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Die Erfindung betrifft eine Signalanordnung für ein Freileitungsseil sowie ein Verfahren zur Signalerzeugung an Freileitungsseilen mit Hilfe einer solchen Signalanordnung
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Unter Freileitungsseil werden allgemein Seile oder strangförmige Gebilde verstanden, welche im Freien in mehreren Metern und üblicherweise in mehreren 10 Metern Höhe oder auch mehr gespannt sind. Unter Freileitungsseil wird insbesondere ein Seil einer Hochspannungsleitung verstanden, bei der üblicherweise eine Vielzahl von Freileitungsseilen zwischen zwei Masten abgespannt sind. Die Maste sind dabei typischerweise mehrere Hundert Meter voneinander beabstandet. Die Hochspannungsleitungen sind dabei üblicherweise für eine Spannungsübertragung im Bereich von mehreren Hundert kV ausgebildet. Bei den Freileitungsseilen kann es sich dabei sowohl um Phasenleiter als auch um weitere abgespannte Seile, wie beispielsweise Erdseile oder Datenkabel etc. handeln.
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Bei derartigen im Freien in einer gewissen Höhe abgespannten Seilen oder Kabeln werden häufig Signalanordnungen zu Zwecken des Vogelschutzes befestigt, um also Vögel auf das Hindernis aufmerksam zu machen. Bei Freileitungsseilen einer Hochspannungsleitung werden diese Signalanordnungen dabei üblicherweise an einem obersten, zwischen den Spitzen abgespannten Seil, üblicherweise ein Erdseil und/oder ein Datenkabel befestigt. Die darunter angeordneten Phasenleiter sind typischerweise beispielsweise zu Viererbündeln zusammengefasst, die von den Vögeln erkannt werden. Bei einer Ausweichbewegung der Vögel nach oben stellen häufig diese obersten Seile eine Gefährdung dar.
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Neben derartigen Signalanordnungen zum Vogelschutz sind daneben auch so genannte Flugwarnkugeln als Signalanordnungen bekannt, die für den Flugverkehr auf solche Gefahrenstellen hinweisen.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Schutzwirkung von Signalanordnungen zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Signalanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese dient insbesondere zur Befestigung an einem Freileitungsseil vorzugsweise einer Hochspannungs-Leitung und umfasst ein Befestigungselement zur hängenden Befestigung an dem Freileitungsseil. Weiterhin weist die Signalanordnung zumindest ein aktives Leuchtelement auf, welches unter Ausnutzung von aus der Umgebung gewonnener elektrischer Energie aktiv leuchtet. Unter aktiv Leuchten wird dabei verstanden, dass das Leuchtelement selbst ein Leuchtmittel aufweist, welches Licht selbsttätig emittiert und nicht lediglich reflektiert. Durch das aktive Leuchtelement wird daher die Sichtbarkeit der Signalanordnung, insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen, besonders in der Dämmerung und im Dunkeln, verbessert. Weiterhin ist als wesentlicher Gesichtspunkt hervorzuheben, dass die für das aktive Leuchtelement erforderliche Energie elektrische Energie ist, welche aus der Umgebung gewonnen ist. Es ist daher keine aktive Energieversorgung des Leuchtelements erforderlich. Dadurch ist auch kein Wartungsaufwand erforderlich. Das aktive Leuchtelement ist daher insgesamt energieautark ausgebildet.
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Vorzugsweise ist das Leuchtelement dabei nach Art einer Leuchtröhre mit zwei voneinander beabstandeten Enden ausgebildet, zwischen denen ein mit einem ionisierbaren Gas gefüllter transparenter Hohlkörper angeordnet ist. Bei dem Hohlkörper handelt es sich dabei beispielsweise um eine (Kunststoff)-Röhre oder auch um einen ballonartigen Hohlkörper, beispielsweise nach Art von Flugwarnkugeln.
