DE102014003417A1

DE102014003417A1 - Lade- oder Batteriewechselstation für Fluggeräte

Info

Publication number: DE102014003417A1
Application number: DE102014003417.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: DE102014003417B4; WO2015135523A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwindung von Entfernungen außerhalb der Reichweite von batteriebetriebenen Fluggeräten 2 sowie eine Lade- oder Batteriewechselstation für batteriebetriebene Fluggeräte. Um die Reichweite von batteriebetriebenen Fluggeräten 2 deutlich zu steigern ist erfindungsgemäß vorgesehen, das zur Überwindung von Entfernungen außerhalb der Reichweite von batteriebetriebenen Fluggeräten 2 der Einsatz von Lade- oder Batteriewechselstationen entlang der Flugroute vorgesehen ist, welche von den Fluggeräten wahlweise angeflogen werden können. Die Lade- oder Batteriewechselstationen kann entweder die im Fluggerät vorhandene Batterie aufladen, sodass der Weiterflug erfolgen kann oder aber um die Lade- oder Batteriewechselstationen für einen nächsten Anflug eines Fluggerätes freizugeben ein Austausch der Batterien vornehmen. Somit steht die Lade- oder Batteriewechselstation innerhalb kürzester Zeit wieder für weitere Fluggeräte zur Verfügung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwindung von Entfernungen außerhalb der Reichweite von batteriebetriebenen Fluggeräten sowie eine Lade- oder Batteriewechselstation für batteriebetriebene Fluggeräte, insbesondere Flugdrohnen, mit einer begrenzten Flugzeit und Reichweite, umfassend zumindest eine Andockstation und eine Ladestation.
Bei den batteriebetriebenen Fluggeräten kann es sich beispielsweise um sogenannte Drohnen in Form von Quadrocoptern, Hexacoptern oder Octocoptern handeln. International auch UAV (unmanned serial vehicle) genannt. Diese Fluggeräte sind mit mehreren Antriebsmotoren und zugeordneten Propellern ausgestattet, sodass eine Steuerung der Höhe und der Flugrichtung vorgenommen werden kann, wobei die Steuerung durch Fernsteuerung oder Programmierung erfolgt. Moderne Drohnen sind hierbei zusätzlich mit einer GPS-Steuerung ausgestattet, sodass von einer Startposition ausgehend die Drohne selbständig ein Ziel mithilfe der GPS-Steuerung ansteuern kann. Durch die Verwendung von Batterien ist die Flugdauer und damit die Reichweite der Drohnen allerdings begrenzt. Soweit die Flugdrohnen mittels Fernsteuerung geflogen werden, ist dies nicht als Nachteil anzusehen, da die Flugdrohne sich immer in Sichtweite befinden muss und ein Wechsel der Batterie jederzeit vorgenommen werden kann. Soweit die Drohnen mithilfe der GPS-Steuerung eine bestimmte Flugstrecke zurücklegen sollen, ist dies aufgrund der begrenzten Reichweite nur schwer durchführbar.
Das wesentliche Problem besteht in der Flugzeit und der Reichweite dieser Fluggeräte aufgrund der zur Verfügung stehenden Kapazitäten der Energiezellen/Batterien. Witterungseinflüsse und die vorhandene GPS-Genauigkeit erschweren im Weiteren das Anfliegen eines bestimmten Zielortes, sodass das Fluggerät nicht autonom über einen längeren Zeitraum unbeobachtet fliegen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der die Reichweite von batteriebetriebenen Fluggeräten deutlich gesteigert werden kann.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Verfahrensaufgabe vorgesehen, dass zur Überwindung von Entfernungen außerhalb der Reichweite von batteriebetriebenen Fluggeräten der Einsatz von Lade- oder Batteriewechselstationen entlang der Flugroute vorgesehen ist, welche von den Fluggeräten wahlweise angeflogen werden können. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch den Einsatz von Lade- oder Batteriewechselstationen besteht für die Fluggeräte die Möglichkeit, diese zum Ende der Flugzeit rechtzeitig anzufliegen, um entweder einen Ladevorgang der Batterien oder einen Austausch der Batterie vornehmen zu lassen, sodass das Fluggerät sofort weiterfliegen kann. Hierzu besteht lediglich die Notwendigkeit, dass entlang der geplanten Flugroute mehrere Lade- oder Batteriewechselstationen angeordnet sind, sodass das Fluggerät von einer Lade- oder Batteriewechselstation zur nächsten fliegen kann. Nachdem ein Batteriewechsel stattgefunden hat, kann das Fluggerät sofort wieder aufsteigen, während die Lade- oder Batteriewechselstation gleichzeitig die Batterie für den nächsten Einsatz aufladen kann.
