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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verschlusssystem und insbesondere auf ein Verschlusssystem zum gesicherten Montieren einer Steckverbindung, z.B. bei Luftfahrtgeräten. Ferner bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Multikopter mit einem modular ausgebildeten Rotorträgersystem und dessen Befestigung an einem Rumpf des Multikopters.
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Hintergrund
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DE 10 2007 011 320 A1 offenbart eine fluidische Steckkupplungsvorrichtung mit einer Verriegelungseinrichtung. Die Verriegelungseinrichtung erlaubt ein Einstecken eines Kupplungssteckers in jeder beliebigen Position einer Verriegelungshülse, wogegen das Herausziehen nur in einer bestimmten Lösestellung der Verriegelungsposition möglich ist. Die Verriegelungshülse ist zur manuellen Betätigung vorgesehen und erlaubt ein Einschränken der Bewegungsrichtung eines kugelförmigen Verriegelungselements, welches in einem Wanddurchbruch eines Grundkörpers angeordnet ist.
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DE 40 13 228 C1 offenbart eine Kupplungsvorrichtung für eine Lasthebevorrichtung, bei der eine Klemmhülse zur Sicherung von Verriegelungskugeln in axialer Richtung entlang eines Arretierungskanals verschiebbar ist.
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DE 33 45 732 C1 offenbart einen arretierbaren Ziehverschluss, wobei eine Griffhülse, insbesondere ein Verschlussring, durch Federkraft in einer verriegelten Stellung vorgespannt ist. Die Griffhülse ist zum manuellen Verschieben und Drehen ausgebildet.
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Aus der
DE 20 2012 001 750 U1 ist ein Fluggerät bekannt, das auf einem von 18 flächig angeordneten, elektrisch betriebenen Rotorsystemen getragenen Cockpit basiert. Die Rotorsysteme werden von einer Rahmenstruktur getragen, die sechs Y-Ausleger umfasst.
DE 20 2012 001 750 U1 offenbart ferner Ausführungen, die ein Zerlegen oder Zusammenfalten der Rahmenstruktur erlauben, insbesondere über ein Verbinden der Ausleger untereinander und mit dem Cockpit. Das Fluggerät wird unter der Bezeichnung „Volocopter“ entwickelt.
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Ferner ist aus der
US 2012/0083945 A1 ein ferngesteuerter Helikopter bekannt.
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Hierin werden Konzepte offenbart, dies es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gesichertes Verschlusssystem für ein einfaches Montieren und Demontieren zweier Bauteile zu ermöglichen. Einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anbindung eines Auslegers an einen Rumpf eines Multikopters zu ermöglichen, die unter anderem ein einfaches Montieren und Demontieren des Auslegers erlaubt.
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Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Verschlusssystem nach Anspruch 1 und eine Komponente eines Fluggeräts nach Anspruch 11. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einem Aspekt weist ein mechanisches Verschlusssystem zum Herstellen einer gesicherten Verbindung mit einem eine umlaufende Nut aufweisenden Lagerzapfen eine Lagerbuchse mit einem Innenbereich zum Aufnehmen des Lagerzapfens, aufweisend eine ringförmige Aussparungsanordnung, wobei die Aussparungsanordnung zum Beispiel in einem mit dem Lagerzapfen verbundenen Zustand der umlaufenden Nut gegenüberliegend angeordnet ist, auf. Ferner weist das Verschlusssystem in der Aussparungsanordnung angeordnete Sperrkugeln zum, in einem mit dem Lagerzapfen verbundenen Zustand, Eingreifen in die Nut, eine auf die Sperrkugeln wirkenden Vorspannvorrichtung, eine in eine Sicherungsposition verschiebbare Verriegelungshülse zum Fixieren der Positionen der Sperrkugeln, und einen Verriegelungsmechanismus mit einer Montagestellung und einer gesicherten Stellung auf, wobei der Verriegelungsmechanismus zum Verschieben der Verriegelungshülse in die Sicherungsposition ausgebildet ist.
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Insbesondere können hierin offenbarte Verschlusssysteme bei der Montage von Fluggerätbauteilen wie den in der
DE 20 2012 001 750 U1 offenbarten Y-Auslegern oder bei der Montage von Segelflugzeugflächen oder Segelflugzeughöhenrudern eingesetzt werden. Weitere Einsatzmöglichkeiten umfassen allgemein Schnellverbindungen für Formen und Vorrichtungen. Mit Blick auf die hierin für den Zentralpod offenbarte Konfiguration, bei der Holmstummel am Ausleger und Taschen zum Einschieben derselben am Zentralpod vorgesehen sind, wird der Zentralpod in den Abmessungen sehr kompakt. Dadurch kann erreicht werden, dass in einigen Ausführungsformen kein Bauteil des Zentralpods über den Rumpf hinaussteht. Dies hat insbesondere Vorteile beim Unterstellen sowie beim Transport in einem Anhänger. Alternativ können die Holmstummel am Zentralpod und die Taschen zum Einschieben in den Auslegern vorgesehen werden, wobei dann in einigen Ausführungsformen die Holmstummel über den Rumpf hinausragen können.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
- 1 bis 3 schematische Schnittbilddarstellungen von drei Montageschritten eines beispielhaften Verschlusssystems mit von außen bedienbarer Sicherung;
- 4 eine schematische Darstellung eines montierten Multikopters mit Rumpf, Auftriebstrageinheit und Elektromotoren;
- 5 eine schematische Darstellung einer Auftriebstrageinheit mit Elektromotoren (demontiert);
- 6 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch einen beispielhaften Zentralpod mit einem teilweise eingeführten Ausleger;
- 7 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Montageendes eines Auslegers;
- 8 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Holmstruktur eines Y-Auslegers; und
- 9 eine schematisch Darstellung eines Querschnitts durch einen beispielhaften Ausleger.