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Bei dieser Ausgestaltung, die insbesondere für die Anordnung an einem Freileitungsseil einer Hochspannungsleitung vorgesehen ist, wird die bei derartigen Hochspannungsleitungen auftretende hohe elektrische Feldstärke ausgenutzt. Als Energiequelle wird daher das über der Hochspannungsleitung bereitgestellte elektrische Feld herangezogen. Die Feldstärke bei Hochspannungsleitungen liegt dabei typischerweise bei mehreren kV pro Zentimetern. Damit ist eine ausreichend hohe Feldstärke bereitgestellt, um ein in dem Hohlkörper angeordnetes Gas durch die Spannungsdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Enden des Hohlkörpers zum Leuchten zu bringen.
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Um das elektrische Feld geeignet auszunutzen sind dabei die Enden des Hohlkörpers (in Richtung der Feldlinien) vorzugsweise mehrere zehn Zentimeter voneinander beabstandet, beispielsweise zwischen 20 und 60 cm. Zwischen den Enden des gasgefüllten Hohlkörpers liegen daher mehrere 10kV Spannungsdifferenz an. Die Enden des Hohlkörpers sind insbesondere als Kappen ausgebildet. Sie weisen vorzugsweise insbesondere metallische Elektroden auf oder sind als solche ausgebildet. Die Elektroden selbst sind insbesondere als kappenartige Endstücke beidendseitig an dem Hohlkörper angebracht.
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Alternativ oder auch ergänzend zu der Ausnutzung der elektrischen Feldstärke weist die Signalanordnung einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie aus der Umgebung auf. Eine nicht elektrische Umgebungsgröße wird daher über diesen Generator in elektrische Energie umgewandelt, die dann für das Leuchtelement herangezogen wird. Bei diesem Generator handelt es sich dabei um einen Kleinstgenerator, welcher auch nur zur Erzeugung von geringen Energiemengen ausgebildet ist. Als ausnutzbare Energie steht hierbei insbesondere thermische Energie, Bewegungsenergie oder Lichtenergie zur Verfügung. Entsprechend handelt es sich bei dem Generator beispielsweise um einen thermoelektrischen Generator, um einen Bewegungsgenerator oder um ein Photovoltaikelement.
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Im Hinblick auf eine effiziente Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie ist die Signalanordnung und/oder das aktive Leuchtelement dreh- oder schwenkbeweglich ausgebildet. Insbesondere ist das aktive Leuchtelement dreh- oder schwenkbeweglich mit dem Befestigungselement verbunden. Die Bewegung entweder des Leuchtelements oder auch der gesamten Signalanordnung wird durch Luftbewegungen hervorgerufen. Zweckdienlicherweise ist dabei das Leuchtelement selbst drehbeweglich angeordnet, sodass eine eigene Bewegung des aktiven Leuchtelements in elektrische Energie umgewandelt wird.
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Gemäß einer ersten Ausführungsvariante ist der Generator dabei als ein Piezogenerator ausgebildet. Bei diesen Piezogeneratoren handelt es sich allgemein um sehr kleinbauende Elemente, welche Bewegungsenergie nach dem piezoelektrischen Effekt in elektrische Energie in an sich bekannter Weise umwandeln. Derartige Piezogeneratoren werden im Bereich des so genannten „Energy Harvesting“ eingesetzt.
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Alternativ wird in zweckdienlicher Ausgestaltung als Generator ein elektrischer Dynamo eingesetzt, bei dem Bewegungsenergie mittels einer magnetischen Spule durch Induktion in elektrische Energie in an sich bekannter Weise umgewandelt wird.
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Als weitere Alternative für einen Generator wird in bevorzugter Variante Lichtenergie mit Hilfe eines Photovoltaik-Elements ausgenutzt. Insbesondere bei dieser Ausführungsvariante ist zweckdienlicherweise ergänzend noch ein Energiespeicher zur zumindest temporären Zwischenspeicherung der erzeugten Energie ausgebildet, um die während des Tages erzeugte Energie für den Betrieb des aktiven Leuchtelements in der Nacht bereitzustellen.
