WO2020249582A1 - Balloon-guided high-altitude wind turbine generator for generating electric energy - Google Patents

Balloon-guided high-altitude wind turbine generator for generating electric energy Download PDF

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WO2020249582A1
WO2020249582A1 PCT/EP2020/066014 EP2020066014W WO2020249582A1 WO 2020249582 A1 WO2020249582 A1 WO 2020249582A1 EP 2020066014 W EP2020066014 W EP 2020066014W WO 2020249582 A1 WO2020249582 A1 WO 2020249582A1
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balloon
gas
wind turbine
hpl
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PCT/EP2020/066014
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Andreas Nuske
Edmund Schiessle
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Andreas Nuske
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/005Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  the axis being vertical
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/90Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/92Mounting on supporting structures or systems on an airbourne structure
    • F05B2240/921Mounting on supporting structures or systems on an airbourne structure kept aloft due to aerodynamic effects
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    • Y02E10/728Onshore wind turbines
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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • Balloon-guided high altitude wind turbine generator for generating electrical energy 1.
  • Wind speed is approx. 5 m / s (onshore; approx. 8m / s nearshore) and approx. 10 m / s (offshore) and in the area of jet streams is approx. 80 m / s. Since the usable wind power P physically increases with the third power of the wind speed v, this means for example at
  • Electricity generation becomes feasible and, moreover, an extremely environmentally friendly one, since the C02 balance in electricity generation operation (electricity harvesting process) tends towards 0%. in the
  • Our subject matter of the invention can of course also be used for other additional benefits, such as: time-related climate measurements, time-related weather data and forecasts, observations of migratory birds and insects, etc .; ideally it would be a stationary, relatively ground-level GPS system.
  • the wind turbine is over 300 m high, a single rotor blade length is approx. 107 m and the wing area is approx. 330 square meters / rotor blade, the total wing area at 3
  • a 12 megawatt GROWIAN has an annual electricity yield of approx. 67 GW and can thus supply approx. 22,000 households (each 3,000 kW / year) with electricity
  • the key technology that can be used to generate electrical energy from high-altitude winds is large, fully automatic towing kites.
  • Wind turbines allow kite power systems to be produced more cheaply and are easier to install and maintain, says Eon.
  • the systems could also be installed in waters with a depth of more than 40 meters. This makes it possible to open up new offshore markets off the coasts of Portugal, Japan or the USA.
  • ground station too far away to be installed. If it is technically necessary, the ground station makes it possible to hold the main plant easily, as it can be unwound with a strap.
  • the subject of the invention will largely act autonomously under software control and take over the control, operation and control function of the entire unit using self-optimizing algorithms.
  • channels are assigned different bandwidths.
  • Modern sensor systems only occupy around 5 kHz. Each point of ascent uses the frequencies assigned to it. As a rule, there is a main frequency and an alternate / restart frequency that is used if the probe that has already started is faulty and a restart is necessary or the main frequency can no longer be used due to interference.
  • radio sensor systems which transmit data in the frequency range of 1.68 GHz. Many systems also have adjustable mechanisms to switch off according to defined, defined malfunctions in flight.
  • telemetry is usually also possible for the internal measurement variables for monitoring, e.g. battery voltage, temperature of the microprocessor or a current and voltage measurement of external sensors for function monitoring.
  • High wind is the name for the essentially horizontal constant air movement in the free atmosphere, in which the influence of the ground due to frictional forces is no longer or only slightly aerodynamically effective.
  • the direction and speed of the high-altitude wind depend on the respective weather conditions and the like. are physically determined by the horizontal pressure and temperature distribution.
  • the high wind in the troposphere (from 0 to 20 km) increases with altitude and reaches below the tropopause in the
  • the invention provides an apparatus for generating electrical energy which comprises at least the following:
  • the ground station is vertically spaced and held at the ground station by at least one tether,
  • a wind turbine rotatably mounted on the high-altitude balloon with a wind turbine axis which drives an alternating and / or direct current generator arranged on the high-altitude balloon to generate electrical power
  • balloon envelopes and technical applications must be as light as possible for weight reasons. You must be able to expand well without becoming leaky, in order not to let the gas in the interior escape.
  • classic materials for envelope production are mainly rubber or synthetically obtained materials.
  • high-performance film for balloon envelopes as well as installation sleeves for sensors, feed-through sleeves for cables and degassing sleeves for valves must be absolutely tear-proof and perforation-resistant.
  • 15 mi h to 25 pm thick films made of an impact-resistant and puncture-resistant polyethylene resin or of carbon fiber-reinforced polyamide and / or artificial spinning side with integrated carbon fibers that also have very high strength, impact resistance and, for a fiber-reinforced material, increased elongation at break and flame protection.
  • a fiber made from artificially produced spider silk, also known as biological steel (AMSilk) has a very low weight and is approx. 25 times more resilient than a comparable technical steel wire.
  • High-performance plastics such as semi-transparent thermoplastics based on polyamide do not burn and can withstand loads of up to around 500 ° C. Powder-based materials for additive manufacturing are also suitable for many other applications, e.g. for housing and high
  • a de-icing and defrosting device e.g.
  • the balloon is equipped with a gas differential pressure sensor (1.8) in the upper part of the balloon and with a sensor-controlled gas pressure control valve (1.9) in the lower part of the balloon.
  • the gas balloon is mechanically rigidly connected to a stable housing (1.2) of the technical central unit 1 in the line connections of different technology, such as technical electrical u. Gas connections, are housed.
  • a wind turbine (1.4) for generating the mechanical torque for driving the following alternating current generator (1.5) for generating the electrical energy or the electrical alternating current is installed underneath.
  • the wind turbine (1.4) can be mechanically constructed in such a way that it has a continuous drive shaft with central ball bearings, whereby the lower shaft end is provided with a suitably shaped, not too heavy metal flywheel (1.27) which simultaneously acts as a mechanical coupling for driving an alternating current Generator (1.5) can be used.
  • a suitably shaped, not too heavy metal flywheel 1.27) which simultaneously acts as a mechanical coupling for driving an alternating current Generator (1.5) can be used.
  • the fluctuations in speed caused by the fluctuations in the wind current can be dynamically well balanced or damped.
  • the spatial position of the central axis of the high-altitude wind generator is well stabilized against medium gusts of wind.
  • the wind turbine (1.4) can be limited with a suitable eddy current brake by detecting the rectified generator voltage.
  • the downstream electrical transformer (1.6) has a primary winding for connection to the alternating current generator (1.5) and two
  • Secondary windings the secondary winding 1 for the generation of electrical energy for the end user and the secondary winding 2 for the generation of the
  • a small, lightweight Li accumulator can be installed in the technical central unit, e.g. To compensate for flow fluctuations or to bridge over the
  • rectified AC voltage of the secondary winding 2 can be charged, and is thus generated as a buffered supply voltage.
  • a suitable electrical line in (1.3) For a low-loss transmission of electrical energy over a distance of approx. 20 km with a suitable electrical line in (1.3), a high voltage and a small alternating current are generated with the help of the secondary winding 1 of the transformer (1.6). This is converted into a small direct current using a rectifier (1.7) so that only a very small voltage loss occurs in the lines (high-voltage line and return line with shielding).
  • the lower end of the high voltage return line in the shielded cable (1.3) is connected to a suitable
  • Inverter (1.10) e.g. connected to precisely controlled IGBTs, which transforms a small direct current to a higher voltage level and thus generates a correspondingly large alternating voltage.
  • a second transformer (1.11) then generates a very high AC voltage converted into a very low AC voltage.
  • an electrical energy store (1.16) for energy buffering with a frequency converter (1.22) generates a frequency adjustment which feeds the AC voltage into a suitable electrical cable 2 (1.21), adapted to the consumer needs.
  • a gas buffer (1.15) is provided for filling gas buffering.
  • the entire tied, floating upper part of the device is anchored in a base plate (1.17) using three strong wire ropes.
  • the wire ropes are provided with strain gauge technology so that the mechanical tension of the wire ropes can be continuously monitored.
  • a device (1.14) is used to tighten and monitor the unwinding and winding up of the three holding wire ropes (1.12 with integrated strain gauge application and a cable hose (1.3).
  • a thick base plate (1.17) is arranged with three, each at 120 ° against each other offset pillars (1.18), (1.19) and (1.20) anchored extremely strongly in the ground (1.23).
  • Via the secondary winding 2 of the transformer (1.6) the DC supply voltages for sensor, analog and digital microelectronic as well as transmission components (FM technology or PCM ) in the technical central unit 2 (1.13).
  • the three parachute boxes (1.24), (1.25) and (1.26) equipped with the appropriate acceleration sensors or radio technology, three braking parachutes can be ejected at the same time, which for a soft landing also in the case of worry about a crash.
  • Fig. 1 b shows modifications to Fig. 1 to the effect that there are additional tethers (1.122) on the completely enclosing balloon net grid (1.29) with integrated, software and sensor-supported, autonomous / automatic or via remote control (emergency plan), de-icing and thawing device (e.g.
  • the tethers (1.12 and 1.122) should preferably be attached to electrical, S oftware- and sensor-based, autonomous / automatic or via remote control (emergency plan), Seilfix ists- or -Straffungsvortechniken (1,121), optimally aligned and permanently to the riser balloon with integral wind turbine to be able to.
  • FIG. 2 shows the simplified signaling detailing associated with the device-related FIG. 1, as well as the associated signal flows of mechanical, electrical and electronic measurement, control and regulation variables.
  • a suitable differential gas pressure sensor (2.8) is installed at the upper measuring point.
  • This consists of two suitable and exactly identical sensors (eg piezoelectric sensors), preferably in a common housing. These pressure sensors are each used 4 times (2.19) via two lines by clever wiring, reduced to just three, the ones with microelectronic signal processing for the evaluation and documentation of two individual and one differential pressure signals.
  • the upper pressure sensor is in contact with the outside atmosphere and thus records the altitude pressure in the troposphere and thus the current altitude (altitude).
  • the lower pressure sensor has contact with the carrier gas of the balloon and thus records its internal pressure (pressure rise).
  • the two separately recorded pressure sensor signals enable a statement to be made about the filling level of the gas (gas pressure) through electronic difference formation between the voltage signals.
  • the sensors used and their sensor lines can be printed extremely thinly on the technological basis of conductive nano inks.
  • the advantages of printed sensors and their sensor cables are obvious, since they are not only extremely thin and therefore also very light and very flexible and can be manufactured very inexpensively, but can also perform measurement tasks very reliably.
  • the further wiring of the lines takes place in the technical central unit (2.2) so that the differential voltage and an individual voltage are available so that they are converted into suitable frequency-analogue signals via two suitable electronic voltage-frequency converters and thus directly with a suitable one Microcomputer / signal processor in the technical central unit (2.13) can be processed algorithmically for measurement and control applications.
  • a frequency-analog transmission of the measurement signals generally permits low-error signal transmission, since the frequency evaluation of the
  • the lines are very effectively shielded against electromagnetic interference signals (EMC), e.g. via high-quality shielded coaxial cables.
  • EMC electromagnetic interference signals
  • the sensor signals can also be processed via analog / digital converters and a microcomputer for measurement and control applications.
  • modulation methods are available for wireless transmission technology with a transmitter and receiver (HF technology) in the approved and suitable frequency band.
  • HF technology transmitter and receiver
  • AM amplitude modulation
  • FM frequency modulation
  • PCM pulse amplitude modulation
  • a suitable gas pressure regulating valve (2.9) for filling (2.12) is installed on the underside of the balloon (2.1), extremely gas-tight in the balloon envelope. Pressure increase or evacuation (2.16) i.e. Pressure reduction of the balloon pressure installed with a corresponding carrier gas.
  • the height position can be regulated via a gas pressure control valve (2.9).
  • the difference signal of the adjustable carrier gas density (target value) and the current air density in the troposphere (actual value) forms a signal via an electronic controller to control the actuator (2.9, gas pressure valve) to initiate a desired balloon height correction (control process) for the rebound height via a controller - valve line (2.17).
  • Carrier gas takes place via a gas storage tank (2.30) with a gas line hose (2.17) and emptying with a controllable gas valve (2.9) via valve connection (2.16) for height correction. Fluctuations in the carrier gas can be buffered in predefined value ranges using a suitable gas reservoir (2.15).
  • the climbing balloon (2.1) is with the
  • Technical central unit (2.2) is elastically connected directly to the technical central unit via a rigid mechanical coupling Kl or via a suitable lightweight network construction, for example consisting of an extremely resilient artificial spider side which envelops the balloon in a suitable manner.
  • a suitable lightweight network construction for example consisting of an extremely resilient artificial spider side which envelops the balloon in a suitable manner.
  • the technical central unit (2.2) is connected to a suitable gas or wind turbine (2.4; e.g .: with orthogonal, wing-like blades) via a rigid mechanical coupling K2.
  • a suitable gas or wind turbine 2.4; e.g .: with orthogonal, wing-like blades
  • K2 a rigid mechanical coupling
  • the air currents set the wind turbine (2.4) in rotation, which in turn serves as a mechanical drive for the alternating current generator (2.5), which then supplies the electrical energy or the desired electrical current (2.20).
  • the wind turbine (2.4) can be mechanically constructed in such a way that it has a continuous, central ball-bearing drive shaft (K3), the lower shaft end being provided with a suitably shaped, not too heavy metal flywheel (2.28) which then simultaneously acts as a mechanical coupling K3 for the drive of an alternating current generator (2.5) can be used, the fluctuations in speed caused by the rotation of the flywheel
  • the secondary direct current can be connected to a suitable inverter (2.10), particularly mechanically and with little electrical loss, via a low-resistance, well electrically insulated and high-frequency-technically well-shielded light direct current cable (2.26), which can be easily controlled mechanically via a suitable and low-friction ball-bearing cable drum. with precisely controlled IGBTs.
  • the wind turbine blades (3.3) are located directly on the outer edge of the gas balloon (3.1) as a surrounding wind turbine ring.
  • the technical structure corresponds to the design units and features of FIGS. 1 and 2 described in detail above, which are located inside or on the gas balloon and / or fastening platform of the gas balloon, the gas balloon being made up of 2 x halves or of multi-part
  • balloon fragments that are attached to an axial, hermetically sealing hollow disk (3.2; a type of disc) and its gas management device as described above. Due to the design, two or more
  • the direction of travel should preferably be opposite.
  • a flat, solid and dynamically flexible wheel disc (3.4) Inside the disc (3.2) is a flat, solid and dynamically flexible wheel disc (3.4), which has a
  • System termination coupling (3.20) is sealed, fixed and permanently lubricated with low-viscosity oils, to which the individual wind turbine blades (3.3), which can be swiveled 360 degrees and are supported by an electric motor, are attached.
  • the AC / DC generator (3.5), preferably an additional, upstream electro- / electromechanical, speed-adaptive gear (eg planetary gear;
  • the turntable (3.7) is in turn located on an anchoring plate (3.8) and the parachute boxes (3.81) attached to the side.
  • the entire discus disc (3.2) is secured by reinforced tethers and / or straps (3.19) as well as the intended balloon net (3.22) with integrated software and sensor-controlled autonomous and / or remote-controlled (emergency function) de-icing system (e.g. heating wires) from above directly on the turntable (3.7), additionally fastened to prevent twisting so that it cannot tip over.
  • the reinforced tethers and / or straps are over
  • the wind vanes (3.3) can consist of a dynamic, rather rigid and / or semi-flexible material and / or of a dynamic, flexible material (similar to sail materials); Furthermore, it is conceivable that the flexible material is a kind of tear-resistant nylon material or a similarly usable material, which is controlled by an electrical and / or electro-pneumatic winding and unwinding device integrated in the wind vanes for the entire windsail area, so that the The area exposed to the wind can be significantly reduced and thus the entire unit is significantly protected.
  • Unwinding device is characterized in that the winding and unwinding device is integrated on one side of the windshield frame and the tensioning devices for the "canvas" are ideally located on the opposite side and / or the side windshield frame.
  • a software and sensor-supported, autonomous or remote control (emergency plan) controlled air kite (3.12)
  • LUV or LAY optimal wind direction
  • Fig. 3e and 3f show modification variants or possibilities to the effect that swiveling turbo propellers (3.15) or
  • “Sideprops”, similar to drone drives, are attached to the disc (3.2) offset at an angle or laterally so that they do not disrupt the primary function of the wind turbine ( power generation) in terms of turbulence.
  • the “Sideprops” can be controlled by software and sensors, autonomously or with the help of a remote control (emergency plan) and, if necessary, not only provide additional buoyancy for the subject of the invention, but also improve alignment of the wind turbine in the wind direction (LUV or LAY [Security aspect]).
  • the power supply of the "Sideprops" can be generated directly via the on-board power, with the help of a secondary circuit with a software-based control function and / or directly from the ground station, via a power flow reversal function of the power flow and / or directly through an additional secondary circuit, but directly from the Starting from ground station.
  • Fig. 3g shows modification variants or possibilities to the effect that x-rudders (3.14), preferably 2 rudders, are angularly or laterally offset on the hollow disc or disc (3.2) , which is also controlled by a software and sensor-supported, electrical control unit (3.21) whose 360-degree pivotability, with regard to optimal alignment of the wind turbine or the entire floating unit in the wind direction (LUV or LAY), autonomously or via
  • Fig. 4 Design variant 3 and the following (gas ball or gas balloon with wind turbine encircling the front "type of paddle wheel principle")
  • Execution features are located, which is attached to an axially running, stable hollow cylinder (4.0).
  • the wind turbine blades (4.5) are at the respective end of the hollow axle (4.0) which are attached to a dynamic, twist-resistant, stable drive axle (4.3), an electro- and / or electro-pneumatic axle attachment with integrated
  • an electro / electro-mechanical, adaptive gear for reduction or acceleration should preferably be in front of the generator unit upstream, which directly drives the rotor to generate electricity in the generator (4.1).
  • the wind turbine blades for their part (4.5) can consist of a dynamic, rather rigid material and / or of a dynamically flexible material;
  • the flexible material consists of a kind of tear-resistant nylon material (similar to canvas materials) or a better, meaningful material for the purpose, which is preferably by one in the
  • the winding and unwinding device is characterized in that the winding and unwinding on one side in the wind vane frame
  • Unwinding device is integrated and ideally a tensioning device for the "canvas" is located on the opposite side.
  • FIG. 4b shows modification variants or options for
  • Twisting unit (4.7) is connected; alternatively, the air kite can also be attached using conventional attachment options (4.9).
  • FIG. 4c shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that additionally software and sensor-supported, electric motor-controlled, 360-degree swiveling x-rudders (4.13), preferably 2
  • HPL is characterized in that it is on a landing device (5.2), which is on the base plate together with the described
  • Fig. 1 and Fig. 2 Additional units and already described design features and units of Fig. 1 and Fig. 2 is located, which is directly connected to the central axis (5.12) of the balloon unit (5.11) by means of corresponding stable holding ropes (5.3).
  • the balloon unit can go up independently and first and the HPL follows the gas balloon with a time lag.
  • the balloon unit forms the supply unit and the software and sensor-supported, autonomous / automatic and or remote-controlled HPL exclusively forms the power generator; All “ballast” that is irrelevant to electricity generation is taken over by the balloon unit.
  • gas-filled zeppelins (5.5), which are attached to a hard-shell half cylinder including an enclosing, dynamically stable balloon net, which is preferably equipped with an integrated software and sensor-controlled, autonomous / automatic or via remote control (emergency plan), de-icing and defrosting unit (e.g. heating wires), firmly connected.
  • the Zeppeline should provide each other with one, S oftware- and sensor-based, may be connected automatically or by remote control (emergency plan), the bypass to the gas exchange autonomously /, active and as required, to a control and Execute steering function so that a targeted position shift or maneuver of the HPL, e.g. bow lift vs. Rear lowering and vice versa) can be actively brought about.
  • the actual wind turbine (5.0), including the AC / DC generator, as well as the additional units and design features that support the flow of current and which have already been described, are positioned in the middle of the HPL.
  • FIG. 5c shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that an additional sliding surface or sail surface (5.9), preferably with the sail and gliding material described in 5e with integrated, at the side ends of the FIPL Unwinding and winding units, can be taken into account so that the FIPL can perform its power generation function in a more stable manner and even with lower winds.
  • an additional sliding surface or sail surface (5.9) preferably with the sail and gliding material described in 5e with integrated, at the side ends of the FIPL Unwinding and winding units, can be taken into account so that the FIPL can perform its power generation function in a more stable manner and even with lower winds.
  • FIG. 5d shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that the position of the wind turbine, including the AC or DC generator (5.0), can be changed by means of an electro- and / or electro-pneumatic position-stroke hydraulic system in 3 different positions - in the middle (5.0 A) or below (5.0C) or above (5.0 B) - can actively induce in the HPL; preferably the central position.
  • Figure 5a-5d shows 5e change variants or -.
  • Possibilities of the subject invention that the sliding surface and the sliding or sail material (5.12), hard-wearing of HPL from a strong, tear-resistant, and in particular by an integrated, S oftware - and sensor-controlled, autonomous / automatic or via remote control (emergency plan), de-icing and defrosting units (e.g. heating wires), which are also controlled by the secondary circuit using software and sensors.
  • FIG. 6a shows modification variants or possibilities of the
  • the HPL described under Fig. 5 and following can be connected directly to the gas balloon (6.15 and Fig. 1 and following) in the x-stable anchoring rails (6.5), preferably four, which are directly on the gas balloon central axis (6.12) are attached, the gas balloon central axis being connected directly via folded cables and / or stable retaining rails ((6.7) to the turntable (6.8), which in turn is rotatably attached to the fixed platform disc (6.13).
  • the special thing here is the separation of the wind generator unit or wind turbine unit (6.11) from the HPL
  • the wind turbine unit (6.11) is namely attached to the gas balloon (6.15) and is held in position by the anchoring rails (6.5); The two HPL cords (6.6 left and right) together with the electrical cable (6.14) are also attached to this; the electricity generated by the wind turbine (6.11) including the AC / DC generator (6.0) is fed directly into the technical central unit 1 with additional units [6.9; consisting of an electrical transformer 1 (Fig 1 1.6), electrical rectifier (Fig 1 1.7)]; this generated electricity is then fed to the technical center 2 (as in Fig. 1, 1.13 and the corresponding) via the electrical cable (6.14) that is led to the ground station
  • HPL cords (6.6) and the electrical cable (6.14) are software and through the electrical cable guide unit (6.13) Tightened with the help of sensors and controlled autonomously / automatically and / or via remote control (emergency plan).
  • the software and sensor-supported HPL with the integrated, permanently connected alternating current generator (6.0) and the three-phase current axis (6.1) connects at the end of the flight phase, when the gas balloon is supported by its software and sensor
  • autonomously / automatically or via remote control can be brought into its intended climbing and floating position so that the HPL can then generate its electricity via
  • Wind converter and AC / DC generator connected to the drive shaft.
  • FIG. 6b shows modification variants or options for
  • the alternating current generator (6.0) and the wind turbine (6.11) are already connected as a unit on the gas balloon (Fig. 1 and the detailed design features) and can thus be software- and sensor-controlled (e.g. opto -electronic), autonomous HPL controlled by remote control (emergency plan) can be picked up and permanently connected to it and, after completion of the coupling process, completely decoupled from the supply station (gas balloon) by software and sensor-supported, autonomous or remote-controlled magnetic couplings (6.4) or separately and with the help of the prevailing wind force and
  • software- and sensor-controlled e.g. opto -electronic
  • autonomous HPL controlled by remote control emergency plan
  • FIG. 7a shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that the gas balloon (7.0) with one of a solid,
  • HPL (7.6) is attached.
  • HPL (7.9) is attached directly to the holding lines (7.12) or directly to the rope tensioning and rope control units (7.14) with integrated x magnetic couplings, preferably 4 magnetic couplings, to decouple the HPL from the balloon unit system is attached.
  • the HPL is in turn with tension-resistant holding ropes (7.3), which are connected by software and sensor-assisted automatically or remotely operating holding line unwinding and winding units (7.31), as well as with the electric cable (7.11), which in turn is connected to the wind turbine (7.10) and
  • AC generator generates electricity directly in the technical central unit (7.7), analogous to the s.
  • Definition of the technical central unit A conducts and the current is then transferred to the technical center 2 (7.15) via the electrical cable (7.11) led to the ground station, analogous to the Definition to the technical central unit B, directed.
  • FIG. 7b shows modification variants or possibilities for the subject matter of the invention in that the gas balloon (7.0) is not attached directly to the turntable (7.5) via the balloon guide unit (7.4), but is supported by a central axis ( 7.1) including software and sensor-based automatic or remote-controlled running
  • Retaining line unwinding and winding units are connected (7.31) to which the retaining lines (7.3) of the HPL are attached.
  • FIGS. 7c and 7d show modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that the HPL is in the flight position, with the HPL on the turntable (7.5) in FIG. 7c and the HPL in FIG. 7d is attached to the central axis (7.1).
  • Fig. 8 Design variant 7 and following (gas ball or gas balloon as connection system)
  • FIG. 8a shows modification variants or options for
  • the wind turbine including alternating / direct current generator (8.0) is not attached directly to a gas balloon (8.1), but is attached to the holding lines (8.2) of the x gas balloons, preferably 4 gas balloons, in the center of the wind direction.
  • the Wind turbines including alternating current generator (8.0) can also be brought in the direction of the wind using an air kite (weathercock effect), which is attached directly to the wind turbine unit and is controlled automatically or remotely via software and sensor-supported holding line unwinding units and winding units .
  • FIG. 8b shows modification variants or options for
  • FIG. 9a shows modification variants or possibilities of the
  • the wind turbine (9.10) which is attached to the gas balloon (9.8) or to the stable x-mounting bars and / or tethers (9.5) and consists of a stable housing or stable struts, which inside the rotating axle disk (9.18) and / or drives spokes or rods to which the software and sensor-supported adjustment unit (9.6), which can be controlled autonomously / automatically or via remote control (emergency plan), and the actual wind vanes (9.7) are attached.
  • the wind turbine drives the drive shaft of the AC / DC generator (9.3) via its axle disk and a preferably centrally positioned deflection gear (9.12) and thus leads directly to the generation of electricity and this electricity is supplied via the electrical cable (9.4), analogous to that already
  • the drive axis (9.1) of the turbo propeller can be passive, ie only through the speed of the wind turbine and a preferably deflection gear (9.12), the downstream speed gear (9.2) and / or as a hybrid system additionally through the above mentioned electric motor are supported, whose power supply takes place directly through the ground station or through its secondary circuit implemented on the gas balloon unit and / or through the secondary circuit generated by the wind turbine, or exclusively by an electric motor, which is via the Secondary circuit is fed, driven.
  • the turbo propellers could alternatively be driven by a classic combustion engine with fossil fuels and an integrated fuel tank.
  • a direct gas or hydrogen supply is of interest (particularly if the subject matter of the invention in
  • FIG. 9b shows modification variants or possibilities of the
  • turbo propeller (9.0) runs through a drive shaft (9.23), which in turn runs directly through the entire balloon within a drive shaft housing (9.24) running through the center and preferably upstream, centrally positioned deflection gear (9.12) is connected to the wind turbine (9.10) and the alternating / direct current generator (9.3) attached below the wind turbine.
  • the electric cable (9.4) is connected via the alternator to the floor platform and the technical central unit II as described in FIG. 1 (see definition as an assembly) and the design features and units described in more detail.
  • the turbo propellers or their housings are firmly connected to a stable spacer plate (9.11), which in turn is connected to the stable x-mounting struts or tension-resistant retaining ropes (9.5) which are sheathed on the balloon side and which are firmly connected to the housings of the wind turbines (9.10).
  • the turbo propellers should preferably be equipped with an upstream, software and sensor-based,
  • autonomous / automatic or remote-controlled gear e.g. planetary gear
  • a supporting eddy current brake to accelerate or brake the speed of the drive shafts (9.1).
  • FIG. 9c shows modification variants or possibilities of the
  • FIG. 9d shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that the turbo propeller (9.0) is below the
  • Wind turbines and preferably a centrally positioned deflection gear (9.12) and a preferably downstream, software and sensor-supported, autonomous / automatic and / or remote-controlled speed-regulating (accelerate or brake) gear (e.g. planetary gear), with or without an eddy current brake.
  • a centrally positioned deflection gear (9.12) and a preferably downstream, software and sensor-supported, autonomous / automatic and / or remote-controlled speed-regulating (accelerate or brake) gear e.g. planetary gear
  • Combustion engine which can be driven with gas or hydrogen, for example, a direct gas / hydrogen supply via the ground station and / or from the platform of the gas balloon unit is possible through its integrated gas management and would thus make the fuel tank superfluous.
  • a second axle drive pulley (9.19) and / or drive spokes or rods which preferably also opens into another speed-influencing deflection gear (9.12) and from there with the help of a drive axle ( 9.20) drives the turbo propeller (9.0).
  • this passive drive variant could be extended by a hybrid drive variant in the electric motors (9.21), by an upstream or downstream axis, through direct frictional connection starting from the wind turbine blades (9.7) up to the x-turbo propellers - Deflection gear or, after the deflection gear, actively support the axle drive (9.20) of the turbo propellers.
  • FIG. 9f shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that the drive is driven by the x-turbo propellers (9.0), actively and exclusively by an upstream electric motor (9.21), here too preferably with electric motors before or after a transmission
  • FIG. 9g shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that this variant has both a wind turbine (9.10) above and below the gas balloon.
  • the two wind turbines are connected in parallel to an axially positioned drive shaft (9.23) running through the balloon, which is located inside the hermetically sealed drive shaft housing (9.11) running through the balloon on the balloon side, and each preferably positioned deflection gear (9.12).
  • the drive shaft drives the preferably located in the center of the drive housing
  • AC / DC generator (9.3).
  • the electricity generated in this way is sent directly to the ground station and the units also described in FIGS. 1 and 2 using the power cable (9.28) via the execution features and units already described in FIGS. 1 and 2 (see definition of technical central unit A) (see definition of technical central unit B).
  • a central AC / DC generator there can also be a generator located below the wind turbines, including additional units described in Fig. 1 and Fig. 2 (see definition of technical central unit A), in which case the continuous drive shaft (9.23) can be dispensed with ; each wind turbine then has its own drive shaft, which is driven directly by the wind turbine and preferably in front of the Electro- / electro-mechanical, adaptive gearbox connected upstream of the generator unit for
  • the wind turbine (10.1) is located in the middle of the two floating gas balloons, i.e. completely flooded with air, i.e. the wind flow can flow through without obstacles on the balloon side and only the wind turbine ensures that the wind is slowed down.
  • continuous drive shaft (10.14) of the alternating / direct current generator (10.2) which preferably connects to two wind turbines or wind turbine rotors (10.1), and / or each individual drive axle for each wind turbine rotor with preferably upstream electro / electro-mechanical, adaptive gear (10.3) for reduction or Acceleration and / or
  • the change in the direction of travel of the drive shaft and the current generated by it is determined via the design features and units already described in FIGS. 1 and 2 with the aid of the
  • the two wind turbine rotors should preferably rotate in opposite directions and possibly also be different in size in order to achieve optimal power generation and stabilization of the overall system.