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Detaillierte Beschreibung
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Die 1 bis 3 zeigen Querschnitte durch ein mechanisches kugelfixiertes Verschlusssystem 1 in drei Montageschritten, d.h. vor Aufschieben (1), fixiert/noch nicht gesichert (2) und gesichert (3). Das Verschlusssystem 1 kann beispielsweise in einem in 4 gezeigten Multikopter eingesetzt werden, wie z.B. in Verbindung mit 6 erläutert wird. Alternative Anwendungsbereiche sind im Flugzeugbau beispielsweise die Montage des Höhenruders bei Segelflugzeugen oder allgemein die lösbare Befestigung zweier Teile, bei denen das Verschlusssystem von außen nur schwer zugänglich und eine Verriegelung desselben von Nöten ist.
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1 zeigt das mechanische Verschlusssystem 1, welches in einem abnehmbaren Bauteil 3 integriert ist, in einem von einem Grundbauteil 5 gelösten Zustand. Das Grundbauteil 5 weist einen Lagerzapfen 7 mit einer (umlaufenden) Nut 9 auf, an dem das abnehmbare Bauteil 3 mit dem mechanischen Verschlusssystem 1 fixiert werden soll.
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Das Verschlusssystem 1 umfasst eine Lagerbuchse 11, die in einem Gehäuse 13 eingebaut ist. Beispielsweise weist das Gehäuse 13 eine tragende Struktur 14A und eine äußere Gehäusewand 14B auf. Die tragende Struktur 14A weist eine Ausnehmung auf, in die die Lagerbuchse 11 eingesetzt wird. Die tragende Struktur 14A wird teilweise durch die äußere Gehäusewand 14B abgedeckt. In den 1 bis 3 ist die tragende Struktur 14A beispielhaft aus einer doppelwandigen Einheit gebildet, die einen im eingebauten Zustand unzugänglichen Zwischenwandbereich 14C aufweist.
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Die Lagerbuchse 11 weist eine beispielsweise ringförmig umlaufende Anordnung 14 von Aussparungen 15 auf. Die Aussparungen 15 (zum Beispiel runde Öffnungen) sind im Zwischenwandbereich 14C angeordnet. In den Aussparungen 15 sind Sperrkugeln 17 angeordnet, die über eine Feder 19 radial nach innen gedrückt werden. Die Dimensionierung der Aussparungen 15 erlaubt ein teilweises Eindringen der Sperrkugeln 17 in das zylinderförmige Innere 21 der Lagerbuchse 11. Aufgrund des Federdrucks der Feder 19 ragen die Sperrkugeln 17 im gelösten Zustand der 1 teilweise in den Innenraum 21 hinein.
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Das Verschlusssystem 1 umfasst ferner eine Verriegelungshülse 23, die über einen Verriegelungsmechanismus 25 zwischen einer Montagestellung (1) und einer gesicherten Stellung (3) hin- und her verschoben werden kann. Die Verriegelungshülse 23 ist im Zwischenwandbereich 14C angeordnet. Zum Verschieben der Verriegelungshülse 23 weist der Verriegelungsmechanismus 25 beispielsweise einen Verriegelungshebel 27, der an einem Innenende 29 auf die Verriegelungshülse 23 wirkt, in seinem Mittelbereich drehbar gelagert ist (Drehlagerung 31) und an seinem Bedienende 33 im ungesicherten Zustand aus dem Gehäuse 13 ragt. In der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist der Verriegelungsmechanismus 25 bis auf das Bedienende 33 im Zwischenwandbereich 14C angeordnet.
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In alternativen Ausführungsformen kann der Verriegelungsmechanismus 25 beispielsweise teilweise außerhalb der tragenden Struktur 14A (oder an dieser befestigt), aber noch innerhalb der äußeren Gehäusewand 14B angeordnet sein. Beispielsweise kann die Drehlagerung 31 an einer der Wände der Doppelwandstruktur angebracht sein.
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Allgemein ist das Gehäuse 13 ohne einen direkten Zugang zur Verriegelungshülse 23 ausgebildet ist, so dass ein Verschieben der Verriegelungshülse 23 durch ein Ergreifen mit der Hand nicht möglich ist.
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Zum Verbinden des Grundbauteils 5 mit dem abnehmbaren Bauteil 3 wird das abnehmbare Bauteil 3 mit dem zylinderförmigen Inneren 21 der Lagerbuchse 11 auf den Lagerzapfen 7 geschoben (Pfeil A). Durch die Formgebung des Lagerzapfens 7 drückt die der Nut 9 vorgelagerte Erhebung 10 des Lagerzapfens 7 die Sperrkugeln 17 nach außen gegen die Feder 19, welche nachgibt, bis die Sperrkugeln 17 von der Feder 19 in die Nut 9 gedrückt werden können. In 1 deuten die Pfeile B die Bewegung der Kugeln 17 nach außen an.
