommeldurchmesser (14A, 14B) bedingt ist, durch das Moment der gespannten Feder (32A) eine Rechtsdrehung der dicken A-Trommel (13A), wobei mehr an Länge der rechten Seilgetriebeleine (11R) eingeholt wird als zuvor gefiert wurde. Ebenso wird durch das Moment der gespannten Feder (32B) eine Linksdrehung der dicken B-Trommel (13B), wobei mehr an Länge der linken Seilgetriebeleine (11L) eingeholt wird als zuvor gefiert wurde. D. h. durch jeden Lastwechselzyklus über die Hystereseschwellen hinaus verringert sich kumulativ der Abstand sowohl der rechten Steuerleine (9R) als auch der linken Steuerleine (9L) zum Gondelträger (15).
  • Weiter wird die mechanische Rückkopplung der Sollvorgabe der Steuerung dargestellt. Bei einer passiven, d. h. nur durch Lösen von Bremsen verursachten Steuerung der Flugrichtung nach links wird die Sollvorgabe durch eine Verstellung am Ende des Bremssollwerthebels (36) in Richtung A der Steuer-Sollvorgabe (41) vorgegeben. Hierbei wird über Bremsgestänge (37), Bremsumlenkhebel (38) und A-Bremshebel (35A) die A-Bremse (16A) gelöst, indem sie gegen die Kraft der Feder (34A) angehoben wird. Während der darauf folgenden Linksdrehung der Trommeln (13A, 14A) bewegt sich die A-Spindelmutter auf der A-Spindel und damit auch der Symmetrielagegeber (26) in Richtung Gondelträger (15). Dies bewirkt eine gegenläufige Bewegung von Bremsgestänge (37), Bremsumlenkhebel (38) und A-Bremshebel (35A), wodurch die Bremse angezogen wird, indem die A-Bremse (16A) durch die A-Feder (34A) an den Außenring des A-Umlaufgetriebes (17A) gepresst wird und diesen blockiert. Die Verstellung am Ende des Bremssollwerthebels (36) in Richtung B der Steuer-Sollvorgabe (41) bewirkt im Sinne der Steuerung der Flugrichtung nach rechts die entsprechenden Bewegungsabläufe der Komponenten im Strang B.
  • Weiter wird gezeigt, wie durch geeignete Steigungen der Spindeln (19A, 19B) Seilführungen (31A, 31B) realisiert werden können.
  • 7 zeigt die Seilführung des Seilgetriebes, um die Zuordnungen und Wickelrichtungen der rechten Seilgetriebeleine (11R) zu der dicken A-Trommel (13A) und der schlanken B-Trommel (14B) sowie der linken Seilgetriebeleine (11L) zu der dicken B-Trommel (13B) und der schlanken A-Trommel (14A) darzustellen.
  • 8 zeigt eine mechanische Notsteuerung, bei der ein massebehaftetes (58) Pendel (65) über ein Gestänge (57) mittels eines Mitnehmers (61) durch einen Rastbolzen (62) fixiert ist, solange Strom durch die Magnetspule (63) fließt. Außerdem koppelt das Gestänge (57) den Bremssollwerthebel (36) mit dem Bremshebel (60) im Sinne des Normalbetriebs der Steuer-Sollvorgabe gemäß 6. Bei Stromunterbrechung zieht die Feder (64) den Rastbolzen (62) und löst so die Fixierung, wodurch eine Druckfeder (59) den Mitnehmer bewegt, so dass die Kopplung des Bremssollwerthebels (36) gelöst wird und eine Kopplung des Bremshebel (60) mit dem massebehafteten (58) Pendel (65) entsteht. Die auf die Masse (58) wirkende Schwerkraft übernimmt dadurch die Steuersollvorgabe (41).
  • Im Hinblick auf Details einzelner Elemente und Ausführungsbeispiele wird auch auf die gleichzeitig eingereichte parallele Patentanmeldung derselben Anmelder verwiesen.
