本發(fā)明涉及用于空中風(fēng)力發(fā)電站的電能傳輸系繩。電能傳輸系繩用于將電能從空中風(fēng)力發(fā)電站傳輸?shù)降孛嬲荆⑶椅赵诓僮髌陂g由空中風(fēng)力發(fā)電站引起的拉力。本發(fā)明還涉及包括這樣的電能傳輸系繩和用于纏繞系繩的卷筒的系繩單元，并且本發(fā)明還涉及具有空中風(fēng)力發(fā)電站、地面站和用于將風(fēng)力發(fā)電站連接到地面站的這樣的電能傳輸系繩的電力單元。

現(xiàn)有技術(shù)

為了將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能，空中風(fēng)力發(fā)電站是已知的并且正在不斷發(fā)展?？罩酗L(fēng)力發(fā)電站包括安裝在通常具有飛機(jī)狀結(jié)構(gòu)的飛行體上的一個(gè)或更多個(gè)發(fā)電機(jī)。配備有螺旋槳的發(fā)電機(jī)由風(fēng)和特定飛行機(jī)動(dòng)驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生電能。電能借助于將空中風(fēng)力發(fā)電站連接到地面站的系繩轉(zhuǎn)移到地面。因此，系繩部分地用于控制空中風(fēng)力發(fā)電站的飛行機(jī)動(dòng)并且將電能從發(fā)電機(jī)傳輸?shù)降孛?。為了將空中風(fēng)力發(fā)電站從地面站帶到空中用于發(fā)電的最佳位置或?yàn)榱藢⒖罩酗L(fēng)力發(fā)電站從空中的位置收回到地面站，發(fā)電機(jī)可以用作電動(dòng)機(jī)。在操作的這些啟動(dòng)和收回階段中，借助于一個(gè)或更多個(gè)系繩從地面站向空中風(fēng)力發(fā)電站饋送電能。

由于風(fēng)強(qiáng)烈且經(jīng)常變化，在某些飛行機(jī)動(dòng)期間，系繩受到變化幅度的高機(jī)械拉伸應(yīng)力。在高載荷狀況下，系繩可以顯示出超過其原始長(zhǎng)度1％的明顯伸長(zhǎng)。然而，存在于系繩內(nèi)的電導(dǎo)體的材料例如銅顯示出非常低的約0.1％的彈性范圍。因此，即使在相對(duì)較小的伸長(zhǎng)的情況下，常規(guī)電導(dǎo)體也將塑性地并且不可逆地變形。在系繩的軸向拉力隨后減小之后，變形的電導(dǎo)體趨于屈曲并且趨于斷裂。

在收回階段期間，系繩在被纏繞在地面站中的卷筒上時(shí)也受到機(jī)械應(yīng)力。將系繩彎曲到卷筒的周界外表面使得系繩的面向卷筒中心的部分受到壓縮并且使得面向徑向向外的部分受到拉伸。因此，通過將系繩纏繞到卷筒上引起的機(jī)械應(yīng)力也可以導(dǎo)致設(shè)置在系繩內(nèi)的電導(dǎo)體的塑性變形。

us2012/0070122a1中示出了一種將空中風(fēng)力發(fā)電站物理上并且電耦接到地面的系繩。該系繩包括高強(qiáng)度芯，電導(dǎo)體圍繞該高強(qiáng)度芯螺旋纏繞。然而，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致系繩相對(duì)較粗且重。因此，系繩的重量和風(fēng)阻可能影響空中風(fēng)力發(fā)電站的飛行特性，因此尤其降低總體發(fā)電效率。此外，系繩的粗而重的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致系繩卷筒上的重量較高，從而導(dǎo)致慣性增加并且因此導(dǎo)致拉伸調(diào)節(jié)較慢。另外的缺點(diǎn)是運(yùn)輸成本增加以及地面站的成本更密集且更寬敞的建造。此外，當(dāng)導(dǎo)體被纏繞在卷筒上時(shí)，位于高強(qiáng)度芯外側(cè)的導(dǎo)體不足以防止徑向壓縮力，這將導(dǎo)致塑性變形和失效。芯與卷筒表面之間的高徑向壓縮力不僅可能由于系繩圍繞卷筒的彎曲引起，而且還可能由于大風(fēng)狀況或特定飛行機(jī)動(dòng)而作用在系繩上的高拉力引起。

在wo2009/049616a2中，公開了一種圍繞兩個(gè)相互絕緣的電導(dǎo)體層編制有化學(xué)纖維繩的線纜?；瘜W(xué)纖維繩用于保護(hù)線纜免受拉力和徑向壓縮力。然而，當(dāng)被纏繞在卷筒上時(shí)，由于高的徑向力，線纜的橫截面積朝向橢圓形狀的明顯形變?nèi)匀话l(fā)生。此外，空中風(fēng)力發(fā)電站的應(yīng)用中的大量軸向載荷變化導(dǎo)致線纜壽命明顯縮短。由于這些原因，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)抗徑向壓縮力的另外的措施以達(dá)到足夠的疲勞壽命。

us4,116,153、us4,975,543、us2,759,990和us4,514,058中公開了有彈性的并且能夠在一定程度上抵抗拉力的其它電能傳輸線纜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于空中風(fēng)力發(fā)電站的電能傳輸系繩，該電能傳輸系繩不僅能夠抵抗高拉力并且具有輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，而且還能很好地免受外部徑向力影響。該目的通過如權(quán)利要求1所述的電能傳輸系繩來解決。在權(quán)利要求14中，示出了包括這樣的電能傳輸系繩和卷筒的系繩單元。此外，權(quán)利要求16提供了具有空中風(fēng)力發(fā)電站、地面站和這樣的電能傳輸系繩的電力單元。在從屬權(quán)利要求2至13以及15中提供了本發(fā)明的其它實(shí)施方式。

本發(fā)明提供了一種用于空中風(fēng)力發(fā)電站的電能傳輸系繩，包括：

彈性芯；

第一一個(gè)或更多個(gè)電導(dǎo)體層，該第一電導(dǎo)體層的電導(dǎo)體圍繞彈性芯螺旋纏繞；

圍繞第一電導(dǎo)體層的電絕緣層；

第二一個(gè)或更多個(gè)電導(dǎo)體層，該第二電導(dǎo)體層的電導(dǎo)體圍繞電絕緣層螺旋纏繞；以及

圍繞第二電導(dǎo)體層的承載層，用于吸收作用在系繩上的拉力和徑向壓縮力。

系繩用于將空中風(fēng)力發(fā)電站物理上并且電耦接到地面。換言之，系繩適于抵抗由作用在空中風(fēng)力發(fā)電站上的風(fēng)引起的拉力以及適于將電能從風(fēng)力發(fā)電站傳輸?shù)降孛妫⑶覂?yōu)選地，還適于將電能從地面?zhèn)鬏斨溜L(fēng)力發(fā)電站。

承載層用于吸收作用在系繩上的拉力，并且由于其拉伸剛度，承載層限制了強(qiáng)風(fēng)和風(fēng)力發(fā)電站的特定飛行機(jī)動(dòng)所引起的系繩的軸向伸長(zhǎng)。因此，承載層限定了系繩在最大預(yù)期的拉伸載荷下的最大軸向伸長(zhǎng)。通過將承載層盡可能地布置在系繩上的徑向外側(cè)，特別是在電導(dǎo)體的徑向外側(cè)，承載層的橫截面積由于其大的周向長(zhǎng)度而最大。換言之，為了實(shí)現(xiàn)系繩的一定的拉伸強(qiáng)度，可以通過如所提出的布置來使由承載層占據(jù)的系繩的半徑最小。此外，電導(dǎo)體層和絕緣層可以被布置成更靠近系繩的縱向中心軸線，使得這些層的周向長(zhǎng)度最小，這進(jìn)一步減小了系繩的重量。因此，可以通過將承載層布置在電導(dǎo)體的徑向外側(cè)來優(yōu)化系繩的整體重量和直徑。通過將電導(dǎo)體和絕緣層布置成更靠近縱向中心軸線，可以降低在系繩被彎曲的情況下作用在電導(dǎo)體和絕緣層上的拉力和壓縮力。有利地，除了可能存在的另外的磨損保護(hù)層以外，承載層甚至表示系繩的最外層。由于承載層被布置在電導(dǎo)體層和絕緣層的徑向外側(cè)，因此例如當(dāng)系繩被纏繞在卷筒上并且由于強(qiáng)風(fēng)而軸向張緊時(shí)，承載層還保護(hù)這些層免受外部徑向壓縮影響。

空中風(fēng)力發(fā)電站通常被設(shè)計(jì)為具有附接有一個(gè)或更多個(gè)發(fā)電機(jī)的翼型件的飛機(jī)狀飛行體。發(fā)電機(jī)借助于螺旋槳來驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生電能。由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能可能處于低壓范圍(最高達(dá)1kv)或中壓范圍(1kv至52kv)的下半部分。然而，為了減輕重量并減小系繩的直徑，可以將電壓水平變換成高達(dá)中壓范圍(1kv至52kv)或高壓范圍(52kv至300kv)，特別是對(duì)于傳輸?shù)碾娏Τ^1mw的情況。因此，在某些實(shí)施方式中，系繩可以適于這些電壓。代替飛機(jī)狀配置，風(fēng)力發(fā)電站當(dāng)然也可以被設(shè)計(jì)為系留氣球、飛艇或任何其他飛行體。