Durch die Aufhebung der Flugzeitbegrenzung sind natürlich auch anspruchsvollere Aufgaben für die Fluggeräte möglich, es können praktisch unendlich viele Wegpunkte angesteuert werden und damit die Reichweite beliebig ausgedehnt werden. Mit der Zunahme der Flugzeit nimmt daher auch die Komplexität der Möglichkeiten zu. Ein wichtiger Aspekt ist die Verwendung des Transponders, da nicht jedes Fluggerät die Andockstation in Anspruch nehmen kann, sondern nur die Kunden, die eine zeitlich begrenzte Lizenz für eine bestimmte Route erworben haben.
Durch den Einsatz von stationären mobilen Lade- oder Batteriewechselstationen sind auch Routen in unwegsames Gelände kurzfristig umsetzbar, zum Beispiel für den Transport von lebenswichtigen Medikamenten.
Ein weiteres Einsatzgebiet der Fluggeräte erschließt sich beispielsweise in der Überwachung von Firmengeländen durch Infrarotkameras, wobei auch in diesem Fall die Fluggeräte rechtzeitig eine Lade- oder Batteriewechselstation erreichen müssen, um eine ausreichende Energieversorgung der Antriebsmotoren und der Steuerung zu gewährleisten. Die erstellten Videoaufzeichnungen können während des Akkuwechsels direkt auf einen Server geladen werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Fluggeräte für die Verkehrsüberwachung oder die Personensuche im schwierigen Gelände oder in Grenzgebieten mithilfe von Infrarotkameras einzusetzen. Im Wesentlichen dürften aber Kurierdienste im Vordergrund stehen, wie sie in der jüngsten Zeit von Paketdiensten vorgeschlagen wurden. Die Fluggeräte könnten beispielsweise dazu verwendet werden ein Paket von einem Ausgangspunkt zu einem Verteilerzentrum zu bringen, sodass die Auslieferung des Paketes auf den letzten 100 Metern durch Boten vorgenommen werden kann. Ähnlich verhält es sich beim Transport von wichtigen Dokumenten, die innerhalb kürzester Zeit zu einem Bestimmungsort gebracht werden müssen. Auch in diesem Fall können die Dokumente mithilfe der Fluggeräte zu einem Verteilerzentrum transportiert werden, um anschließend die Auslieferung wie bisher durch einen Boten vornehmen zu können, bei gleichzeitiger Zeitersparnis und Schonung der Umwelt. Große Bereiche logistischer Aufgaben können somit von der Straße in die Luft verlagert werden.
Um größere Entfernungen zu realisieren und sicherzustellen, dass die Fluggeräte rechtzeitig eine Lade- oder Batteriewechselstation erreichen, bevor die Batteriespannung zu tief abgesunken ist, wird in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ein Netz von Lade- oder Batteriewechselstationen entlang von Hauptflugrouten vorgeschlagen, sodass die Fluggeräte von einer Lade- oder Batteriewechselstation zur nächsten fliegen können. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit große Strecken zurückzulegen, wenn beispielsweise die Fluggeräte für den Transport von Dokumenten oder Waren eingesetzt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fluggeräte mit einer GPS-Steuerung ausgestattet sind und mithilfe dieser GPS-Steuerung die Lade- oder Batteriewechselstationen angeflogen werden. Aufgrund der relativen Ungenauigkeit der GPS-Steuerung ist hierbei vorgesehen, dass die Fluggeräte mithilfe der GPS-Steuerung das Bestimmungsziel mit einer Abweichung von bis zu 5 Metern ansteuern und im Anschluss daran die GPS-Steuerung vorübergehend abgeschaltet wird und über ein Flugleitsystem das Fluggerät auf die Lade- oder Batteriewechselstation abgesetzt werden kann. Mithilfe des Flugleitsystems werden somit die letzten Meter bis zu Lade- oder Batteriewechselstation zurückgelegt, wodurch das Ansteuern zielgenau und unabhängig von der GPS-Steuerung erfolgen kann.
