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Anwendungsgebiet
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Unsere Welt benötigt immer mehr und immer sauberere Energie. Eine Möglichkeit umweltfreundlicher Energiegewinnung stellen Windräder dar. Diese wandeln den Wind in elektrische Energie um. Windräder werden immer höher oder auf natürlichen Bodenerhebungen errichtet. Der Grund dafür ist, dass mit zunehmender Höhe der Wind immer stärker und stetiger wird. Sein Energiegehalt steigt nicht linear, sondern mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit an. Allerdings können Windräder nicht beliebig hoch gebaut werden. Hinzu kommen eine Reihe weiterer Nachteile, wie z. B. die aufwendige Herstellung, ihr Transport zum Einsatzort und natürlich ihre kostenintensive Wartung. Ferner sind der negative Einfluss dieser Anlagen auf das Landschaftsbild und die Nachteile für Vögel zu bedenken.
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Bei Flugwindkraftwerken treten diese Nachteile nicht auf und die genannten Vorteile können wesentlich effektiver umgesetzt werden, da sie in nahezu jeder Höhe einsatzfähig sind. Dabei sind sie durch ein oder mehrere Halteseile mit dem Boden verbunden. Die nutzbare Windenergie pro Flächeneinheit, sowie der Auslastungsgrad von Flugwindkraftanlagen vervielfachen sich somit gegenüber den konventionellen Windrädern. Gewinnbringend sind zusätzlich die geringeren Kosten für den Bau dieser Anlagen.
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Stand der Technik
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Es gibt im Wesentlichen zwei Ansätze bei der Konstruktion von Flugwindkraftwerken. Der erste Ansatz erzeugt die Energie direkt in der Höhe. Dazu muss ein Generator mit in die Luft genommen werden. Dieser kann an Zeppelinen, Ballons oder flugzeugähnlichen Konstruktionen oder sogar an Drachen befestigt sein. Die in der Höhe erzeugte Energie muss dann zum Erdboden übertragen werden. Diese Flugwindkraftwerke sind verhältnismäßig schwer. Probleme bereiten in erster Linie die Übertragung der Energie zum Erdboden, sowie das Gefahrenpotenzial bei Abstürzen. Bei dem anderen Ansatz wird die mithilfe von Drachen, Lenkdrachen, speziellen Tragflügeln oder entsprechender Kombinationen in der Luft erzeugte Bewegungsenergie mit einem am Boden befindlichen Generator in elektrische Energie umgewandelt. Dadurch sind diese Flugwindkraftwerke sehr leicht. Bei dieser Art von Flugwindkraftwerk haben sich wiederum zwei Varianten zur Energiegewinnung entwickelt.
Variante 1 wandelt Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Dazu fliegt das Flugwindkraftwerk auf einem bestimmten Kurs „z. B. Achten” und überträgt die Energie ebenfalls über ein oder mehrere Halteseile in einen am Boden befindlichen Generator. Bei einem anderen Ansatz wird ein Schienenfahrzeug angetrieben, auf dem sich ein Generator befindet.
Variante 2, (Jo Jo Konfiguration) erzeugt durch Freilassen und Einziehen des Halteseils Energie. Beim Aufsteigen erzeugt das Flugwindkraftwerk durch einen hohen Luftwiderstand eine bestimmte Menge Energie. Anschließend wird das Flugwindkraftwerk dann mit weniger Energie wieder eingezogen. Dazu wird das Flugwindkraftwerk so gestellt, dass es einen besonders geringen Luftwiderstand erzeugt. Die Energiebilanz eines Zyklus ist positiv.
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Nachteile des Standes der Technik
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Eines der Hauptprobleme der genannten Ansätze ist die Steuerung und Kontrolle der frei im Raum fliegenden Flugwindkraftwerke. Viele Parameter wie Windgeschwindigkeit, Höhe, Seilspannung, Geschwindigkeit usw. müssen über Sensoren an eine Steuereinheit oder an einen Autopiloten weitergegeben werden, der diese dann auswertet und in Steuerbefehle umsetzt. Diese Steuerbefehle werden dann an das Flugkraftwerk weitergegeben, die dann schließlich das Flugwindkraftwerk mit Hilfe von Lenkseilen oder Ruderanlagen (ähnlich denen eines Flugzeugs) das Flugwindkraftwerk zu einer bestimmten Bewegung bzw. Richtungsänderung veranlasst. Der technische Aufwand durch Sensoren, Soft- und Hardware ist entsprechend groß und fehleranfällig – besonders dann, wenn plötzliche und unvorhersehbare Änderungen der Windgeschwindigkeit und -richtung auftreten. Bei anderen Ansätzen, die auf eine elektronische Flugsteuerung verzichten, wird der Steuerungsmechanismus benannt, aber ohne Konkretisierung der genauen Umsetzung. Ein anderer Ansatz, das Flugwindkraftwerk über den Anstellwinkel zu steuern, ist ebenfalls kompliziert und fehleranfällig.