系繩還包括布置在第一電導(dǎo)體層與電絕緣層之間的第一半導(dǎo)電層，并且優(yōu)選地還包括布置在電絕緣層與第二電導(dǎo)體層之間的第二半導(dǎo)電層。例如可以由半導(dǎo)電聚乙烯制成的半導(dǎo)電層用于向絕緣層提供明確定義的光滑表面，以便在兩個(gè)電導(dǎo)體層之間實(shí)現(xiàn)均勻電場(chǎng)。因此，半導(dǎo)電層有助于克服電絕緣問題，特別是對(duì)于中壓和高壓電器。通常對(duì)于這些應(yīng)用，包括導(dǎo)體上的半導(dǎo)電層、電絕緣層和電絕緣層上的半導(dǎo)電層的整個(gè)絕緣系統(tǒng)以緊密布置的3階段共擠壓工藝施加。當(dāng)然，不具有任何半導(dǎo)電層的中壓或高壓電能傳輸系繩的結(jié)構(gòu)也是可以的。然而，為了在沒有任何半導(dǎo)電層的這種情況下實(shí)現(xiàn)足夠均勻的電場(chǎng)，通常需要提供厚度相對(duì)較大的絕緣層。因此，提供半導(dǎo)電層還有助于減小系繩的整體直徑和重量。

承載層包括用于吸收徑向壓縮力的耐壓縮層和用于吸收拉力的拉伸護(hù)面層。因此，承載層包括兩個(gè)子層，其中，一個(gè)特別適于吸收徑向壓縮力，而另一個(gè)特別適于吸收拉力。

彈性芯、第一電導(dǎo)體層和第二電導(dǎo)體層、絕緣層以及承載層的橫截面優(yōu)選地為圓形，并且在系繩的整個(gè)長(zhǎng)度上通常具有恒定的形狀和面積。優(yōu)選地，每個(gè)層具有大致呈圓筒形的形狀，并且圍繞系繩的縱向中心軸線同心地布置。有利地，每個(gè)層沿著系繩的徑向方向占據(jù)一定的明確定義的徑向范圍。電導(dǎo)體通常由金屬線來實(shí)現(xiàn)，特別是銅線或鋁線。

為了實(shí)現(xiàn)高拉伸剛度和徑向剛度，承載層可以用諸如纖維的細(xì)長(zhǎng)元件來加固，這些細(xì)長(zhǎng)元件優(yōu)選地圍繞最外側(cè)電導(dǎo)體層——即，通常為第二電導(dǎo)體層——螺旋纏繞。承載層優(yōu)選地由纖維增強(qiáng)材料，特別是纖維增強(qiáng)塑料材料例如聚合物基復(fù)合材料(pmc)或帶有例如環(huán)氧樹脂基質(zhì)材料的纖維增強(qiáng)熱固性聚合物制成。還可以使用帶有橡膠添加劑的環(huán)氧樹脂例如端羧基聚丁二烯丙烯腈無規(guī)共聚物(ctbn)改性的環(huán)氧樹脂基質(zhì)材料來提高纖維復(fù)合材料的柔韌性。纖維可以是例如可能帶有環(huán)氧樹脂或熱塑性基質(zhì)材料的碳纖維、玻璃纖維或芳族聚酰胺纖維，并且纖維可以與系繩的縱向中心軸線平行地布置或者圍繞最外側(cè)電導(dǎo)體層——即，通常為第二電導(dǎo)體層——螺旋纏繞。纖維相對(duì)于系繩的縱向中心軸線的傾斜布置，特別是螺旋纏繞有助于承載層的徑向剛度。如果重量限制允許更高的重量，則也可以將例如高強(qiáng)度鋼用于與例如彈性體基質(zhì)結(jié)合的承載層的細(xì)長(zhǎng)元件。承載層可以根據(jù)應(yīng)用的具體要求以不同的方式來設(shè)計(jì)。

例如，具有良好的抗徑向壓縮能力的承載層的輕質(zhì)且相對(duì)剛性的設(shè)計(jì)——其尤其適用于小直徑的系繩——可以以圍繞最外電導(dǎo)體層——通常為第二電導(dǎo)體層——螺旋纏繞纖維的方式來實(shí)現(xiàn)?？梢源嬖谠诿總€(gè)層中螺距角相同但沿相反方向纏繞的具有單向纖維取向的兩個(gè)或更多個(gè)層。為了增加拉伸剛度，例如可以對(duì)纖維進(jìn)行編織。對(duì)纖維的編織可以是雙軸線的或三軸線的。在隨后的層中可以應(yīng)用纖維的具有不同螺距角的編織物，以優(yōu)化承載層的機(jī)械性能。當(dāng)相對(duì)于縱向中心軸線傾斜時(shí)，特別是當(dāng)被螺旋纏繞時(shí)，纖維相對(duì)于縱向中心軸線的螺距角優(yōu)選地在35°至90°之間，更優(yōu)選地在45°至75°之間(以及/或者在沿相反方向纏繞的層的情況下，在-35°-90°之間，更優(yōu)選地在-45°至-75°之間)，以獲得良好的徑向壓縮保護(hù)。當(dāng)然，也可以應(yīng)用這些敷設(shè)技術(shù)和/或具有不同螺距角的若干纖維層的組合?；|(zhì)材料可以是例如聚乙烯(pe)、聚苯硫醚(pps)或聚醚醚酮(peek)；當(dāng)然也可以使用環(huán)氧樹脂作為基質(zhì)材料。為了減輕重量，承載層有利地是非金屬的。

為了實(shí)現(xiàn)彎曲剛度比上述允許的更低(例如，卷筒直徑更小)的承載層，還可以以由圓形布置的拉伸護(hù)面元件形成的兩個(gè)同心的層的形式來實(shí)現(xiàn)承載層。這些拉伸護(hù)面元件優(yōu)選地以在+/-65°至+/-85°的范圍內(nèi)的螺距角圍繞系繩的縱向中心軸線螺旋布置。這些拉伸護(hù)面元件可以由復(fù)合材料制成，例如帶有環(huán)氧樹脂或熱塑性基質(zhì)材料的拉擠的碳纖維線，或者如果重量限制允許更高的重量，則也可以由高強(qiáng)度鋼制成。替代拉伸護(hù)面元件，可以使用填充系數(shù)比拉伸護(hù)面元件更高的拉伸護(hù)面型材。拉伸護(hù)面型材也優(yōu)選地以在+/-65°至+/-85°的范圍內(nèi)的螺距角圍繞系繩的縱向中心軸線布置。

在系繩的軸向應(yīng)變下，螺旋施加的拉伸護(hù)面元件通常會(huì)引起對(duì)系繩的內(nèi)部部分的壓縮力。因此，可以提供由軟質(zhì)材料例如硅彈性體、解聚橡膠或聚氨酯制成的彈性緩沖層，以便使作用在最外側(cè)電導(dǎo)體層上的徑向壓縮力均勻化。這將有助于避免塑性變形以及電導(dǎo)體層中電線的屈曲和斷裂的危險(xiǎn)。

承載層還可以以兩層拉伸護(hù)面復(fù)合層的形式來實(shí)現(xiàn)。拉伸護(hù)面復(fù)合層有利地由具有單向纖維取向的復(fù)合材料制成。纖維優(yōu)選地以+/-65°至+/-85°的范圍內(nèi)的螺距角圍繞系繩的縱向軸線螺旋布置。纏繞方向隨著層不同的變化(例如，一層的纖維沿順時(shí)針方向纏繞，而另一層的纖維沿逆時(shí)針方向纏繞)有助于使在軸向應(yīng)變下系繩的扭轉(zhuǎn)特性機(jī)械上平衡。可以在兩個(gè)拉伸護(hù)面層之間設(shè)置滑移/減摩層。當(dāng)然，可以根據(jù)系繩的軸向載荷要求提供由拉伸護(hù)面元件或拉伸護(hù)面型材或拉伸護(hù)面復(fù)合層形成的多個(gè)層。

為了實(shí)現(xiàn)在非常大的空中風(fēng)力發(fā)電站的情況下的足夠的電力傳輸能力，需要大直徑的系繩。利用上述方法，作用在系繩上的軸向力增大，這導(dǎo)致徑向壓縮力增大，從而可能導(dǎo)致電導(dǎo)體的劣化增加。為了朝向與保護(hù)電系統(tǒng)免受高徑向壓縮力結(jié)合的高拉伸載荷要求來優(yōu)化彎曲半徑限制，承載層還可以設(shè)置有與滑移/減摩層和拉伸護(hù)面層結(jié)合的耐壓縮層。

耐壓縮層可以由導(dǎo)電材料如金屬制成，以便作為電系統(tǒng)的附加部分承載電流和/或還用作防雷保護(hù)層。當(dāng)然，耐壓縮層還可以由非導(dǎo)電材料制成。

耐壓縮層可以以s形互鎖耐壓縮胎體的形式來實(shí)現(xiàn)。在s形互鎖耐壓縮層中使用的具有s形型材的各個(gè)細(xì)長(zhǎng)元件優(yōu)選地以在1°至20°的范圍內(nèi)的螺距角，更優(yōu)選地以在5°至10°的范圍內(nèi)的螺距角，圍繞系繩3的縱向軸線螺旋布置。耐壓縮層還可以由例如z形、t形、傾斜式或扁平的軸向細(xì)長(zhǎng)的螺旋纏繞的元件制成。它們可以由復(fù)合材料例如由拉擠的碳纖維制成，或者如果重量限制允許更高的重量，則也可以由例如高強(qiáng)度鋼制成。耐壓縮層也可以由具有單向纖維取向的復(fù)合材料制成。纖維優(yōu)選地以在1°至20°范圍內(nèi)的螺距角，更優(yōu)選地以在5°至10°范圍內(nèi)的螺距角，圍繞系繩3的縱向軸線螺旋布置。復(fù)合耐壓縮層例如可以由環(huán)氧樹脂或熱塑性基質(zhì)的碳纖維、玻璃纖維或芳族聚酰胺纖維制成。