Hierzu ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Lade- oder Batteriewechselstation ein Transpondersignal aussendet, welches die GPS-Steuerung des Fluggerätes ausschaltet und das Fluggerät durch ein Flugleitsystem an die Lade- oder Batteriewechselstation heranführt. Eine Ausschaltung der GPS-Steuerung kann beispielsweise dann erfolgen, wenn das Fluggerät über der Lade- oder Batteriewechselstation in der Luft steht und das Absinken durch das Flugleitsystem erfolgt. Alternativ kann aber auch das Flugleitsystem bereits beim Anflug der Lade- oder Batteriewechselstation die Kontrolle übernehmen, sodass eine frühzeitige Abschaltung der GPS-Steuerung erfolgen kann. In diesem Fall wird vorausgesetzt, dass das Flugleitsystem über weitere Kontroll- und Steuersensoren verfügt, die beispielsweise einen direkten Anflug ermöglichen. Im Vordergrund steht ein Andocken der Fluggeräte an die Lade- oder Batteriewechselstation, um entweder die Batterien von der Lade- oder Batteriewechselstation im Fluggerät aufzuladen oder einen vollautomatischen Wechsel der aufladbaren Batterien bei laufender Spannungsversorgung vorzunehmen und die ausgetauschten Batterien im Anschluss für den nächsten Einsatz wieder aufzuladen. Der besondere Vorteil bei dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die Steuerung der Fluggeräte während des Batterieaustausches nicht abgeschaltet zu werden braucht, sodass der Aufenthalt eines Fluggerätes bei einer Lade- oder Batteriewechselstation auf einen minimalen Zeitraum begrenzt ist und insbesondere bei den automatischen Wechseln der aufgeladenen Batterien das Fluggerät sofort wieder starten kann.
Hierdurch wird unter anderem erreicht, dass ein und dieselbe Lade- oder Batteriewechselstation in kurzen Zeitabständen von weiteren Fluggeräten erneut angeflogen werden kann. Die Fluggeräte verfügen zumindest über eine GPS-Steuerung, um größere Entfernungen zurücklegen zu können. Des Weiteren sind die Fluggeräte mit einer Gyroscop-Steuerung ausgestattet, die es ermöglicht, die Fluggeräte in einer horizontalen Position vollautomatisch zu halten. Hinzutreten können weitere Sensorelemente, beispielsweise ein Sonarsensor oder ein barometrischer Sensor, um die Höhe des Fluggerätes zu bestimmen. Diese Hilfsmittel reichen aus, um ein Andocken des Fluggerätes zu ermöglichen.
Zur Steuerung von Fluggeräten mit einer Gyroscop-Steuerung ist ferner vorgesehen, dass die Gyroscop-Steuerung auf einem mechanisch bewegbaren Montagekörper angeordnet ist, welcher durch Steuerungsmittel aus der ursprünglichen Lageposition ausgelenkt wird. Dieses neuartige Verfahren ermöglicht beispielweise nach Abschaltung einer vorhandenen GPS-Steuerung, ein Fluggerät nur mithilfe der Gyrsocop-Steuerung in einer stabilen Fluglage zu halten und gleichzeitig einen seitlichen Drift zur Ansteuerung des Zieles zu erhalten. Die Gyoskop-Steuerungen ermöglichen das Fluggerät in einer horizontalen Lage zu positionieren. Die horizontale Lage wird hierbei auch bei eventuell auftretenden Winden durch unterschiedliche Ansteuerung der Antriebsmotoren stabilisiert. Diese Gyoscop-Steuerung kann aber auch dazu verwendet werden das Fluggerät in eine bestimmte Richtung zu bewegen. Dadurch, dass die Gyoscop-Steuerung beim Einschalten ein Reset erfährt, wird eine bestimmte Lageposition festgelegt. Wenn die Gyoscop-Steuerung auf einem beweglichen Montagekörper angeordnet ist und dieser aus seiner Position leicht angehoben wird, versucht die Gyoscop-Steuerung diese angebliche Schieflage dadurch zu korrigieren, dass die einzelnen Antriebsmotoren unterschiedlich angesteuert werden, um die fehlerhafte Auslenkung zu korrigieren. Diese Korrektur wird dazu verwendet, um das Fluggerät in einer x-y Flugebene zu bewegen. Die Bewegung wird hierbei alleine dadurch erreicht, dass die Gyoscop-Steuerung die einzelnen Flugmotoren unterschiedlich ansteuert, um die ursprüngliche Position zu erreichen. Hierbei entsteht ein Drift, der zur seitlichen Bewegung des Fluggerätes verwendet wird. Sobald die angesteuerte Position erreicht wurde, kann der Montagekörper in seine ursprüngliche Position gebracht werden, sodass die Gyoscop-Steuerung das Fluggerät in einer stabilen Fluglage hält. Die Auslenkung des Montagekörpers, bei dem es sich beispielweise um eine Montageplatte handeln kann, erfolgt hierbei durch Steuerungsmittel in Form von Servos, die ein seitliches Kippen der Montageplatte verursachen, wobei in der Regel 3 Servos ausreichend sind, aber die einzelnen Servos beliebig gesteigert werden können, um auch feinfühlige Auslenkungen über einen Winkelbereich von 360° zu ermöglichen.
