WO2009115253A2 - Windkraftwerk mit verstellbarem an einem mast geführten flugkörper - Google Patents

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WO2009115253A2
WO2009115253A2 PCT/EP2009/001882 EP2009001882W WO2009115253A2 WO 2009115253 A2 WO2009115253 A2 WO 2009115253A2 EP 2009001882 W EP2009001882 W EP 2009001882W WO 2009115253 A2 WO2009115253 A2 WO 2009115253A2
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trolley
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Manfred Franetzki
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Manfred Franetzki
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D5/00—Other wind motors
    • F03D5/04—Other wind motors the wind-engaging parts being attached to carriages running on tracks or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy

Definitions

  • the invention relates to wind power plants such as equipped with propellers or impellers windmills, the Darrieus rotor, the Savonius rotor and the classic windmills
  • the missile thus generates kinetic energy in both phases of motion, which can be converted into electrical energy in the mast or via ropes, chains or the like and a generator.
  • the adjusting mechanism according to the invention is simpler, more responsive and the wind-effective surface slightly larger and aerodynamically favorable than conventional wind turbines, whereby the wind is used more efficiently.
  • kite-like solutions known from [5 -9, 12, 13] generate energy only in the ascent phase, while they consume energy in the sink phase, which in [13] e.g. must be applied by an additional wind turbine.
  • the previously known kite-like devices also require a wide airspace, since they are carried by the winds in all directions.
  • the horizontal structures known from [10,11] have the disadvantage that they have to work in the area of low ground-level wind force and turbulent air and the entire plant has to be turned very laboriously in the wind direction. If the latter is not possible because they are also installed on or between mountain summits, as suggested in [11], only a limited use of a wind component is possible. Also, the technical solutions are not comparable to those for vertical solutions.
  • the solution proposed in [14] describes a streamlined body oscillating in the flow, which draws energy from the flow, similar to a fish.
  • the area from which the flow energy of the wind can be withdrawn is the width of the buoyant body times its lifting height. It can be greater than that of simple means
  • Wind turbines are designed
  • the devices according to the invention can cost significantly better use the higher, wind stronger, turbulence poorer air layers by the use of guyed high masts.
  • the starting wind speeds are lower, the upper limit speeds higher than with wind turbines. They can be easily secured against storms
  • the wind energy can be used much more efficiently because the buoyancy bodies used are self-contained, i. without (sluggish and expensive) mechanisms to rapidly changing wind direction and strength, so also gusts, set or the energy of gusts can be stored in the system;
  • the device of the invention is largely freely scalable in size, i. it is also very large feasible, and there is thus less need of several plants (parks) side by side;
  • the device according to the invention is also optically and acoustically more acceptable, because it is higher build, less visible and can be designed without significant wind turbine noise by propellers and without danger to birds;
  • some variants according to the invention are to be produced and maintained by the simplest technical means. Therefore, they are especially suitable for the decentralized energy supply in the underserved regions of the earth as well as for direct generation of mechanical and thermal energy (without the detour via electricity).
  • the invention relates to a device operating as a wind power plant essentially comprising a mast (72) and a missile (42) which is movably connected to the mast and at this periodically by wind power up and down is able to slip, by using in some embodiments movable vertical vanes (42c) and corresponding technical means (51-58), which accomplish the corresponding necessary alignment of the missile to the wind, not only in the buoyancy phase of the missile but also in the output phase vertical kinetic energy is generated, optionally by other technical means and Devices (6, R2-R5) can be converted into usable kinetic-mechanical or electrical energy.
  • the missile (42) according to the invention is constructed as a buoyant body and is suspended directly or indirectly on the mast (72) so that it can be driven upwards with an adjustable positive angle of attack driven by the wind and with a negative downward.
  • the missile (42) according to the invention is attached to a trolley (60), the latter may also be an integral part of the missile.
  • the trolley (40) preferably has a correspondingly shaped and large opening or a correspondingly shaped profile for fitting the mast cross section or mast profile. Thus, the trolley or the missile (42) is guided along the mast.
  • the trolley (60) is held in most embodiments of the invention by holding and conveying means (61), which are preferably looped over rollers. In these cases, the trolley (60) and thus the missile is attached to one side of the looped holding means. In a particular embodiment of the invention may be mounted on the opposite side of a counterweight, which compensates for the weight of the missile including the holding devices, so that the missile can be moved by the least attacking wind forces.
  • the trolley (60) is held by magnetic means on the mast (72) and in this case, as shown in Fig. 4, together with suitable means on or in Mast act as a linear generator.
  • the said holding and conveying means (61) according to the invention can be endless ropes, belts, bands or chains, which are stretched over at least one upper and at least one lower deflection roller (51, 52) which are mounted on the top and bottom of the mast.
  • the conveyor rotates the rollers.
  • mechanical equipment such as pumps, mills, saws, threshing machines are coupled, or an electric generator.
  • the trolley (60) or the missile (42) attached to it is fixedly connected to the holding and conveying means (61), whereby these and the deflection rollers (51, 52) the running or rotational direction when approaching and go down, the direction of rotation of the rollers can be rectified by means of a gearbox by freewheels.
  • means (57) are provided in or on the trolley (60) which engage in the respective opposite cable, belt, belt or chain strand (61) when the missile is moved up and down along the mast , so that no change in the direction of the deflection rollers (51, 52) and the holding and conveying means (61) must be made.
  • the inertia can be increased, for example by a flywheel on the generator. In the embodiments with change of direction of the rollers, and in the other also, the inertia can be increased by a flywheel on the generator.
  • the change between up and down can be on be done by changing the angle of attack of the missile (42), which by tilting about the tilt axis (80) of the missile, for example, triggered by mechanical Umwerfstoff (53, 54) or by electronic sensors (53a, 54a) and actuators in the Runners can be done.
  • the tilting axis (80) of the missile is preferably arranged in its center of gravity.
  • the change between the up and down drive of the missile, or up and down sliding desselbigen along the mast can also be done according to the invention by rotating the missile by 180 ° about the mast axis. This is done in turn by mast mounted devices (stops) mechanically, electromechanically or electronically.
  • rudder (42c) are mounted on the lee side of the wing or wing, which cause the missile is automatically in the wind direction.
  • This rudder can also have a pivot bearing (80a), preferably in the force-center of gravity of the missile, and thereby fold in the respective reversal points on the other end of the aircraft surface (windward side) or tilt, bringing the missile by the wind forces on the rudder automatically rotated and thus its angle of attack is changed, as shown by way of example in Fig. 3.
  • the holding and conveying means (61-63) run over turning points (51-55), which are essentially formed by reversing rollers (51, 52), deflecting means (53, 54) and mechanical or electro-mechanical stops (53a, 54a, 55). be formed near the reversing rollers.
  • the trolley (60) can be braked above and below resiliently or electromechanically when approaching the running ends, while at the same time the attached to the trolley missile (42) is changed for the movement in the opposite direction.
  • the braking energy occurring in this case can also be used.
  • springs this is done by elastic reflection of the missile, for the recovery of electrical energy, this is done in the generator or in an additional electrical device.
  • the missile (42) is an airfoil, which is in the wind direction with the aid of side elevators.
  • the angle of attack is preferably adjustable and fixed, or it may also change with the wind force. It is usually between 0 and 60 °, preferably between 10 and 45 °.
  • the missile can be constructed in various ways. In the simplest case it consists of a canvas or a foil, which in one But it can also be realized as a flat plate or in a preferred embodiment as a flow-optimized profile-wing (42 B).
  • the mast (72) is advantageously braced at least above with ropes (71), whereby a multiple bracing at different heights is possible.
  • the trolley (60) can then move either between two braces or by a special design of the guide on the mast even over several braces. For this purpose, it is then provided over its circumference with gaps for the passage of tensioning cable mounts on the mast and is held together magnetically.
  • the masts can cost much higher build than those for wind turbines. As a result, higher wind speeds can be used. Due to the fast, technically simple adaptation of the system according to the invention to the wind direction and speed, the wind energy is used more efficiently and by moving the generator to the ground there are further cost advantages. Buoyancy bodies, since they do not have to be exposed to different wind speeds and cantilevers like the propeller / impeller from inside to outside, can be made larger, safer (no centrifugal forces) and much cheaper in their wind-effective surface. The area from which the flow energy of the wind can be extracted corresponds to the width of the buoyant body multiplied by its lifting height. It can easily be made much larger than the rotor area of a wind turbine. The buoyancy bodies of the invention
  • a device operating as a wind turbine comprising a missile (42) with adjustable angle of attack and at least one vertical tail (42c) for automatic alignment according to the wind direction, a mast (72), means for attaching and controlling the missile (51-61, 80-81 ) and optionally connection possibilities for means and devices for using the energy generated by wind power (6, 6a,
  • the trolley (60) being supported directly on the mast (72) by magnetic means (60Oe) or by means of attachment and conveyance
  • the mast (72) has at its upper and lower ends in each case a reversal point which comprises mechanical or electromechanical means (51-55) for changing the running direction of the missile (42) by tilting the missile about a tilting axis ( 80) and / or rotating the missile through 180 ° about the mast axis so that the missile experiences lift during the run-up phase and downforce or downforce during the down-stroke phase, thus producing usable energy in both phases;
  • Up and down running holding and conveying means (61) in the form of a rope, belt, belt or chain are connected to one another on one side of the missile (42) or the trolley (60) is attached; • A corresponding device in which the trolley (60) with the holding and
  • Carriage (61) is fixedly connected or held and moved by this;
  • Wind speed, wind direction and machine delays are at least partially able to compensate