優(yōu)選地，在承載層與電系統(tǒng)之間設(shè)置滑移/減摩層。還可以在承載層與磨損保護(hù)層之間設(shè)置滑移/減摩層。由于不同層的非粘合狀態(tài)，這些滑移/減摩層有助于使得實(shí)現(xiàn)整個(gè)系繩3的小的彎曲半徑?；?減摩層例如可以由熱塑性材料如尼龍11(pa11)或含氟聚合物如聚四氟乙烯(ptfe)組成。

拉伸護(hù)面層可以以通過滑移/減摩層彼此分開的兩層螺旋布置的拉伸護(hù)面元件的形式來實(shí)現(xiàn)。這些拉伸護(hù)面元件優(yōu)選地以在+/-35°至+/-65°的范圍內(nèi)的螺距角圍繞系繩3的縱向軸線螺旋布置。它們可以由復(fù)合材料例如由拉擠的碳纖維線制成，或者如果重量限制允許更高的重量，則也可以由例如高強(qiáng)度鋼制成。

纏繞方向隨層不同的變化，例如一層的纖維沿順時(shí)針方向纏繞，而另一層的纖維沿逆時(shí)針方向纏繞)，有助于使在軸向應(yīng)變下系繩的扭轉(zhuǎn)特性機(jī)械上平衡。在兩個(gè)拉伸護(hù)面層之間，可以實(shí)現(xiàn)滑移/減摩層。根據(jù)系繩的拉伸強(qiáng)度需求，可以提供拉伸護(hù)面元件的其他子層。

拉伸護(hù)面層還可以以通過滑移/減摩層彼此分離的兩層拉伸護(hù)面復(fù)合層的形式來提供。拉伸護(hù)面復(fù)合層優(yōu)選地由具有單向纖維取向的復(fù)合材料制成。纖維優(yōu)選地以在+/-35°至+/-65°范圍內(nèi)的螺距角圍繞系繩的縱向軸線螺旋布置。與針對(duì)拉伸護(hù)面元件相同的關(guān)于分別順時(shí)針和逆時(shí)針取向的布置考慮也可以適用于拉伸護(hù)面復(fù)合層，以便得到系繩3的對(duì)稱均衡的機(jī)械特性。拉伸護(hù)面復(fù)合層例如可以由環(huán)氧樹脂或熱塑性基質(zhì)的碳纖維、玻璃纖維或芳族聚酰胺纖維制成。滑移/減摩層例如可以由熱塑性材料如尼龍11(pa11)或含氟聚合物如聚四氟乙烯(ptfe)制成。

徑向地布置在兩個(gè)電導(dǎo)體層之間的電絕緣層有利地以擠壓工藝施加。合適的材料例如是聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)或含氟聚合物族的耐高溫材料如聚偏氟乙烯(pvdf)或四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(fep)。對(duì)于一些應(yīng)用，電絕緣層還可以被設(shè)置成可以由例如pvdf或fep制成的箔。

優(yōu)選地，第一電導(dǎo)體層的電導(dǎo)體和/或第二電導(dǎo)體層的電導(dǎo)體以在25°至45°的范圍內(nèi)的螺距角，更優(yōu)選地以在30°至40°的范圍內(nèi)的螺距角，并且最優(yōu)選地以大約為35°的螺距角，纏繞在系繩的縱向中心軸線上。利用在這些范圍內(nèi)的螺距角，使得作用在電導(dǎo)體、絕緣層和彈性芯上的機(jī)械應(yīng)力最小，因?yàn)槿绻道K軸向伸長(zhǎng)或彎曲，則螺旋纏繞的電導(dǎo)體和彈性芯以及電絕緣層顯示基本上相同的徑向收縮/擴(kuò)張。

第一層的各個(gè)電導(dǎo)體和/或第二層的各個(gè)電導(dǎo)體在各自情況下可以被螺旋纏繞成使得它們都彼此平行地對(duì)準(zhǔn)。然而，優(yōu)選的實(shí)施方式是第一電導(dǎo)體層和/或第二電導(dǎo)體層由編織線形成。因此，在這種情況下，電導(dǎo)體形成規(guī)則的纏結(jié)結(jié)構(gòu)。

與第二層的電導(dǎo)體相比，第一層的電導(dǎo)體可以沿相反方向圍繞系繩的縱向中心軸線纏繞。第一電導(dǎo)體層和/或第二電導(dǎo)體層可以分別包括若干相鄰的螺旋纏繞線子層。相鄰子層的線有利地沿相反方向纏繞。因此，在這種情況下，相鄰子層的線的螺距角按照其代數(shù)符號(hào)彼此不同。通過沿相反方向纏繞第一層和第二層的線以及/或者相鄰子層的線，可以使系繩的機(jī)械特性對(duì)稱均衡。

關(guān)于系繩的縱向方向，承載層的拉伸剛度通常大于彈性芯、第一電導(dǎo)體層和第二電導(dǎo)體層以及電絕緣層一起的整體有效拉伸剛度。細(xì)長(zhǎng)元件(例如，系繩或?qū)?的拉伸剛度在此被定義為元件的材料沿元件的縱向方向的彈性模量或楊氏模量與元件的橫截面積的乘積。因此，拉伸剛度表示相應(yīng)元件抵抗由于拉伸載荷引起的彈性變形的能力。通過具有大于系繩的其余層合起來的整體拉伸剛度的拉伸剛度，承載層限制了其它層的最大應(yīng)變暴露。當(dāng)受到拉力或者圍繞例如卷筒彎曲時(shí)，由于彈性伸長(zhǎng)、彎曲和扭轉(zhuǎn)引起的機(jī)械應(yīng)力在很大程度上被承載層吸收。電導(dǎo)體、彈性芯和絕緣層基本上僅與承載層一起移動(dòng)而不受到任何臨界機(jī)械應(yīng)力。

在一些實(shí)施方式中，系繩還包括有利地布置在彈性芯內(nèi)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸線纜。在這種情況下，彈性芯優(yōu)選地具有中空或圓筒形的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)傳輸線纜優(yōu)選地是光纖線纜。

在一些實(shí)施方式中，在最外側(cè)電導(dǎo)體層——即，通常為第二電導(dǎo)體層——與承載層之間設(shè)置有防潮層和/或滑移層。對(duì)于一些材料，滑移和濕氣阻隔的兩個(gè)功能具體地通過提供滑移性能并形成防潮層的單個(gè)層來實(shí)現(xiàn)，例如聚酰胺11(pa11)或特定含氟聚合物(如聚四氟乙烯(ptfe)或聚偏氟乙烯(pvdf))。出于這些目的，還可以具有兩個(gè)層，即，在最外側(cè)電導(dǎo)體層上施加濕氣阻隔層，并且在濕氣阻隔層與承載層之間施加滑移層。為了與電導(dǎo)體層良好互鎖，可以在電導(dǎo)體層上擠包濕氣阻隔層/組合的滑移與濕氣阻隔層?？商孢x地或另外地，還可以在最外側(cè)電導(dǎo)體層與承載層之間設(shè)置粘合層和/或緩沖層。

為了保護(hù)承載層例如避免摩擦或日照，可以圍繞承載層設(shè)置磨損保護(hù)層。為了減少系繩的風(fēng)阻，磨損保護(hù)層可以具有例如與高爾夫球表面類似的、尺寸可以在毫米范圍內(nèi)的小的球面壓痕的結(jié)構(gòu)化外表面。

本發(fā)明還提供了一種系繩單元，其包括所示的系繩和用于纏繞系繩的卷筒。例如，如果風(fēng)力發(fā)電站未處于操作狀態(tài)，則卷筒可以用于存放系繩，或者如果在風(fēng)力發(fā)電站的操作期間系繩沒有完全退繞的情況下，則卷筒可以用于容納系繩長(zhǎng)度的一部分。卷筒可以是還包括空中風(fēng)力發(fā)電站和所示的系繩的電力單元的地面站的一部分。系繩單元可以針對(duì)同一系繩具有不同尺寸的兩個(gè)獨(dú)立卷筒。第一卷筒可以用于道路運(yùn)輸，并且根據(jù)系繩的彎曲半徑限制而具有最小直徑，以便在通過具有尺寸限制的道路通道(如橋梁或隧道)時(shí)避免運(yùn)輸問題。第二卷筒可以用于系繩與空中風(fēng)力發(fā)電站和地面站結(jié)合的服務(wù)操作，其具有針對(duì)系繩材料的低疲勞進(jìn)行優(yōu)化的較大直徑。

如果系繩具有第一外半徑并且卷筒包括用于容納系繩的具有第二外半徑的周界表面，則對(duì)于承載層由具有單向纖維取向的兩個(gè)或更多個(gè)復(fù)合層制成或者承載層由一個(gè)或更多個(gè)編織的復(fù)合層制成的情況，系繩的第一外半徑與卷筒的周界表面的第二外半徑之比優(yōu)選地為至少0.3％且不超過2％，更優(yōu)選地為至少0.5％且不超過1.5％。對(duì)于承載層由以圓形布置的拉伸護(hù)面元件或拉伸護(hù)面型材或拉伸護(hù)面復(fù)合層形成的同心的層制成或者承載層由耐壓縮層與滑移/減摩層和拉伸護(hù)面層結(jié)合制成的情況，系繩的第一外半徑與卷筒的周界表面的第二外半徑之比優(yōu)選地為至少0.3％且不超過5％，更優(yōu)選地為至少0.5％且不超過3％。利用系繩的外半徑與卷筒的外半徑的這種比率，卷筒的尺寸被設(shè)計(jì)成使得：一方面，系繩在纏繞在卷筒上時(shí)受到的機(jī)械應(yīng)力不會(huì)太高，并且另一方面，卷筒的尺寸最小。

此外，本發(fā)明提供了一種電力單元，其包括空中風(fēng)力發(fā)電站、地面站和至少一個(gè)所示的系繩。系繩用于將空中風(fēng)力發(fā)電站物理上和電連接到地面站。

