WO2011012112A2 - Steuerungshilfsvorrichtung für frei ausfliegende windangriffselemente mit einer tragflächengrösse von mehr als 20 m2 - Google Patents

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WO2011012112A2
WO2011012112A2 PCT/DE2010/000870 DE2010000870W WO2011012112A2 WO 2011012112 A2 WO2011012112 A2 WO 2011012112A2 DE 2010000870 W DE2010000870 W DE 2010000870W WO 2011012112 A2 WO2011012112 A2 WO 2011012112A2
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Inventor
Gotthard Schulte-Tigges
Robert Dietrich
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Gotthard Schulte-Tigges
Robert Dietrich
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H9/00—Marine propulsion provided directly by wind power
    • B63H9/04—Marine propulsion provided directly by wind power using sails or like wind-catching surfaces
    • B63H9/06—Types of sail; Constructional features of sails; Arrangements thereof on vessels
    • B63H9/069—Kite-sails for vessels
    • B63H9/072—Control arrangements, e.g. for launching or recovery

Definitions

  • the invention relates to a HHfsvorraum for controlling a free to fly on a pull rope, the use of traction wind arresting element, which comprises the arrangement of passive components for changing the flight characteristic determining, effective lengths of linen in the line tree.
  • DE102004018835 and DE 102004018837 is explicitly assumed by active drive elements to change the aerodynamic effect, ie structural components whose operation requires a directly the setting and control tasks correspondingly powerful power supply.
  • a drive motor with a rotatably mounted element, a rocker, a lever, a toothed belt pulley are provided as an active drive element, which moves the control lines, which can be over or reduced by pulleys.
  • the application DE10 2004 018 837 explains the various changes in the aerodynamic properties of the windage element as a desirable and essential control variable, but holds little concrete devices for performing these different tasks.
  • a first disadvantage of previously implemented devices is that the wing segments are controlled by a gondola partly directly and partly on pulleys, the integer division ratios result in extreme control positions to large Hubunter Kunststoffen and thus high material loading of the wing at their segment boundaries.
  • Wind turbines based on stunt kites with a fixed angle of attack are limited in energy yield when they have to visit regularly low-traction sectors in order to catch up with the rope being towed.
  • a problem with the structural design is that reductions with pulleys are only possible in integer division ratios. For example, 100% tax breaks are now divided by 50% staggered pulleys and 25% adjacent wing tax rate. In particular, the large control path difference of 50% lying between 100% and 50% leads to a considerable load peak of the wing material of adjacent segments with high probability of tearing exactly at these sector boundaries at extreme control excursions.
  • the object of the invention is to reduce at least one of the problems of the previously known devices and to provide an improved device with regard to operational safety, service life and energy yield.
  • This object is achieved according to the invention in that a control auxiliary device according to the invention has at least suitably arranged pulleys and control rollers. has leashes, which realizes the adjustable connection of a freely flying windfall element on the pull rope.
  • Control denotes short-term effective positioning movement of components in the sense of directly influencing the instantaneous direction of movement of the windbreaker element.
  • Parting usually identifies long-term effective positioning movement of certain components, eg , "Attack shift” denotes the displacement of the tow rope stop relative to the wind engagement element on the one hand transversely to the direction of flight for control and on the other hand in the direction of flight for adjusting the angle of attack of the wing.
  • the control auxiliary device limits the tractive force of a free-flying windage element by passive control components while ensuring the directional stability, leveling the load distribution on the windage element and makes it adjustable for different wind situations. Both the required control power and the load peaks are reduced.
  • the difference of Steuerleinenhübe is halved from 100% to 50%, so achieved a stroke of 75%, which at maximum control excursions, the load at the segment boundaries decreases. This is accomplished by striking one end of a deflected rope at a 100% stroke point and the other end at a 50% stroke point.
  • no pulleys are used for the control lines of the trailing trailing edge, in each case a rope end is struck fixed, but central roller bearings, which allow the mobility of both line ends the symmetric and / or asymmetric addition of control strokes to the segment-specific control strokes, which can realize an adjustment of the angle of attack, which is executed symmetrically or asymmetrically or combined. This is realized by separately movable cable ends of the lines to the right, left and middle wing segments.
  • the line of lines at the outer boundary of a segment is summarized and connected via center roll with the row of lines at the inner boundary of the same segment with the result that on the one hand a high load on a segment boundary by yielding and changing their spatial position is reduced and on the other hand a low burden the other segment boundary is leveled by picking up and changing the spatial position of that segment boundary to the same load.
  • two central roller bearings are designed to be rigidly connected to one another as a unit, so that the ends of the one deflected cable are fastened to the support surface and those of the other cable to components which can be moved by actuating or control movements. This combination of two components simplifies the line guidance and avoids the tangling of lines.
  • Fig. 1 control line tree with wing and nacelle in front view
  • Fig. 2 windage element in exploded view with double drive unit
  • Fig. 1 shows a control line tree with wing and gondola in front view in two embodiments, which are each mirror-symmetrical supplement.
  • the left part of the figure consists of a central wing segment (1) with fixed nacelle spacing through a middle segment line (39) of fixed length and per side of three wing segments (2R, 4R, 5R) with variable length canvas trees.
  • the wing segment (5R) lying on the right-hand side executes a control stroke of 100% directly via the right-outside control line (9R) and is here connected to one end of a center-line line (66).
  • a pulley (6R) reduces the full control stroke to 50%, from which a right second pulley block reduces the stroke of its pulley (7R) to 25%.
  • This stroke is transmitted to both the right inner control line (47R) and the right inner wing segment (2R) as well as the other end of the center line (66).
