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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windkraftanlage zur Erzeugung von elektrischer Energie durch Nutzung von Windenergie.
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Eine Windkraftanlage ist beispielsweise aus der
WO 2010/007466 A1 bekannt. Bei dieser Windkraftanlage ist ein schwebender Anlagenteil vorgesehen, welcher einen durch den Wind in Rotation versetzbaren Körper und eine Generatorvorrichtung zur Umwandlung der hierdurch erhältlichen Rotationsenergie in elektrische Energie umfasst. Eine solche Windkraftanlage kann insbesondere aufgrund der Anordnung der Generatorvorrichtung an dem schwebenden Anlagenteil aufwendig und kostenintensiv sein.
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Eine weitere Windkraftanlage, bei welcher ein schwebender Anlagenteil vorgesehen ist, ist aus der
DE 196 29 417 A1 bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage bereitzustellen, mittels welcher Windenergie einfach und kostengünstig zur Erzeugung von elektrischer Energie nutzbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Windkraftanlage gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Windkraftanlage eine Auf- und Abbewegung des Auftriebskörpers mittels eines Verbindungselements auf eine Generatorvorrichtung übertragbar ist, welche bodenseitig angeordnet ist, kann der schwebende Anlagenteil einfach und kostengünstig ausgebildet sein. Die gesamte Windkraftanlage kann hierdurch vorzugsweise kostengünstig hergestellt werden.
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Mittels des Verbindungselements ist der schwebende Anlagenteil insbesondere höhenveränderlich an dem bodenseitigen Anlagenteil festgelegt.
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Der schwebende Anlagenteil wird vorzugsweise mittels des Auftriebskörpers ohne Energieeinsatz in der Luft gehalten.
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Bei der erfindungsgemäßen Windkraftanlage können insbesondere die Rotationsvorrichtung, der Auftriebskörper und das Verbindungselement einfach vorhanden sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Windkraftanlage mehrere Rotationsvorrichtungen, mehrere Auftriebskörper, mehrere Verbindungselemente, mehrere (noch zu beschreibende) Getriebevorrichtungen und/oder Kopplungsvorrichtungen und mehrere Ausrichtungsvorrichtungen umfasst.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Bewegung des Verbindungselements der gesamte schwebende Anlagenteil auf- und abbewegbar ist oder auf- und abbewegt wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass zur Bewegung des Verbindungselements der Auftriebskörper relativ zu weiteren Bauteilen des schwebenden Anlagenteils auf- und abbewegbar ist oder auf- und abbewegt wird.
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Der Auftriebskörper ist vorzugsweise mit einem Material gefüllt, welches, insbesondere bei Atmosphärendruck unter Standardbedingungen (1013 mbar), eine geringere Dichte aufweist als Luft.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der gesamte schwebende Anlagenteil insgesamt eine geringer Dichte aufweist als Luft, so dass der schwebende Anlagenteil ohne Energieeinsatz von alleine schwebt.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass auf den schwebenden Anlagenteil ohne den Einsatz von zusätzlicher Energie, insbesondere ohne den Einsatz von Windenergie, eine Auftriebskraft wirkt.
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Die Rotationsvorrichtung ist vorzugsweise eine von dem Auftriebskörper verschiedene und/oder räumlich beabstandete Vorrichtung.
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Günstig kann es sein, wenn die Rotationsvorrichtung mittels einer Getriebevorrichtung und/oder mittels einer Kupplungsvorrichtung mit dem Auftriebskörper verbunden ist.
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Mittels der Rotationsvorrichtung ist der Auftriebskörper antreibbar, insbesondere kann mittels der Rotationsvorrichtung eine Drehbewegung auf den Auftriebskörper übertragen werden, wobei vorzugsweise mittels der Getriebevorrichtung und/oder mittels der Kupplungsvorrichtung eine Rotationsgeschwindigkeit des Auftriebskörpers einstellbar ist.
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Durch eine gezielt steuerbare und/oder regelbare Rotationsgeschwindigkeit des Auftriebskörpers kann vorzugsweise eine aus dem Magnus-Effekt resultierende, auf den Auftriebskörper wirkende Auftriebskraft gezielt gesteuert und/oder geregelt werden.
