WO2014040716A1 - Flugwindkraftanlage mit mehreren seilen im yoyo-betrieb - Google Patents

Flugwindkraftanlage mit mehreren seilen im yoyo-betrieb Download PDF

Info

Publication number
WO2014040716A1
WO2014040716A1 PCT/EP2013/002689 EP2013002689W WO2014040716A1 WO 2014040716 A1 WO2014040716 A1 WO 2014040716A1 EP 2013002689 W EP2013002689 W EP 2013002689W WO 2014040716 A1 WO2014040716 A1 WO 2014040716A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive train
actuator
main
aircraft
drum
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/002689
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter KÖVESDI
Bernhard KÄMPF
Christian Gebhardt
Original Assignee
Enerkite Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Enerkite Gmbh filed Critical Enerkite Gmbh
Publication of WO2014040716A1 publication Critical patent/WO2014040716A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • F03D5/00Other wind motors
    • 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
    • F03D13/00Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • 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
    • F03D15/00Transmission of mechanical power
    • 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
    • F03D15/00Transmission of mechanical power
    • F03D15/10Transmission of mechanical power using gearing not limited to rotary motion, e.g. with oscillating or reciprocating members
    • 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
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • 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
    • F05B2240/91Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F05B2240/917Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure attached to cables
    • 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
    • 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
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/40Transmission of power
    • F05B2260/402Transmission of power through friction drives
    • F05B2260/4021Transmission of power through friction drives through belt drives
    • 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
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/40Transmission of power
    • F05B2260/403Transmission of power through the shape of the drive components
    • F05B2260/4031Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
    • F05B2260/40311Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing of the epicyclic, planetary or differential type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/728Onshore wind turbines

