Die Erfindung betrifft eine ringförmige Trägerstruktur zur Aufnahme polar angeordneter Tragarme sowie einen Zusammenbau aus der ringförmigen Trägerstruktur und den polar angeordneten Tragarmen. Anwendung finden die erfindungsgemäße Trägerstruktur sowie der Zusammenbau im Leichtbau, zum Beispiel für den Bau sehr leichter, stabiler Multicopter.

Bisher werden für derartige Trägerstrukturen verrippte Spritzgusskomponenten oder vielteilige und damit schwere Blechkomponenten verwendet.

Die DE 10 2016 010 873 A1 offenbart ein Multicopter-Tragwerk in Leichtbauweise, das sich durch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei minimalem Strukturgewicht auszeichnen soll. Das Tragwerk weist mindestens zwei Antriebsträger mit je einem Antrieb oder einer Antriebskombination an jedem Ende auf, deren Verbindung im Überkreuzpunkt statisch unabhängig von einem tragenden Rumpfkörper gestaltet ist. Des Weiteren umfasst das Tragwerk eine unterhalb und/oder oberhalb der Antriebsträger an Verbindungselementen aufgehängte Grundplatte, die alle weiteren Bestandteile des Fluggerätes trägt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine für Leichtbauanwendungen geeignete Trägerstruktur bereitzustellen, die einerseits einfach herstellbar ist, andererseits aber auch hohe Lasten aufnehmen kann. Darüber hinaus soll die Trägerstruktur selbst und auch jeder Zusammenbau mit der Trägerstruktur möglichst leicht demontierbar sein.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine ringförmige Trägerstruktur zur Aufnahme mehrerer über den Umfang der Trägerstruktur angeordneter, vorzugsweise polar angeordneter, Tragarme für flugtechnische Leichtbauanwendungen. Diese Trägerstruktur ist entlang einer Trennebene, die zur Ringachse achsnormal verläuft, in zwei miteinander, insbesondere lösbar, verbundene ringschalenförmige Elemente unterteilt. Dabei umfasst jedes ringschalenförmige Element Folgendes:

• mindestens einen konzentrisch zur gesamten ringförmigen Trägerstruktur ausgebildeten geschlossenen Ringanker,

• mindestens eine Reihe einer Mehrzahl von über den Umfang des ringschalenförmigen Elements verteilt angeordneten Halbschellen, wobei zwischen den in Umfangsrichtung der ringförmigen Trägerstruktur benachbarten Halbschellen jeweils ein diese Halbschellen beabstandender, im Folgenden als Hautfeld bezeichneter Flächenabschnitt, und ein damit verbundener, an einem Rand des ringschalenförmigen Elements geformter Flansch ausgebildet sind, und wobei das Hautfeld - ausgehend vom Ringanker - schräg oder senkrecht bis zum Flansch verläuft.

Dabei kann im montierten Zustand jede Halbschelle eines ersten ringschalenförmigen Elements einer Halbschelle des zweiten ringschalenförmigen Elements derart gegenüberliegen, dass die zwei gegenüberliegenden Halbschellen zusammen jeweils eine Schelle bilden, wobei jeder Flansch des ersten ringschalenförmigen Elements jeweils an einem Flansch des zweiten ringschalenförmigen Elements anliegt und die beiden ringschalenförmigen Elemente an den aneinander anliegenden Flanschen miteinander verbunden sind. Die Schellenachse jeder Schelle ist vorzugsweise radial in Richtung Ringzentrum gerichtet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Schellen zur Aufnahme mehrerer polar über den Umfang der Trägerstruktur angeordneter Tragarme ausgerichtet, wobei die Schellenachse jeder Schelle vorzugsweise radial in Richtung Ringzentrum gerichtet ist. Die miteinander lösbar verbundenen ringschalenförmigen Elemente sind vorteilhaft baugleich, aber einander entgegengesetzt orientiert. Vorzugsweise ist der mindestens eine geschlossene Ringanker konzentrisch zur gesamten ringförmigen Trägerstruktur ausgebildet.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist jedes ringschalenförmige Element eine äußere Reihe und eine innere Reihe von über den Umfang des ringschalenförmigen Elements verteilt angeordneten Halbschellen auf, wobei zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Halbschellen der äußeren Reihe das Hautfeld - ausgehend vom Ringanker - schräg oder senkrecht bis zu einem Flansch am äußeren Rand des ringschalenförmigen Elements verläuft und wobei zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Halbschellen der inneren Reihe das Hautfeld - ausgehend vom Ringanker - schräg oder senkrecht bis zu einem Flansch am inneren Rand des ringschalenförmigen Elements verläuft. Vorzugsweise bilden dabei im montierten Zustand gegenüberliegende äußere Halbschellen zusammen äußere Schellen und gegenüberliegende innere Halbschellen zusammen innere Schellen, wobei jeweils immer eine äußere Schelle und eine innere Schelle ein Paar bilden, bei dem die äußere Schelle und die innere Schelle in radialer Richtung, das heißt in Richtung Ringzentrum, in gleicher Achse hintereinander liegen und zusammen eine Durchführung bilden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft das Hautfeld zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Halbschellen der äußeren Reihe - ausgehend vom Ringanker - schräg bis zum Flansch am äußeren Rand des ringschalenförmigen Elements.

