-
Die Erfindung betrifft einen Auftriebskörper zur schwebenden Anordnung über der Erdoberfläche, ein System zur schwebenden Anordnung eines Auftriebskörpers in der Erdatmosphäre und ein Verfahren zur Bereitstellung einer Funktionseinheit zur Aufnahme und/ oder Ausgabe von Informationen und/ oder Erzeugung elektrischer Energie in der Erdatmosphäre.
-
Der Betrieb einiger technischer Vorrichtungen, wie beispielweise Sende- und Empfangsanlagen für Mobilfunk oder Internet, erfordert die Anordnung der Vorrichtungen in der Erdatmosphäre in einer gewissen Höhe über der Erdoberfläche. Um unabhängig von starren Bauwerken zu sein und Kosten zu sparen, können bodenfixierte, stationäre Auftriebskörper genutzt werden, um beispielsweise Kommunikationseinrichtungen bereitzustellen.
-
Weiterhin können an Auftriebskörpern Einrichtungen zur Energieerzeugung angeordnet sein. Beispielweise können Windkraftanlagen zur Erzeugung von elektrischem Strom am Auftriebskörper vorhanden sein.
-
Genannte Auftriebskörper werden üblicherweise mit Seilen oder Ketten an einer Bodenstation fixiert und richten sich in Abhängigkeit vom Wind im Umkreis dieser Bodenstation in der Erdatmosphäre aus. Die zur Positionierung in der Erdatmosphäre nötige Auftriebskraft wird dabei üblicherweise durch ein Traggas realisiert. Die Auftriebskörper können ballonförmig ausgebildet sein.
-
Herkömmliche bodenfixierte Auftriebskörper weisen eine starke Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit auf. Bei Windstille steht der Auftriebskörper senkrecht über der Bodenstation. Bei höheren Windgeschwindigkeiten bewegt sich der Auftriebskörper entlang des Kreisbogens, dessen Radius durch die Länge des ihn haltenden Seils definiert ist. Bei hohen Windgeschwindigkeiten stellt sich typischerweise eine Position ein, die in geringerer Höhe liegt als bei Windstille und die nicht mehr über der Bodenstation liegt. Daraus können Nachteile bei der Erfüllung der technischen Ziele des Auftriebskörpers resultieren, wie der Bereitstellung von Mobilfunk oder Internet. Weiterhin kann die wechselhafte Position des Auftriebskörpers bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen nachteilig sein.
-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Auftriebskörper zur schwebenden Anordnung über der Erdoberfläche, ein System zur schwebenden Anordnung eines derartigen Auftriebskörpers sowie ein Verfahren zur Bereitstellung einer Funktionseinheit zur Aufnahme und/ oder Ausgabe von Informationen und/ oder Erzeugung elektrischer Energie in der Erdatmosphäre zur Verfügung zu stellen, mit denen eine zuverlässige Positionierung des Auftriebskörpers und demzufolge auch eine zuverlässige Funktionsweise der genannten Verfahren gewährleistet ist.
-
Zur Lösung des Problems wird ein Auftriebskörper nach Anspruch 1 zur Verfügung gestellt. Weiterhin wird ein System zur schwebenden Anordnung des Auftriebskörpers nach Anspruch 8 sowie ein Verfahren zur Bereitstellung einer Funktionseinheit nach Anspruch 10 zur Verfügung gestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2–7 sowie 9 angegeben.