附圖說明

以下參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，附圖僅用于說明的目的而且沒有限制的作用。在附圖中，示出了：

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的具有空中風(fēng)力發(fā)電站、地面站和電能傳輸系繩的電力單元；

圖2以透視圖示出了發(fā)明的電能傳輸系繩的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)；

圖3以透視圖示出了發(fā)明的電能傳輸系繩的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)；

圖4示出了如圖2或圖3所示的系繩的彈性芯和螺旋纏繞的電導(dǎo)體的側(cè)視圖；

圖5示出了如圖2或圖3所示的系繩的彈性芯和多個(gè)螺旋纏繞的電導(dǎo)體的側(cè)視圖；

圖6示出了如圖2或圖3所示的系繩的彈性芯和多個(gè)螺旋纏繞且編織的電導(dǎo)體的側(cè)視圖；

圖7示出了在整個(gè)系繩的軸向延伸ε為+1.5％時(shí)取決于線的螺距角α的螺旋線與彈性芯之間的徑向收縮的差(δρ徑向)；

圖8示出了發(fā)明的電能傳輸系繩的第三實(shí)施方式的橫截面，其具有如a1)、b1)和c1)所示的不同可能實(shí)施方式的承載層；

圖9示出了發(fā)明的電能傳輸系繩的第四實(shí)施方式的軸向切割，其具有不同可能實(shí)施方式的包括如a2)、b2)、c2)、d2)、e2)、f2)、g2)所示的內(nèi)耐壓縮層、滑移/減摩層以及如a3)、b3)所示的不同可能實(shí)施方式的外拉伸護(hù)面層的承載層；

圖10示出了發(fā)明的電能傳輸系繩的第五實(shí)施方式的軸向切割，其具有不同可能實(shí)施方式的包括如a4)、b4)、c4)、d4)、e4)所示的內(nèi)耐壓縮層和外拉伸護(hù)面層并且包括具有導(dǎo)體保護(hù)層和/或一個(gè)或更多個(gè)緩沖層的電系統(tǒng)的承載層；

圖11示出了如圖10所示的系繩的橫截面，其具有如a5)、b5)和c5)所示的不同可能實(shí)施方式的導(dǎo)體保護(hù)層和緩沖層；

圖12示出了發(fā)明的電能傳輸系繩的第六實(shí)施方式的軸向切割，其中兩個(gè)電導(dǎo)體層中的每個(gè)層包括在其間設(shè)置有滑移/減摩層的兩個(gè)子層；以及

圖13以透視圖示出了發(fā)明的電能傳輸系繩的第七實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，其具有如a6)和b6)所示的不同可能實(shí)施方式的電導(dǎo)體層。

具體實(shí)施方式

圖1示出了其中空中風(fēng)力發(fā)電站1借助于單個(gè)電能傳輸系繩3連接到地面站2的電力單元。當(dāng)然，還可以提供多于一個(gè)的電能傳輸系繩3以用于將空中風(fēng)力發(fā)電站1連接到地面站2。

電能傳輸系繩3用于將空中風(fēng)力發(fā)電站1物理上和電連接到地面。因此，系繩3需要能夠抵抗由作用在空中風(fēng)力發(fā)電站1上的風(fēng)引起的拉力以及由于特定飛行機(jī)動(dòng)使空中風(fēng)力發(fā)電站1的方向變化而引起的拉力。拉力通常在短時(shí)段內(nèi)強(qiáng)烈地變化，這導(dǎo)致系繩3與其無載荷狀況相比縱向拉伸，并因此導(dǎo)致徑向收縮。

如圖1所示，在地面站2中，在風(fēng)力發(fā)電站1的操作狀態(tài)期間，系繩3的一部分纏繞在卷筒15上。卷筒15用于在空中風(fēng)力發(fā)電站1的啟動(dòng)和收回階段期間以及在空中風(fēng)力發(fā)電站1的正常操作狀態(tài)期間但系繩3的最大長(zhǎng)度未被使用的情況下容納系繩3的一部分。卷筒15還可以用于運(yùn)輸目的。如果從系繩3的制造位置到安裝位置的運(yùn)輸路線要求較小的卷筒直徑，則還可以應(yīng)用滿足系繩3的最小彎曲半徑要求的較小卷筒。

由于系繩3沿著卷筒15的周界外表面彎曲，因此，系繩3的面向卷筒15的中心的部分受到一定的壓縮，并且徑向背離卷筒15的部分受到一定的拉力。由于系繩3沿著卷筒15的周界外表面彎曲，因此，系繩3在卷筒15的徑向方向上也受到壓縮，使得系繩3纏繞在卷筒15上的部分通常具有略呈橢圓形的橫截面。

空中風(fēng)力發(fā)電站1包括附接有一個(gè)或更多個(gè)發(fā)電機(jī)16的翼型件。發(fā)電機(jī)16各自由螺旋槳驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生電能。優(yōu)選地，發(fā)電機(jī)16也可以用作電動(dòng)機(jī)以便例如在空中風(fēng)力發(fā)電站1的啟動(dòng)和收回階段期間驅(qū)動(dòng)螺旋槳。由發(fā)電機(jī)16在風(fēng)力發(fā)電站1的正常操作狀態(tài)下產(chǎn)生的電能以及發(fā)電機(jī)16在用作電動(dòng)機(jī)時(shí)消耗的電能借助于系繩3在風(fēng)力發(fā)電站1與地面站2之間轉(zhuǎn)移，反之亦然。另外，空中風(fēng)力發(fā)電站1的飛行運(yùn)動(dòng)可以通過由卷筒15的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)對(duì)系繩3的拖動(dòng)來控制。

借助于例如螺旋槳或方向舵的相應(yīng)動(dòng)作對(duì)風(fēng)力發(fā)電站1的飛行運(yùn)動(dòng)的控制可以通過在風(fēng)力發(fā)電站1和地面站2上提供相應(yīng)的無線信號(hào)傳輸單元無線地實(shí)現(xiàn)或者通過風(fēng)力發(fā)電站1與地面站2之間的有線信號(hào)連接來實(shí)現(xiàn)。在有線信號(hào)連接的情況下，可以在系繩3內(nèi)設(shè)置金屬信號(hào)線或者優(yōu)選地是光纖線纜，以用于該目的。

圖2示出了發(fā)明的電能傳輸系繩3的第一實(shí)施方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。系繩3具有多層結(jié)構(gòu)，其具有若干個(gè)層4至10，每個(gè)層具有圓形橫截面。每個(gè)層4至10沿著具有恒定橫截面的系繩3的整個(gè)縱向長(zhǎng)度延伸。

在系繩3的中心設(shè)置有彈性芯4，該彈性性4由彈性非金屬材料——通常為彈性體，例如三元乙丙橡膠(epdm)、丁腈橡膠(nbr)或硅彈性體——制成。還可以應(yīng)用熱塑性材料，例如具有在3％或以上的范圍內(nèi)的合適彈性的聚乙烯(pe)。對(duì)于彈性體，彈性芯4的楊氏模量在1n/mm²至100n/mm²的范圍內(nèi)，并且對(duì)于熱塑性材料，彈性芯4的楊氏模量高達(dá)大約4000n/mm²。

由于系繩3表示空中風(fēng)力發(fā)電站1到地面的唯一連接，因此需要借助于系繩3來實(shí)現(xiàn)與地電位無關(guān)的電能傳輸。因此，系繩3包括借助于電絕緣層7彼此分開的至少兩個(gè)電導(dǎo)體層5、9。在兩個(gè)電導(dǎo)體層5、9之間，可以建立電磁場(chǎng)，以便從風(fēng)力發(fā)電站1向地面站2傳輸電能(或者從地面站2向發(fā)電站1傳輸電能)。

盡管以金屬線5的形式的第一層的電導(dǎo)體直接圍繞彈性芯4纏繞在彈性芯4上，但以金屬線9的形式的第二層的電導(dǎo)體圍繞電絕緣層7纏繞。為了在此由層5、7和9形成的電傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一定的彈性，金屬線5和9中的每一個(gè)分別沿彈性芯4或電絕緣層7的縱向方向螺旋地或成螺旋形地纏繞。布置在系繩3的同一層5或9中的各個(gè)金屬線5和9通常彼此不電隔離。金屬線5和9優(yōu)選地由銅制成。

徑向地布置在兩個(gè)電導(dǎo)體層5、9之間的電絕緣層7有利地以擠壓工藝施加。合適的材料例如是聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)或者含氟聚合物族的耐高溫材料如聚偏氟乙烯(pvdf)或四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(fep)。對(duì)于電系統(tǒng)電壓僅為幾千伏的一些應(yīng)用，電絕緣層7還可以被設(shè)置成可以由例如pvdf或fep制成的包裹箔。

在絕緣層7的沿著系繩3的徑向方向的兩側(cè)上設(shè)置有半導(dǎo)電層6、8。第一半導(dǎo)電層6布置在第一金屬線層5與絕緣層7之間，并且第二半導(dǎo)電層8設(shè)置在絕緣層7與第二金屬線層9之間。借助于具有最小表面粗糙度特征的半導(dǎo)電層6和8，可以實(shí)現(xiàn)幾何學(xué)上明確定義的均勻電場(chǎng)，其中該半導(dǎo)電層6和8例如可以由半導(dǎo)電聚乙烯制成。