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In 2 wird der noch nicht gesicherte Zustand, bei dem das abnehmbare Bauteil 3 bis zum Anschlag auf den Lagerzapfen 7 des Grundbauteils 5 geschoben wurde, gezeigt. Die Pfeile C zeigen das Einschnappen der Sperrkugeln 17 in die Nut 9 an.
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Wie in 2 angedeutet kann in diesem Zustand die Verriegelungshülse 23 mit dem Verriegelungshebel 27 in Richtung des Lagerzapfens (Pfeil D) durch Drehen des Verriegelungshebels 27 (Pfeil E) geschoben werden. Die Verriegelungshülse 23 ist an seinem einem Ende 35 formschlüssig bezüglich der Lagerbuchse 11 ausgebildet und weist an seinem anderen Ende 37 einen Abstand zur Lagerbuchse 11 auf. Die Verriegelungshülse 23 ist somit klammerartig zum Umfassen der Sperrkugeln 17 und der Feder 19 ausgebildet, wobei in den Montageschritten vor Aufschieben (1) und fixiert/noch nicht gesichert (2) die Position der Verriegelungshülse 23 noch nicht zu einer (beispielsweise formschlüssigen) Umklammerung der Sperrkugeln 17 und der Feder 19 führt. Dies ist erst nach erfolgter Sicherung (3) der Fall.
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In 3 ist das formschlüssige Umgreifen der Verriegelungshülse 23 um die Feder 19 und die Sperrkugeln 17 (Sicherungsposition) gezeigt. In der Sicherungsposition liegt das Bedienende 33 formschlüssig auf dem Gehäuse 13 an, beispielsweise in einer für das Bedienende 33 vorgesehenen Aussparung 39. Der Verriegelungshebel 27 ist entsprechend so ausgeführt, dass er in gesichertem Zustand (verriegelter Zustand) innerhalb der Kontur des Gehäuses 13 liegt und dieses, beispielsweise dicht, abschließt.
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Um die Stellung des Verriegelungshebels 27 in der Montagestellung kenntlich zu machen, können die Unterseite des Bedienendes 33 und die Aussparung 39 beispielsweise in einer Warnfarbe eingefärbt werden, so dass das Herausragen des Bedienendes 33 aus dem Gehäuse 13 leichter wahrgenommen werden kann.
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Das in Verbindung mit den 1 bis 3 beschriebene mechanische Verschlusssystem 1 erlaubt eine Montage ohne Werkzeug. Ferner erfolgt die Verriegelung ohne Losteile wie Bolzen, Schrauben etc. Des Weiteren ist das abnehmbare Bauteil 3 bereits nach dem Einschieben (2) axial fixiert. Dies ist beispielsweise bei dem Aufrüsten des in 4 gezeigten Multikopters (z.B. mit nur einer Person) von Vorteil. Da der Verriegelungshebel 27 im entriegelten (nicht gesicherten) Montagezustand noch aus der Kontur der Gehäusewand 14B herausragt, ist es einfach zu erkennen, dass der mechanische Verschluss 1 noch nicht verriegelt ist. Ferner kann der Verriegelungshebel 27 nur geschlossen werden, wenn der Längsbolzen korrekt eingeführt ist. In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist dies dann der Fall, wenn das abnehmbare Teil 3 auf das Grundbauteil 5 bis zum Anschlag (vollständig) aufgeschoben wurde und entsprechend die Sperrkugeln 17 in die Nut 9 eingreifen können.
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Die in den 1 bis 3 gezeigte Ausführungsform zeigt eine zylindersymmetrische Ausführung des Lagerzapfens 7, der Lagerbuchse 11 und der Verriegelungshülse 23. Alternativ können auch andere geometrische Grundformen (z.B. Vierkantstrukturen) verwendet werden. Ferner ist in 1 ein Verschieben der Verriegelungshülse 23 in Richtung des Lagerzapfens 7 für die Verriegelung notwendig. Alternative kann dies auch in entgegengesetzter Richtung erfolgen.
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Die beiden Positionen des Verriegelungsmechanismus 25 können beispielsweise über ein Federsystem und/oder ein entsprechendes Einhaksystem in den Positionen mit einem von Hand überwindbaren Widerstand fixiert werden. Der Verriegelungshebel 27 wird drehbar im Zwischenwandbereich 14C (allgemein im Gehäuse 13) gelagert und ist mit der Verriegelungshülse 23 so verbunden, dass ein Verrutschen der Verriegelungshülse 23 im geschlossenen Zustand verhindert wird, z.B. durch ein Langloch bzw. eine passende Kurvenscheibenverbindung.
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4 zeigt einen Multikopter 100 mit einem Rumpf 110, einer Auftriebstrageinheit 120 und Rotoren antreibende Elektromotoreinheiten 130, die z.B. jeweils einen von einem Elektromotorgehäuse umgebenen Elektromotor aufweisen. Die Auftriebstrageinheit 120 weist einen Zentralpod 122, Ausleger 124 und Auslegerverbindungselemente 126 auf. Beispielsweise im Rumpf 110 oder den Auslegern 124 sind Batterien zur Stromversorgung der Elektromotoreinheiten 130 integriert.