  • Can ariants V with different gases are filled. All gas balloons preferably have electrical, software and sensor-supported, autonomous or automatic and / or remote-controlled (emergency situation) x-turbo propellers and electrical, software and sensor-supported, autonomous or automatic and / or remote-controlled (emergency situation) ) Adjustable elevator and / or rudder for stabilization and position purposes.
  • gases for example helium or hydrogen
  • All gas balloons preferably have electrical, software and sensor-supported, autonomous or automatic and / or remote-controlled (emergency situation) x-turbo propellers and electrical, software and sensor-supported, autonomous or automatic and / or remote-controlled (emergency situation) ) Adjustable elevator and / or rudder for stabilization and position purposes.
  • turbo propellers should preferably be adjustable to rotate clockwise or anti-clockwise and should preferably run in the opposite direction to the rotation of the wind turbine.
  • turbo propellers can also be equipped with such a “canvas device”, so that on the one hand the mechanics of the side props are protected and on the other hand the additional surface can act to support the overall kite system.
  • the interior of the "donut” can also be efficiently protected in this way.
  • HPLs can be stacked on top of each other; sensibly
  • Inertial navigation system for position determination radar, infrared, sonar systems, high frequency, turbo fans (Sideprops) equipped or computer supporting software including a Vorhersage analyses- algorithm and digital array control logic, the collision protection and 'Wamsytem for the entire plant and its operation.
  • Vorhersage analyses- algorithm and digital array control logic the collision protection and 'Wamsytem for the entire plant and its operation.
  • the climbing balloon 1.1, 2.1 can also be provided with an airbag device with at least one airbag, the at least one airbag deploying when the climbing balloon 1.1, 2.1 suddenly loses gas and falls to the ground.

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Abstract

There has been a considerable amount of research and development in the use of high-altitude wind energy in the last 15 years. Vastly different theoretical concepts have therefore been proposed, and some prototypes have impressively demonstrated the feasibility as well as the potential of using high-altitude wind energy. To date, however, there does not exist, either in theory or in practice, a wind turbine that operates in particular at high-altitudes (10 km or more) using balloon technology and extensions thereof with the possibility of a sensor-monitored continuous operation that is controlled using signal processors (microprocessors, microcomputers, or measuring PCs), and the published patents and patent applications known until now have always described devices based on completely different technological foundations (as described in chapter 2 "Prior Art"). The aforementioned technological gap is to be filled by the described subject matter of the present invention.

Description

Ballongeführter Höhenwindturbinengenerator zur Erzeugung elektrischer Energie 1. Zweck der Erfindung Balloon-guided high altitude wind turbine generator for generating electrical energy 1. Purpose of the invention
Untersuchungen und Studien vom Umweltministerium, vom World Wide Fund of Nature und dem Bundesverband der deutschen Industrie haben gezeigt, dass ein Großteil der emeuerbaren Energieerzeugung neben der Photovoltaik am besten mit Windenergie erreicht werden kann, während Wasserkraft, Biomasse und Geothermie eine eher untergeordnete Rolle spielen. Im energetisch besonders interessanten Bereich der Nutzung von Höhenwindenergie zur Erzeugung bzw. Wandlung in elektrischer Energie entstand in den letzten 15 Jahren eine rege Forschungs und Entwicklungstätigkeit. Heute sind weltweit mehr als 50 Unternehmen u. Forschungsinstitute auf diesem Technikgebiet aktiv. Während verschiedene theoretische Konzepte vorgeschlagen wurden und durch einige Prototypen die Machbarkeit sowie auch das Potenzial der Nutzung von Höhenwindenergie eindrucksvoll demonstriert wurden, existiert theoretisch und praktisch nach unserem Wissensstand noch keine Windenergieanlage die insbesondere in größeren Höhen (ab 1 km oder höher) mit der Möglichkeit eines sensorüberwachten, mit Signalprozessoren oder Mess-PC, gesteuerten automatisierten Dauerbetriebes, wobei die heute bekannten Patent- und Offenlegungsschriften immer Vorrichtungen aufbauend auf einer anderen technologischen Basis (wie unter dem Kapitel 2„Stand der Technik“) beschreiben. Diese bestehende Lücke soll mit dem Erfindungsgegenstand und dessen differenten Ausführungsvarianten geschlossen werden. Insbesondere der Tatsache geschuldet, dass in Bodennähe die durchschnittliche Studies and studies by the Ministry of the Environment, the World Wide Fund of Nature and the Federal Association of German Industry have shown that a large part of renewable energy generation can best be achieved with wind energy in addition to photovoltaics, while hydropower, biomass and geothermal energy play a rather subordinate role. In the energetically particularly interesting area of using high-altitude wind energy to generate or convert it into electrical energy, there has been a lively research and development activity in the last 15 years. Today more than 50 companies u. Research institutes active in this technical field. While various theoretical concepts have been proposed and the feasibility as well as the potential of the use of high-altitude wind energy have been impressively demonstrated by some prototypes, theoretically and practically, to our knowledge, there is still no wind turbine that is particularly at greater heights (from 1 km or higher) with the possibility of one sensor-monitored, with signal processors or measuring PC, controlled automated continuous operation, whereby the patent and published documents known today always describe devices based on a different technological basis (as in chapter 2 "State of the art"). This existing gap is to be closed with the subject matter of the invention and its different design variants. In particular, owed to the fact that near the ground the average
Windgeschwindigkeit ca. 5 m/s (Onshore; ca. 8m/s Nearshore) und ca. 10 m/s (Offshore) und im Bereich von Jetstreams ca. 80 m/s beträgt. Da physikalisch die nutzbare Windleistung P mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit v zunimmt bedeutet dies beispielsweise bei Wind speed is approx. 5 m / s (onshore; approx. 8m / s nearshore) and approx. 10 m / s (offshore) and in the area of jet streams is approx. 80 m / s. Since the usable wind power P physically increases with the third power of the wind speed v, this means for example at
Verdoppelung der Windgeschwindigkeit eine achtfache Windleistung. Unter einer Doubling the wind speed eight times the wind power. Under one
Vernachlässigung der deutlich kleineren Luftdichte in einer Höhe von ca. 10-18 km ist die durchschnittliche, theoretische Energiedichte (kinetische Energie) dann etwa 4.096-mal so groß als in der Nähe des Erdbodens. Daher muss berücksichtigt werden, dass die höheren If the significantly lower air density at an altitude of approx. 10-18 km is neglected, the average theoretical energy density (kinetic energy) is then around 4,096 times as large as in the vicinity of the ground. Therefore, it must be taken into account that the higher
Windenergien eine höhere mechanische Festigkeit an die technischen Bauteile eines Wind energies give a higher mechanical strength to the technical components of a
„Höhenwindturbinengenerators“ stellen, die nur durch geeignete materialtechnische und konstruktive Maßnahmen erreichbar sind. "High altitude wind turbine generator", which can only be achieved through suitable material and constructional measures.
Darüberhinaus sind die Höhenwinde (= z.B. der Polarfront- Jetstreams, als auch der Subtropen- Jetstream) mit ihren Windausläufem in nördlichen Regionen (40-60-sten bzw. 20-30-sten Breitengraden) auf der Nordhalbkugel sowie in südlicher Regionen Südhalbkugel mit am Stärksten und bewegen sich in der oberen Troposphäre bzw. unteren Stratosphäre (in ca. 10-18 km Höhe). Die Geschwindigkeiten betragen zwischen 180 bis zu 540 km/h (50 - 150m/s) und sogar noch darüber, die durchschnittliche Breite eines Jetstreams (Windbandes) im Kem erstreckt sich auf ca. 150 bis 200 km. Außerdem gibt es in großen Höhen keine turbulenten Strömungsfelder, welche durch Hindernisse (hohe Bäume oder Gebäude), verursacht werden.In addition, the high-altitude winds (= e.g. the polar front jet streams, as well as the subtropical jet stream) with their wind outflows in northern regions (40-60th and 20-30th degrees of latitude) in the northern hemisphere and in southern regions southern hemisphere with am Strongest and move in the upper troposphere or lower stratosphere (in approx. 10-18 km altitude). The speeds are between 180 and 540 km / h (50 - 150 m / s) and even higher, the average width of a jet stream (wind band) in the core extends to approx. 150 to 200 km. In addition, there are no turbulent flow fields at great heights, which are caused by obstacles (tall trees or buildings).
Als interessante alternative und umweltfreundliche Energie-gewinnung steht zwar die Nutzung der Sonnenenergie (mithilfe Photovoltaik- Anlagen) zur Disposition; allerdings ist es äußerst bedauerlich, dass diese Art von Energiegewinnung, aufgrund signifikant geringeren The use of solar energy (with the help of photovoltaic systems) is an interesting alternative and environmentally friendly generation of energy; however, it is extremely unfortunate that this type of energy production, due to significantly less
Sonnenstunden, gerade in den nördlicheren Breitengraden (z.B. in Höhe Deutschlands), in Relation zum Mittelmeer oder Sahelzone, äußerst gering ausfallt; außerdem ist Deutschland bzgl. verwertbarer, klimafreundlicher Rohstoffe zur Stromgewinnung äußerst dürftig ausgestattet. Fakt ist aber, dass die Höhenwinde und deren kräftigen Windausläufem oberhalb > 5.000 m Hours of sunshine, especially in the more northerly latitudes (e.g. at the height of Germany), in relation to the Mediterranean or Sahel zone, is extremely low; In addition, Germany is extremely poorly equipped with regard to usable, climate-friendly raw materials for electricity generation. The fact is, however, that the high winds and their strong winds above> 5,000 m
(Breitengrand Deutschland) mit am intensivsten sind und damit wettbewerbsmäßig genutzt werden können. Dieser Erkenntnis geschuldet, war unser Bestreben den Erfindungsgegenstand in seinen differenten Ausführungsvarianten zu entwickeln. Selbstverständlich ist unser (Breitengrand Deutschland) are among the most intensive and can therefore be used competitively. Owing to this knowledge, our endeavor was to develop the subject of the invention in its different design variants. Of course is ours
Erfindungsgegenstand für den globalen Einsatz, vorzugsweise für energie-ressourcenarme Gebiete, entwickelt worden, damit in diesen Ländern auch eine mehr als preiswerte Subject of the invention for global use, preferably for areas with few energy resources, has been developed so that in these countries it is also more than inexpensive
Stromerzeugung realisierbar wird und darüberhinaus noch eine äußerst umweltschonende, da die C02-Bilanz im Stromgewinnungsbetrieb (Strom-Emtevorgang) gegen 0% tendiert. Im Electricity generation becomes feasible and, moreover, an extremely environmentally friendly one, since the C02 balance in electricity generation operation (electricity harvesting process) tends towards 0%. in the
Gegensatz zur konventionellen Windenergiegewinnung eingesetzten Großwindanlagen In contrast to the large wind turbines used in conventional wind energy generation
(„GROWIAN“; Windkonverter) entstehenden, kostenintensiven Reparatur-, Säuberungs- sowie Wartungsaufwendungen an den bis zu > 100m langen Rotorblättem und einer Gesamthöhe bis zu 260 m zu säubern, warten und reparieren ist eine für Mensch und Maschine herausfordernde Belastungssituation; während sich bei unserem Erfindungsgegenstand und deren (“GROWIAN”; wind converter). Cleaning, maintaining and repairing the cost-intensive repair, cleaning and maintenance costs of the rotor blades up to> 100m long and a total height of up to 260 m is a stressful situation for man and machine; while our subject matter and their
systembedingter, effizienter„Fahrstuhl-Betriebsmöglichkeit“ die Wartungs-, Reparatur sowie Säuberungsarbeiten fast von Bodenhöhe aus anwenderfreundlich auszuführen sind; insbesondere in Entwicklungsländern wäre dies ein eminenter Zusatznutzen. Ein weiterer nicht zu system-related, more efficient "elevator operation option" that maintenance, repair and cleaning work can be carried out in a user-friendly manner almost from floor level; This would be an eminent additional benefit, especially in developing countries. Another not too
unterschätzender Vorteil unseres Erfindungsgegenstandes ist seine mobile Einsatzbereitschaft und seine Anpassungsmöglichkeiten an bestehende, vertikalen Windverhältnissen The underestimating advantage of our subject of the invention is its mobile readiness for use and its adaptability to existing, vertical wind conditions
(„Fahrstuhleffekt“). Der Gesamtaufbau ist so konzipiert, dass mit wenigen Handgriffen das komplette Windkonvertersystem samt Bodenstation ab- und wieder aufgebaut werden kann.("Elevator Effect"). The overall structure is designed in such a way that the complete wind converter system including the ground station can be dismantled and reassembled in just a few simple steps.
Auch die Standortsuche als solche, wird durch unseren Erfindungsgegenstand simplifiziert. The search for a location as such is also simplified by our subject matter.
Im Übrigen rechnen wir mir einem realisierenden Strompreis von ca. 3 Cent/kW/h; in dieser Größenordnung wäre die Produktion von synthetischen Kraftstofferzeugung (fossile Brennstoffe: Diesel, Gas, Kerosin) eine synergetische und sinnhafite Ergänzung. Eine Kommerzialisierung hätte demzufolge nicht nur einen volkswirtschaftlichen, sondern auch einen ökologischen Vorteil, da dadurch die kostenarme Gewinnung von Elektrizität besonders C02-neutral erfolgen kann und die damit hergestellten Kraftstoffe annähernd C02-neutral emittieren würden ; dieser klare und evidente Vorteil ist für diverse Wirtschaftsbereiche (Airlines, Private Heizungsbetrieb, Automobilnutzung, Zementherstellung, usw.) von eminenter und zukunftsweisender Bedeutung und würde somit den bevorstehenden Klimawandel auf eleganter Art und Weise entgegentreten; zu guter Letzt steht bei realisierbaren, niedrigen Energiepreisen der Wasserstoffproduktion nichts mehr im Wege. Mit dieser evolutionären Weiterentwicklung der Windstromerzeugung durch unseren Entwicklungsgegenstand wäre ein„smoother“ Übergang (Ökonomie trifft Ökologie) ins Wasserstoffzeitalter nicht nur ressourcenschonend und ökologisch sinnhaft, sondern zum prognostizierten, düsteren Klimawandel (ökologisch) mehr als angezeigt. Aufgrund seines hohen Mobilitäts- und Flexibilitätsgrads, kann unsere Entwicklungsgegenstand unmittelbar bei einem Wasserstoffproduzenten aufgestellt werden. Unseren Entwicklungsgegenstand und die damit realisierbare, preiswerte Stromenergiegewinnung könnte man auch in bereits verödeten Incidentally, we calculate that the electricity price will be around 3 cents / kW / h; on this scale, the production of synthetic fuel production (fossil fuels: diesel, gas, kerosene) would be a synergetic and sensible addition. Commercialization would therefore not only have an economic, but also an ecological one The advantage is that the low-cost generation of electricity can be carried out in a particularly CO2-neutral way and the fuels produced with it would emit almost CO2-neutrally; This clear and evident advantage is of eminent and future-oriented importance for various economic sectors (airlines, private heating, automobile use, cement production, etc.) and would thus counter the impending climate change in an elegant way; Last but not least, nothing stands in the way of hydrogen production at feasible, low energy prices. With this evolutionary further development of wind power generation through our development object, a “smoother” transition (economy meets ecology) into the hydrogen age would not only be resource-saving and ecologically sensible, but also to the predicted, gloomy climate change (ecologically) more than indicated. Due to its high degree of mobility and flexibility, our development item can be set up directly at a hydrogen producer. The subject of our development and the inexpensive generation of electricity that can be realized with it could also already be desolate
Landstriche oder Regionen zum Betreiben von systembedingten, energiehungrigen und damit kostenintensiven Entsalzungs-anlagen einsetzen. Use areas or regions to operate system-related, energy-hungry and thus cost-intensive desalination plants.
In weiteren Ausführungsvarianten des Erfindungsgegenstandes, ist die Windturbine bzw. In further design variants of the subject matter of the invention, the wind turbine or
Windkonverter nicht unmittelbar am Gasballon und/oder separaten Versorgungsdrachen befestigt, sondern durch zusätzliche Kopplung eines hybriden Luft-Drachens, der hierbei als Transportvehikel fungiert, zur Stromgewinnung genutzt. Der hybride Luft-Drache ist entweder direkt an der Bodenstation, sofern die Stromgewinnung in geringeren Höhen von < 1.000 m erfolgen sollte oder an einem Gasballon oder an einem separaten Versorgungs-Luftdrachen in Höhen ab > 1.000 m befestigt, dann aber in einer Art Tandemausfuhrung bzw.„Tankstellen- versorgungs-Einheit“; dadurch werden zwei eigenständige Flugapparate zu einem hybriden System verbunden, damit eine strickte Trennung zwischen der Versorgung des Gesamtsystems und der eigentlichen Stromgewinnung (Stromemte) ermöglicht wird. Dies hat den Vorteil, dass die hohen Gewichtslasten der beschriebenen und berücksichtigten Aggregate/Systeme (z.B. schwerer Wechselstrom- und/oder Gleichstrom-Generator oder die bis zu mehrerer, The wind converter is not attached directly to the gas balloon and / or a separate supply kite, but is used to generate electricity by additionally coupling a hybrid air kite, which acts as a transport vehicle. The hybrid air kite is either attached directly to the ground station, if the power generation should take place at lower heights of <1,000 m or attached to a gas balloon or a separate supply air kite at heights of> 1,000 m, but then in a kind of tandem design or . "Petrol station supply unit"; In this way, two independent flying machines are connected to form a hybrid system, so that a strict separation between the supply of the overall system and the actual power generation (Stromemte) is made possible. This has the advantage that the high weight loads of the units / systems described and taken into account (e.g. heavy AC and / or DC generators or up to several
kilometerlangen Mehrfach-Halteseilen, usw.) sinnhaft auf deren Funktionen„Ernten und Versorgung“ aufgeteilt werden können. Letzten Endes sollte diese Variante zur Optimierung bzw. Maximierung der Stromgewinnung beitragen. Kilometers of multiple holding ropes, etc.) can sensibly be divided into the functions of "harvesting and supply". Ultimately, this variant should help optimize or maximize electricity generation.
Aufgrund unserer Versuche im„Kleinstlabor“, haben wir festgestellt, dass von den in Betracht kommenden, geometrischen Formen eine Kugel für den stationären, passiven Einsatz in On the basis of our experiments in the "small laboratory", we have found that of the geometrical shapes under consideration, a sphere for stationary, passive use in
Starkwindregionen und die damit verbundene gesicherte Beherrschbarkeit des Gesamtsystems (im Gegensatz zu aktiv-bewegenden Luftschiffen [Zeppeline]) die beste Wahl darstellt. Denn bei den zu erwartenden kinetischen Kräften bzw. Windstärken in der unteren Stratosphäre und/oder oberen Troposphäre, ist es ungemein bedeutsam, dass auftretende Widerstände von verwendeten, flugfähigen, stationären aber passiven Versorgungseinheiten so gering als möglich gehalten werden, damit das Gesamtsystem im Dauereinsatz den massiven klimatisch- vorherrschenden Wechselbedingungen standhalten kann. In so einem Tandemsystem, liegt der Fokus auf eine ideale Nutzlastverteilung inkludierter Notfallsituationen und ist dadurch am Besten umsetzbar und nicht zuletzt signifikant wirtschaftlich. Strong wind regions and the associated secure controllability of the overall system (in contrast to actively moving airships [zeppelins]) represent the best choice. Because at the anticipated kinetic forces or wind strengths in the lower stratosphere and / or upper troposphere, it is extremely important that any resistance that occurs from the airworthy, stationary but passive supply units used is kept as low as possible so that the entire system can cope with the massive climatic conditions in continuous use - Can withstand the prevailing changing conditions. In such a tandem system, the focus is on an ideal payload distribution for included emergency situations, which makes it best to implement and, last but not least, significantly economical.
Grundsätzlich muß man festhalten, dass eine reine hybride Luft-Drachenkonstruktion zur Stromgewinnung durch Höhenwinde > 1.000 m äußerst schwer zu kontrollieren ist und ebenso wird dadurch die Nutzlast konstruktionsbedingt deutlich reduziert (Segelfläche vs. Basically, it must be noted that a pure hybrid air-kite construction for power generation through high winds> 1,000 m is extremely difficult to control and the payload is also significantly reduced due to the construction (sail area vs.
Energieausbeute und Beherrschbarkeit), so dass dieser systemimmanente Nachteil durch eine fliegende Versorgungseinheit (Ballon und separaten Versorgungsdrachen) kompensiert wird, so dass automatisch bzw. zwangsläufig die Gesamt-Segelfläche, in Relation zur Windturbinengröße oder -gewicht, deutlich reduziert werden kann. Allein die Vereisungsproblematik der Luft- Drachenfläche ist von einer Bodenstation schwerer zu gewährleisten. Energy yield and controllability), so that this systemic disadvantage is compensated by a flying supply unit (balloon and separate supply kite) so that automatically or inevitably the total sail area in relation to the wind turbine size or weight can be significantly reduced. The icing problem of the air-kite area alone is more difficult to guarantee from a ground station.
Unser Erfindungsgegenstand kann natürlich auch für andere Zusatznutzen genutzt werden, die da wären: zeitraumbezogene Klimamessungen, zeitpunktbezogene Wetterdaten und -prognosen, Zugvögel- und Insektenbeobachtungen, usw.; im Idealfall wäre es ein stationäres, relativ bodennahes GPS-System. Our subject matter of the invention can of course also be used for other additional benefits, such as: time-related climate measurements, time-related weather data and forecasts, observations of migratory birds and insects, etc .; ideally it would be a stationary, relatively ground-level GPS system.
Um eine bessere Vorstellung auf Sinnhaftigkeit und Vorhersagekraft zur Projektrealisierung treffen zu können, haben wir folgende Fakten bzw. Grundbedingungen herangezogen und durch eigene, bewußt einfache Berechnungen ergänzt: In order to get a better idea of the meaningfulness and predictive power of the project implementation, we have used the following facts and basic conditions and supplemented them with our own, deliberately simple calculations:
1. Eine XXL-Großwindanlage (-„GROWIAN)“ , wie die neuste 12 MW Haliade-X 1. An XXL large wind turbine (- "GROWIAN)", like the latest 12 MW Haliade-X
Windturbine ist über 300 m hoch, ein einzelnes Rotorblattlänge beträgt dabei ca. 107 m und die Flügelfläche beträgt ca. 330qm/Rotorblatt, die Gesamtflügelfläche bei 3 The wind turbine is over 300 m high, a single rotor blade length is approx. 107 m and the wing area is approx. 330 square meters / rotor blade, the total wing area at 3
Rotorblättem beträgt somit ca. 1.000 qm Rotor blades is therefore approx. 1,000 square meters
2. ein GROWIAN wiegt ca. 7.000 - 10.000 t, der Turm plus Fundament wiegt dabei ca. 2. A GROWIAN weighs approx. 7,000 - 10,000 t, the tower plus foundation weighs approx.
6.500 - 9.000 1, die Rotoren wiegen gesamt ca. 75-150 1 und der Wechselstrom- Generator wiegen ca. 250-600 1. 6,500 - 9,000 1, the rotors weigh a total of approx. 75-150 1 and the alternating current generator weighs approx. 250-600 1.
3. eine 12 Megawatt-GROWIAN leistet eine Strom- Jahresertrag von ca. 67 GW und kann damit ca. 22.000 Haushalte (ä 3.000 kW/Jahr) pro Jahr mit Strom versorgen 3. a 12 megawatt GROWIAN has an annual electricity yield of approx. 67 GW and can thus supply approx. 22,000 households (each 3,000 kW / year) with electricity
4. die angenommene Windgeschwindigkeit zur Ertragsberechnung beträgt dabei im 4. The assumed wind speed for calculating the yield is im
Durchschnitt 5m/s (= 18 km/h; Onshore) oder 8m/s (=rd. 29 km/h; Offshore) 5. ein GROWIAN kostet je Megawatt Leistung zwischen 2,4 bis 4.0 Mio. EUR On. vs. Offshore ohne die aufwendigen und kostenintensiven Wartungs-, Säuberungs und Reparaturarbeiten Average 5m / s (= 18 km / h; onshore) or 8m / s (= approx. 29 km / h; offshore) 5. A GROWIAN costs between 2.4 to 4.0 million EUR per megawatt of output. vs. Offshore without the laborious and costly maintenance, cleaning and repair work
6. Die Höhenwinde haben eine Durchschnittsgeschwindigkeit von bis zu 100m/s (bei 180- 540 km/h Windgeschwindigkeiten) 6. The high altitude winds have an average speed of up to 100m / s (at 180-540 km / h wind speeds)
7. Daraus berechnet sich eine Windkraft (theoretische, kinetische Energie) von: ca. 7. This results in a wind power (theoretical, kinetic energy) of: approx.
• Bei nur 80m/s geteilt durch 5m/s (Bodennähe) = Faktor 20 • At only 80m / s divided by 5m / s (close to the ground) = factor 20
* Faktor 20 Potenz 3 = 4096 - fach höhere kinetische Energie als in Bodennähe (einfache, lineare Berechnungen [grober Nährungswert]) * Factor 20 power 3 = 4096 - times higher kinetic energy than near the ground (simple, linear calculations [rough approximate value])
8. Die theoretische (unvorstellbare) Stromgewinnung einer 12 MW Haliade-X Windturbine würde bei linearer, vereinfachter Betrachtung ca. 50.000 Megawatt-Strom betragen und könnte somit ca. 9.200.000 Haushalte/Jahr mit Strom versorgen, falls man diesen Mega- Windkonverter in einem Jetstream einsetzen würde und die dabei entstehenden 8. The theoretical (unimaginable) power generation of a 12 MW Haliade-X wind turbine would amount to approx. 50,000 megawatts of electricity in a linear, simplified view and could thus supply approx would use a jet stream and the resulting
Rotationsgeschwindigkeiten und entsprechenden Zentrifugal- und Zentripedalkräfte kontrollieren bzw. beherrschen könnte. Diese Berechnung dient nur zur Verdeutlichung, dass eine Höhenwindturbine, aufgrund der signifikant großen Windstärke genügend baukonstruktive Reserven mit sich bringt, ohne Stromerzeugungsverluste in Kauf nehmen zu müssen Could control or master rotational speeds and corresponding centrifugal and centripetal forces. This calculation only serves to clarify that an altitude wind turbine, due to the significantly high wind strength, has sufficient structural reserves without having to accept electricity generation losses
9. Aufgrund dieses unglaublichen Leistungspotential an kinetischer Energie, ist eine 9. Because of this incredible potential for kinetic energy, there is a
signifikante Reduktion der Flügelfläche einer Windturbine ohne Stromertrags-Ängste mehr als möglich; was natürlich für unser Höhenprojekt Entwicklungsgegenstand zum erklärten Ziel definiert wurde, damit das Gewicht des Gasballon-System und den damit verbundenen Gasballondurchmesser insgesamt relativ klein ausfallen kann und dennoch eine deutliche Stromertrag zu erwirken. significant reduction of the wing area of a wind turbine without fear of electricity yield more than possible; Which of course was defined as the declared goal for our high-altitude project, the object of development, so that the weight of the gas balloon system and the associated gas balloon diameter can be relatively small overall and still achieve a significant electricity yield.
10. Ein Ballon mit einem Durchmesser von z. Beispiel 56 m kann eine Nutzlast von ca. 701 heben und das Eigengewicht des Ballons beträgt dabei ca. 2 1, die 3 vorgesehenen Halteseile (jeweils 14 km lang) wiegen ca. 5.0 t und der Wechselstrom-Generator wiegt ca. 5,01; also ca. 11,01 Gesamtgewicht. 10. A balloon with a diameter of e.g. Example 56 m can lift a payload of approx. 701 and the weight of the balloon is approx. 2 liters, the 3 retaining ropes provided (each 14 km long) weigh approx. 5.0 t and the alternating current generator weighs approx. 5.01; so approx. 11.01 total weight.
11. Bei einer Nutzlast von 70 t wäre eine theoretische Flügelfläche in Höhe von ca. 504 qm denkbar. Diese Rotorenfläche würde zu einem theoretischen Stromertrag in Höhe von ca. 420 Megawatt (Annahmen: nur bei 20 m/s Windgeschwindigkeit, eine Stromertragsleistung von ca. 0,013 Megawatt/qm Rotorfläche, bei 5m/s Windgeschwindigkeit; also weit Außerhalb vom Kembereich eines Jetstreams) fuhren und könnte somit alleine annähernd 770.000 Haushalte im Jahr mit Strom versorgen. Anhand dieses einfachen Rechenbeispiels kann man ansatzweise das Potential erkennen, welche Möglichkeiten einer sinnhaften Stromerzeugung in großen Höhen möglich sind und wieviel Spielraum vorhanden ist 11. With a payload of 70 t, a theoretical wing area of approx. 504 square meters would be conceivable. This rotor area would result in a theoretical electricity yield of approx. 420 megawatts (assumptions: only at 20 m / s wind speed, an electricity output of approx. 0.013 megawatts / sqm rotor area, at 5 m / s wind speed; that is, far outside the core area of a jet stream) and could thus supply almost 770,000 households with electricity a year. Using this simple one The calculation example shows the potential, which possibilities of meaningful power generation are possible at great heights and how much leeway there is
12. Aufgrund der Tatsache, dass das Herstellungsmaterial der Rotorflächen grundsätzlich schwer entsorgbarer Sondermüll ist, sollte grundsätzlich die Maxime in Relation zu On- und Offshore Windkonvertem gelten: je kleiner die Rotorfläche, je höher die Entfernung vom Boden desto höher ist der Nutzen für die Umwelt (kein Interessenskonflikt zwischen der Ökologie und Ökonomie) 12. Due to the fact that the material used to manufacture the rotor surfaces is generally hazardous waste that is difficult to dispose of, the following maxim should apply in relation to onshore and offshore wind converters: the smaller the rotor surface, the greater the distance from the ground, the greater the benefit for the environment (no conflict of interest between ecology and economy)
13. Darüberhinaus gäbe es weder beeinträchtigten Lärm noch störende Behinderungen für Umwelt, Mensch und Tierwelt 13. In addition, there would be neither impaired noise nor disruptive hindrances for the environment, humans and animals
2. Stand der Technik 2. State of the art
Die Erzeugung von elektrischer Energie mittels Windkraft ist heute weltweit eine der am bedeutsamsten Nutzung zur Gewinnung von emeuerbarer Energien. Dabei wird in großen Energieanlagen die Bewegungsenergie des Windes an Rotoren in ein Drehmoment übersetzt und in elektrodynamischen Generatoren zu elektrischem Energie umgewandelt. Moderne Anlagen nutzen dabei sehr häufig Rotorflügel die nach dem Auftriebsprinzip (wie beispielsweise bei einem Flugzeugflügel) im Wind stehen. Bei diesen optimalen Bedingungen können solche Anlagen bis zu 59 % der reinen Windenergie zur Gewinnung von Elektroenergie nutzen. Ganze „Windparks“ mit Windrädern auf hohen Türmen sorgen auf Land oder auch Offshore auf hoher See, für eine saubere kohlenstoffdioxidneutrale Elektroenergie bzw. elektrischen Strom. The generation of electrical energy by means of wind power is one of the most important uses for the generation of renewable energies worldwide. In large energy systems, the kinetic energy of the wind on rotors is converted into torque and converted into electrical energy in electrodynamic generators. Modern systems very often use rotor blades that are in the wind according to the principle of lift (such as an airplane wing). With these optimal conditions, such systems can use up to 59% of the pure wind energy to generate electrical energy. Whole “wind parks” with wind turbines on tall towers ensure clean, carbon dioxide-neutral electrical energy or electricity on land or offshore at sea.