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Der schwebende Anlagenteil umfasst mehrere Auftriebskörper.
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Es ist vorgesehen, dass die Auftriebskörper jeweils um eine eigene Drehachse und gemeinsam um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind.
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Die Drehachsen der Auftriebskörper sind so angeordnet, dass sie zumindest näherungsweise in einer Zylindermantelfläche liegen, deren Rotationsachse die gemeinsame Drehachse ist.
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Um die Auftriebskörper relativ zueinander zu positionieren, ist vorzugsweise eine Fixiervorrichtung vorgesehen.
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Die Auftriebskörper sind vorzugsweise derart an der Fixiervorrichtung angeordnet, dass die Abstände der Auftriebskörper relativ zueinander konstant bleiben, die Auftriebskörper jedoch unabhängig von den anderen Auftriebskörpern um die jeweils eigene Drehachse drehbar sind.
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Vorzugsweise umfasst die Windkraftanlage, insbesondere der schwebende Anlagenteil der Windkraftanlage, eine Ausrichtungsvorrichtung, mittels welcher eine Drehachse eines oder mehrerer Auftriebskörper, insbesondere sämtlicher Auftriebskörper, im Wesentlichen senkrecht zu einer Windrichtung ausrichtbar ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auftriebskörper mittels einer Ausrichtungsvorrichtung des schwebenden Anlagenteils derart ausrichtbar sind, dass die eigenen Drehachsen und die gemeinsame Drehachse der Auftriebskörper im Wesentlichen senkrecht zur Windrichtung sind.
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Günstig kann es sein, wenn das Verbindungselement als ein Seil, ein Band, ein Riemen oder eine Kette ausgebildet ist.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn die Windkraftanlage mehrere Auftriebskörper und eine Zugmitteltriebvorrichtung umfasst, wobei die Auftriebskörper um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind, wobei die Zugmitteltriebvorrichtung einerseits eine schwebende Welle und andererseits eine bodenseitige Welle umfasst, wobei die schwebende Welle um die gemeinsame Drehachse drehbar und mittels der Auftriebskörper antreibbar ist, wobei die bodenseitige Welle mit der Generatorvorrichtung des bodenseitigen Anlagenteils gekoppelt ist, wobei die schwebende Welle und die bodenseitige Welle mittels eines ein Zugmittel der Zugmitteltriebvorrichtung bildenden Verbindungselements miteinander gekoppelt sind, so dass die Drehbewegung der Auftriebskörper um die gemeinsame Drehachse als Drehbewegung auf die Generatorvorrichtung übertragbar ist.
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Als Zugmitteltriebvorrichtung kann insbesondere eine kraftschlüssige Zugmitteltriebvorrichtung, beispielsweise ein Riementrieb, vorgesehen sein. Als Verbindungselement kann beispielsweise ein Flachriemen, ein Keilriemen oder ein Rundriemen vorgesehen sein.
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Ferner kann als Zugmitteltriebvorrichtung eine formschlüssige Zugmitteltriebvorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine Kettentriebvorrichtung oder eine Zahnriementriebvorrichtung. Das Verbindungselement ist in diesem Fall insbesondere eine Kette oder ein Zahnriemen.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Windkraftanlage eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Rotationsgeschwindigkeit und/oder der Auf- und Abbewegung mindestens eines Auftriebskörpers umfasst.
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Insbesondere kann mittels der Steuerungsvorrichtung auf die Getriebevorrichtung und/oder auf die Kupplungsvorrichtung eingewirkt werden, um eine Rotationsgeschwindigkeit mindestens eines Auftriebskörpers zu steuern und/oder zu regeln.
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Ferner kann mittels der Steuerungsvorrichtung vorzugsweise eine Länge des Verbindungselements und somit eine Schwebehöhe des schwebenden Anlagenteils gesteuert und/oder geregelt werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Windkraftanlage, insbesondere einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage.
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Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Windkraftanlage bereitzustellen, mittels welchem Windenergie einfach und kastengünstig zur Erzeugung von elektrischer Energie nutzbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst.