  • the right center roller (8R) thus performs a stroke of 62.5% with the control line on the right half outside (45R) and the wing segment on the right half outside (4R).
  • the right part of the figure consists of a central wing segment (1) with fixed nacelle spacing through a middle segment line (39) of fixed length and per side of four wing segments (2L 1 3L, 4L, 5L) with variable length canvas trees.
  • the wing segment (5L) on the left-hand side executes a control stroke of 100% directly via the left-side control line (9L) and is here connected to one end of a center-line line (66).
  • the 100% control stroke of the control line (9L) is reduced to 50% on a pulley (6L) which firstly actuates the left half inner control line (46L) and the left half inner airfoil segment (3L), secondly via a left second pulley stage Reduces the stroke of the roller (7L) to 25%, which transmits it to the left inner control line (47L) and the left inner wing segment (2L) and third transfers the 50% stroke to the second end of the center line (66).
  • the left center roller (8L) performs with the control line left half outside (45L) and the wing segment left half outside (4L) a stroke of 75%.
  • Fig. 2 shows a wind attack element in exploded view with double drive unit.
  • the entire wind-engaging element is connected to the nacelle carrier (15) firstly on the fixed bearing (12) with statically fixed control and supporting line ends, secondly with the back-compensation line (20) on back-line deflection rollers (21, 27), third, the back center line (30) and fourth by the right and left control line (9R, 9L) by right and left cable transmission pulley (1OR, 1OL) and right and left cable transmission line (11 R, 11L) connected via the drums (13A, HA, 13B, 14B).
  • the change in both the distance and the recovery of the left control line (9L) is transmitted to the left wing segment (5L) by 100%, 50% by the left front pulley first stage (6Lf) and the left back Center roller first stage (6Lb) on the wing segment left half inside (3L) and 75% over the left front center roll (8Lf) and the left back center roll (8Lb) on the intermediate wing segment left half outside (4L) and closed 25% via the left front pulley second stage (7Lf) and the left back-Mittellagerolle second stage (7Lb) on the wing segment left inside (2L), which borders on the stationary middle wing segment (1).
  • a change of the front profile of the airfoil segments (5R, 4R, 3R, 2R 1 1, 2L, 3L, 4L, 5L) in the direction of a weak curvature by increasing the distance of both the right control line is (9R) and left Steuerieine (9L ) causes the nacelle carrier (15).
  • This change of the front profile is caused by a left turn of the B-drive motor (18B) with the thick drum (13B) with simultaneous clockwise rotation of the A-drive motor (18A) with the thick drum (13A), with both more left cable line (11L) as well as more right-hand rope transmission line (11R) is released, as at the same time on the slender drums (14A, 14B) on the Seilgetriebeleinen (11 L, 11R) is overtaken.
  • a change of this front profile in the direction of a strong curvature is effected by reducing the distance of both the right control line (9R) and the left Steuerieine (9L) to the nacelle carrier (15).
  • This change of the front profile is caused causally by a clockwise rotation of the B-drive motor (18B) with the thick drum (13B) while turning counterclockwise from the A-drive motor (18A) to the thick drum (13A), with both more left-hand cable transmission line (11L). as well as more right-hand rope transmission line (11 R) is obtained, as at the same time on the slender drums (14 A, 14 B) is released at Seilgetriebeleinen (11 L, 11 R).
  • the control of the windage element can be done by shifting the force application point, ie the nacelle carrier (15), on the Y-axis with respect to the airfoil front profile in different variants.
  • a rightward control is applied to both of the brakes (16A, 16B) a) by a left turn of the A drive motor (18A) with its drums (13A, 14A), the right hand control Leash (9R) caught and the left control line (9L) are gefiert; b) by turning the B drive motor (18B) clockwise with its drums (13B, 14B), catching up the right control line (9R) and flipping the left control lines (9L); c) both by a left turn of the A drive motor (18A) with its drums (13A, 14A) and a left turn of the B drive motor (18B) with its drums (13B 1 14B), wherein at increased speed, the right control line (9R ) and the left control line (9L) is triggered.
  • Left control is applied to both the brakes applied (16A, 16B) e) by turning to the right of the B drive motor (18B) with its drums (13B, 14B), catching the left control line (9L) and the right control lines (9R). be fought; (f) by a clockwise rotation of the A-drive motor (18A) with its drums 13A 1 14A), the left control line obtained (9L) and the right Steuerieine (R 9 are slackened); g) both by a clockwise rotation of the B-drive motor (18 B) with its drums (13 B, 14 B) and a clockwise rotation of the A-drive motor (18 A) with its drums (13 A, 14 A) 1 with increased speed, the left control line (9 L ) and the right control lines (9R) are caught.
  • the drums (13A, 13B) are respectively coupled with spindles (19A, ...) on which spindle nuts (28A 1 28B) run, which are interconnected by a lever as Symmetrielielgebergeber (26).
  • Symmetrielielgebergeber 26
  • the deviation from the symmetrical position of the force application point of the windage element with respect to the Y-axis shifts the back-compensation line fixation (24) and adjusted via the pulleys (21, 27) asymmetrically the wing trailing edge.
  • the back-balancing line (20) is guided over load-limiting-back line deflection rollers (21), which are mounted on a load limiting lever (22), which is held in its initial position with a prestressed spring (23). Further, a back center segment line (30) is posted on the load limiting lever (22) on the back center segment line fixture (24).
  • back control lines (20, 30) When a given tensile force is exceeded, the effective lengths of back control lines (20, 30) are symmetrically enlarged towards the rear of the wing against the biased spring force (23) and are directly returned by means of back center segment line (30) or back center roller (6Rb , 6Lb, 7Rb, 7Lb, 8Rb, 8Lb) are added to the segment-specific control strokes and when the traction drops reduced by the spring force (23) again, which corresponds to a temporary symmetrical Fieren the right and left rear portion of the wing.
