DE69710675T2

DE69710675T2 - Windkraftanlage unter Verwendung von Drachen

Info

Publication number: DE69710675T2
Application number: DE69710675T
Authority: DE
Inventors: Wubbo Johannes Ockels
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2003-01-16
Anticipated expiration: 2017-11-13
Also published as: DE69710675D1; EP0841480B1; ATE213809T1; EP0841480A1; US6072245A; DK0841480T3; ES2175268T3; NL1004508C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben einer Antriebswelle, wobei die Antriebsvorrichtung eine Anzahl von Drachen und mindestens ein Zugkabel aufweist, wobei die Drachen derart angeordnet sind, dass sie einer aufsteigenden Bahn und einer absteigenden Bahn folgen, wobei die Drachen mindestens auf der aufsteigenden Bahn mit dem mindestens einen Zugkabel verbunden sind, wobei das Zugkabel an einem Antriebselement angreift, welches direkt oder indirekt mit der Antriebswelle verbunden ist.
Eine solche Vorrichtung ist aus GB-A-2 119 451 bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist einen äußeren Rahmen auf, auf dem ein Paar vertikal versetzt angeordneter horizontaler Wellen drehbar montiert ist. Nahe den Enden jeder dieser Wellen sind innerhalb der Seiten des Rahmens Kettenräder angeordnet, die an den Enden eines Satzes entsprechender zylindrischer Ansätze angreifen, welche jeweils an langgestreckten flügelartigen Elementen angebracht sind. Die Ansätze sind entsprechend den Kettenrädern in gleichmäßigem Abstand an Endlosriemen befestigt und halten die flügelartigen Elemente in paralleler Ausrichtung zwecks Bewegung auf einer geschlossenen Bahn senkrecht zu den Längsachsen der Elemente, wobei die Bahn ein aufsteigendes und ein absteigendes Bein aufweist. Die flügelartigen Elemente dienen als Tragflächen, wenn sich das Modul im Wind befindet. Die Verbindung zwischen den flügelartigen Elementen und dem Riemen ist eine feste Verbindung. Das Modul ist derart ausgebildet, dass es einen 45º-Winkel zu dem Horizont beschreibt. Bei dieser Positionierung wird, wenn die flügelartigen Elemente ebenfalls so positioniert sind, dass ihre ebenen Flächen einen 45º-Winkel relativ zu der Vertikalen bilden, die Luftströmung durch das aufsteigende Bein nach unten abgelenkt, wenn sie die flügelartigen Elemente durchläuft, so dass sie ungefähr mit den flügelartigen Elementen des aufsteigenden Beins ausgerichtet ist. Bei dieser Konfiguration und niedriger Geschwindigkeit besteht somit eine minimale Widerstandswechselwirkung zwischen dem Wind und den Elementen des aufsteigenden Beins. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist, dass diese gesamte Anordnung aus Rahmen, Rücklaufrädern, Endloszugkabeln und flügelartigen Elementen durch Windkraft nach oben gezogen und in der Luft gehalten werden muss. Ferner muss mittels eines komplexen Systems aus Zugkabeln die Drehenergie der Rücklaufräder auf einen auf dem Boden befindlichen Generator übertragen werden. Abgesehen von der Tatsache, dass die Windbedingungen nur sehr selten ausreichen, um diese gesamte Einrichtung mit Rahmen, Rücklaufrädern, Zugkabeln und flügelartigen Elementen in der Luft zu halten, sind die flügelartigen Elemente ferner starr mit den Zugkabeln verbunden. Ein Einstellen der Position der flügelartigen Elemente relativ zum Wind ist daher nicht möglich. Ferner haben die flügelartigen Elemente die gleiche Position in der absteigenden Bahn wie in der aufsteigenden Bahn. Folglich ist die Effizienz der bekannten Vorrichtung besonders gering und die bekannte Vorrichtung nur bei sehr starkem Wind sinnvoll einsetzbar.
Ferner sind so genannte Windmühlen bekannt. Windmühlen weisen im wesentlichen eine Anzahl von Flügeln auf, die an einem ersten Ende mit einer Antriebswelle verbunden sind und in radialer Richtung von dieser Antriebswelle abstehen. Ein Nachteil solcher Windmühlen ist, dass sie nur eine begrenzte Energie erzeugen können, da die Flügel nicht sehr lang ausgeführt sein können. Die von einer Flügel aufweisenden Mühle erzeugte Energie ist insbesondere durch die Höchstgeschwindigkeit an den Spitzen begrenzt, d. h. der Geschwindigkeit des freien Endes eines Mühlenflügels. Diese Geschwindigkeit an den Spitzen darf nicht zu groß werden, da ansonsten alle Arten von Turbulenzproblemen auftreten, die die Energieausbeute der Mühle beeinträchtigen. Mühlen mit längeren Flügeln haben daher eine langsame Drehgeschwindigkeit, um die Geschwindigkeit an den Spitzen zu begrenzen, und können folglich keine große Menge an Energie erzeugen, wohingegen Mühlen mit kurzen Flügeln eine höhere Drehgeschwindigkeit aufweisen können, jedoch aufgrund der begrenzten Flügellänge ebenfalls keine große Menge an Energie erzeugen können, da sie nur eine geringe Menge an Wind auffangen können. Ferner sind die Mühlenflügel generell ziemlich nahe der Bodenoberfläche angeordnet, wo, zumindest im Vergleich zu den höheren Luftschichten, nur wenig Wind herrscht. Diese Probleme und die Tatsache, dass die Mühlen einen Mindestabstand zueinander aufweisen müssen, führen zu einer Situation, in der nur an sehr günstigen Standorten, wie z. B. auf einem Deich am Meer, eine vernünftige Energieausbeute in der Größenordnung von höchstens einem Megawatt pro Längenkilometer erreichbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der die oben beschriebenen Nachteile nicht zum Tragen kommen und mit der größere Mengen an Energie erzeugt werden können.