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Mittels der Steuerungsvorrichtung der Windkraftanlage ist vorzugsweise das erfindungsgemäße Verfahren auf der erfindungsgemäßen Windkraftanlage durchführbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Windkraftanlage beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Das Verbindungselement wird zur Energieübertragung vorzugsweise linear angetrieben. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass durch eine Zugbewegung, welche aus einem Aufsteigen des schwebenden Anlagenteils resultiert, Energie mittels des Verbindungselements auf die Generatorvorrichtung des bodenseitigen Anlagenteils übertragen wird.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement gemäß einem Zugmitteltrieb drehend um zwei Wellen angetrieben wird.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Bewegung des Verbindungselements der gesamte schwebende Anlagenteil alternierend auf- und abbewegt wird.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass zur Bewegung des Verbindungselements mindestens ein Auftriebskörper relativ zu weiteren Bauteilen des schwebenden Anlagenteils alternierend auf- und abbewegt wird.
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Zur Erhöhung des Auftriebs, insbesondere zur Erhöhung des Magnus-Effekts des Auftriebskörpers, kann vorgesehen sein, dass der Auftriebskörper mit senkrecht zur Rotationsachse ausgerichteten Scheiben versehen ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Auftriebskörper mit sogenannten Thom-Scheiben versehen ist.
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Ferner können die erfindungsgemäße Windkraftanlage und/oder das erfindungsgemäße Verfahren einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Windkraftanlage selbststeuernd und/oder selbstregelnd ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von einer, beispielsweise mittels einer Sensorvorrichtung ermittelten, Windgeschwindigkeit und/oder in Abhängigkeit von einer, beispielsweise mittels einer Sensorvorrichtung ermittelten, Schwebehöhe des schwebenden Anlagenteils, eine Rotationsgeschwindigkeit des Auftriebskörpers beeinflussbar ist, insbesondere durch eine Einwirkung auf die Getriebevorrichtung und/oder die Kupplungsvorrichtung.
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Vorzugsweise umfasst der bodenseitige Anlagenteil eine Zugvorrichtung, mittels welcher der schwebende Anlagenteil mittels des Verbindungselements in Richtung des bodenseitigen Anlagenteils gezogen, insbesondere eingeholt, werden kann.
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Vorzugsweise ist die Rotationsgeschwindigkeit des Auftriebskörpers mittels der Steuerungsvorrichtung so steuerbar und/oder regelbar, dass bei einem Herabziehen des schwebenden Anlagenteils eine Auftriebskraft durch Reduktion der Rotationsgeschwindigkeit reduziert wird.
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Um die Zugwirkung des Verbindungselements zum Antreiben der Generatorvorrichtung und somit zum Erzeugen von elektrischer Energie zu nutzen, kann vorzugsweise mittels der Steuerungsvorrichtung die Rotationsgeschwindigkeit des Auftriebskörpers und somit die auf den Auftriebskörper und den gesamten schwebenden Anlagenteil wirkende Auftriebskraft erhöht werden.
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Die Rotationsvorrichtung umfasst vorzugsweise als Widerstandsläufer und/oder als Auftriebsläufer ausgebildete Rotationselemente.
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Vorzugsweise wird zur Erzeugung von elektrischer Energie eine periodische Auf- und Abwärtsbewegung des Auftriebskörpers oder der Auftriebskörper genutzt.
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Der mindestens eine Auftriebskörper ist insbesondere als ein Flettner-Rotor ausgebildet.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der schwebende Anlagenteil mindestens einen Savonius-, Darrieus- oder H-Rotor mit horizontaler oder vertikaler Drehachse umfasst.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Auftriebskörper durch Nutzung von Windkraft in Rotation versetzbar ist.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Auftriebskörper mittels eines Antriebsmotors in Rotation versetzt wird. Der Antriebsmotor kann beispielsweise ein, insbesondere mittels Solarzellen oder Batterien betriebener, Elektromotor sein.
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Das Verbindungselement ist vorzugsweise mittels eines Lagerelements oder mittels mehrerer Lagerelemente an einer Welle, um welche der Auftriebskörper rotiert oder mit welcher der Auftriebskörper rotiert, festgelegt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement an der Rotationsachse des Auftriebskörpers gelagert ist.