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5 zeigt die Auftriebstrageinheit 120 mit montierten Elektromotoreinheiten 130 im zerlegten Zustand. Um den Zentralpod 122 sind beispielhaft sechs Ausleger 124 sternförmig angeordnet, die bei der Montage in axialer Richtung in den Zentralpod 122 eingeführt werden und über die Auslegerverbindungselemente 126 miteinander verbunden werden.
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6 zeigt eine schematische Aufsicht auf den Zentralpod 122 mit einem teilweise in den Zentralpod 122 eingeführten Ausleger 124. Der Zentralpod 122 weist beispielhaft eine Sechseckgrundform mit sechs Ecken 200, sechs Seitenflächen 202 und einem Zentralbereich 206 auf.
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Drei Biegeträger 208 erstrecken sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Ecken 200 durch den Zentralbereich 206 und sind aufgrund der gleichwinkligen und gleichseitigen Ausbildung des Zentralpods 122 im 60° Winkelversatz zueinander angeordnet. Entsprechend andere Winkelversätze ergeben sich bei anderen n-Eckgrundformen bzw. asymmetrischen n-Eckgrundformen, wobei sich allgemein Biegeträger von einem Eck in den Zentralbereich erstrecken.
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Der Zentralpod 122 weist ferner Zentralpodwurzelrippen 210 auf, die an den Ecken 200 angeordnet sind und sich entsprechend teilweise über zwei nebeneinanderliegende Seitenflächen 202 erstrecken. Zwischen zwei nebeneinanderliegenden Zentralpodwurzelrippen 210 ist eine Öffnung 212 zur Aufnahme eines Holmstummels 214 des zugehörigen Auslegers 124 vorgesehen. Ferner sind die Zentralpodwurzelrippen 210 an den Ecken 200 fest mit den Biegeträgern 208 verbunden, um die strukturelle Stabilität des Zentralpods 122 zu gewährleisten.
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In 6 wird somit eine Zentralpodwurzelrippenanordnung gezeigt, bei der jeder Ecke 200 eine Zentralpodwurzelrippe 210 und jeder Zentralpodwurzelrippe 210 zwei Auslegern 124 zugeordnet sind.
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In alternative Ausführungsformen kann die Zentralpodwurzelrippenanordnung Zentralpodwurzelrippen aufweisen, die jeweils an einer der Seitenflächen 202 angeordnet sind und sich entsprechend zwischen zwei nebeneinanderliegenden Ecken 200 erstrecken. Jede dieser Zentralpodwurzelrippen weist dabei eine Ausnehmung zur Aufnahme des Holmstummels 214 des zugehörigen Auslegers 124 auf. Ferner sind somit je zwei benachbarte Zentralpodwurzelrippen an ihren Enden an einer der Ecken 200 fest mit den Biegeträgern 208 verbunden, um die strukturelle Stabilität des Zentralpods zu gewährleisten. In dieser alternativen Ausführungsform können zwei Lagerzapfen an einer Zentralpodwurzelrippe vorgesehen sein, die beide mit dem gleichen Ausleger wechselwirken, d.h. die Kraftübertragung von einem Ausleger erfolgt auf eine diesem zugeordnete Zentralpodwurzelrippe.
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Der Zentralpod 122 kann ferner Befestigungsmittel 216 zum Anbringen der Auftriebstrageinheit 120 an dem Rumpf 110 des Multikopters 100, beispielsweise im Bereich der Ecken 200, vorsehen. Zusätzlich kann eine Verklebung erfolgen. Alternativ kann das Zentralpod als integraler Bestandteil des Rumpfes ausgebildet werden.
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Der Zentralpod 122 wie auch der Rumpf 110 können beispielsweise basierende auf Kohlefaser- und/oder Glaserfasergewebe im Faserverbund aufgebaut werden. Entsprechend kann auch eine mechanische Verbindung zwischen Zentralpod 122 und Rumpf 110 erfolgen.
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6 zeigt ferner beispielhaft je einen Lagerzapfen 307 an einer Zentralpodwurzelrippe 210A sowie an einer benachbarten Zentralpodwurzelrippe. Die Lagerzapfen 307 wechselwirken als Kraftübertragungsmittel mit entsprechend in den Auslegern angeordneten Kraftübertragungsmitteln 311 (im montierten Zustand des Auslegers 124). Beispielsweise können die Kraftübertragungsmittel 311 als mechanische Verschlusssystem, wie es in Verbindung mit 1 bis 3 beschrieben wurden, ausgeführt werden. Ein entsprechender Schnittverlauf ist in 6 mit I-I angedeutet. Gemäß der Ausführung in 6 erfolgt die Kraftübertragung von einem der Ausleger 214 auf zwei Zentralpodwurzelrippen über jeweils einen Lagerzapfen 307.
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Neben den Lagerzapfen 307 weist der Zentralpod 122 als weiteres Kraftübertragungsmittel sechs Buchsen 309 zur Aufnahme eines in den Holmstummel 214 integrierten Längsbolzens 313. Beim Einführen des Auslegers 124 in den Zentralpod 122 in Richtung des Pfeils A greifen die Kraftübertragungsmitteln 307 und 311 in einander und der Längsbolzen 313 greift in die Buchse 309.