Dagegen verläuft das Hautfeld zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Halbschellen der inneren Reihe - ausgehend vom Ringanker - vorzugsweise senkrecht bis zum Flansch am inneren Rand des ringschalenförmigen Elements. Beide ringschalenförmigen Elemente sind vorteilhafterweise unverzweigt ausgebildet. Das bedeutet, dass jedes ringschalenförmige Element aus nur einem Stück geformt ist und dabei ohne üblicherweise verwendete, zusätzliche Versteifungsstrukturen, wie Rippen, Spante oder Holme, auskommt. Somit ist ein einfacher Aufbau der ringschalenförmigen Trägerstruktur aus zwei gleichen unverzweigten Schalenelementen möglich. Die Trägerstruktur ist somit besonders geeignet für eine Fertigung aus Blechen oder Faserverbundwerkstoffen.

Die Ringform des Ringankers kann zum Beispiel eine Kreisringform, eine ovale Form oder vieleckig sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ringanker achteckig ausgebildet.

Die über den Umfang der ringförmigen Trägerstruktur verteilt angeordneten Schellen sind zum Beispiel geeignet zur Aufnahme polar angeordneter Tragarme, die die zum Beispiel eingesteckt werden können. Ein entsprechender Zusammenbau ist ein weiterer Aspekt der Erfindung. Die Tragarme können als Biegeträger und/oder Torsionsträger fungieren.

Dabei ermöglichen die Schellen vorteilhaft die formschlüssige Aufnahme der Tragarme innerhalb und außerhalb des Ringankers. Dadurch sind sowohl Ausführungen mit lösbarer als auch mit nicht lösbarer Anbindung der Tragarme möglich. Die formschlüssige Aufnahme der polar angeordneten Tragarme ermöglicht in vorteilhafter Weise eine sehr einfache und stabile Steckverbindung der Tragarme im Sinne stabiler und dennoch leicht demontierbarer Strukturen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Querschnitte der Schellen und der Tragarme nicht rund ausgeführt, was die Tragarme gegen ein Verdrehen sichert.

Die erfindungsgemäße, ringförmig ausgebildete Trägerstruktur weist eine besonders vorteilhafte, eigensteife Struktur zur Aufnahme hoher Lasten - insbesondere Biege- und Torsionsmomente - auf. Der mindestens eine geschlossene Ringanker dient zur Aufnahme von Zug- oder Druckkräften, die infolge der Belastung der Tragarme auftreten. Mit der ringförmigen Tragstruktur gelingt zudem überraschenderweise eine gute Aufnahme und gleichmäßige Verteilung der durch die Tragarme eingebrachten Lasten, insbesondere der Biege- und Torsionsmomente. Dadurch besteht ein sehr hohes Potential hinsichtlich Anwendungen im Leichtbau.

Darüber hinaus zeichnen sich die Trägerstruktur selbst und der Zusammenbau aus der Trägerstruktur und den Tragarmen jeweils durch eine sehr einfache Demontierbarkeit aus, was insbesondere vorteilhaft für den Transport großer Fluggeräte ist. Eine Anwendungsmöglichkeit besteht zum Beispiel beim Bau sehr leichter, stabiler Multicopter, auch Drohnen genannt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 : eine Trägerstruktur, bestehend aus zwei gleichen, gegenüberliegend angeordneten, ringschalenförmigen Elementen,

Fig. 2: ein einzelnes ringschalenförmiges Element einer ringförmigen

Trägerstruktur und

Fig. 3: eine ringförmige Trägerstruktur mit eingesteckten Tragarmen.