  • Control path 18B B drive motor

Abstract

In der kommerziellen Schifffahrt hat mit der Windkraftnutzung zum Schiffsvortrieb mittels gesteuerter, drachenartiger Windangriffselemente ein neues Zeitalter begonnen. Durch die Anbindung mittels eines Zugseils arbeitet das Windangriffselement in Höhen, die beim klassischen Segeln nicht nutzbar sind, in denen größere Windgeschwindigkeit und -Stetigkeit herrschen. Auch bei Windenergieanlagen mit steuerbarem Drachen ist diese Technik anwendbar. Die vorliegende Steuerungshilfsvorrichtung zeichnet sich durch eine Verbesserung hinsichtlich der Betriebssicherheit, Lebensdauer und Energieausbeute bekannter Systeme mittels geschickter Anordnung bewährter Komponenten aus. Die gezeigten Problemlösungen basieren auf dem Prinzip einer Mittellagerolle zur Umlenkung von Steuerleinen mit zwei bewegbar angeschlagenen Enden. Diese Funktion erlaubt in Kombination mit dem FIaschenzugprinzip eine flexiblere Gestaltung von Untersetzungsverhältnissen. Dadurch sind differenziertere Steuerhübe der Tragflächensegmente realisierbar. Die Anwendung von Steuerhüben wird dadurch technisch unabhängig von den auf die Hinterkante von Tragflächensegmenten wirkenden Stellhüben durch eine mechanische Addition dieser Bewegungen. Dementsprechend lassen sich mehrere verschiedene Vorteile erzielen, die dennoch einfach miteinander kombinierbar sind: Die erfindungsgemäße Senkung der Belastungssprünge zwischen den Tragflächensegmenten, die von den konventionellen, flaschenzugbedingten Untersetzungsverhältnissen herrühren, vermindert die Materialbelastung der Tragfläche und verringert die Rissanfälligkeit. Die Verwendung separater Steuerleinen zur Tragflächenhinterkante ermöglicht einerseits eine asymmetrische Verstellung der Anströmwinkel der Segmente zur Verbesserung der Flugdynamik. Andererseits realisiert eine symmetrische Verstellung sowohl die Anpassung an die Windgeschwindigkeit als auch eine Lastbegrenzungsfunktion. Dies vermindert das Havarierisiko bei Böen und erweitert die Einsatzmöglichkeit auf höhere Windstärken. Die Kombination mit der parallel angemeldeten Steuerungsvorrichtung mit Seilspeicher ergibt die Option einer Frontprofilverstellung zur Optimierung der Zugkraftausbeute für räume Winde bzw. Hart-am-Wind-Kurse. Dadurch kann ein und dasselbe Tragflächenmodul ein größeres Einsatzspektrum abdecken.

Description

Steuerungshilfsvorrichtung für frei ausfliegende Windangriffselemente mit einer Tragflächengröße von mehr als 20 m2
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine HHfsvorrichtung zur Steuerung eines an einem Zugseil frei ausfliegenden, der Nutzung von Zugkraft dienenden Windangriffselements, welche die Anordnung passiver Komponenten zur Veränderung der die Flügcharakteristik bestimmenden, wirksamen Längen von Leinen im Leinenbaum umfasst.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Windkraftnutzung für die Schifffahrt mittels gesteuerter, drachenartiger Windangriffselemente bekannt, die an einem Zugseil frei manövrierbar ausfliegen. Auch bei Windenergieanlagen mit steuerbarem Drachen ist diese Technik anwendbar. Die Patente DE102004018835, DE102004018837, DE 102004018838 beschreiben die Windkraftnutzung durch frei ausfliegende Windangriffselemente zum Schiffsvortrieb, wie sie zurzeit in der kommerziellen Schifffahrt erprobt werden. Dabei wird das Wasserfahrzeug durch nur ein Zugseil mit einer Gondel verbunden, die über mindestens ein aktives Antriebselement zur Veränderung der aerodynamischen Wirkung des Windangriffselementes verfügt. In den Ansprüchen der DE102004018835 und der DE 102004018837 wird explizit von aktiven Antriebselementen zur Veränderung der aerodynamischen Wirkung ausgegangen, also baulichen Komponenten, deren Betrieb eine direkt den Stell- und Steuerungsaufgaben entsprechend leistungsfähige Energieversorgung erfordert. In DE102004018837 sind als aktives Antriebselement ein Antriebsmotor mit einem drehbar gelagerten Element, einer Wippe, einem Hebel, einer Zahnriemenscheibe vorgesehen, welches die Steuerleinen bewegt, die durch Flaschenzüge über- oder untersetzt werden können. Dieses findet auch Anwendung in den Anmeldungen der„Windenergieanlage mit steuerbarem Drachen" DE202006005389U1, EP00000200499A1 , WO 2007/112993 A1 wobei hier die hohen, zum Fieren genutzten und die niedrigen, zum Einholen aufgewendeten Kräfte wesentlich durch die Position des Lenkdrachens bezüglich des Windfensters und der Windfensterränder bestimmt werden. Bei der derzeitigen Realisierung der Zugdrachensteuerung für Schiffe werden elektrische Getriebemotoren mit Zahnriemen und Umlenkungen in Form von Flaschenzügen eingesetzt. Zur Vermeidung von Überlastung wird in DE102004018838 das Fieren des schiffsseitigen Zugseils genannt.