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Schließlich wird in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung als elektrischer Generator ein thermoelektrischer Generator eingesetzt, welcher allgemein thermische Energie in elektrische Energie umwandelt. Bei stromführenden Freileitungsseilen stellt dies eine besonders effiziente Maßnahme zur Erzeugung von elektrischer Energie dar, da durch die Stromführung das Leiter- oder Phasenseil erwärmt ist und daher zwischen dem Seil und der Umgebung ein Temperaturgradient besteht, der zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgenutzt wird. Der Temperaturgradient beträgt dabei oftmals bis zu etwa 50 bis 60 °C. Als thermoelektrischer Generator wird dabei in einer ersten Variante ein thermoelektrisches Element im engeren Sinn eingesetzt, welches unter Ausnutzung des Seebeck-Effektes elektrische Energie gewinnt. Der Begriff thermoelektrischer Generator wird vorliegend jedoch allgemeiner verstanden und umfasst auch andere Elemente, die aus der Temperatur, insbesondere Temperaturgradienten elektrische Energie zu erzeugen vermögen. In bevorzugter Alternative ist der thermoelektrische Generator als Stirling-Generator ausgebildet, bei dem unter Ausnutzung des Stirling-Kreisporzesses aus dem Temperaturgradienten eine Bewegung erzeugt wird, die dann über einen herkömmlichen elektrischen Generator (Dynamoprinzip) Strom erzeugt. der Stirling-Generator umfasst hierbei zwei Kolbenräume, der eine steht hierbei bevorzugt in wärmetauschendem Kontakt mit dem Seil und der andere, kühlere Kolbenraum ist weiter beabstandet von dem Seil auf einem niedrigeren Temperaturniveau angeordnet. Die beiden Kolbenräume sind beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse integriert, welches am Seil in wärmeleitendem Kontakt befestigt ist und welches insbesondere im Bereich des kühleren Kolbenraums mit Kühlrippen versehen ist.
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Bevorzugt ist bei einer speziellen Ausführungsvariante neben dem Energiespeicher auch eine Steuerelektronik vorgesehen, die das aktive Leuchtelement tageszeitabhängig oder auch in Abhängigkeit der Lichtverhältnisse zu- und abschaltet. Ein entsprechender Sensor und/oder ein Zeitgeber ist daher vorzugsweise ebenfalls integriert.
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In vorteilhaften Ausführungsvarianten wird jedoch sowohl auf einen Energiespeicher und zweckdienlicherweise auch auf eine Steuerelektronik verzichtet, zumindest auf eine Steuerelektronik, die das aktive Leuchtelement aktiv in Abhängigkeit der Lichtverhältnisse oder der Zeit schaltet. Auch sind zweckdienlicherweise keinerlei Sensoren oder Taktgeber etc. angeordnet. Das aktive Leuchtelement ist insgesamt möglichst einfach ausgebildet und setzt unmittelbar die aus der Umgebung gewonnene elektrische Energie in Lichtenergie um.
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Bei der bevorzugten Ausführungsvariante der Ausnutzung der elektrischen Feldstärke steht die Energiequelle sowieso permanent zur Verfügung. Auch die Ausnutzung der kinetischen Energie ist üblicherweise permanent möglich, da in den typischen Höhen von mehreren zehn Metern üblicherweise immer eine Luftbewegung stattfindet.