Definitions

  • the invention relates to a flying wind turbine for generating electrical energy by means of a tethered aircraft, in particular a kite or a kite-like construction, with at least one main rope and a control cable leading from the ground to the aircraft, the cables operate in YoYo mode and mechanically generated power from Drive train at least one main rope to at least one
  • this power unit with the mechanical power of the respective actuator by means of a summation, preferably one as
  • Wind energy plants which have a rotor on a floor-solid structure, are carried out with current status not greater than 200 m total height for both technical and economic reasons.
  • the cost of the tower structure form a significant part of the total cost and accounts for flying wind turbines.
  • flying wind turbines it is possible for flying wind turbines to lower relative costs to interpret the system to higher rated wind availability than in wind turbines with bottom strength, resulting in a further cost advantage.
  • Speed range is with speed-spread special drives or through
  • All the main and control cables of the aircraft shall perform the YoYo operation at the same speed, apart from the relative control movements.
  • the required power for the common skipping and retrieving of all ropes is high in each individual rope drive, the required accuracy and dynamics for this relatively low.
  • Actuating motion is the required power relatively low, while the required accuracy and dynamics is relatively high. It is therefore problematic if the drives of the control cables in addition to the adjusting movement should also cause their omission and retrieval, since these drives then have to deliver relatively high performance over a large speed range with high accuracy and dynamics. This leads to high costs and in the case of problem solving by oversizing also to high inertia in the respective drive trains.
  • Actuator can be performed while common outlet / catching movements of the control cables are taken over by another drive. In this case, however, it is not possible to effect an adjustment movement of the control cables independently of one another or jointly in the same direction (for example relative to a third cable) by means of said actuator.
  • intervenes with linearly moving pulleys in the control cables beyond large cable guide problems due to relatively long free Seiltrume be expected in conjunction with the high dynamic range of the linear movement to be achieved. Furthermore, the maximum possible path of the relative positioning movements due to the inevitable
  • Flying wind turbines can have a high level of operational reliability and a large
  • the subject matter of the invention is thus a flying wind power installation comprising a ground station (1) and a controllable aircraft (2), tied up by cables or rope-like means (3, 4), driven by wind power, wherein the ground station has at least one main cable and one with a drive motor (16) with or without transmission gear (15) equipped main drive train (5) for generating energy by using the YoYo effect by removing and retracting the aircraft and at least one control cable and one with a
  • the summation gear (22) is arranged directly in front of the or the respective actuator train. However, it may also be arranged optionally in the region of the main drive train. Furthermore, additional devices for speed ratio can be provided.
  • the invention also relates to a corresponding flight wind turbine, in which at least one main drive train (5) is installed in a cable drum (13). The associated main rope is wound on this winch drum one or more layers.
  • the invention also relates to a corresponding flight wind turbine, in which at least one actuator line (7) is installed in a cable drum (19).
  • the associated control cable (4) is wound on this winch drum one or more layers.
  • the subject matter of the invention is also a corresponding flying wind power plant, in which the motor (16, 26) of at least one main or actuator train (5, 7) includes a rear mechanical connection possibility by means of which it is attached to the stationary structure outside the respective drum unit.
  • the motor (16, 26) of at least one main or actuator train (5, 7) includes a rear mechanical connection possibility by means of which it is attached to the stationary structure outside the respective drum unit.
  • a structural part or the engine itself lead through a drum pivot bearing.
  • the subject matter of the invention is also a corresponding flying wind power plant, in which at least one main or actuator train (5, 7) is inserted into a one- or multi-part motor tube (17, 27), which is marked at the front end by an end-face mechanical connection possibility of a drive motor or a motor-gearbox combination, and further characterized by a cavity which leaves enough space to accommodate the engine or the engine / transmission combination, and at the rear end is characterized by a part which passes through a drum pivot bearing and connected to the fixed structure outside the drum.
  • the subject of the invention is also a corresponding flying wind power plant with at least one integrated into the drum main or actuator train, in which the output serves in the radial direction as a support of the respective drive train or possibly the combination of the drive train and motor tube.
  • the flying wind turbine according to the invention at least or exactly two control ropes or Stellseiliseren, or Stellseiltrommeln (19) for controlling the
  • the two or more adjusting winches (7) in question are preferably installed coaxially in the system.
  • the invention further relates to a corresponding flight wind turbine, wherein the at least one winch device or drum unit (19), which a
  • Actuator line (7) parallel and off-axis to at least one
  • Winding device or drum unit (13) having a main drive train (5) is arranged, and the respective winch or drum units via drive wheels (10A, 10B) and conventional traction means (11, 12) are interconnected (Fig. 4).
  • the connected winch device or drum unit (19) which a
  • Actuator line (7) connected to the side with the connected winch device or drum unit (13) which has the main drive train (5), on which the at least one planetary gear (22) is arranged.
  • the subject matter of the invention is also a corresponding flying wind power installation, in which the winch device or drum unit (19), which has an actuator drive train, is arranged coaxially with at least one winch device or drum unit, which has a main drive train.
  • the invention also relates to corresponding flight wind turbines, which include a generator function in the form of a generator device. In the simplest case, this can be a drive motor that works as a generator.
  • the invention further relates to a corresponding flight wind turbine, in which (i) the summation gear (22) is arranged immediately in front of the actuator drive train (7); (ii) the plant has two or more actuator strands (7A, 7B) for differential control of the
  • Aircraft has; (iii) the two or more actuator strands (7A, 7B) are arranged one behind the other in the axial direction in a single or multi-piece winch device or drum unit (19); (iii) Main driveline and actuator train in said
  • Drum units or winch devices (13, 19) are interconnected via an off-axis gearbox (15), and (iv) winch device or drum unit (19) having the actuator strands (7A, 7B) coaxial with the winch device or drum unit (13). is arranged, which has the main drive train (5).
  • the invention further relates to corresponding flying wind turbines, in which the ground station (1), which accommodate said devices for generating mechanical and / or electrical energy, on a rotatable and / or movable, preferably round platform (9) is fixed, wherein in a particular embodiment the platform has a rotatable and / or movable mast (29), which guides the main drive cables and / or the control cables in the direction of the aircraft (Fig. 1, Fig. 7).
  • the aircraft according to the invention preferably has one or more movable and adjustable by means of the control cables actuators.
  • the aircraft may be a kite, as or a construction of moving textiles and / or films with or without
  • the invention is also the use of a flying wind turbine according to the claims and the description for the production of electrical energy from
  • the subject matter of the invention is a method for extracting and withdrawing an energy source by means of wind power, which is tied to a ground station via ropes.
  • the taking in and taking off of one or more setting ropes for controlling and aligning the aircraft takes place independently of the one or multiple engagement and withdrawal of the aircraft by one or more Kleinzugseile, which provide for the mechanical energy according to the YoYo effect, wherein the directly generated by means of at least one main drive train or applied mechanical power from this or this using at least one as
  • Fig. 1 shows schematically a Flugwindkraftstrom with a ground station (1) and a bound aircraft (2) with 2 ropes (3, 4).
  • Fig. 2 shows schematically in perspective the rotating part of a ground station (1) according to an advantageous embodiment with a rotatable table (9), 3 winches and non-pivoting Seilausmatin (8).
  • the arrangement shows two coaxially arranged Stellseilwindentrommeln (19) in the foreground, which in the interior according to the invention, two actuator strands (7), each in turn a drive motor (26) include, and optionally or at least one summation (22).
  • the said cable drum unit (19) is fastened to a support structure (6) mounted with the platform (9), as well as the main cable drum (13) arranged parallel behind it, which internally houses the main drive train (5) which drives the main drive motor (16). includes, and optionally another transmission (15).
  • the respective ropes (3, 4) are guided, which are connected by corresponding outlet guides (8) with the aircraft (2).
  • Fig. 2 shows a preferred embodiment with a main cable and two control cables and thus a system which has a main drive train (5) and two actuator strands (7).
  • Fig. 3 shows schematically the rotating part (9) of the ground station (1) of Figure 1 in plan view.
  • Fig. 4 shows the section shown in Fig. 2.
  • the Ceiffentriebmaschine (10A, 10B) can be seen, which via a traction means (11), usually a chain or a
  • the left drum / winch (13) represents the derailleur strand
  • Fig. 5 shows the marked in Fig. 3 section through the main winch (13).
  • the drum is divided into several compartments. Center of the
  • Supporting structure (6) stored (14) is the drive motor (16) via a transmission (15)
  • Main drive (16) during operation of the main cable (3) can be hot due to the necessary high speed, are in the illustrated embodiment
  • Fig. 6 shows the section marked in Fig. 3 through a part of the here two-part
  • Fig. 7 shows schematically a possible implementation of a take-off and landing system by means of co-rotating mast (29) (30) which is mounted on a rotatable platform (9) (31).
  • the mast or arm has guides (32) for the main rope and the control ropes.
  • Fig. 8 Schematic diagram of cyclic energy conversion with towing kites.
  • Fig. 9 Schematic diagram of the energy system
  • Fig.10 shows as a schematic diagram the winches of a ground station (1) for more advantageous
  • Actuator strands (7) each in turn having a drive motor (26) and a summation gear (22) included.
  • Said Stellseiltrommel unit (19) is rotatably mounted on a platform-mounted support structure (6), as well as the parallel behind it arranged main rope drum (13), which inside the main drive train (5), which comprises the main drive motor (16) and a transmission gear (15).
  • Fig. 10 shows a preferred embodiment with a main cable and two control cables and thus a system which has a main drive train (5) and two actuator strands (7).
  • Fig.11 shows a schematic diagram of the winches of a ground station (1) for more advantageous
  • the arrangement shows two coaxially arranged Stellseiltrommeln (19), which in the interior according to the invention, two actuator strands (7), each in turn having a drive motor (26), and a summing gear (22) included.
  • the said cable drum unit (19) is rotatably mounted on a support structure mounted to the platform (6), as well as the coaxially arranged between the Stellseiltrommeln main cable drum (13), which in the interior
  • Main drive train (5) comprising the main drive motor (16) and a transmission gear (15).
  • Fig. 11 shows a preferred embodiment with a main cable and two control cables and thus a system which has a main drive train (5) and two
  • the present invention relates to systems operating in so-called YoYo operation.
  • Phase 1 is characterized in that the aircraft pulls ropes under power from the ground station, which converts this mechanical energy into usable form.
  • Phase 2 is characterized in that the aircraft is operated so that the rope forces are lower than in Phase 1 and the aircraft is recovered at a higher speed than in Phase 1 with less energy use. In this yo-yo cycle, a positive total energy balance is created at the
  • Soil station usable energy can thus, if appropriate after a homogenization by a buffer memory, are delivered.
  • the aircraft of a flying wind turbine must by actuators, for example
  • Change angle of the aircraft be controllable, and can also other adjusting devices, such as Reffvorraumen, brake or emergency umbrellas, inter alia Mechanisms include.
  • the drives which operate the control devices of the aircraft may be located either in the aircraft or on the ground.
  • the advantages of a control from the ground are on the one hand in the weight savings in the aircraft and on the other hand in the cost savings due to the fact that non-accompanying drives are cheaper to implement and maintain.
  • the invention relates to the ground stations of such systems in which at least one actuator on the wing is actuated from the ground by means of an actuating cable.
  • the actuating movements are transmitted in the case of a drive from the ground via control cables to the aircraft.
  • the invention relates to flying wind turbines, which consist of at least one main cable drive (5) and at least one Stellseiltrieb (7).
  • the drivetrain of a main rope is characterized by the ability to provide over the full required speed range of YoYo cycle 'the required power to jointly omit and retrieve all ropes and the drive train of an actuating rope characterized by the ability, the power, dynamics and
  • Position accuracy which is required when adjusting the respective cable relative to a main cable, over the required speed range of the corresponding
  • the invention primarily, but not exclusively relates to flying wind turbines, in which the conversion of the translatory kinetic energy of the rope is effected in another form of energy by at least one winch, which consists of at least one cable drum, which the translational energy of the rope in rotatory Energy converts, and a drive member with or without gear, the energy transformations of mechanical, rotational energy in another form of energy, for example. Electric energy, allows in both directions.
  • the present invention expressly relates to all flying wind turbines with at least one main rope and one adjusting cable each, but is illustrated by means of an embodiment of three-rail vehicle systems. Dreileinerdrachen have a main rope, and two control cables.
  • the kite By adjusting a control cable relative to the other, the kite is deformed asymmetrically, which causes a path change by the asymmetry of the flow.
  • the angle of attack of the entire aircraft can be changed.
  • the speed ratio in the power branch between the main cable drum and the adjusting cable drum is in each case selected so that, when the actuator is stationary, the cable coupled in this way moves as quickly as possible as the main cable.
  • any deviations can be compensated by the relevant actuator.
  • a driven rotatable platform can also be used very economically as a pivot bearing and drive (31) for a possible rotation arm (29) as a take-off / landing.
  • An embodiment of the invention may be to operate and control an aircraft from the ground by means of a main winch and at least one winch, each comprising a cable drum and a motor / generator operating engine.
  • a main winch and at least one winch each comprising a cable drum and a motor / generator operating engine.
  • At each of the Stellseiltrommeln as a summation (22) acting planetary gear is installed such that the ring gear (24) fixed to the rotatable
  • Stellseiltrommel (19) is connected, the sun gear (25) fixed to the actuator (22) is connected, and the planet carrier (23) with the main cable drum (13) is connected such that mechanical power can be transmitted.
  • the main drive train and the actuator drive train are connected according to the above description with an off-axis gearbox (5), such as a spur or traction gearbox.
  • an off-axis gearbox (5) such as a spur or traction gearbox.
  • any winch can be arranged off-axis to the main winch.
  • the latter are arranged coaxially to each other when using a main rope and several Stellseilwinden and in such a way that their outer ends axially not or not substantially over the ends of Protruding main rope drum. In this way it is possible to have a square
  • Winches on a rotating platform leads.
  • one or more hoist winches can be arranged coaxially to the main winch. This can be dispensed with an off-axis gearbox in the power branch between the main and control drum.
  • the integration of the drive trains in the respective cable drums can be carried out such that the motors receive a rear-side mechanical connection possibility, by means of which they pass through a drum bearing to the stationary structure outside the rotating
  • leading part of this motor tube can be made tapered, which allows a smaller size of the drum bearing.
  • according to the invention serve as a further support of the drive train whose rotating output. This is naturally substantially non-rotatably and radially immovably connected to the cable drum, which in turn is mounted to the fixed structure substantially rotatable and radially immovable. This results in no further action in the
  • Motor tube can be prevented by a hinged or flexurally elastic storage. Because the rope drums because of the high speed when putting on and taking off the
  • cooling devices can be provided according to the invention in a further embodiment.
  • integrated in the cable drums drive members via corresponding connections (18) with a
  • Level 1 Power stroke with power generation, missile flies across the wind and builds up high rope forces. The rope is speed-controlled and torque-limited extended.
  • Level 2 retrieve cycle with power requirement, missile flies with minimized forces (straight or on the windward side) Engine drives drums and all ropes are retracted at the same but higher speed than in level 1. The required energy comes from the grid via regenerative inverters.
  • Level 3 Control plane missile can be adjusted by one or two control cables. For this purpose, separate control drums are mutually adjusted or jointly relative to the tether drum. The required energy is minimal and is also drawn from the DC link.
  • Level 4 A braking resistor and optionally a buffer draw excess energy from the DC link and store energy or convert it into heat. While the braking resistor is an essential safety feature, the battery buffer is an optional component.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flugwindkraftanlage zur Erzeugung elektrischer Energie mittels eines gefesselten Fluggerätes mit mindestens je einem Hauptseil und einem Stellseil, die vom Boden zum Fluggerät führen, wobei mechanische Leistung vom Triebstrang mindestens eines Hauptseils zu mindestens einem Stellantriebstrang abgezweigt wird, dieser Leistungsteil mit der mechanischen Leistung des jeweiligen Stellantriebs mittels eines Summiergetriebes überlagert und an das jeweilige Stellseil übergeben wird.

