DE102011121660A1

DE102011121660A1 - Flexibles System zum Transport von Lasten im Luftraum

Info

Publication number: DE102011121660A1
Application number: DE102011121660A
Authority: DE
Inventors: Klaus Deutschmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Die bekannten Lufttransportsysteme mit Senkrechtstart- und Landeeigenschaften bestehen aus einzelnen Flugkörpern, welche sich nicht zu einem System verbinden lassen. Dargestellt wird ein Lufttransportsystem in Modulbauweise, dessen Antriebseinheiten in Form von Magnetbettrotoren eine solche Verbindung gestatten. Das System kann somit verschiedenen Anforderungen und Aufgaben angepasst werden. Der Auftrieb wird mittels Rotorblättern (1) in Tragringen (2) erzeugt, welche in Tragreifen (3) mit Elektromagneten (4) angetrieben sowie mittels Rollen und Permanentmagneten (5) gelagert werden, die Steuerung erfolgt mittels Sensoren (6). Das System ist für Transporte im unteren Luftraum bis 4000 Meter Höhe ausgelegt, die Führung erfolgt über Kraft- und Steuereinheiten (7). Die Module werden über Verbindungs- und Stabilisierungseinheiten (8) gekoppelt. Vortrieb wird über Turbofans (9) erzeugt. Die Elektroenergie liefern Brennstoffzellen oder andere geeignete Energiewandler und Speichermedien für Elektroenergie. Das System stellt geringe Ansprüche an die vorhandene und zu schaffende Infrastruktur, es ist emissionsarm und sicher. Einsatzgebiete sind der Transport von sperrigen Lasten, von Expressgut oder Personen, weiterhin die Katastrophenhilfe und Brandbekämpfung, der Rettungsdienst und Krankentransport, die Land- und Forstwirtschaft, die Landesverteidigung sowie andere Gebiete, in denen sich die Nutzung des unteren Luftraumes anbietet.