Windräder auf hohen Türmen werden von vielen Fachkräften als ein Auslaufmodell gesehen. Many skilled workers see wind turbines on high towers as being phased out.
einer Projektpartnerschaft entwickeln u. testen daher die SkySails Power GmbH, die
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develop a project partnership therefore test the SkySails Power GmbH, the
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EnBW Energie Baden-Württemberg AG, die EWE Offshore Service & Solutions GmbH und die Leibniz Universität Hannover eine vollautomatisierte Höhenwindenergieanlage auf Basis einer Zug-Drachentechnologie, welche die Energieerzeugung mithilfe eines Art„Jojo-Prinzips (kreisförmiges Aufsteigen des Luft-Drachens im LUV-Bereich sowie eines geradlinigen EnBW Energie Baden-Württemberg AG, EWE Offshore Service & Solutions GmbH and Leibniz University Hannover developed a fully automated high-altitude wind energy system based on pull-kite technology, which generates energy using a kind of "yo-yo" principle (circular ascent of the air kite in the LUV area as well as a straight one
Abstiegs auf der LAY-Seite; wobei der Luft-Drachen an einem Halteseil und dem Generator verbunden ist und durch das Herausziehens des Halteseils wird die Energieerzeugung realisiert)“ erwirken. Die fliegenden Drachen (auch Kiden genannt) erzeugen mehr Strom als Relegation on the LAY side; where the air kite is connected to a tether and the generator and by pulling out the tether the energy is generated) ”. The flying kites (also called kiden) generate more electricity than
herkömmliche stationäre Windräder. Es ist eine einfache physikalische Tatsache, dass bei einem Vergleich von Winden in Bodennähe die Winde in großen Höhen ein Vielfaches an Windenergie zur Verfügung stehen. Die Firma SkySails Power GmbH (Hamburg) entwickelt auf Basis der bekannten SkySails- Zugtrachentechnologie (= ebenfalls nach dem„JoJo-Prinip“) Windkraftanlagen, mit der das Energiepotenzial des Höhenwindes erstmalig in industriellem Maßstab genutzt werden kann. SkySails Power- Anlagen sind viel günstiger wie konventionelle Windrad-Kraftanlagen und erzeugen mehr und konstanteren elektrischen Strom. Damit werden die Entstehungskosten für „Windstrom“ kleiner und die Netzstabilität besser. conventional stationary wind turbines. It is a simple physical fact that when comparing winds close to the ground, the winds at high altitudes have many times more wind energy available. The company SkySails Power GmbH (Hamburg) develops wind power plants based on the well-known SkySails pull-out technology (= also based on the "JoJo principle"), with which the energy potential of the high-altitude wind can be used on an industrial scale for the first time. SkySails Power systems are much cheaper than conventional wind turbine power systems and generate more and more constant electrical power. This means that the costs for "wind power" are lower and the grid stability is better.
Die Schlüsseltechnologie, mit deren Hilfe aus Höhenwinden elektrische Energie gewonnen werden kann, sind große und vollautomatische Zugdrachen. The key technology that can be used to generate electrical energy from high-altitude winds is large, fully automatic towing kites.
Die Firma Solutions GmbH entwickelt einen„Kite“, dessen Segel rotierend an ein Stahlkabeln hängt, der den Rotor herkömmlicher Windkraftanlagen ersetzen sollen. Damit können die neuartigen Anlagen auf kostenintensive sehr hohe Masten verzichten und trotzdem die ertragreichen Windschichten in Höhen von bis zu 450 Metern nutzen. Solutions GmbH is developing a "kite" with a sails hanging from a steel cable that rotates and replaces the rotor of conventional wind turbines. This means that the new systems can do without costly, very high masts and still use the high-yield wind layers at heights of up to 450 meters.
Der„Kite“ soll computergesteuert mit idealem Anstellwinkel in einer kreisförmigen Bewegung aufsteigen. Der elektrische Strom wird dabei in einer Generatoranlage am Boden erzeugt, welche die Drehbewegung des auslaufenden Stahlkabels über eine mechanische Winde in elektrische Energie umwandelt. Zum Einholen des Drachens gleitet der Schirm in eine Position, in der nur ein Bruchteil der erzeugten Energie erforderlich ist, um das Halteseil wieder einzuholen. The “kite” should ascend computer-controlled with an ideal angle of attack in a circular movement. The electrical current is generated in a generator system on the ground, which converts the rotary movement of the outgoing steel cable into electrical energy via a mechanical winch. To retrieve the kite, the umbrella slides into a position in which only a fraction of the energy generated is required to retrieve the tether.
Da an jeder Anlage zwei Schirme hängen, wird ein Generator abwechselnd angetrieben und kann so durchgehend Strom produzieren. Bei ausreichender Windstärke kann der Generator nahe an seiner optimalen Geschwindigkeit arbeiten. Durch die Steuerung beider Kites ist es möglich, selbst bei vergleichsweise schwachen Windgeschwindigkeiten hohe Steigleistungen zu erzielen. Nach Einschätzung des Dax-Konzems Eon hat diese Technologie das Potenzial, vor allem den Offshore-Windenergiemarkt stark zu verändern. Im Direktvergleich zu konventionellen Since there are two umbrellas on each system, a generator is driven alternately and can thus continuously produce electricity. If the wind is strong enough, the generator can work close to its optimal speed. By controlling both kites, it is possible to achieve high climbing performance even at comparatively weak wind speeds. According to the Dax group Eon, this technology has the potential to change the offshore wind energy market significantly. In direct comparison to conventional
Windturbinen lassen sich Kite-Power- Anlagen kostengünstiger hersteilen sowie einfacher installieren und instand halten, heißt es bei Eon. Die Anlagen könnten auch in Gewässern mit Tiefen von mehr als 40 Metern installiert werden. Dadurch ist es möglich, neue Offshore-Märkte vor den Küsten von Portugal, Japan oder den USA zu erschließen. Wind turbines allow kite power systems to be produced more cheaply and are easier to install and maintain, says Eon. The systems could also be installed in waters with a depth of more than 40 meters. This makes it possible to open up new offshore markets off the coasts of Portugal, Japan or the USA.
Die Firma Makani, entwickelt einen„intelligenten Energie-“, der zu ca. 50 % mehr Strom als ein Rotor herkömmlicher Windkraftanlagen erzeugen kann. Das Unternehmen ist seit 2013 ein Teil von Google X gewesen, die neue effizientere Wege sucht um Wind in Energie umwandeln. Um das zu erreichen, hat Makani ein Flugzeug gebaut, das eigentlich eher wie eine Drohne aussieht aber auf den Boden gefesselte ist so wie ein . Die Hauptkomponenten sind: ein ( oder Fluggerät), eine Leine, eine Bodenstation ein Computer sowie acht Rotoren auf der Kite die ähnlich funktioniert wie die Schaufeln an einer Rotor einer herkömmlicher Windkraftanlagen. Das Hauptwerk fliegt auf einer Kreisbahn. Luftbewegungen über den Rotoren treiben einen Generator an, der elektrische Energie erzeugt. Die elektrische Energie wird durch die Draht- Haltegurte nach unten in die Bodenstation übertragen. Eine Station nimmt allg. deutlich weniger Platz ein als eine herkömmliche Windradturbine. Sie kann jedoch nicht an Orten (die geeignet für konventionelle Windturbinen sind) wie z.B. Bereiche die sehr hügelig oder von der The Makani company is developing an “intelligent energy” that can generate around 50% more electricity than a conventional wind turbine rotor. The company has been part of Google X since 2013, which is looking for new, more efficient ways to convert wind into energy. To achieve this, Makani built an airplane that actually looks more like a drone but is tied to the ground like one. The main components are: a (or aircraft), a line, a ground station, a computer and eight rotors on the kite which work similarly to the blades on a rotor of a conventional wind turbine. The main plant flies on a circular path. Air movements over the rotors drive you Generator that generates electrical energy. The electrical energy is transferred down to the ground station through the wire straps. A station generally takes up significantly less space than a conventional wind turbine. However, it cannot be used in places (which are suitable for conventional wind turbines) such as areas that are very hilly or of the
Bodenstation zu weit entfernt sind installiert werden. Die Bodenstation ermöglicht wenn es technisch notwendig wird das Hauptwerk einfach zu halten da über einen Haltegurt abgespult werden kann. Ground station too far away to be installed. If it is technically necessary, the ground station makes it possible to hold the main plant easily, as it can be unwound with a strap.
Für uns war es wichtig, ein System zu entwickeln, welches grundsätzlich mit unvorhersehbaren Wetterturbulenzen zurecht kommt, als auch theoretisch an jedem Ort auf der Erde einsetzbar ist. Der maximale Anspruch soll dabei auf eine deutlich bessere Kosten-/Nutzen-Relation, im It was important for us to develop a system that can basically cope with unpredictable weather turbulence and that can theoretically be used anywhere on earth. The maximum claim should be for a significantly better cost / benefit ratio, im
Verhältnis zu den bisher dokumentierten Konkurrenzideen und bereits realisierter Systeme, liegen. Die Beherrschung und Nutzbarmachung von Höhenwinden inkludierter extremster Wetterbedingungen ist eine äußerst anspruchsvolle Herausforderung, welche unser Relation to the previously documented competition ideas and systems that have already been implemented. The control and utilization of high-altitude winds, including the most extreme weather conditions, is an extremely demanding challenge that ours
Erfindungsgegenstand bzw. dessen Ausführungsvarianten optimal löst. Selbstverständlich kann unser Erfindungsgegenstand auch in x<l .000 m eingesetzt werden; jedoch liegt der Subject of the invention or its design variants optimally solves. Of course, our subject matter of the invention can also be used in x <1,000 m; however that lies
Einsatzschwerpunkt in weitaus höheren Regionen, um eine maximale Stromgewinnung zu erwirken und dies in einem Dauerbetrieb bei geringen Wartungsintervallen. Unser Mainly used in much higher regions in order to achieve maximum power generation and this in continuous operation with low maintenance intervals. Our
Erfindungsgegenstand wird weitestgehend software-gesteuert autonom agieren und über selbstoptimierenden Algorithmen entsprechend die Steuerungs-, Betriebs und Kontrollfimktion der gesamten Einheit übernehmen. The subject of the invention will largely act autonomously under software control and take over the control, operation and control function of the entire unit using self-optimizing algorithms.
Die Wetterballone bestehen z.B. aus extrem dehnbarem Kautschuk. Sie können ohne weiteres eine Höhe von 38 km erreichen, bevor sie platzen und die Sonde mit einem funksteuerbaren Fallschirm zum Boden zurückkehrt. Heisslufltballone sind z.B. aus einem speziellen, reißfesten Nylonstoff, aus dem auch Spinnaker oder Lenk-Drachen hergestellt werden. Gasballone sind aus einem speziell abgedichteten Gewebe, das dem einer Luftmatratze oder einer der bekannten, gelben Regenjacken ähnelt. Weiterer Werkstoffe sind karbonfaserverstärkter Polyamide die durch ihre integrierten Karbonfasem oder künstliche Spinnseite (biologischer Stahl) sehr hohe Festigkeit, Schlagfestigkeit und eine erhöhte Bruchdehnung aufweisen. Der Werkstoff eigne sich besonders für den Einsatz mechanisch hoch beanspruchter Bauteile, die ein Mindestmaß an Zähigkeit erfordern. Weiter sind flammgeschützte Polyamide aufgrund ihrer speziellen The weather balloons consist e.g. made of extremely elastic rubber. They can easily reach an altitude of 38 km before they burst and the probe returns to the ground with a radio-controlled parachute. Hot air balloons are e.g. Made of a special, tear-resistant nylon material, which is also used to make spinnakers or stunt kites. Gas balloons are made of a specially sealed fabric that resembles that of an air mattress or one of the well-known yellow rain jackets. Further materials are carbon fiber reinforced polyamides which, thanks to their integrated carbon fibers or artificial spinning side (biological steel), have very high strength, impact resistance and increased elongation at break. The material is particularly suitable for the use of mechanically highly stressed components that require a minimum of toughness. Next are flame retardant polyamides due to their special properties
Eigenschaften für guten Detailauflösungen interessant, insbesondere für Gehäuse und beanspruchte Verbindungselemente, in denen ein erhöhter Flammschutz und dünne Wandstärken von Vorteil sind. Werksstoffe mit Hohlglaskugeln aus Polyamid und Karbonfaserfüllung eignen sich für Anwendungen, die in Bauteilen mit kleiner Masse, einer hohen Festigkeit u. Steifigkeit sowie eine hohe thermischer Belastung erfordern. Sensoren erfassen ganz verschiedene physikalische Parameter wie Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit während der Steigballon in an Höhe gewinnt und übermitteln alle Messdaten kontinuierlich z.B. über Datenfunktechnik an die Bodenstation. Die Messung des Luftdrucks ist heute bei vielen Sonden nur noch optional, da die mathematische Bestimmung aus der GPS- Höhe eine Messung ersetzt, jedoch nicht in Fällen bei denen eine sehr hohe Messgenauigkeit notwendig ist. Weiter gibt es sog. Windsonden, die anstelle der früheren optisch verfolgtenProperties of interest for good detail resolutions, especially for housings and stressed fasteners, in which increased flame protection and thin wall thicknesses are advantageous. Materials with hollow glass spheres made of polyamide and carbon fiber filling are suitable for applications in components with small mass, high strength and the like. Require rigidity and a high thermal load. Sensors record a wide variety of physical parameters such as air pressure, temperature and humidity while the balloon is gaining altitude and continuously transmit all measurement data, e.g. via radio data transmission, to the ground station. The measurement of the air pressure is nowadays only optional with many probes, since the mathematical determination from the GPS height replaces a measurement, but not in cases where a very high measurement accuracy is necessary. There are also so-called wind probes, which are optically tracked instead of the earlier ones
Windaufstiege, d.h. Ballon mit Radarreflektor ohne Radiosonde, eingesetzt wurden. Damit soll nur die Windrichtung und Windgeschwindigkeit erfasst werden Diese Sensoren sind einfacher aufgebaut und damit preiswerter, da keine Sensorik und deren Signalverarbeitung notwendig ist. Einige Sonden sind besonders leicht und einfach aufgebaut, gekennzeichnet durch eine geringe Batteriekapazität und geringere Sendeleistung, eignen sie sich jedoch nur für Messungen in der Troposphäre. Temperatursensoren werden heute nur noch sehr selten eingesetzt, da sie nur eine Temperatur übertragen können. Versehen mit einfachen elektronischen Analogschaltungen, die einen Ton in der Frequenz entsprechend der Temperatur verändert haben und über einen kleinen Sender frequenzmoduliert zur Bodenstation übertragen haben. Eine Steighöhenerfassung war, bei kleinen Messfehlern nur über Radar mit entsprechenden Reflektoren möglich. Übertragungen von Daten erfolgen heute im Frequenzbereich von 400 MHz bis 406 MHz. Je nach Sensortypen werden Kanäle mit unterschiedlicher Bandbreite belegt. Moderne Sensorsysteme belegen nur etwa 5 kHz. Jede Aufstiegsstelle nutzt dabei die ihr zugewiesenen Frequenzen. In der Regel gibt es eine Hauptffequenz und eine Ausweich-/Nachstartfrequenz, die genutzt wird, wenn die schon gestartete Sonde fehlerhaft ist und ein damit Nachstart notwendig wird bzw. die Hauptffequenz durch Störungen nicht mehr verwendbar ist. Es gibt außerdem noch Radio-Sensorsysteme welche im Frequenzbereich von 1,68 GHz Daten übertragen. Viele Systeme verfügen auch über einstellbare Mechaniken, um sich nach festgelegt definierten Fehlfunktionen im Flug abzuschalten. Meist ist neben der Übertragung von physikalischen Messdaten zusätzlich eine Telemetrie für die internen Messgrößen zur Überwachung möglich, z.B. Batteriespannung, Temperatur des Mikroprozessors oder eine Strom- und Spannungsmessung externer Sensoren zur Funktionsüberwachung. Trotz immer leichteren Systeme wird zur Erreichung der benötigten Betriebshöhe aus physikalischen Gründen ein Ballonvolumen entsprechender Größe benötigt. Gemäß der Empfehlung der WMO soll der Aufstieg mit etwa 300 m pro Minute erfolgen. Fallen nun Systeme durch Fehlfunktionen oder Kollisionen mit anderen physikalischen flugfähigen Objekten auf den Erdboden zurück können zur Reduzierung der Fallgeschwindigkeit sehr hilfreich autonome bzw. automatische, funkgesteuerte Fallschirme eingesetzt werden. Die erreichten Fallgeschwindigkeiten lassen sich bei der Verwendung von einfachen Fallschirmen nicht zuverlässig Vorhersagen, da die Funktion des Fallschirmes durch verhedderte Seile oder Stoß mit Systemresten oder Fremdkörpern immer unterschiedlich stark beeinträchtigt sein kann. Wind rises, ie balloon with radar reflector without radiosonde, were used. This means that only the wind direction and wind speed should be recorded. These sensors have a simpler structure and are therefore cheaper, since no sensors and their signal processing are necessary. Some probes are particularly light and simple in design, characterized by a low battery capacity and lower transmission power, but they are only suitable for measurements in the troposphere. Today, temperature sensors are rarely used because they can only transmit one temperature. Provided with simple electronic analog circuits that changed the frequency of a tone according to the temperature and transmitted it to the ground station in a frequency-modulated manner via a small transmitter. In the event of small measurement errors, the ascending height could only be recorded using radar with appropriate reflectors. Today, data is transmitted in the frequency range from 400 MHz to 406 MHz. Depending on the sensor type, channels are assigned different bandwidths. Modern sensor systems only occupy around 5 kHz. Each point of ascent uses the frequencies assigned to it. As a rule, there is a main frequency and an alternate / restart frequency that is used if the probe that has already started is faulty and a restart is necessary or the main frequency can no longer be used due to interference. There are also radio sensor systems which transmit data in the frequency range of 1.68 GHz. Many systems also have adjustable mechanisms to switch off according to defined, defined malfunctions in flight. In addition to the transmission of physical measurement data, telemetry is usually also possible for the internal measurement variables for monitoring, e.g. battery voltage, temperature of the microprocessor or a current and voltage measurement of external sensors for function monitoring. Despite ever lighter systems, a balloon volume of the appropriate size is required for physical reasons in order to achieve the required operating altitude. According to the WMO recommendation, the ascent should take place at around 300 m per minute. If systems fall back to the ground due to malfunctions or collisions with other physical airworthy objects, autonomous or automatic radio-controlled parachutes can be used very helpful to reduce the falling speed. The speed of fall achieved cannot be reliably predicted when using simple parachutes because the function of the parachute is caused by tangled ropes or Impact with system residues or foreign bodies can always be affected to different degrees.
3. Technischer Aufbau und physikalische Wirkung des Erfindungsgegenstandes und differenter Ausführungsformen 3. Technical structure and physical effect of the subject matter of the invention and different embodiments
Höhenwind ist die Bezeichnung für die im Wesentlichen horizontale ständig Luftbewegung in der freien Atmosphäre, bei der ein Einfluss des Erdbodens durch Reibungskräfte nicht mehr oder nur noch in geringem Maße aerodynamisch wirksam ist. Richtung und Geschwindigkeit des Höhenwinds sind jedoch von der jeweiligen Wetterlage abhängig u. werden physikalisch von der horizontalen Druck- und Temperaturverteilung bestimmt. Der Höhenwind in der Troposphäre (von 0 bis 20 km) nimmt mit der Höhe zu und erreicht unterhalb der Tropopause in den High wind is the name for the essentially horizontal constant air movement in the free atmosphere, in which the influence of the ground due to frictional forces is no longer or only slightly aerodynamically effective. The direction and speed of the high-altitude wind, however, depend on the respective weather conditions and the like. are physically determined by the horizontal pressure and temperature distribution. The high wind in the troposphere (from 0 to 20 km) increases with altitude and reaches below the tropopause in the
Strahlströmen (Jetstream) seine größte Geschwindigkeit. Diese atmosphärischen Windbänder erreichen Windgeschwindigkeiten von bis zu 150 m/s (540 km/h) mit einer fast horizontalen Strömungsachse (Jetachse), wobei sie sowohl vertikal als auch horizontal mit zunehmender Entfernung von dem Strömungszentrum rasch abfallt. Sie bilden sich durch die globale Jet streams at their greatest speed. These atmospheric wind bands reach wind speeds of up to 150 m / s (540 km / h) with an almost horizontal flow axis (jet axis), decreasing rapidly both vertically and horizontally with increasing distance from the flow center. They are formed by the global
Ausgleichsbewegungen zwischen verschiedenen Temperaturregionen bzw. Hochdruck- und Tiefdruckgebieten aus und stellen die stärksten natürlich auftretenden Winde dar, wobei sie im Vergleich zu den anderen Wetterphänomenen immer sehr verlässlich über mehrere Tage stabil auftreten. Kurzfristig können sich warme von kalten Luftmassen trennen. Sie verwirbeln sich jedoch schnell durch Vertikalbewegungen. Die warmen Luftmassen werden auf ihrem Weg zum Nordpol durch die Erdrotation abgelenkt, wobei sie jedoch ihre hohe Bahngeschwindigkeit beibehalten. Compensatory movements between different temperature regions or high pressure and low pressure areas and represent the strongest naturally occurring winds, whereby they always occur very reliably and stable over several days compared to the other weather phenomena. Warm and cold air masses can separate briefly. However, they swirl quickly through vertical movements. The warm air masses are deflected by the Earth's rotation on their way to the North Pole, but they maintain their high orbital speed.
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie zur Verfügung, welche wenigstens Folgendes umfasst: The invention provides an apparatus for generating electrical energy which comprises at least the following:
a) Eine Bodenstation, welche am Boden aufsteht oder dort befestigt ist, a) A ground station that stands on the ground or is attached to it,
b) ein mit Gas gefüllter Höhen-Steigballon, welcher in einer Betriebsstellung von der b) an altitude balloon filled with gas, which in an operating position of the
Bodenstation vertikal beabstandet und an der Bodenstation durch wenigstens ein Halteseil gehalten ist, The ground station is vertically spaced and held at the ground station by at least one tether,
c) eine am Höhen-Steigballon drehbar gelagerte Windturbine mit einer Windturbinenachse, die einen an dem Höhen-Steigballon angeordneten Wechsel- und/oder Gleichstromgenerator zur Erzeugung von elektrischem Strom antreibt, c) a wind turbine rotatably mounted on the high-altitude balloon with a wind turbine axis which drives an alternating and / or direct current generator arranged on the high-altitude balloon to generate electrical power,
d) wenigstens ein Stromleitungselement, welches zwischen einer ersten, an dem Höhen- Steigballon angeordneten Zentraleinheit und einer an der Bodenstation angeordneten zweiten Zentraleinheit gezogen ist und den erzeugten Strom von der ersten Zentraleinheit in die zweite Zentraleinheit leitet. Fig.l zeigt eine einfache Bauvariante des Erfmdungsgegenstandes in einer detaillierten d) at least one power line element, which is drawn between a first central unit arranged on the high-altitude balloon and a second central unit arranged at the ground station and which conducts the generated current from the first central unit into the second central unit. Fig.l shows a simple construction variant of the subject of the invention in a detailed
Beschreibung sämtlicher, zu berücksichtigten Einzelaggregate, also einen mechatronischen Prinzipaufbau, einer ballongeführten Vorrichtung eines Höhenwindturbinengenerators zu der Erzeugung elektrischer Energie bzw. des elektrischen Stroms. Als Auftriebssystem wird ein mit einem geeigneten Gas gefüllter Steigballon 1.1 verwendet. Empfohlene Steiggeschwindigkeit ca. 5 m/s gemessen am startenden Steigballon. Description of all the individual units to be taken into account, i.e. a mechatronic principle structure, of a balloon-guided device of an altitude wind turbine generator for generating electrical energy or electrical current. A balloon 1.1 filled with a suitable gas is used as the buoyancy system. Recommended rate of climb approx. 5 m / s measured at the starting balloon.
Die Ballonhüllen und technischen Applikationen müssen aus Gewichtsgründen möglichst leicht sein. Sie müssen sich gut ausdehnen lassen, ohne undicht zu werden, um das im Innenraum befindliche Gas nicht entweichen zu lassen. Klassische Werkstoffe für die Hüllenfertigung sind neben Latex überwiegend Kautschuk oder auch synthetisch gewonnene Werkstoffe. Jedoch müssen Hochleistungsfolie für Ballonhüllen sowie Einbauhülsen für Sensoren, Durchfiihrhülsen für Kabel und Entgasungshülsen für Ventile absolut reißfest und perforationsfest sein. Es werden z.B. 15mih bis 25 pm dicke Folien aus einem schlagfesten und durchstoßfesten Polyethylen-Harz oder aus karbonfaserverstärktes Polyamid und oder künstliche Spinnseite mit integrierten Karbonfasem die auch eine sehr hohe Festigkeit, Schlagfestigkeit und für einen faserverstärkten Werkstoff auch erhöhte Bruchdehnung und Flammschutz aufweisen. Eine Faser aus künstlich hergestellter Spinnenseide auch als biologischer Stahl bekannt (Fa. AMSilk) ist bei sehr kleinem Gewicht ca. 25-mal höher belastbar wie ein vergleichbarer technischer Stahldraht. The balloon envelopes and technical applications must be as light as possible for weight reasons. You must be able to expand well without becoming leaky, in order not to let the gas in the interior escape. In addition to latex, classic materials for envelope production are mainly rubber or synthetically obtained materials. However, high-performance film for balloon envelopes as well as installation sleeves for sensors, feed-through sleeves for cables and degassing sleeves for valves must be absolutely tear-proof and perforation-resistant. For example, 15 mi h to 25 pm thick films made of an impact-resistant and puncture-resistant polyethylene resin or of carbon fiber-reinforced polyamide and / or artificial spinning side with integrated carbon fibers that also have very high strength, impact resistance and, for a fiber-reinforced material, increased elongation at break and flame protection. A fiber made from artificially produced spider silk, also known as biological steel (AMSilk), has a very low weight and is approx. 25 times more resilient than a comparable technical steel wire.
Hochleistungskunststoffe wie halbtransparente Thermoplaste auf Polyamid Basis brennen nicht und können bis etwa 500 °C belastet werden. Auf Pulver basierten Werkstoffen für eine Additive Fertigung eignet sich auch für viele weitere Anwendungen z.B. für Gehäuse und hoch High-performance plastics such as semi-transparent thermoplastics based on polyamide do not burn and can withstand loads of up to around 500 ° C. Powder-based materials for additive manufacturing are also suitable for many other applications, e.g. for housing and high
Beanspruchte Verbindungselemente, in denen ein erhöhter Flammschutz und dünne Stressed fasteners in which an increased flame retardancy and thin
Wandstärken von Vorteil ist. Um den Steigballon vor extremen physikalischen, chemischen und biologischen Umgebungsbedingungen zu schützen und damit in der gewünschte Steighöhe zu halten sollte er vorzugsweise zusätzlich mit einem mehr- oder einschichtigen Ballonsack und/oder - Gittemetz/Ballonnetz umhüllt werden, welche auch mit dem Halteseil (1.2) verbunden werden kann, um die Ausrichtung des Gesamtsystem optimal in Richtung Wall thickness is beneficial. In order to protect the climbing balloon from extreme physical, chemical and biological environmental conditions and thus to keep it at the desired height, it should preferably also be wrapped in a multilayer or single-layer balloon bag and / or mesh / balloon net, which is also covered with the tether (1.2) can be connected to the alignment of the overall system optimally towards
windzugewandter Seite (= LUV) und abknick-vorbeugend zu gewährleisten. Ensure the windward side (= LUV) and prevent kinking.