Description

Flugwindkraftanlage mit mehreren Seilen im YoYo-Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Flugwindkraftanlage zur Erzeugung elektrischer Energie mittels eines gefesselten Fluggerätes, insbesondere eines Drachen oder einer drachenähnlichen Konstruktion, mit mindestens einem Hauptseil und einem Stellseil, die vom Boden zum Fluggerät führen, wobei die Seile im YoYo-Betrieb arbeiten und mechanisch erzeugte Leistung vom Antriebstrang mindestens eines Hauptseils zu mindestens einem
Stellantriebstrang abgezweigt wird, dieser Leistungsteil mit der mechanischen Leistung des jeweiligen Stellantriebs mittels eines Summiergetriebes, vorzugsweise eines als
Summiergetriebe arbeitendes Planetengetriebes, überlagert und an das jeweilige Stellseil übergeben wird, so dass es hierdurch gelingt, die Steuerung des Fluggerätes von der mechanischen Energiegewinnung durch das Auf- und Absteigen des Fluggerätes im YoYo- Betrieb voneinander getrennt zu vollziehen.
Hintergrund der Erfindung: Seit geraumer Zeit werden neuartige Windkraftanlagen entwickelt, die nicht an bodenfeste Strukturen, wie z.B. Türme und Masten, gebunden sind, sondern die Windenergie mittels Fesselfluggeräten in mechanische und elektrische Energie wandeln. Die Vorteile solcher Systeme liegen vor allem darin, dass das hohe Energieangebot und die hohe
Gleichmäßigkeit von Wind in Höhen deutlich oberhalb 300 m zu geringeren Kosten erreichbar ist. Windenergieanlagen, die einen Rotor an einer bodenfesten Struktur aufweisen, werden mit heutigem Stand sowohl aus technischen, als auch aus wirtschaftlichen Gründen nicht größer als 200 m Gesamthöhe ausgeführt. Die Kosten der Turmstruktur bilden einen erheblichen Teil der Gesamtkosten und entfallen bei Flugwindkraftanlagen. Darüber hinaus ist es bei Flugwindkraftanlagen zu geringeren Relativkosten möglich, die Anlage auf höhere Nennwindverfügbarkeit auszulegen als bei bodenfesten Windkraftanlagen, woraus ein weiterer Kostenvorteil resultiert.
Es existieren mehrere verschiedene Konzepte solcher Flugwindkraftanlagen. Bekannt sind solche, die die Windenergie bereits im Fluggerät in elektrische Energie wandeln und durch ein stromführendes Seil zum Boden leiten, z.B. aus US20100295303. Des Weiteren gibt es Konzepte, bei denen eine bewegliche Bodenstation vom Fluggerät über eine Bahnkurve oder eine Strecke am Boden gezogen wird, z.B. Europäische Patentschrift EP2075461 B1 , sowie Konzepte, bei denen ein am Boden befindlicher Rotor mit vertikaler Achse durch den ziehenden Drachen mittels einem Seil fester Länge in Drehung versetzt wird. Eine weitere bekannte Möglichkeit besteht darin, mechanische Energie mittels des YoYo- Prinzips zu gewinnen. Die Herausforderung eines Systems mit YoYo-Betrieb besteht u.a. darin, dass die Seiltriebe in der Bodenstation ihre Leistung über einen möglichst hohen Seilgeschwindigkeitsbereich wandeln müssen, da die Gesamteffizienz der Anlage stark vom Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Einholphase 2 und Ausfahrphase 1 abhängt. Das optimale Geschwindigkeitsverhältnis ist vom Unterschied der aerodynamischen
Eigenschaften und der Flugbahn des Fluggerätes zwischen den Betriebsphasen 2 und 1 abhängig und beträgt bei hochentwickelten Fluggeräten 10: 1 oder mehr. Dieser hohe
Geschwindigkeitsbereich ist mit drehzahlgespreizten Spezialantrieben oder durch
Überdimensionierung der Antriebe erreichbar.
Alle Haupt- und Stellseile des Fluggerätes müssen den Hub des YoYo-Betriebs, abgesehen von den relativen Stellbewegungen, mit gleicher Geschwindigkeit vollführen. Die benötigte Leistung für das gemeinsame Auslassen und Einholen aller Seile ist in jedem einzelnen Seiltrieb hoch, die benötigte Genauigkeit und Dynamik hierfür relativ gering. Für die
Stellbewegung ist die benötigte Leistung relativ gering, während die benötigte Genauigkeit und Dynamik relativ hoch ist. Problematisch ist es daher, wenn die Antriebe der Stellseile neben der Stellbewegung auch deren Auslassen und Einholen bewirken sollen, da diese Antriebe dann relativ hohe Leistung über einen großen Geschwindigkeitsbereich mit hoher Genauigkeit und Dynamik liefern müssen. Dies führt zu hohen Kosten und im Falle der Problemlösung mittels Überdimensionierung ebenfalls zu hohen Massenträgheiten in den betreffenden Antriebssträngen.
Aus der Schrift EP2091809B1 ist eine Lösung bekannt, bei der strikt differentielle,
gegenläufige Steuerbewegungen zwischen zwei Steuerseilen mittels eines eigenen
Stellantriebs ausgeführt werden können, während gemeinsame Auslass-/Einholbewegungen der Steuerseile durch einen anderen Antrieb übernommen werden. Hierbei ist es jedoch nicht möglich, mittels des genannten Stellantriebs eine Verstellbewegung der Steuerseile unabhängig voneinander oder gemeinsam in die gleiche Richtung (beispielsweise relativ gegenüber einem dritten Seil) zu bewirken. Im dort vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel, bei dem mit linear bewegten Umlenkrollen in die Steuerseile eingegriffen wird, sind darüber hinaus große Seilführungsprobleme aufgrund relativ langer freier Seiltrume in Verbindung mit der hohen zu erreichenden Dynamik der Linearbewegung zu erwarten. Des Weiteren ist der maximal mögliche Weg der relativen Stellbewegungen aufgrund des zwangsläufig
begrenzten Bereichs der Linearbewegung der Umlenkrollen beschränkt. Der Bewegungsbereich des Fluggerätes darf bei Flugwindkraftanlagen nicht unnötig eingegrenzt werden. Aus Gründen der Betriebsführung und -Sicherheit müssen unter beliebigen Windrichtungen und -stärken alle Manöver im vollständigen Halbraum über der Bodenstation möglich sein. In der Schrift US8080889 ist eine Bodenstation beschrieben, bei der die Umlenkrollen, die die Seile zum Flügel lenken, drehbar auf Federn befestigt sind. Des Weiteren sind u.a. aus dem Segelsport Umlenkrollenblöcke bekannt, bei denen die Umlenkrolle um eine Achse quer zu ihrer Drehrichtung schwenkbar gelagert ist.
Beide oben genannte Systeme erlauben einen selbsttätiges Ausrichten der Umlenkrolle in Richtung des auslaufenden Seils. Bei System mit mehreren Seilen sind jedoch Probleme bei kleinen Vertikalwinkeln der Seile zum Boden und großen Horizontalwinkeln der Seile zur Hauptachse der Bodenstation zu erwarten, da hier mindestens ein Seil mit dem Seilauslauf mindestens eines der anderen Seile kollidieren kann. Zum anderen funktionieren beide Systeme nur mit einem unter einer gewissen Mindestkraft stehenden Seil, da die Kraft zum Ausrichten der Umlenkmittel bei beiden Systemen durch das Seil selbst aufgebracht werden muss. Es kann bei Flugwindkraftanlagen jedoch nicht in jeder Betriebssituation davon ausgegangen werden, dass alle Seile unter genügender Kraft hierfür stehen.
Flugwindkraftanlagen können auf eine hohe Betriebssicherheit und einen großen
Betriebsbereich bezüglich Umweltbedingungen ausgelegt werden. Trotzdem ist ein dauerhafter wirtschaftlicher Betrieb nur möglich, wenn ein vollautomatisches Start- und Landesystem implementiert wird. Hierfür ist bereits ein System beschrieben worden, das einen Arm beinhaltet, der um eine im Wesentlichen vertikale Rotationsachse drehbar gelagert ist, die zu der Armlängsachse in steilem Winkel steht, und aus dem in hinreichendem
Abstand von der Drehachse mindestens ein Seil austritt, dessen Ende mit dem Fluggerät verbunden ist. Durch einen genügend großen Umlaufradius des Austrittspunktes aus dem Arm kann dem Fluggerät eine Eigengeschwindigkeit aufgeprägt werden, mittels derer es genügend Auftrieb erzeugt, um durch Auslassen des Verbindungsseils und/oder Verkleinern des Winkels zwischen Armlängsachse und der Vertikalen in größere Höhen hinaufgelassen werden zu können. Eine Landung ist in umgekehrtem Ablauf möglich: Das Fluggerät wird auf eine zyklische Bahn um die Landevorrichtung herum gesteuert, während der Arm in etwa gleicher mittlerer Winkelgeschwindigkeit rotiert. Durch Einziehen des Seils oder der Seile kann das Fluggerät an die Landevorrichtung herangezogen werden. Verwirklichungen von Bodenstationen mit einem solchen Start-/Ladesystem stehen vor großen konstruktiven Herausforderungen und sind bisher nicht bekannt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Flugwindkraftanlage zu schaffen, die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und Letzteren in vorteilhafter Weise weiterentwickelt. Insbesondere sollen die Massenträgheit der rotierenden Teile, sowie die Herstellungskosten und die Abmessungen einer solchen Anlage bei gleichbleibender Leistungsfähigkeit verringert werden. Weiterhin sollen eine optimale Steuerung des Fluggerätes und eine davon unabhängige effiziente mechanische Energiegewinnung nach dem YoYo-Prinzip gewährleistet sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Leistungsverzweigung und -summierung gemäß der Merkmale der Ansprüche sowie der folgenden Beschreibung der Erfindung gelöst. Zusammenfassung der Erfindung:
Es wird also vorgeschlagen, die Aufgabe des gemeinsamen Auslassens und Einholens aller Seile des Fluggerätes der Windkraftanlage antriebstechnisch von der Aufgabe der