Description

Gegenwärtige Systeme zum Transport von Lasten im Luftraum basieren auf einzelnen Transporteinheiten wie Flugzeugen, Hubschraubern, Ballonen oder Zeppelinen. Konstruktiv bedingt hat jede dieser Transporteinheiten eine definierte und zugelassene Transportkapazität sowohl das Gesamtvolumen als auch die Abmessungen und das Gewicht der zu transportierenden Last betreffend. Aerodynamisch aktive Systeme wie Flugzeuge und Hubschrauber lassen sich nicht oder nur unter unverhältnismäßig hohem Aufwand und Risiko koppeln. Bei Ballonen und Zeppelinen stehen hohe infrastrukturkosten und starke Wetterabhängigkeit einer wirtschaftlich sinnvollen Verwertung entgegen. Somit existiert gegenwärtig kein System zum Transport von Lasten im Luftraum, welches sich dem Volumen, den Abmessungen und den Gewichten verschiedener Einzellasten anpassen lässt.
Dieses Problem kann durch die mehrfache Kopplung von Antriebseinheiten nach dem Magnetbettrotor-Prinzip (Zeichnungen 1 und 2) gelöst werden. Hierbei ist die Kraft- und Steuereinheit so konstruiert, daß an ihr mehrere Antriebseinheiten symmetrisch angedockt und von ihr gesteuert und mit Elektroenergie versorgt werden können (Kopplungsschema, Zeichnungsblatt 7). Die so gebildete Antriebsgruppe kann bei Bedarf mit anderen Antriebsgruppen über Verbindungs- und Stabilisierungseinheiten verbunden werden.
Die Kopplung von Antriebseinheiten ist möglich, da der Tragreifen der Antriebseinheit entweder starr in einen Tragkörper eingebaut wird (Zeichnungen 3 und 4) oder über Verbindungs- und Stabilisierungseinheiten (Zeichnung 3, Teil 4) halbstarr mit der Kraft- und Steuereinheit verbunden ist (Zeichnung 3) und nur der innenliegende Tragring mit den Rotorblättern in Drehung versetzt wird (Zeichnung 1, Teile 7 und 9, Zeichnung 2, Teile 7 und 12) und Auftrieb erzeugt. Diese geschlossene Bauweise verhindert den Kontakt der Rotorblätter mit anderen Elementen des Systems und gestattet die horizontale und vertikale Kopplung der Antriebseinheiten.
Zum Erzeugen der Drehbewegung des Tragringes mit den Rotorblättern werden Elektromagnete wechselseitig gepolt, um Anziehungskräfte zu erzeugen, oder gleichseitig gepolt, um Abstoßkräfte zu erzeugen (Zeichnung 2, Teile 2 und 8). Die Ermittlung der exakten Position der Elektromagnete des drehenden Tragringes zur Ermittlung des optimalen Schaltzeitpunktes erfolgt über Geber und Sensoren (Zeichnung 1, Teile 3 und 5, Zeichnung 2, Teile 3 und 11) oder andere geeignete Mittel. Der über die Anziehungs- und Abstoßkräfte der Elektromagnete des Tragreifens und des Tragringes erzeugte Impuls versetzt den Tragring in eine Drehbewegung, wodurch die innenliegenden Rotorblätter Auftrieb erzeugen. Auf Grund der Masseträgheit des Reifens dreht dieser nach Abschalten der Elektromagnete weiter, bis die nächste Anschaltposition erreicht wird und erneut ein Anziehungs- oder Abstoßimpuls erzeugt wird. Das Zusammenwirken der elektrischen Baugruppen wird über eine Software gesteuert.
Während des An- und Abdrehens des Ringes im unteren Drehzahlbereich läuft der Ring auf einem Rollenlager (Zeichnung 1, Teil 13). Mit zunehmender Drehgeschwindigkeit und dem Abheben des Ringes durch den von den Rotorblättern erzeugten Auftrieb wird der Ring, in dessen Oberseite Dauermagnete integriert sind, gegen gleichgepolte Dauermagnete in der Reifenoberseite gedrückt (Zeichnung 1, Teil 1). Die Abstoßkräfte der gleichgepolten Dauermagnete verhindern den Kontakt zum Reifen, übertragen jedoch die entstandene Hubkraft weitgehend reibungsfrei auf den Tragreifen (Zeichnung 1, Teile 16 und 17). Diese Hubkraft wird weiter auf den Tragkörper (Zeichnung 4, Teil 8) oder über die Verbindungs- und Stabilisierungseinheiten auf die Kraft- und Steuer- sowie die Lastaufnahmeeinheit übertragen (Zeichnung 3).
Die Versorgung des Tragreifens mit Elektroenergie erfolgt direkt über Kabel im Tragkörper oder an den Verbindungs- und Stabilisierungseinheiten, die des Tragreifens erfolgt über eine Überbrückungsleitung sowie eine Nabe im Zentrum des Ringes (Zeichnung 2, Teile 10 und 15). Der nach außen führende Kabelkanal wird so ausgelegt, daß er auch die an den außenliegenden Baugruppen auftretenden Fliehkräfte aufnehmen kann.
Die Bereitstellung der notwendigen elektrischen Leistung übernehmen vorzugsweise Brennstoffzellen, welche mit Wasserstoff oder anderen geeigneten Energieträgern versorgt werden sowie Speichermedien in der Kraft- und Steuereinheit. Diese Kraft- und Steuereinheit nimmt auch den Piloten, die Steuereinrichtung und den Vorrat an Energieträgern auf.
Der Start des Systems kann bis zu einer Höhe von mehreren hundert Metern über ein Starthilfssystem, bestehend aus einer mobilen Gasturbinen-Generator-Einheit, einem Starthilfskabel, einer elektromagnetischen Kupplung sowie einem Heliumballon zum Abfangen des Kabels nach Abkopplung von der Kraft- und Steuereinheit unterstützt werden. Feste Starthilfseinrichtungen werden über das öffentliche Stromnetz versorgt.
Das so geschaffene und betriebene System ist einfach im Aufbau, vielseitig in der Verwendung und kostengünstig in Herstellung, Betrieb, Instandhaltung und Wartung. Der weitgehende Wegfall von Verbrennungsmotoren, Turbinen, Wellen, Lagern, Getrieben und anderen mechanische Bauteilen und -gruppen führt zu einer radikalen Verringerung mechanischer Elemente, welche nur teilweise durch kostengünstig herstellbare elektrische und elektronische Bauteile und -gruppen ersetzt werden müssen. Der Wartungs- und Instandhaltungsaufwand verringert sich entsprechend. Darüber hinaus führt der weitgehende Wegfall mechanischer Elemente und die damit verbundene Reduzierung von Reibungsverlusten sowie die reibungsarme Magnetlagerung des Tragringes zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Antriebseinheit.
Das System ist umweltverträglicher als andere Lufttransportsysteme, da

– als Energieträger solartechnisch gewonnener Wasserstoff oder Methanol eingesetzt und auf mineralölbasierte Kraft- und Schmierstoffe weitgehend verzichtet werden kann,
– das System unabhängig von Fluglätzen betrieben werden kann. Seine Senkrechtstart- und Landeeigenschaften gestatten die Nutzung von (verstärkten) Flachdächern in Städten, Industrieanlagen, Logistik- und Einkaufszentren sowie Parkplätzen und anderen geeigneten Flächen. Somit verringert sich der Aufwand für Zu- und Abtransport der zu befördernden Lasten und Personen, eine spezielle Infrastruktur wie bei Kraftfahrzeugen, Eisenbahnen, Schiffen und Flugzeugen ist nur in geringem Maß erforderlich und beschränkt sich u. a. auf Abstellplätze und -hallen sowie fest installierte oder mobile Starthilfseinrichtungen.
– der Wegfall von Verbrennungsmotoren und Gasturbinen zu einer erheblichen Verringerung des Fluglärms führt. Darüber hinaus sind die Schallemissionen bei geschlossenen Ringsystemen niedriger als bei offenen Luft- oder Tragschrauben.