Erfindungsgemäß ist die Antriebsvorrichtung gemäß dem Obergriff durch Einrichtungen zum Variieren der Position der Drachen gekennzeichnet, wobei die Einrichtung zum Variieren der Position der Drachen derart angeordnet ist, dass sie den Drachen eine erste Position auf der ansteigenden Bahn vorgibt, in welcher die Drachen unter dem Einfluss des Windes einer aufwärts gerichteten Kraft ausgesetzt sind, und die Einrichtung zum Variieren der Position der Drachen ferner derart angeordnet ist, dass sie den Drachen eine zweite Position auf der absteigenden Position vorgibt, in welcher die Drachen unter dem Einfluss des Windes einer geringeren aufwärts gerichteten Kraft als auf der aufsteigenden Bahn oder gar einer abwärts gerichteten Kraft ausgesetzt sind, so dass die von den Drachen verfolgte Bahn steuerbar ist.
Eine solche Antriebsvorrichtung ist nicht den Problemen ausgesetzt, die oben mit Bezug auf eine Flügel aufweisende Mühle beschrieben sind. Es ist eine Tatsache, dass jeder Teil des Drachens die gleiche Geschwindigkeit in Bezug auf den Wind hat. Daraus folgt, dass die Drachen sehr breit ausgebildet sein können, so dass eine große Windauffangfläche erzielbar ist. Ferner bestehen kaum Einschränkungen hinsichtlich der Länge des Zugkabels und somit der Höhe der gesamten Antriebsvorrichtung. Entsprechen ist es mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung einfach, die viel höheren Windgeschwindigkeiten in den höheren Luftschichten auszunutzen. Die Drachen ziehen die Kabel selbst nach oben, und die gesamte Konstruktion kann selbsttragend ausgeführt sein. Vorberechnungen haben gezeigt, dass bei einer Antriebsvorrichtung mit einhundert Drachen mit einem Drachenflächenbereich von 5 m² bei Windstärke 8 eine Energieausbeute von ungefähr 1 Megawatt erreichbar ist. Gemäß den Vorberechnungen wird, wenn die Vorrichtung z. B. 500 Drachen jeweils mit einem Flächenbereich von 100 m² aufweist, bei Windstärke 5 eine Energieausbeute von ungefähr 11 Megawatt erreicht. Solche Dimensionen sind möglich, da mit modernen Materialien ziemlich leichte Kabel herstellbar sind, die sehr hohen Zugkräften standhalten können. Entsprechend kann die Energieausbeute pro Längenkilometer einen sehr hohen Wert erreichen, da die Energie nicht nur durch den nahe dem Boden, sondern auch den in großen Höhen herrschenden Wind erzeugt wird. Es ist offensichtlich, das die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung fantastische Perspektiven eröffnet.
Insbesondere aufgrund der Tatsache, dass die Position der Drachen mit den zu diesem Zweck vorgesehenen Mitteln variierbar ist, ist die von den Drachen verfolgte Bahn vollständig steuerbar, ohne dass zu diesem Zweck ein Rahmen zum Führen des oder jedes Zugkabels erforderlich ist. So wird das oder jedes Zugkabel durch die Drachen selbst in der Luft gehalten, was nur möglich ist, wenn die von den Drachen verfolgte Bahn steuerbar ist. Genauer gesagt, kann durch Variieren der Position der Drachen und das Vorhandensein von zu diesem Zweck vorgesehenen Mitteln eine vollständig selbsttragende Vorrichtung bereitgestellt werden. Infolge des Nichtvorhandenseins eines Rahmens, in dem Rücklaufräder auf Lagern montiert sind, kann die Vorrichtung besonders große Dimensionen aufweisen und somit eine große Energieausbeute erzeugen. Entsprechend basiert die Erfindung auf der Tatsache, dass die Vorrichtung deshalb eine rahmenlose und selbsttragende Konstruktion sein kann, weil die Position der Drachen steuerbar ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass in GB-A-2 206 652 eine Vorrichtung beschrieben ist, bei der eine Anzahl von Tragflächenprofilen an den Enden mit zwei Zugkabeln verbunden ist. Diese Zugkabel laufen jeweils über zwei Rücklaufräder, die in einem auf dem Boden befindlichen Rahmen montiert sind. Die Tragflächen sind fest mit den Zugkabeln verbunden, welche als Ketten ausgebildet sind. Aufgrund der Tatsache, dass die gesamte Konstruktion bei dieser bekannten Vorrichtung von einem Rahmen gehalten wird, sind die Höhe, bis in die sich die bekannte Vorrichtung erstrecken kann, und auch die Breite der bekannten Vorrichtung sehr begrenzt. Folglich kann mit der bekannten Vorrichtung nur eine geringe Energieausbeute erzeugt werden.