Verstellung einzelner Seile zu dem oder den anderen zu trennen. Hierzu wird mechanische Leistung aus dem Antriebsstrang eines Hauptseils abgezweigt und dem Antriebsstrang eines Stellseils, sowie optional den Antriebssträngen weiterer Stellseile zugeführt. Jeder dieser Leistungszweige wird der mechanischen Leistung des jeweiligen Stellantriebs mittels eines Summiergetriebes überlagert.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Flugwindkraftanlage, umfassend eine Bodenstation (1 ) und ein durch Seile oder seilähnliche Mittel (3, 4) an diese gefesseltes, durch Windkraft betriebenes steuerbares Fluggerät (2), wobei die Bodenstation mindestens ein Hauptseil und einen mit einem Antriebsmotor (16) mit oder ohne Übersetzungsgetriebe (15) ausgestatteten Hauptantriebstrang (5) zur Energiegewinnung durch Nutzung des YoYo-Effektes mittels Aus- und Einziehen des Fluggerätes und mindestens ein Stellseil und einen mit einem
Antriebsmotor (26) mit oder ohne Übersetzungsgetriebe ausgestatteten Stellantriebstrang (7) zur Betätigung von Stellgliedern des Fluggerätes, sowie Vorrichtungen zur Umwandlung der mechanischen Energie in eine andere Energieform und zurück aufweist, wobei mindestens je ein Hauptantriebstrang (5) und Stellantriebstrang (7) über mindestens ein Summiergetriebe (22), vorzugsweise ein als Summiergetriebe fungierendes Plantengetriebe, miteinander verbunden sind, so dass ein Teil der mit Hilfe des jeweiligen Hauptantriebstrangs (5) gewonnenen oder aufgebrachten mechanischen Leistung aus diesem abgezweigt und mit der mechanischen Leistung des jeweiligen Stellantriebstrangs überlagert und so an das mindestens eine Stellseil (4) über das Planeten-/Summiergetriebe (22) übergeben wird, wodurch die Verstellung der Zugmittel (3, 4) im Hauptantriebstrang (5) und im Stellantriebstrang (7) voneinander getrennt erfolgen kann. Vorzugsweise ist das Summiergetriebe (22) unmittelbar vor den oder dem jeweiligen Stellantriebstrang angeordnet. Es kann aber auch gegebenenfalls im Bereich des Haupantriebstranges angeordnet sein. Ferner können zusätzliche Vorrichtungen zur Drehzahlübersetzung vorgesehen werden. Gegenstand der Erfindung ist ferner auch eine entsprechende Flugwindkraftanlage, bei welcher mindestens ein Hauptantriebstrang (5) in eine Seiltrommel (13) eingebaut ist. Das zugehörige Hauptseil ist auf diese Windentrommel ein- oder mehrlagig aufgerollt.
Gegenstand der Erfindung ist ferner auch eine entsprechende Flugwindkraftanlage, bei welcher mindestens ein Stellantriebstrang (7) in eine Seiltrommel (19) eingebaut ist. Das zugehörige Stellseil (4) ist auf diese Windentrommel ein- oder mehrlagig aufgerollt.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine entsprechende Flugwindkraftanlage, bei der der Motor (16, 26) mindestens eines Haupt- oder Stellantriebstrangs (5, 7) eine rückseitige mechanische Anschlussmöglichkeit beinhaltet, mittels der er an die stehende Struktur außerhalb der jeweiligen Trommeleinheit angebracht ist. Hierzu kann ein Strukturteil oder der Motor selbst durch ein Trommeldrehlager hindurch führen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine entsprechende Flugwindkraftanlage, bei der mindestens ein Haupt- oder Stellantriebstrang (5, 7) in ein ein- oder mehrteiliges Motorrohr (17, 27) eingefügt ist, das am vorderen Ende gekennzeichnet ist durch eine stirnseitige mechanische Anschlussmöglichkeit eines Antriebsmotors oder einer Motor-Getriebe- Kombination, sowie des Weiteren gekennzeichnet ist durch einen Hohlraum, der genügend Platz lässt, um den Motor oder die Motor-/Getriebekombination aufzunehmen, sowie am hinteren Ende gekennzeichnet ist durch einen Teil, der durch ein Trommeldrehlager hindurch führt und mit der festen Struktur außerhalb der Trommel verbunden ist.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine entsprechende Flugwindkraftanlage mit mindestens einem in die Trommel integrierten Haupt- oder Stellantriebstrang, bei der dessen Abtrieb in radialer Richtung als Auflager des jeweiligen Antriebsstrangs oder ggf. der Kombination aus Antriebsstrang und Motorrohr dient.
Vorzugsweise weist die Flugwindkraftanlage gemäß der Erfindung mindestens oder genau zwei Stellseile bzw. Stellseileinheiten, bzw. Stellseiltrommeln (19) zur Steuerung des
Fluggerätes auf. In diesen Fällen sind die betreffenden zwei oder mehr Stellwinden (7) in der Anlage vorzugsweise koaxial eingebaut. Gegenstand der Erfindung ist weiter eine entsprechende Flugwindkraftanlage, bei der mindestens eine Windenvorrichtung oder Trommeleinheit (19), welche einen
Stellantriebstrang (7) aufweist, parallel und achsversetzt zu mindestens einer
Windenvorrichtung oder Trommeleinheit (13), welche einen Hauptantriebstrang (5) aufweist, angeordnet ist, und die betreffenden Winden- oder Trommeleinheiten über Triebräder (10A, 10B) und übliche Zugmittel (11 , 12) miteinander verbunden sind (Abb. 4). Vorzugsweise ist hierbei die verbundene Windenvorrichtung oder Trommeleinheit (19), welche einen
Stellantriebstrang (7) aufweist, mit der Seite mit der verbundenen Windenvorrichtung oder Trommeleinheit (13), die den Hauptantriebstranges (5) aufweist, verbunden, auf der das mindestens eine Planetengetriebe (22) angeordnet ist.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine entsprechende Flugwindkraftanlage, bei welcher die Windenvorrichtung oder Trommeleinheit (19), die einen Stellantriebstrang aufweist, koaxial zu mindestens einer Windenvorrichtung oder Trommeleinheit angeordnet ist, welche einen Hauptantriebstrang aufweist. Gegenstand der Erfindung sind auch entsprechende Flugwindkraftanlagen, welche eine Generatorfunktion in Form einer Generatorvorrichtung umfassen. Dies kann im einfachsten Fall ein Antriebsmotor sein, der als Generator arbeitet.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine entsprechende Flugwindkraftanlage, bei welcher (i) das Summiergetriebe (22) unmittelbar vor dem Stellantriebstrang (7) angeordnet ist; (ii) die Anlage zwei oder mehr Stellantriebstränge (7A, 7B) zur differenzierten Steuerung des
Fluggerätes aufweist; (iii) die zwei oder mehr Stellantriebstränge (7A, 7B) in einer ein- oder mehrteiligen Windenvorrichtung oder Trommeleinheit (19) hintereinander in axialer Richtung angeordnet sind; (iii) Hauptantriebstrang und Stellantriebstrang in besagten
Trommeleinheiten oder Windenvorrichtungen (13, 19) über ein achsenversetztes Getriebe (15) miteinander verbunden sind, und (iv) Windenvorrichtung oder Trommeleinheit (19), welche den oder die Stellantriebstränge (7A, 7B) aufweist, koaxial zur Windenvorrichtung oder Trommeleinheit (13) angeordnet ist, welche den Hauptantriebstrang (5) aufweist.
Gegenstand der Erfindung sind ferner entsprechende Flugwindkraftanlagen, bei denen die Bodenstation (1), welche besagte Vorrichtungen zur Erzeugung mechanischer und / oder elektrischer Energie beherbergen, auf einer drehbaren und/oder beweglichen vorzugsweise runden Plattform (9) befestigt ist, wobei in einer besonderen Ausführungsform die Plattform einen drehbaren und / oder beweglichen Mast (29) aufweist, welcher die Hauptantriebsseile und/oder die Stellseile in Richtung des Fluggerätes führt (Abb. 1 , Abb. 7). Das Fluggerät gemäß der Erfindung weist vorzugsweise eine oder mehrere bewegliche und mittels der Stellseile verstellbare Stellglieder auf. Das Fluggerät kann ein Drachen sein, als oder eine Konstruktion aus beweglichen Textilen und / oder Folien mit oder ohne
Rahmenkonstruktion. Entsprechende Fluggeräte sind im Stand der Technik bekannt.
Geeignet sind prinzipiell auch mehr oder weniger starre flug- /gleitfähige Konstruktionen, wie sie ebenfalls häufig eingesetzt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ferner auch die Verwendung einer Flugwindkraftanlage gemäß der Ansprüche und der Beschreibung zur Gewinnung von elektrischer Energie aus
Windenergie. Schließlich ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Aus- und Einziehen eines zur Energiegewinnung mittels Windkraft vorgesehenen, an eine Bodenstation über Seile gefesselten Fluggerätes, wobei das Ein- und Ausziehen von einem oder mehreren Stellseilen zur Steuerung und Ausrichtung des Fluggerätes unabhängig erfolgt von dem ein- oder mehrfachen Ein- und Ausziehen des Fluggerätes durch ein oder mehrere Hauptzugseile, welche für die mechanische Energiegewinnung nach dem YoYo-Effektes sorgen, wobei die mit Hilfe mindestens eines Hauptantriebstranges unmittelbar erzeugte oder aufgebrachte mechanische Leistung aus diesem oder diesen mit Hilfe mindestens eines als
Summiergetriebe fungierenden Planetengetriebes abgezweigt und dieser Leistungsteil mit der mechanischen Leistung mindestens eines Stellantriebstrangs mit Hilfe des
Summiergetriebes oder der Summiergetriebe überlagert und an das jeweilige Stellseil übergeben wird, wobei weiter das oder die Summiergetriebe zwischen mindestens einem Hauptantriebstrang (5) und mindestens einem Stellantriebstrang (7) angeordnet sind, und der oder die Hauptantriebstränge und der mindestens eine Stellantriebstrang als Bestandteil einer Winde oder Trommelwinde in der Bodenstation (1) angebracht sind. Beschreibung der Erfindung:
Oben und unten in den Ansprüchen und Abbildungen werden folgende Bezugsgrößen verwendet:
01 Bodenstation
02 Fluggerät
03 Hauptseil
04 Stellseil
05 Hauptantriebstrang
06 tragende Struktur
07A Stellantriebstrang 1
07B Stellantriebstrang 2
08 Ausläufe Seile 09 Plattform
10A Zugmitteltriebrad Hauptantriebstrang
10B Zugmitteltriebrad Stellantriebstrang
11 Zugmittel
12 Spannrolle Zugmitteltrieb
13 Hauptseiltrommel
14 Trommellager - Hauptantriebstrang
15 Übersetzungsgetriebe - Hauptantriebstrang
16 Antriebsmotor - Hauptantriebsstrang
17 Motorrohr - Hauptantriebstrang
18 Anschlüsse Flüssigkeitskühlung - Hauptantriebstrang
19 Stellseiltrommel
20 tragende Struktur - Stellantriebstrang