Das flexible System zum Transport von Lasten im Luftraum kann unter anderem eingesetzt werden für

– den Transport und die Montage großvolumiger und sperriger Lasten wie vorgefertigte Reaktoren, Starkstrommaste, Rohrleitungssegmente, Brückenelemente sowie die Industriemontage allgemein,
– den Rettungsdienst, die Katastrophenhilfe oder Brandbekämpfung durch Kopplung mit Spezialplattformen,
– die Errichtung von kostengünstig vorgefertigten Kompakthäusern oder der Montage von vorgefertigten Gebäudeelementen im Industrie- und Hochbau,
– den Einsatz als militärische Aufklärungs- und Gefechtsplattform,
– den Expressgutverkehr
– das Absetzen von Fallschirmspringern.

Betriebs- und volkswirtschaftliche Vorteile ergeben sich aus

– der hohen Effizienz des Systems intensiverer Flächennutzung zu Transportzwecken
– reduzierten Investitionen in die Infrastruktur
– Auslösung eines Innovationsschubes in verschiedenen Industrien (z. B. Bauindustrie) und Dienstleistungsbereichen (z. B. Transportwesen)

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen 3 bis 7 dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Zeichnung 3
Dargestellt ist eine Doppelantriebseinheit, deren übereinanderliegende Rotoren (Teile 1 und 2) gegenläufig drehen, sodaß sich Seitenkräfte und magnetimpulsbedingte Schwingungen gegenseitig aufheben. Vortrieb und Drehungen werden über Horizontalrotoren (Teil 3), welche ebenfalls als Magnetbettrotoren ausgeführt sind, übernommen. Mit 3 höhenregulierbaren Standbeinen (Teil 6) kann diese Transporteinheit auch auf unebenem Boden landen.
Zeichnungen 4 und 5
In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Antriebseinheiten fest mit einem Tragkörper (Zeichnung 4, Teil 8) verbunden. Auch hier übernehmen Horizontalrotoren (Zeichnung 4, Teil 2) den Vortrieb, Drehbewegungen könne jedoch über Seitenleitwerke ausgeführt werden (Zeichnung 4, Teil 3). Diese Ausführung bietet darüber hinaus den Vorteil, daß sie für den Horizontalflug mit Tragflügeln ausgestattet werden kann, was sie sparsamer und vielseitiger verwendbar macht.
Zeichnung 6
Zwei Antriebsgruppen auf Tragkörperbasis werden über Verbindungs- und Stabilisierungseinheiten gekoppelt. Die so entstandene Transportgruppe wird über die außenliegenden Horizontalrotoren und die Seitenleitwerke gesteuert. In dieser Variante kann eine zentrale Lastaufnahmeeinheit zum Einsatz kommen, welche zwischen beiden Antriebsgruppen hängend an Seilen und Umlenkrollen angebracht wird.
Zeichnungsblatt 7, Kopplungsschema
Über eine zentrale Kraft- und Steuereinheit werden 3 Doppelantriebe mit Elektroenergie versorgt und gesteuert. Vortrieb und Drehungen übernehmen Horizontalrotoren. Die Antriebseinheiten, die Kraft- und Steuereinheit und die Standbeine werden über Verbindungs- und Stabilisierungseinheiten halbstarr miteinander verbunden, um ein möglichst stabiles System zu schaffen.

Claims

Flexibles System zum Transport von Lasten im Luftraum, bestehend aus 1. mindestens einer Antriebseinheit zur Erzeugung von Auftrieb mittels eines Tragringes mit mindestens zwei innenliegenden Rotorblättern, welcher in einen Tragreifen mittels Elektromagneten in Drehung versetzt und mechanisch sowie magnetisch gelagert wird, 2. mindestens einer Kraft- und Steuereinheit zur Aufnahme des Piloten, des Energiewandlers, des Energieträgers und der Steuerung, 3. mindestens einer Lastaufnahmeinheit zur Aufnahme freier Lasten, von Transportbehältern zum Transport von Gütern oder von Kabinen für den Personentransport, 4. mindestens drei Verbindungs- und Stabilisierungseinheiten zwischen der Antriebseinheit und der Kraft- und Steuereinheit, insofern diese Einheit nicht fest mit einem Tragkörper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass 5. Antriebsgruppen gebildet werden können mit zwei und mehr Antriebseinheiten in einem Tragkörper oder gekoppelt über Verbindungs- und Stabilisierungseinheiten, 6. zwei oder mehr Antriebsgruppen über Verbindungs- und Stabilisierungseinheiten gekoppelt werden können, wodurch nach dem Baukastenprinzip transportauftragsbezogene Transporteinheiten für den Transport von Lasten im Luftraum auf Basis standardisierter Antriebs-, Kraft- und Steuer-, Verbindungs- und Stabilisierungs- sowie Lastaufnahmeeinheiten geschaffen werden können.