  • Pivot bearing (72c) can rotate according to the wind direction and / or reversing the vertical movement of the missile on the mast;
  • a wind turbine comprising at least two of the devices described above and below, which are coupled together in such a way that the weights of the compensated by wind power moving components and a part of the non-moving components are saved;
  • 6 generator (alternator) or other utility such as pump, grinder, grinder for thermal energy 6a electric station 6c, 6d chains as parts of a rectifier chain gear R2 to R5 sprockets or sprockets of this transmission
  • a trolley (60), to which a missile is attached runs up and down a mast (72), the missile is switched up and down between buoyancy and downforce and turned with a rudder in the wind direction ,
  • Figs. 1, 4 and 6 the mast is fixed and the trolley (60) is running and rotating.
  • Fig. 2, 3 and 5 the mast rotates with the trolley, and in Figs. 1 to 3, 5 and 6, the linear movement of the trolley by rope, belt, chain or belt (61) and rollers (51, 52) in converted a rotational movement.
  • Fig. 4 the kinetic energy of the trolley (60) is converted directly into electrical energy with a linear generator.
  • the masts are guyed with ropes (71) and fixed in ground anchors (44).
  • the ground anchors for the upper ropes are not shown.
  • the drivers (57), which put on the transport means (61) or grip, for example in the form of a slip clutch or clamp, or engagement in a chain make the connection between (60) and (61) ago.
  • Fig. 1 she attacks when climbing in the front, the Going down in the rear cable strand, in Fig. 2, 3 and 5 respectively in the right and left.
  • the direction of rotation of the rollers (51, 52) remains the same in Fig. 1 -3, at 5 and 6 it changes.
  • the tilting axis of the missile (80) is set to be close to the center of buoyancy, with forces slightly greater on the windward side than on the leeward side, thus keeping the angle of attack positively positive or negative in the respective phase of motion, i. upwards upwind, downwards pointing downwards.
  • the layer can be fixed by clicking or e.g. Magnetic couplings are further secured in the two end positions.
  • the missile and its axis extend in both directions perpendicular to
  • He has a recess or opening (42e) at the location of the cat (60) - see example Figure 5b. Its sides are braced for (weight-saving) stabilization with ropes. He has rudder (42c) on the leeward side. It can be designed in various ways, e.g. as a flat disc as in Figs. 1 and 3, or in a frame loosely clamped cloth (42a) as shown in Fig. 2, 5 and 6, which inflates like a sail when rising upwards, when descending down and thus better Buoyancy values than the disc generated and lighter. Or, as in FIG. 4, it is a flow-optimized profile (such as an aircraft wing) that generates maximum lift.
  • a flow-optimized profile such as an aircraft wing
  • the angle of attack can be fixed in each case (stall) or motorized via a mechanism in the cat depending on the wind speed or more easily adjusted by elastic elements (pitch).
  • the missile When the missile, driven by the wind, arrives at the upper derailleur (53), it is tilted about the axis (80). This can be done for example by the motion impulse itself and the wind power or electromechanically supported.
  • the cat meets up and down on sprung stops (53) and (54) and is elastic, so reflected as possible without loss of kinetic energy.
  • the "stops" can be realized electronically (as described in FIGS. 4 and 5).
  • a dynamo may be coupled to the upper roller (51), firstly to assist electromechanically in shifting the kite above, or to provide power for firing the mast.
  • the missiles are fixed by interrupting the movement at the lower reversal point.
  • the mast can also be folded by loosening a tether.
  • the masts can be at one or more high points or not at all exhausted.
  • As masts can also existing buildings, especially factory chimneys, but also higher houses, ship masts, electricity pylons or down knot-free trees are used.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of FIG. 1:
  • a round mast is guyed at the lower and upper reversal point of the trolley with each
  • An endless belt runs over the rollers (51, 52), deflected over (52b and 52c), (in the image behind rollers) and connects the trolley (60) with the drive for the utility (6).
  • the belt strands run one behind the other, the front always up, the back down.
  • the ball bearing (51a) sits on the mast and carries the holder for the roller (51).
  • the rotation of the roller (52) is transmitted via a gear and the vertical axis of rotation (61a) to the generator.
  • (52e) is a ball bearing that sits on the mast and carries the rollers (52b, 52c).
  • the sprocket (52f) is connected to (52) and engages the pinion (61b) which is fitted on (61a).
  • FIG. 2 Since the missile (42) rotates with the wind around the mast axis, also the upper and lower cable holder must join in this movement. This is done by the rope itself when running up and down the trolley (60) and can be supported at high masts by wind vanes (not shown) on the upper and lower deflector. Alternatively, the upper and lower deflectors (51 and 52) can be tracked by the motor according to the position of the missile.
  • FIG. 2 shows
  • the mast is rotatably mounted in a respective bearing (72c) above and below. These are installed at the top of the cable holders (73), at the bottom of the mast base (74). Solutions are possible with one to several combined masts. In a single mast in Fig. 2, the right system, the sprockets (61c) and the chain (6Id) would be missing. Here is a double system shown in tandem operation. Both are essentially the same, except that the device is needed only in one system, (which could also be installed separately from the mast and operated by more than these two missiles). The left missile runs up, the right down, then the right up and down the left. The weights of both thus compensate each other, and they can thus start even at lowest wind speeds.
  • the rod (61a), which transmits the rotation to the utility device (6), is located in the center of rotation of the mast.
  • the pinion (61b) engages through a wall opening of the mast in the sprocket (62).
  • FIG. 3 is a diagrammatic representation of FIG. 3
  • Trolley connected both are rotated, here by way of example, by the rudder (42c) about an axis (80a) on the stop (53) on the other, the windward side of the body is tilted.
  • Fig. 3a shows the position when approaching the upper stop.
  • the lever (42d) abuts the derailleur (53) and tilts the coupled rudder (42c).
  • the result is shown in FIG. 3b.
  • the structure stops at the springs (55), the wind detects the windward rudder and rotates trolley and missile together with the mast by 180 °, then it stands as in Fig. 3c.
  • the wind pushes trolley and missile down, where the process reverses.
  • the rudder preferably for reasons of symmetry in duplicate, is attached laterally from the recess for the cat on the missile.
  • FIG. 4 is a diagrammatic representation of FIG. 4
  • Fig. 4a the rotor and mast contents, so the linear generator drawn on an enlarged scale.
  • the missile (42B) is designed as a wing profile.
  • the round mast is fixed, the cat is guided by linear ball bearings (58) on the mast.
  • a mechanism (42 k) is activated in the rotor, which tilts the missile in the direction of countermovement and possibly the inclination to the wind speed adapts (pitch).
  • the trolley (60) is electrically braked - via the generator.
  • the linear generator consists of permanent magnets in the rotor and a segmented wire winding (6Of) and, to strengthen the magnetic field, stacked soft iron (60g) in the mast (72).
  • (6Of) Windungssegmenten
  • 6Of Windungssegmenten
  • the voltage is derived separately and processed in (6a) (rectified, smoothed, etc.). If you choose a rotatable mast as shown in Fig.
  • the field magnet (permanent or electric) can be housed in the mast, and the voltage is induced in a coil in the trolley and brush with brushes transferred to the mast (no drawing) ,
  • the weight of trolley and missile can be compensated for by a counterweight (81) guided over an upper roller or by tandem operation described in FIG.
  • FIG. 5 is a diagrammatic representation of FIG. 5
  • Fig. 5 shows a solution according to the invention, in which the trolley remains firmly connected to the rope, rope and rollers thus run back and forth. Advantage consists in a simpler mechanism in or on the trolley (no encompassing the clutches (57), Fig. 1).
  • (5a) shows in detail the transmission mounted on the rear of the mast, (5b) the buoyant body.
  • the roller (52) is connected to the sprocket (R2) via an axle passing through the mast. Both turn alternately left and right around the up and down running missile.
  • (53a) and (54a) are sensors for the position of the trolley, which enable the electrical braking of the trolley via the alternator.
  • (53, 54) represent rods that tilt the sail-like missile (as described in Fig. 2).
  • (61 a) represents a spring mechanism that connects the trolley elastically with the belt (61) (or any equivalent means) and, for example Temperature variations occurring changes in length, compensates.
  • the belt (61) runs up and down, rotating the rollers (51, 52) back and forth.
  • Fig. 5a illustrates a chain transmission which rectifies the direction of rotation of (R2) and translates the speed.
  • the chain (6c) runs over (R3a) at the bottom, over (R3b) at the top; (R3a) and (R3b) rotate differently.
  • the chain (6d) passes over (R4a, R4b and R5) in the same direction and drives the alternator.
  • (R3) and (R4) sit on the same axis, but in each case with a freewheel (analogous to a bicycle rear axle) with the effect that the wheels (R4a, R4b, R5), as shown in Fig. 5a, turn in the same direction.
  • An alternative solution would be two alternators with two freewheels. From the alternator, a cable leads to the electronics and consumers.
  • the bottom plate (74) is secured with floor anchors against lateral displacement.
  • the missile is formed by a cloth or film (42a) stretched in a double frame (42) and (42h) which inflates up and down when exposed to wind.
  • the frame can be moved to holders on the mast in order to store it as possible in the center of gravity.
  • the holders on the mast tilt when reaching the reversal points by a predetermined or dependent on the wind force angle.
  • To stabilize the frame vertical rods are placed at the frame corners and in the center of the frame structure down and up, where tensioning cables can be attached.
  • the cloth is lashed to the side frame so that it bulges in the desired, flow-optimal manner.
  • a weight (81) is mounted on the trolley opposite rope and to compensate for the weight of trolley and missile, so that the system starts at lowest wind speeds. This can be achieved similar to in Fig. 2 by tandem operation of two systems.
  • FIG. 6 is a diagrammatic representation of FIG. 6
  • rollers and chain are shifted inside the fixed round mast tube and are thus protected against external influences.
  • the rotor is shown enlarged.
  • the coupling between inside and outside takes place via the magnetically coupled inner and outer runners (60b) and (60a). Both run on linear bearings (58) on the pipe wall.
  • the outer part of the trolley rings around the mast, the inner can also be built. Rollers and rope do not rotate around the longitudinal axis with the missile in the Wind.
  • the lower roller (52) is fixedly connected to the utilization device in the ground station (41).
  • the inner part of the trolley is connected on one side with the chain, the band or the rope (61).
  • a counterweight (81) is mounted to compensate for the weight of the trolley and the buoyancy or missile.
  • At the reversal points of the parts of the trolley can be mounted inside and / or outside stops with springs (as shown in the other figures).
  • the multiple guyed mast can thus have a lower flexural rigidity and can thus be built high at low cost.
  • J.R. Webster Power Generation: US 2004/0069899 Al
  • J.V. Mizzi Renewable energy systems using long-stroke open-channel reciprocating engines: US 2002/0033019 A1