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Aufgabe der Erfindung
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Die hier vorgestellte Erfindung und das damit verbundene Verfahren zur Energiegewinnung zeigen eine weitaus weniger komplexe Möglichkeit der Flugsteuerung. Die Auf- und Abbewegungen und die daraus resultierende Zugkraftveränderung sollen ohne eine komplexe Flugsteuerung, Ruderanlagen und ohne eine Änderung des Anstellwinkels erfolgen. Außerdem müssen zur Energiegewinnung keine komplexen Figuren wie beispielsweise Achten geflogen werden. Die hier beschriebene Flugsteuerung kann auf verschiedene Arten umgesetzt werden. In einer der hier beschriebenen Ausführungsvarianten ist der gefesselte Flugkörper mit nur einer Leine mit dem Erdboden verbunden und benötigt für seine Auf- und Abbewegungen und die damit verbundene Zugkraftänderung am Halteseil keine Ruderanlagen. Es muss auch keine Veränderung des Anstellwinkels beispielsweise über die Waageleine vorgenommen werden. Die Steuerung des gefesselten Flugkörpers (7) erfolgt bei dem hier vorgestellten Verfahren nicht mehr direkt, sondern indirekt über die Steuerung des Verschluss- und/oder Volumenreduzierungsmechanismus.
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Lösung der Aufgabe
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Die Erfindung betrifft Verfahren und Geräte zur preiswerten ökologischen Erzeugung von Elektroenergie. Erfindungsgemäß wird ein bewegliches Element am Boden mit einem gefesselten Flugkörper verbunden. Der gefesselte Flugkörper erzeugt durch seine Bewegung, übertragen durch das Halteseil, eine Bewegung des beweglichen Elements am Boden, dass u. a. zur Gewinnung von Elektroenergie genutzt werden kann. Der gefesselte Flugkörper weist zur Bewegungserzeugung eine oder mehrere nach vorne geöffnete Luftkammern auf, die mit einem Verschluss und- oder Volumenreduzierungsmechanismus ausgestattet sind. Grundgedanke dieser Erfindung ist es, die Zugkraft durch die Menge der in ihn einströmenden Luft mittels Verschluss- und oder Volumenreduzierungsmechanismen zu regulieren. Tritt Wind in die Luftkammern ein, ist die auf das Halteseil wirkende Zugkraft groß. Tritt kein Wind ein, ist die auf das Halteseil wirkende Zugkraft gering. Je größer die Kammern sind, desto größer ist, bei geöffneten Kammern, die auf das Halteseil wirkende Zugkraft. Der gefesselte Flugkörper ist mit einem Halteseil an einem beweglichen Element, das wiederum Bestandteil eines Hubsenkelements ist, verbunden. Die Auf- und Abbewegungen des gefesselten Flugkörpers werden über das Halteseil auf dieses bewegliche Element übertragen. Die entstehende mechanische Energie kann dann mittels Generatoren in elektrische Energie umgewandelt werden. Das hier beschriebene Verfahren zur Zugkraftregulierung kann auch bei bestehenden Verfahren, wie der oben angeführten Jo-Jo-Variante genutzt werden, bei der ein aufsteigender gefesselter Flugkörper (geöffnete Kammern) mit seinem Halteseil einen Generator antreibt. Ist das Halteseil komplett abgewickelt, werden die Kammern des gefesselten Flugkörpers geschlossen und das Halteseil kann mit sehr wenig Energieaufwand wieder aufgerollt werden.