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Mittels der Windkraftvorrichtung ist vorzugsweise eine periodische und/oder eine kontinuierliche Erzeugung von elektrischer Energie möglich.
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Die Energieumwandlung erfolgt vorzugsweise im bodenseitigen Anlagenteil. Hierdurch ist vorzugsweise eine Übertragung von elektrischer Energie von dem schwebenden Anlagenteil auf den bodenseitigen Anlagenteil entbehrlich.
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Es kann vorgesehen sein, dass der schwebende Anlagenteil an einem Turm der Windkraftanlage angeordnet ist und insgesamt auf- und abbewegbar ist, um elektrische Energie zu erzeugen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Auftriebskörper mittels des Verbindungselements in Rotation versetzbar ist.
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Insbesondere dann, wenn das Verbindungselement als ein Zugmittel eines Zugmitteltriebs ausgebildet ist, kann die Rotationsvorrichtung durch das Verbindungselement und einen geeigneten Antrieb an dem bodenseitigen Anlagenteil gebildet sein.
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Mittels eines Flügels, eines Drachen und/oder eines Propellers kann vorzugsweise eine auf den schwebenden Anlagenteil wirkende Auftriebskraft gesteigert werden.
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Insbesondere dann, wenn mehrere Auftriebskörper vorgesehen sind, welche um eine gemeinsame Rotationsachse bewegt werden, kann vorgesehen sein, dass die dem Wind zugewandten Körper eine größere Rotationsgeschwindigkeit aufweisen, um eine große Auftriebskraft zu erzeugen, und dass die dem Wind abgewandten Körper eine geringere Rotationsgeschwindigkeit aufweisen, um diese einfach absinken zu lassen.
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Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Windkraftanlage, bei welcher ein rotierender Auftriebskörper mittels eines Seils gehalten ist, mit Blickrichtung in Windrichtung;
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2 einen vertikalen Schnitt durch die Windkraftanlage aus 1 längs der Linie 2-2 in 1;
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3 eine der 2 entsprechende schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Windkraftanlage, bei welcher ein bezüglich der Windrichtung stromabwärts des Auftriebskörpers angeordnetes Flügelelement vorgesehen ist;
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4 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Windkraftanlage, bei welcher zwei Auftriebskörper mittels eines als Kette ausgebildeten Verbindungselements mit einem bodenseitigen Anlagenteil verbunden sind;
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5 eine der 2 entsprechende schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Windkraftanlage, bei welcher fünf Auftriebskörper vorgesehen sind, wobei die fünf Auftriebskörper um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind; und
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6 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Windkraftanlage, bei welcher der Auftriebskörper mit Thom-Scheiben versehen ist.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Eine in den 1 und 2 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Windkraftanlage dient der Erzeugung von elektrischer Energie durch Nutzung von Windenergie.
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Die Windkraftanlage 100 umfasst einen bodenseitigen Anlagenteil 102 und einen schwebenden Anlagenteil 104.
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Der schwebende Anlagenteil 104 ist mit einem Verbindungselement 106 mit dem bodenseitigen Anlagenteil 102 verbunden, insbesondere mittels des Verbindungselements 106 an dem bodenseitigen Anlagenteil 102 in einer einstellbaren Entfernung festgelegt.
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Zur Variation der Entfernung, insbesondere der Schwebehöhe, des schwebenden Anlagenteils 104 von dem bodenseitigen Anlagenteil 102 umfasst der bodenseitige Anlagenteil 102 eine Zugvorrichtung 108.
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Mittels der Zugvorrichtung 108 kann die Länge des Verbindungselements 106 variiert und somit die Schwebehöhe des schwebenden Anlagenteils 104 gesteuert und/oder geregelt werden. Insbesondere kann der schwebende Anlagenteil 104 mittels der Zugvorrichtung 108 vollständig eingeholt werden.
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Der bodenseitige Anlagenteil 102 umfasst ferner eine Generatorvorrichtung 110 zur Erzeugung von elektrischer Energie durch Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie.
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Die Generatorvorrichtung 110 ist mechanisch mit dem Verbindungselement 106 gekoppelt, so dass eine Bewegung des Verbindungselements 106 zum Antreiben der Generatorvorrichtung 110 und somit zum Erzeugen von elektrischer Energie genutzt werden kann.