-
Ein erster erfindungsgemäßer Aspekt stellt einen Auftriebskörper zur schwebenden Anordnung über der Erdoberfläche vor. Dieser umfasst wenigstens einen Gasaufnahmeraum zur Aufnahme von Auftriebsgas zur Erzeugung einer ersten Auftriebskraft sowie eine Kielkante, die sich im schwebenden Zustand des Auftriebskörpers an dessen Unterseite befindet. Der Auftriebskörper weist senkrecht zur Kielkante einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt auf und verfügt über eine frontale Deckfläche sowie eine rückseitige Deckfläche. Vorzugsweise ist der Querschnitt vollständig dreieckig. Die Deckflächen sind an der Oberfläche des Auftriebskörpers angeordnet. Die frontale Deckfläche und die rückseitige Deckfläche sind entlang der vorgesehenen Anströmrichtung des Auftriebskörpers hintereinander angeordnet. Ein erster Winkel zwischen der Kielkante und der frontalen Deckfläche ist größer als ein von der rückseitigen Deckfläche und der Kielkante eingeschlossener zweiter Winkel. Dadurch ist bei Luft-Anströmung des Auftriebskörpers über dessen rückseitiger Deckfläche ein Unterdruck erzeugbar, der eine zumindest im Bereich der rückseitigen Deckfläche wirkende zweite Auftriebskraft auf den Auftriebskörper realisiert. Die Anströmung des Auftriebskörpers erfolgt immer an dessen frontale Deckfläche.
-
Insbesondere sind die frontale Deckfläche und die rückseitige Deckfläche jeweils im Wesentlichen dreieckig, wobei die Kanten abgerundet sein können. Auch die Kielkante kann abgerundet sein. Für das Verhältnis der Radien R der abgerundeten Kanten zur Länge der Kielkante L2 gilt vorzugsweise: R/L2 < 0,1
-
Der Begriff „schwebend“ im Sinne der Erfindung bezeichnet einen in der Luft befindlichen Zustand ohne starre Bodenfixierung, unabhängig von der Art der Auftriebskraft.
-
Der Auftriebskörper ist geeignet, eine Zugkraft, zum Beispiel auf ein an den Auftriebskörper angebrachtes Halteseil, zu erzeugen. Zu diesem Zweck kann eine Koppeleinrichtung an der Unterseite des Auftriebskörpers angeordnet sein.
-
Das Material der Hülle des Auftriebskörpers kann beispielsweise eine Mehrschichtfolie mit Gewebeeinlage, insbesondere Carbon- oder Aramidfasern, sein, sowie eine Gassperrschicht, beispielsweise aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, und Trägerfolien, beispielsweise aus Polyamid und/ oder Polyethylen, umfassen.
-
Vorteil der genannten Lösung ist die hohe strömungstechnische Eigenstabilität des Auftriebskörpers bei Luft-Anströmung. Die erzeugbare zweite Auftriebskraft wirkt bei hohen Windgeschwindigkeiten den direkten, aus der Luft-Anströmung sowie aus einer Zugkraft des Seils resultierenden Kräften entgegen und ermöglicht einen von der Windgeschwindigkeit weitgehend unabhängigen, ortsstabilen Betrieb. Je größer dabei die Windgeschwindigkeit ist, umso größer ist die erfindungsgemäß realisierte zweite Auftriebskraft, die einer Windkraftbedingter Annäherung des Auftriebskörpers an die Erdoberfläche entgegenwirkt.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Auftriebskörpers bilden die frontale Deckfläche und die rückseitige Deckfläche eine gemeinsame Querkante aus. Diese gemeinsame Kante ist an der der Kielkante abgewandten Seite, also der Oberseite angeordnet, zur Kielkante beabstandet und senkrecht zur Kielkante ausgerichtet.
-
Insbesondere liegt die gemeinsame Kante der frontalen Deckfläche und der rückseitigen Deckfläche im Schnitt parallel zur Kielkante im Bereich zwischen 1/10 und 4/10 der Gesamtlänge, entlang der Anströmrichtung betrachtet. Das heißt, dass das Lot von der gemeinsamen Kante in einem Bereich von 1/10 und 4/10 der Gesamtlänge auf die Kielkante trifft.
-
In einer weiteren Ausgestaltung des Auftriebskörpers ist im Gasaufnahmeraum eine mit einem Gas bzw. Gasgemisch füllbare oder gefüllte Druckausgleichsblase angebracht, deren Volumen zum Ausgleich schwankenden Umgebungsdrucks regulierbar ist.