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Vorteile der Erfindung
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Die Vorteile dieses Konstruktions- und Steuerungsprinzips werden unübersehbar deutlich: Der gefesselte Flugkörper muss zur Energieerzeugung keine Lenkbewegungen ausführen, um Figuren zu fliegen. Außerdem müssen keine Veränderungen der Waageleine oder des Anstellwinkels vorgenommen werden. Die daraus resultierenden Vorteile können auch bei schon bestehenden Ansätzen wie z. B. der JoJo-Konfiguration Anwendung finden. Die Arbeitshöhe des gefesselten Flugkörpers ist zudem, bei einigen Ausführungsvarianten, während des Betriebs nahezu konstant. Fast die gesamte Technik verbleibt am Boden. Es ist möglich, den gefesselten Flugkörper vollständig aus Stoff zu konstruieren, wodurch Kosten, Wartungsaufwand und Gefahrenpotential dieses Flugwindkraftwerks gering gehalten werden und das bei enormen Zugkräften. Mobile, kleine Varianten, bei denen sich die Bodenstation auf einem LKW oder Anhänger befindet sind möglich. Kleinste Varianten können das Handy von Urlaubern am Strand aufladen. Durch die Einfachheit des Betriebes und der Wartung ist der Einsatz auch in abgelegenen Gebieten mit geringer Infrastruktur möglich. Das manuelle Start- und Landeverfahren des gefesselten Flugkörpers ist von seinem Schwierigkeitsgrad mit dem eines Kinderspielzeugdrachens vergleichbar. Es wäre möglich, bei entsprechenden Seillängen, ihn dauerhaft in der Luft zu belassen. Durch sein geringes Gewicht wird das Gefahrenpotential durch einen Unfall extrem gesenkt. Eine Konstruktion des gefesselten Flugkörpers komplett aus Stoff ohne mechanische Komponenten ist möglich. Durch Anbringen einer zusätzlichen Sicherheitsleine kann ein Wegdriften nach einem Seilriss verhindert werden.
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Beschreibung und Ausführungsbeispiel Lineargenerator
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Eine der Grundideen dieser Erfindung ist es, die Luftkammern des gefesselten Flugkörpers mit einem Mechanismus zu versehen, der den einströmenden Luftstrom durch Öffnen und Schließen und/oder durch Volumenreduktion und -erweiterung reguliert, um dadurch die Höhe des gefesselten Flugkörpers sowie die auf das Halteseil wirkende Zugkraft zu variieren. Durch die Zugkraftveränderung wird ein bewegliches Element, das ebenfalls mit dem Halteseil verbunden ist, in Bewegung versetzt. Diese Bewegung kann auf vielfältige Art und Weise genutzt bzw. in elektrische Energie umgewandelt werden. Grundlegend beschreibe ich zunächst die einzelnen Komponenten:
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Bodenstation
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Wesentliche Bestandteile dieses Flugwindkraftwerkes befinden sich nicht in der Luft. Nahezu alle Komponenten sind auf einer Bodenstation montiert. Auch das Halte (5)- und Steuerungsseil (4) des gefesselten Flugkörpers sind mit der Bodenstation (6) verbunden. Die Bodenstation kann sich um 360 Grad drehen. Dadurch ist es dem gefesselten Flugkörper möglich, sich immer optimal in den Wind auszurichten. Dies ist besonders bei Windrichtungsänderungen vorteilhaft, da keine manuelle Umstellung erfolgen muss.
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Hubsenkvorrichtung
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Die Hubsenkvorrichtung (2) besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen: Ein bewegliches Element (ein Gewicht, Rad, Wippe o. ä.) (3), an dem das Halteseil (5) des gefesselten Flugkörpers befestigt ist und einem fest mit der Bodenstation verbundenem Element (4) (Gehäuse, eine Schiene o. ä.), an oder in dem das bewegliche Element eine Bewegung ausführen kann. Erfindungsgedanke dieser Hubsenkvorrichtung (2) ist der, dass der bewegliche Teil (3), an dem das Halteseil (5) des gefesselten Flugkörpers (7) befestigt ist, durch den gefesselten Flugkörper beispielsweise nach oben und durch sein Eigengewicht wieder nach unten bewegt wird. Diese Bewegung kann durch technische Mittel unterstützt bzw. geglättet werden. Bei horizontaler Anordnung der Hubsenkvorrichtung ( ) kann das bewegliche Element (3) durch eine Zugvorrichtung (14) wie beispielsweise eine Feder, ein pneumatisches Element o. ä. in die Ausgangsposition bewegt werden. Diese Bewegung kann dann auf vielfältige Weise z. B. durch den Einsatz von Getrieben oder mit Hilfe eines Schwungrades o. ä. in eine Drehbewegung und anschließend mit Hilfe eines Generators in Energie umgewandelt werden. Es ist auch möglich, die mechanische Energie mittels eines Lineargenerators in elektrische Energie umzuwandeln. Das Hubsenkelement (2) würde dann in seinem Aufbau dem eines Lineargenerators entsprechen. Die weitere Beschreibung des genauen Funktionsprinzips eines konkreten Anwendungsbeispiels (siehe unten) erfolgt als erstes ausführlich am Betrieb eines Lineargenerators. Ich weise darauf hin, dass dies nur eine von vielen Möglichkeiten ist, die entstehende Bewegung in elektrische Energie umzuwandeln. Selbstverständlich kann das hier vorgestellte Prinzip auch für andere Aufgabenbereiche wie z. B. als Antrieb für Pumpen genutzt werden.