Die Anmeldung DE10 2004 018 837 erklärt die vielfältige Veränderung der aerodynamischen Eigenschaften des Windangriffselements als wünschenswerte und wesentliche Steuerungsgröße, hält aber wenig konkretisierte Vorrichtungen zur Durchführung dieser unterschiedlichen Aufgaben bereit.
Ein erster Nachteil bisher realisierter Vorrichtungen liegt darin, dass die Tragflächensegmente von einer Gondel aus zum Teil direkt und zum Teil über Flaschenzugrollen gesteuert werden, wobei die ganzzahligen Teilungsverhältnisse bei extremen Steuerlagen zu großen Hubunterschieden und damit zu hoher Materialbelastung der Tragfläche an ihren Segmentgrenzen führen.
Der wesentliche Nachteil bisheriger Lösungen zur Verstellung und Steuerung des Windangriffselements besteht in der ausschließlich aktiven Betätigung der Steuerleinen, welche mit Energieeinsatz verbunden ist. Die Strömungswiderstände und -kräfte steigen im quadratischen Verhältnis zur Geschwindigkeit. Dadurch liegen bei hohen Windgeschwindigkeiten und den daraus resultierenden hohen Fluggeschwindig- keiten entsprechend hohe Kräfte an. Soll ein Drachensystem den Spitzengeschwindigkeiten von Böen standhalten, müssen alle Materialien und die Steuerantriebe für diesen Arbeitspunkt ausgelegt werden. Das bedeutet ein aktives Einholen der jeweiligen Steuerleinen durch leistungsfähige Antriebe entgegen den hohen Kraftspitzen bei Böen und damit gegenüber dem Normalbetrieb eine überdimensionierte Auslegung von Leistung, Energiespeichergröße, Materialfestigkeit und Stromversorgung mit entsprechend ungünstigen Konsequenzen auf die erforderliche Mindestwindgeschwindigkeit für das Starten und Landen wegen des erhöhten Fluggewichts und einer Minderung der nutzbaren Zugkraft durch das zu tragende Eigengewicht.
Eine weitere Konsequenz aus der Verwendung eines aktiven Steuerantriebs ist das mit seiner konstruktionsbedingten Maximalleistung verbundene Sinken der Steuergeschwindigkeit bei steigender Last. Das führt dazu, dass in Phasen höchster Belastung überlebenswichtige Steuerbewegungen langsamer ausgeführt werden und damit das Risiko steigt, dass das Windangriffselement außer Kontrolle gerät.
Als unmittelbare Gefahrenabwehr gegen die Überlastung während starker Böen ist zurzeit nur das Fieren des Zugseils dokumentiert, welches durch die schiffs- oder bodenseitige, auf der Seiltrommel verfügbare restliche Seillänge begrenzt ist und den Nachteil birgt, dass ein entsprechender Seilvorrat auf der Seiltrommel vorgehalten werden muss, was insbesondere bei stromleiterführendem Zugseil eine Erhöhung des Leitungsverlusts zur Folge hat.
Als weitere Strategie zur Überlastvermeidung kommt derzeit nur Verlass auf die Steuerung zum Ausweichen des gesamten Windangriffselements in eine Position mit geringeren Windangriffskräften in Betracht, was mit der ungünstigen Kombination einer notwendigen kurzen Reaktionszeit mit dem erforderlichen großen Steuerweg verbunden ist. Das Einsatzrisiko wird zudem durch die begrenzte, zum Fieren vorrätige Leinenlänge und die schwer abschätzbare und insbesondere kaum praktisch testbare Funktion des Autopiloten in den vielfältigen Extremsituationen erhöht.
Windkraftanlagen auf Basis von Lenkdrachen mit festem Anströmwinkel sind in der Energieausbeute beschränkt, wenn diese regelmäßig zugkraftarme Sektoren aufsuchen müssen, um das gefierte Seil wieder einholen zu können.
Ein Problem bei der konstruktiven Auslegung ist, dass Untersetzungen mit Flaschenzügen nur in ganzzahligen Teilungsverhältnissen realisierbar sind. So wird derzeit 100% Steuerweg durch stufenweise angeordnete Flaschenzüge auf 50% und auf 25% Steuerweg für benachbarte Tragflächensegmente heruntergeteilt. Insbesondere die zwischen 100% und 50% liegende große Steuerwegdifferenz von 50% führt bei extremen Steuerausschlägen zu einer erheblichen Belastungsspitze des Tragflächenmaterials benachbarter Segmente mit hoher Wahrscheinlichkeit von Einreißen genau an diesen Sektorengrenzen.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zumindest eines der Probleme der vorbekannten Vorrichtungen zu verringern und eine hinsichtlich der Betriebssicherheit, Lebensdauer und Energieausbeute verbesserte Vorrichtung bereit zu stellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine erfindungsgemäße Steuerungshilfsvorrichtung mindestens zweckmäßig angeordnete Umlenkrollen und Steu- erleinen aufweist, welche die verstellbare Anbindung eines frei ausfliegenden Windangriffselements am Zugseil realisiert.