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Abstract

Die Erfindung betrifft Windkraftwerke, bei denen ein Flugkörper unter Zuhilfenahme von Seitenrudern, welche die selbständige Ausrichtung des Flugkörpers in die Windrichtung bewirken, periodisch an einem Mast durch den Wind bedingten Auftrieb bzw. Abtrieb hinaufbzw. herabgleitet, wobei durch Kippen oder Drehung an den mit entsprechenden technischen Mitteln ausgerüsteten Umkehrpunkten an den Enden des Mastes die Bewegungsrichtung des Flugkörpers verändert wird. Der Flugkörper erzeugt so in beiden Bewegungsphasen Bewegungsenergie, die mittels eines Lineargenerators direkt in elektrische Energie oder über Seile, Ketten oder ähnliches in mechanische und gegebenenfalls mittels eines Generators in elektrische Energie gewandelt werden kann. Als Mast können vorhandene Schornsteine, Schiffs- und sonstige Masten und Bäume genutzt werden

Description

Windkraftwerk mit verstellbarem an einem Mast geführten Flugkörper
Technisches Gebiet der Erfindung:
Die Erfindung betrifft Windkraftwerke wie die mit Propellern oder Impellern ausgestatteten Windräder, den Darrieus-Rotor, den Savonius-Rotor und die klassischen Windmühlen Erfindungsgemäß gleitet ein Flugkörper in Form einer Tragfläche oder eines Profilflügels unter Zuhilfenahme von Seitenrudern, welche die selbständige Ausrichtung des Flugkörpers in die Windrichtung bewirken, periodisch an einem Mast durch den Wind bedingten Auftrieb bzw. Abtrieb hinauf bzw. herab, wobei durch Kippen oder Drehung an den mit entsprechenden technischen Mitteln ausgerüsteten Umkehrpunkten an den Enden des Mastes die Bewegungsrichtung des Flugkörpers verändert wird. Der Flugkörper erzeugt so in beiden Bewegungsphasen Bewegungsenergie, die im Mast oder über Seile, Ketten oder ähnliches und einen Generator in elektrische Energie gewandelt werden kann. Die Stellmechanik ist erfindungsgemäß einfacher, reaktionsschneller und die windwirksame Fläche leicht größer und strömungsmechanisch günstiger als bei herkömmlichen Windrädern, wodurch der Wind effizienter genutzt wird.
Stand der Technik
Die sich in absehbarer Zeit erschöpfenden Vorräte an Erdöl, Erdgas und Kohle, auch Uran, zwingen die Menschen zunehmend, alternative, am besten unerschöpfliche Energiequellen zu erschließen. Das ist vor allem die Sonne, direkt genutzt per Solarherden, Sonnenkollektoren, Photovoltaikzellen oder über Sekundärprodukte wie Wasserkraft, Wellen, Gezeiten, Wind, thermischen Aufwind und ähnliches. Die weit verbreitete Form der Nutzung des Windes zur Energieerzeugung sind gegenwärtig Windräder, welche in Form von freistehenden, auf schweren Fundamente montierten Türmen mit schwenkbaren Propellern und gekoppelten Stromgeneratoren vielerorts anzutreffen sind. Bei Windrädern ist die dem Wind antriebswirksam ausgesetzte Fläche der Flügel, verglichen mit der beanspruchten Fläche, der Rotorfläche, klein. Da der Wind mit dem Abstand zum Boden zunimmt und er sich verstetigt, baut man die Türme möglichst hoch, sie müssen mit hohem technischen Aufwand den erheblichen, als Knickkraft auf den Turm wirkenden Winddruck abfangen, was die Anlagen allein schon sehr teuer macht. An die sehr schnell laufenden Rotoren werden hohe mechanischen Anforderungen gestellt.. Das Einstellen auf die Windgeschwindigkeit und - Richtung ist sehr aufwendig und träge und führt zu Verlusten bei der Ausnutzung der Windenergie. Der Generator in der Gondel ganz oben vergrößert die Kosten für Bau und Wartung weiter.
In der Literatur finden sich auch Lösungen, wo durch frei an Seilen, Kabeln und Ketten hängende Drachen Nutzenergie erzeugt werden soll. Diese Lösungen bieten zum Teil bereits die Möglichkeit, den Generator am Boden aufzustellen und die stärkeren Winde in größeren Höhen zu nutzen, sie erfordern allerdings eine sehr aufwendige Steuerung und viele Sicherheitsmaßnahmen bei Windänderungen, insbesondere Windstille, nutzen die Windenergie nur beim Steigen der Drachen, gefährden den Luftverkehr und haben einen großen Raumbedarf.
Die aus [5 -9, 12,13] bekannten drachenartigen Lösungen erzeugen nur in der Aufstiegsphase Energie, während sie in der Sinkphase Energie verbrauchen, die bei [13] z.B. durch ein zusätzliches Windrad aufgebracht werden muss. Die vorbekannten drachenartigen Vorrichtungen benötigen zudem einen weiten Luftraum, da sie mit dem Winde in alle Richtungen getragen werden.
Die aus [10,11] bekannten horizontalen Gebilde haben den Nachteil, dass sie im Bereich niedriger bodennaher Windstärke und verwirbelter Luft arbeiten müssen und die gesamte Anlage sehr aufwändig in die Windrichtung gedreht werden muss. Falls letzteres nicht möglich ist, weil sie wie in [11] auch vorgeschlagen auf, bzw. zwischen Bergesgipfeln installiert werden, ist nur eine begrenzte Nutzung einer Windkomponente möglich. Auch sind die technischen Lösungen nicht vergleichbar mit denen für vertikale Lösungen. Die in [14] vorgeschlagene Lösung beschreibt einen in der Strömung oszillierenden stromlinienförmigen Körper, der ähnlich einem Fisch der Strömung Energie entnimmt.
Aufgabenstellung:
Es bestand somit die Aufgabe, alternative Windkraftvorrichtungen zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile der im Stand der Technik beschriebenen technischen Lösungen nicht aufweisen.
Die Aufgabe wurde durch die im folgenden und in den Ansprüchen charakterisierten
Vorrichtungen und Verfahren gelöst. Die erfindungsgemäßen neuen Anlagen, welche die
Windenergie über einen Auftriebskörper/Flugkörper verfügbar machen, stellen vorteilhafte Alternativen zu den genannten Lösungen des Standes der Technik inklusive der erdgebundenen Windräder dar. Die Vorteile gegenüber den Windrädern des Standes der Technik sind vor allem im deutlich geringeren technischen Aufwand zu sehen, was sich letztlich auch in den geringeren Anschaffungs- und Betriebskosten widerspiegelt.
Im einzelnen können diese Vorteile wie folgt zusammengefasst werden:
(a) Die Fläche, der die Strömungsenergie des Windes entzogen werden kann, ist die Breite des Auftriebskörpers mal seiner Hubhöhe. Sie kann mit einfachen Mitteln größer als die der
Windräder gestaltet werden;
(b) die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können kostengünstig durch die Verwendung abgespannter hoher Masten deutlich besser die höheren, windstärkeren, turbulenzärmeren Luftschichten nutzen. Die Anlaufwindgeschwindigkeiten sind niedriger, die oberen Grenzgeschwindigkeiten höher als bei Windrädern. Sie lassen sich mit einfachen Mitteln gegen Sturm sichern.(c) die Windenergie lässt sich viel effizienter nutzen, weil die verwendeten Auftriebskörper sich selbständig , d.h. ohne (träge und teure) Mechanismen auf schnell sich ändernde Windrichtung und Stärke, also auch Böen, einstellen oder die Energie von Böen im System gespeichert werden kann;
(d) die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Größe weitgehend frei skalierbar, d.h. sie ist auch sehr groß realisierbar, und es besteht dadurch eine geringere Notwendigkeit von mehreren Anlagen (Parks) nebeneinander;
(e) die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch optisch und akustisch akzeptabler, weil sie höher zu bauen ist ,weniger sichtbar und ohne nennenswerte Windradgeräusche durch Propeller und ohne Gefahr für Vögel gestaltet werden kann;
(f) einige erfϊndungsgemäße Varianten sind mit einfachsten technischen Mitteln zu produzieren und zu warten. Sie sind deshalb vor allem auch für die dezentrale Energieversorgung in den unterversorgten Regionen der Erde geeignet sowie für direkte Erzeugung mechanischer und thermischer Energie (ohne den Umweg über Strom).