為了吸收在空中風(fēng)力發(fā)電站1的操作期間作用在系繩3上的拉力，設(shè)置了承載層10。為了實(shí)現(xiàn)高拉伸剛度和徑向剛度，承載層10可以包括圍繞最外側(cè)電導(dǎo)體層9螺旋纏繞的細(xì)長(zhǎng)元件如纖維。承載層10圍繞第二金屬線層9并且因此表示系繩3的徑向最外層。承載層10保護(hù)內(nèi)層5、6、7、8、9避免軸向和非軸向載荷并且限制這些層的最大應(yīng)變暴露。根據(jù)承載層10的選擇的具體實(shí)施方式，承載層10在系繩3的軸向方向上的楊氏模量在20’000n/mm²至200’000n/mm²的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在60’000n/mm²至160’000n/mm²的范圍內(nèi)。承載層10優(yōu)選地由纖維增強(qiáng)材料，特別是纖維增強(qiáng)塑料材料例如聚合物基復(fù)合材料(pmc)或帶有例如環(huán)氧樹脂基質(zhì)材料的纖維增強(qiáng)熱固性聚合物制成。還可以使用帶有橡膠添加劑的環(huán)氧樹脂例如端羧基聚丁二烯丙烯腈無規(guī)共聚物(ctbn)改性的環(huán)氧樹脂基質(zhì)材料來提高纖維復(fù)合材料的柔韌性。纖維可以是例如可能帶有環(huán)氧樹脂或熱塑性基質(zhì)材料的碳纖維、玻璃纖維或芳族聚酰胺纖維，并且纖維可以與系繩3的縱向中心軸線平行地布置或者圍繞最外側(cè)電導(dǎo)體層——在此由第二電導(dǎo)體層9表示——螺旋纏繞。纖維相對(duì)于系繩3的縱向中心軸線的傾斜布置，特別是螺旋纏繞有助于承載層10的徑向剛度。如果重量限制允許更高的重量，則也可以將例如高強(qiáng)度鋼用于承載層10的細(xì)長(zhǎng)元件。

特別是當(dāng)承載層10由金屬材料如鋼制成時(shí)，還可以在金屬線9與承載層10之間設(shè)置磨損保護(hù)層。然而，為了節(jié)省重量，優(yōu)選的是將非金屬材料用于承載層。

承載層10的設(shè)計(jì)可以根據(jù)應(yīng)用的具體要求以不同的方式進(jìn)行選擇。例如，具有良好的抗徑向壓縮能力的承載層10的輕質(zhì)且相對(duì)剛性的實(shí)施方式——其尤其適合于小直徑的系繩3——可以以圍繞最外側(cè)電導(dǎo)體層9螺旋纏繞纖維的方式來選擇。可以存在螺距角相同但沿相反方向纏繞的具有單向纖維取向的兩個(gè)或更多個(gè)層。為了增加拉伸剛度，例如可以對(duì)纖維進(jìn)行編織。對(duì)纖維的編織可以是雙軸線的或三軸線的。在隨后的層中可以應(yīng)用纖維的具有不同螺距角的編織物，以優(yōu)化承載層10的機(jī)械性能。當(dāng)相對(duì)于縱向中心軸線傾斜時(shí)，特別是當(dāng)被螺旋纏繞時(shí)，纖維的螺距角優(yōu)選地在+/-35°至+/-90°之間，更優(yōu)選地在+/-45°至+/-75°之間，以獲得良好的徑向壓縮保護(hù)。當(dāng)然，也可以應(yīng)用這些敷設(shè)技術(shù)和/或具有不同螺距角的若干纖維層的組合。基質(zhì)材料可以是例如聚乙烯(pe)、聚苯硫醚(pps)或聚醚醚酮(peek)；當(dāng)然也可以使用環(huán)氧樹脂作為基質(zhì)材料。為了節(jié)省重量，承載層10有利地是非金屬的。

承載層10的其它可能實(shí)施方式在圖8至圖11中示出。

圖3示出了用于空中風(fēng)力發(fā)電站1的發(fā)明的電能傳輸系繩3的第二實(shí)施方式。在圖1至圖13中，具有相同或相似功能的元素以相同的附圖標(biāo)記注釋。

除其他以外，圖3所示的實(shí)施方式與圖2的實(shí)施方式的不同之處在于包括光纖線纜11。光纖線纜11沿著系繩3的整個(gè)縱向長(zhǎng)度在彈性芯4內(nèi)延伸并且用于地面站2與風(fēng)力發(fā)電站1之間的數(shù)據(jù)通信。例如，用于控制風(fēng)力發(fā)電站1的飛行運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)或者狀態(tài)或傳感器信號(hào)可以借助于光纖線纜11來傳輸。將空中風(fēng)力發(fā)電站1作為用于傳輸民用或軍用的電磁無線電信號(hào)的站的用途也可以通過光纖線纜11和位于空中風(fēng)力發(fā)電站1上的合適的接收和發(fā)射天線的幫助來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)況，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全部或部分自給。光纖線纜11布置在在此具有中空或圓筒形設(shè)計(jì)的彈性芯4的中心，并且因此與系繩3的縱向中心軸線重合。

在圖3的實(shí)施方式中，為金屬線5和金屬線9提供了兩個(gè)相鄰的子層。金屬線5和9的兩個(gè)子層在各自情況下例如可以由相應(yīng)金屬線5或9圍繞系繩3的縱向中心軸線纏繞的方向來表征。例如，第一內(nèi)子層的金屬線5可以圍繞彈性芯4沿順時(shí)針方向纏繞，并且相鄰的第二外子層的金屬線5可以沿相反的逆時(shí)針方向纏繞，以便使系繩3的機(jī)械特性對(duì)稱均衡。通常，可以為金屬線5和9的層提供其它子層。

在彈性芯4內(nèi)，可以沿著系繩3的縱向方向設(shè)置彈性或非彈性絞合線12。如果絞合線是非彈性的，則它們僅被設(shè)置用于生產(chǎn)目的，并且意在在系繩3的第一次使用期間使其斷裂。

在如圖3所示的實(shí)施方式中，在第二外層金屬線9與承載層10之間設(shè)置有滑移層13?；茖?3用于提供承載層10與外層金屬線9之間的低摩擦滑移的可能性。在當(dāng)前實(shí)施方式中，滑移層13還具有防潮層的功能，以防止?jié)駳獾竭_(dá)金屬線5和9，特別是電絕緣層7，電絕緣層7可能由于濕氣而導(dǎo)致其電絕緣能力劣化。當(dāng)然，滑移層13也可以是透濕的，并且可以在滑移層13與外層金屬線9之間設(shè)置另外的濕氣阻隔層。如果不需要承載層10在金屬線9上低摩擦滑移，則層13也可以是不具有任何滑移功能的濕氣阻隔層。

在圖3的實(shí)施方式中，磨損保護(hù)層14被布置在承載層10的外側(cè)作為最外層，以保護(hù)承載層10例如免受在被纏繞在卷筒15上時(shí)的機(jī)械摩擦影響或者免受存在于空氣中的水分、陽光或某些酸性物質(zhì)影響。為了減少系繩3的風(fēng)阻，可以用與高爾夫球表面類似的遍布有尺寸在毫米范圍內(nèi)的小的球面壓痕的表面來實(shí)現(xiàn)磨損保護(hù)層14。磨損保護(hù)層14還可以包括螺距角在+/-40°至+/-60°的范圍內(nèi)的例如由例如芳綸制成的高拉力絞合線的絞合線編織物，以加固磨損保護(hù)層14并且防止磨損保護(hù)層14在局部劣化時(shí)剝落。

圖4示出了在如圖2和圖3所示的實(shí)施方式中的第一電導(dǎo)體層的金屬線5如何圍繞彈性芯4螺旋纏繞。第二電導(dǎo)體層的金屬線9可以相應(yīng)地圍繞絕緣層7纏繞。金屬線5(或9)形成螺距角為α的螺旋。在如圖2和圖3所示的實(shí)施方式中，金屬線5和9的螺距角α優(yōu)選地在25°至45°的范圍內(nèi)，特別地在30°至40°的范圍內(nèi)。針對(duì)金屬線5和9使用這樣的螺距角α引起在由于系繩3的高拉伸載荷或繞軸操作所產(chǎn)生的軸向伸長(zhǎng)或壓縮的情況下的金屬線5和9以及彈性芯4和絕緣層7的基本相等的徑向收縮。

優(yōu)選地，如圖5所示，在第一金屬線層5和第二金屬線層9中均設(shè)置有多個(gè)緊密纏繞的金屬線。

在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一電導(dǎo)體層5以及第二電導(dǎo)體層9均被設(shè)置成電線相互編織的形式。如圖6可見，第一電導(dǎo)體層5(以及相應(yīng)地，第二電導(dǎo)體層9的)的所有金屬線5(或9)以同一螺距角α圍繞彈性芯4螺旋纏繞，其中螺距角α在25°至45°(-25°至-45°)的范圍內(nèi)，特別地在30°至40°(-30°至-40°)的范圍內(nèi)。

金屬線5和9圍繞系繩3的縱向中心軸線螺旋纏繞，以防止高度無彈性的導(dǎo)體材料例如銅的塑性變形。然而，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，為了避免系繩3在例如高拉伸載荷下或者在圍繞卷筒15彎曲時(shí)損壞，由金屬線5和9形成的螺旋的螺距角是關(guān)鍵。因而，提出下面用于優(yōu)化在金屬線5圍繞彈性芯4螺旋纏繞的情況(如圖4所示的情況)下的螺距角α的計(jì)算：

彈性芯4的長(zhǎng)度的相對(duì)變化ε引起徑向收縮。對(duì)彈性芯4的徑向收縮系數(shù)ρ1的計(jì)算如下：

螺旋的長(zhǎng)度的相對(duì)變化ε引起金屬線5的徑向收縮，該徑向收縮取決于螺距角α。螺旋的徑向收縮系數(shù)ρ2可以如下進(jìn)行計(jì)算：