  • Die Erfindung ist nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden. Andere im Bereich der Erfindung liegende Konfigurationen ergeben sich aus der Kombination von Unteransprüchen, welche sich dem Fachmann aufgrund der vorliegenden Beschreibung erschließen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Tragflächensegment Mitte
    2R
    Tragflächensegment rechts innen
    2L
    Tragflächensegment links innen
    3R
    Tragflächensegment rechts halb innen
    3L
    Tragflächensegment links halb innen
    4R
    Tragflächensegment rechts halb außen
    4L
    Tragflächensegment links halb außen
    5R
    Tragflächensegment rechts außen
    5L
    Tragflächensegment links außen
    6R
    rechte Flaschenzugrolle erste Stufe 50% Steuerweg
    6Rf
    rechte Front-Flaschenzugrolle erste Stufe 50% Steuerweg
    6Lf
    linke Front-Flaschenzugrolle erste Stufe 50% Steuerweg
    6Lb
    linke Back-Mittellagerolle erste Stufe 50% Steuerweg
    7R
    rechte Flaschenzugrolle zweite Stufe 25% Steuerweg
    7Rf
    rechte Front-Flaschenzugrolle zweite Stufe 25% Steuerweg
    7Lf
    linke Front-Flaschenzugrolle zweite Stufe 25% Steuerweg
    7Lb
    linke Back-Mittellagerolle zweite Stufe 25% Steuerweg
    8R
    rechte Mittellagerolle 62,5% Steuerweg
    8Rf
    rechte Front-Mittellagerolle 75% Steuerweg
    8L
    linke Mittellagerolle 75% Steuerweg
    8Lf
    linke Front-Mittellagerolle 75% Steuerweg
    8Lb
    linke Back-Mittellagerolle 75% Steuerweg
    9R
    Steuerleine rechts außen
    9L
    Steuerleine links außen
    10R
    rechte Seilgetriebe-Umlenkrolle
    10L
    linke Seilgetriebe-Umlenkrolle
    11R
    rechte Seilgetriebeleine
    11L
    linke Seilgetriebeleine
    12
    Fixlager der Steuer- und Tragleinen
    13A
    große A-Seiltrommel
    13B
    große B-Seiltrommel
    14A
    kleine A-Seiltrommel
    14B
    kleine B-Seiltrommel
    15
    Gondelträger
    16A
    A-Bremse
    16B
    B-Bremse
    17A
    A-Umlaufgetriebe
    17B
    B-Umlaufgetriebe
    18A
    A-Antriebsmotor
    18B
    B-Antriebsmotor
    19A
    A-Spindel
    19B
    B-Spindel
    20
    Back-Ausgleichsleine
    21
    Lastbegrenzungs-Backleinen-Umlenkrolle
    22
    Lastbegrenzungshebel
    23
    vorgespannte Feder
    24
    Back-Mittelsegmentleinenfixierung
    25
    Back-Ausgleichsleinen-Fixierung
    26
    Symmetrielagegeber
    27
    Backleinen-Umlenkrolle
    28A
    A-Spindelmutter
    28B
    B-Spindelmutter
    29
    Zugseil
    30
    Back-Mittelsegmentleine
    31A
    A-Seilführung
    31B
    B-Seilführung
    32A
    A-Torsionsfeder
    32B
    B-Torsionsfeder
    33A
    A-Überholkupplung
    33B
    B-Überholkupplung
    34A
    A-Feder
    34B
    B-Feder
    35A
    A-Bremshebel
    35B
    B-Bremshebel
    36
    Bremssollwerthebel
    37
    Bremsgestänge
    38
    Bremsumlenkhebel
    39
    Mittelsegmentleine
    40A
    A-Achse
    40B
    B-Achse
    41
    Steuer-Sollvorgabe
    42
    Überholkupplung-Innenring
    43
    Überholkupplung-Außenring
    44
    Segment-Mittellagerolle
    45R
    Steuerleine rechts halb außen
    45L
    Steuerleine links halb außen
    46R
    Steuerleine rechts halb innen
    46L
    Steuerleine links halb innen
    47R
    Steuerleine rechts innen