-
Das Gas oder Gasgemisch ist vorzugsweise Luft. Insbesondere kann die Zu- oder Ableitung aus der oder in die Umgebung des Auftriebskörpers extern steuer- bzw. regelbar sein und beispielsweise mittels einer Pumpe oder eines Ventilators ausführbar sein.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Auftriebskörpers nimmt der Gasaufnahmeraum wenigstens 4/5 des von den äußeren Begrenzungsflächen des Auftriebskörpers definierten Volumens ein. Das restliche Volumen wird in diesem Fall beispielsweise von der Druckausgleichsblase sowie von zusätzlichen Einrichtungen, wie Pumpe, Ventilator, Kondensator, Generator, usw. sowie elektrischen Kabeln und Leitungen, eingenommen.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Auftriebskörper eine Koppeleinrichtung zum mechanischen Anschluss eines Zugmittels. Die Koppeleinrichtung weist dabei im Längsschnitt des Auftriebskörpers einen Abstand L1 zu einem Schnittpunkt einer Senkrechten auf der Kielkante, die ebenfalls die Querkante schneidet, auf. Die Kielkante weist eine Länge L2 auf und das Verhältnis des Abstandes L1 zur Länge L2 ist wie folgt definiert: L1/L2 = 0,05 bis 0,2. Dabei ist der Abstand L1 entlang derselben Richtung, also entlang der Kielkante zu messen, wie der Abstand L2. Die Ausrichtung des Auftriebskörpers auch bei höheren Windgeschwindigkeiten wird bei dessen Anströmung durch die beschriebene Anordnung der Koppeleinrichtung gewährleistet.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Auftriebskörper zwischen der Kielkante und den beiden Deckflächen seitlich durch zwei einander gegenüberliegende Dreiecksflächen, die gemeinsam die Kielkante ausbilden, begrenzt. Zur Stabilisierung seiner Form weist der Auftriebskörper eine Spanneinrichtung mit wenigstens einem Seil auf, wobei die Spanneinrichtung die Flächenschwerpunkte der Dreiecksflächen verbindet.
-
Wenn lediglich ein Seil angeordnet ist, ist dieses derart im Auftriebskörper gespannt, dass es die Flächenschwerpunkte der Dreiecksflächen miteinander verbindet. Insofern die Spanneinrichtung mehrere Seile umfasst, sind dadurch die Flächenschwerpunkte der Dreiecksflächen miteinander verbunden. Weitere Zugangriffspunkte können kreisringförmig um Schwerpunkte angeordnet sein.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt ein zwischen den Dreiecksflächen ausgebildeter Winkel zwischen 60° und 160°. Dieser Winkel wird im senkrecht zur Kielkante verlaufenden Querschnitt gemessen.
-
Insbesondere kann weiterhin ein Winkel zwischen der frontalen und der rückseitigen Deckfläche im Schnitt parallel zur Kielkante und senkrecht zur gemeinsamen Querkante der frontalen und rückseitigen Deckfläche zwischen 90° und 160° betragen.
-
Das Verhältnis von Breite zu Länge des Auftriebskörpers kann insbesondere zwischen 1/5 und 3/5 betragen.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein System zur schwebenden Anordnung eines Auftriebskörpers in der Erdatmosphäre vorgestellt. Dieses umfasst den Auftriebskörper sowie eine Zugkraftaufnahmeeinrichtung sowie ein die Zugkraftaufnahmeeinrichtung mit dem Auftriebskörper mechanisch verbindendes Zugmittel.
-
Die Zugkraftaufnahmeeinrichtung kann insbesondere eine bodengestützte oder bodenstützbare Bodenstation sein. Alternativ ist eine schwimmende Basisstation möglich. Die Zugkraftausnahmeeinrichtung weist insbesondere eine drehbare Plattform zur Kopplung an das Zugmittel auf, um eine Ausrichtung des Auftriebskörpers in Abhängigkeit von der Windrichtung zu ermöglichen. Als Zugmittel kommen insbesondere Halteseile oder umlaufende Endlosseile zum Einsatz. Auch Ketten, Kabel und/ oder andere Zugmittel sind möglich.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgestellten Systems weist dieses mindestens eine Einrichtung zur Energieerzeugung und/ oder mindestens eine Sende- und/ oder Empfangseinrichtung für Informationen, insbesondere zur Messwerterfassung auf. Ziel des Systems ist die Aufnahme von Daten und/ oder Übermittlung von Daten und/ oder Energieerzeugung.