由金屬線5相對(duì)于彈性芯4形成的螺旋在軸向應(yīng)變下的行為可以被細(xì)分成以下情況：

i.ρ1<ρ2：由線5形成的螺旋從彈性芯4剝離。

ii.ρ1＝ρ2：由線5形成的螺旋與彈性芯4同步地移動(dòng)。

iii.ρ1>ρ2：由線5形成的螺旋被壓入彈性芯4中。

在情況i下，徑向地布置在金屬線5的外側(cè)的層例如絕緣層7限制螺旋從彈性芯4的剝離。金屬線5因而暴露于壓縮應(yīng)變并且金屬線5極有可能屈曲，這將最終導(dǎo)致系繩3的電能傳輸能力的失效。

在情況iii下，如果在第一方法中彈性芯4被模制為不可壓縮的，則金屬線5的螺旋不可能刺入彈性芯4的表面。因此，與金屬線5的塑性變形結(jié)合的伸長(zhǎng)將會(huì)發(fā)生。當(dāng)被迫使移動(dòng)回?zé)o軸向拉力的情況下的中性位置(ε＝0)時(shí)，伸長(zhǎng)的金屬線5將屈曲。

在情況ii下，相等的徑向收縮引起金屬線5和彈性芯4的最小機(jī)械應(yīng)力。

在滿足情況ii時(shí)的最佳螺距角α可以如下進(jìn)行計(jì)算：

在圖7中針對(duì)軸向伸長(zhǎng)ε＝1.5％的情況示出了用于尋找最佳螺距角α的該等式的圖形表示。

最佳螺距角α的這種計(jì)算的結(jié)果是：

因此，針對(duì)整個(gè)系繩3的+1.5％的軸向伸長(zhǎng)ε，獲得的由金屬線5形成的螺旋的最佳螺距角α1為34.96°。在將系繩3纏繞在卷筒15上的情況下，系繩3的面向卷筒15的中心的部分被壓縮。針對(duì)例如金屬線5的-1.5％的ε的壓縮，獲得的最佳螺距角α2為35.57°。采用針對(duì)兩種載荷情況(伸長(zhǎng)和壓縮)的平均值(α1+α2)/2＝αopt，即35.265°，該值被四舍五入成35.3°，相對(duì)于α1和α2的精確值的約0.3°的差異將處于生產(chǎn)容限內(nèi)。請(qǐng)注意，以上計(jì)算也適用于由圍繞絕緣層7纏繞的金屬線9形成的螺旋。

試驗(yàn)已經(jīng)顯示，用于空中風(fēng)力發(fā)電站1的系繩3應(yīng)當(dāng)被選擇成使得：對(duì)于預(yù)期的最大拉伸載荷，沿系繩的縱向方向的伸長(zhǎng)ε在5％以下，更優(yōu)選地在3％以下。需要一定的彈性來更好地吸收作用在系繩3上的拉力。然而，如果系繩3被伸長(zhǎng)大于3％，或者甚至大于5％，則存在絕緣層7將劣化的風(fēng)險(xiǎn)。利用典型的絕緣材料聚乙烯的試驗(yàn)顯示，由于在高于5％的重復(fù)應(yīng)變率下絕緣材料的劣化，電絕緣能力開始下降。可以觀測(cè)到針對(duì)系繩3的可能的伸長(zhǎng)ε的范圍，電導(dǎo)體的理論最佳螺距角α為具有僅+/-0.3°的偏差的35.3°。對(duì)于螺旋纏繞的金屬線5和9的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式，基于給定應(yīng)變率和疲勞循環(huán)率要優(yōu)化的部分是在軸向方向上的導(dǎo)電性以及其他。因此，最佳螺距角具有較寬的變化范圍。因此，金屬線5和9優(yōu)選地以25°至45°的螺距角，更優(yōu)選地以35°至40°的螺距角，并且最優(yōu)選地以大約35°的螺距角，圍繞系繩3的縱向中心軸線纏繞。

圖8示出了系繩3的橫截面，其示出了承載層10與彈性緩沖層17結(jié)合的可能的不同構(gòu)造，彈性緩沖層17用于使由承載層10在拉伸載荷下的徑向收縮所引起的朝向電傳輸系統(tǒng)4、5、6、7、8、9的可能實(shí)施方式的徑向壓縮力均衡。

如子圖a1)所示，承載層10可以實(shí)現(xiàn)為兩層圓形布置的拉伸護(hù)面元件18、19的形式。這些拉伸護(hù)面元件以在+/-65°至+/-85°的范圍內(nèi)的螺距角圍繞系繩3的縱向軸線螺旋布置。它們可以由復(fù)合材料例如由拉擠的碳纖維線制成，或者如果重量限制允許更高的重量，則也可以由例如高強(qiáng)度剛制成。兩層拉伸護(hù)面元件18、19在各自情況下例如可以由相應(yīng)拉伸護(hù)面元件圍繞系繩3的縱向中心軸線纏繞的方向來表征。例如，第一內(nèi)子層的拉伸護(hù)面元件18可以沿順時(shí)針方向圍繞彈性緩沖層17纏繞，相鄰的第二外子層的拉伸護(hù)面元件19可以沿相反的逆時(shí)針方向纏繞，以使系繩3的機(jī)械特性對(duì)稱均衡。根據(jù)系繩的拉伸強(qiáng)度需求，可以設(shè)置另外的拉伸護(hù)面元件子層。

在系繩3的軸向應(yīng)變下，螺旋施加的拉伸護(hù)面元件18、19將對(duì)系繩3的內(nèi)部部分產(chǎn)生壓縮力。因而，可以應(yīng)用由軟材料例如硅彈性體、解聚天然橡膠或聚氨酯組成的彈性緩沖層17，以使最外側(cè)電導(dǎo)體層9上的徑向壓縮力均勻化。這將有助于避免電導(dǎo)體層9中的電線的塑性變形以及屈曲和斷裂的危險(xiǎn)。

如子圖b1)所示，承載層10還可以實(shí)現(xiàn)為兩層環(huán)形布置的拉伸護(hù)面型材20、21的形式。關(guān)于拉伸護(hù)面型材20、21的布置的考慮，可以應(yīng)用與針對(duì)拉伸護(hù)面元件18、19相同的考慮。拉伸護(hù)面型材可以由復(fù)合材料例如由拉擠的碳纖維線制成，或者如果重量限制允許更高的重量，則也可以由例如高強(qiáng)度鋼制成。

如子圖c1)所示，承載層10還可以實(shí)現(xiàn)為兩層拉伸護(hù)面復(fù)合層22、23的形式。拉伸護(hù)面復(fù)合層22、23由具有單向纖維取向的復(fù)合材料制成。纖維以+/-65°至+/-85°的范圍內(nèi)的螺距角圍繞系繩3的縱向軸線螺旋布置。關(guān)于拉伸護(hù)面復(fù)合層的沿順時(shí)針取向和逆時(shí)針取向的布置的考慮，可以應(yīng)用與針對(duì)拉伸護(hù)面元件18、19相同的考慮，以得到系繩3的對(duì)稱均衡的機(jī)械特性。拉伸護(hù)面復(fù)合層22、23可以例如由環(huán)氧樹脂或熱塑性基質(zhì)的碳纖維、玻璃纖維或芳綸纖維制成。拉伸護(hù)面復(fù)合層22、23可以通過另外的滑移/減摩層分開，以實(shí)現(xiàn)在整個(gè)系繩3被纏繞在卷筒15上時(shí)的較小彎曲半徑。

為了實(shí)現(xiàn)在非常大的空中風(fēng)力發(fā)電站1的情況下的足夠的電力傳輸能力，需要大直徑的系繩3。利用根據(jù)圖8的方法，作用在系繩3上的軸向力增大，這導(dǎo)致徑向壓縮力增大，從而可能導(dǎo)致電導(dǎo)體的劣化增加。

在圖9中，示出了發(fā)明的電能傳輸系繩3的另外的實(shí)現(xiàn)，其通過添加抗壓縮層25以及另外的滑移/減摩層24、26、28、37、40并且因此具有對(duì)電系統(tǒng)4、5、6、7、8、9的增強(qiáng)的保護(hù)的特征來朝向高拉伸載荷需求優(yōu)化其彎曲半徑限制。

承載層10被細(xì)分成耐壓縮層25、滑移/減摩層26和拉伸護(hù)面層27。優(yōu)選地在承載層10與電系統(tǒng)4、5、6、7、8、9之間實(shí)現(xiàn)滑移/減摩層24。還可以在承載層10與磨損保護(hù)層14之間實(shí)現(xiàn)滑移/減摩層24。由于不同層的未結(jié)合狀態(tài)，這些滑移/減摩層24、26、28有利于使得能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系繩3的小的彎曲半徑。滑移/減摩層24、26、28可以例如由熱塑性材料如尼龍11(pa11)或含氟聚合物如聚四氟乙烯(ptfe)組成。

如子圖a2)所示，耐壓縮層25可以實(shí)現(xiàn)為s形互鎖耐壓縮層29的形式，其也稱為胎體。在s形互鎖耐壓縮層29中使用的具有s形型材的各個(gè)細(xì)長(zhǎng)元件以在1°至20°的范圍內(nèi)的螺距角，更優(yōu)選地在5°至10°的范圍內(nèi)的螺距角，圍繞系繩3的縱向軸線螺旋布置。取決于s形互鎖耐壓縮層29的螺距角和s形互鎖耐壓縮層29的s形型材的寬度，耐壓縮層25可以包括多于一個(gè)的螺旋施加的s形互鎖耐壓縮層29的s形型材。它們可以由復(fù)合材料例如由拉擠的碳纖維制成，或者如果重量限制允許更高的重量，則也可以由高強(qiáng)度鋼制成。