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Gefesselter Flugkörper
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Der gefesselte Flugkörper, der auch flugzeugprofilartig geformt sein kann (7), zeichnet sich dadurch aus, dass er eine oder mehrere nach vorne geöffnete Luftkammern (8) besitzt, die sich über einen Verschlussmechanismus wie beispielsweise durch Klappen (9) oder Stöpsel (16) öffnen und schließen lassen. Dadurch wird die Flughöhe des gefesselten Flugkörpers aber vor allem auch die Zugkraft, die auf das Halteseil (5) wirkt, reguliert. Bei geöffneten Kammern (8) ist die Zugkraft sehr hoch und das Hubsenkelement (3) bewegt sich nach oben ( ), bei geschlossenen Kammern (8) ist die Zugkraft gering und das Hubsenkelement bewegt sich nach unten ( ). Eine weitere Möglichkeit, die Zugkraft zu variieren, besteht darin, das Volumen der Luftkammern zu erhöhen und zu verringern. Bei einem hohen Fassungsvolumen ist die Zugkraft hoch, bei geringem Fassungsvolumen ist die Zugkraft gering. Dazu wird die Steuerungsleine so angebracht, dass sich die Luftkammern des gefesselten Flugkörpers zusammenziehen und wieder ausdehnen können. Das Volumen kann auch dadurch variiert werden, dass mehrere Verschlussmechanismen wie z. B. Klappen hintereinander montiert werden. Die Varianten können auch miteinander kombiniert werden.
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Verfahren mit Lineargenerator und Steuerleine
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Wie oben beschrieben, ist der das bewegliche Element (3) in der Hubsenkvorrichtung (4) mit dem Halteseil (5) des gefesselten Flugkörpers verbunden. Das bewegliche Element (3) befindet sich in einem Gehäuse (4) (Stator) auf der Bodenstation (1). Das Hubsenkelement ist dabei zur Verlaufsoptimierung des Halteseils beweglich montiert. Ein zweites Seil ist mit den Klappen (9) (Verschlussvariante)- bzw. bei der Volumenvariante- direkt mit den Luftkammern (8) des gefesselten Flugkörpers (7) verbunden. Bei geöffneten Klappen (Verschlussvariante) zieht der gefesselte Flugkörper den Hubkolben (3) an das obere Ende seines Gehäuses (4) (Stator) ( ). Am oberen Ende des Gehäuses angekommen wird dem Motor mit Auf- und Abrollvorrichtung (24) auf der Bodenstation (1) das Signal zum Aufrollen der Steuerleine (6) gegeben. Die Steuerungsleine (6), die mit der Bodenstation (1) und den Klappen (9) des gefesselten Flugkörpers verbunden ist, wird aufgerollt und spannt sich. Dieses Aufrollen bzw. Spannen ist mit einem sehr geringen Energieaufwand zu bewerkstelligen. Während des Spannvorgangs werden die Klappen (9) geschlossen. Ist das Steuerungsseil (6) komplett gespannt, sind die Klappen (9) ganz geschlossen ( ). In diesem Moment übt der gefesselte Flugkörper (7) die geringste Zugkraft aus. Dadurch kann der Hubkolben (3) sich durch sein Eigengewicht und/oder durch eine Zugvorrichtung (14) innerhalb seines Gehäuses (4) wieder nach unten bewegen. Am unteren Ende angekommen wird dem Motor mit Auf- und Abrollvorrichtung (24) das Signal zum Abwickeln der Steuerleine (6) gegeben. Das Steuerseil (6) entspannt sich, wodurch es den Klappen (9) durch den einwirkenden Luftdruck möglich wird, sich wieder zu öffnen ( ). Das Öffnen der Klappen kann durch ein Aufzugshilfsmittel wie beispielsweise einem Schirm (15) ( / ) erleichtert werden. Durch dieses durch den Wind in Funktion gesetzte Hilfsmittel (Schirm) werden die Klappen zusätzlich aufgezogen, während sie ohne Schirm lediglich durch den Wind aufgedrückt werden. Der gefesselte Flugkörper baut durch die einströmende Luft erneut Zugkraft auf, wodurch das Energiegewinnungsverfahren wieder beginnt. Die Klappen (9) können starr, oder auch flexibel (z. B. bestehend aus Stoff) sein. Bei der Volumenvariante werden die Luftkammern (8) durch die Steuerungsleine (6) zusammengezogen. Dadurch verringert sich die Menge der einströmenden Luft. Die Zugkraft verringert sich und der Hubkolben (3) sinkt in seinem Gehäuse (4) nach unten. Zeitgleich entspannt sich die Steuerungsleine und die