-
Mindestens eine Einrichtung zur Energieerzeugung, insbesondere zur Erzeugung elektrischen Stroms, kann durch das vorgestellte System realisiert werden. Beispielsweise können Windkraftanlagen und/ oder Solarmodule mittelbar oder unmittelbar an den Auftriebskörper gekoppelt oder koppelbar sein. Eine mittelbare Kopplung sieht hierbei die Verwendung einer Befestigungseinrichtung vor. Ein Generator zur Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie kann an der Bodenstation und/ oder am Auftriebskörper angeordnet sein. Wenn am Auftriebskörper eine Einrichtung zur Stromerzeugung angeordnet ist, kann die Stromversorgung weiterer elektrischer Einrichtungen, die am Auftriebskörper angeordnet sind, direkt oder indirekt durch die zur Verfügung gestellte elektrische Energie erfolgen. Bei einer indirekten Energieversorgung ist zwischen Stromerzeugung und Verbraucher zumindest ein Energiespeicher, wie beispielsweise ein Akkumulator, vorgesehen. Durch die angeordneten Einrichtungen zur Energieerzeugung können die Energiespeicher klein dimensioniert sein, da sie nicht die dauerhafte Energieversorgung der angeordneten Module gewährleisten müssen.
-
Energiespeicher können weiterhin eingesetzt werden, um die Energieversorgung der elektrischen Module auch bei Ausfall eines oder mehrerer der Energieerzeugungseinrichtungen zu gewährleisten, beispielsweise bei Bewölkung oder nachts im Falle eines Solarmoduls oder bei Windstille im Falle einer Windkraftanlage.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird der Auftriebskörper genutzt, um sich beaufschlagt von Windkraft von der Bodenstation zu entfernen, wobei die dabei vom Auftriebskörper erzeugte mechanische Energie von einem an das Zugmittel gekoppelten Generator in elektrische Energie umgewandelt wird. Nach Erreichung einer definierten Entfernung des Auftriebskörpers von der Bodenstation erfolgt eine Anstellung des Auftriebskörpers in eine Ausrichtung, in der er energieeffizient durch das Zugmittel zurückholbar ist. Wenn ein Generator am Auftriebskörper angeordnet ist, kann Strom mittels Kabel zur Bodenstation geleitet werden. Wenn das Zugmittel ein umlaufendes Endlosseil ist, das am Auftriebskörper an wenigstens einen Windradrotor gekoppelt ist, kann mechanische Energie in Form von Rotationsbewegungen des Halteseiles an die Bodenstation übertragen werden und mit einem Generator in elektrische Energie umgewandelt werden. Mit diesen Vorrichtungen ist die autarke Versorgung von elektrischen Vorrichtungen an der Bodenstation möglich.
-
Neben den Einrichtungen zur Energieerzeugung können unter anderem Sende- und/ oder Empfangseinrichtungen für Mobilfunk, Bündelfunk, Internet und/ oder anderer Daten am Auftriebskörper angeordnet sein. Hierbei kann eine Verbindung, insbesondere Funkverbindung, zur Bodenstation herstellbar sein. Insbesondere können zu sendende und/ oder zu empfangene Daten mittels Kabel- oder Funkverbindung von der/ zur Bodenstation geleitet werden, wobei die Energieversorgung der angeordneten Einrichtungen durch die angeordneten Einrichtungen zur Energieerzeugung erfolgen kann. Hierbei kann die Bodenstation mit Sende- Empfangs- und/ oder Speichereinrichtungen für Informationen ausgestattet sein, um eine Verbindung zum Auftriebskörper herzustellen und/ oder gesendete und/ oder empfangene Daten bzw. Informationen zu speichern und/ oder weiterzugeben. Das System kann als Knotenpunkt für das sogenannte „Internet der Dinge“ (“IoT“), eingesetzt werden.