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Bei Verwendung des eingangs beschrieben Verschlusssystem 1 wird bei der Montage des Auslegers 124 im Zentralpod 122 der Ausleger 124 automatisch durch Einspringen der Sperrkugeln in eine Nut des Lagerzapfens 307 axial fixiert. Bei einer Ausführung der Kraftübertragungsmittel 311 als Verschlusssystem gemäß der 1 bis 3 kann anschließend durch Umlegen eines Verriegelungshebels eine axiale Sicherung erfolgen.
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Von den Auslegern 124 eingebrachte Biegemomente und Querkräfte werden als reine Querkräfte im Zentralpod 122 über den Längsbolzen 313 und die Kraftübertragungsmittel 311 (Buchsen) auf die Biegeträger 208 übertragen. Dies führt zu einer Krafteinleitung der Querkräfte, d.h, eine Kraft, die quer zur Trägerachse eingebracht wird, auf die Biegeträger 208. Je größer der Abstand zwischen Wurzelrippen 210 und innerem Krafteinleitungspunkt im Zentrum des Zentralpods 122 ist, desto gleichmäßiger werden die Biegemomente als Last auf die drei Biegeträger 208 im Zentralpod 122 verteilt.
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In der Ausführung gemäß 6 verteilen sich die Lasten wegen der engen (Zentralbereich-nahen) Lasteinleitung der sechs Ausleger 124/Holmstummel 214 gleichmäßig auf die Biegeträger 208. Ferner werden Lasten von einer Auslegerwurzelrippe 315 über die Lagerzapfen 307 auf die Zentralpodwurzelrippe 210 übertragen. Die Zentralpodwurzelrippen 210 leiten ferner die Kräfte der Biegeträger 208 und die Kräfte an den Auslegerwurzelrippen 315/Zentralpodwurzelrippen 210 beispielsweise im Stand nach unten in den Rumpf 110 ab bzw. übertragen die Last des Rumpfes im Flug auf die Ausleger.
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Alternativ oder zusätzlich zu der Sicherung über die Kraftübertragungsmittel 301, 307 kann eine axiale Sicherung eines Auslegers über einen Bolzen und/oder einen Schraubverschluss erfolgen.
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Die 7 bis 9 erläutern eine beispielhafte Ausführung eines Auslegers 124. Insbesondere zeigt 7 ein Montageende 400 in einer Perspektivansicht, 8 eine I-förmige Holmstruktur 500 eines Y-Auslegers und 9 einen Schnitt durch den Ausleger beispielsweise nahe dem Montageende 400.
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Bezug nehmend auf 7 erkennt man ein als Holmstummel 214 ausgebildetes Ende der Holmstruktur (nicht sichtbar) am Montageende 400. Der zentral angeordnete Lagerbolzen 313 dient der Übertragung der Kräfte an die Biegeträger 208 im Zentralpod 212. An den gegenüberliegenden Seiten der Auslegewurzelrippe 315 liegen die Aufnahmebuchsen 311 zur Aufnahme der Lagerzapfen 307. Die Aufnahmebuchsen 311 können beispielsweise als Verschlusssystem 1 konfiguriert sein. Aus Öffnungen 317 nahe dem Holmstummel 214 treten Stromversorgungskabel 319 zum Betreiben der Elektromotoren aus.
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Bezugnehmend auf 8 weist die Holmstruktur 500 zwei gegenüberliegende Holmgurte 510A und 510B auf, die über einen Holmsteg 512 miteinander verbunden sind. Die Holmstruktur 500 ist beispielhaft als ein integrales Y ausgebildet, so dass in einem Gabelungsbereich 514 eine Teilung der Holmgurte 510A und 510B erfolgt. Entsprechend weist die Holmstruktur zwei Außenenden 516 auf. Alternativ zu der Y-Form mit zwei Außenenden kann auch eine Aufgabelung in mehrere Außenenden erfolgen. Bei einem Herstellungsverfahren eines Auslegers werden entsprechend Holmgurte aus Strängen von Einzelkohlefasern aufgebaut, die sich vom Montageende 400 bis zu den Außenenden erstrecken, wobei nach außen die Holmgurtdicke dem Biegemomentverlauf entsprechend abnimmt.
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Die Außenenden 516 eines Auslegers 124 sind über eine Querverbindung 520 zur Stabilisierung miteinander verbunden. Die Querverbindungen 520 benachbarter Ausleger 124 können entsprechend durch die Auslegerverbindungselemente 126 (siehe 4) zu einer ringförmig umlaufenden Struktur ergänzt werden.
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Wie in den 4 und 5 kann je ein Motorpod 518 an den Außenenden 516 und/oder in dem Gabelungsbereich 514 vorgesehen werden.
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Die Holmgurte 510A und 510B werden beispielsweise aus unidirektionalen Strängen von sich vom Holmstummel 214 in die jeweiligen Außenenden erstreckenden Fasern (beispielsweise Kohlefasern) gebildet. Derartig durchgehende, aber geteilte Holmgurte bilden einen stabilen Lastpfad von den Außenenden zum Montageende (Holmstummel 214). Beispielsweise werden mehrere Schichten mit vielen Fasern auf eine Breite von einigen Zentimetern vom Holmstummel zum Außenende geführt. Eine entsprechende Aufteilung der Holmgurte auf mehr als zwei Außenenden ist analog durchführbar.