In GB-A-2 201 469 ist ein Endlosriemen-Windenergiekonverter mit einem großen Rahmen beschrieben, der mit dem Boden verbunden ist und eine erste Drehachse und eine zweite Drehachse hält. Die erste und die zweite Drehachse tragen jeweils Jochräder, um die zwei Endlosriemen verlaufen. Die Endlosriemen sind mit einer Anzahl von Armen miteinander verbunden. Die Angriffsposition oder der Angriffswinkel der Tragflächenelemente ist durch die Position des Arms bestimmt, welche wiederum durch die Position der Riemen relativ zueinander bestimmt ist. Die Bahn der Tragflächenelemente ist festgelegt und durch die Positionen der an dem Rahmen befestigten Jochräder bestimmt.
In US-A-4 303 834 ist eine Kabel-Windmühle mit mindestens einem und vorzugsweise zwei elastischen Endloskabeln beschrieben, die jeweils am Umfang zweier beabstandet angeordneter Räder gehalten sind, wodurch die Kabel eine langgestreckte Schlaufe bilden. Die Endloskabel sind durch eine Anzahl von querlaufenden Elementen miteinander verbunden. Jedes querlaufende Element ist zum Tragen mindestens einer Tragfläche vorgesehen. Bei einer Ausführungsform wird der Steigungswinkel jeder Tragfläche relativ zu dem Kabel kontinuierlich entlang der Kabellänge eingestellt, um die Effizienz der Energieerzeugung zu verbessern. Eine solche kontinuierliche Einstellung erfolgt durch eine automatische Steuersystemeinrichtung mit einem Sensor auf jedem Tragflügel zum Detektieren der relativen Windrichtung und einer Einrichtung, die auf diesen Sensor anspricht, um den Steigungswinkel der Tragfläche zu variieren. Die beabstandet angeordneten Räder sind am Boden angeordnet. Aus der Veröffentlichung geht hervor, dass die bekannte Vorrichtung in einem Tal verwendet wird, da ein Tal einen natürlichen Venturi-Effekt zum Führen und Verstärken des Windes bietet. Ferner bieten die Bergseiten die für diese Konfiguration benötigten starren Halterungen.
Es sind zahlreiche Varianten des oben beschriebenen Grundkonzepts der Erfindung möglich, die in den Unteransprüchen beschrieben sind und nachstehend anhand einer Anzahl von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen genauer erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein in einem ersten Angriffswinkel ausgerichtetes Flügelprofil mit Darstellung der involvierten Kräfte;
Fig. 2 ein in einem zweiten Angriffswinkel ausgerichtetes Flügelprofil mit Darstellung der involvierten Kräfte;
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung;
Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung;
Fig. 6 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung;
Fig. 7 ein Detail der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 9 eine alternative Art der Regelung des Angriffswinkels der Drachen;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel mit einer Anzahl von Abschnitten;
Fig. 11 einen Bereich einer Ausführungsform mit einem einzelnen Zugkabel;
Fig. 12 ein Kabel mit zwei Anschlägen;
Fig. 13 einen Querschnitt eines Paars an dem Kabel festgeklemmter Drachen;
Fig. 14 eine geöffnete Klemme eines Drachenpaars gemäß dem in Fig. 11 gezeigten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 15 ein Ausführungsbeispiel eines faltbaren Drachens.
Im folgenden wird die Vorrichtung anhand des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8 beschrieben. Die Antriebsvorrichtung weist eine Anzahl von Drachen 2 und, im vorliegenden Fall, zwei Zugkabel 1 auf, die sich in Abstandsbeziehung und im wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Die Drachen 2 erstrecken sich zwischen den Zugkabeln 1. In Fig. 8 ist nur der untere Teil der Vorrichtung gezeigt. Es ist ersichtlich, dass sich die Vorrichtung tatsächlich beträchtlich weiter nach oben erstreckt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Zugkabel vom Endlos-Typ und werden an dem oberen Ende der Antriebsvorrichtung über ein Rücklaufelement 11 geführt, z. B. ein Element, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Die beiden Zugkabel verlaufen jeweils an dem unteren Ende der Antriebsvorrichtung über ein Antriebselement 4, das im vorliegenden Fall direkt mit einer Antriebswelle 7 verbunden ist. Die Zugkabel 1 folgen einem aufsteigenden Weg 1a und einem abfallenden Weg 1b. Die Antriebselemente 4 sind mit einem Rahmen 5 verbunden, der seinerseits über eine Scheibe 10 drehbar mit dem Boden verbunden ist. Somit kann sich die gesamte Vorrichtung mit dem Wind drehen. Wahlweise kann die Drehposition der gesamten Vorrichtung mittels eines elektronischen Windventils gesteuert werden. Die Drachen sind mit Vorrichtungen zum Variieren ihres Angriffswinkels versehen. Sensoren können die erforderlichen Steuerdaten zum Steuern des Angriffwinkels messen. Bei den zu messenden Werten handelt es sich z. B. um die Richtung der Schwerkraft, die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung, die Kabelspannung und die Kabelposition und die Drachen-Drehung. Dieser Angriffswinkel α bestimmt das Maß der