US20160023754A1 | 2016-01-28 | |||
DE102014115926A1 | 2016-05-04 | |||
EP2551193A1 | 2013-01-30 | |||
CA2840823A1 | 2015-07-28 | |||
US20070034738A1 | 2007-02-15 |
Patentansprüche 1. Schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern, bestehend aus a. mindestens einem Propeller (12), jeweils wiederum mindestens bestehend aus mindestens i. einem Lager (1) ii. einem Rotor (5) bestehend aus einer Anzahl an Rotorblättern und einer Anzahl an Permanentmagneten (6) iii. einem Stator bestehend aus mindestens einer Komponente mit elektromagnetischer Wirkung (3) b. einem Propellerschutzrahmen (20), wiederum mindestens bestehend aus mindestens i. einer Umrahmung (9), die alle im Propellerschutzrahmen integrierten elektrisch angetriebenen Propeller (12) radial umgibt ii. einer Nabe (11), die die Propellerlagerungen aufnimmt und mit den restlichen Teilen des Propellerschutzrahmens direkt und/oder indirekt verbunden ist dadurch gekennzeichnet, dass er mittels mindestens einer Schwenkeinrichtung (18) mit einem externen Objekt verbunden werden kann, seine Lage mittels mindestens einer Fixiereinrichtung (19) gegenüber diesem externen Objekt fixiert werden kann und mindestens eine, dem jeweiligen Schutzbedarf angepasste, Schutzeinrichtung (16), axial in allen Strömungsquerschnitten der integrierten elektrisch angetriebenen Propeller (12) vorhanden ist. 2. Schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Erzeugung der Antriebskraft der Propeller (12) erforderliche elektrische Energie mittels einer elektrischen Anbindung (32) von einem externen Objekt zuführbar ist. 3. Schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation der Propeller (12) über eine elektrische Anbindung (32) von einem externen Objekt steuerbar ist. 4. Schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch elektromagnetische Wirkung zwischen mindestens einem Permanentmagneten (6) eines Rotors (5) und mindestens einer Komponente mit elektromagnetischer Wirkung (3) eines Stators die Rotation mindestens eines Propellers (12) verursacht wird. 5. Schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Komponenten mechanisch bzw. elektrisch derart dimensioniert sind, dass die von den Propellern (12) maximal erzeugbare Schubkraft größer ist als die auf den schwenkbaren Propellerschutzrahmen (20) inklusive integrierten elektrisch angetriebenen Propellern (12) wirkende Erdanziehungskraft, sich der schwenkbare Propellerschutzrahmen (20) mit inkludierten elektrisch angetriebenen Propellern (12) also mittels seiner selbst erzeugten Schubkraft vollständig vom Untergrund heben kann . 6. Verwendung des schwenkbaren Propellerschu zrahmens mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Propellerschutzrahmen (20) mittels mindestens einer Schwenkeinrichtung (18) schwenkbar mit einem externen Objekt verbunden ist. 7. Verwendung des schwenkbaren Propellerschutzrahmens mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Propellerschutzrahmen (20) verbundene externe Objekt eine für die Flugfähigkeit dieses Objektes - inklusive der mit ihm verbundenen Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern - ausreichende Menge an Antriebsenergie zur Verfügung stellt. 8. Verwendung des schwenkbaren Propellerschutzrahmens mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Propellerschutzrahmen (20) verbundene externe Objekt eine für die Flugfähigkeit dieses Objektes - inklusive der mit ihm verbundenen Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern - erforderliche Steuerung zur Verfügung stellt. |
GEÄNDERTE ANSPRÜCHE beim Internationalen Büro eingegangen am 04. November 2018 (04.11.2018) Patentansprüche 1. Schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern, bestehend aus a. mindestens einem Propeller (12), jeweils wiederum mindestens bestehend aus mindestens 1. einem Lager (1) ii. einem Rotor (5) bestehend aus einer Anzahl an Rotorblättern und einer Anzahl an Permanentmagneten (6) iii. einem Stator bestehend aus mindestens einer Komponente mit elektromagnetischer Wirkung (3) b. einem Propellerschutzrahmen (20), wiederum mindestens bestehend aus mindestens i. einer Umrahmung (9), die alle im Propellerschutzrahmen integrierten elektrisch angetriebenen Propeller (12) radial umgibt ii. einer Nabe (11), die die Propellerlagerungen aufnimmt und mit den restlichen Teilen des Propellerschutzrahmens direkt und/oder indirekt verbunden ist dadurch gekennzeichnet, dass c. mindestens eine Schwenkeinrichtung (18) zur schwenkbaren Verbindung des Propellerschutzrahmens mit einem externen Objekt vorhanden ist, wobei deren Schwenkachsen im Wesentlichen normal auf die Rotationsachsen aller integrierten elektrisch angetriebenen Propeller (12) liegen, und d. mindestens eine Fixiereinrichtung (19) zur Fixierung der Lage des Propellerschutzrahmens gegenüber einem GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) externen Objekt vorhanden ist, wobei diese Fixiereinrichtung (19) nicht auch gleichzeitig die Schwenkeinrichtung (18) ist, und e. axial im Strömungsquerschnitt aller integrierten elektrisch angetriebenen Propeller (12) eine gitterartige Schutzeinrichtung (16) vorhanden ist, die einen unbeabsichtigten Kontakt zwischen Rotoren (5) und Menschen verhindert. 2. Schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Erzeugung der Antriebskraft der Propeller (12) erforderliche elektrische Energie mittels einer elektrischen Anbindung (32) von einem externen Objekt zuführbar ist. 3. Schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation der Propeller (12) über eine elektrische Anbindung (32) von einem externen Objekt steuerbar ist. 4. Schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch elektromagnetische Wirkung zwischen mindestens einem Permanentmagneten (6) eines Rotors (5) und mindestens einer Komponente mit elektromagnetischer Wirkung (3) eines Stators die Rotation mindestens eines Propellers (12) verursacht wird. GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 5. Schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Komponenten mechanisch bzw. elektrisch derart dimensioniert sind, dass die von den Propellern (12) maximal erzeugbare Schubkraft größer ist als die auf den schwenkbaren Propellerschutzrahmen (20) inklusive integrierten elektrisch angetriebenen Propellern (12) wirkende Erdanziehungskraft, sich der schwenkbare Propellerschutzrahmen (20) mit inkludierten elektrisch angetriebenen Propellern (12) also mittels seiner selbst erzeugten Schubkraft vollständig vom Untergrund heben kann. 6. Verwendung des schwenkbaren Propellerschutzrahmens mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Propellerschutzrahmen (20) mittels mindestens einer Schwenkeinrichtung (18) schwenkbar mit einem externen Objekt verbunden ist. 7. Verwendung des schwenkbaren Propellerschutzrahmens mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Propellerschutzrahmen (20) verbundene externe Objekt eine für die Flugfähigkeit dieses Objektes - inklusive der mit ihm verbundenen Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern - ausreichende Menge an Antriebsenergie zur Verfügung stellt. GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 8. Verwendung des schwenkbaren Propellerschutzrahmens mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Propellerschutzrahmen (20) verbundene externe Objekt eine für die Flugfähigkeit dieses Objektes - inklusive der mit ihm verbundenen Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern - erforderliche Steuerung zur Verfügung stellt. GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) |
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Propellerschutzrahmen, in dessen Innerem mindestens ein elektrisch angetriebener Propeller integriert ist und der über mindestens eine schwenkbare Verbindung mit einem anderen Objekt
verbunden werden kann, sowie dessen Verwendung,
insbesondere, aber nicht ausschließlich, in der
bemannten und unbemannten Luftfahrt.
Stand der Technik
In den letzten Jahren verzeichnete sich eine immer stärker werdende Entwicklung im Bereich der unbemannten Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicles, kurz UAVs oder auch Drohnen) , wobei diese Entwicklung sowohl im
militärischen Bereich, im kommerziellen Bereich (z.B. für professionelle bodennahe Luftaufnahmen oder für den Transport kleiner Lasten) als auch im Freizeitbereich (z.B. als Spielzeug) stattfand.
Der Antrieb solcher UAVs erfolgt derzeit fast
ausschließlich durch Propeller, die durch ihre Rotation den für die Flugfähigkeit erforderlichen Auftrieb erzeugen .
Für Lebewesen und Gegenstände, welche sich in
unmittelbarer Nähe der Propeller befinden, birgt diese Propellerrotation allerdings stets die Gefahr von
Verletzungen bzw. Beschädigungen in sich. Im Bereich der unbemannten Luftfahrt ist diese von den Propellern ausgehende Gefahr bis zu einem gewissen Grad tolerierbar (die UAVs sind entweder relativ klein und leicht und bergen daher auch nur ein geringes
Verletzungs- bzw. Beschädigungspotential, oder sie werden zu Zwecken betrieben bei denen die Verletzungsbzw. Beschädigungsgefahr generell eine untergeordnete Rolle spielt), im Bereich der sich in den letzten
Jahren aber ebenfalls sehr stark entwickelnden
Persönlichen Luftfahrzeuge (Personal Air Vehicles, kurz PAVs) kann diese Gefahr jedoch ein erhebliches Problem für die Akzeptanz solcher PAVs darstellen.
Zudem besteht sowohl bei PAVs als auch bei UAVs - vor allem durch herumfliegende Lebewesen (z.B. Vögel) - die Gefahr von Beschädigungen der Propeller und damit eines eventuellen Propellerausfalls, der im schlimmsten Fall zu einem Absturz des Luftfahrzeuges führen kann. Dies ist ein weiterer Umstand, welcher der Akzeptanz solcher Luftfahrzeuge entgegenwirken kann.
Für einen sicheren Betrieb von PAVs wäre daher eine die Propeller sowohl radial als auch axial umgebende
Schutzeinrichtung vorteilhaft. Diese ist allerdings aus verschiedenen Gründen - wie z.B. der dadurch erhöhten Masse und der damit einhergehenden notwendigen erhöhten Antriebsleistung - derzeit weltweit bei keinem
angebotenen oder sich bekanntermaßen in Entwicklung befindlichen PAV ausreichend vorhanden (siehe z.B.