Die Fig. 1 zeigt eine ringförmige Trägerstruktur 1 , die entlang einer Trennebene 2, die zur in z-Richtung ausgerichteten Ringachse 3 achsnormal verläuft, in zwei baugleiche, aber einander entgegengesetzt orientierte und miteinander lösbar verbundene ringschalenförmige Elemente 4.1 , 4.2 unterteilt ist. Eine erfindungsgemäße ringförmige Trägerstruktur 1 kann rund, zum Beispiel kreisringförmig oder oval, oder auch vieleckig ausgebildet sein. Gemäß den Figuren 1 bis 3 ist die ringförmige Trägerstruktur 1 dabei achteckig ausgebildet.

Jedes ringschalenförmige Element 4.1 ; 4.2 enthält mehrere polar angeordnete Funktionsbereiche. Zu diesen Funktionsbereichen zählt mindestens ein konzentrisch zur gesamten ringförmigen Trägerstruktur 1 ausgebildeter geschlossener Ringanker 5. Der geschlossene Ringanker 5 zeichnet sich dadurch aus, dass er nicht durch andere Funktionsbereiche des ringschalenförmigen Elements 4.1 ; 4.2 unterbrochen ist. Auf diese Weise eignet sich der Ringanker 5 zur Aufnahme von Zug- oder Druckkräften.

Weitere Funktionsbereiche werden in den beiden baugleichen, einander entgegengesetzt orientierten, ringschalenförmigen Elementen 4.1 , 4.2 jeweils durch eine Mehrzahl von über den Umfang des ringschalenförmigen Elements 4.1 , 4.2 verteilt angeordnete äußere Flalbschellen 6.1 , 6.2 und innere Flalbschellen 7.1 , 7.2 gebildet.

Jede Flalbschelle 6.1 ; 7.1 eines ersten ringschalenförmigen Elements 4.1 liegt im montierten Zustand einer Flalbschelle 6.2; 7.2 des zweiten ringschalenförmigen Elements 4.2 derart gegenüber, dass die zwei jeweils gegenüberliegenden Flalbschellen 6.1 , 6.2; 7.1 , 7.2 zusammen eine Schelle 8, 9 bilden. Dabei bilden jeweils zwei gegenüberliegende äußere Flalbschellen 6.1 , 6.2 eine äußere Schelle 8 und zwei gegenüberliegende innere Flalbschellen 7.1 , 7.2 eine innere Schelle 9.

Sowohl die äußeren Schellen 8 als auch die inneren Schellen 9 sind mit ihren Schellenachsen 10 radial ausgerichtet, wobei jeweils immer eine äußere Schelle 8 und eine innere Schelle 9 ein Paar bilden, bei dem die äußere Schelle 8 und die innere Schelle 9 in radialer Richtung in gleicher Achse hintereinander liegen. Eine radiale Ausrichtung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Schellen 8, 9 mit ihren Schellenachsen 10 in Richtung Ringzentrum 11 gerichtet sind.

Zwischen in Umfangsrichtung mit Abstand benachbarten äußeren Halbschellen 6.1 ; 6.2 eines der ringschalenförmigen Elemente 4.1 , 4.2 sind jeweils ein äußeres Hautfeld 12 und ein damit verbundener Flansch 13, der sich an einem zwischen den benachbarten äußeren Halbschellen konkav nach innen bogenförmig ausgeführten äußeren Rand 14 des ringschalenförmigen Elements 4.1 , 4.2 befindet, im Folgenden äußerer Flansch 13 genannt, ausgebildet, wobei das Hautfeld 12 - ausgehend vom Ringanker 5 - bis zum äußeren Flansch 13 schräg verläuft. Gemäß der in der Fig. 1 dargestellten Außenansicht des ersten ringschalenförmigen Elements 4.1 verlaufen die äußeren Hautfelder 12 - ausgehend vom Ringanker 5 - bis zum äußeren Flansch 13 schräg abfallend. Im baugleichen, entgegengesetzt orientierten ringschalenförmigen Element 4.2 verlaufen die äußeren Hautfelder 12 vom Ringanker 5 des ringschalenförmigen Elements 4.2 bis zum äußeren Flansch 13 des ringschalenförmigen Elements 4.2 entsprechend schräg ansteigend. Dabei liegt der äußere Flansch 13 des ersten ringschalenförmigen Elements 4.1 entlang der Trennebene 2 an dem korrespondierenden, in Fig. 1 nicht sichtbaren äußeren Flansch 13 des gegenüberliegenden ringschalenförmigen Elements 4.2 an. An den gegenüberliegenden äußeren Flanschen 13 der beiden ringschalenförmigen Elemente 4.1 , 4.2 werden die entgegengesetzt orientierten, gegenüberliegenden Halbschellen 6.1 , 6.2 über Befestigungsmittel 15 zu Schellen 8 verbunden. Auf diese Weise erfolgt eine Verbindung der ringschalenförmigen Elemente 4.1 , 4.2 im Bereich des äußeren Randes 14.