    47L
    Steuerleine links innen
    48
    Seiltrommel groß
    49
    Seiltrommel mittel
    50
    Seiltrommel klein
    51
    Antrieb
    52
    erste Getriebestufe
    53
    zweite Getriebestufe
    54
    Überholkupplung-Außenring
    55
    Überholkupplung-Innenring
    56
    Klemmkörper
    57
    Gestänge
    58
    Masse
    59
    Druckfeder
    60
    Bremshebel
    61
    Mitnehmer
    62
    Rastbolzen
    63
    Magnetspule
    64
    Zugfeder
    65
    Pendel
    66
    Steuer-Mittellageleine
    67
    Kraft-Mittellageleine
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102004018835 [0002, 0002]
    • - DE 102004018837 [0002, 0002, 0002, 0003]
    • - DE 102004018838 [0002, 0002]
    • - DE 202006005389 U1 [0002]
    • - EP 00000200499 A1 [0002]
    • - WO 2007/112993 A1 [0002]
    • - DE 102005019226 [0002]
    • - DE 2005/001182 [0002]

Claims (14)

  1. Steuerungsvorrichtung für ein an einem Zugseil (29) frei ausfliegendes, der Nutzung von Zugkraft dienendes Windangriffselement, welche zur Veränderung der die Flugcharakteristik bestimmenden, wirksamen Längen von Leinen (11R, 11L, 9R, 46R, 47R, 9L, 46L, 47L) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden von rechten und linken Leinenpaaren (11R, 11L) (9R, 9L) (46R, 46L) (47R, 47L) gegensinnig auf als Seilspeicher dienende, miteinander verbundene Seiltrommeln (13A, 14A) (13B, 14B) (48, 49, 50), welche bestimmte Durchmesser aufweisen, aufgewickelt sind, wobei die jeweils wirksamen Leinenlängen (11R, 11L, 9R, 46R, 47R, 9L, 46L, 47L) zu den Bereichen der rechten Tragflächensegmente (5R, 4R, 3R, 2R) sowie der linken Tragflächensegmente (5L, 4L, 3L, 2L) durch Rotation der Seiltrommeln veränderbar sind.
  2. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation der Seiltrommeln durch einen aktiven Antrieb bewirkt wird.
  3. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiltrommeln durch Getriebestufen miteinander verbunden sind.
  4. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden von rechten und linken Steuerleinen des Frontbereichs der Tragfläche auf eine Seiltrommel und die Enden von rechten und linken Steuerleinen des hinteren Bereichs der Tragfläche auf eine Seiltrommel mit einem anderen Durchmesser jeweils gegensinnig aufgewickelt sind.
  5. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits das Ende einer rechten Steuerleine (9R) an einer rechten Seilgetriebe-Umlenkrolle (10R) angeschlagen ist, über welche eine rechte Seilgetriebeleine (11R) geführt wird, deren Anfang auf der dicken Seiltrommel (13A) einer ersten Antriebseinheit, welche auf mindestens einer Achse mindestens einen Motor (18A) und zwei Seiltrommeln (13A, 14A) aufweist, und deren Ende auf der schlanken Seiltrommel (14B) einer gleichartigen zweiten Antriebseinheit (13B, 14B, 18B) aufgewickelt ist und andererseits das Ende einer linken Steuerleine (9L) an einer linken Seilgetriebe-Umlenkrolle (10L) angeschlagen ist, über welche eine linke Seilgetriebeleine (11L) geführt wird, deren Anfang auf der dicken Seiltrommel (13B) der zweiten Antriebseinheit (13B, 14B, 18B) und deren Ende auf der schlanken Seiltrommel (14A) der ersten Antriebseinheit (13A, 14A, 18A) jeweils gegensinnig bezüglich der Aufwicklung der rechten Seilgetriebeleine (11R) aufgewickelt ist.