在b2)中，耐壓縮層25的另外的實(shí)施方式被示出為z形互鎖耐壓縮層30，也稱為箍強(qiáng)度層。針對(duì)z形互鎖耐壓縮層30，也可以應(yīng)用與針對(duì)s形互鎖耐壓縮層29的布置考慮相同的布置考慮。z形互鎖耐壓縮層30可以由復(fù)合材料例如由拉擠的碳纖維構(gòu)成，或者如果重量限制允許更高的重量，也可以由例如高強(qiáng)度鋼制成。

以下示出了耐壓縮層25的實(shí)施方式的另外的形狀：在c2)中示出了z形耐壓縮層31；在d2)中示出了t形耐壓縮層32；在e2)中示出了傾斜式耐壓縮層33；并且在f2)中示出了扁平耐壓縮層34。與耐壓縮層29和30不同的是，這些層不是互鎖的，但是具有更簡(jiǎn)單的橫截面型材特征，更易于生產(chǎn)。針對(duì)耐壓縮層25的實(shí)施方式31、32、33、34，也可以應(yīng)用與針對(duì)s形互鎖耐壓縮層29的布置考慮相同的布置考慮。耐壓縮層25的實(shí)施方式31、32、33、34可以由復(fù)合材料例如由拉擠的碳纖維制成，或者如果重量限制允許更高的重量，則也可以由例如高強(qiáng)度鋼制成。

在g2中示出了耐壓縮層25的實(shí)施方式的另外的可能：由具有單向纖維取向的復(fù)合材料制成的復(fù)合耐壓縮層35。纖維以在1°至20°的范圍內(nèi)的螺距角，更優(yōu)選地在5°至10°的范圍內(nèi)的螺距角，圍繞系繩3的縱向軸線螺旋布置。復(fù)合耐壓縮層35可以例如由環(huán)氧樹脂或熱塑性基質(zhì)的碳纖維、玻璃纖維或芳綸纖維制成。

如子圖a3)所示，拉伸護(hù)面層27可以實(shí)現(xiàn)為通過滑移/減摩層37彼此分開的兩層螺旋布置的拉伸護(hù)面元件36、38的形式。這些拉伸護(hù)面元件36、38以在+/-35°至+/-65°的范圍內(nèi)的螺距角圍繞系繩3的縱向軸線螺旋布置。它們可以由復(fù)合材料例如由拉擠的碳纖維電線制成，或者如果重量限制允許更高的重量，則也可以由例如高強(qiáng)度鋼制成。兩層拉伸護(hù)面元件36、38在每種情況下例如可以由相應(yīng)拉伸護(hù)面元件圍繞系繩3的縱向中心軸線纏繞的方向來表征。例如第一內(nèi)子層的拉伸護(hù)面元件36可以沿順時(shí)針方向圍繞滑移/減摩層26纏繞，相鄰的第二外子層的拉伸護(hù)面元件38可以沿逆時(shí)針方向圍繞滑移/減摩層37纏繞，以使系繩3的機(jī)械特性對(duì)稱均衡。根據(jù)系繩的拉伸強(qiáng)度需求，可以設(shè)置另外的拉伸護(hù)面元件子層?；?減摩層37可以例如由熱塑性材料如尼龍11(pa11)或含氟聚合物如聚四氟乙烯(ptfe)制成。

如子圖b3所示，拉伸護(hù)面層27還可以實(shí)現(xiàn)為可以通過滑移/減摩層40彼此分開的兩層拉伸護(hù)面復(fù)合層39、41的形式。拉伸護(hù)面復(fù)合層39、41由具有單向纖維取向的復(fù)合材料制成。纖維以在+/-35°至+/-65°的范圍內(nèi)的螺距角圍繞系繩的縱向軸線螺旋布置。針對(duì)拉伸護(hù)面復(fù)合層39、41，也可以應(yīng)用與針對(duì)拉伸護(hù)面元件36、38相同的關(guān)于分別順時(shí)針和逆時(shí)針取向的布置考慮，以使系繩3的機(jī)械特性對(duì)稱均衡。拉伸護(hù)面復(fù)合層39、41可以例如由環(huán)氧樹脂或熱塑性基質(zhì)的碳纖維、玻璃或芳綸纖維制成。滑移/減摩層40可以例如由熱塑性材料如尼龍11(pa11)或含氟聚合物如聚四氟乙烯(ptfe)制成。

在另外的實(shí)施方式中，拉伸護(hù)面層27可以借助于化學(xué)纖維繩來實(shí)現(xiàn)?；瘜W(xué)纖維繩可以例如由芳綸、或制成并且通常是螺旋形編織的。化學(xué)纖維繩例如在被應(yīng)用在耐壓縮層25上時(shí)可以不可逆地伸展。

在圖10和圖11中，示出了根據(jù)本發(fā)明的電能傳輸系繩3的另外的可能的實(shí)施方式。在這些實(shí)施方式中，系繩3的電系統(tǒng)包括導(dǎo)體保護(hù)層44和/或一個(gè)或更多個(gè)緩沖層45、46，其中這些實(shí)施方式當(dāng)然可以與圖1至圖9中所示的實(shí)施方式組合。承載層10包括內(nèi)耐壓縮層25、外拉伸護(hù)面層27以及介于耐壓縮層25與拉伸護(hù)面層27之間的滑移/減摩層26。

耐壓縮層25可以例如以如子圖a4)所示的形式借助于環(huán)形耐壓縮元件42來實(shí)現(xiàn)。環(huán)形耐壓縮元件42圍繞內(nèi)層4至9以及層44至46——如果設(shè)置有的話——來布置。環(huán)形壓縮元件42優(yōu)選地由陶瓷、金屬或纖維增強(qiáng)材料制成。如果由纖維增強(qiáng)材料制成，則基質(zhì)可以例如為熱固性或熱塑性材料。

在如子圖b4所示的實(shí)施方式中，每個(gè)環(huán)形耐壓縮元件42包括涂層47。優(yōu)選地完全覆蓋環(huán)形耐壓縮元件42的表面的涂層47可以例如由金屬制成，以提高對(duì)系繩3的防雷保護(hù)。替選地，涂層47可以由特別耐磨損的材料制成，以延長(zhǎng)系繩3的壽命。

在如子圖c4)所示的實(shí)施方式中，在兩個(gè)相鄰環(huán)形耐壓縮元件42中的每一個(gè)之間布置有環(huán)形軸向緩沖元件43?？梢岳缬删郯滨セ蛴晒鑿椥泽w制成的環(huán)形軸向緩沖元件43用于減少作用在環(huán)形耐壓縮元件42上的局部應(yīng)力。作用在環(huán)形耐壓縮元件42上的局部應(yīng)力可以特別在將系繩3彎曲在諸如圖1所示的卷筒15的卷筒上時(shí)發(fā)生。該實(shí)施方式的環(huán)形耐壓縮元件42可以包括涂層47或者可以不包括涂層47。如果存在由金屬制成的涂層47以用于保護(hù)系繩3免受雷電以及靜電放電的影響，則環(huán)形軸向緩沖元件43也可以由導(dǎo)電材料例如導(dǎo)電彈性體制成。

耐壓縮層25還可以以如子圖d4)所示的形式借助于環(huán)形階梯狀耐壓縮元件54來實(shí)現(xiàn)。環(huán)形階梯狀耐壓縮元件54圍繞內(nèi)層4至9以及層44至46——如果設(shè)置有的話——來布置。環(huán)形階梯狀耐壓縮元件54優(yōu)選地由金屬、陶瓷或纖維增強(qiáng)材料制成。如果由纖維增強(qiáng)材料制成，則基質(zhì)可以例如為熱固性或熱塑性材料。如果由非導(dǎo)電性材料制成，則可以應(yīng)用金屬涂層。如果由金屬材料制成，則可以使用例如高強(qiáng)度鋼或鈦合金。還可以使用具有高導(dǎo)電性的高強(qiáng)度金屬合金如鈹銅，以具有用于防雷保護(hù)的另外的導(dǎo)電層，或者以承載流過電導(dǎo)體9或相應(yīng)地流過最外層的電導(dǎo)體線的電流的一部分。

在如子圖e4)所示的實(shí)施方式中，在兩個(gè)相鄰環(huán)形階梯狀耐壓縮元件54中的每一個(gè)之間布置有環(huán)形階梯狀軸向緩沖/接觸元件55。可以例如由聚氨酯或由硅彈性體制成的環(huán)形階梯狀軸向緩沖/接觸元件55與子圖c4)中所示的實(shí)施方式的環(huán)形軸向緩沖元件43類似用于減少作用在環(huán)形階梯狀耐壓縮元件54上的局部應(yīng)力。如果打算使耐壓縮層25為導(dǎo)電性的，則環(huán)形階梯狀軸向緩沖/接觸元件55可以由導(dǎo)電性材料如鈹銅或如半導(dǎo)電熱塑性塑料或彈性體制成，以實(shí)現(xiàn)相鄰的導(dǎo)電性環(huán)形階梯狀耐壓縮元件54之間的電接觸。

導(dǎo)體保護(hù)層44用于保護(hù)電系統(tǒng)，即電導(dǎo)體5和9以及絕緣層7以及半導(dǎo)電層6和9的金屬線免受潮濕、壓縮、摩擦和/或磨損的影響。導(dǎo)體保護(hù)層44可以被設(shè)置成或者可以不被設(shè)置成相鄰層之間的簡(jiǎn)單的空隙空間的形式。

如子圖a5)所示的實(shí)施方式中所示，可以存在導(dǎo)體保護(hù)層44而不具有任何緩沖層45、46。在該情況下，導(dǎo)體保護(hù)層44可以適用于提供高的靜摩擦力，以防止導(dǎo)體保護(hù)層44與耐壓縮層25之間的相對(duì)滑移。在導(dǎo)體保護(hù)層44與耐壓縮層25之間，可以設(shè)置環(huán)形間隙，使得當(dāng)系繩3處于其無載荷狀態(tài)時(shí)導(dǎo)體保護(hù)層44相對(duì)于耐壓縮層25是松弛的。對(duì)這樣的間隙的設(shè)置可能例如對(duì)于在系繩3的生產(chǎn)期間在層4至9以及層44上施加耐壓縮層25是重要的，特別是在導(dǎo)體保護(hù)層44不可壓縮的情況下。