Zwischen in Umfangsrichtung mit Abstand benachbarten inneren Halbschellen 7.1 des ersten ringschalenförmigen Elements 4.1 ist jeweils ein inneres Hautfeld 16 ausgebildet, das - ausgehend vom Ringanker 5 - senkrecht bis zu einem Flansch 17 am inneren Rand 18 des ersten ringschalenförmigen Elements 4.1 , dem inneren Flansch 17, verläuft. Gemäß der in der Fig. 1 dargestellten Außenansicht des ersten ringschalenförmigen Elements 4.1 verlaufen die inneren Hautfelder 16 ausgehend vom Ringanker 5 bis zum Flansch 17 immer senkrecht abfallend. Im baugleichen, entgegengesetzt orientierten ringschalenförmigen Element 4.2 verlaufen die inneren Hautfelder 16 vom Ringanker 5 des ringschalenförmigen Elements 4.2 bis zum Flansch 17 des ringschalenförmigen Elements 4.2 entsprechend senkrecht ansteigend. Dabei liegt der innere Flansch 17 entlang der Trennebene 2 am korrespondierenden, in Fig. 1 nicht sichtbaren inneren Flansch 17 des gegenüberliegenden ringschalenförmigen Elements 4.2 an. An den gegenüberliegenden inneren Flanschen 17 der beiden ringschalenförmigen Elemente 4.1 , 4.2 werden die entgegengesetzt orientierten, gegenüberliegenden Halbschellen 7.1 , 7.2 über Befestigungsmittel 19 zu Schellen 9 verbunden. Auf diese Weise erfolgt eine Verbindung der ringschalenförmigen Elemente 4.1 , 4.2 auch im Bereich des inneren Randes 18.

Nach Übereinanderlegen der jeweils äußeren gegenüberliegenden Flansche 13 und der jeweils inneren gegenüberliegenden Flansche 17 der einander entgegengesetzt orientierten ringschalenförmigen Elemente 4.1 , 4.2 kann eine Verbindung der Elemente 4.1 , 4.2 miteinander durch nachgelagerte Montage, wie zum Beispiel durch Schrauben, Nieten, Schweißen oder Kleben erfolgen. Die Verbindung kann aber auch im Zuge der Herstellung der ringschalenförmigen Elemente 4.1 , 4.2 selbst, zum Beispiel durch Einschussverfahren, hergestellt werden.

Die Fig. 2 gestattet eine Innenansicht eines einzelnen ringschalenförmigen Elements 4 und der oben genannten Funktionsbereiche der ringförmigen Trägerstruktur. Zu diesen Funktionsbereichen zählt der mindestens eine konzentrisch zur Ringform des ringschalenförmigen Elementes 4 ausgebildete geschlossene Ringanker 5. Besonders deutlich wird aus der Fig. 2, dass der geschlossene Ringanker 5 nicht durch andere Funktionsbereiche des ringschalenförmigen Elements 4 unterbrochen ist. Weitere Funktionsbereiche werden in dem ringschalenförmigen Element 4 jeweils durch eine Mehrzahl von über den Umfang des ringschalenförmigen Elements 4 verteilt angeordnete äußere Halbschellen 6 und innere Halbschellen 7 gebildet.

Sowohl die äußeren Halbschellen 6 als auch die inneren Halbschellen 7 sind mit ihren Schellenachsen 10 radial ausgerichtet, wobei jeweils immer eine äußere Halbschelle 6 und eine innere Halbschelle 7 ein Paar bilden, bei dem die äußere Halbschelle 6 und die innere Halbschelle 7 in radialer Richtung in gleicher Achse hintereinander liegen. Eine radiale Ausrichtung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Halbschellen 6, 7 mit ihren

Schellenachsen 10 in Richtung Ringzentrum 11 gerichtet sind.