21 Trommellager - Stellantriebstrang
22 Summiergetriebe - Stellantriebstrang
23 Getriebeabtrieb Planetenträger
24 Getriebeabtrieb Hohlrad
25 Getriebeantrieb Sonne
26 Antriebsmotor - Stellantriebstrang
27 Motorrohr - Stellantriebstrang
28 Anschlüsse Flüssigkeitskühlung - Stellantriebstrang
29 Übersetzungsgetriebe - Stellantriebstrang
30 Rotationsarm / drehbarer Mast
31 Auflager für Rotationsarm / drehbarer Mast
32 Drehlager für Plattform (9)
33 Führung der Seile zum Fluggerät (2)
Die Abbildungen erläutern weiter die Erfindung. Dabei stellen sie im Detail folgendes dar:
Abb. 1 zeigt schematisch eine Flugwindkraftanlage mit einer Bodenstation (1 ) und einem gefesselten Fluggerät (2) mit 2 Seilen (3, 4). Abb. 2 zeigt schematisch perspektivisch den drehenden Teil einer Bodenstation (1) nach vorteilhafter Ausführung mit drehbarem Tisch (9), 3 Seilwinden und nicht schwenkbaren Seilausläufen (8). Die Anordnung zeigt zwei koaxial angeordnete Stellseilwindentrommeln (19) im Vordergrund, welche im Inneren entsprechend der Erfindung zwei Stellantriebstränge (7), die jeder wiederum einen Antriebsmotor (26) aufweisen, enthalten, sowie gegebenenfalls oder mindestens ein Summiergetriebe (22). Die besagte Stellseiltrommel-Einheit (19) ist an einer mit der Plattform (9) montierten Trägerstruktur (6) befestigt, ebenso wie die parallel dahinter angeordnete Hauptseiltrommel (13), welche in Inneren den Hauptantriebstrang (5), der den Hauptantriebsmotor (16) umfasst, und gegebenenfalls ein weiteres Getriebe (15). Auf den Windentrommeln werden die jeweiligen Seile (3, 4) geführt, die durch entsprechende Auslaufführungen (8) mit dem Fluggerät (2) verbunden sind. Abb. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform mit einem Hauptseil und zwei Stellseilen und somit eine Anlage, welche einen Hauptantriebstrang (5) und zwei Stellantriebstränge (7) aufweist. Abb. 3 zeigt schematisch den drehenden Teil (9) der Bodenstation (1) aus der Abbildung 1 in der Draufsicht.
Abb. 4 zeigt den in Abb. 2 angegebenen Schnitt. Hierbei sind die Zugmitteltriebräder (10A, 10B) zu erkennen, welche über ein Zugmittel (11), in der Regel eine Kette oder ein
Zahnradband, und ggf. einer Kettenspannung (12) miteinander verbunden sind. Die linke Trommel/Winde (13) stellt den Hautseiltriebstrang dar, die rechte Trommel/Winde (19) die Stellantriebstränge (7A) und (7B).
Abb. 5 zeigt den in Abb. 3 markierten Schnitt durch die Hauptseilwinde (13). Nach dieser Ausführungsform ist die Trommel in mehrere Kompartimente aufgeteilt. Mittig an der
Tragestruktur (6) gelagert (14) ist der Antriebsmotor (16) der über ein Getriebe (15)
Verbindung zu den Triebrad (10A) hat, welches über die genannten Zugmittel (11) mit dem entsprechenden Triebrad (10B) der zweiten Trommel in Verbindung steht. Da der
Hauptantrieb (16) während des Betriebes des Hauptseiles (3) aufgrund der notwendigen hohen Geschwindigkeit heiß werden kann, sind in der gezeigten Ausführungsform
Anschlüsse für eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen.
Abb. 6 zeigt den in Abb. 3 markierten Schnitt durch einen Teil der hier zweiteilgen
Steuerseilwinde (19) der Bodenstation aus Abb. 2. Im Detail ist hier gezeigt der Antriebsmotor (26) für die Steuerseile sowie das Planetengetriebe (22, 23, 24, 25). Beide Teile sind entsprechend gelagert (20, 21) und über das Triebrad (10B) mit dem Hauptantriebstrang (5) verbunden.
Abb. 7 zeigt schematisch eine mögliche Umsetzung eine Start- und Landesystems mittels mitrotierendem Mast (29)(30), welcher auf einer drehbaren Plattform (9) (31) angebracht ist. Der Mast oder Arm besitzt Führungen (32) für das Hauptseil und die Stellseile.
Abb.8: Prinzip-Schema der zyklischen Energiewandlung mit Zugdrachen. Abb .9: Schaltbild des Energiesystems
Abb.10: zeigt als Prinzipskizze die Winden einer Bodenstation (1) nach vorteilhafter
Ausführung mit 3 Seilwinden in der Draufsicht. Die Anordnung zeigt zwei koaxial angeordnete Stellseiltrommeln (19), welche im Inneren entsprechend der Erfindung zwei
Stellantriebstränge (7), die jeder wiederum einen Antriebsmotor (26) aufweisen, sowie ein Summiergetriebe (22) enthalten. Die besagte Stellseiltrommel-Einheit (19) ist an einer mit der Plattform montierten Trägerstruktur (6) drehbar befestigt, ebenso wie die parallel dahinter angeordnete Hauptseiltrommel (13), welche in Inneren den Hauptantriebstrang (5), der den Hauptantriebsmotor (16) und ein Übersetzungsgetriebe (15) umfasst. Abb. 10 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform mit einem Hauptseil und zwei Stellseilen und somit eine Anlage, welche einen Hauptantriebstrang (5) und zwei Stellantriebstränge (7) aufweist. Abb.11 : zeigt als Prinzipskizze die Winden einer Bodenstation (1) nach vorteilhafter
Ausführung mit 3 Seilwinden in der Vorderansicht. Die Anordnung zeigt zwei koaxial angeordnete Stellseiltrommeln (19), welche im Inneren entsprechend der Erfindung zwei Stellantriebstränge (7), die jeder wiederum einen Antriebsmotor (26) aufweisen, sowie ein Summiergetriebe (22) enthalten. Die besagte Stellseiltrommel-Einheit (19) ist an einer mit der Plattform montierten Trägerstruktur (6) drehbar befestigt, ebenso wie die koaxial zwischen den Stellseiltrommeln angeordnete Hauptseiltrommel (13), welche in Inneren den
Hauptantriebstrang (5), der den Hauptantriebsmotor (16) und ein Übersetzungsgetriebe (15) umfasst. Abb. 11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform mit einem Hauptseil und zwei Stellseilen und somit eine Anlage, welche einen Hauptantriebstrang (5) und zwei
Stellantriebstränge (7) aufweist.
Alle Beschreibungen nennen Seile als Zugmittel, es ist aber hervorzuheben, dass sich die Erfindung ausdrücklich nicht auf diese Art der Zugmittel beschränkt. Denkbar an diesen Stellen sind ebenfalls Ketten, Riemen, Gurte und andere nicht genannte Zugmittel, sowie Verbindungen oder Mischformen daraus, aus den verschiedensten für diese Zwecke geeigneten Materialien.
Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme, die im sogenannten YoYo-Betrieb arbeiten.
Dieser besteht im Wesentlichen aus 2 Phasen. Phase 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät Seile unter Kraft aus der Bodenstation auszieht, welche diese mechanische Energie in nutzbare Form wandelt. Phase 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät so betrieben wird, dass die Seilkräfte geringer als in Phase 1 werden und das Fluggerät mit höherer Geschwindigkeit als in Phase 1 unter geringerem Energieeinsatz wieder eingeholt wird. In diesem YoYo-Zyklus entsteht eine positive Gesamtenergiebilanz an der
Bodenstation, nutzbare Energie kann also, gegebenenfalls nach einer Vergleichmäßigung durch einen Pufferspeicher, abgegeben werden. Das Fluggerät einer Flugwindkraftanlage muss durch Stellglieder, beispielsweise
Vorrichtungen, die Klappenausschlag, Flügelverwindung, Schwerpunktlage oder
Anstellwinkel des Fluggerätes ändern, steuerbar sein, und kann darüber hinaus weitere Stelleinrichtungen, beispielsweise Reffvorrichtungen, Brems- oder Notfallschirme u.a. Mechanismen, beinhalten. Die Antriebe, die die Stelleinrichtungen des Fluggerätes betreiben, können sich entweder im Fluggerät oder am Boden befinden. Die Vorteile einer Steuerung vom Boden aus liegen zum einen in der Gewichtsersparnis im Fluggerät und zum anderen in der Kostenersparnis aufgrund dessen, dass nicht mitfliegende Antriebe preiswerter umzusetzen und zu warten sind. Die Erfindung betrifft insbesondere die Bodenstationen solcher Systeme, bei denen mindestens ein Stellglied am Flügel vom Boden aus mittels eines Stellseils betätigt wird.
Die Stellbewegungen werden im Fall eines Antriebs vom Boden aus über Stellseile zum Fluggerät übertragen. Die Erfindung bezieht sich auf Flugwindkraftanlagen, die aus mindestens einem Hauptseiltrieb (5) und mindestens einem Stellseiltrieb (7) bestehen. Dabei ist der Antriebsstrang eines Hauptseils gekennzeichnet durch die Befähigung, über den vollen geforderten Geschwindigkeitsbereich des YoYo-Zyklus' die benötigte Leistung zum gemeinsamen Auslassen und Einholen aller Seile bereitzustellen und der Antriebsstrang eines Stellseils gekennzeichnet durch die Befähigung, die Leistung, Dynamik und
Positionsgenauigkeit, die bei Verstellen des jeweiligen Seils gegenüber einem Hauptseil benötigt wird, über den geforderten Geschwindigkeitsbereich der entsprechenden
Stellbewegung bereitzustellen.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung vornehmlich, jedoch nicht ausschließlich auf Flugwindkraftanlagen, bei denen die Wandlung der translatorischen Bewegungsenergie des Seils in eine andere Energieform durch mindestens eine Seilwinde bewirkt wird, die aus mindestens je einer Seiltrommel besteht, welche die translatorische Energie des Seils in rotatorische Energie wandelt, sowie einem Antriebsorgan mit oder ohne Getriebe, das Energiewandlungen von mechanischer, rotatorischer Energie in eine andere Energieform, bspw. elektrische Energie, in beide Richtungen ermöglicht. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ausdrücklich auf alle Flugwindkraftanlagen mit mindestens je einem Hauptseil und je einem Stellseil, wird jedoch anhand eines Ausführungsbeispiels für Dreileinerdrachensysteme dargestellt. Dreileinerdrachen weisen ein Hauptseil, sowie zwei Steuerseile auf. Durch Verstellen eines Steuerseils relativ zum anderen wird der Drachen asymmetrisch verformt, was durch die Asymmetrie der Anströmung eine Bahnänderung bewirkt. Durch Verstellen beider Steuerseile um den gleichen Weg relativ zum Hauptseil lässt sich der Anstellwinkel des gesamten Fluggerätes verändern.