Die Begriffsbestimmung der folgenden, im weiteren Text durchgehend verwendeten Begriffe dient der klaren Differenzierung.„Steuern" kennzeichnet kurzfristig wirksame Positionierbewegung von Komponenten im Sinne der unmittelbaren Beeinflussung der momentanen Bewegungsrichtung des Windan- griffselementes.„Stellen" kennzeichnet meist längerfristig wirksame Positionierbewegung bestimmter Komponenten, z. B. mit Wirkungen auf die Form und andere aerodynamische Eigenschaften der Tragfläche zur Anpassung an gegebene Windbedingungen oder gewünschte Steuerstrategien.„Angriffspunktverlagerung" kennzeichnet die Verlagerung des Zugseilanschlags relativ zum Windangriffselement einerseits quer zur Flugrichtung zwecks Steuern und andererseits in Flugrichtung zwecks Einstellen des Anströmwinkels der Tragfläche.„Segmente" kennzeichnet die Aufteilung der Tragfläche gemäß den angreifenden Steuerleinen in Abschnitte quer zur Flugrichtung, deren differenzierte Ansteuerung über die einzelnen Leinenhübe geschieht.„Flächenverwindung" kennzeichnet das Einstellen unterschiedlicher Anströmwinkel der rechten und linken Seite der Tragfläche. Dadurch wird einerseits direktes Steuern und andererseits die Verminderung der bei Angriffspunktverlagerung eingesetzten Steuerarbeit ermöglicht. .Frontprofiländerung" kennzeichnet die spiegelsymmetrische Veränderung des Frontprofils der Tragfläche zwecks Anpassung ihrer aerodynamischen Eigenschaften an die Windsituation.
Die Steuerungshilfsvorrichtung begrenzt die Zugkraft eines frei ausfliegenden Windangriffselements durch passive Steuerkomponenten unter Gewährleistung der Richtungsstabilität, nivelliert die Lastverteilung am Windangriffselement und macht dieses für unterschiedliche Windsituationen einstellbar. Dabei werden sowohl die erforderliche Steuerleistung als auch die Lastspitzen reduziert.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform durch Verwendung einer Mittellagerolle wird die Differenz der Steuerleinenhübe von 100% zu 50% halbiert, also ein Hub von 75% erzielt, womit bei maximalen Steuerausschlägen die Belastung an den Segmentgrenzen sinkt. Dies wird durch Anschlagen des einen Endes eines umgelenkten Seil an einem Punkt mit 100% Hub und des anderen Endes an einem Punkt mit 50% Hub realisiert.
Bei eine weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden für die Steuerleinen der Tragflächenhinterkante keine Flaschenzüge verwendet, bei denen jeweils ein Seilende fest angeschlagen ist, sondern Mittellagerollen, welche durch die Bewegbarkeit beider Leinenenden die symmetrische und/oder asymmetrische Addition von Stellhüben zu den segmentspezifischen Steuerhüben erlauben, womit sich eine Einstellung der Anströmwinkel realisieren lässt, die symmetrisch oder asymmetrisch oder kombiniert ausführbar ist. Dies wird durch getrennt bewegbare Seilenden der Leinen zu den rechten, linken und mittleren Tragflächensegmenten realisiert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird die Leinenreihe an der äußere Grenze eines Segments zusammengefasst und über Mittellagerollen mit der Leinenreihe an der inneren Grenze desselben Segments verbunden mit dem Ergebnis, dass einerseits eine hohe Belastung einer Segmentgrenze durch Nachgeben und Veränderung ihrer räumlichen Lage reduziert wird und andrerseits eine niedrige Belas- tung der anderen Segmentgrenze durch Heranholen und Veränderung der räumlichen Lage auch jener Segmentgrenze auf die gleiche Belastung nivelliert wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden zwei Mittellagerollen als Einheit starr miteinander verbunden ausgeführt, so dass die Enden der einen umgelenkten Leine an der Tragfläche und jene der anderen Leine an Komponenten angeschlagen sind, welche durch Stell- oder Steuerbewegungen bewegbar sind. Diese Zusammenfassung zweier Bauteile vereinfacht die Leinenführung und vermeidet das Verheddern von Leinen.
Figurenübersicht 5
Fig. 1 Steuerungsleinenbaum mit Tragfläche und Gondel in Frontansicht Fig. 2 Windangriffselement in Explosionsansicht mit Doppel-Antriebseinheit
Beschreibung der Figuren
Die Zeichnungen des Windangriffselements sind regelmäßig so angeordnet, dass die Flugrichtung in X- Richtung zu verstehen ist, also aus der Zeichnung heraus. Dadurch ist seine rechte Seite mit den dazu gehörigen Bezeichnern auf der linken Seite der Zeichnung und seine linke Seite mit den dazu gehörigen Bezeichnern auf der rechten Seite der Zeichnung angeordnet.
Fig. 1 stellt einen Steuerleinenbaum mit Tragfläche und Gondel in Frontansicht in zwei Ausführungsformen dar, die jeweils spiegelsymmetrisch zu ergänzen sind. Der linke Teil der Abbildung besteht aus einem mittleren Tragflächensegment (1) mit festem Gondelabstand durch eine Mittelsegmentleine (39) von fester Länge und pro Seite aus drei Tragflächensegmenten (2R, 4R, 5R) mit Leinenbäumen von veränderbarer Länge. Das rechts außen liegende Tragflächeπsegment (5R) führt direkt über die Steuerleine rechts außen (9R) einen Steuerhub von 100% aus und ist hier mit dem einen Ende einer Mittellageleine (66) verbunden. Über eine Flaschenzugrolle (6R) wird der volle Steuerhub auf 50% reduziert, von dem aus eine rechte zweite Flaschenzugstufe den Hub ihrer Rolle (7R) auf 25% reduziert. Dieser Hub wird sowohl auf die rechte innere Steuerleine (47R) und das rechte innere Tragflächensegment (2R) übertragen als auch auf das andere Ende der Mittellageleine (66). Die rechte Mittellagerolle (8R) führt dadurch mit der Steuerleine rechts halb außen (45R) und dem Tragflächensegment rechts halb außen (4R) einen Hub von 62,5% aus.