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Insgesamt ist das Leuchtelement zweckdienlicherweise ein langgestreckter Körper und beispielsweise nach Art einer Röhre ausgebildet. Alternativ hierzu ist das Leuchtelement auch ein Volumenkörper, beispielsweise eine Kugel, nach Art von ballonartigen Flugwarnkugeln.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung ist neben dem aktiven Leuchtelement zusätzlich zumindest ein passives Signalelement angeordnet. Dieses weist daher kein aktives Leuchtmittel auf, welches von sich aus Lichtenergie abgibt. Vielmehr handelt es sich bei dem passiven Signalelement um ein reflektierendes und/oder kontraststarkes Signalelement. Auch das passive Signalelement ist beweglich am Freileitungsseil, insbesondere am Befestigungselement befestigt. Im Falle eines reflektierenden Signalelements wird bei Tageslicht das Umgebungslicht reflektiert. Bei kontraststarken Signalelementen werden für das Signalelement insbesondere kontraststarke Farben eingesetzt, die von den Vögeln in Verbindung mit einer Bewegung des Signalelements gut erkennbar sind. Die Bewegung der Signalelemente und/oder Leuchtelemente ist dabei wesentlich. Daher wird generell zweckdienlicherweise eine bewegliche Anordnung der Leuchtelemente sowie der Signalelemente bevorzugt.
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Um dies in einfacher Weise zu ermöglichen, sind das aktive Leuchtelement und das passive Signalelement in einer bevorzugten Variante an einem gemeinsamen Halteelement aufgereiht, an dem das Befestigungselement befestigt ist. Die aktiven Leuchtelemente sowie passiven Signalelemente sind daher über das Halteelement mittelbar mit dem Freileitungsseil im montierten Endzustand verbunden.
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Dabei sind aktive Leuchtelemente und passive Signalelemente vorzugsweise abwechselnd zueinander angeordnet. Weiterhin sind die Elemente zweckdienlicherweise drehbeweglich am Halteelement angeordnet, welches beispielsweise nach Art einer Tragstange ausgebildet ist. Das Halteelement verläuft dabei im montierten Endzustand typischerweise in etwa in horizontaler Richtung, es ist daher eine horizontal verlaufende Drehachse für die Leucht- und Signalelemente vorgesehen. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit der drehbaren Anordnung um eine vertikale Achse. Hierzu ist beispielsweise ein Drehgelenk angeordnet, entweder als Teil des Befestigungselements oder auch zwischen Halteelement und Befestigungselement. Bei den Ausführungsvarianten mit der abwechselnden Aneinanderreihung des aktiven Leuchtelements sowie des passiven Signalelements sind vorzugsweise eine Vielzahl derartiger Paare angeordnet.
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Alternativ ist auf die Anordnung von passiven Signalelementen verzichtet und es sind nur aktive Leuchtelemente am Halteelement angeordnet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch ein Freileitungsseil mit einer derartigen Signalanordnung sowie durch ein Verfahren zur Signalerzeugung an Freileitungsseilen mit Hilfe einer solchen Signalanordnung, wobei aus der Umgebung der Signalanordnung elektrische Energie gewonnen und mit dieser ein aktives Leuchtelement zum Leuchten gebracht wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in vereinfachten Darstellungen:
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1 eine ausschnittsweise Darstellung eines Freileitungsseils mit daran befestigter Signalanordnung,
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2 eine stark vereinfachte Darstellung eines aktiven Leuchtelements in einer ersten Ausführungsvariante, welches zur Ausnutzung einer elektrischen Feldstärke ausgebildet ist,
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3 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines aktiven Leuchtelements gemäß einer zweiten Ausführungsvariante,
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4 eine ausschnittsweise Darstellung eines Freileitungsseils mit einer daran befestigten alternativen Signalanordnung, sowie
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5 eine weitere alternative Ausführungsvariante einer Signalanordnung.
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In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in der 1 dargestellte Signalanordnung 2 ist an einem Freileitungsseil 4 befestigt. Bei dem Freileitungsseil 4 handelt es sich insbesondere um ein so genanntes Erdseil einer Hochspannungsleitung, welches zwischen den Spitzen zweier Tragmasten abgespannt ist.
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Die Signalanordnung 2 weist im Ausführungsbeispiel hakenförmige Befestigungselemente 6 auf, mit denen sie am Freileitungsseil 4 eingehängt ist. Über eine zusätzliche Befestigungsspirale 8 ist die Signalanordnung 2 am Freileitungsseil 4 befestigt.