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Das Verbindungselement 106 kann beispielsweise als ein Seil 112, als ein Band 114, als ein Riemen 116 oder als eine Kette 118 ausgebildet sein.
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Bei der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Windkraftanlage 100 ist das Verbindungselement 106 vorzugsweise als ein Seil 112 ausgebildet.
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Der schwebende Anlagenteil 104 umfasst einen Auftriebskörper 120, welcher auf einer schwebenden Welle 122 des schwebenden Anlagenteils 104 angeordnet ist.
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Ebenfalls auf dieser schwebenden Welle 122 sind zwei Rotationsvorrichtungen 124, zwei Ausrichtungsvorrichtungen 126, zwei Getriebevorrichtungen 128, zwei Kupplungsvorrichtungen 130 und zwei Lagerelemente 132 angeordnet.
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Der Auftriebskörper 120 ist insbesondere als ein Zylinderelement 134 ausgebildet und mit einem Gas gefüllt, welches leichter ist als Luft. Mittels des Auftriebskörpers 120 kann vorzugsweise der gesamte schwebende Anlagenteil 104 in der Schwebe gehalten werden.
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Mittels der Rotationsvorrichtung 124 ist der Auftriebskörper 120 in Rotation versetzbar.
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Die Rotationsvorrichtung 124 umfasst hierzu mehrere Rotationselemente 136, welche beispielsweise als Widerstandsläufer ausgebildet sind.
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Die Getriebevorrichtung 128 und die Kupplungsvorrichtung 130 dienen zur Anpassung und/oder Variation einer relativen Rotationsgeschwindigkeit des Auftriebskörpers 120 relativ zu der Rotationsgeschwindigkeit der Rotationselemente 136 der Rotationsvorrichtung 124.
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Durch geeignete Steuerung und/oder Regelung der Getriebevorrichtung 128 und/oder der Kupplungsvorrichtung 130 kann die Rotationsgeschwindigkeit des Auftriebskörpers 120 insbesondere gegenüber derjenigen der Rotationselemente 136 erhöht oder reduziert werden. Hierdurch kann die aus dem Magnus-Effekt resultierende Auftriebskraft des Auftriebskörpers 120 beeinflusst werden.
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Mittels der Ausrichtungsvorrichtung 126 kann der schwebende Anlagenteil 104 so ausgerichtet werden, dass eine Windrichtung 138 zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Drehachse 140 des Auftriebskörpers 120 und/oder der Rotationsvorrichtung 124 ist (siehe 2).
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Mittels des Lagerelements 132 ist das Verbindungselement 106 an der schwebenden Welle 122 angeordnet. Insbesondere kann mittels des Lagerelements 132 verhindert werden, dass durch eine Rotation der schwebenden Welle 122 das Verbindungselement 106 auf die schwebende Welle 122 aufgewickelt wird.
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Bei der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Windkraftanlage 100 sind die Rotationsvorrichtungen 124, die Ausrichtungsvorrichtungen 126, die Getriebevorrichtungen 128, die Kupplungsvorrichtungen 130 und die Lagerelemente 132 bezüglich einer vertikalen Quermittelebene 142 des schwebenden Anlagenteils 104 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Die vertikale Quermittelebene 142 ist senkrecht zur Drehachse 140 ausgerichtet und verläuft mittig durch den Auftriebskörper 120.
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Mittels einer Steuerungsvorrichtung 144 ist die gesamte Windkraftanlage 100 steuerbar und/oder regelbar.
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Insbesondere ist mittels der Steuerungsvorrichtung 144 folgendes Betriebsverfahren der Windkraftanlage 100 durchführbar:
Im Benutzungszustand der Windkraftanlage 100 ist der schwebende Anlagenteil 104 in einer gewissen Schwebehöhe über dem bodenseitigen Anlagenteil 102 angeordnet.
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Mittels der Ausrichtungsvorrichtungen 126 ist der schwebende Anlagenteil 104 so ausgerichtet, dass die Windrichtung 138 im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 140 des Auftriebskörpers 120 ausgerichtet ist.