Bestehend aus adäquat verträgliche Materialien jedweder Art die in idealer Weise den meteorologischen Witterungsproblemen z.B. Vereisung Stand zu halten. Außerdem sollte in der Außenschicht des Ballonsacks vorzugsweise eine Enteisungs- und Abtauvorrichtung (z.B. Consisting of adequately compatible materials of any kind that are ideally suited to meteorological weather problems, e.g. To withstand icing. Also, in the outer layer of the balloon bag, there should preferably be a de-icing and defrosting device (e.g.
thermischen Heizfaden metallischer und/oder kunststofftechnischer Art) verbaut werde, welche aus den oben genannten Energiequellen (Sekundärstromkreis) gespeist werden. Der Steigballon ist im oberen Ballonbereich bestückt mit einem Gasdifferenzdrucksensor (1.8) und im unteren Ballonbereich mit einem sensorgesteuerten Gasdruckregelventil (1.9). Der Gassteigballon ist mechanisch starr verbunden mit einem stabilen Gehäuse (1.2) der Technischen Zentraleinheit 1 in der Leitungsverbindungen unterschiedlicher Technologie, wie technische Elektro- u. Gasanschlüsse, untergebracht sind. Darunter verbaut befindet sich eine Windturbine (1.4) zur Erzeugung des mechanischen Drehmomentes für den Antrieb des nach folgenden Wechselstrom-Generator (1.5) zur Erzeugung der elektrischen Energie bzw. des elektrischen Wechselstromes. Die Windturbine (1.4) kann mechanisch so konstruiert sein, dass sie eine durchgehende zentral kugelgelagerte Antriebswelle besitzt, wobei das untere Wellenende mit einer geeignet geformten nicht zu schweren Metall-Schwungscheiben (1.27) versehen ist die gleichzeitig als mechanische Kopplung für den Antrieb eines Wechselstrom-Generators (1.5) benutzt werden kann. Durch die Rotation der Schwungscheibe können die Schwankungen der Geschwindigkeit, bedingt durch die Schwankungen des Windstrom erzeugt, dynamisch gut ausgeglichen bzw. gedämpft werden. Gleichzeitig wird die räumliche Lage der Zentralachse des Höhenwindgenerators gegen mittlere Windstöße gut stabilisiert. Die Windturbine (1.4) kann mit einer geeigneten Wirbelstrombremse bei Bedarf, über die Erfassung der gleichgerichteten Generatorspannung, begrenzt werden. Der nachgeschaltete elektrische Transformator (1.6) hat eine Primärwicklung zum Anschluss an den Wechselstrom - Generator (1.5) und zwei thermal filament of metallic and / or plastic-technical type), which are fed from the above-mentioned energy sources (secondary circuit). The balloon is equipped with a gas differential pressure sensor (1.8) in the upper part of the balloon and with a sensor-controlled gas pressure control valve (1.9) in the lower part of the balloon. The gas balloon is mechanically rigidly connected to a stable housing (1.2) of the technical central unit 1 in the line connections of different technology, such as technical electrical u. Gas connections, are housed. A wind turbine (1.4) for generating the mechanical torque for driving the following alternating current generator (1.5) for generating the electrical energy or the electrical alternating current is installed underneath. The wind turbine (1.4) can be mechanically constructed in such a way that it has a continuous drive shaft with central ball bearings, whereby the lower shaft end is provided with a suitably shaped, not too heavy metal flywheel (1.27) which simultaneously acts as a mechanical coupling for driving an alternating current Generator (1.5) can be used. As a result of the rotation of the flywheel, the fluctuations in speed caused by the fluctuations in the wind current can be dynamically well balanced or damped. At the same time, the spatial position of the central axis of the high-altitude wind generator is well stabilized against medium gusts of wind. If necessary, the wind turbine (1.4) can be limited with a suitable eddy current brake by detecting the rectified generator voltage. The downstream electrical transformer (1.6) has a primary winding for connection to the alternating current generator (1.5) and two
Sekundärwicklungen, wobei die Sekundärwicklung 1 für die Erzeugung der elektrischen Energie für den Endverbraucher und die Sekundärwicklung 2 für die Erzeugung der Secondary windings, the secondary winding 1 for the generation of electrical energy for the end user and the secondary winding 2 for the generation of the
Versorgungsspannungen für sensorische, analoge und digitale elektronische oder funktechnische Baugruppen (FM- oder PGM -Technik) in der Technischen Zentraleinheit (1.1). Zusätzlich kann bei Bedarf in der Technischen Zentraleinheit ein kleiner leichter Li- Akkumulator verbaut sein, um z.B. Strömungsschwankimgen auszugleichen bzw. zu überbrücken, der über die Supply voltages for sensory, analog and digital electronic or radio components (FM or PGM technology) in the technical central unit (1.1). In addition, a small, lightweight Li accumulator can be installed in the technical central unit, e.g. To compensate for flow fluctuations or to bridge over the
gleichgerichtete Wechsel-Spannung der Sekundärwicklung 2 geladen werden kann, und so als gepufferte Versorgungsspannung erzeugt wird. Zur einer verlustarmen Übertragung der elektrischen Energie über eine Distanz von ca. 20 km mit einer geeigneten elektrischen Leitung in (1.3) wird mit Hilfe der Sekundärwicklung 1 des Transformator (1.6) eine Hochspannung und ein kleiner Wechselstrom erzeugt. Dieser wird mit einem Gleichrichter (1.7) in einen kleinen Gleichstrom umgeformt so, dass nur ein sehr kleiner Spannungsverlust in den Leitungen (Hochspannungsleitung und Rückleitung mit Abschirmung) entsteht. Das untere Ende der Hochspannungs- Rückleitung im abgeschirmten Kabel (1.3) wird mit einem geeigneten rectified AC voltage of the secondary winding 2 can be charged, and is thus generated as a buffered supply voltage. For a low-loss transmission of electrical energy over a distance of approx. 20 km with a suitable electrical line in (1.3), a high voltage and a small alternating current are generated with the help of the secondary winding 1 of the transformer (1.6). This is converted into a small direct current using a rectifier (1.7) so that only a very small voltage loss occurs in the lines (high-voltage line and return line with shielding). The lower end of the high voltage return line in the shielded cable (1.3) is connected to a suitable
Wechselrichter (1.10), z.B. mit präzise angesteuerten IGBTs, verbunden der aus einem kleinen Gleichstrom auf ein höheres Spannungsniveau transformiert und so eine entsprechende große Wechselspannung erzeugt. Über einen zweiten Transformator (1.11) wird dann eine sehr hohe Wechselspannung in eine sehr niedere Wechselspannung umgewandelt. Danach wird über einen elektrischen Energiespeicher (1.16) zur Energiepufferung mit einem Frequenzumrichter (1.22) eine Frequenzanpassung erzeugt, welche die Wechselspannung an die Verbraucherbedürfnisse angepasst in ein geeignetes Elektro-Kabel 2 (1.21) eingespeist. Für eine Füllgaspufferung wird ein Gaspuffer (1.15) vorgesehen. Die gesamte gefesselt schwebende obere Teilvorrichtung wird über drei starke Drahtseile in einer Bodenplatte (1.17) verankert.. Die Drahtseile sind mit DMS- Technologie so versehen, dass der mechanische Spannungszustand der Drahtseile kontinuierlich überwacht werden kann. Eine Vorrichtung (1.14) dient der Straffung und Überwachung des Ab- bzw. Aufwickelns der drei Halte-Drahtseile (1.12 mit integrierter DMS -Applikation und eines Kabelschlauches (1.3). Eine dicke Bodenplatte (1.17) ist mit drei, um je 120° gegeneinander versetzen Pfeilern (1.18), (1.19) und (1.20) im Boden (1.23) extrem stark verankert. Über die Sekundärwicklung 2 des Transformator (1.6) können die Versorgungsgleichspannungen für sensorische, analoge und digitale mikroelektronische sowie sendetechnische Baugruppen (FM- Technik oder PCM) in der Technischen Zentraleinheit 2 (1.13) bereitgestellt werden. In die drei Fallschirmboxen (1.24), (1.25) und (1.26), bestückt mit der geeigneten Beschleunigungssensoren oder Funktechnik können zeitgleich drei Bremsfallschirme ausgestoßen werden, die für eine weiche Landung auch im Falle eines Absturzes sorgen. Inverter (1.10), e.g. connected to precisely controlled IGBTs, which transforms a small direct current to a higher voltage level and thus generates a correspondingly large alternating voltage. A second transformer (1.11) then generates a very high AC voltage converted into a very low AC voltage. Then an electrical energy store (1.16) for energy buffering with a frequency converter (1.22) generates a frequency adjustment which feeds the AC voltage into a suitable electrical cable 2 (1.21), adapted to the consumer needs. A gas buffer (1.15) is provided for filling gas buffering. The entire tied, floating upper part of the device is anchored in a base plate (1.17) using three strong wire ropes. The wire ropes are provided with strain gauge technology so that the mechanical tension of the wire ropes can be continuously monitored. A device (1.14) is used to tighten and monitor the unwinding and winding up of the three holding wire ropes (1.12 with integrated strain gauge application and a cable hose (1.3). A thick base plate (1.17) is arranged with three, each at 120 ° against each other offset pillars (1.18), (1.19) and (1.20) anchored extremely strongly in the ground (1.23). Via the secondary winding 2 of the transformer (1.6) the DC supply voltages for sensor, analog and digital microelectronic as well as transmission components (FM technology or PCM ) in the technical central unit 2 (1.13). In the three parachute boxes (1.24), (1.25) and (1.26), equipped with the appropriate acceleration sensors or radio technology, three braking parachutes can be ejected at the same time, which for a soft landing also in the case of worry about a crash.
Fig. 1 b zeigt Modifikationen zur Fig. 1 dahingehend, dass es zusätzliche Halteseile (1.122) am vollends umschließenden Ballonnetzgitter (1.29) mit integrierter, Software- und sensorgestützten, autonom/automatisch oder via Fernsteuerung (Notfallplan), Enteisungs- und Auftauvorrichtung (z.B. Heizdrähte) dessen verstärkte, dehnbare aber zugfesten Zentralbändem (1.30), welche den Ballon mittig von Nord nach Süd (180 oder 360 Grad) und/oder mittig von Ost nach West (180 oder 360 Grad) umschließen sowie zusätzlichen Halteseile an der oberen Befestigungsplattform (1.29) und der unteren Befestigungsplattform (1.30) der Windturbine (1.4) samt Wechsel- /Gleichstromgenerators (1.5) mit vorzugsweise vorgeschalteten, Software- und sensorgestützten, autonomen/automatischen oder ferngesteuerten Getriebe (z. B. Planetengetriebe) mit oder ohne einer unterstützenden Wirbelstrombremse, um die Geschwindigkeit der Antriebswelle des Generators zu beschleunigen oder abzubremsen, den bereits beschriebene Ausführungsmerkmale bzw. Aggregate und natürlich den primären Halteseilen (1.12), welche die Gasballoneinheit mit der Bodenplattform verbindet. Die Halteseile (1.12 und 1.122) sollten vorzugsweise an elektrischen, Software- und sensorgestützte, autonom/ automatisch oder via Fernbedienung (Notfallplan), Seilfixierungs- bzw. -Straffungsvorrichtungen (1.121) befestigt werden, um den Steigballon mit integrierter Windturbine optimal und permanent ausrichten zu können. Fig. 2 zeigt die zur gerätetechnischen Fig.l gehörige vereinfachte signaltechnische Detailierung sowie die zugehörigen Signalflüsse von mechanischen, elektrischen und elektronischen Mess-, Steuer- und Regelgrößen. Als Auftriebssystem des Erfindungsgegenstandes in die Troposphäre kann auf Grund der dort herrschenden physikochemischen, aerostatischen und metrologischen Umgebungseinflüsse nur ein mit einem geeigneten Trägergas (wie z.B. Eh, He) oder mit einer geeigneten Trägergasmischung (wie z.B. Eh, CH4, CO, ...) befüllter Steigballon 2.1 in Betracht kommen. An der oberen Außenseite eines Steigballons befindet sich die äußere Grenzschicht der Höhenwinde und auf der oberen Innenseite des Steigballons die Grenzschicht des Trägergases. An der oberen Messstelle des Steigballons kann relativ fehlerarm die wirksame Druckdifferenz zwischen dem Ballonaußendruck und dem Balloninnendruck messtechnisch erfassen werden.Fig. 1 b shows modifications to Fig. 1 to the effect that there are additional tethers (1.122) on the completely enclosing balloon net grid (1.29) with integrated, software and sensor-supported, autonomous / automatic or via remote control (emergency plan), de-icing and thawing device (e.g. Heating wires) its reinforced, stretchable but tensile central straps (1.30), which surround the balloon in the middle from north to south (180 or 360 degrees) and / or in the middle from east to west (180 or 360 degrees) as well as additional holding ropes on the upper mounting platform ( 1.29) and the lower mounting platform (1.30) of the wind turbine (1.4) including alternating / direct current generator (1.5) with preferably upstream, software and sensor-supported, autonomous / automatic or remote-controlled gears (e.g. planetary gears) with or without a supporting eddy current brake In order to accelerate or decelerate the speed of the drive shaft of the generator, the execution already described and of course the primary tether (1.12) which connects the gas balloon unit to the floor platform. The tethers (1.12 and 1.122) should preferably be attached to electrical, S oftware- and sensor-based, autonomous / automatic or via remote control (emergency plan), Seilfixierungs- or -Straffungsvorrichtungen (1,121), optimally aligned and permanently to the riser balloon with integral wind turbine to be able to. FIG. 2 shows the simplified signaling detailing associated with the device-related FIG. 1, as well as the associated signal flows of mechanical, electrical and electronic measurement, control and regulation variables. Due to the prevailing physicochemical, aerostatic and metrological environmental influences, only one with a suitable carrier gas (such as Eh, H e ) or with a suitable carrier gas mixture (such as Eh, CH4, CO, ...) can be used as the buoyancy system for the subject of the invention into the troposphere. ) filled climbing balloon 2.1 come into consideration. The outer boundary layer of the high-altitude winds is located on the upper outside of a balloon and the boundary layer of the carrier gas is on the inside of the balloon. At the upper measuring point of the balloon, the effective pressure difference between the external pressure of the balloon and the internal pressure of the balloon can be measured with relatively few errors.
An der oberen Messstelle wird ein geeigneter Differenzgasdrucksensor (2.8) eingebaut. Dieser besteht aus zwei geeigneten und exakt baugleichen Sensoren (z.B. piezoelektrische Sensoren), vorzugsweise in einem gemeinsamem Gehäuse. Diese Drucksensoren werden über je zwei Leitungen also 4-mal (2.19) durch geschickte Verdrahtung, auf nur drei reduzierte die mit einer mikroelektronischen Signalverarbeitung zur Auswertung und Dokumentation von zwei Einzel- und einem Differenzdrucksignalen verwendet. Wobei der obere Drucksensor in Kontakt mit der äußeren Atmosphäre steht und somit den Höhendruck in der Troposphäre erfasst und damit die aktuelle Steighöhe (Höhenlage). Der untere Drucksensor hat Kontakt mit dem Trägergas des Steigballons und erfasst somit seinen Innendruck (Steigdruck). Die beiden getrennt erfassten Drucksensor-Signale ermöglichen durch elektronische Differenzbildung der Spannungssignale eine Aussage über den Füllzustand des Gases (Gasdruck). Da im Prallzustand des Steigballons der Innendruck und Außendruck fast exakt gleich groß sind, ermöglicht das ein elektronisches Null-Differenzsignal zur kontinuierlichen Überwachung des Steigzustandes des Steigballons und damit eine mögliche Kalibrierung des Systems im Messeinsatz. Die genutzten Sensoren und ihre Sensorleitungen können auf der technologischen Basis von leitfähigen Nanotinten hauchdünn gedruckt werden. Die Vorteile von gedruckten Sensoren und ihren Sensorleitungen sind offen sichtlich, da sie nicht nur extrem dünn und damit auch sehr leicht und sehr biegsam sowie sehr kostengünstig fertigbar sind, sondern sehr verlässlich Messaufgaben durchführen können. Die weitere Verdrahtung der Leitungen erfolgt in der Technischen Zentraleinheit (2.2) so, dass die Differenzspannung und eine Einzelspannung so zur Verfügung stehen, dass sie jeweils über zwei geeignete elektronische Spannungs-Frequenz-Wandler in geeignete frequenzanaloge Signale gewandelt werden und dadurch direkt mit einem geeigneten Mikrocomputer/Signalprozessor in der Technischen Zentraleinheit (2.13) für mess- und regelungstechnische Anwendungen algorithmisch aufbereitet werden können. Eine frequenzanaloge Übertragung der Messsignale gestattet allg. eine fehlerarme Signalübertagung, da bei einer Frequenzauswertung der A suitable differential gas pressure sensor (2.8) is installed at the upper measuring point. This consists of two suitable and exactly identical sensors (eg piezoelectric sensors), preferably in a common housing. These pressure sensors are each used 4 times (2.19) via two lines by clever wiring, reduced to just three, the ones with microelectronic signal processing for the evaluation and documentation of two individual and one differential pressure signals. The upper pressure sensor is in contact with the outside atmosphere and thus records the altitude pressure in the troposphere and thus the current altitude (altitude). The lower pressure sensor has contact with the carrier gas of the balloon and thus records its internal pressure (pressure rise). The two separately recorded pressure sensor signals enable a statement to be made about the filling level of the gas (gas pressure) through electronic difference formation between the voltage signals. Since the internal pressure and external pressure are almost exactly the same when the balloon is in the state of impact, this enables an electronic zero-difference signal to continuously monitor the status of the balloon and thus a possible calibration of the system during the measurement. The sensors used and their sensor lines can be printed extremely thinly on the technological basis of conductive nano inks. The advantages of printed sensors and their sensor cables are obvious, since they are not only extremely thin and therefore also very light and very flexible and can be manufactured very inexpensively, but can also perform measurement tasks very reliably. The further wiring of the lines takes place in the technical central unit (2.2) so that the differential voltage and an individual voltage are available so that they are converted into suitable frequency-analogue signals via two suitable electronic voltage-frequency converters and thus directly with a suitable one Microcomputer / signal processor in the technical central unit (2.13) can be processed algorithmically for measurement and control applications. A frequency-analog transmission of the measurement signals generally permits low-error signal transmission, since the frequency evaluation of the
Messsignale durch die Kabellänge des Übertragungsweges und durch elektromagnetische Störsignale physikalisch fast kein Abfall der Signalamplituden entsteht. Es gibt außerdem noch eine weitere andere technische Möglichkeit zur elektrischen Signalübertragung. Die beiden elektrischen Sensorsignale, können z.B. auch über geeignete Vorverstärker und geeigneten DC- Spannungs-/AC-Stromwandler (DC / AC-Wandler) in ein geeignetes analoges Gleichstromsignal gewandelt werden, das außerdem am Kabelende über je einen geeigneten AC-Strom- / DC- Spannungswandler (AC / DC-Wandler) wieder in ein geeignetes analoges Spannungssignal gewandelt wird. Durch den hochohmigen Abschluss der Übertragungskabel ist eine fast stromlose Übertragung möglich so, dass die Leiterlänge eine fast vemachlässigbare Dämpfung der Signalstärke bewirkt. Allerdings muss gut darauf geachtet werden, dass die Leitungen gegen elektromagnetische Störsignale (EMV) sehr wirksam abgeschirmt werden z.B. über hochwertige geschirmte Koaxialkabel. Die Sensorsignale können, bei fast allen Signalübertragungsarten, auch über Analog-/ Digital- Wandler und einem Microcomputer für mess- und regelungstechnische Anwendungen aufbereitet werden. Für eine kabellose Übertragungstechnik mit einem Sender- und Empfänger (HF-Technik), in dem zugelassenen und geeigneten Frequenzband, bieten sich verschiedene Modulationsverfahren an. Im einfachsten Fall eine Amplitudenmodulation (AM) oder etwas aufwendiger und störsicher mit einer Frequenzmodulation (FM) bei der FM/FM- Telemetrie oder Pulsamplitudenmodulation (PCM) bei der PCM-Telemetrie. Auf der Unterseite des Steigballons (2.1), extrem gas dicht in die Steigballonhülle eingebaut ist ein geeignetes Gasdruckregelventil (2.9) zur Befüllung (2.12) d.h. Druckerhöhung oder Entleerung (2.16) d.h. Druckemiedrigung des Steigballondrucks mit einem entsprechenden Trägergas verbaut. Über ein Gasdruckregelventil (2.9) ist eine Regelung der Höhenposition möglich. Das Differenzsignal der einstellbaren Trägergasdichte (Sollwert) und der aktuellen Luftdichte in der Troposphäre (Istwert) bildet über einen elektronischen Regler ein Signal zur Regelung des Stellgliedes (2.9, Gasdruckventil) zur Einleitung einer gewünschten Ballonhöhen-Korrektur (Regelprozesses) für die Prallhöhe über eine Regler- Ventilleitung (2.17). Die Befüllung des Steigballons mit Measurement signals due to the cable length of the transmission path and due to electromagnetic interference signals, there is almost no physical drop in the signal amplitudes. There is also another technical possibility for electrical signal transmission. The two electrical sensor signals can e.g. can also be converted into a suitable analog direct current signal via suitable preamplifiers and suitable DC voltage / AC current converters (DC / AC converters), which are also transmitted at the end of the cable via a suitable AC current / DC voltage converter (AC / DC Converter) is converted back into a suitable analog voltage signal. Due to the high-resistance termination of the transmission cable, almost currentless transmission is possible so that the length of the conductor causes an almost negligible attenuation of the signal strength. However, it must be ensured that the lines are very effectively shielded against electromagnetic interference signals (EMC), e.g. via high-quality shielded coaxial cables. With almost all types of signal transmission, the sensor signals can also be processed via analog / digital converters and a microcomputer for measurement and control applications. Various modulation methods are available for wireless transmission technology with a transmitter and receiver (HF technology) in the approved and suitable frequency band. In the simplest case, an amplitude modulation (AM) or somewhat more complex and interference-free with a frequency modulation (FM) in FM / FM telemetry or pulse amplitude modulation (PCM) in PCM telemetry. A suitable gas pressure regulating valve (2.9) for filling (2.12) is installed on the underside of the balloon (2.1), extremely gas-tight in the balloon envelope. Pressure increase or evacuation (2.16) i.e. Pressure reduction of the balloon pressure installed with a corresponding carrier gas. The height position can be regulated via a gas pressure control valve (2.9). The difference signal of the adjustable carrier gas density (target value) and the current air density in the troposphere (actual value) forms a signal via an electronic controller to control the actuator (2.9, gas pressure valve) to initiate a desired balloon height correction (control process) for the rebound height via a controller - valve line (2.17). The filling of the balloon with
Trägergas erfolgt über einen Gasspeicher (2.30) mit einem Gasleitungsschlauch (2.17) und die Entleerung entsprechend mit einem steuerbaren Gasventil (2.9) über Ventilanschluss (2.16) zur Höhen-Korrektur. Schwankungen des Trägergases können in vorgegebenen Wertebereichen über einen geeigneten Gasspeicher (2.15) gepuffert werden. Der Steigballon (2.1) ist mit der Carrier gas takes place via a gas storage tank (2.30) with a gas line hose (2.17) and emptying with a controllable gas valve (2.9) via valve connection (2.16) for height correction. Fluctuations in the carrier gas can be buffered in predefined value ranges using a suitable gas reservoir (2.15). The climbing balloon (2.1) is with the
Technischen Zentraleinheit (2.2) über eine starre mechanische Kopplung Kl direkt mit der Technischen Zentraleinheit oder über eine geeignete leichte Netzkonstruktion z.B. bestehend aus einer extrem belastbaren künstlichen Spinnenseite, welche den Ballon geeignet umhüllt, elastisch verbunden ist. In der Technischen Zentraleinheit (2.2) sind verschiedene Verteiler- und Verknüpfungsanschlüsse für die Leitungen (2.17), (2.18), (2.19) und (2.15) sowie die Zu- undTechnical central unit (2.2) is elastically connected directly to the technical central unit via a rigid mechanical coupling Kl or via a suitable lightweight network construction, for example consisting of an extremely resilient artificial spider side which envelops the balloon in a suitable manner. In the technical central unit (2.2) are various distribution and Linking connections for the lines (2.17), (2.18), (2.19) and (2.15) as well as the inlet and
Ableitungen der Sensorsignale und der Energieträgerleitungen EMV gerecht untergebracht. Über eine starre mechanische Kopplung K2 ist die Technische Zentraleinheit (2.2) mit einer geeigneten Gas- bzw. Windturbine (2.4; z.B.: mit orthogonalen, flügelähnlichen Schaufeln) verbunden. Es gibt allg. verschiedene Varianten bzw. Ausfuhrungsformen von Windturbinen die unterschiedlich gut für den Erfindungsgegenstand geeignete sind. Es wird beispielhaft ein sog. Savonius-Rotor (erfunden von Sigurd Savonius) für den Einsatz im Erfindungsgegenstand beschrieben. Siehe hierzu auch die Zeichnungen aus der österreichischen Patentschrift von Savonius (1925). Die gewählte Ausführungsform besteht aus mehreren schaufelförmigen, einander überlappenden frei axialbeweglichen Flügeln, die entlang der vertikalen Drehachse verbaut und zwischen zwei kreisförmigen Endscheiben mit zentralen Bohrungen in einem geeigneten Rohrgehäuse fixiert sind. Wobei dann die obere Endscheibe des Gehäuses über eine starre mechanische Kopplung K2 mit der Technischen Zentraleinheit (2.2) verbunden ist. Die vertikale Achse der Windturbine ermöglicht nun einen von der Windrichtung unabhängig funktionierenden Betrieb. Die Windturbine (2.4) kann bei Bedarf mit einer Wirbel-strombremse über die Erfassung der erzeugten gleichgerichteten Generatorspannung in ihrer Drehzahl begrenzt werden. Der Wechselstrom-Generator (2.5) wird durch seine zentrisch kugelgelagerte Antriebswelle mit der Windturbine (2.4) über einen starren Kopplungsring K3 fest verbunden. Die Luftströmungen versetzen die Windturbine (2.4) in Rotation, welche dann ihrerseits als mechanischer Antrieb für den Wechselstrom-Generator (2.5) dient, welcher dann die elektrische Energie bzw. den gewünschten elektrischen Strom (2.20) liefert. Die Windturbine (2.4) kann mechanisch so konstruiert sein, dass sie eine durchgehende zentral kugelgelagerte Antriebswelle (K3) besitzt, wobei das untere Wellenende mit einer geeignet geformten nicht zu schweren Metall-Schwungscheiben (2.28) versehen ist die dann gleichzeitig als mechanische Kopplung K3 für den Antrieb eines Wechselstrom-Generators (2.5) benutzt werden kann, wobei durch die Rotation der Schwungscheibe die Schwankungen der Geschwindigkeit, bedingt durch dieConductors of the sensor signals and the energy carrier lines accommodated in an EMC-compliant manner. The technical central unit (2.2) is connected to a suitable gas or wind turbine (2.4; e.g .: with orthogonal, wing-like blades) via a rigid mechanical coupling K2. There are generally different variants or embodiments of wind turbines which are differently suitable for the subject matter of the invention. A so-called Savonius rotor (invented by Sigurd Savonius) for use in the subject matter of the invention is described as an example. See also the drawings from the Austrian patent specification by Savonius (1925). The selected embodiment consists of several shovel-shaped, overlapping, freely axially movable blades, which are installed along the vertical axis of rotation and fixed between two circular end plates with central bores in a suitable tubular housing. The upper end disk of the housing is then connected to the technical central unit (2.2) via a rigid mechanical coupling K2. The vertical axis of the wind turbine now enables it to operate independently of the wind direction. If necessary, the wind turbine (2.4) can be limited in its speed with an eddy current brake by recording the generated rectified generator voltage. The alternating current generator (2.5) is firmly connected to the wind turbine (2.4) via a rigid coupling ring K3 by means of its centrally ball-bearing drive shaft. The air currents set the wind turbine (2.4) in rotation, which in turn serves as a mechanical drive for the alternating current generator (2.5), which then supplies the electrical energy or the desired electrical current (2.20). The wind turbine (2.4) can be mechanically constructed in such a way that it has a continuous, central ball-bearing drive shaft (K3), the lower shaft end being provided with a suitably shaped, not too heavy metal flywheel (2.28) which then simultaneously acts as a mechanical coupling K3 for the drive of an alternating current generator (2.5) can be used, the fluctuations in speed caused by the rotation of the flywheel
Schwankungen des Windstrom erzeugt, dynamisch ausgeglichen bzw. gedämpft werden können. Gleichzeitig wird die räumliche Lage der Zentralachse des Höhenwindgenerators gegen mittlere Windstöße gut stabilisiert. Die Windturbine (2.4) kann mit einer geeigneten Wirbelstrom-bremse bei Bedarf, über die Erfassung der erzeugten gleichgerichteten Generatorspannung, begrenzt werden. Die generierte elektrische Energie fließt dann über ein geeignetes Elektrokabel in die Primärwicklung eines elektrischen Transformators (2.6), wobei durch die elektrische Induktion im Lastfall in der Sekundärspule eine elektrische Wechsel-Spannung zur Verfügung gestellt wird. Der elektrische Wechselstrom-Generator (2.5) ist fest über eine starre mechanische Kopplung K4 mit dem elektrischen Transformator (2.6) verbunden, der über eine Primär- wicklung zum Anschluss an den Wechselstrom-Generator und zwei Sekundärwicklungen verfugt. Eine Sekundärwicklung 1 ihr die Erzeugung der elektrischen Endverbraucherenergie und eine Sekundärwicklung 2 für die Erzeugung der elektrischen Spannungs-versorgungen für sensorische, analoge und digitale mikroelektronische und sendetechnische Baugruppen (z.B. oft FM- oder PCM-Technik) in der Technischen Zentraleinheit (2.2). Eine weitere technologische Möglichkeit zur Erzeugung elektrischer Energie für die elektrischen Teil-Spannungen der oben genannten elektrischen Untersystemen besteht darin, dass die Ballonhülle mit einem Mosaik von einzelnen kleinen und leichten Photozellen-Modulen auf der Basis extrem dünner elastischer und stabiler Nanomaterialien, z.B. aus Graphen oder Kohlenstofffasem mit Fiberglas, oder aus ähnlichen geeigneten Kombinationen zu belegen. Die kleine elektrische Primärspannung Fluctuations in wind power can be generated, dynamically balanced or dampened. At the same time, the spatial position of the central axis of the high-altitude wind generator is well stabilized against medium gusts of wind. If necessary, the wind turbine (2.4) can be limited with a suitable eddy current brake by detecting the generated rectified generator voltage. The generated electrical energy then flows via a suitable electrical cable into the primary winding of an electrical transformer (2.6), with an electrical alternating voltage being made available in the secondary coil when there is a load. The electrical alternating current generator (2.5) is firmly connected to the electrical transformer (2.6) via a rigid mechanical coupling K4, which is connected via a primary winding for connection to the alternating current generator and two secondary windings. A secondary winding 1 is used to generate the electrical end-user energy and a secondary winding 2 is used to generate the electrical power supplies for sensor, analog and digital microelectronic and transmission components (e.g. often FM or PCM technology) in the technical central unit (2.2). Another technological possibility for generating electrical energy for the electrical partial voltages of the electrical subsystems mentioned above is that the balloon envelope is covered with a mosaic of individual small and light photocell modules based on extremely thin, elastic and stable nanomaterials, e.g. made of graphene or To cover carbon fibers with fiberglass, or similar suitable combinations. The small electrical primary voltage
(Niederspannung) wird durch die geeigneten elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Transformators (2.6) mit der Sekundärwicklung 1 in eine relativ hohe Sekundärspannung (Hochspannung) transformiert, die dann einem geeigneten Hochspannungsgleichrichter (2.7) zugeführt wird so, dass im elektrischen Lastfall ein sehr kleiner Sekundärgleichstrom (2.25) fliest. Weiter kann der Sekundärgleichstrom über ein niederohmiges gut elektrisch isoliertes und hochffequenztechnisch gut abgeschirmtes leichtes Gleichstromkabel (2.26), welches mechanisch über eine geeignete und reibungsarme kugelgelagerte Kabeltrommel leicht längensteuerbar ist, besonders mechanisch und elektrisch verlustarm an einen geeigneten Wechselrichter (2.10), z.B. mit präzise angesteuerten IGBTs, weitergeleitet werden. Weiter wird die hohe elektrische Wechselspannung (Hochspannung) mit Hilfe eines geeigneten Transformators (2.11) in eine kleine Wechselspannung (Niederspannung) transformiert und einem Frequenzumrichter (2.24) zugeftihrt. Der Frequenzumrichter wandelt den Wechselstrom einer bestimmten Spannung und Frequenz in einen Wechselstrom mit einer anderer Spannung und Frequenz so um, dass die technischen Daten zu den elektrotechnischen Verbraucherdaten betriebstechnisch kompatibel und wie gefordert einstellbar sind. Die elektrische Energie wird mit einem geeigneten Elektro- Zwischenspeicher (2.30) für eine Energiepufferung zwischen gelagert. Die elektrische Energie ist wird dann über ein geeignetes Niederspannungskabel (2.21) für ein Verbrauchemetzwerk oder ein Elektrizitätskraftwerk zur Nutzung zur Verfügung gestellt. (Low voltage) is transformed by the suitable electrical and magnetic properties of the transformer (2.6) with the secondary winding 1 into a relatively high secondary voltage (high voltage), which is then fed to a suitable high voltage rectifier (2.7) so that a very small secondary direct current in the electrical load case (2.25) flows. Furthermore, the secondary direct current can be connected to a suitable inverter (2.10), particularly mechanically and with little electrical loss, via a low-resistance, well electrically insulated and high-frequency-technically well-shielded light direct current cable (2.26), which can be easily controlled mechanically via a suitable and low-friction ball-bearing cable drum. with precisely controlled IGBTs. Furthermore, the high electrical alternating voltage (high voltage) is transformed into a small alternating voltage (low voltage) with the aid of a suitable transformer (2.11) and fed to a frequency converter (2.24). The frequency converter converts the alternating current of a certain voltage and frequency into an alternating current with a different voltage and frequency so that the technical data are operationally compatible with the electrical consumer data and can be adjusted as required. The electrical energy is temporarily stored with a suitable electrical buffer (2.30) for energy buffering. The electrical energy is then made available for use by a suitable low-voltage cable (2.21) for a consumer network or an electricity power station.