-
Daneben können Einrichtungen zur Ermittlung der eigenen Position, insbesondere mittels GPS, Einrichtungen zur Messwerterfassung, z. B. Wetterdaten, und/ oder Einrichtungen zur Aufnahme optischer Informationen an dem Auftriebskörper angeordnet sein. Für die optische Abbildung, Erkennung und/ oder Überwachung, kann z. B. ein Kamerasystem für Stehend- und Bewegtbilder und/ oder ein Wärmebildkamerasystem angeordnet sein. Weiterhin können Einrichtungen zur Geländevermessung, Einrichtungen zur Boden- und Pflanzenanalyse, und/ oder Einrichtungen zur Geländeüberwachung angeordnet sein. Einrichtungen zur Ermittlung der Konzentration schädlicher Gase, insbesondere im Umkreis von 10 Kilometern, Einrichtungen zur Steuerung unbemannter Fahrzeuge sowie Einrichtungen zur thermischen Analyse der Erdoberfläche und/ oder von am Boden befindlichen Geräten und Einrichtungen können am Auftriebskörper angeordnet sein.
-
Das System kann in der Brandbekämpfung eingesetzt werden. Die schnelle Installation des Auftriebskörpers als Lagebeobachtungspunkt ist möglich. Mittels einer Wärmebildkamera können Brandherde ermittelt werden. Weiterhin ist mittels Positionierungseinrichtungen und optischen Systemen die Führung und Kontrolle unbemannter Löschfahrzeuge möglich.
-
Möglich sind unter anderem Einrichtungen zur Überwachung und/ oder Steuerung von in der Umgebung des Auftriebskörpers stattfindenden Prozessen, wie Veranstaltungen, Bauprozesse oder Vorgänge in der Natur. Das vorgestellte System kann beispielsweise zum Flächenmanagement bzw. Feldmanagement und/ oder Herdenmanagement genutzt werden. Weiterhin kann Feuchtigkeit von Getreide gemessen werden sowie Energie an abgelegenen Orten bereitgestellt werden. In der landwirtschaftlichen Anwendung können insbesondere Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, die über eine geeignete Einrichtung am Auftriebskörper steuerbar sind. Auch die Vermessung und/ oder Überwachung von Tagebauen oder Baustellen ist möglich. Die Überwachung von Veranstaltungen oder Einsatzgebieten kann mittels Kameratechnik durchgeführt werden. Das System kann als Führungs- und Kontrollpunkt für bemannte und unbemannte Einsatzfahrzeuge eingesetzt werden. Zu Forschungszwecken kann das System zur Energieversorgung sowie für die Bereitstellung von Mobilfunk bzw. Internet genutzt werden. Weiterhin können Mess- bzw. Beobachtungsinstrumente integriert sein. Das System kann zur Vermessung von Gelände eingesetzt werden, auch bei bewölktem Himmel. Für Veranstaltungen können Beleuchtungselemente wie Scheinwerfer am System beispielsweise zu Beleuchtungs- und/ oder Unterhaltungszwecken genutzt werden.
-
Insbesondere kann am Auftriebskörper ein Kondensator zur Wassergewinnung aus der Umgebungsluft angeordnet sein. Dieser kann mit einem Gasgenerator zum Erzeugen von Wasserstoff aus dem Wasser gekoppelt sein. Erzeugter Wasserstoff kann genutzt werden, um Verluste von Auftriebsgas auszugleichen. Hierzu ist der Gasgenerator über geeignete Leitungen und Ventile mit zumindest einem der Gasaufnahmeräume verbunden und eine Selbstversorgung mit Auftriebsgas wird möglich. Dies ermöglicht den Einsatz des Auftriebskörpers mit den angeordneten Modulen über lange Zeiträume.