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Der auf den schwebenden Anlagenteil 104 treffende Wind versetzt die Rotationsvorrichtungen 124, insbesondere die Rotationselemente 136 der Rotationsvorrichtungen 124, in Rotation um die Drehachse 140.
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Mittels der Getriebevorrichtungen 128 und der Kupplungsvorrichtungen 130 kann diese Rotationsbewegung auf den Auftriebskörper 120 übertragen werden, wobei mittels der Getriebevorrichtungen 128 und der Kupplungsvorrichtungen 130 die Rotationsgeschwindigkeit des Auftriebskörpers 120 steuerbar und/oder regelbar ist.
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Insbesondere kann mittels der Getriebevorrichtung 128 und der Kupplungsvorrichtung 130 zunächst eine hohe Rotationsgeschwindigkeit des Auftriebskörpers 120 eingestellt werden.
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Der Auftriebskörper 120 rotiert dabei derart um die Drehachse 140, dass der auf den Auftriebskörper 120 treffende Wind aufgrund des Magnus-Effekts eine Auftriebskraft 146 erzeugt.
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Der schwebende Anlagenteil 104 wird hierdurch in eine größere Schwebehöhe, d. h. aufwärts, bewegt. Auch das Verbindungselement 106 wird hierdurch in Bewegung, nämlich in eine Aufwärtsbewegung, versetzt. Da das Verbindungselement 106 mit der Generatorvorrichtung 110 gekoppelt ist, kann diese Aufwärtsbewegung des Verbindungselements 106 zum Antreiben der Generatorvorrichtung 110 und somit zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden.
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Sobald der schwebende Anlagenteil 104 eine vorgegebene maximale Schwebehöhe erreicht hat, wird mittels der Getriebevorrichtungen 128 und der Kupplungsvorrichtungen 130 die Übertragung der Rotationsbewegung von der Rotationsvorrichtung 124 auf den Auftriebskörper 120 derart verändert, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Auftriebskörpers 120 reduziert wird. Hierdurch sinkt die Auftriebskraft 146 und der schwebende Anlagenteil 104 kann absinken oder mittels der Zugvorrichtung 108 mit lediglich geringem Energieaufwand in Richtung des bodenseitigen Anlagenteils 102 gezogen werden. Auch das Verbindungselement 106 bewegt sich dabei abwärts.
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Bei Erreichen einer gewünschten Mindestschwebehöhe des schwebenden Anlagenteils 104 kann mittels der Getriebevorrichtungen 128 und der Kupplungsvorrichtungen 130 erneut die Rotationsgeschwindigkeit des Auftriebskörpers 120 erhöht werden, um den schwebenden Anlagenteil 104 wieder aufwärts zu bewegen.
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Durch diese periodische Auf- und Abwärtsbewegung des Auftriebskörpers 120 kann auch das periodische Element 106 periodisch auf- und abbewegt werden. Da die Bewegung des Verbindungselements 106 schließlich zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels der Generatorvorrichtung 110 verwendet wird, kann somit bei der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Windkraftanlage 100 die Auf- und Abbewegung des Auftriebskörpers 120 zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden.
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Eine in 3 dargestellte zweite Ausführungsform einer Windkraftanlage 100 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Ausrichtungsvorrichtung 126 ein bezüglich der Windrichtung 138 hinter der schwebenden Welle 122 angeordnetes Flügelelement 148 umfasst.
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Das Flügelelement 148 dient dabei als Ausrichtungsvorrichtung 126 zur Ausrichtung des schwebenden Anlagenteils 104 relativ zur Windrichtung 138 derart, dass die Drehachse 140 des Auftriebskörpers 120 im Wesentlichen senkrecht zur Windrichtung 138 ausgerichtet ist. Ferner kann hierdurch eine unerwünschte Verdrillung des Verbindungselements 106 verhindert werden.
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Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte zweite Ausführungsform der Windkraftanlage 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 4 dargestellte dritte Ausführungsform einer Windkraftanlage 100 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Windkraftanlage 100 zwei auf der schwebenden Welle 122 angeordnete Auftriebskörper 120 umfasst, zwischen welchen ein Lagerelement 132 angeordnet ist.