(g) gegenüber den hoch fliegenden Gebilden bieten sie zusätzlich Vorteile in der Weise, dass sie den Luftraum nur sehr begrenzt und örtlich definiert besetzen und leichter realisierbar und genehmigungsfähig sind. Zusammenfassung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist eine als Windkraftwerk arbeitende Vorrichtung im wesentlichen umfassend einen Mast (72) und einen Flugkörper (42), welcher mit den Mast beweglich verbunden ist und an diesem periodisch durch Windkraft hinauf- und herabzugleiten vermag, wobei durch Einsatz von in einigen Ausführungsformen beweglichen Seitenleitwerken (42c) sowie entsprechender technischer Mittel (51 - 58), welche die entsprechende notwendige Ausrichtung des Flugkörpers zum Wind bewerkstelligen, nicht nur in der Auftriebsphase des Flugkörpers sondern auch in der Abtriebsphase vertikale Bewegungsenergie erzeugt wird, die gegebenenfalls durch weitere technische Mittel und Vorrichtungen (6, R2-R5) in nutzbare kinetisch-mechanische oder elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Der erfindungsgemäße Flugkörper (42) ist als Auftriebskörper konstruiert und ist direkt oder indirekt an dem Mast (72) aufgehängt, so dass er mit einem einstellbaren positiven Anstellwinkel vom Wind getrieben nach oben und mit einem negativen nach unter gleiten kann.
Der Flugkörper (42) ist erfindungsgemäß an einer Laufkatze (60) befestigt, wobei letztere auch ein integraler Bestandteil des Flugkörpers sein kann. Die Laufkatze (40) weist vorzugsweise eine entsprechend geformte und große Öffnung oder ein entsprechend geformtes Profil zur passenden Aufnahme des Mastquerschnitts bzw. Mastprofils auf. Somit wird die Laufkatze bzw. der Flugkörper (42) am Mast entlang geführt.
Die Laufkatze (60) wird in den meisten erfindungsgemäßen Ausführungsformen von Halte- und Beförderungsmitteln (61) gehalten, welche vorzugsweise schleifenförmig über Rollen geführt sind. In diesen Fällen ist die Laufkatze (60) und damit der Flugkörper an einer Seite des schleifenförmig gespannten Haltemittels befestigt. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann auf der gegenüberlaufenden Seite ein Gegengewicht angebracht sein, welches das Gewicht des Flugkörpers inklusive der Haltevorrichtungen kompensiert, so dass der Flugkörper durch geringste angreifende Windkräfte bewegt werden kann.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform , die keiner weiteren Halte- und Beförderungsmittel bedarf, wird die Laufkatze (60) durch magnetische Mittel am Mast (72) gehalten und kann in diesem Fall, wie in Abb. 4 dargestellt, zusammen mit geeigneten Mitteln am oder im Mast als Lineargenerator fungieren. Die genannten Halte- und Beförderungsmittel (61) können erfindungsgemäß endlos ausgeführte Seile, Riemen, Bänder oder Ketten sein, welche über mindestens eine obere und mindestens eine untere Umlenkrolle (51, 52), die oben und unten am Masten angebracht sind, gespannt sind. Bewegt sich der durch Windkraft bewegte Flugkörper, dreht das Beförderungsmittel die Rollen. An wenigstens einer von deren Achsen sind mechanische Nutzgeräte wie beispielsweise Pumpen, Mühlen, Sägen, Dreschmaschinen angekoppelt, oder auch ein elektrischer Generator.
An dem oberen und unteren Wendepunkt des Flugkörpers, also im oberen und unteren Bereich des Mastes sind Umstellmittel (53 - 55) angebracht, welche mechanisch in die vorzugsweise vertikale Flugkörperbewegung eingreifen und den Auftrieb bzw. Abtrieb verändern, vorzugsweise so, dass nach oben eine positive, nach unten eine negative Auftriebskraft (Abtrieb) entsteht, die sich zum Eigengewicht des Körpers addiert. Somit wird Energie in beiden Bewegungsrichtungen praktisch kontinuierlich erzeugt.
In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Laufkatze (60) bzw. der an ihr befestigte Flugkörper (42) fest mit den Halte- und Beförderungsmitteln (61) verbunden, wodurch diese sowie die Umlenkrollen (51 , 52) die Lauf- bzw. Drehrichtung beim Hinauflaufen und Hinunterlaufen wechseln, wobei die Drehrichtung der Rollen mit Hilfe eines Getriebes durch Freiläufe gleichgerichtet werden kann.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform sind in oder an der Laufkatze (60) Mittel (57) vorhanden, welche beim Hinauf- und Hinuntergleiten des Flugkörpers entlang des Mastes in den jeweils gegenüberliegenden Seil-, Gurt-, Band-, oder Kettenstrang (61) eingreifen, so dass keine Änderung der Laufrichtung der Umlenkrollen (51 , 52) und der Halte- und Beförderungsmittel (61) vorgenommen werden muss. Dies verringert die Verluste, die durch das Abbremsen und wieder Beschleunigen von Rollen und Transportmitteln beim Ändern der Laufrichtung oben und unten entstehen können, wenn diese Bremsenergie nicht wie unten beschrieben anderweitig genutzt wird. Wenn sich die Laufrichtung nicht ändert, laufen die Rollen und die Lichtmaschine durch deren Massenträgheit auch über die Bewegungspause des Läufers bei der Bewegungsumkehr weiter und bewirken so eine kontinuierliche Leistungsabgabe. Die Massenträgheit kann z.B. durch eine Schwungmasse am Generator noch erhöht werden. Bei den Ausführungsformen mit Richtungsänderung der Rollen, und bei den anderen auch, kann die Massenträgheit durch eine Schwungmasse am Generator erhöht werden. Das Umstellen zwischen Auf- und Abtrieb kann dabei auf verschiedene Weise vorgenommen werden, z.B. durch Änderung des Anstellwinkels des Flugkörpers (42), was durch Kippen um die Kippachse (80) des Flugkörpers, beispielsweise ausgelöst durch mechanische Umwerfmittel (53, 54) oder durch elektronische Sensoren (53a, 54a) und Aktoren im Läufer erfolgen kann. Die Kippachse (80) des Flugkörpers ist vorzugsweise in seinem Windkraft-Schwerpunkt angeordnet.
Der Wechsel zwischen Auf- und Abtrieb des Flugkörpers, bzw. Hinauf- und Hinabgleiten desselbigen entlang des Mastes kann aber auch erfindungsgemäß durch Drehen des Flugkörpers um 180° um die Mastachse erfolgen. Dies geschieht wiederum durch am Mast angebrachte Vorrichtungen (Anschläge) mechanisch, elektromechanisch oder elektronisch.
Am Flugkörper (42) sind erfindungsgemäß Seitenruder (42c) auf der Leeseite der Flügeloder Tragfläche angebracht, die bewirken, dass sich der Flugkörper automatisch in die Windrichtung stellt. Diese Seitenruder können auch ein Drehlager (80a), vorzugsweise im Kraft-Schwerpunkt des Flugkörpers, aufweisen und sich dadurch in den jeweiligen Umkehrpunkten auf das andere Flächenende des Flugkörpers (Luvseite) klappen oder kippen lassen, womit der Flugkörper durch die Windkräfte auf das Seitenruder automatisch gedreht und somit sein Anstellwinkel geändert wird, wie dies beispielhaft in Abb. 3 dargestellt ist.
Die Halte- und Beförderungsmittel (61 - 63) laufen über Umkehrpunkte (51 - 55), welche im wesentlichen durch Umkehrrollen (51, 52), Umlenkmittel (53, 54) und mechanische oder elektro-mechanische Anschläge (53a, 54a, 55) in der Nähe der Umkehrrollen gebildet werden.
Die Laufkatze (60) kann oben und unten federnd oder elektromechanisch bei Annäherung an die Laufenden gebremst werden, wobei gleichzeitig der an der Laufkatze befestigte Flugkörper (42) für die Bewegung in die Gegenrichtung verändert wird. Vorteilhafterweise kann die hierbei auftretende Bremsenergie ebenfalls genutzt werden. Bei Benutzung von Federn geschieht dies durch elastische Reflektion des Flugkörpers, zur Gewinnung von elektrischer Energie geschieht dies im Generator oder in einem elekrischen Zusatzgerät.
Der Flugkörper (42) stellt eine Tragfläche dar, die sich mit Hilfe von Seitenrudern in die Windrichtung stellt.. Der Anstellwinkel ist vorzugsweise einstellbar und fest oder kann sich mit der Windstärke auch ändern. Er liegt üblicherweise zwischen 0 und 60°, vorzugsweise zwischen 10 und 45°. Der Flugkörper kann auf verschiedene Weise konstruiert sein. Im einfachsten Fall besteht er aus einem Segeltuch oder einer Folie, das bzw. die in einem stabilisierenden Rahmen eingespannt ist(42 A) Er kann aber auch als ebene Platte oder in einer bevorzugten Ausführungsform als strömungsoptimierter Profil-Tragflügel (42B) realisiert sein.
Weitere Vorrichtungen am Flugkörper können seine Eigenschaften an die Windgeschwindigkeit anpassen, insbesondere können dadurch bei Sturm die Kräfte verringern werden und ihn somit sichern helfen. Diese Mittel können im einfachen Fall elastische Glieder (Federn, elastische Bänder) sein. Solche Mittel können ebenfalls dazu dienen, die Energie von Böen zu speichern, sodass sie für die Energienutzung nicht verloren gehen.