Luftkammern können sich wieder ausdehnen. Ist der Wind zu schwach, um den Hubkolben (3) zu bewegen, verharrt der gefesselte Flugkörper in der Zenitposition. Zu diesem Zweck wird der Verschlussmechanismus (z. B. Klappen) offen gelassen. Durch eine mit einem leichten Gas gefüllte Kammer (10) kann der gefesselte Flugkörper auch ganz ohne Wind dauerhaft in der Luft verharren ( ). Die Landung des gefesselten Flugkörpers wird durch permanentes Anziehen der Steuerungsleine (6) vereinfacht. Das beschriebene Verfahren kann durch den Einsatz von Mess- und Regeltechnik auf vielfältige Art und Weise geglättet und optimiert werden. Dazu werden die Klappen elektronisch gesteuert. Der damit verbundene Vorgang kann in Abhängigkeit von der Windstärke stärker oder weniger stark ausfallen. Dadurch ist es möglich die Klappen ganz oder nur teilweise zu öffnen bzw. zu schließen. Auch die Dauer und die Geschwindigkeit eines Öffnungs- und Schließvorgangs kann so variiert werden, um eine optimale Energieausbeute in Abhängigkeit vom gerade vorherrschenden Wind zu erlangen. Durch ein Hintereinanderschalten von Verschlüssen in den Kammern kann das Volumen eines gefesselten Flugkörpers variiert werden. Dadurch kann er an Bodenstationen mit unterschiedlich großen Generatoren betrieben werden. Die Stärke des Windes wird am gefesselten Flugkörper selbst über einen Windmesser gemessen und zur Bodenstation übertragen. Kombiniert mit weiteren Wetterdaten und Windmessern am Boden wird so die optimale Verschlussrate der Luftkammern bezogen auf die jeweilige Bodenstation mit dem jeweiligen Generator bestimmt. Dieser Mess- und Regelvorgang ist mit dem einer Heizungsanlage vergleichbar, bei der Messinstrumente wie der Windmesser die Funktion des Thermostates übernehmen.
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Verfahren mit Lineargenerator ohne Steuerleine
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Der im vorherigen Absatz beschriebene Verschluss- und Volumenreduzierungsmechanismus wird durch einen Motor mit Auf- und Abrollvorrichtung betrieben, der direkter Bestandteil des gefesselten Flugkörpers ist. Dadurch wird die Steuerleine überflüssig. Nachteil dieser Variante ist es, dass der Flugkörper schwerer wird. Die benötigte Energie muss über Akkus, Solarenergie oder über ein kleines Windrad mit Generator, das sich am gefesselten Flugkörper befindet, mitgeführt oder erzeugt werden.
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Verfahren mit rundlaufendem Generator und Steuerleine
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Der Generator (13) ist auf einer um 360 Grad drehbaren Bodenstation (1) montiert. Um eine rotierende Bewegung zu erzeugen, ist das Halteseil (5) mit einem Drehelement verbunden. Das Drehelement besitzt einen Schwerpunkt (12), der z. B. durch ein Gewicht erzeugt wird. An dieser schwereren Seite ist das Halteseil (5) verbunden. Die Steuerungsleine (6) ist mit einem Motor mit Auf- und Abrollvorrichtung (24) verbunden. Das Drehelement ist auf der Achse des Generators montiert ( ). Durch diese Anordnung wird eine Rotationsbewegung erzeugt. Bei geöffnetem Verschlussmechanismus (Klappen) bewegt sich das Drehelement (12) mit seiner schweren Seite nach „oben”. Oben angekommen wird dem Motor mit Auf- und Abrollvorrichtung (24) das Signal zum Anspannen der Steuerleine gegeben. Die Klappen (9) schließen sich, wodurch der gefesselte Flugkörper (7) an Höhe und Zugkraft verliert. Das Drehelement (11) bewegt sich wieder in die untere Position. In der unteren Position angelangt wird dem Motor mit Auf- und Abrollvorrichtung (24) der Befehl zum Abrollen der Steuerleine (6) gegeben, wodurch sich die Klappen (9) öffnen, der gefesselte Flugkörper (7) steigt und die Zugkraft erhöht wird. Das Energiegewinnungsverfahren beginnt erneut. Auch bei der Nutzung eines rundlaufenden Generators kann die Steuerung des Verschluss- und/oder Volumenreduzierungsmechanismus mithilfe der im vorherigen Absatz beschriebenen Mess- und Regeltechnik verfeinert, geglättet und optimiert werden.