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Das Lagerelement 132 ist bei der in 4 dargestellten dritten Ausführungsform der Windkraftanlage 100 vorzugsweise fest mit der um die Drehachse 140 rotierenden schwebenden Welle 122 verbunden.
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Das Verbindungselement 106 ist bei der in 4 dargestellten dritten Ausführungsform als ein Zugmittel 150, insbesondere als eine Kette 118, einer Zugmitteltriebvorrichtung 152 ausgebildet und formschlüssig um die schwebende Welle 122 herumgeführt.
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Ferner ist das Verbindungselement 106, insbesondere das Zugmittel 150, beispielsweise die Kette 118, formschlüssig um eine bodenseitige Welle 154 des bodenseitigen Anlagenteils 102 herumgeführt.
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Mittels des Verbindungselements 106 ist bei der in 4 dargestellten dritten Ausführungsform der Windkraftanlage 100 somit eine Übertragung einer Drehbewegung zwischen dem schwebenden Anlagenteil 104 und dem bodenseitigen Anlagenteil 102 möglich.
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Insbesondere kann hierbei eine Drehbewegung des Auftriebskörpers 120 zum Antreiben der Generatorvorrichtung 110 in dem bodenseitigen Anlagenteil 102 genutzt werden. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Auftriebskörper 120 mittels des Verbindungselements 106 in Drehbewegung versetzt wird.
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Auch bei der in 4 dargestellten dritten Ausführungsform der Windkraftanlage 100 ist vorzugsweise eine Längenveränderung des Verbindungselements 106 vorgesehen, so dass durch eine Auf- und Abbewegung des Auftriebskörpers 120 Bewegungsenergie auf den bodenseitigen Anlagenteil 102 übertragen und dort mittels der Generatorvorrichtung 110 zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden kann.
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Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte dritte Ausführungsform der Windkraftanlage 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 5 dargestellte vierte Ausführungsform einer Windkraftanlage 100 unterscheidet sich von der in 4 dargestellten dritten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der schwebende Anlagenteil 104 nicht als Ganzes auf- und abbewegt wird, um die dabei erzeugte Bewegungsenergie zur Erzeugung von elektrischer Energie zu nutzen.
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Vielmehr ist der schwebende Anlagenteil 104 bei der in 5 dargestellten vierten Ausführungsform im Wesentlichen stationär schwebend in einer vorgegebenen Schwebehöhe angeordnet.
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Bei der in 5 dargestellten vierten Ausführungsform der Windkraftanlage 100 sind jedoch mehrere Auftriebskörper 120, nämlich fünf Auftriebskörper 120, vorgesehen, welche jeweils für sich genommen periodisch auf- und abbewegt werden.
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Die Auftriebskörper 120 sind hierzu an einer Fixiervorrichtung 155 in vorgegebenen Abständen voneinander angeordnet.
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Die Auftriebskörper 120 sind dabei insbesondere so angeordnet, dass die einzelnen Drehachsen 140 der Auftriebskörper 120 in dem in 5 dargestellten Querschnitt durch die Ecken eines regelmäßigen Fünfecks laufen.
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Die Auftriebskörper 120 sind um die eigenen Drehachsen 140 drehbar an der Fixiervorrichtung 155 angeordnet. Die Fixiervorrichtung 155 samt den daran angeordneten Auftriebskörpern 120 ist wiederum um eine gemeinsame Drehachse 156 drehbar angeordnet.
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Die gemeinsame Drehachse 156 verläuft durch eine schwebende Welle 122, an welcher ein als Zugmittel 150 ausgebildetes Verbindungselement 106 angreift.
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Mittels der (in 5 nicht dargestellten) Getriebevorrichtung 128 und Kupplungsvorrichtung 130, welche ebenso wie die Rotationsvorrichtungen 124 vorzugsweise jedem Auftriebskörper 120 zugeordnet sind, können bei der in 5 dargestellten vierten Ausführungsform der Windkraftanlage 100 die Rotationsgeschwindigkeiten der Auftriebskörper 120, insbesondere mittels der Steuerungsvorrichtung 144, gezielt gesteuert und/oder geregelt werden.