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9 verdeutlicht eine Kabelführung zur Stromversorgung der Elektromotoren im Ausleger 124. Der Querschnitt zeigt ein röhrenförmiges Außengehäuse aus einem Oberteil 600A und einem Unterteil 600B, die jeweils am Holmgurt 510A und am Holmgurt 510B befestigt sind. Der Holmsteg 512 weist eine neutrale Faser 610 auf. Im Bereich der neutralen Faser 610 wird eine Verkabelung 630, insbesondere die Stromversorgungskabeln zur Versorgung der Rotoreinheiten mit Energie, angebracht. Eine derartige Kabelstrangführung im zentralen Holmbereich gewährleistet eine im Wesentlichen zugbelastungsfreie Führung der Verkabelung.
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Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung basiert zumindest zum Teil auf der folgenden Erkenntnis. Der Volocopter als Beispiel für einen Multikoptor wird durch Drehzahländerungen der einzelnen Motoreinheiten gesteuert. Durch diese Änderungen hat jeder Motor eine variable Schubkraft, welche sich in der Regel vom Schub der anderen Motoren unterscheidet. Der räumlich und zeitliche variierende Schub der Motoreinheiten erzeugt in den Auslegern Querkräfte und Biegemomente. Ferner bewirkt ein Schubunterschied zwischen z.B. den beiden äußeren Motoren eines Y-Auslegers eine Torsion im Ausleger.
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Aufgrund der kreissymmetrischen Anordnung der Motoren sind die Kräfte in der horizontalen Ebene vergleichsweise klein. Um den auftretenden Kräften gerecht zu werden, wird hierin vorgeschlagen, dass eine Krafteinleitung von jedem Ausleger in dem Zentralpod über mindestens drei Krafteinleitungspaare erfolgt. Jedes der drei Krafteinleitungspaare ist dabei in eine Dreiecksform in der horizontalen Ebene angeordnet, d.h. der Ebene der Antriebstrageinheit, wie sie in 6 in einer Aufsicht gezeigt ist.
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Die Querkräfte werden in einer derartigen Ausführung von den Kraftübertragungsmittel (Bolzen und Buchsen) in den Wurzelrippen aufgenommen. Die Biegemomente werden durch ein entgegengesetztes Kräftepaar übertragen, das zwischen einerseits dem radial außen liegenden beiden Kraftübertragungsmittel (den Buchsen in der Wurzelrippe) und andererseits dem zentralen Kraftübertragungsmittel (der Bolzen am Ende des Holmstummels, der in der Buchse im Zentralbereich steckt), entsteht. Die Torsionsmomente im Ausleger werden durch ein entgegengesetztes Kräftepaar in den beiden radial außen liegenden Kraftübertragungsmittel (Buchsen-Bolzenverbindungen in den Wurzelrippen) übertragen.
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Weil alle eingeleiteten Kräfte vom Zentralpod ausgehalten werden müssen, ist ein internes Biegeträgersystem im Zentralpod vorgesehen, das die verschiedene Krafteinleitungspunkte in den zentralpodseitigen Wurzelrippen mit den Krafteinleitungspunkten im Zentralbereich verbindet. Weil die Krafteinleitungspunkte in den zentralpodseitigen Wurzelrippen in der Nähe der Ecken positioniert sind, macht es - insbesondere bei einer geraden Anzahl von Ecken - Sinn, die beide gegenüberliegen Ecken mit Biegeträger zu verbinden.
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Die Kräfte werden vom Zentralpod auf dem Rumpf beispielsweise durch Schraubverbindungen zwischen den Wurzelrippen übertragen, welchen im Zentralpod in der Nähe der Ecken positioniert sind und im Rumpf in einem Verstärkungsring im oberen Rumpfbereich vorgesehen sind. Diese Schraubverbindung ist aus Redundanzgründen doppelt ausgeführt, jedes Eck hat dazu zwei Schraubverbindungen.
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Im Folgenden werden weitere Aspekte des Zentralpods und der Ausleger festgehalten:
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Aspekt 1A. Zentralpod (122) zum mit sternförmig anbringbaren Auslegern (124) Ausbilden einer Auftriebstrageinheit (120) eines Multikopters (100) mit
einer n-Eckgrundform mit n Ecken (200), n Seitenflächen (202) und einem Zentralbereich (206), wobei n eine natürliche Zahl größer 2 ist,
Biegeträgern (208), die sich von den Ecken (200) in den Zentralbereich (208) erstrecken,
einer die n-Eckgrundform ausbildenden Zentralpodwurzelrippenanordnung, die an jeder der Ecken (200) mit dem entsprechenden Biegeträger (208) verbunden ist, und
Kraftübertragungsmittel (307, 309), von denen mindestens zwei in den Zentralpodwurzelrippen (210) und mindestens eines in dem Zentralbereich (206) angeordnet sind und im montierten Zustand der Ausleger (124) zum Aufnehmen von Kräften ausgebildet sind.