  6. Steuerungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Antriebseinheiten (13A, 14A, 18A) (13B, 14B, 18B) jeweils Bauteile (16A, 17A) (16B, 17B) aufweisen, welche zur schaltbaren Unterbrechung der Momentenübertragung zwischen Antriebsmotor (18A) (18B) und Seiltrommeln (13A, 14A) (13B, 14B) geeignet sind, welche dadurch entweder angetrieben oder passiv mittels Seilkräften bewegbar sind.
  7. Steuerungsvorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichartigen Antriebseinheiten (13A, 14A, 16A, 17A, 18A) (13B, 14B, 16B, 17B, 18B) über eine Getriebeeinheit (19A, 19B, 28A, 28B, 26) miteinander verbunden sind, welche die Abweichung von der symmetrischen Aufwicklung der Seilgetriebeleinen (11R, 11L) mechanisch in der Lage eines Symmetrielagegebers (26) abbildet, die zur mechanischen Rückführung (36, 37, 38, 35A, 35B) auf die Steuerung der Unterbrechung der Momentenübertragung (16A, 17A) (16B, 17B) zwischen Antriebsmotor (18A) (18B) und Seiltrommeln (13A, 14A) (13B, 14B) geeignet ist.
  8. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Symmetrielagegeber (26) die Back-Steuerleinen (20) über Umlenkrollen (21, 27) zur asymmetrischen Einstellung der rechten und linken Anströmwinkel der Tragfläche in einer Funktion zur Steuerbewegung betätigt.
  9. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Getriebekomponenten (21, 22) aufweist, welche ab Zugkraftüberschreitung einer mittels vorgespannter Feder (23) bestimmten Schwelle die wirksamen Längen von Back-Steuerleinen (20, 30) zum hinteren Bereich der Tragfläche symmetrisch vergrößern, mithin zu ihren segmentspezifischen Steuerhüben addieren und beim Absinken der Zugkraft durch die Federkraft wieder einholen.
  10. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste als auch die zweite Antriebseinheit jeweils mit mehreren über Getriebestufen (52, 53) verbundenen Seiltrommelpaaren ausgebildet ist, welche segmentweise Seilgetriebeleinen aufwickeln, wobei die Festlegung der Trommeldurchmesser und Getriebestufen die einzelnen Steuerhübe der aufgewickelten Leinen bestimmt.
  11. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein massebehaftetes (58) Pendel (65) aufweist, dessen schwerkraftbestimmte Lage über Getriebekomponenten (57, 59, 61, 36) mechanisch die Steuer-Sollvorgabe (41) bestimmt, wobei diese Kopplung als Notsteuerung zuschaltbar über Getriebekomponenten (61, 62, 64) ausgebildet ist.
  12. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Seiltrommeln (13A, 14A) (13B, 14B) paarweise untereinander durch Federn (32A) (32B) verbunden und mittels Überholkupplungen (33A) (33B) jeweils auf einer gemeinsamen Achse (40A) (40B) gelagert sind, wobei steigende Zugkraft an den aufgewickelten Leinen (11R) (11L) deren zyklisches Fieren von den schlanken Seiltrommeln (14A) (14B) bewirkt und die Federn (32A) (32B) spannt, wonach sinkende Zugkraft mittels der Kraft der zuvor gespannten Federn (32A) (32B) das zyklische Einholen der aufgewickelten Leinen (11R) (11L) auf den dicken Seiltrommeln (13A) (13B) um eine größere Länge bewirkt, als zuvor gefiert wurde.
  13. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiltrommeln Seilführungen sowie eine bestimmte rotationssymmetrische Grundform aufweisen, wobei der wirksame Trommeldurchmesser durch seine Hebelwirkung am jeweiligen Punkt des Seilauslaufs das wirksame Moment mitbestimmt, welches mithin der jeweils aufgewickelten Leinenlänge eindeutig zugeordnet wird.
  14. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Antriebe (18A, 18B) während des Fierens über die dicken Seiltrommeln als Generatoren nutzbar sind.
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