WO2016124004 oder AU2012283923 sowie alle noch im
weiteren Verlauf näher angegebenen Referenzen) . Als mögliche Lösung gegen die Verletzungsgefahr können die Propeller an einer für Menschen schlecht
erreichbaren Stelle am PAV angebracht werden z.B. weit oben (siehe z.B. WO2013070061 oder WO201312430O ) . Dies verringert jedoch nicht die Gefahr durch herumfliegende Lebewesen und/oder Gegenstände und resultiert zudem im weiteren Nachteil von dadurch erforderlichen größeren Abmessungen der PAVs .
Dieser Nachteil wird durch das vorherrschende Bestreben die Antriebsleistung möglichst gering zu halten auch noch weiter gefördert, da durch dieses Bestreben im Gegenzug der Luftströmungsquerschnitt vergrößert werden muss - um die gleiche Masse heben zu können ist dies rein physikalisch erforderlich - und damit auch die Gesamtpropellerfläche (diese kann sich durchaus auf eine größere Anzahl von kleinen Propellern verteilen, siehe z.B. DE102015207445 ) , oder es müssen Tragflächen angebracht werden, die für zusätzlichen Auftrieb
sorgen, da auf Grund der zu transportierenden Masse (mindestens eine Person) entsprechend großer Auftrieb benötigt wird, damit PAVs auch tatsächlich fliegen können .
PAVs mit den genannten Lösungsansätzen sind dadurch aktuell immer in mindestens einer Raumdimension
wesentlich größer als persönliche Landfahrzeuge, wie z.B. Automobile. Durch diese Größe sind PAVs aber mit der bisher vorhandenen Verkehrsinfrastruktur für
Landfahrzeuge (z.B. Straßenbreiten, Parkplatzgrößen und Garageneinfahrtshöhen) nicht, oder nur sehr schlecht, verträglich . Da persönliche Landfahrzeuge bereits weltweit über eine sehr hohe Akzeptanz verfügen und auch entsprechend gut ausgebaute Infrastruktur für sie vorhanden ist, könnte die Akzeptanz von PAVs vermutlich relativ leicht weiter gesteigert werden, wenn diese Infrastruktur
mitverwendet werden könnte. Dies insbesondere weil PAVs zumindest irgendwo abheben und landen können sollten, sie sollten irgendwo abgestellt werden können und irgendwo sollte auch die im Betrieb verbrauchte Energie wieder zugeführt werden können.
Auch zum Größenproblem der PAVs gibt es verschiedene Lösungsansätze, wie z.B. die Möglichkeit der Faltung der Propeller (siehe z.B. WO2013070061) und/oder der Tragflächen (siehe z.B. WO2016057004 oder
WO2012012752 ) . Diese Lösungsversuche könnten der
Akzeptanz von PAVs aber sogar noch weiter
entgegenwirken, da genau die faltbaren Elemente die für die Flugfähigkeit essenziellen Elemente sind und man diese nicht durch einen Faltmechanismus geschwächt und/oder verkompliziert sehen möchte.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile von
propellergetriebenen Luftfahrzeugen bezüglich der mit ihren Propellern in Zusammenhang stehenden Gefahr von Verletzungen und Beschädigungen technisch zu beseitigen und dabei gleichzeitig die Möglichkeit zu schaffen, Luftfahrzeuge von Baugrößen realisieren zu können, die mit der bereits vorhandenen Infrastruktur für
Landfahrzeuge verträglich sind.
Insgesamt soll dadurch die Akzeptanz von
propellergetriebenen Luftfahrzeugen, insbesondere von propellergetriebenen persönlichen Luftfahrzeugen (PAVs) erhöht werden.
Im Sinne von Nachhaltigkeit soll die Erfindung zudem so gestaltet sein, dass sie von zukünftigen Entwicklungen auf dem Gebiet der Energiebereitstellung möglichst unabhängig ist.
Dies wird erreicht, indem die in der dargelegten
Erfindung beinhalteten Propeller elektrisch angetrieben werden und die Erfindung daher mit praktisch jedem
Primärenergieträger (z.B. fossile Brennstoffe,
Wasserstoff, Sonnenenergie oder Akku/Batterien)
gegebenenfalls unter Einbeziehung eines geeigneten
Energiewandlers (z.B. Verbrennungsmotor mit Generator, Brennstoffzelle oder Solarzelle) verwendet werden kann. Beschreibung der Erfindung
Vorbemerkungen
Bevor auf die nähere Beschreibung der beanspruchten Erfindung eingegangen wird sei festgehalten, dass alle erforderlichen Komponenten stets so stabil ausgeführt sein sollen, dass dadurch der erfindungsgemäße Zweck sowohl der betreffenden Komponente selbst, als auch deren Zusammenwirken mit anderen erforderlichen
Komponenten, gewährleistet werden kann.
Weiters soll noch erwähnt sein, dass mit einem externen Objekt jegliche Sache gemeint sei, die nicht die
beanspruchte Erfindung ist.