Der Mast (72) ist vorteilhafterweise mindestens oben mit Seilen (71) abgespannt, wobei auch eine mehrfache Abspannung in verschiedenen Höhen möglich ist. In diesem Fall kann sich die Laufkatze (60) sich dann entweder zwischen zwei Abspannungen oder durch eine spezielle Ausbildung der Führung am Mast sogar über mehrere Abspannungen hinweg bewegen. Für diese Zwecke ist sie dann über ihren Umfang hinweg mit Lücken für die Passage der Spannseilhalterungen am Mast versehen und wird magnetisch zusammengehalten.
Durch die Möglichkeit der Abspannung(en) lassen sich die Masten kostengünstig viel höher bauen als jene für Windräder. Dadurch können höheren Windgeschwindigkeiten genutzt werden. Durch die schnelle, technisch einfache Anpassung der erfindungsgemäßen Anlage an die Windrichtung und -Geschwindigkeit wird die Windenergie effizienter genutzt und durch das Verlagern des Generators auf den Boden ergeben sich weitere Kostenvorteile. Auftriebskörper lassen sich, da sie nicht wie die Propeller/Impeller von innen nach außen verschiedener Windgeschwindigkeit ausgesetzt und freitragend sein müssen, leicht in ihrer windwirksamen Fläche größer, sicherer (keine Fliehkräfte) und viel kostengünstiger bauen. Die Fläche, der die Strömungsenergie des Windes entzogen werden kann, entspricht der Breite des Auftriebskörpers multipliziert mit seiner Hubhöhe. Sie kann leicht viel größer bemessen werden als die Rotorfläche eines Windrades. Die Auftriebskörper der erfindungsgemäßen
Anlagen stellen keine Gefahr für Vögel dar, sie schreddern sie nicht, wie gelegentlich berichtet wird. Da man die Masten höher bauen kann, kann man sie zudem dem Blickfeld besser entziehen. Als Mast können auch vorhandene Bauten wie Elektromasten, Schornsteine, Häuser, Schiffsmasten oder Bäume genutzt werden. Zusammengefasst ist somit Folgendes Gegenstand der Erfindung: • Eine als Windkraftanlage arbeitende Vorrichtung umfassend einen Flugkörper (42) mit einstellbaren Anstellwinkel und mindestens einem Seitenleitwerk (42c) zur automatischen Ausrichtung entsprechend der Windrichtung , einen Mast (72), Mittel zur Befestigung und Steuerung des Flugkörpers (51 - 61, 80 - 81) und gegebenenfalls Anschlussmöglichkeiten für Mittel und Vorrichtungen zur Nutzung der durch Windkraft erzeugten Energie (6, 6a,
R2-R5), wobei (i) der Flugkörper (42) eine durch ihn hindurchgehende oder an ihm befestigte Laufkatze
(60) aufweist, so dass der Flugkörper am Mast entlang entsprechend der an ihm angreifenden Windkraft auf- und abgleiten kann, wobei die Laufkatze (60) direkt am Mast (72) durch magnetische Mittel (6Oe) oder durch Befestigungs- und Beförderungsmittel
(61) entlang des Mastes gehalten und bewegt wird, und
(ii) der Mast (72) an seinem oberen und unteren Ende jeweils einen Umkehrpunkt aufweist, welcher mechanische oder elektromechanische Mittel (51 - 55) umfasst, die für die Änderung der Laufrichtung des Flugkörpers (42) durch Kippen des Flugkörpers um eine Kippachse (80) und / oder Drehen des Flugkörpers um 180° um die Mastachse sorgen, so dass der Flugkörper während der Hochlaufphase einen Auftrieb und während der Abwärtslaufphase einen Abtrieb oder einen geringeren Auftrieb erfährt, und so in beiden Phasen nutzbare Energie produziert wird;
• eine entsprechende Vorrichtung, bei welcher der Mast (72) in der Nähe der Umkehrpunkte Umlenkrollen (51, 52) aufweist, die über ein endloses entsprechend der
Bewegung des Flugkörpers gegenläufig hinauf- und hinunterlaufendes Halte- und Beförderungsmittel (61) in Form eines Seils, Bandes, Gurtes oder einer Kette miteinander verbunden sind, an dessen einer Seite der Flugkörper (42) bzw. die Laufkatze (60) befestigt ist; • eine entsprechende Vorrichtung, bei der die Laufkatze (60) mit dem Halte- und
Beförderungsmittel (61) fest verbunden ist oder durch dieses gehalten und bewegt wird;
• eine entsprechende Vorrichtung, bei der auf der Gegenseite der Halte- und Beförderungsmittel (61), an dem der Flugkörper hängt, ein Gegengewicht (81) befestigt ist, wodurch der Flugkörper (42) bzw. die Laufkatze (60) auch bei geringen Windstärken anlaufen kann;
• eine entsprechende Vorrichtung, bei der in oder an der Laufkatze (60) Mittel (57) vorhanden sind, welche beim Hinauf- und Hinunterlaufen entlang des Mastes in den jeweils gegenüberliegenden Seil-, Gurt-, Band-, oder Kettenstrang (61) eingreifen, so dass keine Änderung der Laufrichtung der Umlenkrollen (51 , 52) und besagter Halte- und Beförderungsmittel (61) auftritt;
• eine entsprechende Vorrichtung, bei der die Laufkatze (60) ein äußeres Teil (60a), an dem der Flugkörper (42) befestigt ist, und ein inneres Teil aufweist, welches sich im Inneren des hohlen Mastes (72) befindet, wobei das äußere und innere Teil magnetisch miteinander gekoppelt sind;
• eine entsprechende Vorrichtung, bei der die Umlenkrollen (51, 52) und die Halte- und Beförderungsmittel (61) im Inneren des hohlen Mastes angeordnet sind;
• eine entsprechende Vorrichtung, bei der einzelne Bauelemente elastische Elemente aufweisen, die plötzlich auftretende Kräfte bedingt durch Änderung von
Windgeschwindigkeit, Windrichtung und maschinellen Verzögerungen zumindest teilweise zu kompensieren vermögen;
• eine entsprechende Vorrichtung, bei der die Laufkatze (60) an den oberen und unteren Umkehrpunkten elektromechanisch gebremst wird; • eine entsprechende Vorrichtung, bei welcher der Mast (72) und Laufkatze (60) einen
Lineargenerator (60 a,e,g,f) bilden, der die Bewegung des Flugkörpers direkt in elektrisch Energie wandelt;
• eine entsprechende Vorrichtung, bei der die Laufkatze (60), die Halte- und Beförderungsmittel (61), die Umkehrrollen (51, 52) und der Umkehrmittel (53, 54, 55) gegebenenfalls zusammen mit dem Mast (72) eine Einheit bilden, welche mittels eines
Drehlagers (72c) entsprechend der Windrichtung und / oder bei Umkehrung der vertikalen Bewegung des Flugkörpers am Mast sich drehen kann;
• eine entsprechende Vorrichtung, bei der das Seitenleitwerk (42c) eine Kippachse (80a) aufweist, wodurch es sich bei Änderung der Bewegungsrichtung des Flugkörpers an den Umkehrpunkten (51 - 55) mit Hilfe von entsprechend angeordneten mechanischen oder elektro-mechanischen Mitteln umklappen lässt;
• eine entsprechende Vorrichtung, bei welcher der Flugköper (42), eine ebene Tragfläche, ein gespanntes Segel oder ein Profilflügel ist;
• eine entsprechende Vorrichtung, bei welcher der Mast (72) zur Erhaltung der aufrechten Position mindestens an einer Stelle durch Abspannseile (71) gehalten wird;
• eine Windkraftanlage umfassend mindestens zwei der oben und unten beschriebenen Vorrichtungen, welche miteinander in der Weise gekoppelt sind, dass die Gewichte der durch Windkraft bewegten Bauelemente kompensiert und ein Teil der nicht-bewegten Komponenten eingespart werden;
• ein Verfahren zur Gewinnung von mechanischer, thermischer, kinetischer oder elektrischer Energie aus Windenergie durch Verwendung einer oben und unten beschriebenen Vorrichtung.
Liste der Bezugszeichen und ihre Bedeutung in den Abbildungen und der Beschreibung
6 Generator (Lichtmaschine) oder anderes Nutzgerät wie Pumpe, Mühle, Reibe für thermische Energie 6a Elektrostation 6c, 6d Ketten als Teile eines Gleichrichter-Kettengetriebes R2 bis R5 Kettenräder oder -Ritzel dieses Getriebes
14 Erdboden
41 Bodenstation 42 Auftriebskörper, Flugkörper
42A Auftriebskörper mit gespanntem Tuch, oder Folie
42a in den Rahmen gespanntes Tuch
42b Rahmen für ein darin eingespanntes Tuch
42c Seitenleitwerk für den Flugkörper 42d Umwerferhebel für das Seitenruder in Fig 3
42e Aussparung, in dem der Mast durchgeführt ist
42f senkrecht nach unten und oben auf den Rahmen aufgesetzte Stäbe
42g Spannseile zur Stabilisierung des Rahmen
42h innerer Rahmen 42m mit Folie oder Tuch gefüllte Flächen
42B tragfiächenprofϊlförmiger Auftriebskörper oder Platte
42k aktiver Kippmechanismus im Läufer
44 Bodenanker an allen Abspannseilen 71 51 obere Umlenkrolle für das Transportmittel 61
52 untere Umlenkrolle für das Transportmittel 61
51a Kugellager, das auf dem Mast aufsitzt und die Halterung für die Rolle 51 trägt
52e Kugellager, das auf dem Mast aufsitzt und die Rollen 52b und 52c trägt;
52b,c zwei im Bild hintereinander liegende Rollen 52f Zahnkranz, mit 52 verbunden
53, 54 oberer und unterer Umwerfer für den Auftriebskörper
53a und 54a Sensoren für die Position der Katze
55 Federn und Anschlag für die Katze