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Die Befestigungselemente 6 sind voneinander in Längsrichtung des Freileitungsseils 4 beabstandet und über die Befestigungsspirale 8 üblicherweise drehfest mit dem Freileitungsseil 4 verbunden. Sie weisen jeweils an ihrem dem Freileitungsseil 4 gegenüberliegenden Ende eine Aufnahme auf, die insbesondere nach Art einer Öse ausgebildet ist. In diese Aufnahme ist ein im Ausführungsbeispiel stangenförmiges Haltelement 10 jeweils eingesteckt. An dem Halteelement 10 wiederum sind über die gesamten Länge des Halteelements aktive Leuchtelemente 12 sowie passive Signalelemente 14 aneinandergereiht angeordnet. Hierzu weisen die Leuchtelemente 12 sowie die Signalelemente 14 jeweils Bohrungen oder Halteösen 22 auf, durch die das Halteelement 10 durchgeführt ist. Die Elemente 12, 14 sind dabei jeweils einzeln drehbeweglich an dem Halteelement 10 befestigt. Insbesondere bilden sie einen Art Lamellenvorhang aus.
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Im Ausführungsbeispiel sind bei den passiven Signalelementen 14 beidseitig einer solchen Durchführung, die nach Art einer Bohrung ausgebildet ist, noch metallische Scheiben 16 nach Art von Beilagscheiben angeordnet. Über diese wird eine Homogenisierung der elektrischen Feldverteilung erreicht, so dass (Micro-)Entladungen reduziert sind.
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Sowohl bei den aktiven Leuchtelementen als auch bei den passiven Signalelementen 14 handelt es sich um langgestreckte Elemente, welche drehbeweglich am Halteelement 10 befestigt sind, sodass sie beispielsweise bei Wind oder sonstigen Luftbewegungen eine Drehbewegung um eine durch das Halteelement 10 definierte Drehachse ausführen. Bei den passiven Signalelementen 14 handelt es sich beispielsweise um Kunststoffelemente. Die passiven Signalelemente 14 können dabei ergänzend auch mit Fluorenzenz-Effekten ausgebildet sein, sodass zumindest temporär auf chemischem Wege Lichtenergie gespeichert und dann sukzessive wieder abgegeben wird.
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Im Unterschied hierzu handelt es sich bei den aktiven Leuchtelementen 12 um elektrische Leuchtelemente, welche ein Leuchtmittel aufweisen, welches durch elektrische Energie aktiv leuchtet.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 wird hierbei die elektrische Feldstärke an einer Hochspannungs-Leitung ausgenutzt. Hierzu umfasst das aktive Leuchtelement 12 eine längliche transparente Röhre 20, insbesondere aus Kunststoff, die sich zwischen zwei Enden erstreckt. Diese sind im Ausführungsbeispiel als metallische Endkappen 18 ausgebildet, die die Röhre 20 verschließen und vorliegend auch als Elektroden bezeichnet werden. An der oberen Endkappe 18 ist eine Halteöse 22 angeordnet, mit der das jeweilige aktive Leuchtelement 12 drehbeweglich am Haltelement 10 befestigt ist. Dieser Aufbau ist insbesondere aus der 2 zu entnehmen. Der Hohlraum der Röhre 20 ist mit einem ionisierbaren Gas gefüllt. Aufgrund der in der Nähe von Hochspannungsleitungen bestehenden hohen elektrischen Felder bildet sich daher zwischen den Endkappen 18 eine starke Potentialdifferenz aus, derart, dass das Gas ionisiert und zum Leuchten gebracht wird. Die Funktion des aktiven Leuchtelements 12 ist daher mit einer Leuchtstoffröhre vergleichbar.