Die hier dargelegte Erfindung eines schwenkbaren
Propellerschutzrahmens mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern ist prinzipiell in zahlreichen technischen Varianten realisierbar. Dies hat seinen Grund in Faktoren wie z.B. der gewünschten
Propellerleistung, der zu erzielenden Baugröße, dem gewünschten Gewicht und dem gewünschten Schutzbedarf des Propellerschutzrahmens. Weiters wird die konkrete Formgebung zumindest durch strömungstechnische
Optimierung beeinflusst und auch Erfordernisse an z.B. Vibrationsdämmung und Geräuschemission können
Änderungen im konkreten Aufbau der Erfindung erfordern. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen sei daher
insbesondere erwähnt, dass, in vollumfänglicher
Erfüllung des Charakters der beanspruchten Erfindung, in einem schwenkbaren Propellerschutzrahmen auch mehrere elektrisch angetriebene Propeller integriert sein können, wobei diese
o axial versetzt auf der selben Propellerdrehachse und/oder radial versetzt auf verschiedenen
Propellerdrehachsen angeordnet sein können, o verschiedene Form und/oder Größe haben können
(z.B. Durchmesser, Breite, Propellersteigung), sowie jeweils eine verschiedene Anzahl an
Propellerblättern .
o unabhängig voneinander drehbar sein können,
insbesondere also auch verschieden schnell
und/oder in verschiedene Richtungen (z.B. zum Ausgleich des Rotationsmoments) , auch wenn sie sich auf der selben Welle befinden,
als einreihig mit Propellerblättern bestückt
dargestellte Rotoren auch mehrreihig bestückt sein können, wobei Anzahl und Form der Propellerblätter je nach Propellerblattreihe verschieden sein kann (z.B. zur Realisierung einer Verdichtung),
als Wälzlager dargestellte Lager auch als andere Lagerarten ausgeführt sein können, wie z.B.
Gleitlager oder Magnetlager.
als mit Eisenkern dargestellte Komponenten mit elektromagnetischer Wirkung auch kernlos ausgeführt sein können.
mit radial wirkender Magnetrichtung dargestellte Komponenten auch mit anderen Magnetrichtungen
ausgeführt sein können, wie z.B. axial. Dies berücksichtigend wird in der folgenden näheren Erläuterung, in der ebenfalls auf nachfolgende Figuren Bezug genommen wird, beispielhaft und vereinfacht daher nur auf eine einzige konkrete Realisierungsvariante eingegangen .
Dabei sei auch erwähnt, dass durch die vereinfachte Darstellung diverse Komponenten, die real aus mehreren physischen Einzelteilen aufgebaut sein können,
ebenfalls als Einzelkomponenten dargestellt sein
können, sofern diese Einzelteile dauerhaft (d.h. eine Trennung ist nicht alleine von Hand möglich)
miteinander zu der dargestellten Einzelkomponente verbunden sind und durch diese vereinfachte Darstellung der Erfindungsaufbau dennoch hinreichend dargelegt wird .
Zudem sei noch erwähnt, dass zwecks Übersichtlichkeit außerdem auf die Darstellung von Dichtungen jeglicher Art verzichtet wurde.
Insgesamt sei also festgehalten, dass die Beschreibung und die Figuren den Charakter der Erfindung zwar
wiedergeben, diesen dabei aber weder einengen, noch geben sie ihn abschließend wieder.
Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigt
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines in einen
Propellerschutzrahmen integrierbaren, elektrisch angetriebenen Propellers Fig. 2 eine Explosionsdarstellung eines schwenkbaren Propellerschutzrahmens mit einem - zusammengebaut dargestellten - integrierten elektrisch angetriebenen Propeller
Fig. 3 einen Zusammenbau eines schwenkbaren
Propellerschutzrahmens mit einem integrierten elektrisch angetriebenen Propeller, inklusive einer Explosionsdarstellung einer möglichen schwenkbaren Anbringung an einem externen Objekt
Fig. 4 einen Zusammenbau eines schwenkbaren
Propellerschutzrahmens mit einem integrierten elektrisch angetriebenen Propeller, inklusive einer möglichen schwenkbaren Anbringung an einem externen Objekt, welches die für den Antrieb erforderliche Energie und Steuerung bereitstellt
Fig. 5.1 bis Fig. 5.3 jeweils verschiedene Zustände
eines Landfahrzeuganhängers, der durch
Verwendung schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern - und im Anhänger zu integrierender Energiequelle und Propellersteuerung - zusätzlich zu einem Luftfahrzeug wird. Es zeigt dabei
Fig. 5.1 den flugfähigen Anhänger im
fahrbereiten und/oder fahrenden Zustand
Fig. 5.2 den flugfähigen Anhänger im
flugbereiten und/oder fliegenden Zustand
Fig. 5.3 den flugfähigen Anhänger in einem
zweigeteilten Modus, bei dem sich jener Teil des flugfähigen Anhängers, der die
Energiequelle enthält, am Boden befindet und den sich in der Luft befindlichen Teil über ein Kabel mit Energie und der
Propellersteuerung versorgt
Fig. 6.1 bis Fig. 6.3 jeweils verschiedene Zustände
eines möglichen selbstfahrenden
Personenvehikels, das durch Verwendung
schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit
integrierten elektrisch angetriebenen Propellern zusätzlich zu einem Persönlichen Luftfahrzeug wird. Es zeigt dabei
Fig. 6.1 das Vehikel im fahrbereiten und/oder
fahrenden Zustand
Fig. 6.2 das Vehikel im Flugzustand mit für
Vertikalflug optimierter Propellerstellung Fig. 6.3 das Vehikel im Flugzustand mit für
Horizontalflug optimierter
Propellerstellung
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines in einen Propellerschutzrahmen integrierbaren, elektrisch
angetriebenen Propellers.