57 Mitnehmer, die auf 61 aufsetzen/greifen 58 Linear-Kugellager in der Katze
60 Laufkatze, (äußerer) Läufer
60a äußere Schale der Katze
60b innerer Läufer 6Oe Dauermagneten 6Of segmentierte Drahtwicklung
60g geschichtetes Weicheisen
60h Kabel
61 Halte- und Beförderungsmittel: Seil, Band, Gurt oder Kette
61 a Stange zur Übertragung der Rotation auf das Nutzgerät 6
61 b Ritzel aufgesetzt auf 61 a zur Rotationsübertragung
61c Kettenrad in j eder der beiden Anlagen
61d Verbindungskette zwischen den beiden Anlagen 62 konischer Zahnkranz
63 Federmechanik
71 obere und untere Abspannspannseile für den Mast
71a Verbindungsabspannseil zwischen 2 Masten 72 Mast
72c Drehlager für den Mast
73 obere Seilbefestigung
74 Bodenplatte, Mastfuß
80 Kippachse des Auftriebskörpers
80a Kippachse des Seitenruders bei Fig 3
81 Gegengewicht
Einzelheiten der Erfindung
Für alle erfindungsgemäßen Ausfuhrungsformen gilt, dass eine Laufkatze (60), an der ein Flugkörper befestigt ist, an einem Masten (72) hinauf und hinunter läuft, der Flugkörper oben und unten zwischen Auftrieb und Abtrieb umgeschaltet und mit einem Seitenruder in die Windrichtung gedreht wird.
Bei Fig. 1,4 und 6 ist der Mast fest und die Laufkatze (60) läuft und dreht sich. Bei Fig. 2, 3 und 5 dreht der Mast mit der Laufkatze, und bei Fig. 1 bis 3, 5 und 6 wird die Linearbewegung der Laufkatze per Seil, Riemen, Kette oder Band (61) und Rollen (51, 52) in eine Rotationsbewegung gewandelt. Bei Fig. 4 wird die Bewegungsenergie der Laufkatze (60) direkt mit einem Lineargenerator in elektrische Energie gewandelt. Die Masten sind mit Seilen (71) abgespannt und in Bodenankern (44) fixiert.
Die Bodenanker für die oberen Seile sind nicht dargestellt.
Die Mitnehmer (57), die auf die Transportmittel (61) aufsetzen oder greifen, z.B. in Form einer Rutschkupplung oder Klammer, oder Eingriff in eine Kette stellen die Verbindung zwischen (60) und (61) her. Bei Fig. 1 greift sie beim Hinauflaufen in den vorderen, beim Hinunterlaufen in den hinteren Seilstrang, bei Fig. 2, 3 und 5 entsprechend in den rechten und linken. Die Drehrichtung der Rollen (51 , 52) bleibt bei Fig. 1 -3 stets dieselbe, bei 5 und 6 wechselt sie.
Die Kippachse des Flugkörpers (80) ist so eingestellt, dass sie in der Nähe des Auftriebs- Kraftschwerpunktes liegt, wobei auf der Luvseite die Kräfte etwas größer sind als auf der Leeseite, womit der Anstellwinkel stabil positiv oder negativ bleibt in der jeweiligen Bewegungsphase, d.h. aufwärts luvseitig nach oben, abwärts nach unten zeigend. Die Lage kann durch Rasten oder z.B. Magnetkupplungen in den beiden Endstellungen noch weiter gesichert werden.
Der Flugkörper und seine Achse erstrecken sich in beide Richtungen senkrecht zur
Zeichenebene. Er hat eine Aussparung oder Öffnung (42e) am Ort der Katze (60) - siehe beispielhaft Bild 5b. Seine Seiten sind zur (gewichtssparenden) Stabilisierung mit Seilen verspannt. Er hat Seitenruder (42c) auf der Leeseite. Er kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein, z.B. als flache Scheibe wie in Fig. 1 und 3, oder ein in einen Rahmen lose eingespanntes Tuch (42a) wie in Fig. 2, 5 und 6, was sich wie ein Segel beim Ansteigen nach oben aufbläst, beim Absteigen nach unten und somit bessere Auftriebswerte als die Scheibe erzeugt und leichter ist. Oder es ist wie in Fig. 4 ein strömungsoptimiertes Profil (wie eine Flugzeugtragfläche), das maximalen Auftrieb erzeugt.
Der Anstellwinkel kann jeweils fest vorgegeben sein (stall) oder über einen Mechanismus in der Katze je nach Windgeschwindigkeit motorgetrieben oder einfacher durch elastische Elemente eingestellt werden (pitch).
Wenn der Flugkörper durch den Wind getrieben am oberen Umwerfer (53) ankommt, wird er um die Achse (80) gekippt. Dies kann geschehen z.B. durch den Bewegungsimpuls selbst und die Windkraft oder elektromechanisch unterstützt. Der Körper erfährt jetzt negativen Auftrieb (=Abtrieb), seine Luvseite ragt nach unten, er gleitet windgetrieben und durch sein Gewicht nach unten. Dort wird er in die Steigposition zurück gedreht, er steigt wieder usw.. Zur Sicherheit trifft die Katze oben und unten auf gefederte Anschläge (53) und (54) und wird elastisch, also möglichst ohne Verlust an kinetischer Energie reflektiert. Ebenso können die „Anschläge" elektronisch realisiert sein (wie bei Fig. 4 und 5 beschrieben). An die obere Rolle (51) kann ein Dynamo angekoppelt sein, erstens um eventuell das Umschalten des Drachens oben elektromechanisch zu unterstützen oder auch um Energie für das Befeuern des Mastes zu liefern.
Für die Wartung oder bei aufkommendem Sturm werden die Flugkörper durch Unterbrechung der Bewegung am unteren Umkehrpunkt fixiert. Der Mast kann zusätzlich durch Lösen eines Halteseiles umgelegt werden. Die Masten können an einer oder mehreren Höhenpunkten oder auch gar nicht abgespannt sein. Als Masten können ebenfalls vorhandene Bauten, insbesondere Fabrik-Schornsteine, aber auch höhere Häuser, Schiffsmasten, Strommasten oder unten astfreie Bäume dienen.
Im folgenden werden die Ausführungsformen bzw. -beispiele näher beschrieben:
Figur 1 :
Ein runder Mast ist am unteren und am oberen Umkehrpunkt der Laufkatze abgespannt mit je
3 Seilen. Das Linearkugellager in der Katze erlaubt ihre Auf- und Abwärtsbewegung und Rotation um den Mast.
Ein Endlosgurt läuft über die Rollen (51, 52) , umgelenkt über (52b und 52c), (im Bild hintereinander liegende Rollen) und verbindet die Laufkatze (60) mit dem Antrieb für das Nutzgerät (6). Die Gurtstränge laufen hintereinander, der vordere stets hinauf, der hintere hinunter. Das Kugellager (51a) sitzt auf dem Mast auf und trägt die Halterung für die Rolle (51). Die Rotation der Rolle (52) wird über ein Getriebe und die senkrechte Drehachse (61a) zum Generator übertragen. (52e) ist ein Kugellager, das auf dem Mast aufsitzt und die Rollen (52b, 52c) trägt. Der Zahnkranz (52f), ist mit (52) verbunden und greift ein in das Ritzel (61b), welches auf (61a) aufgesetzt ist.
Da der Flugkörper (42) sich mit dem Wind um die Mastachse dreht, müssen ebenfalls die obere und untere Seilhalterung diese Bewegung mitmachen. Dies geschieht durch das Seil selbst beim Hinauf- und Hinunterlaufen der Laufkatze (60) und kann bei hohen Masten unterstützt werden durch Windfahnen (nicht dargestellt) am oberen und unteren Umlenker. Alternativ können die obere und untere Umlenkung (51 und52) auch motorisch der Stellung des Flugkörpers entsprechend nachgefühlt werden. Figur 2:
Der Mast ist drehbar in je einem Lager (72c) oben und unten gelagert. Diese sind oben in die Seilhalter (73), unten in den Mastfuß (74) eingebaut. Es sind Lösungen möglich mit einem bis mehreren kombinierten Masten. Bei einem Einzelmast würden in Fig. 2 die rechte Anlage, die Kettenräder (61c) und die Kette (6Id) fehlen. Hier ist eine Doppelanlage im Tandembetrieb dargestellt. Beide sind im wesentlichen gleich aufgebaut, nur dass das Nutzgerät nur in einer Anlage nötig ist, (was auch getrennt von dem Masten aufgestellt sein und von noch mehr als diesen zwei Flugkörpern betrieben werden könnte). Der linke Flugkörper läuft hinauf, der rechte herunter, anschließend der der rechte hinauf und der linke hinunter. Die Gewichte von beiden kompensieren sich somit, und sie können somit auch bei geringsten Windstärken anlaufen. In einer solchen Anlage werden weniger Abspannseile benötigt. Solche Mehrfach-Kombinationen sind im Prinzip auch bei den anderen Ausführungsbeispielen möglich. Die Stange (61a), welche die Rotation auf das Nutzgerät (6) überträgt, befindet sich im Dreh-Zentrum des Mastes. Das Ritzel (61b) greift durch eine Wandöffnung des Mastes in den Zahnkranz (62) ein.
Figur 3:
Dargestellt wird der Ausschnitt des oberen Teils, unten gebaut wie Fig. 2 links als
Einzelanlage. Bei Fig. 1 und 2 wurde der Flugkörper an den Wendepunkten jeweils gekippt und so von Auf- auf Abtrieb umgeschaltet. Bei Fig. 3 bleibt der Flugkörper fest mit der