Zur Durchführung der Verfahren wird erfindungsgemäß eine Lade- oder Batteriewechselstation für batteriebetriebene Fluggeräte, insbesondere Flugdrohnen, mit einer begrenzten Flugzeit und Reichweite vorgeschlagen, wobei zumindest eine Andockstation und eine Ladestation vorgesehen sind und die Andockstation zum Aufsetzen der Fluggeräte vorgesehen ist und entweder aufgeladene Batterien zum Austausch bereit stehen oder eine Aufladung der Batterien der jeweiligen Fluggeräte erfolgt, um den Weiterflug des Fluggerätes zu gewährleisten.
Die Lade- oder Batteriewechselstationen stellen bereits aufgeladene Batterien zum Austausch zur Verfügung, sodass die Fluggeräte die Lade- oder Batteriewechselstationen anfliegen können, ein Austausch der Batterie vorgenommen wird und anschließend der Flug fortgesetzt werden kann. Die Batterien werden hierbei nach dem Austausch durch die Lade- oder Batteriewechselstation erneut aufgeladen, um diese für ein anderes Fluggerät zu verwenden. Sämtliche Fluggeräte werden mit einem identischen Batterietyp ausgestattet, sodass ein Austausch unproblematisch erfolgen kann. Der besondere Vorteil durch die Lade- oder Batteriewechselstationen besteht darin, dass die Fluggeräte, welche nur eine begrenzte Flugzeit und damit eine begrenzte Reichweite besitzen, von einer Lade- oder Batteriewechselstation zur nächsten fliegen können und somit eine größere Strecke, die sich auch ohne Weiteres auf 100 km erstrecken kann, zurücklegen können. Durch die Lade- oder Batteriewechselstationen werden die Fluggeräte somit in die Lage versetzt, größere Strecken zurückzulegen, sodass diese beispielsweise für Kurier- und Transportdienste eingesetzt werden können. Hierzu besteht lediglich die Notwendigkeit, von einem Startort ausgehend ein Fluggerät mit einer aufgeladenen Batterie zu bestücken und dieses mithilfe einer GPS-Steuerung vollautomatisch und autonom eine bestimmte Flugroute fliegen zu lassen. Mithilfe eines Netzes von Lade- oder Batteriewechselstationen, die sich in entsprechender Entfernung voneinander befinden, kann sichergestellt werden, dass rechtzeitig vor vollständiger Entleerung der Batterien eine Lade- oder Batteriewechselstation angeflogen und ein Austausch erfolgen kann. Die Lade- oder Batteriewechselstationen können beispielsweise entlang einer Hauptflugroute angeordnet werden, oder es wird netzartig ein System von Lade- oder Batteriewechselstationen aufgebaut, sodass, soweit die einzelnen Stationen untereinander kommunizieren, im Bedarfsfall das Fluggerät wahlweise eine freie Lade- oder Batteriewechselstation anfliegen kann. Somit würde das Fluggerät zwar keinen direkten Flug durchführen, sondern quasi im Zickzack-Kurs von einer Lade- oder Batteriewechselstation zur nächsten das gewünschte Ziel erreichen. Zwingend ist hierbei erforderlich, dass die Lade- oder Batteriewechselstationen mit einer Andockstation ausgerüstet sind, sodass ein automatisiertes Absetzen des Fluggerätes auf der Lade- oder Batteriewechselstationen erfolgen kann. Der ganze Vorgang soll vollautomatisch durchführbar sein, sodass kein Betriebspersonal vorgehalten werden muss.
Die Lade- oder Batteriewechselstationen können hierbei stationär angeordnet werden, beispielsweise auf Hochhäusern, die vorzugsweise mit Flachdächern ausgestattet sind. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass mobile Lade- oder Batteriewechselstationen verwendet werden, die im Bedarfsfall auf einem Kleinlaser oder dergleichen angeordnet werden. Über ein Kommunikationsnetz kann hierbei dafür Sorge getragen werden, dass diese zusätzliche Lade- oder Batteriewechselstation von den Fluggeräten angeflogen werden können.