Dieser Propeller besteht aus Lagern 1, welche auf einer Welle 2 aufgebracht sind. Zwischen den Lagern 1
befindet sich der Stator, bestehend aus einer Anzahl an Komponenten mit elektromagnetischer Wirkung 3 und einer Halteeinrichtung 4, mittels derer diese Komponenten auf der Welle 2 angebracht werden. Weiters besteht der Propeller aus einem aus einer
Anzahl an Rotorblättern bestehenden Rotor 5 und einer Anzahl von in diesem Rotor angebrachten
Permanentmagneten 6. Der Rotor 5 wird mittels Schrauben 7 zwischen den Lagerschalen 8 fixiert, wobei diese Lagerschalen gleichzeitig auch auf den drehbaren
Außenringen der Lager 1 sitzen. Der Rotor 5 ist dadurch gegenüber der Welle 2 radial drehbar und gleichzeitig befinden sich die Permanentmagneten 6 und die
Komponenten mit elektromagnetischer Wirkung 3 axial in deckungsgleicher Lage.
Bei geeignet gesteuerter Zuführung von elektrischer Energie (z.B. nach dem Prinzip eines sogenannten
Bürstenlosen Gleichstrommotors) , kann somit eine
Drehung des Rotors 5 gegenüber der Welle 2 - also der Antrieb des Propellers - erfolgen.
Figur 2 zeigt eine Explosionsdarstellung eines
schwenkbaren Propellerschutzrahmens mit einem - zusammengebaut dargestellten - integrierten elektrisch angetriebenen Propeller.
Dieser schwenkbare Propellerschutzrahmen besteht aus einer Umrahmung 9 und Verstrebungsteilen 10, in denen sich Naben 11 befinden, in denen der in Figur 1
dargestellte - hier nun aber im zusammengebauten
Zustand gezeigte - elektrisch angetriebene Propeller 12 mittels Wellenmuttern 13 befestigt wird und dadurch die axiale Lage des Rotors 5 gegenüber der Welle 2 derart festgelegt wird, dass er sich axial in deckungsgleicher Lage zur Umrahmung 9 befindet. Mittels Schrauben 14 und 15 werden die Verstrebungsteile 10 an der Umrahmung 9 befestigt, wodurch schließlich die Lage des Rotors 5 derart festgelegt wird, dass er sich im Zentrum der Umrahmung 9 befindet, von dieser radial umgeben ist und dort ungehindert rotieren kann.
Weiters besteht der Propellerschutzrahmen aus - dem jeweiligen Schutzbedarf angepassten - axial in
Strömungsrichtung der integrierten elektrisch
angetriebenen Propeller 12 liegenden
Schutzeinrichtungen 16 - hier als Gitter dargestellt. Diese werden an den Verstrebungsteilen 10 mittels
Schrauben 17 befestigt.
Außerdem besteht der Propellerschutzrahmen aus einer Schwenkeinrichtung 18 - hier als einfaches Auge für eine Bolzenverbindung dargestellt (Scharnierprinzip) - und aus einer Fixiereinrichtung 19 - hier als einfaches Auge für eine Bolzenverbindung dargestellt - mittels derer die Lage des Propellerschutzrahmens gegenüber einem externen Objekt fixiert werden kann.
Abweichend zur Darstellung können, sofern im konkreten Anwendungsfall erforderlich, die Schwenkeinrichtung 18 und die Fixiereinrichtung 19 auch zu einer Einrichtung zusammengefasst werden und die Fixierung und Schwenkung dann z.B. über eine Keilwelle anstelle von Bolzen
erfolgen .
Figur 3 zeigt einen Zusammenbau eines schwenkbaren
Propellerschutzrahmens mit einem integrierten
elektrisch angetriebenen Propeller, wobei jener bereits in Figur 2 beschriebene Propellerschutzrahmen 20 mit jenem bereits in Figur 1 beschriebenem elektrisch
angetriebenem Propeller 12 dargestellt wird. Weiters zeigt diese Figur eine Explosionsdarstellung einer möglichen schwenkbaren Anbringung des
Propellerschutzrahmens 20 an einem externen Objekt 21, inklusive einer möglichen Variante zur Fixierung seiner Position gegenüber diesem externen Objekt.