aufwärtsgerichteten Kraft, mit der Drachen 2 aufgrund des Windes ausgesetzt ist. In dem aufsteigenden Weg 1a wird der Angriffwinkel α der Drachen 2 derart gewählt, dass die Drachen dort einer aufwärtsgerichteten Kraft ausgesetzt werden, während in dem abwärtsverlaufenden Weg der Angriffswinkel α derart gewählt wird, dass die Drachen 2 dort einer geringeren aufwärtsgerichteten Kraft oder sogar einer abwärtsgerichteten Kraft ausgesetzt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 haben die Drachen 2 ein Flügelprofil, mit dem eine beträchtlich bessere Erzeugung einer aufwärtsgerichteten Kraft und somit eine bessere Effizienz der Antriebsvorrichtung erzielt wird. Bei der Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 8 weisen die zum Verändern des Angriffswinkels α jedes Drachens vorgesehenen Vorrichtungen einen Heckruderdrachen 3 auf. Jeder Drachen 2 ist an seinem stromabwärtigen Ende mit einem derartigen Heckruderdrachen 3 versehen. Der Angriffswinkel des Heckruderdrachens 3 ist relativ zu demjenigen des Drachens 2 einstellbar. Gemäß Fig. 6 und 7 kann das Einstellen des Heckruderdrachens 3 relativ zu dem Drachen 2 mechanisch durchgeführt werden, indem ein (nicht gezeigter) erster Anschlag an dem unteren Ende 16 des Zugkabels 1 angeordnet ist und ein zweiter Anschlag 12 an dem oberen Ende des Zugkabels 1 angeordnet ist. Über ein Kabel, eine Stange oder ein ähnliches Element 22 ist der Heckruderdrachen 3 mit einem dritten Anschlag 13 verbunden, der derart angeordnet ist, dass er nach dem Passieren des ersten Anschlags eine erste Position einnimmt, in der der Heckruderdrachen 3 relativ zu dem Drachen 2 so angeordnet ist, dass der Drachen 2 der erwähnten aufwärtsgerichteten Kraft ausgesetzt wird, wobei der dritte Anschlag 13 ferner derart angeordnet ist, dass er nach dem Passieren des zweiten Anschlags 12 eine zweite Position einnimmt, in der der Heckruderdrachen 3 relativ zu dem Drachen 2 so angeordnet ist, dass der Drachen 2 der oben erwähnten geringeren aufwärtsgerichteten Kraft oder sogar einer abwärtsgerichteten Kraft ausgesetzt wird. Es versteht sich, dass auch andere Möglichkeiten zum Einstellen des Angriffswinkels des Heckruderdrachens 3 relativ zu dem Drachen 2 bestehen. Beispielsweise kann jeder Drachen 2 mit einem Signalempfänger und einem Motor versehen sein, mittels derer der Angriffswinkel des Heckruderdrachens 3 relativ zu dem Drachen 2 einstellbar ist. In diesem Fall ist am Boden ein Sender angeordnet, der derart ausgebildet ist, dass er jedem Drachen 2 ein Signal übermittelt, um den Motor dahingehend anzutreiben, dass der korrekte Angriffswinkel des Heckruderdrachens 3 relativ zu dem Drachen 2 eingenommen wird. Es ist anzumerken, dass eine Fernsteuerung per se bekannt ist, z. B. aus US-A- 4,966,569, in der ein funkgesteuertes zweirädriges Fahrzeug beschrieben ist.
Mit einer derartigen Steuerung des Heckruderdrachens 3 ist es sogar möglich, zumindest wenn der Drachen 2 ein Flügelprofil aufweist, den Drachen 2 vollkommen frei, d. h. getrennt von sämtlichen Kabeln, einem bestimmten Weg folgen zu lassen. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 4 gezeigt. Bei der Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 4 ist jeder Drachen 2 mit mindestens einer Kabellänge 14 versehen, die an einem ersten Ende 14a fest mit dem betreffenden Drachen 2 verbunden ist. Ein zweites Ende 14b der Kabellänge 14 ist dahingehend ausgebildet, dass es mit einem unteren Drachen 2 verbunden oder von diesem gelöst werden kann. Das Lösen erfolgt, z. B. unter elektronischer Steuerung, an dem oberen Ende 15 des aus Kabellängen 14 bestehenden Zugkabels 1. Das Antriebselement 4 ist zwischen dem unteren Ende 16 und dem oberen Ende 15 des mindestens einen Zugkabels 1 angeordnet. Wahlweise kann an dem unteren Ende 16 der Vorrichtung eine (nicht gezeigte) Art von Sacknetz vorgesehen sein, in das die Drachen 2 hineinfliegen können. In diesem Sacknetz kann die Verbindung zwischen dem Kabelende 14b und dem eintreffenden Drachen 2 hergestellt werden. Es ist auch möglich, dass Drachen nach Art eines Gliders zu einem anderen, in einem bestimmten Abstand gelegenen Punkt fliegen, so dass eine Kombination von Transport und Energieerzeugung bewerkstelligt werden kann.
Um die Führung der Drachen zu dem unteren Ende der Vorrichtung etwas zu erleichtern, besteht gemäß Fig. 5 die Möglichkeit, eine Verbindungsleitung 19 vorzusehen, die in sich geschlossen ist und die die Drachen 2, deren Kabellänge 14 losgelöst ist, zu dem unteren Ende 16 führt, wo der eintreffende Drachen 2 mit dem zweiten Ende 14b der Kabellänge 14 des vorhergehenden Drachens 2 verbunden werden kann.