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Verfahren mit rundlaufenden Generator ohne Steuerleine
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Siehe Absatz „Verfahren mit Lineargenerator ohne Steuerleine”.
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Verfahren mit rotierendem Verschluss ohne Steuerleine
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Die Zugkraftveränderung wird durch einen rotierenden Verschluss ( ) erzeugt. Dieser rotierende Verschluss wird vor den Öffnungen der Luftkammern (8) des gefesselten Flugkörpers (7) montiert. Der rotierende Verschluss ist so montiert, dass sich seine Achse (17) frei in der Achsenaufhängung (22) des gefesselten Flugkörpers (7) drehen kann. ( ). Der rotierende Verschluss ist so konstruiert, dass er winddurchlässige (20) und windundurchlässige (19) Flanken aufweist. Die benötigte Energie zur Erzeugung einer Drehbewegung wird durch mindestens einen Propeller (18) erzeugt, der außen am rotierenden Verschluss ( ) angebracht ist. Die Kraftübertragung erfolgt z. B. über Zahnräder (21) mittels Untersetzung. Auch bei dieser Variante kann die Drehgeschwindigkeit z. B. durch den Einsatz von Mess- und Regeltechnik via Motoren in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit geglättet, optimiert und verfeinert werden.
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Verfahren in Kombination mit der „Jo-Jo-Variante”
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Mit den beschriebenen Verfahren kann auch die bekannte „Jo-Jo-Variante” betrieben werden. Bei geöffnetem Luftkammernverschluss steigt der gefesselte Flugkörper auf und wickelt die Halteleine ab, wodurch der Generator angetrieben wird. In der Zenitposition angekommen werden die Kammern verschlossen und der gefesselte Flugkörper verliert an Zugkraft, wodurch ein Aufrollen der Halteleine mit wenig Energieaufwand ermöglicht wird.
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Verfahren mit Lineargenerator und Steuerleine (selbst reguliert)
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Wie schon beschrieben, ist der das bewegliche Element (3) in der Hubsenkvorrichtung (4) mit dem Halteseil (5) des gefesselten Flugkörpers verbunden. Das bewegliche Element (3) befindet sich in einem Gehäuse (4) (Stator) auf der Bodenstation (1). Das Hubsenkelement kann dabei, zur Verlaufsoptimierung des Halteseils beweglich montiert sein. Ein zweites Seil ist mit den Klappen (9) (Verschlussvariante)- bzw. bei der Volumenvariante- direkt mit den Luftkammern (8) des gefesselten Flugkörpers (7) verbunden. Bei geöffneten Klappen (Verschlussvariante) zieht der gefesselte Flugkörper den Hubkolben (3) an das obere Ende seines Gehäuses (4) (Stator) ( ). Zeitgleich spannt sich die Steuerungsleine (6), die mit der Bodenstation (1) und den Klappen (9) des gefesselten Flugkörpers verbunden ist. Während des Spannvorgangs werden die Klappen (9) geschlossen. Ist das Steuerungsseil (6) komplett gespannt, sind die Klappen (9) ganz geschlossen ( ) In diesem Moment übt der gefesselte Flugkörper (7) die geringste Zugkraft aus. Dadurch kann der Hubkolben (3) sich durch sein Eigengewicht und/oder durch eine Zugvorrichtung (14) innerhalb seines Gehäuses (4) wieder nach unten bewegen. Das Steuerseil (6) entspannt sich, wodurch es den Klappen (9) durch den einwirkenden Luftdruck möglich wird, sich wieder zu öffnen ( ). Das Öffnen der Klappen kann durch ein Aufzugshilfsmittel wie beispielsweise einem Schirm (15) ( / ) erleichtert werden. Durch dieses durch den Wind in Funktion gesetzte Hilfsmittel (Schirm) werden die Klappen zusätzlich aufgezogen, während sie ohne Schirm lediglich durch den Wind aufgedrückt werden. Der gefesselte Flugkörper baut durch die einströmende Luft wieder Zugkraft auf, wodurch der Vorgang erneut beginnt. Die Klappen (9) können starr oder auch flexibel (z. B. bestehend aus Stoff) sein. Ist der Wind zu schwach, um den Hubkolben (3) zu bewegen, verharrt der gefesselte Flugkörper automatisch mit geöffneten Klappen (9) in der Zenitposition.