Die in dieser Figur dargestellte schwenkbare Anbringung des Propellerschutzrahmens 20 an einem externen Objekt 21 erfolgt mittels in die Schwenkeinrichtungen 18 eingeschobener Bolzen 22. Diese Schwenkbolzen 22 werden zusätzlich auch durch die Schwenkhalter 23 geschoben und mittels Schrauben 24 am externen Objekt 21 fixiert. Abgesehen von der hier dargestellten, sehr einfachen Variante einer schwenkbaren Anbringung sind noch
zahlreiche andere Varianten möglich. Diese können auch aufwändigere Gelenke beinhalten.
Die in dieser Figur ebenfalls dargestellte Fixierung der Lage des Propellerschutzrahmens 20 gegenüber einem externen Objekt 21 erfolgt mittels in die
Fixiereinrichtungen 19 einrastender Bolzen 25. Diese Fixierbolzen 25 befinden sich, paarweise durch eine Feder 26 getrennt, in Fixierhaltern 27, welche wiederum mittels Schrauben 28 am externen Objekt 21 fixiert sind. Die Federn 26 gewährleisten, dass die
Fixierbolzen 25 in ihrem eingerasteten Zustand
verbleiben und so den Propellerschutzrahmen in seiner Position gegenüber dem externen Objekt 21 fixiert halten. Die Fixierbolzen 25 können mittels an ihnen angebrachter Hebel 29 manuell gegen die Federn 26 zusammengedrückt werden, wodurch die Fixierbolzen 25 aus den Fixiereinrichtungen 19 gleiten und ein Ausschwenken des Propellerschutzrahmens 20 aus der fixierten Position möglich ist.
Abgesehen von der hier dargestellten sehr einfachen Variante zur Fixierung sind auch aufwändigere
Mechanismen möglich, insbesondere auch solche, die zusätzliche Steuerungseinrichtungen erfordern (z.B. im Falle der Verwendung von elektromechanischen
Aktuatoren, wie z.B. elektrisch betätigten Bolzen) - sowie bei Bedarf auch Sensoren - und auch solche die gleichzeitig zur Fixierung auch die Schwenkung des Propellerschutzrahmens 20 vornehmen könnten (z.B.
Zahnräder/Zahnstangen und/oder Hydraulik- oder
Pneumatikzylinder) .
Sowohl Schwenk- als auch Fixiereinrichtungen können, abweichend von der hier gezeigten Schraubverbindung, mit dem externen Objekt auch auf andere Arten verbunden werden, wie z.B. durch Schweißen oder Nieten.
Figur 4 zeigt einen Zusammenbau eines schwenkbaren Propellerschutzrahmens mit einem integrierten
elektrisch angetriebenen Propeller, wobei jener bereits in Figur 2 beschriebene Propellerschutzrahmen 20 mit jenem bereits in Figur 1 beschriebenen elektrisch angetriebenen Propeller 12 dargestellt wird, inklusive des Zusammenbaus der bereits in Figur 3 beschriebenen schwenkbaren Anbringung (sichtbar sind hier nur die Schwenkhalter 23) des Propellerschutzrahmens 20 an einem externen Objekt 21, sowie der ebenfalls in Figur 3 beschriebenen Einrichtung zur Fixierung seiner
Position gegenüber diesem externen Objekt 21. Der
Propellerschutzrahmen 20 wird hier allerdings im nicht fixierten Zustand dargestellt, d.h. die Fixierb>olzen 25 sind nicht in den Fixiereinrichtungen 19 eingetastet, wodurch der Propellerschutzrahmen 20 frei schwenkbar ist .
Weiters zeigt diese Figur schematisch eine sich, im externen Objekt 21 befindliche und für den
Propellerantrieb erforderliche Energiequelle 30, eine erforderliche Propellersteuerung 31, sowie eine - in Form eines Kabels dargestellte - mögliche elektrische Anbindung 32 dieser Systeme an den im
Propellerschutzrahmen 20 integrierten elektrisch
angetriebenen Propeller 12.
Die tatsächliche Ausgestaltung der Energiequelle 31 hängt von zahlreichen Faktoren ab, wie z.B. der
erforderlichen Leistung und dem maximalen Gewicht des Gesamtsystems. Möglich sind hier aber prinzipiell alle technisch verfügbaren Arten der Energiebereitstellung, insbesondere mittels Akku/Batterie und/oder
Kondensatoren, sowie durch Energieumwandlung sowohl aus Wasserstoff mittels Brennstoffzelle, als auch aus
chemischen Kraftstoffen (Wasserstoff, Benzin, u.dgl.) mittels Verbrennungskraftmaschine und Generator. Zudem können sich in Hohlräumen des Propellerschutzrahmens 20 ebenfalls kleinere Energieträger befinden, wie z.B.
Kondensatoren, wodurch der Antrieb des elektrisch
angetriebenen Propellers 12 auch ohne externe
Energiequelle 30 erfolgen kann, wenn auch nur für
relativ kurze Dauer. Im Falle der Verwendung der
beanspruchten Erfindung als Antrieb eines PAV oder eines UAV vorteilhafterweise aber dennoch ausreichend für z.B. eine Notlandung.