Einige der Lade- oder Batteriewechselstationen können auch dazu verwendet werden, um die Fluggeräte nach einer gewissen Betriebsstundenzahl zu überprüfen und ggf. Servicearbeiten durchzuführen. Hierbei kann es sich um identische Lade- oder Batteriewechselstationen handeln, oder aber um separate Servicestationen, die über die gleichen Funktionalitäten verfügen, aber dazu führen, dass die Fluggeräte vorübergehend außer Betrieb genommen und gewartet werden.
Um das Anfliegen der Lade- oder Batteriewechselstationen zu erleichtern und eventuelle Ungenauigkeit einer GPS-Steuerung auszugleichen, ist jede Lade- oder Batteriewechselstation mit einem Flugleitsystem ausgestattet, welches dazu dient, das Fluggerät auf den letzten Metern zielgerichtet auf die Lade- oder Batteriewechselstation zufliegen zu lassen.
Hierzu ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Lade- oder Batteriewechselstationen ein Transpondersignal aussenden, welches die GPS-Steuerung des Fluggerätes vorübergehend deaktiviert und das Flugleitsystem des Fluggerätes aktiviert. Somit besteht die Möglichkeit das Fluggerät zielsicher anzudocken, um den Batteriewechsel durchzuführen. Mithilfe des Transpondersignals kann ebenso eine Kontrolle durchgeführt werden, inwieweit das Fluggerät diese Lade- oder Batteriewechselstation anfliegen darf.
Um eine möglichst große Zahl von Fluggeräten mithilfe einer Lade- oder Batteriewechselstation bedienen zu können, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Lade- oder Batteriewechselstationen mehrere Batterien vorhalten, welche durch einen Wechselmechanismus, beispielsweise einen Schiebemechanismus, die vorhandene Batterie des Fluggerätes durch eine aufgeladene Batterie unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Versorgungsspannung austauscht. Hierzu können beispielsweise mehrere Batterien auf einem Drehteller gelagert sein, wobei der Drehteller sowohl mit bereits aufgeladenen oder teilweise geladenen Batterien bestückt ist, und eine bereits vollständig aufgeladene Batterie in eine Position gebracht wird, die das Einschieben in den vorgesehen Batterieschacht des Fluggerätes und gleichzeitig das Herausschieben der entleerten Batterie ermöglicht. Nachdem der Austausch der Batterie erfolgt ist, kann das Fluggerät von der Lade- oder Batteriewechselstation abheben, sodass diese für den nächsten Anflug eines weiteren Fluggerätes bereit ist. Gleichzeitig wird in der Zwischenzeit der Ladevorgang der ausgetauschten Batterie gestartet, sodass diese nach einer zu berücksichtigenden Ladezeit erneut zum Einsatz kommen kann. Aufgrund der Vielzahl vorgehaltener Batterien auf dem Drehteller verfügt die Lade- oder Batteriewechselstation über eine ausreichend geladene Anzahl von Batterien, wodurch die Bereitschaft für einen erneuten Austausch bei einem anderen Fluggerät gegeben ist.
Um das Andocken der Fluggeräte auch bei schwierigen Windverhältnissen zu ermöglichen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Fluggerät mit einem Andockkonus ausgestattet ist, welcher in einer konusförmigen Vertiefung der Lade- oder Batteriewechselstation aufnehmbar ist. Mithilfe des Andockkonus und der konusförmigen Vertiefung wird erreicht, dass bei schwierigen Windverhältnissen oder geringfügigen Abweichungen von der tatsächlichen Position der Lade- oder Batteriewechselstation das Fluggerät sicher durch eine Zwangsführung auf der Lade- oder Batteriewechselstation aufsetzen kann.
Hierbei ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung für den eigentlichen Landevorgang vorgesehen, dass das Fluggerät mit einer Seilwinde und einem Zugseil ausgestattet ist, welches am freien Ende ein magnetisierbares Material aufweist, und die konusförmige Vertiefung einen Auffangtrichter mit Gleitfläche, wobei die Konusaufnahme mit einem zentrisch angeordneten Elektromagneten ausgestattet ist, sodass der Elektromagnet das am Seilende befindliche magnetisierbare Material des Fluggerätes zumindest zeitweise fixiert. Durch das Fixieren wird erreicht, dass das Fluggerät sehr genau über der Lade- oder Batteriewechselstation auch bei schwierigen Windverhältnissen in Position gehalten werden kann, wobei im Weiteren durch das Aufwickeln des Zugseiles das Fluggerät gegen die Auftriebskraft der Antriebsmotoren in die konusförmige Vertiefung gezogen wird. Sobald das Fluggerät die Endposition erreicht hat, können die Antriebsmotoren vorübergehend ausgeschaltet werden und nach Beendigung des Batteriewechsels erneut gestartet werden, wobei gleichzeitig der Elektromagnet das magnetisierbare Material freigibt und somit das Fluggerät starten kann.