Gemäß einer in Fig. 3 gezeigten alternativen Ausführungsform der Antriebsvorrichtung weisen die zum Verändern des Angriffswinkels der Drachen 2 vorgesehenen Vorrichtungen ein Steuerkabel 17 auf, das sich zusammen mit den Drachen 2 bewegt und derart gespannt ist, dass die Drachen 2 sowohl in dem aufsteigenden Weg 1a als auch in dem abfallenden Weg 1b den gewünschten Angriffswinkel α einnehmen. Zu diesem Zweck verläuft das Steuerkabel über Führungsrollen 20, die wahlweise steuerbar angetrieben werden können, um die korrekte Position des Steuerkabels 17 und die korrekte Spannung, die auf das Steuerkabel 17 aufgebracht wird, herbeizuführen. Die Drachen sind an dem stromaufwärtigen Ende 2a mit dem Zugkabel 1 und an dem stromabwärtigen Ende 2b mit dem Steuerkabel 17 verbunden.
Wie bereits erwähnt, kann das obere Ende 15 des aufwärtsverlaufenden Wegs 1a durch ein Rücklaufelement 11 begrenzt sein. Es versteht sich, dass dieses Rücklaufelement 11 nicht aus sich selbst heraus in der Luft aufgehängt sein kann und dass zu diesem Zweck ein Auftriebselement 18 vorhanden sein muss. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 weist dieses Auftriebselement einen Drachen 18 auf. Es ist jedoch auch möglich, das Austriebselement in Form eines Gas- oder Luftballons, eines Masts oder einer ähnlichen Konstruktion auszubilden. Der Mast braucht kein besonders schweres Design aufzuweisen, da die Drachen 2 und die zugehörigen Zugkabel 1 im Grunde selbsttragend sind. Um eine Vorkehrung dahingehend zu treffen, dass das Gewicht der Drachen 2 und des Zugkabels 1b in dem abwärtsverlaufenden Weg nicht von dem Rücklaufelement 11 herabhängen, können die Drachen 2 in dem abwärtsverlaufenden Weg 1b einem derartigen Angriffswinkel ausgesetzt werden, dass aufgrund des Winds immer noch eine leichte aufwärtsgerichtete Kraft auf sie aufgebracht wird. Es ist jedoch auch möglich, gleitbare Verbindungskabel 21 zwischen dem aufwärtsverlaufenden Weg 1a und dem abwärtsverlaufenden Weg 1b anzuordnen. Dadurch kann der abwärtsverlaufende Weg 1b bei den hier beschriebenen Drachen 2 grundlegend von dem aufwärtsverlaufenen Weg 1a her aufgehängt sein. Die Verbindungskabel 21 können z. B. an ihrem einen Ende 21a fest mit dem Zugkabel 1 verbunden sein und an dem anderen Ende 21b gleitbar an dem abwärtsverlaufenden Teil 1b des Kabels 1 eingehakt sein.
Fig. 9 zeigt schematisch eine wiederum weitere Möglichkeit zum Herbeiführen unterschiedlicher Angriffswinkel an den Drachen 2. In dem aufwärtsverlaufenden Weg 1a sind die Drachen 2 mit ihren Nasen 2a gegen das Zugkabel 1a angeordnet, so dass sie nach hinten gekippt sind und unter dem Einfluss des Windes so viel Auftrieb wie möglich beibehalten. In dem abwärtsverlaufenden Weg 1b sind die Drachen 2 mit ihrem stromabwärtigen Ende 2b gegen das Zugkabel 1 angeordnet, so dass sie einen Angriffswinkel einnehmen, in dem die Drachen 2 eine geringere aufwärtsgerichtete Kraft oder sogar eine abwärtsgerichtete Kraft unter dem Einfluss des Windes beibehalten. Um dies zu ermöglichen, muss jeder Drachen beim Passieren des oberen Endes oder des unteren Endes der Vorrichtung zwischen dem vorzugsweise doppelt ausgebildeten Zugkabel hindurchgeführt werden.
Ferner ermöglichen die Abspannseile 23, mittels derer die Drachen mit dem Zugkabel 1 verbunden sind, eine Manipulation zur Beeinflussung des Angriffswinkels. Somit könnte beispielsweise der Befestigungspunkt der Abspannseile 23 an dem Zugkabel 1 verlagert werden.
Fig. 10 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Antriebsvorrichtung, die aus zwei Abschnitten 24, 25 besteht. Die Abschnitte sind durch Rücklaufräder 24, 25 miteinander verbunden, die an einer gemeinsamen Welle 27 montiert sind. Selbstverständlich können mehr als zwei Abschnitte verwendet werden. Eine derartige in Abschnitte unterteilte Antriebsvorrichtung bietet den Vorteil, dass nur das Zugkabel 1 des unteren Abschnitts 24 die maximale Dicke zu haben braucht. Die Zugkabel 101a, 101b der höheren Abschnitte können mit sukzessive dünnerer Ausgestaltung ausgebildet werden.
Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung, die mit einem einzige Zugkabel 201 versehen ist, wobei sich die Drachen 202 paarweise an entgegengesetzten Seiten des Zugkabels 201 erstrecken. Die Drachen 202 sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Flügelprofile ausgebildet, die ungefähr V-förmig paarweise konfiguriert sind. Infolge dieser V-Form ist das Paar von Drachen 202 stabil. Ferner sind die Flügel 202 mit einem Heck 203 versehen, das einen Heckruderdrachen 204 aufweist, dessen Angriffswinkel einstellbar ist, z. B. auf die in Anspruch 10 oder 11 beschriebene Weise. Über einen Holm 205 sind die Flügel schwenkbar in einer Klemme 206 montiert, die an dem Kabel 201 angreift. Als Ergebnis des Vorhandenseins der Schwenklagerung des Holms 202 in der Klemme 206 kann der Angriffswinkel des Flügels 202 unter dem Einfluss des Angriffswinkels des Heckruderdrachens 204 derart verändert werden, dass der Flügel dem gewünschten Weg folgt.