Die elektrische Anbindung 32 läuft vom externen Objekt 21 über eine geeigneten Stelle in den
Propellerschutzrahmen 20, verläuft dort über die
Verstrebungsteile 10 und durch die Nabe 11 weiter zu den Lagern 1, an denen sie innerhalb des Innenrings durch geeignete Ausnehmungen in der Welle 2 verläuft und schließlich im Stator in den Komponenten mit elektromagnetischer Wirkung 3 mündet.
Abgesehen von der hier dargestellten sehr einfachen Variante zur elektrischen Anbindung sind noch
zahlreiche andere Varianten möglich. Diese können auch aufwändigere Kabelführungen beinhalten, insbesondere auch solche, die durch die Schwenkeinrichtungen 18 verlaufen .
Die Figuren 5.1 bis 5.3 zeigen jeweils verschiedene Zustände eines Landfahrzeuganhängers, der durch
Verwendung schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern - und im Anhänger zu integrierender Energiequelle und
Propellersteuerung - zusätzlich zu einem Luftfahrzeug wird .
Die Figur 5.1 zeigt den flugfähigen Anhänger im
fahrbereiten und/oder fahrenden Zustand. Insbesondere sind also die mittels Schwenkeinrichtungen 18 an den Anhängerwänden verbundenen Propellerschutzrahmen 20 nach unten geschwenkt - d.h. die Propellerdrehachsen liegen im Wesentlichen waagrecht. Dadurch kann erreicht werden, dass sowohl Gesamtlänge, als auch Gesamtbreite des flugfähigen Anhängers mit der bereits vorhandenen Landfahrzeuginfrastruktur verträglich ist. Der flugfähige Anhänger kann in diesem Zustand von
geeigneten Landfahrzeugen (z.B. Personenkraftwagen mit Anhängerkupplung) mittels der ein- und ausfahrbaren Deichsel 33 gezogen werden.
Die Figur 5.2 zeigt den flugfähigen Anhänger im
flugbereiten und/oder fliegenden Zustand. Insbesondere sind also die mittels Schwenkeinrichtungen 18 an den Anhängerwänden verbundenen Propellerschutzrahmen 20 nach oben geschwenkt (z.B. manuell und/oder durch hinreichenden Propellerschub) - d.h. die
Propellerdrehachsen liegen im Wesentlichen senkrecht - und mittels der Fixiereinrichtungen 19 in ihrer Lage gegenüber dem flugfähigen Anhänger fixiert . Zudem befindet sich die Deichsel 33 im eingefahrenen Zustand. Die Figur 5.3 zeigt den flugfähigen Anhänger in einem zweigeteilten Modus, bei dem sich der Unterteil 34 - das ist jener Teil, der die Energiequelle 30 enthält - am Boden befindet und den Oberteil 35 - das ist der sich in der Luft befindliche Teil - über ein Kabel 36 mit Energie versorgt. Die Steuerung der Propeller kann ebenfalls durch das Kabel 36 erfolgen, wobei der
Ursprung der Steuersignale aber sowohl im Unterteil 34, im Oberteil 35, oder räumlich komplett vom Anhänger getrennt sein kann (Fernsteuerung) . Durch die
Zweiteilung des flugfähigen Anhängers können bei
gleicher Baugröße und gleichem Energieverbrauch
wesentlich schwerere Lasten gehoben werden, da die tendenziell schwere Energiequelle nicht mit angehoben werden muss. Eventuell nachteilig wirkt sich der nun auf die Kabellänge eingeschränkte Aktionsradius aus. Für gewisse Anwendungen stellt dieser aber keinen
Nachteil dar, wie z.B. für all jene Anwendungen die derzeit von Kränen, Hebebühnen, o . dgl . ausgeführt werden, da diese ebenfalls nur über einen
eingeschränkten Aktionsradius verfügen. Zudem ist es bei ausgefahrener Deichsel 33 auch in diesem
zweigeteilten Modus möglich den Unterteil 34 mit einem geeigneten Landfahrzeug zu ziehen und damit den
Aktionsradius - zumindest in Bodennähe - zu erhöhen. Außerdem könnte der Oberteil 35 noch mit einem
Mechanismus ausgestattet sein, mittels dessen der Boden des Oberteils 35 gegenüber den Propellerschutzrahmen 20 abgesenkt werden kann und somit der Schwerpunkt des Oberteils 35 - insbesondere beim Transport von relativ schweren Lasten und/oder Lasten mit relativ hoch
gelegenem Schwerpunkt - in eine für die Flugstabilität vorteilhaftere Lage gebracht werden kann (unter die Propellerebene) . Ein solcher Mechanismus ist
beispielhaft als Scherenmechanismus 37 in der rechten Hälfte des Oberteils 35 dargestellt.
Die Figuren 6.1 bis 6.3 zeigen jeweils verschiedene Zustände eines möglichen selbstfahrenden
Personenvehikels, das durch Verwendung schwenkbarer Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern zusätzlich zu einem
Persönlichen Luftfahrzeug wird.