In der Technischen Zentraleinheit (2.13, Mechatronische Zentraleinheit) sind pneumatische sowie elektromechanische und sensorische Mess-, Regel- u. Steuervorrichtungen sowie ein zentraler Mikrocomputer bzw. Signalprozessor verbaut. Die Zentraleinheit (2.13) ist über eine mechanische Kopplung K7 mit dem Wechselrichter (2.10) starr verbunden. Die jeweiligen Oberflächen der drei Halte-Drahtseile sind jeweils mit einer DMS-Technologie so versehen, dass die mechanischen Spannungszustände der Halte-Drahtseile zeitgleich überwacht werden können. Eine geeignete Vorrichtung (wie in Fig.2 als elektromechanische Halteseil-Box (2.23) skizziert) besteht aus einem geeigneten Elektromotor der über seine Antriebswelle, verbunden mit seiner Halte-Seilrolle und einem geeignete mehrstufigen potentiometrischen Seil-Sensor zur Erfassung der ausgefahrenen Seillänge, sowie auch zur Überwachung der Drahtseil-Straffung und der Überwachung des Ab- bzw. Aufwickelns der Halte-Drahtseile (2.14) sowie eines zentralen Kabelschlauches (2.26) mit einem abgeschirmten Signalkabel (2.19) für eine Erfassung der aktuellen Steighöhen und eine Überwachung des Prallzustands des Steigballons (2.1) sowie einem geschirmten Signalkabel (2.20) zu der Steuerung des Gasdruckventils (2.9) und einem Koaxialkabel (2.25) mit Abschirmung (2.26) zu der Ansteuerung des Transformators (2.11) zu einer Generierung der elektrischen Verbraucherenergie bzw. -Wechselstromes versehen ist. Das Datenleitungskabel 2.20 dient zur bidirektionalen Übertragung von externen physikalischen Signalen zur Steuerung und Protokollierung der laufenden Arbeitsprozesse. Die für die Halte- Drahtseile (1.12) vorgesehenen, sensorgesteuerten Auf- und Abwickelvorrichtung (1.14) je Halteseil können im Notfall systemgesteuert zu Turbo-Schnelllauf-Kabel- Aufwickelvorrichtung mutieren, damit gebrochene Halteseile schneller als deren Fallgeschwindigkeit eingeholt werden können; dadurch können diese im„worst case-Szenario“ keine unkontrollierbare Schäden im Außenbereich der Bodenstation anrichten. In the technical central unit (2.13, mechatronic central unit) pneumatic as well as electromechanical and sensory measuring, control and Control devices and a central microcomputer or signal processor installed. The central unit (2.13) is rigidly connected to the inverter (2.10) via a mechanical coupling K7. The respective surfaces of the three holding wire ropes are each provided with strain gauge technology so that the mechanical tension states of the holding wire ropes can be monitored at the same time. A suitable device (as sketched in Fig. 2 as an electromechanical tether box (2.23)) consists of a suitable electric motor that is connected to its drive shaft with its holding pulley and a suitable multi-stage potentiometric rope sensor for detecting the extended rope length, as well as for monitoring the wire rope tensioning and monitoring the unwinding and winding of the holding Wire ropes (2.14) and a central cable hose (2.26) with a shielded signal cable (2.19) for recording the current heights and monitoring the state of impact of the balloon (2.1) and a shielded signal cable (2.20) for controlling the gas pressure valve (2.9) and a coaxial cable (2.25) with a shield (2.26) for controlling the transformer (2.11) for generating the electrical consumer energy or alternating current. The data line cable 2.20 is used for the bidirectional transmission of external physical signals for the control and logging of the ongoing work processes. The sensor-controlled winding and unwinding device (1.14) provided for the holding wire ropes (1.12) for each holding rope can, in an emergency, mutate into a turbo high-speed cable winding device, so that broken holding ropes can be retrieved faster than their falling speed; as a result, they cannot cause any uncontrollable damage to the outside area of the ground station in the “worst case scenario”.
Fig. 3a Ausführungsvariante 2 und folgende - Gaskugel bzw. Gasballon mit seitlich, umgebenen Windturbinen-Kranz („Corona“) Fig. 3a Design variant 2 and the following - gas ball or gas balloon with laterally surrounded wind turbine ring ("Corona")
Ergänzend zur Fig 1. zeigt Fig. 3ai+2 Änderungsvarianten bzw. -möglichkeiten des In addition to FIG. 1, FIG. 3ai +2 shows variation variants or possibilities of the
Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass sich die Windturbinenschaufeln (3.3) direkt am Außenrand des Gasballons (3.1), als umschließender Windturbinen-Kranz, befinden. Der technische Aufbau entspricht, analog der oben detailliert beschriebenen und Ausführungsaggregaten und -merkmalen der Fig. 1 und Fig. 2, welche sich im Innern des oder am Gasballon und/oder Befestigungsplattform des Gasballons befinden, wobei der Gasballon aus 2 x Hälften oder aus mehrteiligen Ballonfragmente besteht, die an einer axialen, hermetisch abdichtenden Hohlscheibe (3.2; eine Art Diskusscheibe) sowie deren oben beschriebenen Gasmanagementvorrichtung, befestigt sind. Es können auch konstruktionsbedingt zwei oder mehrere Subject matter of the invention to the effect that the wind turbine blades (3.3) are located directly on the outer edge of the gas balloon (3.1) as a surrounding wind turbine ring. The technical structure corresponds to the design units and features of FIGS. 1 and 2 described in detail above, which are located inside or on the gas balloon and / or fastening platform of the gas balloon, the gas balloon being made up of 2 x halves or of multi-part There is balloon fragments that are attached to an axial, hermetically sealing hollow disk (3.2; a type of disc) and its gas management device as described above. Due to the design, two or more
Diskusscheiben im Aufbau Berücksichtigung finden, wobei bei Verwendung von mehr als einer Diskusscheibe inkl. elektromotor-unterstützenden Windturbinenschaufeln die jeweilige Discus disks are taken into account in the structure, with the use of more than one discus including wind turbine blades supporting the electric motor, the respective
Laufrichtung vorzugsweise gegenläufig sein sollte/n. Innerhalb der Diskusscheibe (3.2) befindet sich eine flache, feste und dynamisch flexible Radscheibe (3.4), welche über eine The direction of travel should preferably be opposite. Inside the disc (3.2) is a flat, solid and dynamically flexible wheel disc (3.4), which has a
Systemabschlußkupplung (3.20) abgedichtet, fixiert und mit Leichtlaufölen permanent geschmiert wird, an der die einzelnen 360 Grad schwenkbaren, elektromotor-unterstützten Windturbinenschaufeln (3.3) aber befestigt sind. Im Innern der Diskusscheibe befindet sich der Wechsel-/Gleichstrom-Generator (3.5), vorzugsweise noch ein zusätzliches, vorgelagertes elektro-/elektromechanisches, geschwindigkeitsadaptives Getriebe (z.B. Planetengetriebe; System termination coupling (3.20) is sealed, fixed and permanently lubricated with low-viscosity oils, to which the individual wind turbine blades (3.3), which can be swiveled 360 degrees and are supported by an electric motor, are attached. Inside the disc is the AC / DC generator (3.5), preferably an additional, upstream electro- / electromechanical, speed-adaptive gear (eg planetary gear;
beschleunigend oder verlangsamend) zur Regulation der wirkenden Kräfte auf dem Generator, mit den links und/oder rechts befestigten Stromleiter (3.10a), welcher in den Standbeinen (3.18) der Konstruktion in die Drehscheibe (3.7) direkt zur systemischen Zentraleinheit (3.0) bestehend aus den Ausführungsmerkmale bzw. Positionen [(s. Fig 1 ): die technische Zentraleinheit (1.2), den Wechselstromgenerator (1.5) den elektrischen Transformator (1.6) den elektrischen accelerating or decelerating) to regulate the forces acting on the generator, with the current conductor (3.10a) attached to the left and / or right, which consists in the legs (3.18) of the construction in the turntable (3.7) directly to the systemic central unit (3.0) from the design features or positions [(see Fig. 1): the technical central unit (1.2), the alternating current generator (1.5) the electrical transformer (1.6) the electrical
Gleichrichter (1.7) sowie die Wirbelstrombremse (1.28)]. Die Drehscheibe (3.7) befindet sich ihrerseits an einer Verankerungsplatte (3.8) sowie den seitlich befestigten Fallschirmboxen (3.81). Rectifier (1.7) and the eddy current brake (1.28)]. The turntable (3.7) is in turn located on an anchoring plate (3.8) and the parachute boxes (3.81) attached to the side.
Die gesamte Diskusscheibe (3.2) wird über verstärkte Halteseile und/oder -bänder (3.19) sowie das vorgesehene Ballonnetz (3.22) mit integriertem Software- und sensorgesteuert autonomen und/oder ferngesteuerten (Notfallfunktion) Enteisungssystem (z.B. Heizdrähte) von oben direkt an der Drehscheibe (3,7), um Verzwirbelungen vorzubeugen, zusätzlich befestigt, damit diese nicht kippen kann. Die verstärkten Halteseile und/oder - bänder werden über The entire discus disc (3.2) is secured by reinforced tethers and / or straps (3.19) as well as the intended balloon net (3.22) with integrated software and sensor-controlled autonomous and / or remote-controlled (emergency function) de-icing system (e.g. heating wires) from above directly on the turntable (3.7), additionally fastened to prevent twisting so that it cannot tip over. The reinforced tethers and / or straps are over
Seilregulierungseinheiten (3.23), je nach Anforderungen, straffbar bzw. justierbar. Die schwebende Balloneinheit bzw. die Drehscheibe (3.7) wird über die Verankerungsplatte (3.8) direkt mit der Bodenplatte [(3.9); analog Fig. 1 der Bodenplatte (1.17) inkl. sämtlicher beschriebener Komponenten: elektrischer Wechselrichter (1.10), elektrischer Transformator (1.11), Halteseile (1.12), technische Zentrale (1.13), Gasspeicher und -puffer (1.15), elektrischer Energiespeicher und Energiepuffer (1.16)] fest verbunden. Die rotierenden Windschaufeln (3.3) treiben die durchgehende, windungsversteifte, dynamische Antriebsachse samt integriertem Rotor an, welcher zur Stromgewinnung innerhalb des Generators führt. Die Windschaufeln (3.3) können aus einem dynamischen eher steifen und/oder semiflexiblen Material und/oder aus einem dynamischen, flexiblen Material (ähnlich Segelmaterialien) bestehen; des Weiteren ist es vorstellbar, dass das flexible Material eine Art reißfester Nylonstoff oder ein ähnlich brauchbares Material ist, welches durch eine in dem Windschaufeln integrierte elektrische und/oder elektropneumatische Auf- und Abwickelvorrichtung für die gesamte Windsegel-Fläche gesteuert wird, damit bei Wetterturbulenzen die Angriffsfläche des Windes deutlich reduziert werden können und somit die Gesamteinheit signifikant geschützt wird. Die Auf- und Rope regulation units (3.23), depending on requirements, can be tightened or adjusted. The floating balloon unit or the turntable (3.7) is connected directly to the base plate [(3.9); via the anchoring plate (3.8); analogous to Fig. 1 of the base plate (1.17) including all described components: electrical inverter (1.10), electrical transformer (1.11), tether (1.12), technical center (1.13), gas storage and buffer (1.15), electrical energy storage and energy buffer (1.16)] firmly connected. The rotating wind blades (3.3) drive the continuous, twist-stiffened, dynamic drive axle including the integrated rotor, which leads to the generation of electricity within the generator. The wind vanes (3.3) can consist of a dynamic, rather rigid and / or semi-flexible material and / or of a dynamic, flexible material (similar to sail materials); Furthermore, it is conceivable that the flexible material is a kind of tear-resistant nylon material or a similarly usable material, which is controlled by an electrical and / or electro-pneumatic winding and unwinding device integrated in the wind vanes for the entire windsail area, so that the The area exposed to the wind can be significantly reduced and thus the entire unit is significantly protected. The up and
Abwickelungsvorrichtigung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des Windschaufel- Rahmens die Auf- und Abwicklungsvorrichtung integriert ist und auf der gegenüberliegenden Seite und/oder den seitlichen Windschaufel-Rahmen idealerweise die Spannvorrichtungen für das„Segeltuch“ befinden. Der durch die drehende Windturbine und deren Drehbewegung innerhalb des Generators inkludiertem Getriebe und Stromwirbelbremse erzeugten Stroms, wird vom Stromleiter (3.10 a links [=li] und/oder 3.10 b rechts [=re]) aus bis zur Stromaufnahmeeinheit (Fig.1.10 und folgende) auf der Bodenplatte (3.9; 1.17) übertragen. Unwinding device is characterized in that the winding and unwinding device is integrated on one side of the windshield frame and the tensioning devices for the "canvas" are ideally located on the opposite side and / or the side windshield frame. The electricity generated by the rotating wind turbine and its rotation within the generator, including the gearbox and current vortex brake, is from the conductor (3.10 a left [= left] and / or 3.10 b right [= right]) to the power consumption unit (Fig.1.10 and following) on the base plate (3.9; 1.17).
Gleichzeitig sollten 2 Halteseile, welche am Windturbinenkranz und an einer an der Bodenplatte befestigten Drehscheibe (3.7) befestigt werden, damit es, bei starken Turbulenzen oder drastischen Wetterbedingungen, zu keinerlei Verzwirbelungen der Halteseile (3.19) kommt. At the same time, 2 tether ropes, which are attached to the wind turbine ring and to a turntable (3.7) attached to the base plate, so that there is no twisting of the tether ropes (3.19) in strong turbulence or severe weather conditions.
Ergänzend zur Fig. 3ai+2 zeigt Fig. 3b Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten dahingehend, dass die Ballonausführung zusätzlich noch einen Software- und sensorgestützten, autonomen oder per Fernsteuerung (Notfallplan) gesteuerten Luft-Drachen (3.12), in der Funktion einer Art „Wetterhahn“, nämlich zur Ausrichtung des Gesamtsystem in die optimale Windrichtung (=LUV oder LAY), welcher mit Halteseilen (3.11) an der Hohlscheibe bzw. Diskusscheibe (3.2) befestigt ist. In addition to Fig. 3ai + 2, Fig. 3b shows modification variants or possibilities in that the balloon version also has a software and sensor-supported, autonomous or remote control (emergency plan) controlled air kite (3.12), in the function of a kind of " Weathercock ”, namely to align the entire system in the optimal wind direction (= LUV or LAY), which is attached to the hollow disc or disc (3.2) with tethers (3.11).
Ergänzend zur Fig. 3ai+2 und Fig. 3b zeigt Fig. 3c Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten dahingehend, dass die Radscheibe (3.4) auch nur aus einzelnen, festen aber dynamischen Speichen oder Stäben (3.13) bestehen kann, welche direkt im Zentrum der Diskusscheibe am E- Generator und dessen Antriebswelle (3.5) und evtl vorgeschaltetem, ergänzendem Getriebe befestigt sind; die starren und/oder schwenkbaren Windschaufeln (3.3; Einstellmöglichkeit in Richtungsrichtung„LUV oder LAY“) sind somit an den Speichen oder Stäben (3.13) befestigt. In addition to Fig. 3ai + 2 and Fig. 3b, Fig. 3c shows modification variants or - possibilities to the effect that the wheel disc (3.4) can only consist of individual, fixed but dynamic spokes or rods (3.13), which are located directly in the center of the Discus disk on the E-generator and its drive shaft (3.5) and possibly upstream, additional gear are attached; the rigid and / or pivotable wind vanes (3.3; adjustment option in the direction of "LUV or LAY") are thus attached to the spokes or rods (3.13).
Ergänzend zur Fig. 3ai+2 bis Fig. 3c zeigt Fig. 3d Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten dahingehend, dass zusätzlich noch eine Mittelachse (3.21), welche 180 Grad axial zur In addition to FIGS. 3ai + 2 to 3c, FIG. 3d shows modification variants or possibilities to the effect that, in addition, a central axis (3.21) which is 180 degrees axial to the
Diskusscheibe positioniert axial verläuft; an dieser Mittelachse werden die Halteseile (3.19) entweder über Seilregulierungseinheiten (3.23) und/oder über die Seilregulierungseinheiten (3.24), je nach Anforderungen, um die Straffung oder deren Justierbarkeit der Halteseile oder - bänder regelbar. Disc is positioned axially; On this central axis, the holding ropes (3.19) can be regulated either via rope regulating units (3.23) and / or via the rope regulating units (3.24), depending on the requirements, to tighten or adjust the holding ropes or straps.
Ergänzend zur Fig. 3ai+2 bis Fig. 3d zeigt Fig. 3e und 3f Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten dahingehend, dass zusätzlich schwenkbare Turbo-Propeller (3.15) bzw. In addition to Fig. 3ai + 2 to Fig. 3d, Fig. 3e and 3f show modification variants or possibilities to the effect that swiveling turbo propellers (3.15) or
„Sideprops“, analog Drohnenantrieben, an der Diskusscheibe (3.2) winkel- bzw. seitenversetzt befestigt werden, damit diese nicht die Primärfunktion der Windturbine (= Stromerzeugung) hinsichtlich auftretender Verwirbelungen empfindlich stören. Die„Sideprops“ können software- und sensorgestützt, autonom oder mithilfe einer Fernbedienung (Notfallplan) gesteuert werden und sorgen im Bedarfsfall nicht nur für zusätzlichen Auftrieb des Erfindungsgegenstands, sondern auch zur besseren Ausrichtung der Windturbine in Windrichtung (LUV oder LAY [Sicherheitsaspekt]). Die Stromversorgung der„Sideprops“ kann unmittelbar über den Anbord generierten Strom, mithilfe eines Sekundärkreislaufs mit softwaregestützter Steuerungsfunktion und/oder direkt von der Bodenstation ausgehend, über eine Stromfluß-Umkehrfunktions möglichkeit des Stromflusses und/oder direkt durch einen zusätzlichen Sekundärkreislaufes, allerdings unmittelbar von der Bodenstation ausgehend, erfolgen. "Sideprops", similar to drone drives, are attached to the disc (3.2) offset at an angle or laterally so that they do not disrupt the primary function of the wind turbine (= power generation) in terms of turbulence. The "Sideprops" can be controlled by software and sensors, autonomously or with the help of a remote control (emergency plan) and, if necessary, not only provide additional buoyancy for the subject of the invention, but also improve alignment of the wind turbine in the wind direction (LUV or LAY [Security aspect]). The power supply of the "Sideprops" can be generated directly via the on-board power, with the help of a secondary circuit with a software-based control function and / or directly from the ground station, via a power flow reversal function of the power flow and / or directly through an additional secondary circuit, but directly from the Starting from ground station.
Ergänzend zur Fig. 3ai+2 bis 3f zeigt Fig. 3g Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten dahingehend, dass zusätzlich noch an der Hohlscheibe bzw. Diskusscheibe (3.2) x-Seitenruder (3.14), vorzugsweise 2 Seitenruder, winkel- bzw. seitenversetzt befestigt werden, welche ebenfalls durch eine Software- und sensorgestützte, elektrische Steuerungseinheit (3.21) deren 360-Grad Schwenkbarkeit, hinsichtlich einer optimalen Ausrichtung der Windturbine bzw. die gesamte schwebende Einheit in Windrichtung (LUV oder LAY), autonom oder per In addition to Fig. 3ai + 2 to 3f, Fig. 3g shows modification variants or possibilities to the effect that x-rudders (3.14), preferably 2 rudders, are angularly or laterally offset on the hollow disc or disc (3.2) , which is also controlled by a software and sensor-supported, electrical control unit (3.21) whose 360-degree pivotability, with regard to optimal alignment of the wind turbine or the entire floating unit in the wind direction (LUV or LAY), autonomously or via
Fernbedienung steuert. Remote control controls.
Fig. 4 Ausführungsvariante 3 und folgende (Gaskugel bzw. Gasballon mit frontal umkreisender Windturbine„Art Schaufelrad-Prinzip“) Fig. 4 Design variant 3 and the following (gas ball or gas balloon with wind turbine encircling the front "type of paddle wheel principle")
Zeigt eine zusätzliche Variante des Erfindungsgegenstandes, wobei sich im Innern des Shows an additional variant of the subject matter of the invention, whereby inside the
Gasballons (4.4) der Wechsel-/Gleichstromgenerator (4.1) samt oben beschriebener Gas balloons (4.4) of the alternating / direct current generator (4.1) including those described above
Ausfiihrungsmerkmale befindet, welcher an einem axial laufenden, stabilen Hohlzylinder (4.0) befestigt ist. Die Windturbinenschaufeln (4.5) sind am jeweiligen Ende der Hohlachse (4.0) welche an eine dynamisch, windungssteifen, stabilen Antriebsachse (4.3) befestigt sind, eine elektro- und/oder elektropneumatischen Achsenbefestigung mit integrierter Execution features are located, which is attached to an axially running, stable hollow cylinder (4.0). The wind turbine blades (4.5) are at the respective end of the hollow axle (4.0) which are attached to a dynamic, twist-resistant, stable drive axle (4.3), an electro- and / or electro-pneumatic axle attachment with integrated
Achsschmiervorrichtung (4.2; z.B. Leichtlauföl), die über stabile Halteseile (4.6) und/oder Haltestangen mit eine Drehscheibe (4.7), um etwaige unerwünschte Verzwirbelungen vorzubeugen, verbunden ist, die ihrerseits mit einer Verankerungsplatte (4.10) befestigt ist und diese ist wie oben bereits ausgeführt mit Halteseilen an der Bodenplatte fixiert, wie eine Art Schaufelrad (Mississippi-Dampfer) den Ballon umkreisen befestigt; im Innern der Hohlachse befindet sich eine durchgehende, windungsversteifte Antriebsachse (4.3), welche unmittelbar durch die Windturbine angetrieben wird und sodann den mittig montierten Rotor (4.11) im WechseL/Gleichstrom-Generator (4.1) antreibt und der dadurch erzeugte Strom fließt dann über den Strom-Kabel 1 und den in der Fig. 1 und Fig. 2 auf der Bodenstation befindlichen, detailliert beschrieben Ausführungsbeispiele und Aggregate in das z.B. vorgesehene Stromversorgemetz oder sinnhaften Stromspeicheraggregat. Hierbei sollte vorzugsweise vor der Generatoreinheit ein elektro-/elektro-mechanisches, adaptives Getriebe zur Reduktion oder Beschleunigung vorgeschaltet werden, welches unmittelbar den Rotor zur Stromerzeugung im Generator (4.1) antreibt. Die Windturbinenschaufeln ihrerseits (4.5) können aus einem dynamischen eher steifen Material und/oder aus einem dynamisch flexiblen Material bestehen; vorzugsweise besteht das flexible Material aus einer Art reißfestem Nylonstoff (ähnlich Segeltuchmaterialien) oder einem besseren, für den Zweck sinnhaften Material, welches vorzugsweise durch eine in dem Axle lubrication device (4.2; e.g. low-viscosity oil), which is connected to a turntable (4.7) via stable holding ropes (4.6) and / or holding rods in order to prevent any undesirable twisting, which in turn is attached to an anchoring plate (4.10) and this is as above already carried out, fixed to the base plate with tethers, like a kind of paddle wheel (Mississippi steamer) attached to orbit the balloon; Inside the hollow axle there is a continuous, twist-stiffened drive axle (4.3), which is driven directly by the wind turbine and then drives the centrally mounted rotor (4.11) in the AC / DC generator (4.1) and the current generated thereby flows through the Power cable 1 and the exemplary embodiments and units described in detail and located in FIGS. 1 and 2 on the ground station in the eg provided power supply network or sensible power storage unit. In this case, an electro / electro-mechanical, adaptive gear for reduction or acceleration should preferably be in front of the generator unit upstream, which directly drives the rotor to generate electricity in the generator (4.1). The wind turbine blades for their part (4.5) can consist of a dynamic, rather rigid material and / or of a dynamically flexible material; Preferably, the flexible material consists of a kind of tear-resistant nylon material (similar to canvas materials) or a better, meaningful material for the purpose, which is preferably by one in the
Windschaufeln integrierte, elektrische und/oder elektropneumatische Auf- und Wind scoops integrated, electrical and / or electropneumatic open and
Abwickelungsvorrichtung für die gesamte Windsegel-Fläche gesteuert wird, damit bei Unwinding device for the entire windsail area is controlled so that at
Wetterturbulenzen die Angriffsfläche des Windes deutlich reduziert werden können und somit die Gesamteinheit signifikant geschützt wird. Die Auf- und Abwicklungsvorrichtigung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite im Windschaufel-Rahmen die Auf- und Weather turbulence, the surface of the wind can be significantly reduced and thus the entire unit is significantly protected. The winding and unwinding device is characterized in that the winding and unwinding on one side in the wind vane frame
Abwicklungsvorrichtung integriert ist und auf der gegenüberliegenden Seite idealerweise eine Spannvorrichtung für das„Segeltuch“ befindet. Unwinding device is integrated and ideally a tensioning device for the "canvas" is located on the opposite side.
Ergänzend zur Fig. 4a zeigt Fig. 4b Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten zum In addition to FIG. 4a, FIG. 4b shows modification variants or options for
Erfindungsgegenstand dahingehend, dass zusätzlich noch ein Luft-Drachen (4.8), welcher mit einer Halteseilführung (4.6) und anschließend Flalteseile (4.61) und einem Anti-Subject of the invention to the effect that an air kite (4.8), which is equipped with a tether guide (4.6) and then folded ropes (4.61) and an anti-slip
Verzwirbelungseinheit (4.7) verbunden ist; alternativ kann der Luft-Drachen auch über konventionelle Befestigungsmöglichkeiten (4.9) befestigt werden. Twisting unit (4.7) is connected; alternatively, the air kite can also be attached using conventional attachment options (4.9).
Ergänzend zur Fig. 4a und b zeigt Fig. 4c Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass zusätzlich Software- und sensorgestützte, elektromotor-gesteuerte, 360-Grad schwenkbare x-Seitenruder (4.13), vorzugsweise 2 In addition to FIGS. 4a and b, FIG. 4c shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that additionally software and sensor-supported, electric motor-controlled, 360-degree swiveling x-rudders (4.13), preferably 2
Seitenruder, welche winkel- bzw. seitenversetzt befestigt werden, um eine optimalen Rudder, which are attached at an angle or offset to ensure an optimal
Ausrichtung der Windturbine bzw. die gesamte schwebende Einheit in Windrichtung (LUV oder LAY), autonom oder per Fernbedienung (Notfallplan) zu erwirken. Alignment of the wind turbine or the entire floating unit in the wind direction (LUV or LAY), autonomously or by remote control (emergency plan).
Ergänzend zur Fig. 4a bis 4c zeigt Fig. 4d Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass zusätzlich elektromotor-gesteuerte, 360 Grad schwenkbare Turbo-Propeller bzw.„Sideprops“ (4.14), analog von Drohnenantrieben an der Mittelachse (4.0) winkel- bzw. seitenversetzt befestigt werden, damit diese nicht die In addition to Fig. 4a to 4c, Fig. 4d shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention in that additional electric motor-controlled, 360 degree swivel turbo propellers or "sideprops" (4.14), analogous to drone drives on the central axis (4.0) be fastened at an angle or offset so that they do not
Stromerzeugung der Windturbine, durch auftretende Wind- Verwirbelungen, stören. Die Turbo- Propeller werden Software- und sensorgestützt, autonom oder mithilfe einer Fernbedienung (Notfallplan) gesteuert und sorgen im Bedarfsfall nicht nur für zusätzlichen Auftrieb des Erfindungsgegenstands, sondern sorgen auch für eine bessere Ausrichtung der Windturbine in Windrichtung (LUV oder LAY [Sicherheitsaspekt]). Die Stromversorgung der„Sideprops“ kann unmittelbar über den Anbord generierten Strom, mithilfe des Sekundärkreislaufs mit Power generation of the wind turbine, caused by wind turbulence, disturb. The turbo propellers are controlled by software and sensors, autonomously or with the help of a remote control (emergency plan) and, if necessary, not only provide additional buoyancy for the subject of the invention, but also ensure better alignment of the wind turbine in the wind direction (LUV or LAY [safety aspect]) . The power supply of the "Sideprops" can Electricity generated directly on board, with the help of the secondary circuit
softwaregestützter Steuerungsfimktion und/oder direkt von der Bodenstation ausgehend über eine Umkehrfunktionsmöglichkeit des Stromflusses und/oder direkt durch einen zusätzlichen Sekundärkreislaufes, allerdings unmittelbar von der Bodenstation ausgehend erfolgen. software-based control function and / or starting directly from the ground station via a reverse function possibility of the current flow and / or directly through an additional secondary circuit, however, starting directly from the ground station.
Fig. 5 Ausführungsvariante 4 und folgende (Gaskugel bzw. Gasballon mit separat, integriertem Hybrid-Proper-Luft-Drachen [=HPL)) Fig. 5 Design variant 4 and following (gas ball or gas balloon with separate, integrated hybrid proper air kite [= HPL))
Ergänzend zur Fig. 1 zeigt Fig. 5a Änderungsvarianten bzw. -möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass die Stromerzeugung nicht unmittelbar um oder am Gasballon erfolgt, sondern mittelbar, mithilfe eines verbundenen bzw. gekoppelten Hybrid-Proper-Luft- Drachens (5.1; = HPL), erzeugt wird. Dieser HPL ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser sich auf einer Landevorrichtung (5.2), die sich auf der Bodenplatte samt beschriebener In addition to FIG. 1, FIG. 5a shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that electricity is not generated directly around or on the gas balloon, but indirectly, with the aid of a connected or coupled hybrid proper air kite (5.1; = HPL ), is produced. This HPL is characterized in that it is on a landing device (5.2), which is on the base plate together with the described
Zusatzaggregate und bereits beschriebene Ausführungsmerkmale und Aggregate der Fig. 1 und Fig.2 befindet, welche unmittelbar mit der Mittelachse (5.12) der Balloneinheit (5.11) durch entsprechende einsatzstabile Halteseile (5.3) verbunden ist. Hierbei kann die Balloneinheit unabhängig und zuerst nach oben fahren und zeitversetzt folgt das HPL dem Gasballon hinterher. Die Balloneinheit bildet in diesem Tandem die Versorgungseinheit und der software- und sensorgestützte, autonom/automatisch und oder ferngesteuerte HPL ausschließlich den Stromerzeuger; sämtlichen stromerzeugungsirrelevanter„Ballast“ übernimmt die Balloneinheit. Additional units and already described design features and units of Fig. 1 and Fig. 2 is located, which is directly connected to the central axis (5.12) of the balloon unit (5.11) by means of corresponding stable holding ropes (5.3). The balloon unit can go up independently and first and the HPL follows the gas balloon with a time lag. In this tandem, the balloon unit forms the supply unit and the software and sensor-supported, autonomous / automatic and or remote-controlled HPL exclusively forms the power generator; All “ballast” that is irrelevant to electricity generation is taken over by the balloon unit.