-
Des Weiteren können Einrichtungen zur Befestigung bzw. Anknüpfungspunkte für Zugmittel, Seilwinden, Rahmen, etc. angeordnet sein. Das System kann für Hebezwecke eingesetzt werden.
-
Weiterhin können zusätzliche Rotoren zur Lagestabilisierung und/ oder zum Erleichtern von Start und/ oder Landung am Auftriebskörper befestigt sein. Die Außenflächen des Auftriebskörpers können als Werbe- und Informationsflächen genutzt werden. Die Außenflächen können insbesondere auch beleuchtet sein. Hierzu können beispielsweise OLED-Folien als leuchtende Flächen eingesetzt werden. Auch können Beleuchtungsmittel zur Beleuchtung des Raumes unterhalb des Auftriebskörpers zur Anwendung kommen. Auch eine Positionssignalisierung durch Beleuchtung ist möglich.
-
Es kann insbesondere ein Steuerungsmodul zur Steuerung der Flugeigenschaften des Auftriebskörpers und/ oder der angeordneten Module angeordnet sein.
-
Ein dritter Aspekt der Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Bereitstellung einer Funktionseinheit zur Aufnahme und/ oder Ausgabe von Informationen und/ oder Erzeugung elektrischer Energie in der Erdatmosphäre. Diese umfasst die Bereitstellung eines Systems zur schwebenden Anordnung eines Auftriebskörpers in der Erdatmosphäre, das Aufsteigenlassen des Auftriebskörpers in die Erdatmosphäre sowie die Positionierung des Auftriebskörpers in der Erdatmosphäre.
-
Das Aufsteigenlassen findet bei geeigneter mechanischer Kopplung mit der Zugkraftaufnahmeeinrichtung über ein geeignetes Zugmittel statt, beispielsweise mit Kopplung an eine Bodenstation mit einer Seilverbindung. Die Positionierung in der Erdatmosphäre ist erfindungsgemäß ein Verbleib im schwebenden Zustand, auch mit Ortswechseln, die zum Beispiel in verschiedenen Aspekten der Funktionalität des Systems begründet sein können, wie z. B. Anpassung an Witterungsverhältnisse, räumliche Nähe zu Anknüpfungs- und/ oder Beobachtungspunkten, Erreichbarkeit von Funkverbindungen, Energieerzeugung durch Ortwechsel, u. v. m. Die Positionierung ist insbesondere nicht auf das ortsfeste Verweilen an einem definierten Punkt der Erdatmosphäre beschränkt.
-
Das Verfahren kann im Katastrophenschutz eingesetzt werden, da durch das Aufsteigenlassen des Auftriebskörpers eine rasche Versorgung mit Notstrom und Mobilfunk bzw. Internet erfolgen kann. In abgelegenen Gebieten kann eine Energieversorgung rasch aufgebaut werden.
-
Des Weiteren kann das Verfahren einige oder alle Vorgänge aufweisen, die durch die vorgestellten Vorrichtungen oder Module realisiert werden können.
-
Die Erfindung ist nicht auf die hier vorgestellten Alternativen beschränkt. Alle beschriebenen Ausführungen und Beispiele können untereinander kombiniert werden.
-
Die Erfindung wird anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
-
Es zeigen
-
1: eine perspektivische Darstellung des schwebenden Auftriebskörpers mit Bodenstation und Halteseil,
-
2: eine Seitenansicht des Auftriebskörpers mit Rahmen, Windradrotor und äußerer Verspannung,
-
3: eine perspektivische Ansicht des Auftriebskörpers mit einem vergrößerten Detail A,
-
4: einen Längsschnitt durch den schwebenden Auftriebskörper mit Strömungsbedingungen.