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Verfahren mit rundlaufendem Generator und Steuerleine (selbst reguliert)
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Der Generator (13) ist auf einer um 360 Grad drehbaren Bodenstation (1) montiert. Um einen rotierende Bewegung zu erzeugen sind das Halteseil (5) und die Steuerungsleine (6) mit einem Drehelement verbunden. Das Drehelement besitzt einen Schwerpunkt (12), der z. B. durch ein Gewicht erzeugt wird. An dieser schwereren Seite ist das Halteseil (5) verbunden. Die Steuerungsleine (6) ist mit der anderen Seite verbunden. Das Drehelement ist auf der Achse des Generators montiert ( ). Durch diese Anordnung wird eine Rotationsbewegung erzeugt. Bei geöffneten Klappen bewegt sich das Drehelement (12) mit seiner schweren Seite nach „oben”. Gleichzeitig wird das Steuerungsseil (6) nach „unten” bewegt. Dadurch schließen sich die Klappen (9) und der gefesselte Flugkörper (7) verliert an Höhe und Zugkraft. Die Anordnung des Schwerpunkts (12) bewirkt nun, dass sich das Drehelement (11) weiterdreht. Die Halteleine (5) wird angespannt, während sich gleichzeitig die Steuerleine (6) entspannt ( ). Durch die Entspannung der Steuerleine (6) wird es den Klappen (9) wiederum ermöglicht, sich zu öffnen. Der gefesselte Flugkörper (7) gewinnt an Höhe und die Zugkraft erhöht sich. Der Zyklus beginnt erneut.
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In den vorrangegangenen Absätzen wurden verschiedene Verfahren und Ausführungsbeispiele beschrieben. Durch unterschiedliche Formgebung, Materialwahl, Art und Lage einzelner Teile sind viele weitere Ausführungen denkbar. Die beiliegende Zeichnungen dienen der besseren Übersicht. Sie stellen nur eine Auswahl von vielen Ausführungsvarianten dar. Somit weise ich schon an dieser Stelle ausdrücklich daraufhin, dass für alle denkbaren Kombinationen Schutzansprüche angemeldet werden.
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Ausführungsbeispiele und Ausstattungsmöglichkeiten
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Im Folgenden werden Ausführungsvarianten, Ergänzungen und Ausstattungsmerkmale aufgeführt, die mit allen vorher beschriebenen Verfahren ergänz- bzw. kombinierbar sind.
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Um einen optimalen Verlauf und ein Verdrehen von Steuerleine und Halteleine zu gewährleisten, werden diese parallel zueinander geführt. Hierzu werden die Leinen von einer schlauchartigen Ummantelung umgeben ( ).
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Der gefesselte Flugkörper würde bei einer Konstruktion aus flexiblem Material funktionieren wie ein Parafoildrachen. Ein großer gefesselter Flugkörper mit großem Luftkammervolumen kann so auf ein geringes Transport und Packmaß reduziert werden. Bei dieser Ausführungsvariante ist es wichtig, dass auch bei geschlossenen Klappen etwas Luft in die Kammer einströmen kann, um ein Flügelprofil aufrechtzuerhalten oder der Verschlussmechanismus muss so konstruiert sein, dass er die Kammern luftdicht verschließt und dadurch die Form aufrecht erhalten wird. Ebenso kann der gefesselte Flugkörper auch aus starren leichten Verbundstoffen bestehen und mit Hilfe von Fertigungsverfahren aus dem Flugzeugbau produziert werden. Auch Kombinationen sind möglich. Der vordere Teil des gefesselten Flugkörpers, an dem die Technik, wie z. B. die Klappen angebracht sind, würde dann aus leichten Verbundstoffen wie Kohlefaser bestehen, während der hintere Teil aus einem reißfesten flexiblen Material wie z. B Stoff oder Spinnacker besteht. Durch diese Konstruktionsweisen sind extrem große und gleichzeitig sehr leichte gefesselte Flugkörper möglich.