Ergänzend zur Fig. 5a zeigt Fig. 5b den Aufbau des HPLs dahingehend, dass der HPL (5.1) Software- und sensorgestützt, autonom oder via Fernbedienung (Notfallplan), elektromotorgesteuerte, 360 Grad schwenkbaren, x-fachen„Sideprops (Turbo-Propeller)“ (5.6), vorzugsweise mit 4 Turbo-Propellem, ausgestattet ist, welche mittelbar durch die Bodenstation mit Strom versorgt werden können und/oder unmittelbar mithilfe eines an Bord befindlichen Akkus und zentralem Elektromotor oder Turbo-Propeller mit integriertem Elektromotor und/oder mithilfe eines mit fossilen Brennstoffen laufenden Verbrennungsmotor inkludiertem Brennstofftank und Steuerungssoftware und Sensorik. Außerdem können gasgefüllte Zeppeline (5.5), welche an einem Hartschalenhalbzylinder samt umschließenden, dynamisch stabilen Ballonnetz, welches vorzugsweise mit einer integrierter Software- und sensorgesteuerten, autonom/automatisch oder via Fernsteuerung (Notfallplan), Enteisungs- und Abtaueinheit (z.B. Heizdrähte) ausgestattet ist, fest miteinander verbunden. Vorzugsweise sollten die Zeppeline untereinander mit einem, Software- und sensorgestützte, autonom/automatisch oder per Fernsteuerung (Notfallplan), Bypass zum Gasaustausch verbunden sein, um aktiv und je nach Bedarf eine Steuerungs- und Lenkungsfunktion auszuführen, damit ein gezielte Positionsverlagerang bzw. Manöver des HPLs z.B. Bugauftrieb vs. Hecksenkung und umgekehrt) aktiv herbeigeführt werden kann. In addition to FIG. 5a, FIG. 5b shows the structure of the HPL to the effect that the HPL (5.1) S is software- and sensor-supported, autonomous or via remote control (emergency plan), electric motor-controlled, 360-degree swiveling, x-fold "sideprops" (turbo propeller ) "(5.6), preferably with 4 turbo propellers, which can be supplied with power indirectly by the ground station and / or directly with the help of an on-board battery and central electric motor or turbo propeller with integrated electric motor and / or with the help of an internal combustion engine running on fossil fuels, including control software and sensors. In addition, gas-filled zeppelins (5.5), which are attached to a hard-shell half cylinder including an enclosing, dynamically stable balloon net, which is preferably equipped with an integrated software and sensor-controlled, autonomous / automatic or via remote control (emergency plan), de-icing and defrosting unit (e.g. heating wires), firmly connected. Preferably, the Zeppeline should provide each other with one, S oftware- and sensor-based, may be connected automatically or by remote control (emergency plan), the bypass to the gas exchange autonomously /, active and as required, to a control and Execute steering function so that a targeted position shift or maneuver of the HPL, e.g. bow lift vs. Rear lowering and vice versa) can be actively brought about.
Demzufolge muß auch die Außenhüller der Zeppeline entsprechend konstruktionsmäßig angefertigt sein. Das gezielte Umleiten und/oder Abpumpen des Füllgases (z.B. Helium oder Wasserstoff) vom Heck- zum Bugbereich, führt automatisch zum idealen Steigwinkel bzw. Schräglage des HPLs um somit schneller und idealer zur Windrichtung drehen kann. Ferner können auch Seitenruder (5.7) und/oder Höhenruder (5.8) am Heck am HPL verbaut werden. As a result, the outer cover of the zeppelins must also be constructed accordingly. The targeted rerouting and / or pumping out of the filling gas (e.g. helium or hydrogen) from the stern to the bow area automatically leads to the ideal climbing angle or incline of the HPL so that it can turn faster and more ideally to the wind direction. In addition, rudder (5.7) and / or elevator (5.8) can be installed on the rear of the HPL.
Die eigentliche Windturbine (5.0), inkludiertem WechseL/Gleichstrom-Generator sowie die stromfluß-unterstützenden und bereits beschriebenen Zusatzaggregate und Ausführungs- merkmale in Fig. 1 und Fig. 2, sind mittig im HPL positioniert. The actual wind turbine (5.0), including the AC / DC generator, as well as the additional units and design features that support the flow of current and which have already been described, are positioned in the middle of the HPL.
Ergänzend zur Fig. 5a und 5b zeigt Fig. 5c Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass zusätzlich noch an den Seitenenden des FIPLs eine zusätzliche Gleitfläche bzw. Segelfläche (5.9), vorzugsweise mit der in 5e beschriebenen Segel- und Gleitmaterial mit integrierter Ab- und Aufwickeleinheiten, berücksichtigt werden kann, damit das FIPL stabiler und auch bei geringeren Wind seine Stromerzeugungsfunktion optimal ausführen kann. In addition to FIGS. 5a and 5b, FIG. 5c shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that an additional sliding surface or sail surface (5.9), preferably with the sail and gliding material described in 5e with integrated, at the side ends of the FIPL Unwinding and winding units, can be taken into account so that the FIPL can perform its power generation function in a more stable manner and even with lower winds.
Ergänzend zur Fig. 5a bis 5c zeigt Fig. 5d Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass die Windturbine samt inkludiertem Wechselstromoder Gleichstrom-Generator (5.0) in deren Position durch eine elektro- und/oder elektropneumatische Positionshub-Hydraulik verändert werden können und zwar in 3 unterschiedliche Positionen - mittig (5.0 A) oder unterhalb (5.0C) oder oberhalb (5.0 B) - im HPL aktiv herbeiführen kann; vorzugsweise die mittige Position. In addition to FIGS. 5a to 5c, FIG. 5d shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that the position of the wind turbine, including the AC or DC generator (5.0), can be changed by means of an electro- and / or electro-pneumatic position-stroke hydraulic system in 3 different positions - in the middle (5.0 A) or below (5.0C) or above (5.0 B) - can actively induce in the HPL; preferably the central position.
Ergänzend zur Fig. 5a bis 5d zeigt Fig. 5e Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes, dass die Gleitfläche bzw. das Gleit- bzw. Segelmaterial (5.12) des HPLs aus einem festen, strapazierfähigen, reißfesten und insbesondere durch eine integrierte, Software- und sensorgesteuerten, autonom/automatisch oder via Fernsteuerung (Notfallplan), Enteisungs- und Abtaueinheit (z.B. Heizdrähte), welche ebenfalls Software- und sensorgestützt durch den Sekundärstromkreis geregelt werden. Das vorgesehene Gleit- bzw. Segelmaterial ist entweder fest und permanent mit den Haltebügeln (5.10) verbunden oder vorzugsweise durch eine Auf- und Abrolleinheit (5.13) ergänzt, damit das HPL bei starken Wetterturbulenzen die Gleit- bzw. Segelfläche reduzieren (analog dem Segelraffen bei Segelbooten) kann und hier- durch unversehrt bleibt und somit auch nicht das Gesamtsystem gefährdet wird. Die Abrolleinheit (5.13) besteht aus zwei elektrisch betriebenen Antriebseinheiten; einmal aus einer drehbaren Aufrollachse (5.11) und einer oder zwei Seilaufwickeleinheit/en (5.13), welche jeweils am Kopfende der drehbaren Aufrollachse (5.11) befestigt ist/sind; es handelt sich um ein klassisches Kreislaufsystem. Das Gleit- und Segelmaterial wird durch die Segelmaterialführungsschienen (5.14) sauber fixiert und geführt und das betreffende Seil zieht eine . In addition to Figure 5a-5d shows 5e change variants or -. Possibilities of the subject invention, that the sliding surface and the sliding or sail material (5.12), hard-wearing of HPL from a strong, tear-resistant, and in particular by an integrated, S oftware - and sensor-controlled, autonomous / automatic or via remote control (emergency plan), de-icing and defrosting units (e.g. heating wires), which are also controlled by the secondary circuit using software and sensors. The planned gliding or sail material is either firmly and permanently connected to the retaining brackets (5.10) or preferably supplemented by a roll-up and unwinding unit (5.13) so that the HPL reduces the gliding or sail area in the event of strong weather turbulence (analogous to the sail gathering in Sailing boats) can and here- remains intact and therefore does not endanger the entire system. The unwinding unit (5.13) consists of two electrically operated drive units; once from a rotatable roll-up axis (5.11) and one or two rope winding unit (s) (5.13) which is / are each attached to the head end of the rotatable roll-up axis (5.11); it is a classic circulatory system. The gliding and sail material is neatly fixed and guided by the sail material guide rails (5.14) and the rope concerned pulls one
Führungsschiene (5.15), an der das Gleit- bzw. Segeltuch an der Endkante befestigt ist und verläuft kreislaufförmig (5.14 und 5.16) innerhalb der Seilführungsschienen (5.14), die in den HPL-Auslegeholmen (5.10) mittig oder unterhalb verlaufen. Das Gleit- bzw. Segelmaterial sowie das Seil wird kreislaufförmig durch einen oder zwei Elektromotor/ein (5.13), welche/r sich am Ende der Aufrollachse befmdet/en in Gang gesetzt. Guide rail (5.15) to which the gliding or sailcloth is attached at the end edge and runs in a circular manner (5.14 and 5.16) within the rope guide rails (5.14), which run in the middle or below the HPL support bars (5.10). The gliding or sail material as well as the rope are set in motion in a circular manner by one or two electric motors (5.13), which are located at the end of the reeling axle.
Anspruch Segelraffen Claim sails
Fig. 6 Ausfuhrungsvariante 5 und folgende (Gaskugel bzw. Gasballon mit separaten Hybrid-Proper-/Luft-Drachen (=HPL)) Fig. 6 Design variant 5 and following (gas ball or gas balloon with separate hybrid proper / air kite (= HPL))
Ergänzend zur Fig. 1 zeigt Fig. 6a Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des In addition to FIG. 1, FIG. 6a shows modification variants or possibilities of the
Erfindungsgegenstand dahingehend, dass das unter Fig. 5 und folgende beschriebene HPL unmittelbar mit dem Gasballon (6.15 sowie Fig. 1 und folgende) verbunden werden kann, in dem x- stabile Verankerungsschienen (6.5), vorzugsweise vier, welche unmittelbar an der Gasballon- Mittelachse (6.12) befestigt sind, wobei die Gasballon-Mittelachse direkt über Flalteseile und/oder stabile Halteschienen ((6.7) mit der Drehscheibe (6.8), die wiederum mit der fixen Plattformscheibe (6.13) drehbar befestigt ist, verbunden ist. Das Besondere hierbei ist die Trennung der Winderzeugereinheit bzw. Windturbineneinheit (6.11) vom HPL. Die Subject matter of the invention to the effect that the HPL described under Fig. 5 and following can be connected directly to the gas balloon (6.15 and Fig. 1 and following) in the x-stable anchoring rails (6.5), preferably four, which are directly on the gas balloon central axis (6.12) are attached, the gas balloon central axis being connected directly via folded cables and / or stable retaining rails ((6.7) to the turntable (6.8), which in turn is rotatably attached to the fixed platform disc (6.13). The special thing here is the separation of the wind generator unit or wind turbine unit (6.11) from the HPL
Windturbineneinheit (6.11) befindet sich nämlich am Gasballon (6.15) befestigt und wird durch die Verankerungsschienen (6.5) in Position gehalten; an dieser sind auch die beiden HPL- Schnüre (6.6 links und rechts) samt das Elektrokabel (6.14) befestigt; den durch die Windturbine (6.11) samt inkludierten WechseL/Gleichstrom-Generator (6.0) erzeugten Strom, wird direkt in die wie in Fig. 1 beschriebene technische Zentraleinheit 1 mit Zusatzaggregate [6.9; bestehend aus einen elektrischen Transformator 1 (Fig 1 1.6) , elektrischen Gleichrichter (Fig 1 1,7)] geleitet; dieser erzeugte Strom wird sodann über den zur Bodenstation geführten Elektrokabel (6.14) zur Technischen Zentrale 2 (wie in Fig. 1, 1.13 und korrespondierende The wind turbine unit (6.11) is namely attached to the gas balloon (6.15) and is held in position by the anchoring rails (6.5); The two HPL cords (6.6 left and right) together with the electrical cable (6.14) are also attached to this; the electricity generated by the wind turbine (6.11) including the AC / DC generator (6.0) is fed directly into the technical central unit 1 with additional units [6.9; consisting of an electrical transformer 1 (Fig 1 1.6), electrical rectifier (Fig 1 1.7)]; this generated electricity is then fed to the technical center 2 (as in Fig. 1, 1.13 and the corresponding) via the electrical cable (6.14) that is led to the ground station
Ausführungsmerkmale und Aggregate beschrieben) geleitet. Die HPL-Schnüre (6.6) und das Elektrokabel (6.14) werden durch die elektrische Seilführungseinheit (6.13) Software- und sensorgestützt gestrafft und autonom/automatisch und/oder via Fernsteuerung (Notfallplan) gesteuert. Das Software- und sensorgestützt HPL mit dem integriertem, fest verbundenen Wechselstrom-Generator (6.0) und der Drehstromachse (6.1) verbindet sich am Ende der Flugphase, wenn sich der Gasballon, durch sein Software- und sensorunterstützten Design features and units described). The HPL cords (6.6) and the electrical cable (6.14) are software and through the electrical cable guide unit (6.13) Tightened with the help of sensors and controlled autonomously / automatically and / or via remote control (emergency plan). The software and sensor-supported HPL with the integrated, permanently connected alternating current generator (6.0) and the three-phase current axis (6.1) connects at the end of the flight phase, when the gas balloon is supported by its software and sensor
Steuerungsprogramm, in der optimalen Höhenwindlage befindet, direkt mit der Control program, located in the optimal altitude wind situation, directly with the
Windturbineneinheit (6.11) und durch eine elektro- und/oder elektro-pneumatische Hydraulik und/oder Magnetkupplung werden die beiden Komponenten über die Drehstromachse fest verbunden und nach Beendigung des Kopplungsvorgangs durch die Bauseits berücksichtigter und Software- und sensorgestützten, autonomen oder ferngesteuerten Magnetkupplungen (6.4) vollends von der Versorgungsstation (Gasballon) entkoppelt bzw. getrennt und mithilfe der herrschenden Windkrafit und entsprechender Software- und sensorgestützten, Wind turbine unit (6.11) and by means of an electro- and / or electro-pneumatic hydraulic and / or magnetic coupling, the two components are firmly connected via the three-phase axis and, after the coupling process has been completed, software- and sensor-supported, autonomous or remote-controlled magnetic couplings (6.4 ) completely decoupled or separated from the supply station (gas balloon) and with the help of the prevailing wind force and corresponding software and sensor-based,
autonom/automatisch oder via Fernsteuerung (Notfallplan) in seine vorgesehene Steig- und Schwebeposition gebracht werden, damit das HPL sodann seine Stromerzeugung via autonomously / automatically or via remote control (emergency plan) can be brought into its intended climbing and floating position so that the HPL can then generate its electricity via
Windkonverter und antriebsachsenverbundenen WechseL/Gleichstromgenerator aufnehmen kann. Wind converter and AC / DC generator connected to the drive shaft.
Ergänzend zur Fig. 6a zeigt Fig. 6b Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten zum In addition to FIG. 6a, FIG. 6b shows modification variants or options for
Erfindungsgegenstand dahingehend, dass sich hierbei der Wechselstrom-Generator (6.0) und die Windturbine (6.11) bereits als Einheit verbunden auf dem Gasballon (Fig. 1 und den detailliert beschriebenen Ausfuhrungsmerkmalen) befestigt ist und kann dort somit vom Software- und sensorgesteuerten (z.B. opto-elektronisch), autonomen und via Fernbedienung (Notfallplan) gesteuerten HPL abgeholt und mit diesem fest verbunden werden und nach Beendigung des Kopplungsvorgangs durch die Bauseits berücksichtigter und Software- und sensorgestützten, autonomen oder ferngesteuerten Magnetkupplungen (6.4) vollends von der Versorgungsstation (Gasballon) entkoppelt bzw. getrennt und mithilfe der herrschenden Windkrafit und Subject matter of the invention to the effect that in this case the alternating current generator (6.0) and the wind turbine (6.11) are already connected as a unit on the gas balloon (Fig. 1 and the detailed design features) and can thus be software- and sensor-controlled (e.g. opto -electronic), autonomous HPL controlled by remote control (emergency plan) can be picked up and permanently connected to it and, after completion of the coupling process, completely decoupled from the supply station (gas balloon) by software and sensor-supported, autonomous or remote-controlled magnetic couplings (6.4) or separately and with the help of the prevailing wind force and
entsprechender Software- und sensorgestützten, autonom/automatisch oder via Fernsteuerung (Notfallplan), in seine vorgesehene Flug-Schwebeposition gebracht werden, damit das HPL sodann seine Stromerzeugung aufnehmen kann. corresponding S oftware- and sensor-based, autonomous / are brought automatically or via remote control (emergency plan), in its intended hovering position, so that the HPL then may start power generation.
Fig. 7 Ausführungsvariante 6 und folgende (Gaskugel bzw. Gasballon mit separaten Hybrid-Proper-/Luft-Drachen [=HPL)) Fig. 7 Design variant 6 and following (gas ball or gas balloon with separate hybrid proper / air kite [= HPL))
Ergänzend zur Fig. 1 zeigt Fig. 7a Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungs gegenstandes dahingehend, dass der Gasballon (7,0) mit einem aus einem festen, In addition to FIG. 1, FIG. 7a shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that the gas balloon (7.0) with one of a solid,
strapazierfähigen, reißfesten, dynamisch flexibles und insbesondere durch eine integrierte, Software- und sensorgesteuerten, autonom/automatisch oder via Fernsteuerung (Notfallplan), Enteisungs- und Abtaueinheit (z.B. Heizdrähte), welche ebenfalls Software- und sensorgestützt durch den Sekundärstromkreis angesteuert wird Gasballon-Netz (7.2), welches unmittelbar mit der Ballonführungseinheit (7.4) fest verbunden ist und diese wiederum auf eine Drehscheibedurable, tear-resistant, dynamically flexible and, in particular, thanks to an integrated, Software and sensor-controlled, autonomous / automatic or via remote control (emergency plan), de-icing and defrosting unit (e.g. heating wires), which is also controlled by the secondary circuit with software and sensors Gas balloon network (7.2), which connects directly to the balloon guide unit (7.4) is firmly connected and this in turn on a turntable
(7.5) mit integrierter Drehachse (7.51), welche ihrerseits an einer fest fixiertem Plattformscheibe(7.5) with integrated axis of rotation (7.51), which in turn is attached to a firmly fixed platform disc
(7.6) befestigt ist. Das Besondere ist in dieser Ausführungsvariante, ist, dass das HPL (7.9) unmittelbar an den Halteleinen (7.12) bzw. unmittelbar an Seilstraff- und Seilsteuerungseinheiten (7.14) mit integrierten x- Magnetkupplungen, vorzugsweise 4 Magnetkupplungen, zur Entkopplung des HPLs mit dem Balloneinheitssystem befestigt ist. Das HPL ist wiederum mit zugfesten Halteseilen (7.3), welche durch Software- und sensorgestützten automatisch oder ferngesteuert laufende Halteleinenab- und -aufwickeleinheiten verbunden sind (7.31), sowie mit dem Elektrokabel (7.11), welches wiederum den durch die Windturbine (7.10) und (7.6) is attached. What is special about this variant is that the HPL (7.9) is attached directly to the holding lines (7.12) or directly to the rope tensioning and rope control units (7.14) with integrated x magnetic couplings, preferably 4 magnetic couplings, to decouple the HPL from the balloon unit system is attached. The HPL is in turn with tension-resistant holding ropes (7.3), which are connected by software and sensor-assisted automatically or remotely operating holding line unwinding and winding units (7.31), as well as with the electric cable (7.11), which in turn is connected to the wind turbine (7.10) and
Wechselstrom-Generator erzeugten Strom direkt in die technische Zentraleinheit (7.7), analog der s. Definition zur technische Zentraleinheit A, leitet und der Strom wird sodann über den zur Bodenstation geführten Elektrokabel (7.11) zur technischen Zentrale 2 (7.15), analog der s. Definition zur technische Zentraleinheit B, geleitet. AC generator generates electricity directly in the technical central unit (7.7), analogous to the s. Definition of the technical central unit A, conducts and the current is then transferred to the technical center 2 (7.15) via the electrical cable (7.11) led to the ground station, analogous to the Definition to the technical central unit B, directed.
Ergänzend zur Fig. 7a zeigt Fig. 7b Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten zum Erfindungs gegenstand dahingehend, dass der Gasballon (7.0) nicht unmittelbar über die Ballonführungs- einheit (7.4) auf die Drehscheibe (7.5) befestigt ist, sondern unterstützend durch eine Mittelachse (7.1) samt Software- und sensorgestützten automatisch oder ferngesteuert laufende In addition to FIG. 7a, FIG. 7b shows modification variants or possibilities for the subject matter of the invention in that the gas balloon (7.0) is not attached directly to the turntable (7.5) via the balloon guide unit (7.4), but is supported by a central axis ( 7.1) including software and sensor-based automatic or remote-controlled running
Halteleinenab- und -aufwickeleinheiten verbunden sind (7.31), an denen die Halteleinen (7.3) des HPLs befestigt sind. Retaining line unwinding and winding units are connected (7.31) to which the retaining lines (7.3) of the HPL are attached.
Ergänzend zur Fig. 7a und 7b zeigt Fig. 7c und 7d Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass sich das HPL in Flugposition befindet, wobei in Fig. 7c das HPL an der Drehscheibe (7.5) und in Fig. 7d das HPL an der Mittelachse (7.1) befestigt ist. In addition to FIGS. 7a and 7b, FIGS. 7c and 7d show modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that the HPL is in the flight position, with the HPL on the turntable (7.5) in FIG. 7c and the HPL in FIG. 7d is attached to the central axis (7.1).
Fig. 8 Ausführungsvariante 7 und folgende (Gaskugel bzw. Gasballon als Verbnndssystem)Fig. 8 Design variant 7 and following (gas ball or gas balloon as connection system)
Ergänzend zur Fig. 1 zeigt Fig. 8a Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten zum In addition to FIG. 1, FIG. 8a shows modification variants or options for
Erfindungsgegenstand dahingehend, dass die Windturbine inkl. Wechsel-/ Gleichstromgenerator (8.0) nicht unmittelbar an einem Gasballon (8.1) befestigt ist, sondern an den Halteleinen (8.2) der x-Gasballone, vorzugsweise 4-Gasballone, mittig in Windausrichtung befestigt ist. Die Windturbine inkl. Wechselstromgenerator (8.0) können zusätzlich noch über einen Luft-Drachen (Wetterhahn-Effekt), welcher unmittelbar an der Windturbineneinheit befestigt ist und über Software- und sensorgestützten automatisch oder ferngesteuert laufende Halteleinenab wickeleinheiten und -aufwickeleinheiten gesteuert wird, in Windrichtung gebracht werden. Ergänzend zur Fig. 8a zeigt Fig. 8b Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten zum Subject matter of the invention to the effect that the wind turbine including alternating / direct current generator (8.0) is not attached directly to a gas balloon (8.1), but is attached to the holding lines (8.2) of the x gas balloons, preferably 4 gas balloons, in the center of the wind direction. The Wind turbines including alternating current generator (8.0) can also be brought in the direction of the wind using an air kite (weathercock effect), which is attached directly to the wind turbine unit and is controlled automatically or remotely via software and sensor-supported holding line unwinding units and winding units . In addition to FIG. 8a, FIG. 8b shows modification variants or options for
Erfindungsgegenstand dahingehend, dass die Windturbine inkl. Wechsel-/Gleichstromgenerator (8.0) nicht an einem Gasballon (8.1) sondern an den Halteleinen zweier Gasballone befestigt ist. Subject matter of the invention to the effect that the wind turbine including alternating / direct current generator (8.0) is not attached to a gas balloon (8.1) but rather to the holding lines of two gas balloons.
Fig. 9 Ausführungsvariante 8 und folgende (Gaskugel bzw. Gasballon mit zusätzlich antreibenden Turbo-Propeller) Fig. 9 Design variant 8 and following (gas ball or gas balloon with an additional driving turbo propeller)
Ergänzend zur Fig. 1 zeigt Fig. 9a Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des In addition to FIG. 1, FIG. 9a shows modification variants or possibilities of the
Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass die am Gasballon (9.8) bzw. an den stabilen x- Befestigungsholmen und/oder Halteseilen (9.5) befestigte Windturbine (9.10), bestehend aus einem stabilen Gehäuse oder stabilen Streben, welche im Innern die rotierende Achsscheibe (9.18) und/oder Speichen bzw. Stäben antreibt, an welche die Software- und sensorgestützte, autonom/automatisch oder via Fernbedienung (Notfallplan) steuerbaren Justiereinheit (9.6) und die eigentlichen Windschaufeln (9.7) befestigt sind. Die Windturbine treibt einerseits über deren Achsscheibe und einem vorzugsweise mittig positioniertem Umlenk-Getriebe (9.12) die Antriebswelle des Wechsel-/Gleichstrom-Generators an (9.3) und führt somit unmittelbar zur Stromerzeug und dieser Strom wird über das Elektro-Kabel (9.4), analog der bereits Subject matter of the invention to the effect that the wind turbine (9.10), which is attached to the gas balloon (9.8) or to the stable x-mounting bars and / or tethers (9.5) and consists of a stable housing or stable struts, which inside the rotating axle disk (9.18) and / or drives spokes or rods to which the software and sensor-supported adjustment unit (9.6), which can be controlled autonomously / automatically or via remote control (emergency plan), and the actual wind vanes (9.7) are attached. On the one hand, the wind turbine drives the drive shaft of the AC / DC generator (9.3) via its axle disk and a preferably centrally positioned deflection gear (9.12) and thus leads directly to the generation of electricity and this electricity is supplied via the electrical cable (9.4), analogous to that already
beschriebenen und integrierten Ausführungsbeispiele und Aggregate in Fig. 1 und Fig. 2 (s. Definition technische Zentraleinheit A und technische Zentraleinheit B ), direkt von der Gasballoneinheit zur Bodenstation übertragen, und andererseits wird dadurch parallel die Antriebsachse des Turbo-Propellers (9.0) angetrieben; described and integrated embodiments and units in Fig. 1 and Fig. 2 (see definition of technical central unit A and technical central unit B), transmitted directly from the gas balloon unit to the ground station, and on the other hand, the drive axis of the turbo propeller (9.0) is driven in parallel ;
wobei vorzugsweise die Antriebsachse durch ein vorgeschaltes, Software- und sensorgestützte Getriebe (z.B. Planetengetriebe) mit oder ohne einer Wirbelstrombremse, die Antriebsgeschwindigkeit beschleunigen oder verlangsamen kann. whereby preferably the drive axis can accelerate or slow down the drive speed by an upstream software and sensor-supported gear (e.g. planetary gear) with or without an eddy current brake.
Wobei die Antriebsachse (9.1) des Turbo-Propellers passiv, d.h. nur durch die Geschwindigkeit der Windturbine und einem vorzugsweise Umlenk-Getriebe (9.12), dem nachgeschalteten Geschwindigkeits-Getriebe (9.2) erfolgen kann und/oder als hybrides System zusätzlich noch durch den oben erwähnten Elektro-Motor unterstützt werden, dessen Stromzufuhrung unmittelbar durch die Bodenstation oder durch dessen an der Gasballoneinheit implementierten Sekundstromkreis und/oder durch den Sekundärstromkreis, welcher durch die Windturbine generiert wird, erfolgt oder ausschließlich durch einen Elektromotor, welcher über den Sekundärstromkreis gespeist wird, angetrieben. Anstelle eines Elektromotors könnten alternativ die Turbo-Propeller auch durch einen klassischen Verbrennungsmotor mit fossilen Brennstoffen und integriertem Brennstofftank angetrieben werden. Bei einem Verbrennungsmotor, welcher zum Beispiel mit Gas oder Wasserstoff angetrieben werden kann, ist eine direkt Gas-oder Wasserstoffversorgung (insbesondere interessant, wenn der Erfindungsgegenstand in The drive axis (9.1) of the turbo propeller can be passive, ie only through the speed of the wind turbine and a preferably deflection gear (9.12), the downstream speed gear (9.2) and / or as a hybrid system additionally through the above mentioned electric motor are supported, whose power supply takes place directly through the ground station or through its secondary circuit implemented on the gas balloon unit and / or through the secondary circuit generated by the wind turbine, or exclusively by an electric motor, which is via the Secondary circuit is fed, driven. Instead of an electric motor, the turbo propellers could alternatively be driven by a classic combustion engine with fossil fuels and an integrated fuel tank. In the case of an internal combustion engine, which can be driven with gas or hydrogen, for example, a direct gas or hydrogen supply is of interest (particularly if the subject matter of the invention in
unmittelbarer Nähe eines Wasserstoffproduzenten errichtet wird) über die Bodenstation und/oder von der Plattform der Gasballoneinheit durch dessen integriertes Gasmanagement möglich und würde somit den Brennstofftank erübrigen. is built in the immediate vicinity of a hydrogen producer) via the ground station and / or from the platform of the gas balloon unit through its integrated gas management and would thus make the fuel tank superfluous.
Ergänzend zur Fig. 9a zeigt Fig. 9b Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des In addition to FIG. 9a, FIG. 9b shows modification variants or possibilities of the
Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass die Turbo-Propeller (9.0) durch eine Antriebswelle (9.23), welche durch den ganzen Ballon innerhalb eines mittig durchlaufenden Antriebs wellengehäuse (9.24) und vorzugsweise vorgeschalteten, mittig positionierten Umlenk-Getriebe (9.12), läuft, welches wiederum unmittelbar mit der Windturbine (9.10) und die unterhalb der Windturbine befestigten Wechsel-/Gleichstromgenerator (9.3) verbunden ist. Das Elektro-Kabel (9.4) ist über den Wechselstromgenerator mit der Bodenplattform und der wie in Fig. 1 beschriebenen, technischen Zentraleinheit II (s. Definition als Baugruppe) und detaillierter beschriebener Ausführungsmerkmale und Aggregate, verbunden. Die Turbo-Propeller bzw. deren Gehäuse sind fest mit einer stabilen Distanzplatte (9.11) verbunden, welche ihrerseits mit den ballonseitig ummantelten, stabilen x-Befestigungsholmen oder zugfesten Halteseilen (9.5), welche mit den Gehäusen der Windturbinen(9.10) fest verbunden sind. Die Turbo-Propeller sollten vorzugsweise mit einem vorgeschalteten, Software- und sensorgestützten, Subject matter of the invention to the effect that the turbo propeller (9.0) runs through a drive shaft (9.23), which in turn runs directly through the entire balloon within a drive shaft housing (9.24) running through the center and preferably upstream, centrally positioned deflection gear (9.12) is connected to the wind turbine (9.10) and the alternating / direct current generator (9.3) attached below the wind turbine. The electric cable (9.4) is connected via the alternator to the floor platform and the technical central unit II as described in FIG. 1 (see definition as an assembly) and the design features and units described in more detail. The turbo propellers or their housings are firmly connected to a stable spacer plate (9.11), which in turn is connected to the stable x-mounting struts or tension-resistant retaining ropes (9.5) which are sheathed on the balloon side and which are firmly connected to the housings of the wind turbines (9.10). The turbo propellers should preferably be equipped with an upstream, software and sensor-based,
autonom/automatisch oder ferngesteuertem Getriebe (z.B. Planetengetriebe), mit oder ohne einer unterstützenden Wirbelstrombremse, um die Geschwindigkeit der Antriebswellen (9.1) zu beschleunigen oder abzubremsen, ausgestattet sein. autonomous / automatic or remote-controlled gear (e.g. planetary gear), with or without a supporting eddy current brake to accelerate or brake the speed of the drive shafts (9.1).