Eine mögliche Variante der oben beschriebenen Ausführungsformen besteht darin, dass die Drachen oder Flügel von dem Kabel gelöst werden können und wieder mit ihm verbunden werden können. Dies bietet den Vorteil, dass die Anzahl von Drachen pro Linear-Meter verändert werden kann. Wenn ein sehr starker Wind herrscht, kann der Abstand zwischen den Drachen groß sein, während, wenn der Wind schwach ist, dieser Abstand kleiner gewählt sein kann. Dies hat zur Folge, dass die Zugkraft, die auf das Kabel ausgeübt wird, bei unterschiedlichen Windkräften annähernd konstant gehalten werden kann. Dies ist von besonders hoher Wichtigkeit, da insbesondere die Zugkraft, die das Kabel aushalten kann, die Begrenzung der Energie bildet, welche generiert werden kann. Da die Drachen gelöst werden können und die Anzahl der an dem Kabel befestigten Drachen verändert werden kann, kann die Vorrichtung bei weit divergierenden Windkräften funktionieren, so dass die Energie stets verfügbar bleibt. Es versteht sich, dass zum Verbinden der Drachen an dem Zugkabel und zum Lösen der Drachen zahlreiche Möglichkeiten existieren. Bei Ski-Lifts wird ein System verwendet, das auf einem Schereingriff zwischen dem oberen Ende der Stange, an der eine Sitzschale montiert ist, und dem Kabel basiert. Fig. 12-14 zeigen eine alternative Ausführungsform, bei der Begrenzungsklemmen 207 fest an dem Kabel 201 montiert sind, wobei zwischen diesen Klemmen 207 eine Klemme 206 aufgenommen werden kann, die mittels eines Scharniers 208 geöffnet und geschlossen werden kann. Die Klemme 206 ist mit den Holmen 205 verbunden, an denen die Flügel 202 gesichert sind. Obwohl im Zusammenhang mit Fig. 12-14 auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 bezuggenommen wird, versteht sich, dass das Prinzip des Verbindens und Lösens von Drachen mit bzw. von dem Zugkabel auch bei den übrigen Ausführungsformen eine Option bildet.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde der Angriffswinkel des Drachens relativ zu der Windrichtung verändert. Durch Verändern dieses Angriffswinkels wird die auf den Drachen einwirkende aufwärtsgerichtete Kraft verändert. Es ist jedoch auch möglich, die aufwärtsgerichtete Kraft des Drachens durch Falten des Drachens zu verändern. Ein derartiger faltbarer Drachen ist in Fig. 15 in einer gefalteten und in einer auseinandergefalteten Position gezeigt. Auch für dieses Ausführungsbeispiel gilt, dass Vorrichtungen zum Verändern der Position des Drachens vorhanden sind. In dem vorliegenden Fall werden diese Vorrichtungen durch die Seile 209 gebildet, die an einem Ende mit dem Zugkabel 210 und an dem anderen mit dem Drachen 211 verbunden sind. Durch Verlagern des Angriffspunkts des Endes der Seile 209 an dem Zugkabel 210 kann die Position des Drachens modifiziert werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Mitte des Drachens 211 fest mit dem Zugkabel 210 verbunden. Ferner sind Seile 212 vorgesehen, die verhindern, dass der Drachen weiter als beabsichtigt auseinandergefaltet wird. Auch bei dieser Ausführungsform wird die von den Drachen aufrechtgehaltene Auftriebskraft verändert, indem der Drachen in größerem oder kleinerem Ausmaß auseinandergefaltet wird. Folglich kann auch der von der Drachen durchlaufene Weg gesteuert werden, so dass die Konstruktion mit rahmenlosem Design ausgebildet werden kann.
Zur Verdeutlichung des Einflusses des Angriffswinkels auf die aufwärtsgerichtete Kraft wird auf Fig. 1 und 2 verwiesen. In Fig. 1 ist der Angriffswinkel α des Drachens derart gewählt, dass ein starker Auftrieb oder eine starke aufwärtsgerichtete Kraft erzielt wird. Die Windgeschwindigkeit V ist durch die horizontale Linie angegeben. Die Aufwärts-Geschwindigkeit des Drachens 2 ist als V-up bezeichnet. Durch Subtrahieren dieser Werte voneinander ergibt sich die offensichtliche Windgeschwindigkeit V-apparent, der der Drachen 2 ausgesetzt ist. Diese offensichtliche Windgeschwindigkeit führt zu einer gewissen aufwärtsgerichteten Kraft, die auf den Drachen 2 einwirkt und in den Figuren als "Auftrieb" bezeichnet wird und ferner eine gewisse Schleppkraft verursacht. Ferner ist der Drachen 2 selbstverständlich der Schwerkraft ausgesetzt, die durch den Ausdruck "Gewicht" bezeichnet ist. Die resultierende Kraft ist als "Kraft" bezeichnet und verleiht dem Drachen 2 seine Aufwärts- Geschwindigkeit V-up. Das Produkt der Aufwärts-Geschwindigkeit V-up und der resultierenden Kraft ("Kraft") ergibt die Kraft, die mit dem Drachen erzeugt werden kann. Aus den Unterschieden zwischen Fig. 1 und 2 wird deutlich, dass der Angriffswinkel des Drachen einen dramatischen Einfluss auf den Auftrieb und die Energie hat, die der Drachen erzeugt.
Es versteht sich, dass die zur Veranschaulichung beschriebenen Ausführungsformen nur als Beispiele dienen und innerhalb des Umfangs der Erfindung, der von den Ansprüchen definiert wird, zahlreiche Modifikationen möglich sind.