Laufkatze verbunden, beide werden gedreht, hier beispielhaft, indem das Seitenruder (42c) um eine Achse (80a) am Anschlag (53) auf die andere, die Luvseite des Körpers gekippt wird. Fig. 3a zeigt die Stellung beim Annähern an den oberen Anschlag. Dort stößt der Hebel (42d) auf den Umwerfer (53) und kippt das gekoppelte Seitenruder (42c). Das Ergebnis zeigt Fig. 3b. Das Gebilde stoppt an den Federn (55), der Wind erfasst das luvseitige Seitenruder und dreht Laufkatze und Flugkörper samt dem Mast um 180°, danach steht es wie in Fig. 3c. Der Wind drückt Laufkatze und Flugkörper nach unten, wo der Vorgang sich umkehrt. Das Seitenruder, vorzugsweise aus Symmetriegründen in zweifacher Ausfertigung, ist seitlich von der Aussparung für die Katze am Flugkörper angebracht.
Figur 4:
In Fig. 4a ist der Läufer und Mastinhalt, also der Lineargenerator in vergrößertem Maßstab gezeichnet. Der Flugkörper (42B) ist als Tragflächenprofil ausgebildet. Der runde Mast ist fest, die Katze wird durch Linearkugellager (58) am Mast geführt. In der Nähe der Laufumkehr (53 a und 54a), wird (induktiv) ein Mechanismus (42k) im Läufer aktiviert, der den Flugkörper in die Gegenbewegungsrichtung kippt und ggf. die Neigung an die Windgeschwindigkeit anpasst (pitch). Gleichzeitig wird die Laufkatze (60) elektrisch - über den Generator - gebremst. Der Lineargenerator besteht aus Dauermagneten im Läufer und einer segmentierten Drahtwicklung (6Of) und, um das Magnetfeld zu verstärken, geschichtetem Weicheisen (60g) im Mast (72). In den Windungssegmenten (6Of) wird beim Passieren des Läufers Spannung induziert, die noch an den Segmenten gleichgerichtet und über ein gemeinsames Kabel (60h) zu einer Elektrostation (6a) geleitet wird. Oder von allen Segmenten wird die Spannung getrennt abgeleitet und in (6a) verarbeitet (gleichgerichtet, geglättet usw.). Wählt man einen drehbaren Mast wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, können die Feldmagneten (permanent oder elektrisch) im Mast untergebracht sein, und die Spannung wird in einer Spule in der Laufkatze induziert und mit Schleif bürsten auf den Mast übertragen (keine Zeichnung). Zur Erleichterung des Anlaufes bei kleinen Windgeschwindigkeiten kann durch ein über eine obere Rolle geführtes Gegengewicht (81) oder durch bei Fig. 2 beschriebenen Tandembetrieb das Gewicht von Laufkatze und Flugkörper kompensiert werden.
Die Regelung der Geschwindigkeit und damit die Optimierung der Leistung kann bei allen dargestellten Lösungen über die entnommene Leistung erfolgen. Durch das elektrische Abbremsen von Flugkörper und Laufkatze an den Umkehrpunkten kann das Anschlagen verhindert werden und die Bremsenergie ebenfalls genutzt werden.
Figur 5:
Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Lösung, bei der die Laufkatze fest mit dem Seil verbunden bleibt, Seil und Rollen laufen also hin und her. Vorteil besteht in einer einfacheren Mechanik in oder an der Laufkatze (kein Umgreifen der Kupplungen (57), Fig. 1). (5a) zeigt als Detail das auf der Rückseite des Mastes angebaute Getriebe, (5b) den Auftriebskörper. Die Rolle (52) ist über eine durch den Mast gehende Achse mit dem Kettenrad (R2) verbunden. Beide drehen beim hinauf- und hinunterlaufendem Flugkörper abwechselnd links und rechts herum. (53a) und (54a) sind Sensoren für die Position der Laufkatze, die das elektrische Bremsen der Laufkatze über die Lichtmaschine ermöglichen. (53, 54) stellen Stangen dar , die den hier segelartigen Flugkörper (wie in Fig. 2 beschrieben) kippen. (61 a) stellt eine Federmechanik dar, die die Laufkatze elastisch mit dem Riemen (61) (oder jedes beliebige wirkungsgleiche Mittel) verbindet und z.B. durch Temperaturschwankungen auftretende Längenänderungen, ausgleicht. Der Riemen (61) läuft aufwärts und abwärts und dreht dabei die Rollen (51, 52) vor- und rückwärts.
Fig. 5a stellt ein Kettengetriebe dar, das die Drehrichtung von (R2) gleichrichtet und die Drehzahl übersetzt. Die Kette (6c) läuft über (R3a) unten herum, über (R3b) oben herum; (R3a) und (R3b) drehen also verschieden herum. Die Kette (6d) läuft über (R4a, R4b und R5) in der gleichen Richtung und treibt die Lichtmaschine an. (R3) und (R4) sitzen auf der gleichen Achse, allerdings jeweils dazwischen mit einem Freilauf (analog einer Fahrrad- Hinterachse) mit der Wirkung, dass sich die Räder (R4a, R4b, R5), wie in der Fig. 5a dargestellt, in gleicher Richtung drehen. Eine alternative Lösung wären zwei Lichtmaschinen mit zwei Freiläufen. Von der Lichtmaschine führt ein Kabel zur Elektronik und den Verbrauchern. Die Bodenplatte (74) ist mit Bodenankern gegen seitliches Verschieben gesichert.
In Fig. 5b wird der Flugkörper durch ein in einen Doppelrahmen (42) und (42h) gespanntes Tuch oder eine Folie (42a) gebildet, das/die sich bei Windeinwirkung nach oben und unten aufbläht. Der Rahmen kann an Haltern am Mast verschoben werden, um ihn möglichst im Kraftschwerpunkt zu lagern. Die Halter am Mast kippen beim Erreichen der Umkehrpunkte um einen vorgegebenen oder von der Windstärke abhängigen Winkel. Zur Stabilisierung des Rahmens sind an den Rahmenecken und im Zentrum des Rahmengebildes nach unten und oben senkrechte Stäbe aufgesetzt, an denen Spannseile befestigt werden können. Das Tuch ist am Seitenrahmen so verzurrt, dass es sich in der gewünschten, strömungsoptimalen Weise ausbeult. Ein Gewicht (81) ist auf dem der Laufkatze gegenüber liegenden Seil befestigt und soll das Gewicht von Laufkatze und Flugkörper kompensieren, so dass die Anlage bei geringsten Windstärken anläuft. Dies lässt sich ähnlich wie in Fig. 2 auch durch Tandembetrieb zweier Anlagen erreichen.
Figur 6:
Rollen und Kette sind in das Innere des feststehenden runden Mastrohres verlagert und sind so geschützt gegen äußere Einflüsse. Links oben in Fig. 6 ist der Läufer vergrößert dargestellt. Die Koppelung zwischen innen und außen erfolgt über den magnetisch gekoppelten inneren und äußeren Läufer (60b) und (60a). Beide laufen auf Linearlager (58) auf der Rohrwand. Der außen befindliche Teil der Laufkatze greift ringförmig um den Mast, der innere kann ebenso gebaut sein. Rollen und Seil drehen sich nicht um die Längsachse mit dem Flugkörper in den Wind. Die untere Rolle (52) ist fest mit dem Nutzgerät in der Bodenstation (41) verbunden. Der innere Teil der Laufkatze ist auf der einen Seite mit der Kette, dem Band oder dem Seil (61) verbunden. Am anderen Kettenstrang ist ein Gegengewicht (81) montiert, um das Gewicht der Laufkatze und des Auftriebs- bzw. Flugkörpers zu kompensieren. An den Umkehrpunkten der Teile der Laufkatze können innen und/oder außen Anschläge mit Federn angebracht sein (wie in den anderen Figuren dargestellt).
Damit ergibt sich auch die Möglichkeit, dass der äußere Katzenteil über den Umfang in mehrere Segmente geteilt ist, die gegenseitig magnetisch mit Lücken dazwischen zusammengehalten werden, sodass beim Hinauf- und Hinunterfahren die Katze Hindernisse, wie Abspannungen des Mastes, passieren kann. Der so mehrfach abgespannte Mast kann somit eine geringere Biegesteifigkeit aufweisen und kann somit mit geringen Kosten hoch gebaut werden.
Im folgenden sind die Fundstellen der oben zitierte Literatur genannt: [ 1 ] Fliegende Windmühlen; Artikel in „Der Spiegel", Heft Nr 15/2005
[2] Gordon Bruce Kingsley; Wind energy production using kites and ground mounted power generators; US 2005/0046197 Al; veröffentlicht am : 3.März 2005
[3] WJ.Ockels: Windkraftanlage unter Verwendung von Drachen; EP 0 841 480 B 1
[4] Howard G. Carpenter: Tethered aircraft Systems for gathering energy from wind; US Patent no US 6,254,034 B 1
[5] John R. Webster: Power generation; US 6,914,345 B2
[6] Windenergieanlage mit steuerbaren Drachen: DE 202006005389 Ul
[7] H. Obert: Verbessertes Drachenkraftwerk: DE 27 20 339 Al
[8] P. Miodushevsky: Apparatus, plant, and method for the conversion of wind or water flow energy into electrical energy: WO 2004/044418 Al
[9] N. Wendel: Windenergie-Gewinnungs- Anlage: DE 19841 517 A 1
[10] M. Mauro: Device for deploiting wind power: EP 0 683 316 A
[1 1] M. Schatta: Wind- und Sonnenkraftmaschine: DE 28 12 787 Al
[12] J. R. Webster: Power generation: US 2004/0069899 Al [13} J. V. Mizzi: Renewable energy Systems using long-stroke open-channel reciprocating engines: US 2002/0033019 Al
[14] M. F. Platzer et al.: Development of a New Oscillating-Wing Wind and Hydropower Generator; AIAA meeting 2009-121 IAA