-
In 1 ist der Auftriebskörper 2 im schwebenden Zustand dargestellt. Er ist mit einem Zugmittel 52, hier ausgeführt als umlaufendes Endlosseil, mit einer Zugkraftaufnahmeeinrichtung 60, hier ausgeführt als Bodenstation 62, mechanisch verbunden. Die Bodenstation 62 weist eine drehbare Plattform 66 auf, die Zugkräfte aufnimmt, die über das Zugmittel 52 übertragen werden. Auf der drehbaren Plattform 66 ist weiterhin eine Einrichtung zur Energieerzeugung 70, hier ausgeführt als Generator 76, angeordnet. Daneben weist die Bodenstation 62 eine Einrichtung zur Funkverbindung 64 auf. Mittels dieser können Daten wie Mobilfunk und mobiles Internet zu geeigneten Vorrichtungen am Auftriebskörper 2 gesendet bzw. von solchen empfangen werden und beispielsweise mittels kabelgestützter Verfahren oder auch über eine weitere Funkverbindung von der Bodenstation 62 und zur Bodenstation 62 hin geleitet werden.
-
Die Kielkante 4 des Auftriebskörpers 2 begrenzt den Auftriebskörper 2 nach unten. Es sind Punkte 14 für die innere Verspannung sichtbar, die als Anknüpfungspunkte für innenliegende Spannseile dienen. Der Auftriebskörper 2 weist eine Einrichtung zur Energieerzeugung 70 auf, hier ausgeführt als Windradrotor 72. Dieser ist mit einem Rahmen 58, der von einer äußeren Verspannung 56 gehalten wird, am Auftriebskörper 2 befestigt und wird vom anströmenden Wind angetrieben. Die Bewegungsenergie wird über das Zugmittel 52, ausgeführt als umlaufendes Endlosseil, zur drehbaren Plattform 66 auf der Bodenstation 62 übertragen und mittels des Generators 76 in elektrische Energie umgewandelt, die mittels Kabel von der Bodenstation 62 weg geleitet werden kann bzw. an der Bodenstation 62 selbst, beispielsweise für den Betrieb der Einrichtung zur Funkverbindung 64, genutzt werden kann.
-
2 zeigt eine Seitenansicht des Auftriebskörpers 2 mit einer Koppeleinrichtung 50, ausgeführt als Rahmen 58, der an der äußeren Verspannung 56 angebunden ist, Windradrotor 72 und Zugmittel 52, ausgeführt als umlaufendes Endlosseil mit einer Bewegungsrichtung 54. Der Auftriebskörper weist eine frontale Deckfläche 6 sowie eine rückseitige Deckfläche 8 auf. Die Luft-Anströmung 30 erfolgt im Bild von links nach rechts. Die Kielkante 4 liegt an der Unterseite. Die gemeinsame Querkante 10 der frontalen Deckfläche 6 und der rückseitigen Deckfläche 8 bildet den höchsten Punkt des Auftriebskörpers 2 und ist abgerundet ausgeführt. Der größte Volumenanteil des Auftriebskörpers 2 wird durch den Gasaufnahmeraum 20 ausgebildet, in dem das Auftriebsgas 22 aufgenommen ist. Die Druckausgleichsblase 40 liegt im Inneren des Auftriebskörpers 2 und ragt ein Stück aus der Kielkante 4 heraus. Zu sehen ist weiterhin der Ventilator für den Druckausgleich 42. Die Druckausgleichblase 40 ist gefüllt mit Umgebungsluft und wird mittels des Ventilators 42 ständig beschickt. Durch die damit verbundene Volumenänderung der Druckausgleichsblase bei Änderung des Außendrucks werden die Druckschwankungen ausgeglichen und der Innendruck des Auftriebskörpers 2 gesteuert. Weiterhin kann Druckverlust als Folge von Verlusten von Auftriebsgas 22 im Gasaufnahmeraum 20 des Auftriebskörpers 2 ausgeglichen werden. Der Ventilator 42 wird mittels Energie aus einem Akkumulator oder einer an dem Auftriebskörper 2 angeordneten Energieerzeugungseinrichtung, beispielsweise in Form von Solarmodulen oder eines Generators zur Umwandlung von Rotationsenergie in elektrische Energie, betrieben. Dargestellt ist weiterhin ein Windradrotor 72 mit einer Drehrichtung 74. Zusätzlich zum Auftrieb durch das Auftriebsgas 22 und dem Auftrieb durch den gebildeten Unterdruck wird ein weiterer Auftrieb durch den Magnus-Effekt erzielt. Durch die horizontale Ausrichtung des Windradrotors 72, der ein rotierender Zylinder ist, wirkt durch die Luft-Anströmung eine Kraft senkrecht zur Anströmrichtung, im gezeigten Beispiel nach oben.