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Insbesondere können die Rotationsgeschwindigkeiten der Auftriebskörper 120 dabei so gesteuert und/oder geregelt werden, dass die dem Wind zugewandten Auftriebskörper 120 eine größere Rotationsgeschwindigkeit aufweisen und somit eine aufgrund des Magnus-Effekts bewirkte größere Auftriebskraft 146 erfahren.
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Die dem Wind zugewandten Auftriebskörper 120 werden hierdurch zügig entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben bewegt.
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Die dem Wind abgewandten Auftriebskörper 120 werden hingegen vorzugsweise so gesteuert und/oder geregelt, dass deren Rotationsgeschwindigkeit gering ist oder die Rotationsrichtung umgekehrt wird. Hierdurch kann eine geringe Auftriebskraft 146 oder gar eine dieser Auftriebskraft 146 entgegengerichtete Abtriebskraft 158 erzeugt werden.
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Die dem Wind abgewandten Auftriebskörper 120 werden hierdurch in der Schwerkraftrichtung nach unten bewegt.
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Die Auf- und Abbewegung der Auftriebskörper 120 führt bei der in 5 dargestellten vierten Ausführungsform der Windkraftanlage 100 somit zu einer Rotation sämtlicher Auftriebskörper 120 samt der Fixiervorrichtung 155 um die gemeinsame Drehachse 156.
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Insbesondere kann somit die schwebende Welle 122 in Drehbewegung versetzt werden.
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Die Drehbewegung der schwebenden Welle 122 kann mittels einer Zugmitteltriebvorrichtung 152 auf die bodenseitige Welle 154 des bodenseitigen Anlagenteils 102 übertragen werden, um letztlich die Generatorvorrichtung 110 zur Erzeugung von elektrischer Energie anzutreiben.
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Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte vierte Ausführungsform der Windkraftanlage 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 4 dargestellten dritten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 6 dargestellte fünfte Ausführungsform einer Windkraftanlage 100 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Auftriebskörper 120 mit einer Vielzahl von senkrecht zur Drehachse 140 ausgerichteten Scheiben 160 versehen ist.
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Diese Scheiben 160 sind als Thom-Scheiben bekannt.
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Mittels derartiger Thom-Scheiben kann der Magnus-Effekt verstärkt werden. Die Windkraftanlage 100 kann hierdurch noch effizienter die zur Verfügung stehende Windenergie zur Erzeugung von elektrischer Energie nutzen.
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Im Übrigen stimmt die in 6 dargestellte fünfte Ausführungsform der Windkraftanlage 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Dadurch, dass bei sämtlichen Ausführungsformen der Windkraftanlage 100 eine Auf- und Abbewegung des Auftriebskörpers 120 oder der Auftriebskörper 120 dazu genutzt wird, das Verbindungselement 106 in Bewegung zu versetzen und hierdurch die in dem bodenseitigen Anlagenteil 102 vorgesehene Generatorvorrichtung 110 anzutreiben, kann auf einfache und kostengünstige Art und Weise elektrische Energie erzeugt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Windkraftanlage
- 102
- bodenseitiger Anlagenteil
- 104
- schwebender Anlagenteil
- 106
- Verbindungselement
- 108
- Zugvorrichtung
- 110
- Generatorvorrichtung
- 112
- Seil
- 114
- Band
- 116
- Riemen
- 118
- Kette
- 120
- Auftriebskörper
- 122
- schwebende Welle
- 124
- Rotationsvorrichtung
- 126
- Ausrichtungsvorrichtung
- 128
- Getriebevorrichtung
- 130
- Kupplungsvorrichtung
- 132
- Lagerelement
- 134
- Zylinderelement
- 136
- Rotationselement
- 138
- Windrichtung
- 140
- Drehachse
- 142
- vertikale Quermittelebene
- 144
- Steuerungsvorrichtung
- 146
- Auftriebskraft
- 148
- Flügelelement
- 150
- Zugmittel
- 152
- Zugmitteltriebvorrichtung
- 154
- bodenseitige Welle
- 155
- Fixiervorrichtung
- 156
- gemeinsame Drehachse
- 158
- Abtriebskraft
- 160
- Scheibe