Claims

Patentansprüche:
1. Als Windkraftanlage arbeitende Vorrichtung, geeignet zur Wandlung von Windenergie aus linearer Bewegungsenergie in Rotationsenergie, welche direkt in mechanischen Maschinen wie Mühlen oder Pumpen oder in Generatoren zur Stromerzeugung genutzt wird, umfassend einen Flugkörper (42) mit einstellbarem Anstellwinkel und mindestens einem Seitenleitwerk (42c) zur automatischen Ausrichtung entsprechend der Windrichtung , einen Mast (72), Mittel zur Befestigung und Steuerung des Flugkörpers (51 - 61, 80 - 81) und Anschlussmöglichkeiten für Mittel und Vorrichtungen zur Nutzung der durch Windkraft erzeugten Energie (6, 6a, R2-R5), dadurch gekennzeichnet, dass
(i) der Flugkörper (42) an einer auf einem Mast geführten Laufkatze (60) befestigt ist, so dass der Flugkörper am Mast entlang entsprechend der an ihm angreifenden Windkraft auf- und abgleiten kann, (ii) der Mast (72) an seinem oberen und unteren Ende jeweils einen Umkehrpunkt aufweist, welcher mechanische oder elektromechanische Mittel (51 - 55) umfasst, die für die Änderung der Laufrichtung des Flugkörpers (42) durch Kippen des Flugkörpers um eine Kippachse (80) und / oder Drehen des Flugkörpers um 180° um die Mastachse sorgen, so dass der Flugkörper während der Hochlaufphase einen Auftrieb und während der Abwärtslaufphase einen Abtrieb erfährt, und so in beiden Phasen nutzbare Energie produziert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (72) in der Nähe der Umkehrpunkte Umlenkrollen (51, 52) aufweist, die über ein endloses entsprechend der Bewegung des Flugkörpers gegenläufig hinauf- und hinunterlaufendes Halte- und Beförderungsmittel (61) in Form eines Seils, Bandes, Gurtes oder einer Kette miteinander verbunden sind, an dessen einer Seite die Laufkatze (60) befestigt ist und durch dieses bewegt wird .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Gegenseite des Halte- und Beförderungsmittels (61), an dem der Flugkörper hängt, ein Gegengewicht (81) befestigt ist, wodurch der Flugkörper (42) bzw. die Laufkatze (60) auch bei geringen Windstärken anlaufen kann.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an der Laufkatze (60) Mittel (57) vorhanden sind, welche beim Hinauf- und Hinunterlaufen entlang des Mastes in den jeweils gegenüberliegenden Seil-, Gurt-, Band-, oder Kettenstrang (61) eingreifen, so dass keine Änderung der Laufrichtung der Umlenkrollen (51, 52) und besagter Halte- und Beförderungsmittel (61) vorgenommen werden muss.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Laufkatze (60) ein äußeres Teil (60a), an dem der Flugkörper (42) befestigt ist, und ein inneres Teil aufweist, welches sich im Inneren des hohlen Mastes (72) befindet, wobei das äußere und innere Teil magnetisch miteinander gekoppelt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkrollen (51 , 52) und die Halte-und Beförderungsmittel (61) im Inneren des hohlen Mastes angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufkatze (60) an den oberen und unteren Umkehrpunkten elektromechanisch gebremst wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -7, dadurch gekennzeichnet, dass Mast (72) und Laufkatze (60) einen Lineargenerator (60 a,e,g,f) bilden, der die Bewegung des Flugkörpers direkt in elektrisch Energie wandelt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufkatze (60), die Halte- und Beförderungsmittel (61), die Umkehrrollen (51, 52) und der Umkehrmittel (53, 54, 55) gegebenenfalls zusammen mit dem Mast (72) eine
. Einheit bilden, welche mittels eines Drehlagers (72c) entsprechend der Windrichtung und / oder bei Umkehrung der vertikalen Bewegung des Flugkörpers am Mast sich drehen kann.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Tragfläche angeordnete Seitenleitwerk (42c) eine Kippachse (80a) aufweist, wodurch es sich zur Änderung der Bewegungsrichtung des Flugkörpers an den Umkehrpunkten (51 - 55) mit Hilfe von entsprechend angeordneten mechanischen oder elektro-mechanischen Mitteln von der Lee- auf die Luvseite umklappen lässt und in Folge den Flugkörper dreht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugköper (42), eine ebene Tragfläche, ein gespanntes Segel oder ein Profilflügel ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (72) zur Erhaltung der aufrechten Position mindestens an einer Stelle durch Abspannseile (71) gehalten wird.
13. Windkraftanlage umfassend mindestens zwei Vorrichtungen gemäß der Ansprüche 1 - 12, welche miteinander in der Weise gekoppelt sind, dass die Gewichte der durch Windkraft bewegten Bauelemente kompensiert und ein Teil der nicht-bewegten Komponenten eingespart werden.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem
Nutzgerät träge Massen, wie ein Schwungrad, verbunden sind, die die Drehung des Nutzgerätes auch über die Bewegungspausen des Flugkörpers bei der Bewegungsumkehr erhalten und somit eine ununterbrochene Leistungsabgabe gewährleisten.
15. Verfahren zur Gewinnung von mechanischer, thermischer, kinetischer oder elektrischer Energie aus Windenergie durch Verwendung einer Vorrichtung gemäß der Ansprüche 1 - 14.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011084097A1 (en) * 2010-01-06 2011-07-14 Winfoor Ab Device for converting wind energy
FR2980533A1 (fr) * 2011-09-26 2013-03-29 Jean Paul Bibes Eolienne a pale asymetrique horizontale alternative
WO2013132333A1 (es) * 2012-03-09 2013-09-12 Carretero Bueno Rosario Generador de émbolo vertical y desplazamiento alternativo, con palas orientables y conversión de la energía mecánica en eléctrica a través de un dispositivo vertical solenoidal
RU2638232C1 (ru) * 2016-11-01 2017-12-12 Владимир Дмитриевич Шкилев Устройство для преобразования ветра
DE102019008536B3 (de) * 2019-12-10 2021-01-21 Ludger Börmann Windkraft nutzender Lageenergiespeicher mittels eines Schwungrades

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2720339A1 (de) * 1977-05-06 1978-12-21 Oberth Hermann Prof Dr H C Verbessertes drachenkraftwerk
DE2800625A1 (de) * 1978-01-07 1979-07-12 Mickenhagen Ernst Windkraftwerk
DE2812787A1 (de) * 1978-03-23 1979-10-25 Martin Schatta Wind- und sonnenkraftmaschine
DE4308891A1 (de) * 1993-03-19 1994-09-22 Ppv Verwaltungs Ag Wandlersystem für eine Strömungskraftmaschine
EP0683316A1 (de) * 1994-05-10 1995-11-22 Mauro Comastri Windnutzungsanlage
DE19841517A1 (de) * 1998-09-10 2000-03-30 Nikolaus Wendel Windenergie-Gewinnungs-Anlage
US20020033019A1 (en) * 2000-09-20 2002-03-21 Mizzi John V. Renewable energy systems using long-stroke open-channel reciprocating engines
DE69710675T2 (de) * 1996-11-12 2003-01-16 Wubbo Johannes Ockels Windkraftanlage unter Verwendung von Drachen
WO2004044418A1 (en) * 2002-11-13 2004-05-27 Pavel Miodushevsky Apparatus, plant and method for the conversion of wind or water flow energy into electrical energy
US6914345B2 (en) * 2002-07-16 2005-07-05 Rolls-Royce Plc Power generation
DE202006005389U1 (de) * 2006-03-31 2007-08-02 Skysails Gmbh & Co. Kg Windenergieanlage mit steuerbarem Drachen
WO2008034421A2 (de) * 2006-09-19 2008-03-27 Manfred Franetzki Drachen-kraftwerk

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU90927B1 (de) * 2002-06-06 2003-12-08 Raymond Mattioli Str¦mungsenergieumwandlungsanlage Str¦mungserzeugnisanlage

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2720339A1 (de) * 1977-05-06 1978-12-21 Oberth Hermann Prof Dr H C Verbessertes drachenkraftwerk
DE2800625A1 (de) * 1978-01-07 1979-07-12 Mickenhagen Ernst Windkraftwerk
DE2812787A1 (de) * 1978-03-23 1979-10-25 Martin Schatta Wind- und sonnenkraftmaschine
DE4308891A1 (de) * 1993-03-19 1994-09-22 Ppv Verwaltungs Ag Wandlersystem für eine Strömungskraftmaschine
EP0683316A1 (de) * 1994-05-10 1995-11-22 Mauro Comastri Windnutzungsanlage
DE69710675T2 (de) * 1996-11-12 2003-01-16 Wubbo Johannes Ockels Windkraftanlage unter Verwendung von Drachen
DE19841517A1 (de) * 1998-09-10 2000-03-30 Nikolaus Wendel Windenergie-Gewinnungs-Anlage
US20020033019A1 (en) * 2000-09-20 2002-03-21 Mizzi John V. Renewable energy systems using long-stroke open-channel reciprocating engines
US6914345B2 (en) * 2002-07-16 2005-07-05 Rolls-Royce Plc Power generation
WO2004044418A1 (en) * 2002-11-13 2004-05-27 Pavel Miodushevsky Apparatus, plant and method for the conversion of wind or water flow energy into electrical energy
DE202006005389U1 (de) * 2006-03-31 2007-08-02 Skysails Gmbh & Co. Kg Windenergieanlage mit steuerbarem Drachen
WO2008034421A2 (de) * 2006-09-19 2008-03-27 Manfred Franetzki Drachen-kraftwerk

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011084097A1 (en) * 2010-01-06 2011-07-14 Winfoor Ab Device for converting wind energy
FR2980533A1 (fr) * 2011-09-26 2013-03-29 Jean Paul Bibes Eolienne a pale asymetrique horizontale alternative
WO2013132333A1 (es) * 2012-03-09 2013-09-12 Carretero Bueno Rosario Generador de émbolo vertical y desplazamiento alternativo, con palas orientables y conversión de la energía mecánica en eléctrica a través de un dispositivo vertical solenoidal
US9243612B2 (en) 2012-03-09 2016-01-26 Rosario CARRETERO BUENO Generator with vertical piston and reciprocal movement, with orientable blades and conversion of mechanical energy to electrical energy by means of a vertical solenoid device
EP2860391A4 (de) * 2012-03-09 2016-03-02 Bueno Rosario Carretero Generator mit vertikalem kolben und hin- und herbewegung, mit verstellbaren schaufeln und umwandlung von mechanischer energie in elektrische energie durch eine vertikale solenoidvorrichtung
RU2638232C1 (ru) * 2016-11-01 2017-12-12 Владимир Дмитриевич Шкилев Устройство для преобразования ветра
DE102019008536B3 (de) * 2019-12-10 2021-01-21 Ludger Börmann Windkraft nutzender Lageenergiespeicher mittels eines Schwungrades
DE102019008536B9 (de) * 2019-12-10 2021-03-25 Ludger Börmann Windkraft nutzender Lageenergiespeicher mittels eines Schwungrades

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WO2009115253A3 (de) 2010-10-14

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