-
3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Auftriebskörpers 2 mit einem vergrößerten Detail A. Die frontale Deckfläche 6 und die Kielkante 4 sind sichtbar. Die Punkte für die innere Verspannung 14 sind in diesem Beispiel in der frontalen Deckfläche 6 sowie in der vorn dargestellten seitlichen Dreiecksfläche 12 sichtbar. Die gemeinsame Querkante 10 der frontalen Deckfläche 6 und rückseitigen Deckfläche 8 ist abgerundet. Der größte Volumenanteil des Auftriebskörpers 2 wird durch den Gasaufnahmeraum 20 ausgebildet, in dem das Auftriebsgas 22 aufgenommen ist. Weiterhin dargestellt ist die Druckausgleichsblase 40 mit dem Ventilator für den Druckausgleich 42. In der vergrößerten Darstellung des Details A ist die Volumenänderung 44 der Druckausgleichsblase 40 sichtbar. 4 zeigt einen Längsschnitt durch den schwebenden Auftriebskörper 2 mit Strömungsbedingungen. Die Luft-Anströmung 30, hier durch Wind, ist gezeigt. Durch den größeren ersten Winkel zwischen frontaler Deckfläche 6 und Kielkante 4 im Vergleich zum zweiten Winkel zwischen rückseitiger Deckfläche 8 und Kielkante 4 wird durch die Luft-Anströmung 30 über der rückseitigen Deckfläche 8 ein Bereich des Unterdrucks 32 ausgebildet. Damit wird der Auftriebskörper bei Wind zusätzlich zu der von dem Auftriebsgas bewirkten ersten Auftriebskraft 80 mit einer weiteren Auftriebskraft 82 beaufschlagt, die eine nahezu konstante Höhe des Auftriebskörpers 2 unabhängig von der Windgeschwindigkeit gewährleistet. Dargestellt sind weiterhin der Windradrotor 72 mit Drehrichtung 74 sowie das Zugmittel 52, ausgeführt als umlaufendes Endlosseil, mit seiner Bewegungsrichtung 54 zur mechanischen Verbindung mit der Bodenstation 62 (nicht dargestellt) sowie zur Übertragung der Rotationsbewegung zur Bodenstation 62 zur Umwandlung in elektrische Energie. Der Windradrotor 72 ist an einem mit äußeren Verspannungen 56 befestigten Rahmen 58 angebracht.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Auftriebskörper
- 4
- Kielkante
- 6
- frontale Deckfläche
- 8
- rückseitige Deckfläche
- 10
- gemeinsame Querkante
- 12
- seitliche Dreiecksfläche
- 14
- Punkte für die innere Verspannung
- 20
- Gasaufnahmeraum
- 22
- Auftriebsgas
- 30
- Luft-Anströmung
- 32
- Unterdruck
- 40
- Druckausgleichsblase
- 42
- Ventilator für den Druckausgleich
- 44
- Volumenänderung für den Druckausgleich
- 50
- Koppeleinrichtung
- 52
- Zugmittel
- 54
- Bewegungsrichtung Endlosseil
- 56
- äußere Verspannung
- 58
- Rahmen
- 60
- Zugkraftaufnahmeeinrichtung
- 62
- Bodenstation
- 64
- Einrichtung zur Funkverbindung
- 66
- drehbare Plattform
- 70
- Einrichtung zur Energieerzeugung
- 72
- Windradrotor
- 74
- Drehrichtung Windradrotor
- 76
- Generator
- 80
- erste Auftriebskraft
- 82
- zweite Auftriebskraft