Claims

1. Antriebsvorrichtung zum Antreiben einer Antriebswelle (7), wobei die Antriebsvorrichtung eine Anzahl von Drachen (2) und wenigstens ein Zugkabel (1) aufweist, wobei die Drachen (2) derart angeordnet sind, daß sie einer aufsteigenden Bahn (1a) und einer absteigenden Bahn (1b) folgen, wobei die Drachen (2) wenigstens auf der aufsteigenden Bahn (1a) mit dem wenigstens einen Zugkabel (1) verbunden sind, wobei das Zugkabel (1) an einem Antriebselement (4) angreift, welches direkt oder indirekt mit der Antriebswelle (7) verbunden ist, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Variieren der Position der Drachen (2), wobei die Einrichtung (3) zum Variieren der Position der Drachen (2) derart angeordnet ist, daß sie den Drachen (2) eine erste Position (α) auf der ansteigenden Bahn (1a) vorgibt, in welcher die Drachen (2) unter dem Einfluß des Windes einer aufwärts gerichteten Kraft ausgesetzt sind, und die Einrichtung (3) zum Variieren der Position (α) der Drachen (2) ferner derart angeordnet ist, daß sie den Drachen (2) eine zweite Position (α) auf der absteigenden Bahn (1b) vorgibt, in welcher die Drachen (2) unter dem Einfluß des Windes, einer geringeren aufwärts gerichteten Kraft als auf der aufsteigenden Bahn oder gar einer abwärts gerichteten Kraft ausgesetzt sind, so daß die von den Drachen verfolgte Bahn steuerbar ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der ersten und der zweiten Position der Drachen zwei unterschiedliche Angriffswinkel (α) der Drachen bezeichnet sind.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der ersten und der zweiten Position der Drachen eine gefaltete und eine entfaltete Position der Drachen bezeichnet sind.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle in einem auf der Erde angeordneten Rahmen gelagert ist.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein endloses Zugkabel (201) aufweist, wobei die Drachen (2) sich paarweise auf gegenüberliegenden Seiten des Zugkabels (201) erstrecken.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drachen (202) eines Paars in gewissem Maße in V-Form angeordnet sind.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwei endlose Zugkabel (1) aufweist, die sich voneinander beabstandet im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei die Drachen (2) sich zwischen den Zugkabeln (1) erstrecken, während jedes endlose Zugkabel (1) an einem oberen Ende (15) der aufsteigenden Bahn (1a) über ein Umlenkelement (11) zur absteigenden Bahn (1b) umgelenkt werden, und jedes endlose Zugkabel (1) ist am unteren Ende (16) der absteigenden Bahn (1b) über wenigstens das Antriebselement (4) auf die aufsteigende Bahn (1a) umgelenkt.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Drachen (2) mit wenigstens einem Kabelstück (14) versehen ist, das an einem ersten Ende (14a) fest mit dem betreffenden Drachen (2) verbunden ist, während ein zweites Ende (14b) des Kabelstücks (14) mit einem darunterliegenden Drachen (2) verbindbar und von diesem lösbar ist, wobei das Lösen am oberen Ende (15) des Zugkabels (1) erfolgt, das aus Kabelstücken (14) besteht, und das Verbinden am unteren Ende (16) des Zugkabels (1) erfolgt, das aus Kabelstücken (14) gebildet ist, wobei das Antriebselement (4) zwischen dem unteren Ende (16) und dem unteren Ende (15) des wenigstens einen Zugkabels (1) angeordnet ist.