Der rechte Teil der Abbildung besteht aus einem mittleren Tragflächensegment (1) mit festem Gondelabstand durch eine Mittelsegmentleine (39) von fester Länge und pro Seite aus vier Tragflächensegmenten (2L1 3L, 4L, 5L) mit Leinenbäumen von veränderbarer Länge. Das links außen liegende Tragflächensegment (5L) führt direkt über die Steuerleine links außen (9L) einen Steuerhub von 100% aus und ist hier mit dem einen Ende einer Mittellageleine (66) verbunden. Der 100%-Steuerhub der Steuerleine (9L) wird auf 50% an einer Flaschenzugrolle (6L) reduziert, die erstens die linke halb innere Steuerleine (46L) und das linke halb innere Tragflächensegment (3L) betätigt, zweitens über eine linke zweite Flaschenzugstufe den Hub der Rolle (7L) auf 25% reduziert, welche diesen auf die linke innere Steuerleine (47L) und das linke innere Tragflächensegment (2L) überträgt und drittens den 50%-Hub auf das zweite Ende der Mittellageleine (66) überträgt. Die linke Mittellagerolle (8L) führt dadurch mit der Steuerleine links halb außen (45L) und dem Tragflächensegment links halb außen (4L) einen Hub von 75% aus.
Fig. 2 zeigt ein Windangriffselement in Explosionsansicht mit Doppel-Antriebseinheit. Es werden 9 Segmente des Windangriffselements (5R, 4R1 3R, 2R, 1, 2L, 3L, 4L, 5L) mit Tragleinenbäumen dargestellt, wobei die acht verbindenden Segmente ohne direkte, segmentbezogene Tragleinenzuordnung, zwecks besserer Übersicht nur durch die gestrichelten Linien ohne Originaltreue dargestellt sind. Das gesamte Windangriffselement ist mit dem Gondelträger (15) erstens am Fixlager (12) mit statisch fixierten Steuer- und Tragleinenenden, zweitens mit der Back-Ausgleichleine (20) über Backleinen-Umlenkrollen (21, 27), drittens der Back-Mittelleine (30) und viertens durch die rechte und linke Steuerleine (9R, 9L) mittels rechter und linker Seilgetriebe-Umlenkrolle (1OR, 1OL) sowie rechter und linker Seilgetriebeleine (11 R, 11L) über die Trommeln (13A, HA, 13B, 14B) verbunden.
Eine Vergrößerung des Abstands der rechten Steuerleine (9R) zum Gondelträger bewirkt ein Fieren der rechten Tragflächenseite, welches segmentweise (5R, 4R, 3R, 2R) in unterschiedlicher Größenordnung geschieht. Eine Vergrößerung des Abstandes der linken Steuerleine (9L) zum Gondelträger bewirkt ein Fieren der linken Tragflächenseite, welches segmentweise (5L, 4L, 3L, 2L) in unterschiedlicher Größenordnung geschieht. Eine Verringerung dieser Abstände bewirkt ein entsprechendes Einholen der entsprechenden Tragflächenseiten. Diese Bewegungen werden beispielhaft für die linke Tragflächenseite im Detail erklärt:
Die Veränderung des Abstandes sowohl beim Fieren als auch beim Einholen der linken Steuerleine (9L) wird auf das Tragflächensegment links außen (5L) zu 100% übertragen, zu 50% über die linke Front- Flaschenzugrolle erste Stufe (6Lf) sowie die linke Back-Mittellagerolle erste Stufe (6Lb) auf das Tragflächensegment links halb innen (3L) und zu 75% über die linke Front-Mittellagerolle (8Lf) sowie die linke Back-Mittellagerolle (8Lb) auf das dazwischen liegende Tragflächensegment links halb außen (4L) und zu 25% über die linke Front-Flaschenzugrolle zweite Stufe (7Lf) sowie die linke Back-Mittellagerolle zweite Stufe (7Lb) auf das Tragflächensegment links innen (2L), welches an das unbewegte mittlere Tragflächensegment (1) grenzt.
Eine Veränderung des Frontprofils der Tragflächensegmente (5R, 4R, 3R, 2R1 1, 2L, 3L, 4L, 5L) in Richtung einer schwachen Krümmung wird durch eine Vergrößerung des Abstandes sowohl der rechten Steuerleine (9R) als auch der linken Steuerieine (9L) zum Gondelträger (15) bewirkt.
Diese Veränderung des Frontprofils wird ursächlich durch eine Linksdrehung vom B-Aπtriebsmotor (18B) mit der dicken Trommel (13B) bei gleichzeitiger Rechtsdrehung vom A-Antriebsmotor (18A) mit der dicken Trommel (13A) hervorgerufen, wobei sowohl mehr linke Seilgetriebeleine (11L) als auch mehr rechte Seilgetriebeleine (11R) freigegeben wird, als gleichzeitig auf den schlanken Trommeln (14A, 14B) an den Seilgetriebeleinen (11 L, 11R) eingeholt wird.
Eine Veränderung dieses Frontprofils in Richtung einer starken Krümmung wird durch eine Verringerung des Abstandes sowohl der rechten Steuerleine (9R) als auch der linken Steuerieine (9L) zum Gondelträger (15) bewirkt.
Diese Veränderung des Frontprofils wird ursächlich durch eine Rechtsdrehung vom B-Antriebsmotor (18B) mit der dicken Trommel (13B) bei gleichzeitiger Linksdrehung vom A-Antriebsmotor (18A) mit der dicken Trommel (13A) hervorgerufen, wobei sowohl mehr linke Seilgetriebeleine (11L) als auch mehr rechte Seilgetriebeleine (11 R) eingeholt wird, als gleichzeitig auf den schlanken Trommeln (14A, 14B) an Seilgetriebeleinen (11 L, 11R) freigegeben wird.