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Aspekt 1AA. Zentralpod (122) zum mit sternförmig anbringbaren Auslegern (124) Ausbilden einer Auftriebstrageinheit (120) eines Multikopters (100) mit
einer n-Eckgrundform mit n Ecken (200), n Seitenflächen (202) und einem Zentralbereich (206), wobei n eine natürliche Zahl größer 2 ist,
Biegeträgern (208), die sich von den Ecken (200) in den Zentralbereich (208) erstrecken,
einer die n-Eckgrundform ausbildenden Zentralpodwurzelrippenanordnung mit Zentralpodwurzelrippen, die an den Ecken (200) mit den entsprechenden Biegeträgern (208) verbunden sind, wobei die Zentralpodwurzelrippenanordnung dazu ausgebildet ist, Kräfte von den Auslegern (124) auf das Zentralpod (122) überzuleiten,
(wobei die Zentralpodwurzelrippenanordnung beispielsweise Zentralpodwurzelrippen (210) aufweist, die sich jeweils um ein Ecke (200) erstrecken und beabstandet voneinander angeordnet sind, so dass jeweils zwischen zwei nebeneinander liegenden Ecken (200) eine Öffnung (212) zur Aufnahme eines Holmstummels (214) eines der Ausleger (124) ausgebildet ist, und die jeweils an den Ecken (200) mit dem entsprechenden Biegeträger (208) verbunden sind, so dass eine der Zentralpodwurzelrippen (210) zum Ausnehmen von Kräften von zwei benachbart montierten Auslegern (124) und zum Übertragen derselben an die entsprechenden Biegeträger (208) ausgebildet sind und/oder
wobei die Zentralpodwurzelrippenanordnung beispielsweise Zentralpodwurzelrippen aufweist, die sich jeweils zwischen nebeneinanderliegenden Ecken (200) erstrecken, die jeweils zwischen den Ecken (200) eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Holmstummels (214) eines der Ausleger (124) aufweisen und die jeweils an den Ecken (200) mit dem entsprechenden Biegeträger (208) verbunden sind, so dass eine der Zentralpodwurzelrippen zum Aufnehmen von Kräfte von einem an ihm montierten Ausleger (124) und zum Übertragen derselben an entsprechenden zwei Biegeträger (208) ausgebildet ist,) und
Kraftübertragungsmittel (307, 309), die in den Zentralpodwurzelrippen (210) und/oder in dem Zentralbereich (206) angeordnet sind und zum Aufnehmen von Kräften von montierten Auslegern (124) ausgebildet sind.
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Aspekt lAAA.Zentralpod (122) zum mit sternförmig anbringbaren Auslegern (124) Ausbilden einer Auftriebstrageinheit (120) eines Multikopters (100) mit
Biegeträgern (208), die jeweils zwischen zwei benachbarten Positionen zum Anbringen eines Auslegers angeordnet sind und sich bis in einen Zentralbereich des Zentralpods (122) erstrecken,
Zentralpodwurzelrippen, die mit einem oder mit mehreren der Biegeträger (208) verbunden sind, und
Kraftübertragungsmittel (307, 309), von denen für einen Ausleger mindestens zwei beidseitig einer Position zum Anbringen eines der Ausleger in einer oder in mehreren Zentralpodwurzelrippen (210) angeordnet sind und von denen mindestens eines in einem oder in mehreren Biegeträgern (208) in dem Zentralbereich (206) angeordnet ist, so dass im montierten Zustand für jeden der Ausleger (124) Kräfte an drei Punkten aufnehmbar und an die Biegeträger (208) ableitbar sind.
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Aspekt 2A. Zentralpod (122) nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei mindestens drei Kraftübertragungsmittel in einem Dreieck in der Ebene des Zentralpods und damit in der Ebene einer Auftriebseinheit angeordnet sind und wobei zum Beispiel zwei Kraftübertragungsmittel nahe einer Auslegerwurzelrippe und beidseitig einer Holmstummelaufnahme des Auslegers angeordnet sind und ein Kraftübertragungsmittel zur Kraftübertragung von einem der Ausleger im Bereich des Holmstummels angeordnet ist und/oder wobei eines der Kraftübertragungsmittel ein Zapfen oder eine Buchse einer Zapfen-Hülse-Verbindung oder eine Buchse zur Aufnahme eines am Holmstummel des Auslegers angebrachten Längsbolzens ist.
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Aspekt 3A. Zentralpod (122) nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei eines der Kraftübertragungsmittel (307) in den Zentralpodwurzelrippen (210) zwischen einer der Ecken (200) und der entsprechenden Öffnung (212) angeordnet sind
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Aspekt 4A. Zentralpod (122) nach einem der vorhergehenden Aspekte, ferner mit einem axialen Sicherungsmittel zum Sichern eines Auslegers.
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Aspekt 5A. Zentralpod (122) nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei Befestigungsmittel (216) zum Anbringen der Auftriebstrageinheit (120) an einem Rumpf (110) des Multikopters zum Beispiel im Bereich der Ecken (200) vorgesehen sind.
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Aspekt 6A. Zentralpod (122) nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die n-Eckgrundform ein gleichseitiges und/oder gleichwinkliges n-Eck und/oder ein zu einer Achse symmetrisches n-Eck ist.
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Aspekt 7A. Zentralpod (122) nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die n-Eckgrundform eine gerade Anzahl von Ecken (200) aufweist und sich die Biegeträger (208) zwischen gegenüberliegenden Ecken (200) des Zentralpods (120) erstrecken.