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Bei der Ausführungsvariante der 3 ist alternativ zur Ausnutzung der elektrischen Feldstärke ein Generator 24 integriert, welcher insbesondere zur Umwandlung von kinetischer Energie in elektrische Energie ausgebildet ist. Bei diesem handelt es sich vorzugsweise um einen Piezogenerator. Alternativ kann dieser auch als Dynamo ausgebildet sein. Hierzu ist der Generator 24 beispielsweise unmittelbar in die Drehgelenkverbindung zwischen der Halteöse 22 und dem Halteelement 10 integriert. In die Halteöse 22 ist hierzu beispielsweise eine Magnetspule integriert und das Haltelement 10 ist als ein magnetischer Kern für die Spule ausgebildet, sodass bei einer Drehbewegung eine Spannung in der Spule induziert wird.
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Alternativ zu der Gewinnung von elektrischer Energie aus einer Bewegung besteht auch die Möglichkeit der Ausnutzung von Lichtenergie mit Hilfe eines Photovoltaikelements oder von thermischer Energie mit Hilfe eines thermoelektrischen Generators. Insbesondere bei der Gewinnung von elektrischer Energie aus Lichtenergie ist ergänzend noch ein zumindest temporärer Energiespeicher 26 angeordnet, welcher vorzugsweise unmittelbar in das aktive Leuchtelement 12 integriert ist. Bei diesem kann es sich in einfachster Ausgestaltung um einen Kondensator handeln. Weiterhin ist eine Steuereinheit 28 integriert, welche die Abgabe der Energie aus dem Energiespeicher 26 und/oder das Zu- bzw. Abschalten eines aktiven Leuchtmittels 30 steuert. Bei diesem Leuchtmittel 30 handelt es sich um ein Leuchtmittel 30 mit geringem Energieverbrauch, insbesondere eine LED. Der Energiespeicher 26 sowie die Steuereinheit 28 sind im Ausführungsbeispiel 3 unmittelbar in das aktive Leuchtelement 12 integriert. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, dass für die aktiven Leuchtelemente 12 ein gemeinsamer Energiespeicher 26 sowie eine gemeinsame Steuereinheit 28 innerhalb der Signalanordnung 2 integriert sind.
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Eine alternative Ausgestaltung der Signalanordnung ist in 4 dargestellt. Im Unterschied zu der Ausführungsvariante der 1 ist hier nur ein Befestigungselement 6 angeordnet, welches zentral orientiert ist. Das Halteelement 10 ist wieder nach Art einer Stange ausgeführt und durch eine Halteöse des Befestigungselements 6 hindurchgeführt. Beidseitig des Befestigungselements 6 ist jeweils ein Paar aus einem aktiven Leuchtelement 12 und einem passiven Signalelement 14 angeordnet. Die Drehbeweglichkeit ist wiederum um eine durch das Halteelement 10 definierte horizontale Drehachse gegeben.
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Bei der Ausführungsvariante der Signalanordnung 2 gemäß der 5 ist schließlich demgegenüber eine vertikale, senkrecht zum Freileitungsseil 4 orientierte Drehachse 31 definiert und die Signalanordnung umfasst zwei Flügelelemente 32, die jeweils ein abgekröpftes Ende aufweisen oder alternativ hierzu in geeigneter Weise gebogen sind. Durch diese Formgebung wird effektiv eine Luftbewegung ausgenutzt zur Umwandlung in kinetische Energie der um die vertikale Drehachse 31 drehbaren Flügelelemente 32. Das eine Flügelelement 32 ist dabei als aktives Leuchtelement 12 und das andere als passives Signalelement 14 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Signalanordnung
- 4
- Freileitungsseil
- 6
- Befestigungselement
- 8
- Befestigungsspirale
- 10
- Halteelement
- 12
- aktives Leuchtelement
- 14
- passives Signalelement
- 16
- Scheiben
- 18
- Endkappen
- 20
- Röhre
- 22
- Halteöse
- 24
- Generator
- 26
- Energiespeicher
- 28
- Steuereinheit
- 30
- Leuchtmittel
- 31
- vertikale Drehachse
- 32
- Flügelelement