Die Steuerung des Windangriffselements kann durch Verschiebung des Kraftangriffspunktes, d. h. des Gondelträgers (15), auf der Y-Achse in Bezug auf das Tragflächen-Frontprofil in verschiedenen Varianten geschehen. Eine Steuerung nach rechts erfolgt bei beiden angezogenen Bremsen (16A, 16B) a) durch eine Linksdrehung vom A-Antriebsmotor (18A) mit seinen Trommeln (13A, 14A), wobei die rechte Steuer- leine (9R) eingeholt und die linke Steuerleine (9L) gefiert werden; b) durch eine Linksdrehung vom B- Antriebsmotor (18B) mit seinen Trommeln (13B, 14B), wobei die rechte Steuerleine (9R) eingeholt und die linke Steuerieine (9L) gefiert werden; c) sowohl durch eine Linksdrehung vom A-Antriebsmotor (18A) mit seinen Trommeln (13A, 14A) als auch eine Linksdrehung vom B-Antriebsmotor (18B) mit seinen Trommeln (13B1 14B), wobei mit erhöhter Geschwindigkeit die rechte Steuerleine (9R) eingeholt und die linke Steuerleine (9L) gefiert werden. Weiter erfolgt eine Steuerung nach rechts, indem d) bei beiden stehenden Motoren (18A, 18B) sowie angezogener A-Bremse (16A) und gelöster B-Bremse (16B) bei etwa gleicher Last auf der rechten und linken Steuerleine (9R, 9L) mittels der linken Seilgetriebeleine (11L) wegen des größeren Durchmessers die dicke Trommel (13B) linksdrehen kann, wobei die linke Steuerleine (9L) gefiert wird und die schlanke B-Trommel (14B) die rechte Seilgetriebeleine (11R) sowie auch die rechte Steuerleine (9R) einholt, was durch ein freies Drehen des ungebremsten B-Umlaufgetriebes (17B) ermöglicht wird.
Eine Steuerung nach links erfolgt bei beiden angezogenen Bremsen (16A, 16B) e) durch eine Rechtsdrehung vom B-Antriebsmotor (18B) mit seinen Trommeln (13B, 14B), wodurch die linke Steuerleine (9L) eingeholt und die rechte Steuerieine (9R) gefiert werden; f) durch eine Rechtsdrehung vom A-Antriebsmotor (18A) mit seinen Trommeln (13A1 14A), wobei die linke Steuerleine (9L) eingeholt und die rechte Steuerieine (9 R) gefiert werden; g) sowohl durch eine Rechtsdrehung vom B-Antriebsmotor (18B) mit seinen Trommeln (13B, 14B) als auch eine Rechtsdrehung vom A-Antriebsmotor (18A) mit seinen Trommeln (13A, 14A)1 wobei mit erhöhter Geschwindigkeit die linke Steuerleine (9L) eingeholt und die rechte Steuerieine (9R) gefiert werden. Weiter erfolgt eine Steuerung nach links, indem h) bei beiden stehenden Motoren (18A, 18B) sowie angezogener B-Bremse (16B) und gelöster A-Bremse (16A) bei etwa gleicher Last auf der rechten und linken Steuerieine (9R, 9L) mittels der rechten Seilgetriebeleine (11 R) wegen des größeren Durchmessers die dicke A-Trommei (13A) rechtsdrehen kann, wobei die rechte Steuerieine (9R) gefiert wird und die schlanke A-Trommel (14A) die linke Seilgetriebeleine (11L) sowie auch die linke Steuerieine (9L) einholt, was durch ein freies Drehen des ungebremsten A-Umlaufgetriebes (17A) ermöglicht wird.
Die Trommeln (13A, 13B) sind jeweils mit Spindeln (19A,...) gekoppelt, auf denen Spindelmuttern (28A1 28B) laufen, welche mit einem Hebel als Symmetrielagegeber (26) untereinander verbunden sind. Die Abweichung von der symmetrischen Lage des Kraftangriffspunktes des Windangriffselements bezüglich der Y-Achse verschiebt die Back-Ausgleichsleinenfixierung (24) und verstellt über die Umlenkrollen (21, 27) unsymmetrisch die Tragflächenhinterkante.
Zwecks Lastbegrenzung wird die Back-Ausgleichsleine (20) über Lastbegrenzungs-Backleinen- Umlenkrollen (21 ) geführt, die an einem Lastbegrenzungshebel (22) montiert sind, welcher mit einer vorgespannten Feder (23) in seiner Ausgangslage gehalten wird. Weiter ist eine Back-Mittelsegmentleine (30) an dem Lastbegrenzungshebel (22) an der Back-Mittelsegmentleinenfixierung (24) angeschlagen. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Zugkraft werden die wirksamen Längen von Back-Steuerieinen (20, 30) zum hinteren Bereich der Tragfläche gegen die Kraft der vorgespannten Feder (23) symmetrisch vergrößert und direkt mittels Back-Mittelsegmentleine (30) oder über Back-Mittellagerollen (6Rb, 6Lb, 7Rb, 7Lb, 8Rb, 8Lb) zu den segmentspezifischen Steuerhüben addiert und beim Absinken der Zugkraft durch die Federkraft (23) wieder verkleinert, was einem vorübergehenden symmetrischen Fieren des rechten und linken hinteren Bereichs der Tragfläche entspricht.
Im Hinblick auf Details einzelner Elemente und Ausführungsbeispiele wird auch auf die gleichzeitig eingereichte parallele Patentanmeldung derselben Anmelder verwiesen.