Zwischen mit Abstand benachbarten äußeren Halbschellen 6 sind äußere Hautfelder 12 ausgebildet, die - ausgehend vom Ringanker 5 - jeweils schräg bis zum Flansch 13 am äußeren Rand 14 des ringschalenförmigen Elements 4, dem äußeren Flansch 13, verlaufen. Gemäß der in der Fig. 2 dargestellten Innenansicht des ringschalenförmigen Elements 4 steigen die äußeren Hautfelder 12 ausgehend vom Ringanker 5 bis zum äußeren Flansch 13 schräg an. Damit steigt auch - ausgehend vom Ringanker 5 - der Höhenunterschied zwischen Halbschellenboden 20 und oberem Halbschellenrand 21 der äußeren Halbschelle 6 bis zu einer am äußeren Flansch 13 konstant bleibenden Höhe an.

Zwischen mit Abstand benachbarten inneren Halbschellen 7 sind innere Hautfelder 16 ausgebildet, die - ausgehend vom Ringanker 5 - jeweils senkrecht bis zum Flansch 17 am inneren Rand 18 des ringschalenförmigen Elements 4, dem inneren Flansch 17, verlaufen, Gemäß der in der Fig. 2 dargestellten Innenansicht des ringschalenförmigen Elements 4 steigen die inneren Hautfelder 16 ausgehend vom Ringanker 5 bis zum inneren Flansch 17 senkrecht an.

Aus Fig. 2 ist zudem ersichtlich, dass das ringschalenförmige Element 4 unverzweigt ausgebildet ist. Das bedeutet, dass das ringschalenförmige Element 4 ohne üblicherweise verwendete, zusätzliche Versteifungsstrukturen, wie Rippen, Spante oder Holme, auskommt. Somit ist ein einfacher Aufbau der ringschalenförmigen Trägerstruktur aus zwei gleichen unverzweigten Schalenelementen 4 möglich. Die Trägerstruktur ist somit besonders geeignet für eine Fertigung aus Blechen oder Faserverbundwerkstoffen.

Die über den Umfang der ringförmigen Trägerstruktur 1 verteilt angeordneten Schellen 8, 9 sind zum Beispiel geeignet zur Aufnahme polar angeordneter Tragarme 22, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Fig. 3 zeigt einen Zusammenbau 23 aus der ringförmigen Trägerstruktur 1 und den in die Schellen 8, 9 eingesteckten Tragarmen 22. Dabei ermöglichen die äußeren Schellen 8 zusammen mit den inneren Schellen 9 die formschlüssigen Aufnahme der Tragarme 22 innerhalb und außerhalb des Ringankers 5. Die formschlüssige Aufnahme der polar angeordneten Tragarme 22, die als Biege- und Torsionsträger ausgebildet sein können, ermöglicht in vorteilhafter Weise eine sehr einfache und stabile Steckverbindung der Tragarme 22 im Sinne stabiler und dennoch leicht demontierbarer Strukturen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Querschnitte der Schellen 8, 9 und der Tragarme 22 nicht rund ausgeführt, was die Tragarme gegen ein Verdrehen sichert.

Bezugszeichenliste

1 ringförmige Trägerstruktur

2 Trennebene

3 Ringachse

4 ringschalenförmiges Element

4.1 erstes ringschalenförmiges Element

4.2 zweites ringschalenförmiges Element

5 Ringanker

6 äußere Halbschelle

6.1 äußere Halbschelle des ersten ringschalenförmigen Elements 4.1

6.2 äußere Halbschelle des zweiten ringschalenförmigen Elements 4.2

7 innere Halbschelle

7.1 innere Halbschelle des ersten ringschalenförmigen Elements 4.1

7.2 innere Halbschelle des ersten ringschalenförmigen Elements 4.2

8 äußere Schelle

9 innere Schelle

10 Schellenachse

11 Ringzentrum

12 äußeres Hautfeld

13 äußerer Flansch

14 äußerer Rand

15 Befestigungsmittel

16 inneres Hautfeld

17 innerer Flansch

18 innerer Rand

19 Befestigungsmittel Halbschellenboden oberer Halbschellenrand Tragarme

Zusammenbau