In bevorzugter Ausprägung wird die Geschwindigkeitsübersetzung in dem Leistungszweig zwischen Hauptseiltrommel und Stellseiltrommel jeweils so gewählt, dass sich bei stehendem Stellantrieb das derart gekoppelte Seil möglichst gleich schnell wie das Hauptseil bewegt. Etwaige Abweichungen können jedoch durch den betreffenden Stellantrieb ausgeglichen werden.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung besteht in der Anbringung aller Seiltriebe und der jeweils zugehörigen etwaigen Seilumlenkmittel auf einer frei oder angetrieben drehbaren Plattform (9). Diese kann entsprechend selbsttätig durch den Zug der Seile oder motorisch angetrieben dem Fluggerät derart folgen, dass die vorgesehene Seilauslaufrichtung (8) stets hinreichend genau in Richtung des Fluggerätes weist. Daher kann bei Verwendung einer solchen drehbaren Plattform (9, 31) auf schwenkbare Seilumlenkmittel am Seilauslauf verzichtet werden. Des Weiteren sind Probleme durch Kollision flach auslaufender Seile mit
Anlagenteilen, wie beispielsweise den Ausläufen der anderen Seile, verhindert, selbst wenn die zum Fluggerät führenden Seile die Anlage nicht an deren höchsten Punkt verlassen. Eine angetrieben drehbare Plattform kann auch sehr wirtschaftlich als Drehlager und -antrieb (31) für einen etwaigen Rotationsarm (29) als Start-/Landeeinrichtung verwendet werden.
Eine Ausprägung der Erfindung kann darin bestehen, ein Fluggerät vom Boden aus mittels einer Hauptseilwinde und mindestens einer Steuerseilwinde, die jeweils eine Seiltrommel und eine motorisch/generatorisch arbeitende Antriebsmaschine umfassen, zu betreiben und zu steuern. An jede der Stellseiltrommeln ist ein als Summiergetriebe (22) fungierendes Planetengetriebe derart verbaut, dass das Hohlrad (24) fest mit der drehbaren
Stellseiltrommel (19) verbunden ist, das Sonnenrad (25) fest mit dem Stellantrieb (22) verbunden ist, sowie der Planetenträger (23) mit der Hauptseiltrommel (13) derart verbunden ist, dass mechanische Leistung übertragen werden kann. Zwischen Hohlrad (24) und Planetenträger (23) besteht stets ein Drehzahlverhältnis in Höhe von i=1-1/i0> wobei i0 die Standübersetzung des Planetengetriebes darstellt. Um zwischen Haupt- und Stellseil einen Geschwindigkeitsunterschied bei stehendem Stellantrieb zu verhindern, kann zwischen dem Planetenträger des Summiergetriebes und dem Hauptantriebsstrang eine
Drehzahlübersetzung nahe dem Reziproken 1/i vorgesehen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die jeweilige Stellseiltrommel mit anderem Durchmesser als die
Hauptseiltrommel ausgeführt werden.
In weiterer Ausprägung werden Hauptantriebsstrang und Stellantriebsstrang gemäß obiger Beschreibung mit einem achsversetzten Getriebe ( 5), wie bspw. einem Stirnrad- oder Zugmittelgetriebe, verbunden. So kann jede Stellseilwinde achsversetzt zur Hauptseilwinde angeordnet werden. Vorteilhafterweise werden bei Verwendung einer Hauptseil- und mehrerer Stellseilwinden letztere koaxial zueinander angeordnet und zwar derart, dass ihre voneinander äußeren Enden axial nicht oder nicht wesentlich über die Enden der Hauptseiltrommel hinausragen. Auf diese Weise ist es möglich, einer quadratischen
Grundfläche nahezukommen, was beste Flächenausnutzung auf einer drehenden Plattform ergibt. Durch diese Anordnung wird der insgesamt benötigte Bauraum der Anlage verringert und die Massen der Bauteile besser um eine etwaige Drehachse der Gesamtanlage konzentriert, was zu einem geringeren Massenträgheitsmoment bei Anbringung der
Seilwinden auf einer drehbaren Plattform führt.
In einer anderen Ausprägung der Erfindung können eine oder mehrere Stellseilwinden koaxial zur Hauptseilwinde angeordnet werden. Hierbei kann auf ein achsversetztes Getriebe im Leistungszweig zwischen Haupt- und Steuertrommel verzichtet werden. Um den
Geschwindigkeitsunterschied zwischen Haupt- und Stellseiltrommel bei stehendem
Stellantrieb auszugleichen, besteht die Möglichkeit, ein koaxiales Getriebe einzusetzen und/oder die Stellseiltrommel mit anderem Durchmesser als die Hauptseiltrommel auszuführen.
Um die Abmessungen der Seilwinden inklusive ihrer Antriebsstränge zu verringern, ist es von Vorteil, das jeweilige Getriebe und/oder die Antriebsmaschine in ihre zugehörige
Windentrommel zu integrieren.
Die Integration der Antriebsstränge in die jeweiligen Seiltrommeln kann derart erfolgen, dass die Motoren eine rückseitige mechanische Anschlussmöglichkeit erhalten, mittels derer sie durch ein Trommellager hindurch an die stehende Struktur außerhalb der drehenden
Trommel angebracht werden können. In kleinen Stückzahlen billiger sind jedoch
Antriebsmotoren aus Serienfertigung erhältlich, die gewöhnlich keine rückseitige
mechanische Anschlussmöglichkeit aufweisen. Diese werden erfindungsgemäß in ein ein- oder mehrteiliges Motorrohr (17, 27) eingefügt, das am vorderen Ende gekennzeichnet ist durch eine stirnseitige mechanische Anschlussmöglichkeit eines Antriebsmotors (16, 26) oder einer Motor-/Getriebekombination, des Weiteren gekennzeichnet ist durch einen Hohlraum runden oder polygonförmigen, konstanten oder nichtkonstanten Querschnitts, der genügend Platz lässt, um den Motor oder die Motor-/Getriebekombination aufzunehmen, sowie am hinteren Ende gekennzeichnet ist durch einen Teil, der durch das Trommellager hindurch führt und mit der festen Struktur außerhalb der Trommel verbunden ist. Die Drehmomente des Antriebsstrangs müssen hierbei durch das hintere Ende des Motorrohrs in die äußere Struktur abgeleitet werden. Alternativ kann bei Vorhandensein eines Getriebes im
Antriebsstrang das vordere Ende des Motorrohrs auch nahe der Verbindungsstelle zwischen Motor und Getriebe oder an anderen geeigneten Stellen der Motor-/Getriebekombination angebracht werden, so dass sich nur der dahinter liegende Teil der Motor- /Getriebekombination in dem Motorrohr befindet.
In einer vorteilhaften Ausprägung kann der durch das Trommellager (14, 21) führende Teil dieses Motorrohrs verjüngt ausgeführt werden, was eine geringere Größe des Trommellagers ermöglicht. Um die Biegemomente in diesem Teil des Motorrohrs zu verringern, kann erfindungsgemäß als weiteres Auflager des Antriebsstrangs dessen drehender Abtrieb dienen. Dieser ist naturgemäß im Wesentlichen drehfest und radial unverschiebbar mit der Seiltrommel verbunden, welche wiederum zur festen Struktur im Wesentlichen drehbar und radial unverschiebbar gelagert ist. Damit ergibt sich ohne weiteres Zutun eine im
Wesentlichen drehbare, radial unverschiebbare Lagerung des Antriebsstrangs zur festen Struktur nahe dessen Wellenende. Führt man den Antriebsstrang abtriebsseitig derart aus, dass die auftretenden radialen Kräfte über die gewünschte Lebensdauer ertragen werden, sowie wirkt der Durchbiegung der Kombination aus Antriebsstrang und Motorrohr durch genügend kräftige Ausformung des Motorrohrs und ggf. der nicht darin befindlichen Teile des Antriebsstrangs hinreichend entgegen, so werden dadurch im Gegenzug die Biegemomente an der Rückseite des Motorrohrs reduziert. Die hierbei auftretende statische Überbestimmung kann bei hinreichend weichen oder hinreichend genau gefertigten Strukturteilen
hingenommen werden. Alternativ können die Biegemomente an der Rückseite des
Motorrohrs durch eine gelenkige oder biegeelastische Lagerung verhindert werden. Da die Seiltrommeln wegen der hohen Geschwindigkeit beim Ein- und Ausziehen der
Antriebsseile und Stellseile ebenso wie die Seile selbst im Betrieb sehr heiß werden können, können erfindungsgemäß in einer weiteren Ausführungsform Kühlvorrichtungen vorgesehen werden. So können, um eine bessere Kühlung zu gewährleisten, die in die Seiltrommeln integrierten Antriebsorgane über entsprechende Anschlüsse (18) mit einer
Flüssigkeitskühlung ausgestattet werden.
Die Energieumwandlung der erfindungsgemäßen Zugdrachenanlage ist schematisch und prinzipiell in Abb. 8 wiedergegeben. Die während des Betriebs der Anlage durchlaufenden Vorgänge lassen sich wie folgt genauer beschreiben:
Ebene 1: Arbeitstakt mit Stromerzeugung, Flugkörper fliegt quer zum Wind und baut hohe Seilkräfte auf. Das Seil wird drehzahlgesteuert und drehmomentbegrenzt ausgefahren.
Energiewandlung über Seiltrommeln und Generator. Mehrere Seiltrommeln für Haupt und Stellseil werden dabei mit gleicher Geschwindigkeit ausgefahren. Beispielausführung mit Synchrongenerator, Controller und Wechselrichter zum Netz. Drehzahlvariabler Betrieb. Ebene 2: Rückholtakt mit Strombedarf, Flugkörper fliegt mit minimierten Kräften (gerade oder an der Windseite) Motor treibt Trommeln an und alle Seile werden mit gleicher aber höherer Geschwindigkeit als in Ebene 1 eingefahren. Die dazu erforderliche Energie kommt über rückspeisefähigen Wechselrichter aus dem Netz. Ebene 3: Steuerebene Flugkörper kann durch ein oder zwei Steuerseile verstellt werden. Dazu werden separate Steuertrommeln untereinander oder gemeinsam gegenüber der Halteseiltrommel verstellt. Die erforderliche Energie ist minimal und wird ebenfalls aus dem Zwischenkreis gezogen.
Ebene 4: Ein Bremswiderstand und optional ein Puffer ziehen überschüssige Energie aus dem Zwischenkreis und speichern Energie bzw. wandeln diese in Wärme. Während der Bremswiderstand unabdingbares Sicherheitsmerkmal ist, stellt der Batteriepuffer eine optionale Komponente dar.