Die Figur 6.1 zeigt das Vehikel im fahrbereiten
und/oder fahrenden Zustand. Insbesondere sind also sowohl die mittels Schwenkeinrichtungen 18 an den Vehikelenden verbundenen Propellerschutzrahmen 20, als auch jene an den Vehikelseiten verbundenen
Propellerschutzrahmen 38, welche zusätzlich zu der hier beanspruchten Erfindung auch noch drehbar sind - somit also eine potentielle Weiterentwicklung darstellen - nach unten geschwenkt - d.h. die Propellerdrehachsen liegen im Wesentlichen waagrecht - und die Räder 39, die vorteilhafterweise ebenfalls elektrisch angetrieben sein könnten (z.B. mittels Radnabenmotoren), sind ausgefahren. In diesem Zustand ist sowohl Gesamtlänge, als auch Gesamtbreite des Vehikels mit der bereits vorhandenen Landfahrzeuginfrastruktur verträglich.
Die Figur 6.2 zeigt das Vehikel im Flugzustand mit für Vertikalflug optimierter Propellerstellung.
Insbesondere sind also sowohl die mittels
Schwenkeinrichtungen 18 an den Vehikelenden verbundenen Propellerschutzrahmen 20, als auch jene an den
Vehikelseiten verbundenen drehbaren
Propellerschutzrahmen 38 durch eine im Vehikel
integrierte Schwenkmechanik nach oben geschwenkt - d.h. die Propellerdrehachsen liegen im Wesentlichen
senkrecht - und mittels der Fixiereinrichtungen 19 in ihrer Lage gegenüber dem Vehikel fixiert. Zudem
befinden sich die Räder 39 nun im eingefahrenen
Zustand, wobei sie platzsparenderweise jenen Platz einnehmen, an dem sich zuvor die drehbaren
Propellerschutzrahmen 38 befanden.
Die Figur 6.3 zeigt das Vehikel im Flugzustand mit für Horizontalflug optimierter Propellerstellung.
Insbesondere sind also die mittels Schwenkeinrichtungen 18 an den Vehikelenden verbundenen
Propellerschutzrahmen 20 nach oben geschwenkt — wobei die Propellerdrehachsen nun aber nicht senkrecht liegen sondern eine Neigung gegen die Flugrichtung aufweisen - und mittels der Fixiereinrichtungen 19 in ihrer Lage gegenüber dem Vehikel fixiert (über die im Vehikel integrierte Schwenkmechanik) . Die mit
Schwenkeinrichtungen 18 an den Vehikelseiten
verbundenen drehbaren Propellerschutzrahmen 38 sind ebenfalls nach oben geschwenkt - wobei sie aber
zusätzlich noch derart verdreht sind, dass die
Propellerdrehachsen nicht senkrecht liegen sondern eine Neigung gegen die Flugrichtung aufweisen - und mittels der Fixiereinrichtungen 19 in ihrer Lage gegenüber dem Vehikel fixiert.
Schlussbemerkungen
Die konkrete Ausgestaltung der mittels schwenkbaren Propellerschutzrahmen mit integrierten elektrisch angetriebenen Propellern realisierbaren Vehikel richtet sich nach verschiedenen Kriterien, wie z.B. nach dem konkreten Einsatzzweck. Dementsprechend könnte das in den Figuren 6.1 bis 6.3 dargestellte Vehikel derart ausgestaltet sein, dass es analog zu dem in den Figuren 5.1 bis 5.3 dargestellten flugfähigen Anhänger auch in einem zweigeteilten Modus betrieben werden kann und ebenfalls über eine Einrichtung zur Absenkung des
Vehikelschwerpunktes verfügt.
Weiters sind prinzipiell noch zahlreiche anders
ausgestaltete Vehikel möglich. Insbesondere könnten diese möglichen Vehikel mit zusätzlich angebrachten Tragflächen (starr, aber auch einfahrbar, einklappbar, o.dgl.) ausgestattet sein, sowie mit Ausgestaltungen, die eine Nutzung der Vehikel nicht nur in der Luft und an Land erlauben sondern auch auf Wasser. Dies z.B. durch Schwimmkörper, die zusätzlich oder auch statt Rädern angebracht werden könnten.
Bezugszeichenliste
1. Lager
2. Welle
3. Komponente mit elektromagnetischer Wirkung-
4. Haiteeinrichtung
5. Rotor
6. Permanentmagnet
. Schraube
Lagerschale
. Umrahmung
0. Verstrebungsteil
1. Nabe
2. elektrisch angetriebener Propeller
3. Wellenmutter
4. Schraube
5. Schraube
6. Schutzeinrichtung
7. Schraube
8. Schwenkeinrichtung
9. Fixiereinrichtung
0. Propellerschutzrahmen
1. externes Objekt
2. Schwenkbolzen
3. Schwenkhalter
4. Schraube
5. Fixierbolzen
6. Feder
7. Fixierhalter
8. Schraube
9. Hebel 30. Energiequelle
31. PropellerSteuerung
32. elektrische Anbindung
33. Deichsel
34. Unterteil
35. Oberteil
36. Kabel
37. Scherenmechanismus
38. drehbarer Propellerschutzrahmen
39. Rad
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