9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3) zum Ändern des Angriffswinkels jedes Drachens (2) einen Heckruderdrachen (3) auf, der mit einem stromabwärtigen Ende jedes Drachens (2) verbunden ist, und der Angriffswinkel des Heckruderdrachens (3) ist in bezug auf den Drachen (2) verstellbar.

10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen (nicht dargestellten) ersten Anschlag nahe dem unteren Ende (16) des Zugkabels (1) und eine zweiten Anschlag (12) nahe dem oberen Ende des Zugkabels (1), wobei der Heckruderdrachen (3) über ein Steuerelement (22) mit einem dritten Anschlag (13) verbunden ist, der nach dem Passieren des (nicht dargestellten) ersten Anschlags eine erste Position einnimmt, in der der Heckruderdrachen (3) derart in bezug auf den Drachen (2) ausgerichtet ist, daß der Drachen (2) der aufwärts gerichteten Kraft ausgesetzt ist, wobei der dritte Anschlag (13) ferner derart angeordnet ist, daß er, nachdem er den zweiten Anschlag (12) passiert hat, eine zweite Position einnimmt, in der der Heckruderdrachen (3) in bezug auf den Drachen (2) derart ausgerichtet ist, daß der Drachen (2) der geringeren aufwärts gerichteten Kraft oder gar einer abwärts gerichteten Kraft ausgesetzt ist.

11. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drachen (2) mit einem Signalempfänger und einem Motor versehen ist, mittels dessen der Angriffswinkel des Heckruderdrachens (3) in bezug auf den Drachen (2) verstellbar ist, während auf dem Boden ein Sender angeordnet ist, der an jeden Drachen (2) ein Signal zum Treiben des Motors ausgibt, um den geeigneten Angriffswinkel des Heckruderdrachens (3) in bezug auf den Drachen (2) einzunehmen.

12. Antriebsvorrichtung nach wenigstens Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verändern des Angriffswinkels der Drachen (2) ein Steuerkabel (17) aufweist, das sich mit den Drachen (2) bewegt und derart gespannt ist, daß die Drachen (2) sowohl auf der aufsteigenden Bahn (1a) als auch auf der absteigenden Bahn (1b) den gewünschten Angriffswinkel (a) einnehmen.

13. Antriebsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Zugkabel (1) nahe dem oberen Ende (15) der aufsteigenden Bahn (1a) über ein Umlenkelement (12) geführt ist, und daß das Umlenkelement (12) mit einem Hebeelement (18) verbunden ist.

14. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebeelement (18) ein Ballon, ein Drachen oder ein Mast ist.

15. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Drachen (2) ein Flügelprofil hat.

16. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (7) einen Generator (9) zum Erzeugen von elektrischem Strom direkt oder indirekt antreibt.

17. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens zwei Abschnitte (24, 25) aufweist, wobei zwei aufeinanderfolgende Abschnitte (24, 25) miteinander über Umlenkelemente (26) verbunden sind, die an einer gemeinsamen Welle (27) montiert sind.

18. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Zugkabel (1) ein endloses Zugkabel (201) ist, wobei die Drachen (2) derart mit den Zugkabeln verbindbar sind, daß sie gelöst werden können, und die Drachen derart ausgebildet sind, daß sie am unteren Ende des Zugkabels (1,201) gelöst oder verbunden werden können.

19. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden/Lösen auf die Weise erfolgt, wie die Sitzstangen bei Skiliften mit dem Skiliftkabel verbunden oder von diesem gelöst werden.