Claims

Patentansprüche:
1. Flugwindkraftanlage umfassend eine Bodenstation (1) und ein durch Seile oder
seilähnliche Mittel an diese gefesseltes durch Windkraft betriebenes steuerbares Fluggerät (2), wobei die Bodenstation mindestens ein Hauptseil und einen mit einem Antriebsmotor (16) mit oder ohne Übersetzungsgetriebe ausgestatteten
Hauptantriebstrang (5) zur Gewinnung von mechanischer Energie durch Nutzung des YoYo-Effektes mittels Aus- und Einziehen des Fluggerätes und mindestens ein Stellseil und einen mit einem Antriebsmotor (26) mit oder ohne Übersetzungsgetriebe ausgestatteten Stellantriebstrang (7) zur Betätigung von Stellgliedern des
Fluggerätes, sowie Vorrichtungen zur Umwandlung der mechanischen Energie in eine andere Energieform und zurück aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens je ein Hauptantriebstrang (5) und Stellantriebstrang (7) über mindestens ein Summiergetriebe (22) miteinander verbunden sind, so dass ein Teil der mit Hilfe des Hauptantriebstranges gewonnenen oder aufgebrachten mechanischen Leistung aus diesem abgezweigt und mit der mechanischen Leistung des jeweiligen Stellantriebstrangs überlagert und so an das mindestens eine Stellseil (4) über das Summiergetriebe übergeben wird, wodurch die Verstellung der Zugmittel (3, 4) im Hauptantriebstrang und im Stellantriebstrang voneinander getrennt erfolgen kann.
2. Flugwindkraftanlage nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, dass das
Summiergetriebe (22) ein Planetengetriebe ist.
3. Flugwindkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Planetenträger des Summiergetriebes (22) und dem angekoppelten
Hauptantriebstrang Mittel zur Drehzahlübersetzung bereitgestellt werden.
4. Flugwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptantriebstrang (5) innerhalb einer Windenvorrichtung oder Trommeleinheit (13) angeordnet ist, die ein Hauptseil (3) aufzunehmen sowie auf- und abzuwickeln in der Lage ist.
5. Flugwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellantriebstrang (7) innerhalb einer Windenvorrichtung oder Trommeleinheit (19) angeordnet ist, die mindestens ein Stellseil (4) aufzunehmen sowie auf- und abzuwickeln in der Lage ist.
6. Flugwindkraftanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (16, 26) mindestens eines Haupt- oder Stellantriebstrangs (5, 7) eine an der Rückseite, also der der Abtriebswelle abgewandten Seite, mechanische
Anschlussmöglichkeit beinhaltet, mittels der er an die stehende Struktur außerhalb der jeweiligen Trommeleinheit angebracht ist.
7. Flugwindkraftanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Haupt- oder Stellantriebstrang (5, 7) in ein ein- oder mehrteiliges Motorrohr (17, 27) eingefügt ist, das am vorderen Ende gekennzeichnet ist durch eine stirnseitige mechanische Anschlussmöglichkeit eines Antriebsmotors oder einer Motor-Getriebe-Kombination, sowie des Weiteren gekennzeichnet ist durch einen Hohlraum, der genügend Platz lässt, um den Motor oder die Motor- /Getriebekombination aufzunehmen, sowie am hinteren Ende gekennzeichnet ist durch einen Teil, der durch ein Trommeldrehlager hindurch führt und mit der festen Struktur außerhalb der Trommel verbunden ist.
8. Flugwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrieb mindestens eines Haupt- oder Stellantriebstrangs (5, 7) in radialer Richtung als Auflager des jeweiligen Antriebsstrangs oder ggf. der Kombination aus Antriebsstrang und Motorrohr dient.
9. Flugwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Stellseiltrommeln (19) koaxial zueinander angeordnet sind.
10. Flugwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Windenvorrichtungen oder Trommeleinheiten (19), welche einen
Stellantriebstrang (7) aufweisen, parallel zu der oder den Windenvorrichtungen oder Trommeleinheiten (13) angeordnet ist, welche einen Hauptantriebstrang (5) aufweisen.
11. Flugwindkraftanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Windenvorrichtungen oder Trommeleinheiten (13, 19) mindestens auf der
verbundenen Seite ohne Achsenversetzung, also koaxial angeordnet sind.
12. Flugwindkraftanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Trommeleinheiten oder Windenvorrichtungen (13, 19) auf der verbundenen Seite achsenversetzt angeordnet sind, wobei die betreffenden Winden- oder
Trommeleinheiten über Triebräder (10A, 10b) und Zugmittel (1 1 , 12) miteinander verbunden sind.
13. Flugwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Antriebstränge (13) (19) einen Generator umfasst oder eine Generatorfunktion aufweist.
14. Flugwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstation (1) auf einer drehbaren oder beweglichen Plattform (9, 31 ) befestigt ist.
15. Flugwindkraftanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (9) einen drehbaren und / oder beweglichen Mast (30) aufweist, welcher Führungen (33) für die Hauptantriebsseile und Stellseile aufweist.
16. Flugwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (2) eine Drachenkonstruktion ist.
17. Verwendung einer Flugwindkraftanlage gemäß einem der Ansprüche 1 - 16 zur
Gewinnung von elektrischer Energie aus Windenergie.
18. Verfahren zum energieeffizienten schnellen Aus- und Einziehen eines zur
Energiegewinnung mittels Windkraft vorgesehenen an eine Bodenstation (1 ) über Seile (3, 4) gefesselten Fluggerätes (2), wobei das Ein- und Ausziehen von einem oder mehreren Stellseilen zur Steuerung und Ausrichtung des Fluggerätes unabhängig erfolgt von dem ein- oder mehrfachen Ein- und Ausziehen des
Fluggerätes durch ein Hauptzugseil, welches für die mechanische Energiegewinnung nach dem YoYo-Effektes sorgt, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Hilfe mindestens eines Hauptantriebstranges (5) unmittelbar erzeugte oder aufgebrachte mechanische Leistung aus diesem mit Hilfe mindestens eines als Summiergetriebe (22) fungierenden Planetengetriebes abgezweigt und dieser Leistungsteil mit der mechanischen Leistung des jeweiligen Stellantriebstrangs (7) mit Hilfe des
Summiergetriebes überlagert und an das jeweilige Stellseil (4) übergeben wird, wobei das Summiergetriebe zwischen mindestens einem Hauptantriebstrang und mindestens einem Stellantriebstrang angeordnet ist, und der mindestens eine Hauptantriebstrang und der mindestens eine Stellantriebstrang als Bestandteil von Winden oder Trommelwinden (13, 19) in der Bodenstation (1 ) angebracht sind.
PCT/EP2013/002689 2012-09-13 2013-09-07 Flugwindkraftanlage mit mehreren seilen im yoyo-betrieb WO2014040716A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12006430.8 2012-09-13
EP12006430 2012-09-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014040716A1 true WO2014040716A1 (de) 2014-03-20