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Um einen Überdruck im Inneren der Kammern zu vermeiden ist der gefesselte Flugkörper mit mind. einem Überdruckvermeidungssystem beispielsweise einem Ablassventil (23) ausgestattet, das ein Platzen oder Zerreißen bei einem zu hohen Druck verhindert ( / ). Zur einfacheren Landung können diese Ventile ebenfalls geöffnet werden.
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Um Kondens- oder Regenwasser abzuleiten, sind die Kammern mit einem Ablauf versehen.
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Um Kollisionen mit Luftfahrzeugen zu verhindern ist der gefesselte Flugkörper mit Signalgebern, wie Lichtern, radarreflektierender Folie und/oder Transpondern ausgestattet.
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Der gefesselte Flugkörper ist mit einer zusätzlichen Sicherheitsleine mit der Bodenstation verbunden. Diese ist länger als Halte- und Steuerleine. Während der Energiegewinnung hat sie keine Funktion. Sollten Steuerleine und Halteseil reißen, ist der gefesselte Flugkörper noch an dieser Sicherheitsleine befestigt. Die Sicherheitsleine besitzt Dehneigenschaften. Der Befestigungspunkt der Sicherheitsleine am gefesselten Flugkörper ist so gewählt, dass er den gefesselten Flugkörper nach einem Riss von Steuer- und Halteleine seiner Flugeigenschaften beraubt. Der Befestigungspunkt kann am hinteren Ende des gefesselten Flugkörpers gewählt sein. Dadurch würde sich der Flugkörper nach einem Riss in eine unaerodynamische Position drehen und zu Boden sinken.
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Das Hubsenkelement kann in verschiedenen Größen und Ausführungsvarianten konstruiert werden. So ist eine Montage auch an Wänden (z. B. Häuser) oder natürlichen Erhebungen wie beispielsweise Hängen oder Hügeln möglich.
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Es können mehrere Hubsenkelemente mit mehreren gefesselten Flugkörpern gleichzeitig betrieben werden. Zur Stabilisierung ist der gefesselte Flugkörper mit mindestens einer Gasblase (10) ausgestattet, die ihn auch bei Windstille in der Luft hält ( ).
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Zur Stabilisierung ist ein weiterer aerodynamischer Auftriebskörper befestigt, der über dem (den) gefesselten mit Luftkammern ausgestatteten Flugkörper(n) fliegt und für zusätzlichen Auftrieb und Stabilisierung sorgt.
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Der hier beschriebene Verschlussmechanismus kann auch bei bestehenden Fluggeräten wie z. B. Paraglidingschirmen, Fallschirmen oder Kitsurfschirmen zum Einsatz kommen. Durch den Verschluss der Luftkammern wird die Zugkraft des Kitsurfdrachens regulierbar. Werden die Kammern mit den Klappen ganz verschlossen verliert der Kitesurfdrachen seine Zugkraft ganz. Das kann auch bei einem zusätzlichen Sicherheitssystem Anwendung finden. Der Kitsurfer zieht beispielsweise eine Sicherheitsleine und löst damit einen Mechanismus aus, der einen sofortigen Verschluss der Luftkammern zur Folge hat. Ebenso kann der Verschluss einiger weniger Klappen auf nur einer Seite eines Paragliding- oder Fallschirms oder Lenkdrachens den Lenkvorgang unterstützen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bodenstation
- 2
- Hubsenkelement
- 3
- bewegliches Element
- 4
- festes Element
- 5
- Halteleine
- 6
- Steuerleine
- 7
- gefesselter Flugkörper
- 8
- Luftkammern
- 9
- Klappen
- 10
- Gasblase
- 11
- Drehelement
- 12
- Schwerpunkt/Gewicht
- 13
- Generator
- 14
- Zugvorrichtung
- 15
- Schirm
- 16
- Stöpsel
- 17
- Achse
- 18
- Propeller
- 19
- Windundurchlässige Flanke
- 20
- Winddurchlässige Flanke
- 21
- Zahnräder
- 22
- Achsenaufhängung
- 23
- Druckventil
- 24
- Motor mit Auf- und Abrollvorrichtung
- 25
- Umlenkvorrichtung
- 26
- Leinenummantelung