在如子圖b5)中所示的實(shí)施方式中，在導(dǎo)體保護(hù)層44與耐壓縮層25之間設(shè)置有單個(gè)緩沖層45。填充導(dǎo)體保護(hù)層44與耐壓縮層25之間的空間的緩沖層45可以由基于泡沫的彈性體或由具有高彈性的熱塑性材料制成。緩沖層45可以在系繩3的生產(chǎn)期間被預(yù)先擠壓，以便當(dāng)系繩3處于拉力下并且因此被徑向壓縮時(shí)緩沖層45也填充導(dǎo)體保護(hù)層44與耐壓縮層25之間的空間。另外地或替選地，緩沖層45可以適于提供高的靜摩擦力，以防止特別是在系繩3的上端處的導(dǎo)體保護(hù)層44與耐壓縮層25之間的相對(duì)滑移，從而防止對(duì)電系統(tǒng)的局部軸向應(yīng)力。

在如子圖c5)中所示的實(shí)施方式中，設(shè)置有包括抓握表面的單個(gè)緩沖層46。徑向向外朝向耐壓縮層25的抓握表面借助于沿系繩3的整個(gè)縱向方向延伸的軸向肋狀物來實(shí)現(xiàn)。由于其抓握表面，緩沖層46使電系統(tǒng)5至9與導(dǎo)體保護(hù)層44以彈性方式居中于耐壓縮層25內(nèi)。為了補(bǔ)償當(dāng)被徑向拉伸時(shí)的電系統(tǒng)的直徑的減小，緩沖層46可以相應(yīng)地被預(yù)拉伸。由于在周向方向上在抓握表面的肋狀物之間設(shè)置有空隙空間，所以允許緩沖層46的彈性材料擴(kuò)展和收縮。在此，肋狀物之間的空隙空間在截面圖中具有半圓形狀，但是當(dāng)然也可以設(shè)想這些空隙空間的其他形狀。緩沖層46可以由彈性體、硅彈性體或具有高彈性的橡膠材料制成。

在圖12中，示出了根據(jù)本發(fā)明的電能傳輸系繩3的另外的實(shí)施方式。為了簡(jiǎn)化起見，在圖12中示出了系繩3的僅到達(dá)電導(dǎo)體層9的內(nèi)層。存在至少承載層10形式的另外的層?？梢粤硗獾卦O(shè)置諸如緩沖層45或46、導(dǎo)體保護(hù)層44、濕氣阻隔層13、磨損保護(hù)層14以及/或者滑移/減摩層26、28的其他層。

在根據(jù)圖12的實(shí)施方式中，電導(dǎo)體層5、9中的每個(gè)層包括兩個(gè)金屬線子層。在各自情況下，在兩個(gè)子層之間設(shè)置有滑移/減摩層48、49，以減少相鄰子層的金屬線之間的磨損和微動(dòng)磨損并且鑒于高次數(shù)的疲勞循環(huán)而增加了系繩3的壽命。滑移/減摩層48、49可以例如由聚四氟乙烯(ptfe)、尼龍、熱塑性材料或制成。

圖13示出了發(fā)明的電能傳輸系繩3的提供了設(shè)置和布置電導(dǎo)體5和9的另外的可能性的實(shí)施方式。如在先前的實(shí)施方式中，電導(dǎo)體層5和9分別被布置在彈性芯4與半導(dǎo)電層6之間以及半導(dǎo)電層8與承載層10之間。

根據(jù)子圖a6)，電導(dǎo)體5和9中的每一個(gè)可以包括以在15°至60°之間的螺距角β圍繞單個(gè)或——如子圖a6)中所示——多個(gè)彈性芯51螺旋纏繞的金屬線50。彈性芯51自身以30°至60°之間的螺距角γ圍繞中心彈性芯4螺旋纏繞。利用如子圖a6)所示的電導(dǎo)體5、9的金屬線50的布置，可以減小作用在金屬線50上的應(yīng)力，以實(shí)現(xiàn)系繩3的增加的壽命。

子圖b6)示出了其中電導(dǎo)體層5、9中的每個(gè)層包括以螺距角α圍繞系繩3的縱向軸線螺旋纏繞并且涂覆有減摩/絕緣涂層53的金屬線52的實(shí)施方式。可以對(duì)每個(gè)電導(dǎo)體層5、9的一個(gè)、若干個(gè)或所有金屬線52進(jìn)行涂覆。涂層53的減摩性能用于增加通常暴露于反復(fù)摩擦的電導(dǎo)體5、9的壽命。替選地或除了減摩性能以外可以存在的電絕緣性能用于檢測(cè)電線破損并且有助于確定系繩3的服務(wù)壽命的結(jié)束?？梢酝ㄟ^測(cè)量絕緣線52之一的電阻來檢測(cè)線斷裂。當(dāng)線52之一斷裂時(shí)，相應(yīng)線的電阻顯著增大。在一個(gè)電導(dǎo)體層5、9的線彼此不絕緣的情況下，線間導(dǎo)電性導(dǎo)致難以檢測(cè)到線的電阻的變化。然而，在這些情況下，作用在系繩3上的高拉伸載荷可以容易地導(dǎo)致電導(dǎo)體層5、9之一的沿系繩3的縱向方向的部分或完全的電流中斷。在該情況下，在電薄弱部分處的電弧或者突然的高的溫度增加可以使系繩3演變并且毀壞系繩3。減摩/絕緣涂層53的材料可以例如為ptfe、熱塑性材料、氟化乙烯丙烯(fep)、或清漆。

本發(fā)明當(dāng)然不限于之前所介紹的實(shí)施方式并且多種修改是可能的。例如系繩3可以具有此處尚未提及的另外的層。光纖線纜11或任何其他的數(shù)據(jù)通信線纜可以例如被布置在專用于數(shù)據(jù)通信的另外的層中，而不是被設(shè)置在彈性芯4中。光纖線纜還可以以25°至45°的最佳螺距角，更優(yōu)選地以在30°至40°的范圍內(nèi)的螺距角螺旋布置。還可以具有利用金屬線的另外的導(dǎo)電層。例如，可以設(shè)置第三金屬線導(dǎo)電層以使得具有δ配置的三相電力能夠通過系繩來傳輸，或者甚至可以設(shè)置第三金屬線導(dǎo)電層和第四金屬線導(dǎo)電層以使得具有y配置的三相電力能夠通過系繩來傳輸。徑向最外側(cè)的導(dǎo)電層可以適于防雷保護(hù)。除第一金屬線導(dǎo)電層和第二金屬線導(dǎo)電層5和9以外，當(dāng)然還可以設(shè)想具有特別適于防雷保護(hù)的單獨(dú)的導(dǎo)電層，在該情況下，該單獨(dú)的導(dǎo)電層優(yōu)選地被布置在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的外側(cè)并且有利地借助于例如的高溫?zé)崴苄圆牧吓c這些層隔離開。然而，由于重量約束，優(yōu)選的是如圖2和圖3所示的實(shí)施方式，其中，系繩3僅包括如這些圖中所示的層，而沒有另外的層。地面站2可以可選地包括用于吸收在被纏繞在卷筒15上之前的系繩3的拉力的設(shè)備，以避免由風(fēng)力發(fā)電站1引起的拉伸載荷作用在卷筒15上。此外，可以在第二金屬線層9與滑移層13之間設(shè)置另外的緩沖層，以允許在不損害系繩3的情況下承載層10和第二金屬線層9的不同徑向收縮。緩沖層例如可以包括泡沫材料，例如由例如氯丁橡膠、丁基橡膠、丁腈橡膠或硅橡膠制成的泡沫橡膠。多個(gè)另外的修改也是可以的。

附圖標(biāo)記

1風(fēng)力發(fā)電站

2地面站

3系繩

4彈性芯

5電導(dǎo)體

6半導(dǎo)電層

7絕緣層

8半導(dǎo)電層

9電導(dǎo)體

10承載層

11光纖線纜

12絞合線

13濕氣阻隔層/滑移層

14磨損保護(hù)層

15卷筒

16發(fā)電機(jī)

17彈性緩沖層

18拉伸護(hù)面元件

19拉伸護(hù)面元件

20拉伸護(hù)面型材

21拉伸護(hù)面型材

22拉伸護(hù)面復(fù)合層

23拉伸護(hù)面復(fù)合層

24滑移/減摩層

25耐壓縮層

26滑移/減摩層

27拉伸護(hù)面層

28滑移/減摩層

29s形互鎖耐壓縮層

30z形互鎖耐壓縮層

31z形耐壓縮層

32t形耐壓縮層

33傾斜式耐壓縮層

34扁平耐壓縮層

35復(fù)合耐壓縮層

36拉伸護(hù)面元件

37滑移/減摩層

38拉伸護(hù)面元件

39拉伸護(hù)面復(fù)合層

40滑移/減摩層

41拉伸護(hù)面復(fù)合層

42環(huán)形耐壓縮元件

43環(huán)形軸向緩沖元件

44導(dǎo)體保護(hù)層

45電系統(tǒng)的緩沖層

46電系統(tǒng)的具有抓握表面的緩沖層

47環(huán)形耐壓縮元件上的涂層

48滑移/減摩層

49滑移/減摩層

50金屬線

51彈性芯

52金屬線

53減摩/絕緣涂層

54環(huán)形階梯狀耐壓縮元件

55環(huán)形階梯狀軸向緩沖/接觸元件