Family

ID=46967900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/002689 WO2014040716A1 (de) 2012-09-13 2013-09-07 Flugwindkraftanlage mit mehreren seilen im yoyo-betrieb

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2014040716A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9777709B2 (en) 2015-01-08 2017-10-03 Hans Dysarsz Translating foil system for harvesting kinetic energy from wind and flowing water
WO2018158789A1 (en) * 2017-03-02 2018-09-07 Ghivarello Marco System of conversion of wind energy toward electric energy, by a high altitude generator

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3209368A1 (de) * 1982-03-15 1983-09-22 Günter Dr. 7014 Kornwestheim Höfgen Einrichtung zur windenergiegewinnung
US5732648A (en) * 1995-07-31 1998-03-31 Aragon; Ernest Quesada Line-Handling device
US7270312B1 (en) * 2006-09-14 2007-09-18 Growth Innovation, Llc Multifunctional winch drum drive system
WO2007133724A2 (en) * 2006-05-12 2007-11-22 Windlift, Llc Tethered airfoil methods and systems
EP2091809B1 (de) 2006-12-11 2010-09-22 Kite Gen Research S.R.L. System zur durchführung der automatischen steuerung des fluges von drachen
US20100295303A1 (en) 2009-05-21 2010-11-25 Makani Power, Inc. Tethered system for power generation
US7861973B1 (en) * 2008-04-01 2011-01-04 Gaylord Olson Wind responsive power generation system
US8080889B2 (en) 2006-04-24 2011-12-20 Kite Gen Research S.R.L. Aeolian system comprising power wing profiles and process for producing electric energy
EP2075461B1 (de) 2007-12-28 2012-02-29 NTS Energie- und Transportsysteme GmbH Verfahren und System zur Umwandlung von in Horizontalströmungen enthaltener Bewegungsenergie in nutzbare mechanische Energie

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3209368A1 (de) * 1982-03-15 1983-09-22 Günter Dr. 7014 Kornwestheim Höfgen Einrichtung zur windenergiegewinnung
US5732648A (en) * 1995-07-31 1998-03-31 Aragon; Ernest Quesada Line-Handling device
US8080889B2 (en) 2006-04-24 2011-12-20 Kite Gen Research S.R.L. Aeolian system comprising power wing profiles and process for producing electric energy
WO2007133724A2 (en) * 2006-05-12 2007-11-22 Windlift, Llc Tethered airfoil methods and systems
US7270312B1 (en) * 2006-09-14 2007-09-18 Growth Innovation, Llc Multifunctional winch drum drive system
EP2091809B1 (de) 2006-12-11 2010-09-22 Kite Gen Research S.R.L. System zur durchführung der automatischen steuerung des fluges von drachen
EP2075461B1 (de) 2007-12-28 2012-02-29 NTS Energie- und Transportsysteme GmbH Verfahren und System zur Umwandlung von in Horizontalströmungen enthaltener Bewegungsenergie in nutzbare mechanische Energie
US7861973B1 (en) * 2008-04-01 2011-01-04 Gaylord Olson Wind responsive power generation system
US20100295303A1 (en) 2009-05-21 2010-11-25 Makani Power, Inc. Tethered system for power generation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9777709B2 (en) 2015-01-08 2017-10-03 Hans Dysarsz Translating foil system for harvesting kinetic energy from wind and flowing water
WO2018158789A1 (en) * 2017-03-02 2018-09-07 Ghivarello Marco System of conversion of wind energy toward electric energy, by a high altitude generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2004991B2 (de) Windenergieanlage mit steuerbarem drachen
EP2591228B1 (de) Windenergieanlage und verfahren zur verstellung der rotordrehachse
EP3137763B1 (de) Vorrichtung zur steuerung und lenkung von zugdrachen oder rotierenden flügelrädern zur stromerzeugung
WO2009141148A2 (de) Windkraftanlage
EP2163504B1 (de) Verfahren zum Hochheben von Komponenten von Windenenergieanlagen
DE212013000196U1 (de) Angebundenes, schwebendes Windstrom-Generatorsystem
DE102011056980A1 (de) Windkraftanlage
DE102017003499B4 (de) Verfahren zum Landen eines leinengebundenen Flugzeuges sowie Start- und Landesystem
DE102008047261A1 (de) Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels Zugdrachen
EP3132137A1 (de) Mobile kranvorrichtung sowie verfahren zur temporären montage einer solchen kranvorrichtung
WO2013167652A1 (de) Windenergieanlage mit horizontaler rotorwelle und mit drehbaren turm
DE19629417A1 (de) Schwebend gefesselter Kraft- und Energiekonverter
WO2013004728A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines gefesselten flugelements
WO2011012107A9 (de) Steuerungsvorrichtung für frei ausfliegende windangriffselemente mit einer tragflächengrösse von mehr als 20 m2
WO2014040716A1 (de) Flugwindkraftanlage mit mehreren seilen im yoyo-betrieb
EP3491238B1 (de) Maschinenhaus für eine windenergieanlage sowie verfahren
DE102006001806A1 (de) Anlage und Verfahren zur Nutzung von Windenergie
EP3199803B1 (de) Offshore-höhenwindkraftanlage
DE102009034999A1 (de) Steuerungshilfsvorrichtung für frei ausfliegende Windangriffselemente mit einer Tragflächengröße von mehr als 20 m2
DE102010013504A1 (de) Höhen-Windkraftwerk
DE102013205475A1 (de) Energiespeichereinrichtung zur temporären reversiblen Speicherung überschüssiger Energie
CH714971A2 (de) Selbsttragende Windturbine als Flugobjekt.
DE202011103433U1 (de) Windkraftanlage
EP4062052B1 (de) Höhenwindrad mit autonomen senkrecht startenden flügeln
DE102007042182A1 (de) Windenergieanlage sowie Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13773597

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13773597

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1