Die Erfindung ist nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden. Andere im Bereich der Erfindung liegende Konfigurationen ergeben sich aus der Kombination von Unteransprüchen, welche sich dem Fachmann aufgrund der vorliegenden Beschreibung erschließen.
Bezugszeichenliste
10R rechte Seilgetriebe-Umlenkrolle
1 Tragflächensegment Mitte 10L linke Seilgetriebe-Umlenkrolle 2R Tragflächensegment rechts innen 11R rechte Seilgetriebeleine
2L Tragflächensegment links innen 11L linke Seilgetriebeleine
3R Tragflächensegment rechts halb innen 12 Fixlager der Steuer- und Tragleinen 3L Tragflächensegment links halb innen 13A große A-Seiltrommel
R Tragflächensegment rechts halb außen 13B große B-Seiltrommel
L Tragflächensegment links halb außen 14A kleine A-Seiltrommel
5R Tragflächensegment rechts außen 14B kleine B-Seiltrommel
5L Tragflächensegment links außen 15 Gondelträger
R rechte Flaschenzugrolle erste Stufe 16A A-Bremse
50% Steuerweg 16B B-Bremse
Rf rechte Front-Flaschenzugrolle erste 17A A-Umlaufgetriebe
Stufe 50% Steuerweg 17B B-Umlaufgetriebe
L linke Flaschenzugrolle erste Stufe 50% 18A A-Antriebsmotor
Steuerweg 18B B-Antriebsmotor
Lf linke Front-Flaschenzugrolle erste Stufe 19AA-Spindel
50% Steuerweg 19B B-Spindel
Lb linke Back-Mittellagerolle erste Stufe 20 Back-Ausgleichsleine
50% Steuerweg 21 Lastbegrenzungs-Backleinen- R rechte Flaschenzugrolle zweite Stufe Umlenkrolle
25% Steuerweg 22 Lastbegrenzungshebel
L linke Flaschenzugrolle zweite Stufe 23 vorgespannte Feder
25% Steuerweg 24 Back-Mittelsegmentleinenfixierung Rf rechte Front-Flaschenzugrolle zweite 25 Back-Ausgleichsleinen-Fixierung
Stufe 25% Steuerweg 26 Symmetrielagegeber
Lf linke Front-Flaschenzugrolle zweite 27 Backleinen-Umlenkrolle
Stufe 25% Steuerweg
28A A-Spindelmutter
Lb linke Back-Mittellagerolle zweite Stufe 28B B-Spindelmutter
25% Steuerweg
29 Zugseil
R rechte Mittellagerolle 62,5% Steuerweg
30 Back-Mittelsegmentleine
Rf rechte Front-Mittellagerolle 75%
44 Segment-Mittellagerolle
Steuerweg
45R Steuerleine rechts halb außen L linke Mittellagerolle 75% Steuerweg
45L Steuerleine links halb außen Lf linke Front-Mittellagerolle 75% Steuer46L Steuerleine links halb innen weg
47R Steuerleine rechts innen
Lb linke Back-Mittellagerolle 75% Steuer47L Steuerleine links innen weg
66 Steuer-Mittellageleine
R Steuerleine rechts außen
67 Kraft-Mittellageleine
L Steuerleine links außen

Claims

Patentansprüche
1. Steuerungshilfsvorrichtung für ein an einem Zugseil (29) frei ausfliegendes, der Nutzung von Zugkraft dienendes Windangriffselement, welche zur Veränderung der die Flugcharakteristik bestimmenden, wirksamen Längen von Leinen (11 R, 11 L, 45R, 46R, 47R, 45L, 46L, 47L) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung mindestens eines Teils der Steuerleinen über Umlenkrollen realisiert wird, welche als Mittellagerollen (6Lb, 8R, 8Rf, 8Lf, 8Lb, 10R, 1OL, 44) Leinen (66, 67) umlenken, deren Enden jeweils beide an bewegbaren Punkten angeschlagen sind, welche sich entweder direkt an der Tragfläche (2L, 4L, 4R) befinden oder an Komponenten (9L, 46L)1 welche durch Stell- oder Steuerbewegungen bewegbar sind, deren Beträge die räumliche Lage der Mittellagerolle gemäß dem Mittelwert dieser Bewegungen bestimmen.
2. Steuerungshilfsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagen der umgelenkten Leinen (67) direkt an verschiedenen Punkten eines Tragflächensegments (4R1 2L, 4L) die dort auftretenden Zugkräfte nivelliert.
3. Steuerungshilfsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagen der umgelenkten Leinen (66) an durch Stellbewegungen bewegbaren Komponenten (9L, 46L) (9R, 47R) die räumliche Lage der Mittellagerolle (8R) (8L) derart bestimmt, dass über die Hübe der weiterführenden Steuerleinenstränge (45R) (45L) die aerodynamischen Eigenschaften des Windangriffselements segmentweise (4R) (4L) mitbestimmt werden.
4. Steuerungshilfsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Mittellagerollen (8Lb, 6Lb) kaskadiert angeordnet sind, wobei die Lage der einen Mittellagerolle (6Lb) die Lage der folgenden Mittellagerolle (8Lb) mitbestimmt.
5. Steuerungshilfsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Mittellagerollen (44, 8L) (47R1 8R) als Einheit starr miteinander verbunden ausgeführt sind, wobei die Leinenenden der einen umgelenkten Leine (67) an der Tragfläche (4L, 4R) und jene der anderen Leine (66) an Komponenten (9L, 46L) (9R1 47R) angeschlagen sind, welche durch Stell- oder Steuerbewegungen bewegbar sind.
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