Ergänzend zur Fig. 9b zeigt Fig. 9c Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des In addition to FIG. 9b, FIG. 9c shows modification variants or possibilities of the
Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass die Turbo-Propeller (9.0) bzw. dessen Gehäuse und seine Antriebswelle (9.1) im Gegensatz zu 9b unmittelbar, d.h. ohne Verbindung durch einer ballondurchlaufende Antriebsachse, sondern mithilfe einer eigenständigen Antriebsachse (9.1), die durch einen Elektromotor (9.21) direkt angetrieben wird. Die integrierte Antriebs- /Kurbelwelle (9.1) des Turbo-Propellers wird durch einen Elektromotor (9.21)aktiv angetrieben, wobei vorzugsweise noch ein Software- und sensorgestützte, autonomes/automatisches und/oder ferngesteuertes Getriebe (z.B. Planetengetriebe), mit oder ohne einer Wirbelstrombremse, nachgeschaltet ist, der seine Energie durch den Sekundärstromkreis erhält und/oder durch den Strom von der Bodenstation oder dessen Sekundärstromkreis, welcher an der Gasballoneinheit implementiert ist. Die Windturbine samt Elektromotor ist auf eine stabile Distanzscheibe (9.11) befestigt. Subject of the invention to the effect that the turbo propeller (9.0) or its housing and its drive shaft (9.1) in contrast to 9b directly, that is, without a connection through a balloon-passing drive axle, but with the aid of an independent drive axle (9.1), which is driven by an electric motor (9.21 ) is driven directly. The integrated drive / crankshaft (9.1) of the turbo propeller is actively driven by an electric motor (9.21), preferably a software and sensor-supported, autonomous / automatic and / or remote-controlled gear (e.g. planetary gear), with or without an eddy current brake , is connected downstream, which receives its energy through the secondary circuit and / or through the current from the ground station or its secondary circuit, which is implemented on the gas balloon unit. The wind turbine including the electric motor is attached to a stable spacer (9.11).
Ergänzend zur Fig. 9a bis 9c zeigt Fig. 9d Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass der Turbo-Propeller (9.0) sich unterhalb dem In addition to FIGS. 9a to 9c, FIG. 9d shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that the turbo propeller (9.0) is below the
Windturbinengehäuse (9.10) befindet. Der Turbo-Propeller (9.0) wird ebenfalls über die Wind turbine housing (9.10) is located. The turbo propeller (9.0) is also operated via the
Windturbinen und vorzugsweise eines mittig positionierten Umlenk-Getriebes (9.12) und einem vorzugsweise nachgeschalteten, Software- und sensorgestützte, autonom/automatisch und/oder ferngesteuerten geschwindigkeitsregulierenden (beschleunigen oder bremsen) Getriebe (z.B. Planetengetriebe), mit oder ohne einer Wirbelstrombremse, angetrieben. Wobei die Wind turbines and preferably a centrally positioned deflection gear (9.12) and a preferably downstream, software and sensor-supported, autonomous / automatic and / or remote-controlled speed-regulating (accelerate or brake) gear (e.g. planetary gear), with or without an eddy current brake. Whereby the
Antriebsachse (9.1) des Turbo-Propellers passiv, d.h. nur durch die Geschwindigkeit der Windturbine und dem Umlenk-Getriebe (9.12), dem nachgeschalteten Geschwindigkeits- Getriebe (9.2) erfolgen kann und/oder als hybrides System zusätzlich noch durch den oben erwähnten Elektro-Motors unterstützt werden, dessen Stromzuführung unmittelbar durch die Bodenstation und/oder durch den Sekundärstromkreis, welcher durch die Windturbine generiert wird, erhält oder ausschließlich durch einen Elektromotor (9.21) angetrieben wird. Anstelle eines Elektromotors, könnte auch alternativ die Turbo-Propeller durch einen Verbrennungsmotor mit fossilen Brennstoffen mit integriertem Brennstofftank angetrieben werden. Bei einem Drive axle (9.1) of the turbo propeller passive, i.e. can only be done by the speed of the wind turbine and the deflection gear (9.12), the downstream speed gear (9.2) and / or as a hybrid system additionally supported by the above-mentioned electric motor, whose power supply is directly through the ground station and / or by the secondary circuit, which is generated by the wind turbine, or is driven exclusively by an electric motor (9.21). Instead of an electric motor, the turbo propeller could alternatively be driven by an internal combustion engine with fossil fuels with an integrated fuel tank. At a
Verbrennungsmotor, welcher zum Beispiel mit Gas oder Wasserstoff angetrieben werden kann, ist eine direkt Gas-/Wasserstoffversorgung über die Bodenstation und/oder von der Plattform der Gasballoneinheit durch dessen integriertes Gasmanagement möglich und würde somit den Brennstofftank erübrigen. Combustion engine, which can be driven with gas or hydrogen, for example, a direct gas / hydrogen supply via the ground station and / or from the platform of the gas balloon unit is possible through its integrated gas management and would thus make the fuel tank superfluous.
Ergänzend zur Fig. 9a bis 9d zeigt Fig. 9e Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass Anstelle eines Zentral-Turbopropellers (9.0), die Achsscheibe und/oder -Speichen/Stäbe (9.18) direkt in ein vorzugsweise Umlenkgetriebe (9.12; = Umlenkung der horizontalen, axialen Drehrichtung in eine vertikale Drehung) münden, welches eine zweite Achsantriebsscheibe (9.19) und/oder Antriebsspeichen bzw. -Stäbe antreibt, die vorzugsweise ebenfalls in ein weiteres geschwindigkeitsbeeinflussendes Umlenkgetriebe (9.12) einmündet und von dort mithilfe einer Antriebsachse (9.20) den Turbo-Propeller (9.0) antreibt. Diese Konstruktion mit mehreren bzw. x-Turbo-Propellem, vorzugsweise 4 Turbo- Propeller, im Gegensatz zu der oben beschriebenen Ein-Zentral-Turbo-Propeller, kann wie in den beschriebenen Fig 9b und 9c oberhalb oder wie in den Fig. 9a und 9d unterhalb des Gasballons positioniert werden. Alternativ könnte diese passive Antriebsvariante, durch unmittelbaren Kraftschluß ausgehend von den Windturbinen-Flügel (9.7) bis hin zu den x- Turbo-Propellem, durch eine hybride Antriebsvariante zusätzlich erweitert werden, in dem Elektromotoren (9.21), durch ein vor- oder nachgeschaltetes Achsen-Umlenkgetriebe oder nach den Umlenkgetrieben den Achsenantrieb (9.20) der Turbo-Propellem aktiv unterstützen. In addition to FIGS. 9a to 9d, FIG. 9e shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that instead of a central turbo-propeller (9.0), the axle disk and / or spokes / rods (9.18) are fed directly into a preferably deflection gear (9.12; = Deflection of the horizontal, axial direction of rotation into a vertical rotation) open out, which drives a second axle drive pulley (9.19) and / or drive spokes or rods, which preferably also opens into another speed-influencing deflection gear (9.12) and from there with the help of a drive axle ( 9.20) drives the turbo propeller (9.0). This construction with several or x-turbo propellers, preferably 4 turbo propellers, in contrast to the single-central turbo propeller described above, can as in FIGS. 9b and 9c described above or as in FIGS 9d below the Gas balloons are positioned. Alternatively, this passive drive variant could be extended by a hybrid drive variant in the electric motors (9.21), by an upstream or downstream axis, through direct frictional connection starting from the wind turbine blades (9.7) up to the x-turbo propellers - Deflection gear or, after the deflection gear, actively support the axle drive (9.20) of the turbo propellers.
Ergänzend zur Fig. 9a bis 9e zeigt Fig. 9f Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass der Antrieb von den x-Turbo-Propellem (9.0), aktiv und ausschließlich durch einen vorgeschalteten Elektromotor (9.21) angetrieben werden, wobei auch hier vorzugsweise Elektromotoren jeweils vor- oder nach einem Getriebe mit In addition to FIGS. 9a to 9e, FIG. 9f shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that the drive is driven by the x-turbo propellers (9.0), actively and exclusively by an upstream electric motor (9.21), here too preferably with electric motors before or after a transmission
Wirbelstrombremse positioniert wird, um die Umlaufgeschwindigkeit der Turbo-Propeller maßgeblich zu beeinflussen (beschleunigen oder verlangsamen). Die Elektromotoren (9.21) werden unmittelbar durch die Stromversorgung von der Bodenstation durch einen Abzweig vom installierten Elektro-Kabel (1.3) versorgt und/oder durch den Sekundär-Stromkreislauf (9.22) , welcher unmittelbar vom Primär-Stromkreis, der durch die Windturbine und Wechselstrom- Generator erzeugt wird, gespeist bzw. versorgt wird oder direkt durch die Bodenstation bzw. durch dessen gespeisten, direkt an der Gasballoneinheit implementierten Sekundärstromkreislauf Eddy current brake is positioned to significantly influence the orbital speed of the turbo propeller (accelerate or decelerate). The electric motors (9.21) are supplied directly by the power supply from the ground station through a branch from the installed electrical cable (1.3) and / or through the secondary circuit (9.22), which is directly from the primary circuit, which is through the wind turbine and alternating current - Generator is generated, fed or supplied or directly by the ground station or by its fed secondary power circuit implemented directly on the gas balloon unit
Ergänzend zur Fig. 9a bis 9f zeigt Fig. 9g Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass diese Variante sowohl eine Windturbine (9.10) oberhalb, als auch unterhalb des Gasballon aufweist. Die beiden Windturbinen sind mit einer ballondurchlaufenden, axial positionierten Antriebswelle (9.23), die sich im Innern des ballonseitig vertikal durchlaufenden, hermetisch abdichtenden Antriebswellengehäuse (9.11) befindet und jeweils vorzugsweise positionierten Umlenk-Getriebe (9.12), parallel verbunden. Die Antriebswelle treibt den vorzugsweise in der Mitte des Antriebsgehäuses befindlichenIn addition to FIGS. 9a to 9f, FIG. 9g shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that this variant has both a wind turbine (9.10) above and below the gas balloon. The two wind turbines are connected in parallel to an axially positioned drive shaft (9.23) running through the balloon, which is located inside the hermetically sealed drive shaft housing (9.11) running through the balloon on the balloon side, and each preferably positioned deflection gear (9.12). The drive shaft drives the preferably located in the center of the drive housing
WechseF/Gleichstromgenerator (9.3) an. Der dadurch erzeugte Strom wird über die bereits in Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Ausfährungsmerkmale und Aggregate (s. Definition technische Zentraleinheit A) mithilfe des Stromkabels (9.28) direkt zur Bodenstation und den ebenfalls in Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Aggregate (s. Definition technische Zentraleinheit B) geleitet. Alternativ kann sich anstelle eines zentralen WechseF/Gleichstromgenerators auch jeweils ein unterhalb der Windturbinen befindlicher Generator samt in Fig. 1 und Fig. 2 beschriebene Zusatzaggregate (s. Definition technische Zentraleinheit A ) befinden, wobei dann auf die durchgehende Antriebswelle (9.23) verzichtet werden kann; jede Windturbine hat dann ihre eigene Antriebswelle, welche unmittelbar durch die Windturbine und dem vorzugsweise vor der Generatoreinheit vorgeschaltetes, elektro-/elektro-mechanisches, adaptives Getriebe zur AC / DC generator (9.3). The electricity generated in this way is sent directly to the ground station and the units also described in FIGS. 1 and 2 using the power cable (9.28) via the execution features and units already described in FIGS. 1 and 2 (see definition of technical central unit A) (see definition of technical central unit B). Alternatively, instead of a central AC / DC generator, there can also be a generator located below the wind turbines, including additional units described in Fig. 1 and Fig. 2 (see definition of technical central unit A), in which case the continuous drive shaft (9.23) can be dispensed with ; each wind turbine then has its own drive shaft, which is driven directly by the wind turbine and preferably in front of the Electro- / electro-mechanical, adaptive gearbox connected upstream of the generator unit for
Reduktion oder Beschleunigung der Antriebswelle, welche dann unmittelbar den Rotor zur Stromerzeugung im Generator (9.3) erzeugt, welcher dann über den Stromkabel (9.28) direkt zur Bodenstation geleitet wird. Reduction or acceleration of the drive shaft, which then directly generates the rotor for power generation in the generator (9.3), which is then passed directly to the ground station via the power cable (9.28).
Diese Ausführungsvariante kann natürlich auch zur Stabilisierungszwecken mit den bereits beschriebenen 360 Grad, elektrisch-schwenkbaren, x-Turbo-Propellem und/oder auch elektrisch, steuerbaren Seiten- und/oder Höhenruder bestückt werden, welche vorzugsweise an einer horizontalen Gasballon- Achse (9.25) befestigt werden können. Auch die beiden Windturbinen sollten vorzugsweise ebenso über die Gasballonachse (9.25) sowie den stabilen Halteseilen oder Haltebänder (9.5), den elektrischen, Software- und sensorgestützten, autonomen/automatisch und via Fernsteuerung (Notfall), Halteseilfixierungsvorrichtungen (9.24) befestigt sein. This variant can of course also be equipped for stabilization purposes with the already described 360 degree, electrically pivotable, x-turbo propellers and / or also electrically, controllable rudder and / or elevator, which are preferably mounted on a horizontal gas balloon axis (9.25) can be attached. The two wind turbines should preferably also be attached via the gas balloon axis (9.25) and the stable tether or straps (9.5), the electrical, software and sensor-based, autonomous / automatic and remote control (emergency), tether fixing devices (9.24).
Vorzugsweise laufen die beiden Windturbinen gegenläufig um einer evtl. Unwucht (Zentrifugal- und Zentripedalkräfte) vorzubeugen und somit dem Gesamtsystem mehr Stabilität zu geben. The two wind turbines preferably run in opposite directions to prevent any imbalance (centrifugal and centripetal forces) and thus to give the overall system more stability.
Fig. 10 Ausführungsvariante 9 und folgende ( mit 2x vertikalen Gaskugeln bzw, 2x vertikalen Gasballons mit mittig integrierter Windturbinenausführung) Fig. 10 Design variant 9 and following (with 2x vertical gas balls or 2x vertical gas balloons with a centrally integrated wind turbine design)
Ergänzend zur Fig. 1 zeigt Fig. 10a (Seitenansicht) Änderungsvarianten bzw. -möglichkeiten des Erfindungs-gegenstandes dahingehend, dass die Stromerzeugung bzw. sich die Windturbine (10.1) zwischen zwei Gasballone befindet mit vertikaler Ausrichtung. Die beiden schwebenden Gasballone (10.0) sind vorzugsweise in ihrer Ausführungsform etwas gestaucht und jeweils an der festen Plattform (10.12) befestigt. Die beiden Gasballone werden ihrerseits mit stabilen Halteleinen oder zugfesten Haltebändem (10.11) dessen vollumfänglich umschließendes, dynamisch stabiles Ballonnetz, welches vorzugsweise mit einer integrierter Software- und sensorgesteuerten, autonom/automatisch oder via Fernsteuerung (Notfallplan), Enteisungs- und Abtaueinheit (z.B. Heizdrähte) ausgestattet ist, und den jeweiligen festen oberen und unteren Plattformen (10.12) befestigt, wobei an der unteren Plattform die Halteseile (10.9) und den Strom-Kabel (10.10) für die Verbindung mit der am Boden befindlichen Aggregaten (s. In addition to FIG. 1, FIG. 10a (side view) shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that the power generation or the wind turbine (10.1) is located between two gas balloons with a vertical orientation. The two floating gas balloons (10.0) are preferably somewhat compressed in their embodiment and each fastened to the fixed platform (10.12). The two gas balloons are in turn secured with stable tethers or tensioned straps (10.11), the fully enclosing, dynamically stable balloon network, which is preferably autonomous / automatic or via remote control (emergency plan), de-icing and defrosting unit (e.g. heating wires) with an integrated software and sensor-controlled is equipped, and attached to the respective fixed upper and lower platforms (10.12), with the holding ropes (10.9) and the power cable (10.10) for the connection with the units located on the ground (see Fig.
Definition Baugruppe Zentraleinheit II) verbindet. Definition of module central unit II) connects.
Die Windturbine (10.1) befindet sich in der Mitte der beiden, schwebenden Gasballone, also vollends luftdurchflutet, d.h. die Windströmung kann ohne ballonseitiger Hindernisse hindurchströmen und nur die Windturbine sorgt für ein Abbremsen des Windes. Die The wind turbine (10.1) is located in the middle of the two floating gas balloons, i.e. completely flooded with air, i.e. the wind flow can flow through without obstacles on the balloon side and only the wind turbine ensures that the wind is slowed down. The
durchlaufende und mit vorzugsweise zwei Windturbinen bzw. Windturbinenrotoren (10.1) verbindenden Antriebsache (10.14) des Wechsel-/Gleichstromgenerators (10.2) und oder jeweils pro Windturbinenrotor eigener Antriebsachse mit vorzugsweise vorgeschalteten elektro-/elektro- mechanisches, adaptives Getriebe (10.3) zur Reduktion oder Beschleunigung und/oder Laufrichtungsänderung der Antriebswelle und der dadurch erzeugte Strom wird über die bereits in Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Ausführungsmerkmale und Aggregate mithilfe des continuous drive shaft (10.14) of the alternating / direct current generator (10.2), which preferably connects to two wind turbines or wind turbine rotors (10.1), and / or each individual drive axle for each wind turbine rotor with preferably upstream electro / electro-mechanical, adaptive gear (10.3) for reduction or Acceleration and / or The change in the direction of travel of the drive shaft and the current generated by it is determined via the design features and units already described in FIGS. 1 and 2 with the aid of the
Stromkabels (10.10) direkt zur Bodenstation und den ebenfalls in Fig. 1 und Fig. 2 Power cable (10.10) directly to the ground station and also in Fig. 1 and Fig. 2
beschriebenen Aggregate (s. Definition Baugruppen Zentraleinheit I und Zentraleinheit II) geleitet. Die beiden Windturbinenrotoren sollten vorzugsweise gegenläufig rotieren und evtl auch in ihrer Größe different sein, um eine optimale Stromerzeugung und Stabilisierung des Gesamtsystems zu erzielen. units described (see definition of assemblies central unit I and central unit II). The two wind turbine rotors should preferably rotate in opposite directions and possibly also be different in size in order to achieve optimal power generation and stabilization of the overall system.
Ergänzend zur Fig. 10a zeigt Fig. 10b (Frontalansicht) Änderungsvarianten bzw. -möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass vorzugsweise 360 Grad, elektrischschwenkbaren, Software- und sensorgestützten, autonomen/automatisch oder ferngesteuerten (Notfallplan), x-Turbo-Propellem (10.5) zusätzlich zur Auftriebs- und/oder Stabilisierungs zwecken berücksichtigt werden sollen. Die Turbo-Propeller können an der oberen und/oder unteren festen Plattformen (10.12) befestigt werden. Die Stromzuführung der Turbo-Propeller sowie die in Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen interdependenten Stromerzeugungs- bzw. In addition to Fig. 10a, Fig. 10b (front view) shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that preferably 360 degrees, electrically pivotable, software and sensor-supported, autonomous / automatic or remote-controlled (emergency plan), x-turbo propellers (10.5) should also be taken into account for buoyancy and / or stabilization purposes. The turbo propellers can be attached to the upper and / or lower fixed platforms (10.12). The power supply of the turbo propellers as well as the interdependent power generation or power generation systems described in FIG. 1 and FIG.
Ausfuhrungsmerkmale und Stromaggregate werden unmittelbar durch die Bodenstation und/oder vorzugsweise durch einen zusätzlichen implementierten Sekundärstromkreis und/oder direkt durch die mithilfe der Windturbinen sozusagen Anbord produzierten Stroms [(Windturbine (10.1), Antriebsachse (10.14) und Wechsel-/Gleichstromgenerator (10.2)] vorzugsweise über den vom Primärstromkreislauf (fließt zur Bodenstation) abgezweigten Strom zur Versorgung des Sekundärstromkreises. Anstelle eines Elektromotors, könnten alternativ die Turbo-Propeller auch durch einen klassischen Verbrennungsmotor mit fossilen Brennstoffen und integriertem Brennstofftank angetrieben werden. Bei einem Verbrennungsmotor, welcher zum Beispiel mit Gas oder Wasserstoff angetrieben werden kann, ist eine direkt Gas-/WasserstoffVersorgung über die Bodenstation und/oder von der Plattform der Gasballoneinheit durch dessen integriertes Gasmanagement möglich und würde somit einen Brennstofftank erübrigen. Design features and power units are generated directly by the ground station and / or preferably by an additional implemented secondary circuit and / or directly by the electricity produced on board with the help of the wind turbines [(wind turbine (10.1), drive axle (10.14) and alternating / direct current generator (10.2)] preferably via the current branched off from the primary circuit (flows to the ground station) to supply the secondary circuit. Instead of an electric motor, the turbo propellers could alternatively be driven by a classic combustion engine with fossil fuels and an integrated fuel tank. In the case of an internal combustion engine, which, for example, runs on gas or hydrogen can be driven, a direct gas / hydrogen supply via the ground station and / or from the platform of the gas balloon unit is possible through its integrated gas management and would therefore make a fuel tank superfluous.
Ergänzend zur Fig. 10a und 10b zeigt Fig. 10c (Vogelperspektive) Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass vorzugsweise 360 Grad, elektrisch-schwenkbaren, Software- und sensorgestützten, autonomen/automatisch oder ferngesteuerten (Notfallplan), 4-Turbo-Propellem (10.5) oder auch elektrisch (10.7), steuerbaren Seiten- und/oder Höhenruder (10.6) bestückt werden, welche an der oberen und/oder unteren festen Plattformen (10.12) vorzugsweise an dem vollends umschließenden Ballonnetzgitter mit integrierter, Software- und sensorgestützten, autonom/automatisch oder via Fernsteuerung (Notfallplan), Enteisungs- und Auftauvorrichtung (z.B. Heizdrähte) dessen verstärkte, dehnbare aber zugfesten Zentralbändem, welche den Ballon mittig von Nord nach Süd (180 oder 360 Grad) und/oder mittig von Ost nach West (180 oder 360 Grad) umschließen befestigt werden, um die Auftriebsfahigkeit und die Stabilisierung des Gesamtsystems zu optimieren. In addition to FIGS. 10a and 10b, FIG. 10c (bird's eye view) shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that preferably 360 degrees, electrically pivotable, software and sensor-based, autonomous / automatic or remote-controlled (emergency plan), 4-turbo Propellem (10.5) or also electrically (10.7), controllable rudder and / or elevator (10.6), which are mounted on the upper and / or lower fixed platforms (10.12), preferably on the completely enclosing balloon net grid with integrated, software and sensor-based , autonomously / automatically or via remote control (emergency plan), de-icing and thawing device (e.g. heating wires) its reinforced, stretchable but tight central straps that surround the balloon in the middle from north to south (180 or 360 degrees) and / or in the middle from east to west (180 or 360 degrees) are attached to optimize the buoyancy and stabilization of the entire system.
Fig. 11 Ausführungsvariante 10 und folgende ( mit 2x horizontalen Gaskugeln bzw. 2x horizontalen Gasballons mit mittig integrierter Windturbinenausführung) Fig. 11 Design variant 10 and following (with 2x horizontal gas balls or 2x horizontal gas balloons with centrally integrated wind turbine design)
Ergänzend zur Fig. 1 zeigt Fig. 1 la (Seitenansicht) Änderungsvarianten bzw. -möglichkeiten des Erfmdungsgegenstandes dahingehend, dass die Stromerzeugung bzw. die Windturbine (11.1) oberhalb und unterhalb der gestauchten Gasballone (eher„Donuts“) befinden. Der Außenring des„Donuts“ ist mit Gas (z.B. Helium oder Wasserstoff) gefüllt und wird genauso, wie in der Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Gasmanagement, reguliert. Wie bei einem richtigen„Donut“ ist der Innenbereich bzw. Innendurchmesser offen zugänglich. Der„Donut“ verfugt über eine Windturbine, vorzugsweise über zwei Windturbinen, wobei sich die erste Windturbine (1 l.lo) oberhalb und die zweite Windturbine (1 l.lu) unterhalb des„Donuts“ befindet und diese sind jeweils an einer stabilen Plattform (11.9) befestigt. Die durchgängig verlaufenden und mit beiden Windturbinenrotoren verbindenden Antriebsache (11.6) des Wechsel-/Gleichstromgenerators (11.7) und oder jeweils pro Windturbinenrotor eigener Antriebsachse mit vorzugsweise vorgeschalteten elektro-/elektro-mechanisches, adaptives Getriebe (11.8) zur Reduktion oder Beschleunigung und/oder Laufrichtungsänderung der Antriebswelle und der dadurch erzeugte Strom wird über die bereits in Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Ausführungsmerkmale und Aggregate (s. Definition Baugruppe Zentraleinheit I) mithilfe des Stromkabels (11.13) direkt zur Bodenstation und den ebenfalls in Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Aggregate (s. Definition Baugruppe Zentraleinheit II) geleitet. Die beiden Windturbinenrotoren sollten vorzugsweise gegenläufig rotieren und evtl auch in ihrer Größe (11.1a vs. 11.1b) different sein, um eine optimale Stromerzeugung und Stabilisierung des Gesamtsystems zu erzielen. Die Halteseile (11.12) können direkt an den Außenseiten des Donuts bzw. vorzugsweise an dessen In addition to FIG. 1, FIG. 1 la (side view) shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that the power generation or the wind turbine (11.1) are located above and below the compressed gas balloons (rather “donuts”). The outer ring of the "donut" is filled with gas (e.g. helium or hydrogen) and is regulated in the same way as the gas management described in Fig. 1 and Fig. 2. As with a real "donut", the inner area or inner diameter is openly accessible. The "donut" has a wind turbine, preferably two wind turbines, the first wind turbine (1 l.lo) being above and the second wind turbine (1 l.lu) below the "donut", and these are each on a stable platform (11.9) attached. The drive shaft (11.6) of the alternating / direct current generator (11.7), which runs continuously and connects to both wind turbine rotors, and / or each individual drive axis for each wind turbine rotor, with preferably upstream electro / electro-mechanical, adaptive gear (11.8) for reducing or accelerating and / or changing the direction of travel the drive shaft and the electricity generated by it is sent directly to the ground station via the design features and units already described in FIGS. 1 and 2 (see definition of central unit I assembly) with the aid of the power cable (11.13). 2 described units (see definition of module central processing unit II). The two wind turbine rotors should preferably rotate in opposite directions and possibly also be different in size (11.1a vs. 11.1b) in order to achieve optimal power generation and stabilization of the overall system. The holding ropes (11.12) can be attached directly to the outside of the donut or, preferably, to it
vollumfänglich umschließendes, dynamisch stabiles Ballon-/Donutsnetz, welches vorzugsweise mit einer integrierter Software- und sensorgesteuerten, autonom/automatisch oder via Completely enclosing, dynamically stable balloon / donut network, which is preferably with an integrated software and sensor-controlled, autonomous / automatic or via
Fernsteuerung (Notfallplan), Enteisungs- und Abtaueinheit (z.B. Heizdrähte) ausgestattet ist, bzw. an dessen verstärkten Haltebändem. Die Windturbinen sollten vorzugsweise gegenläufig rotieren, um dem Gesamtsystem mehr Stabilität zu geben. Remote control (emergency plan), de-icing and defrosting unit (e.g. heating wires), or on its reinforced retaining straps. The wind turbines should preferably rotate in opposite directions in order to give the overall system more stability.
Ergänzend zur Fig. 1 la zeigt Fig. 1 lb (Vogelperspektive) Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass vorzugsweise 360 Grad, elektrisch-schwenkbaren, Software- und sensorgestützten, autonomen/automatisch oder ferngesteuerten (Notfallplan), x-Turbo-Propellem (11.11), vorzugsweise 4 Turbo-Propeller, und/oder auch elektrisch (11.6), steuerbaren Seiten- und/oder Höhenruder (11.7) bestückt werden, welche vorzugsweise ebenso an der oberen und/oder unteren festen Plattformen (10.12) befestigt werden, um die Auftriebsfahigkeit und die Stabilisierung des Gesamtsystems zu optimieren. In addition to FIG. 1 la, FIG. 1 lb (bird's eye view) shows modification variants or possibilities of the subject matter of the invention to the effect that preferably 360 degrees, electrically pivotable, software and sensor-based, autonomous / automatic or remote-controlled (emergency plan), x-turbo propellers (11.11), preferably 4 turbo propellers, and / or also electrically (11.6), controllable rudder and / or elevator (11.7), which preferably also on the upper and / or fixed lower platforms (10.12) to optimize the buoyancy and the stabilization of the overall system.
Ergänzend zur Fig. 1 la und 1 lb zeigt Fig. 1 lc (Seitenansicht) Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, das die Windturbine vorzugsweise aus orthogonalen Windflügel (Rotoren ; 11.14) bestehen und die durchlaufende und mit beiden Windturbinenrotoren verbindenden Antriebsache (11.6) des Wechsel-/Gleichstromgenerators (11.7) und oder jeweils pro Windturbinenrotor eigener Antriebsachse mit vorzugsweise vorgeschalteten elektro-/elektro-mechanisches, adaptives Getriebe (11.8) zur Reduktion oder Beschleunigung und/oder Laufrichtungsänderung der Antriebswelle und der dadurch erzeugte Strom wird über die bereits in Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Ausführungsmerkmale und Aggregate (s. Definition technische Zentraleinheit A) mithilfe des Stromkabels (11.13) direkt zur Bodenstation und den ebenfalls in Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Aggregate (s. Definition technische Zentraleinheit B) geleitet. In addition to Fig. 1 la and 1 lb, Fig. 1 lc (side view) shows modification variants or - possibilities of the subject of the invention to the effect that the wind turbine preferably consists of orthogonal wind blades (rotors; 11.14) and the continuous drive shaft connecting to the two wind turbine rotors (11.6 ) of the alternating / direct current generator (11.7) and / or each wind turbine rotor's own drive axle with preferably upstream electro / electro-mechanical, adaptive gear (11.8) for reducing or accelerating and / or changing the direction of rotation of the drive shaft and the current generated by this is already Design features and units described in Fig. 1 and Fig. 2 (see definition of technical central unit A) using the power cable (11.13) directly to the ground station and the units also described in Fig. 1 and 2 (see definition of technical central unit B) directed.