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Aspekt 1B. Ausleger (124) zum mit einem Zentralpod (122) Ausbilden einer Auftriebstrageinheit (120) eines Multikopters (100) mit
einer Grundform mit einem Montageende (400), einem Gabelungsbereich (514) und mehreren Außenenden (516),
einer Auslegerwurzelrippe (315) an dem Montageende (400),
einem Holmstummel (214) der aus der Auslegerwurzelrippe (315) hervorsteht, und
Kraftübertragungsmittel (311, 313), die in der Auslegerwurzelrippe (315) und/oder dem Holmstummel (214) angeordnet sind und im montierten Zustand des Auslegers (124) zum Aufnehmen von Kräften ausgebildet sind.
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Aspekt 2B. Ausleger (124) nach Aspekte 1B, wobei eines der Kraftübertragungsmittel ein Zapfen oder eine Buchse einer Zapfen-Hülse-Verbindung oder ein Längsbolzen eine Bolzenverbindung ist.
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Aspekt 3B. Ausleger (124) nach einem der vorhergehenden Aspekte, ferner mit einem axialen Sicherungsmittel.
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Aspekt 4B. Ausleger (124) nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei sich entlang der Grundform eine Holmstruktur (500) aus einem Holmsteg (512) und einem Holmgurt (510A, 510B) erstreckt, wobei sich der Holmgurt (510A, 510B) im Gabelungsbereich (514) aufteilt und am Montageende (400) den Holmstummel (214) ausbildet.
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Aspekt 5B. Ausleger (124) nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Holmgurt (510A, 510B) Stränge von sich vom Holmstummel (214) in die jeweiligen Außenenden (516) erstreckenden Fasern aufweist.
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Aspekt 6B. Ausleger (124) nach einem der vorhergehenden Aspekte, ferner mit einem Stromversorgungskabel (319), das zur Versorgung von Rotoreinheiten mit Energie entlang der neutralen Faser (610) des Holmstegs (512) angeordnet ist.
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Aspekt 7B. Ausleger (124) nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei insbesondere (beispielsweise anbringbare oder integrierte) Motorpods an dem Gabelungsbereich (514) und/oder mindestens einem der Außenenden (516) vorgesehen sind.
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Aspekt 8B. Ausleger (124) nach einem der vorhergehenden Aspekte, ferner mit auf den Motorpods montierten Rotoreinheiten, die insbesondere mit dem Stromversorgungskabel (319, 630) verbindbar sind.
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Aspekt 9B. Ausleger (124) nach einem der vorhergehenden Aspekte, ferner mit einem die Holmstruktur umschließenden, röhrenförmigen Außengehäuse (600A, 600B).
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Aspekt 10B. Ausleger (124) nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Grundform des Auslegers Y-förmig ist
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Aspekt 1C. Auftriebstrageinheit (120) für einen Multikopter (100) mit
n-sternförmig angeordneten Auslegern (124), dessen inneres Ende eine Auslegerwurzelrippe (315) aufweist, aus dem ein Holmstummel (214) hervorsteht,
einem Zentralpod (120) mit einer n-Eckgrundform mit n Ecken (200), n Seitenflächen (202) und einem Zentralbereich (206), wobei sich Biegeträger (208) von den Ecken (200) zu dem Zentralbereich (206) erstrecken, wobei sich Zentralpodwurzelrippen (210) jeweils um eine der Ecken (200) erstrecken und an den Ecken (200) mit dem jeweiligen Biegeträger (208) verbunden sind, wobei eine jede der Zentralpodwurzelrippen (210) an einer Ecke (200) angeordnet ist und sich entsprechend zwischen zwei nebeneinanderliegenden Seitenflächen (202) erstreckt, und wobei zwischen zwei benachbarten Zentralpodwurzelrippen (210) eine Öffnung (212) zur Aufnahme des Holmstummels (214) vorgesehen ist oder ausgebildet nach einem der vorhergehenden Aspekte, und
einer Zapfen-Hülse-Verbindung zur Kraftübertragung von einem der Ausleger (124) zu dem Zentralpod (122), die in einem Bereich zwischen einer der Ecken (200) und einer der Öffnungen (212) angeordnet ist, und/oder einer Längsbolzen-Verbindung, die im montierten Zustand an einem Ende eines der Holmstummel (214) angeordnet ist.
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Aspekt 2C. Auftriebstrageinheit (120) nach Aspekt 1C, wobei der Zentralpod (122) als Zentralpod (122) gemäß einem der Aspekte 1A bis 7A und/oder einer der Ausleger als ein Ausleger gemäß einem der Aspekte 1B bis 10B ausgebildet ist
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Aspekt ID. Multikopter mit
einer Auftriebseinheit gemäß Aspekt 1C oder 2C und
einem an der Auftriebseinheit befestigten Rumpf (110).
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Aspekt 2D. Multikopter nach Aspekt 1D, wobei Querkräfte von den Kraftübertragungsmittel in den Wurzelrippen aufgenommen werden. Biegemomente durch ein entgegengesetztes Kräftepaar übertragen werden, das zwischen einerseits dem radial außen liegenden beiden Kraftübertragungsmittel und andererseits dem zentralen Kraftübertragungsmittel, gebildet wird und/oder Torsionsmomente im Ausleger durch ein entgegengesetztes Kräftepaar in den beiden radial außen liegenden Kraftübertragungsmittel übertragen werden.
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Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen sowie Aspekten offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen sowie Aspekten angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.