Ergänzend zur Fig. 1 lc zeigt Fig. 1 ld (Vogelperspektive) Änderungsvarianten bzw. - möglichkeiten des Erfindungsgegenstandes dahingehend, dass vorzugsweise 360 Grad, elektrisch-schwenkbaren, Software- und sensorgestützten, autonomen/automatisch oder ferngesteuerten (Notfallplan), x-Turbo-Propellem (11.11), vorzugsweise 4 Turbo-Propeller, und/oder auch elektrisch (11.6), steuerbaren Seiten- und/oder Höhenruder (11.7) bestückt werden, welche an der oberen und/oder unteren festen Plattformen (11.9) vorzugsweise direkt am„Donut“ selbst und zwar an dessen vollends umschließenden„Donutnetzgitter“ mit integrierter, Software- und sensorgestützten, autonom/automatisch oder via Fernsteuerung (Notfallplan), Enteisungs- und Aufitauvorrichtung (z.B. Heizdrähte) dessen verstärkte, dehnbare aber zugfesten Zentralbändem, welche den Ballon mittig von Nord nach Süd (180 oder 360 Grad) und/oder mittig von Ost nach West (180 oder 360 Grad) umschließen befestigt werden, um die Auftriebsfahigkeit und die Stabilisierung des Gesamtsystems zu optimieren. In addition to Fig. 1 lc, Fig. 1 ld (bird's eye view) shows modification variants or - possibilities of the subject of the invention to the effect that preferably 360 degrees, electrically pivotable, software and sensor-based, autonomous / automatic or remote-controlled (emergency plan), x-turbo Propellers (11.11), preferably 4 turbo propellers, and / or also electrically (11.6), controllable rudder and / or elevator (11.7), which are attached to the upper and / or lower fixed platforms (11.9), preferably directly on the " Donut "itself, namely on its completely enclosing" donut mesh grid "with integrated, software and sensor-supported, autonomous / automatic or via remote control (emergency plan), de-icing and thawing device (e.g. heating wires) its reinforced, stretchable but high-tensile central ligaments, which center the balloon from north to south (180 or 360 degrees) and / or in the middle from east to west (180 or 360 degrees) to be attached to the buoyancy and the S to optimize stabilization of the overall system.
Um Redundanzen vorzubeugen erlauben wir uns beschriebene Komponenten der Fig. I und Fig. II zu Baugruppen zusammenfassen und können folgende Aggregate aufweisen: In order to prevent redundancies, we allow ourselves the described components of Fig. I and Fig. II to be combined into assemblies and can have the following units:
Die technische Zentraleinheit A = • technische Zentraleinheit I The technical central unit A = • technical central unit I
Elektrokabel 1 Electric cable 1
• Windturbine • wind turbine
Wechselstrom-Generator AC generator
• Elektrischer Transformator • Electrical transformer
• Elektrischer Gleichrichter • Electric rectifier
• Gas-Differenzdrucksensor • Gas differential pressure sensor
Die technische Zentraleinheit B = The technical central unit B =
• technische Zentraleinheit II • technical central unit II
• Elektrischer Energiespeicher und Energiepuffer • Electrical energy storage and energy buffer
Gasspeicher und -puffer Gas storage and buffer
Elektrische Auf- und Abwicklungseinheit Electric winding and unwinding unit
• Elektro-Kabel II • Electric cable II
• Frequenzumrichter • Frequency converter
• Stabilisier- und Schwungscheibe • Stabilizer and flywheel
Wirbelstrombremse Eddy current brake
Vorzugsweise sollten die vorgesehenen Turbo-Propeller („Side-Props“) bei allen hier beschriebenen Ausfuhrungsformen mit einer Doppelfunktion ausgestattet sein, welche einerseits die Primärfunktion des Auf- und Abtriebs des HPLs gewährleisten und andererseits mithilfe Rekuperation (Stromumkehrfunktion) des zentralen Elektromotors oder die in den Turbo- Propellem integrierten, Software- und sensorgestützter, autonom/automatisch und/oder via Fernsteuerung (Notfallplan), Einzel-Elektromotoren und zusätzlicher Herbeiführung einer Winkelveränderung der Rotorblätter, damit dadurch eine zusätzliche Stromerzeugung ermöglicht wird und somit die Gesamtleistung der Stromerzeugung erhöht wird. The proposed turbo propellers ("side props") should preferably be equipped with a double function in all of the embodiments described here, which on the one hand ensure the primary function of lift and downforce of the HPL and on the other hand with the help of recuperation (current reversal function) of the central electric motor or the in the turbo propellers integrated, software and sensor-supported, autonomous / automatic and / or via remote control (emergency plan), individual electric motors and additional induction of a change in the angle of the rotor blades, so that additional power generation is enabled and thus the overall output of power generation is increased.
Sämtliche Oberflächenmaterialien (Außenhaut), die für den Erfindungsgegenstand und deren flugfähigen Ausfuhrungsvarianten vorgesehen sind, sollten vorzugsweise mit einer All surface materials (outer skin) that are provided for the subject matter of the invention and their airworthy design variants should preferably have a
windstromoptimierenden, stromlinienfordemden Mikrostrukturhaut, ähnlich einer Haifischhaut, und gleichzeitigem Präventivschutz gegen jedweder Verschmutzungen (Lotuseffekt), durch die Atmosphäre oder evtl. Tieren, vorbeugend beschaffen sein. Wind flow-optimizing, streamlined microstructure skin, similar to a shark skin, and at the same time preventive protection against any pollution (lotus effect), from the atmosphere or possibly animals.
Sämtliche Gasballone, Zeppeline sowie„Donuts“ bzw. deren beschriebenen Ausführungs-All gas balloons, zeppelins and "donuts" or their described execution
Varianten können mit unterschiedlichen Gasen (z.B. Helium oder Wasserstoff) gefüllt werden. Sämtliche Gasballon verfugen vorzugsweise über elektrische, 360 Grad schwenkbare, software- und sensorgestützte, autonome bzw. automatische und/oder ferngesteuerte (Notfallsituation) x- Turbo-Propeller und elektrische, Software- und sensorgestützte, autonome bzw. automatische und/oder ferngesteuerte (Notfallsituation) regelbare Höhenruder und/oder Seitenruder zur Stabilisierungs- und Positionszwecken. Can ariants V with different gases (for example helium or hydrogen) are filled. All gas balloons preferably have electrical, software and sensor-supported, autonomous or automatic and / or remote-controlled (emergency situation) x-turbo propellers and electrical, software and sensor-supported, autonomous or automatic and / or remote-controlled (emergency situation) ) Adjustable elevator and / or rudder for stabilization and position purposes.
Außerdem sollten vorzugsweise sämtliche Turbo-Propeller rechts- oder linksdrehend einstellbar sein und vorzugsweise gegenläufige zur Drehung der Windturbine laufen. In addition, all turbo propellers should preferably be adjustable to rotate clockwise or anti-clockwise and should preferably run in the opposite direction to the rotation of the wind turbine.
Vorzugsweise sollten die Drachenflughüllen/-segelmaterial (= analog Segel bei Segelbooten) sowie auch das der Windschaufeln (Rotoren) der Windturbinen, aufgerollt im Innenbereich des Rahmens befinden und/oder wie bei einer Jalousie gerafft sein und erst im Bereich der Wind- Emtezone wird das Segeltuch mithilfe einer elektro-mechanischen oder elektro-hydraulischen oder rein elektrischen Segelspannvorrichtung, welche durch die Stromversorgung vom Boden oder Anbord- Stromerzeugung angetrieben wird, herausgezogen und fest fixiert; dadurch bleibt das Gesamtsystem mit vorgesehenen HPL-Einsatz während der Steig- und Abstiegsphase besser steuerbar und verbraucht dazu noch weniger Energie. Ferner kann dadurch das Gesamtsystem bei extremer Wetterlage (massive Turbulenzen) besser geschützt werden. Die Turbo-Propeller (=“Sideprops“) können ebenfalls mit so einer„Segeltuch- Vorrichtung“ ausgestattet werden, damit dadurch einerseits die Mechanik der Sideprops geschützt werden und andererseits die zusätzliche Fläche zur Unterstützung des Gesamtdrachensystems fungieren können. Auch der Innenbereich des„Donuts“ kann so effizient geschützt werden. The hang glider hulls / sail material (= similar to sails in sailing boats) as well as that of the wind blades (rotors) of the wind turbines should be rolled up in the inner area of the frame and / or gathered like a blind and only in the area of the wind emte zone Canvas with the help of an electro-mechanical or electro-hydraulic or purely electrical sail tensioning device, which is driven by the power supply from the ground or on-board power generation, pulled out and firmly fixed; as a result, the entire system with the intended use of HPL remains more controllable during the ascent and descent phase and consumes even less energy. In addition, the entire system can be better protected in extreme weather conditions (massive turbulence). The turbo propellers (= “side props”) can also be equipped with such a “canvas device”, so that on the one hand the mechanics of the side props are protected and on the other hand the additional surface can act to support the overall kite system. The interior of the "donut" can also be efficiently protected in this way.
Das„Segeltuchmaterial“ könnte auch aus flexiblen Solarmodulen bestehen, falls diese die gleichen Nutzungseigenschaften aufweisen sollte, welche Hochleistungssegelmaterialien auszeichnen. The "canvas material" could also consist of flexible solar modules, if these should have the same usage properties that characterize high-performance sail materials.
Zusätzlich können mehrere HPLs übereinander gestapelt werden; sinnhafterweise In addition, several HPLs can be stacked on top of each other; sensibly
erst in der Wind-Emtezone als Art„Mehrfachtandem/-Kette“ um den Energieertrag only in the wind Emte zone as a kind of "multiple tandem / chain" around the energy yield
steigern zu können to be able to increase
Zusätzlich wäre auch ausfahrbare Teleskoparme vorstellbar, welche den Rahmen, an dem das Oberflächenmaterial der HPLs befestigt ist, erweitern können. Das Aus- und Einfahren dieser Teleskoparme wird mithilfe einer elektrischen und/oder elektropneumatischen Hydraulik gewährleistet und sollte vorzugsweise erst in der Wind-Emtezone erfolgen In addition, extendable telescopic arms would also be conceivable, which can expand the frame to which the surface material of the HPLs is attached. The extension and retraction of these Telescopic arms are ensured with the help of electrical and / or electropneumatic hydraulics and should preferably only take place in the wind emte zone
Der Erfindungsgegenstand und dessen beschriebenen Ausführungsvarianten sind vorzugsweise mit einem computergestützten Bodenkontrollsysteme, Navigation (GPS und/oder The subject matter of the invention and its described embodiment variants are preferably with a computer-aided ground control system, navigation (GPS and / or
Trägheitsnavigationssystem zur Positionsbestimmung), Radar-, Infrarot-, Sonarsysteme, Hochfrequenz, Turbolüftern (Sideprops) ausgestattet bzw. computerunterstützende Software, die einen Vorhersageanalyse- Algorithmus und digitale Matrixsteuerlogik, Kollisionsschutz und Wamsytem für die Gesamtanlage und dessen Betrieb. Als einfache, vorbeugende Inertial navigation system for position determination), radar, infrared, sonar systems, high frequency, turbo fans (Sideprops) equipped or computer supporting software including a Vorhersageanalyse- algorithm and digital array control logic, the collision protection and 'Wamsytem for the entire plant and its operation. As a simple, preventative
Schutzmaßnahmen sollten zusätzlich noch audiovisuelle Warnsysteme implementiert werden. Vorzugsweise sollten auch sämtliche Ausfuhrungsvarianten mit einem effektiven Blitzschutz ausgestattet sein. Auch kann der Steigballon 1.1, 2.1 mit einer Airbag- Vorrichtung mit wenigstens einem Airbag versehen sein, wobei der wenigstens eine Airbag sich entfaltet, wenn der Steigballon 1.1 , 2.1 abrupt Gas verliert und zu Boden fällt. Protective measures should also be implemented in addition to audiovisual warning systems. All design variants should preferably also be equipped with effective lightning protection. The climbing balloon 1.1, 2.1 can also be provided with an airbag device with at least one airbag, the at least one airbag deploying when the climbing balloon 1.1, 2.1 suddenly loses gas and falls to the ground.
1.1 Steigballon 1.18 bis 1.20 Boden-Pfeiler1.1 climbing balloon 1.18 to 1.20 ground pillar
1.2 Technische Zentrale 1 1.21 Elektro-Kabel 2 1.2 Technical center 1 1.21 Electric cables 2
1.3 Elektro-Kabel 1.22 Frequenzumrichter 1.3 Electric cables 1.22 frequency converter
1.4 Windturbine (Gasturbine) 1.23 Boden 1.4 Wind turbine (gas turbine) 1.23 Floor
1.5 Wechselstrom-Generator 1.24 bis 1.26 Fallschirmboxen 1.5 AC generator 1.24 to 1.26 parachute boxes
1.6 Elektrischer Transformator 1 1.27 Stabilisier- und 1.6 Electrical transformer 1 1.27 Stabilizing and
1.7 Elektrischer-Gleichrichter Schwungscheibe 1.7 Electric rectifier flywheel
1.8 Gas-Differenzdrucksensor 1.28 Wirbelstrombremse 1.8 Gas differential pressure sensor 1.28 Eddy current brake
1.9 Gasdruckregelventil 1.9 Gas pressure regulating valve
1.10 Elektrische W echselrichter 1.10 Electric inverters
1.11 Elektrische Transformator 2 1.11 Electrical transformer 2
1.12 Drei Halte-Drahtseile 1.12 Three holding wire ropes
1.13 T echnische Zentrale 2 1.13 T echnical center 2
1.14 Elektromechanische Auf- u. Abwickelvorrichtung 1.14 Electromechanical opening and closing Unwinder
1.15 Gasspeicher u. Gaspuffer 1.15 gas storage tank a. Gas buffer
1.16 Elektrischer Energiespeicher u. Energiepuffer 1.16 Electrical energy storage u. Energy buffer
1.17 Bodenplatte 1.17 base plate
1.18 bis 1.20 Boden-Pfeiler 1.18 to 1.20 ground pillars
1.21 Elektro-Kabel 2 1.21 Electric cable 2
1.22 Frequenzumrichter 1.23 Boden 1.22 frequency converter 1.23 floor
1.24 bis 1.26 Fallschirmboxen 1.24 to 1.26 parachute boxes
1.27 Stabilisier- und Schwungscheibe 1.27 Stabilizer and flywheel
1.28 Wirbelstrombremse 1.28 Eddy current brake
2.1 Steigballon 2.1 climbing balloon
2.2 Technische Zentrale 1 2.2 Technical center 1
2.3 Elektro-Kabel 2.3 Electric cables
2.4 Gasturbine (Windturbine) 2.4 gas turbine (wind turbine)
2.5 Wechselstrom-Generator 2.5 AC generator
2.6 Elektrischer Transformator 1 2.6 Electrical transformer 1
2.7 Elektrischer-Gleichrichter 2.7 Electric rectifier
2.8 Gas-Differenzdrucksensor 2.8 Gas differential pressure sensor
2.9 Gasdruckregelventil 2.9 Gas pressure regulating valve
2.10 Elektrische W echselrichter 2.10 Electric inverters
2.11 Elektrische Transformator 2 2.11 Electrical transformer 2
2.12 Drei Halte-Drahtseile 2.12 Three holding wire ropes
2.13 T echnische Zentrale 2 2.13 T echnical center 2
2.14 Elektromechanische Auf- u. Abwickelvorrichtung 2.14 Electromechanical opening u. Unwinder
2.15 Gaspuffer 2.15 gas buffer
2.16 Elektrischer Energiespeicher 2.16 Electrical energy storage
2.17 Bodenplatte 2.17 base plate
2.18 bis 2.20 Boden-Pfeiler 2.18 to 2.20 floor pillars
2.21 Elektro-Kabel 2 2.21 Electric cable 2
2.22 Frequenzumrichter 2.22 frequency converter
2.23 Boden 2.23 soil
2.24 bis 2.26 Fallschirmboxen 2.24 to 2.26 parachute boxes
2.28 Stabilisier- und Schwungscheibe 2.28 Stabilizer and flywheel
2.29 Wirbelstrombremse 2.29 eddy current brake

Claims

Patentansprüche Claims
(1) Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, welche wenigstens Folgendes umfasst: a) Eine Bodenstation, welche am Boden aufsteht oder dort befestigt ist, (1) Device for generating electrical energy, which comprises at least the following: a) A ground station that stands on the ground or is attached to it,
b) ein mit Gas gefällter Höhen- Steigballon (1.1), welcher in einer Betriebsstellung von der Bodenstation vertikal beabstandet und an der Bodenstation durch wenigstens ein Halteseil gehalten ist, b) a high altitude balloon (1.1) precipitated with gas, which in an operating position is vertically spaced from the ground station and is held at the ground station by at least one tether,
b) eine am Höhen-Steigballon (1.1) drehbar gelagerte Windturbine (1.4) mit einer Windturbinenachse, die einen an dem Höhen-Steigballon (1.1) angeordneten Wechseloder Gleichstromgenerator (1.5) zur Erzeugung von elektrischem Strom antreibt, c) wenigstens ein Stromleitungselement, welches zwischen einer ersten, an dem Höhen- Steigballon (1.1) angeordneten Zentraleinheit (1.2) und einer an der Bodenstation angeordneten zweiten Zentraleinheit (1.13) gezogen ist und den erzeugten Strom von der ersten Zentraleinheit (1.2) in die zweite Zentraleinheit (1.13) leitet. b) a wind turbine (1.4) rotatably mounted on the high-altitude balloon (1.1) with a wind turbine axis which drives an alternating or direct current generator (1.5) arranged on the high-altitude balloon (1.1) to generate electrical power, c) at least one power line element which is drawn between a first central unit (1.2) arranged on the high-altitude balloon (1.1) and a second central unit (1.13) arranged at the ground station and conducts the generated current from the first central unit (1.2) into the second central unit (1.13).
(2) Vorrichtung nach Anspruch 1 dahingehend gekennzeichnet, das die Windturbine als Kranz (Corona) axial um den Gasballon (3.1) herum positioniert und der Wechsel- oder Gleichstromgenerator (3.5) befindet sich in der Mitte des Turbinenhohlscheibe „Diskusscheibe“ (3.2) und wird von einer Radscheibe (3.4) oder Radspeichen oder Stäben (3.13) zur Stromerzeugung angetrieben. (2) Device according to claim 1 to the effect that the wind turbine is positioned as a ring (corona) axially around the gas balloon (3.1) and the alternating or direct current generator (3.5) is located in the middle of the turbine hollow disk “discus disk” (3.2) and is driven by a wheel disc (3.4) or wheel spokes or rods (3.13) to generate electricity.
(3) Vorrichtung nach Anspruch 1 dahingehend gekennzeichnet, das die Wundturbine (4.15) den Gasballon (4.4) wie ein Schaufelrad umkreist, bestehend aus Windturbinen schaufeln (4.5), eine axial laufende Antriebsachse (4.3) die einen Wechsel- /Gleichstromgenerator (4.1) zur Stromerzeugung antreibt. (3) Device according to claim 1, characterized in that the wound turbine (4.15) encircles the gas balloon (4.4) like a paddle wheel, consisting of wind turbine blades (4.5), an axially running drive shaft (4.3) which includes an alternating / direct current generator (4.1) to generate electricity.
(4) Vorrichtung nach Anspruch 1 dahingehend gekennzeichnet, dass der Gasballon mit einen separierten Hybrid-Proper-Luftdrachen (=HPL) über zugfeste Halteseile (5.3) verbunden ist, wobei die Windturbine (5.0) im HPL mittig (5.0 A) oder oberhalb (5.0 B) oder unterhalb (5.0 C), vorzugsweise mithilfe einer Hydraulikeinheit steuerbar, positioniert ist und vorzugsweise verfügt dieser HPL über x-Turbopropeller (5.6) und/oder Höhen- (5.8) und/oder Seitenruder (5.7) vorzugsweise auch über gasgefällte x-Zeppeline (5.(4) Device according to claim 1, characterized in that the gas balloon is connected to a separated hybrid proper air kite (= HPL) via tension-resistant holding ropes (5.3), the wind turbine (5.0) in the HPL in the middle (5.0 A) or above ( 5.0 B) or below (5.0 C), preferably controllable with the aid of a hydraulic unit, and preferably this HPL has x-turbopropeller (5.6) and / or elevator (5.8) and / or rudder (5.7), preferably also gas-filled x -Zeppelins (5.
5)sowie einer Gleitflächenverlängerungsvorrichtung (5.9) mit einei; Auf- und Abrolleinheit(5.13) der Gleit- bzw. Segelfläche (5.12) des HPLs. (5) Vorrichtung nach Anspruch 5 dahingehend gekennzeichnet, dass die Windturbinen- einheit (6.11) vom HPL getrennt und auf dem Gasballon (6.15) befestigt ist, wobei sich der Wechsel-/ Gleichstromgenerator (6.0) am HPL befindet und mit einem automatischen Andockmanöver die Windturbine vom Gasballon trennt und dann als geschlossenes System Strom produzieren kann. 5) and a sliding surface extension device (5.9) with eini; Roll-up and unwind unit (5.13) of the gliding or sail surface (5.12) of the HPL. (5) Device according to claim 5 to the effect that the wind turbine unit (6.11) is separated from the HPL and attached to the gas balloon (6.15), the alternating / direct current generator (6.0) being on the HPL and with an automatic docking maneuver Wind turbine separates from the gas balloon and can then produce electricity as a closed system.
(6) Vorrichtung nach Anspruch 5 dahingehend gekennzeichnet, dass sich das HPL (7.9) unmittelbar an den zur Bodenstation (7.13) führenden zugfesten Halteseilen (7.12) befestigt ist und mithilfe von Magnetkupplungen (7.14) automatisch entkoppelt wird und das HPL wird entweder direkt an der Drehscheibe (7.5) oder an der Mittelachse (7.1) des Gasballon (7.0) befestigt. (6) Device according to claim 5, characterized in that the HPL (7.9) is attached directly to the tension-resistant holding ropes (7.12) leading to the ground station (7.13) and is automatically decoupled with the aid of magnetic couplings (7.14) and the HPL is either directly attached the turntable (7.5) or attached to the central axis (7.1) of the gas balloon (7.0).
(7) Vorrichtung nach Anspruch 1 dahingehend gekennzeichnet, dass die Windturbine (8.0) mittig in einem Gasballonverbund, bestehend aus 2 Gasballone (8.1), vorzugsweise aus 4 Gasballone, befestigt ist. (7) Device according to claim 1, characterized in that the wind turbine (8.0) is fastened centrally in a gas balloon assembly consisting of 2 gas balloons (8.1), preferably 4 gas balloons.
(8) Vorrichtung nach Anspruch 1 dahingehend gekennzeichnet, dass der Gasballon (9.8) zusätzlich durch einen Turbo-Propeller 9.0, welcher unterhalb oder oberhalb, mit einer ballondurchlaufenden Antriebsachse direkt oder durch einen oder x-Elektromotor (9.21) zusätzlich angetrieben werden, damit eine Steig- und Stabilisationsunterstützung für die Gasballoneinheit ermöglicht wird. (8) Device according to claim 1 to the effect that the gas balloon (9.8) is additionally driven by a turbo-propeller 9.0, which is below or above, with a drive axle running through the balloon, directly or by an or x-electric motor (9.21), so that a Ascent and stabilization support is made possible for the gas balloon unit.
(9) Vorrichtung nach Anspruch 1 dahingehend gekennzeichnet, dass sich die vertikal (9) Device according to claim 1 to the effect that the vertical
befestigte Windturbine (10.1) zwischen zwei vorzugsweise gestauchten Gasballone befindet, wobei vorzugsweise zwei Windturbinen bzw. zwei Windturbinenrotoren (1Ό-.1) durch eine durchgehende Antriebsachse (10.14) verbunden sind, wobei vorzugsweise die Windturbinenrotoren gegenläufig rotieren sollten. attached wind turbine (10.1) is located between two preferably compressed gas balloons, preferably two wind turbines or two wind turbine rotors (1Ό-.1) are connected by a continuous drive shaft (10.14), preferably the wind turbine rotors should rotate in opposite directions.
(10) Vorrichtung nach Anspruch 1 dahingehend gekennzeichnet, dass sich die horizontal befestigte Windturbine, vorzugsweise zwei Windturbinen eine oberhalb (1 l.lo) und eine unterhalb (1 l.lu), innerhalb eines Leerraums eines mit gasgefüllten„Donuts“ befindet, wobei die Windturbinen vorzugsweise über einen orthogonalen Windflügel bzw. Rotor (11.14) verfügen. (10) Device according to claim 1, characterized in that the horizontally attached wind turbine, preferably two wind turbines, one above (1 l.lo) and one below (1 l.lu), is located within an empty space of a gas-filled "donut", wherein the wind turbines preferably have an orthogonal wind blade or rotor (11.14).
(11)Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10 dahingehend gekennzeichnet, dass diese (11) Device according to claim 9 and 10 characterized in that this
vorzugsweise über elektrisch betriebene x-Turbopropeller (10,5 und 11.11) und/ oder zusätzliche Seiten- (10.6, 11.7) sowie über Höhenruder verfügen, damit die Ballon- /Donateinheit eine höhere Stabilität im Wind erfahrt. preferably via electrically operated x turbopropellers (10.5 and 11.11) and / or have additional rudder (10.6, 11.7) and elevators so that the balloon / donat unit experiences greater stability in the wind.
(12) Vorrichtung nach Anspruch 1 dahingehend gekennzeichnet, dass vorzugsweise sämtliche Turbo-Propeller („Side-Props“) bei allen hier beschriebenen Ausführungsformen mit einer Doppelfunktion ausgestattet sein sollten, welche einerseits die Primärfunktion des Auf- und Abtriebs des HPLs gewährleisten und andererseits mithilfe Rekuperation (Stromumkehrfunktion) des zentralen Elektromotors oder die in den Turbo-Propellem integrierten, Software- und sensorgestützter, autonom/automatisch und/oder via (12) Device according to claim 1 to the effect that preferably all turbo propellers ("side props") should be equipped with a double function in all the embodiments described here, which on the one hand ensure the primary function of the lift and downforce of the HPL and on the other hand with help Recuperation (current reversal function) of the central electric motor or the software and sensor-supported integrated in the turbo propellers, autonomous / automatic and / or via
Fernsteuerung (Notfallplan), Einzel-Elektromotoren und zusätzlicher Herbeiführung einer Winkelveränderung der Rotorblätter, damit dadurch eine zusätzliche Remote control (emergency plan), individual electric motors and additional induction of a change in the angle of the rotor blades, thereby an additional
Stromerzeugung ermöglicht wird und somit die Gesamtleistung der Stromerzeugung erhöht wird. Electricity generation is enabled and thus the overall output of electricity generation is increased.
(13) Vorrichtung nach Anspruch 1 dahingehend gekennzeichnet, dass sämtliche (13) Device according to claim 1, characterized in that all
Oberflächenmaterialien (Außenhaut), die für den Erfindungsgegenstand und deren flugfähigen Ausführungsvarianten vorgesehen sind, sollten vorzugsweise mit einer windstromoptimierenden, stromlinienfördemden Mikrostrukturhaut, ähnlich einer Haifischhaut, und gleichzeitigem Präventivschutz gegen jedweder Verschmutzungen (Lotuseffekt), durch die Atmosphäre oder evtl. Tieren, vorbeugend beschaffen sein. Surface materials (outer skin), which are intended for the subject of the invention and its flightable design variants, should preferably be provided with a windflow-optimizing, streamlined microstructure skin, similar to a shark skin, and at the same time preventive protection against any contamination (lotus effect), from the atmosphere or possibly animals .
(14) Vorrichtung nach Anspruch 1 dahingehend gekennzeichnet, dass sämtliche (14) Device according to claim 1 to the effect that all
Gasballone/Donuts vorzugsweise über elektrische, 360 Grad schwenkbare, Software- und sensorgestützte, autonome bzw. automatische und/oder ferngesteuerte (Notfallsituation) x-Turbo-Propeller und elektrische, Software- und sensorgestützte, autonome bzw. Gas balloons / donuts preferably via electrical, software and sensor-supported, autonomous or automatic and / or remote-controlled (emergency situation) x-turbo propellers and electrical, software and sensor-supported, autonomous or
automatische und/oder ferngesteuerte (Notfallsituation) regelbare Höhenruder und/oder Seitenruder zur Stabilisierungs- und Positionszwecken. automatic and / or remote-controlled (emergency situation) adjustable elevator and / or rudder for stabilization and position purposes.
(15) Vorrichtung nach Anspruch 1 dahingehend gekennzeichnet, dass die Drachenflughüllen/- segelmaterial (= analog Segel bei Segelbooten) sowie auch das der Windschaufeln (Rotoren) der Windturbinen, vorzugsweise aufgerollt im Innenbereich des Rahmens befinden und/oder wie bei einer Jalousie gerafft sein und erst im Bereich der Wind- Emtezone wird das Segeltuch mithilfe einer elektro-mechanischen oder elektrohydraulischen oder rein elektrischen Segelspannvorrichtung, welche durch die Stromversorgung vom Boden oder Anbord- Stromerzeugung angetrieben wird, herausgezogen und fest fixiert. (15) Device according to claim 1, characterized in that the hang glider hulls / sail material (= analogous to sails in sailing boats) as well as that of the wind blades (rotors) of the wind turbines are preferably rolled up in the interior of the frame and / or gathered like a blind and only in the area of the wind emte zone is the sailcloth with the help of an electro-mechanical or electrohydraulic or purely electrical sail tensioning device, which by the Power supply from the ground or on-board power generation is driven, pulled out and firmly fixed.
(16) Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Art„Wetterhahn- Ausrichteeffekt“ mithilfe von Höhen- und/oder Seitenrudern berücksichtigt werden, damit sich grundsätzlich die Windschaufeln optimal im LUV der Windrichtung laufen. (16) Device according to claim 1, characterized in that a type of "weathercock alignment effect" is taken into account with the help of elevator and / or rudder, so that the wind vanes basically run optimally in the LUV of the wind direction.
(17) Vorrichtung nach Anspruch 1 dahingehend gekennzeichnet, dass die Windschaufeln (Rotoren) der Windturbinen aus einem dynamischen eher steifen und/oder semiflexiblen Material und/oder aus einem dynamischen flexiblen Material besteht, dass eine Art reißfester Nylonstoff (ähnlich Segelmaterialien) oder besseres Material, welches durch eine in dem Windschaufeln integrierte, elektrische und/oder elektropneumatische Auf- und Abwickelvorrichtung für die gesamte Windsegel-Fläche gesteuert wird, damit bei Wetterturbulenzen die Angriffsfläche des Windes deutlich reduziert werden können und somit die Gesamteinheit signifikant geschützt wird, wobei sich vorzugsweise auf der gegenüber-liegenden Seite und/oder den seitlichen Windschaufel-Rahmen die (17) Device according to claim 1, characterized in that the wind blades (rotors) of the wind turbines are made of a dynamic rather rigid and / or semi-flexible material and / or a dynamic flexible material that is a kind of tear-resistant nylon material (similar to sail materials) or better material , which is controlled by an electrical and / or electro-pneumatic winding and unwinding device for the entire windsail area integrated in the wind vanes, so that the surface of the wind can be significantly reduced in the event of turbulence and thus the entire unit is significantly protected, preferably on the opposite side and / or the side wind vane frame
Spannvorrichtungen für das„Segeltuch“ befinden. Tensioning devices for the "canvas" are located.
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