Alternativ ist zum Andocken des Fluggerätes an der Lade- oder Batteriewechselstation vorgesehen, dass ein beschwertes, herabhängendes Seil oder eine Antenne unterhalb des Fluggerätes angeordnet ist und die Lade- oder Batteriewechselstation mit zumindest einer gabelförmigen Auffangvorrichtung ausgestattet ist, sodass das Fluggerät ebenfalls in die konusförmige Vertiefung herabgezogen werden kann. In diesem Fall wird mithilfe der gabelförmigen Auffangvorrichtung das beschwerte Seil oder die Antenne erfasst und einer Einzugsvorrichtung zugeführt, die das Seil bzw. die Antenne des Fluggerätes gegen die Auftriebskraft der Antriebsmotoren in die konusförmge Vertiefung zieht, sodass auch in diesem Fall das Fluggerät bei schwierigen Windverhältnissen exakt aufsetzen kann.
Nach Austausch der Batterien wird das beschwerte Seil bzw. die Antenne freigegeben und das Fluggerät kann seinen Flug fortsetzen.
Um die Spannungsversorgung des Fluggerätes aufrechtzuerhalten, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Lade- oder Batteriewechselstation und das Fluggerät jeweils zwei korrespondierende Kontaktflächen aufweist, die eine Spannungsversorgung des Fluggerätes während des Batterieaustausches gewährleisten, oder das durch Schleifkontakte der Batterien und des Fluggerätes beim Austausch der Batterien die Spannungsversorgung aufrechterhalten werden kann. Die erste Alternative ermöglicht eine Spannungsversorgung mithilfe der Kontaktflächen, die einerseits an der Lade- oder Batteriewechselstation und andererseits an dem Fluggerät ausgebildet sind und aufgrund des Andockens zu einer elektrischen Kontaktierung führen, sodass eine Versorgungsspannung für das Fluggerät während des Batterieaustausches zur Verfügung steht. Die zweite Alternative sieht Schleifkontakte vor, die sich beispielsweise entlang einer Seitenfläche der Batterie befinden und im Fluggerät zur Kontaktierung mit der Steuerungselektronik dienen. Bei einem Austausch der Batterie wird sowohl der Kontakt zur bisherigen Batterie beibehalten als auch zur neuen Batterie hergestellt, um einen Spannungsabfall zu vermeiden. Während die bereits nahezu entladene Batterie aus der Batterieöffnung herausgeschoben wird, wird somit gleichzeitig sichergestellt, dass die Versorgungsspannung von der geladenen Batterie während des Austausches übernommen wird.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lade- oder Batteriewechselstation und das Fluggerät im Bereich der konusförmigen Vertiefung bzw. des Konus mit zwei umlaufenden Kontaktringen für die Beaufschlagung mit einer Versorgungsspannung ausgestattet sind. Durch die Kontaktringe wird beim Aufsetzen des Fluggerätes auf die Lade- oder Batteriewechselstation erreicht, dass das Fluggerät während des Batteriewechselvorganges mit der Bordspannung der Lade- oder Batteriewechselstation beaufschlagt wird, um somit die Spannungsversorgung zu gewährleisten. Die Kontaktringe sind hierbei derart gestaltet, dass beim Absetzen des Fluggerätes die Kontaktflächen des Fluggerätes einerseits und die Kontaktflächen der Lade- oder Batteriewechselstation andererseits unmittelbar aufeinander zu liegen kommen und somit der elektrische Kontakt hergestellt wird.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Andockstation mit einer Einschubvorrichtung und einer umlaufenden Ladevorrichtung ausgestattet ist. Mithilfe der Einschubvorrichtung wird eine bereits aufgeladene Batterie in den Batterieschacht des Fluggerätes eingeschoben und gleichzeitig die größtenteils entladene Batterie aus dem Batterieschacht geschoben, sodass diese auf einer Ladevorrichtung zu liegen kommt und in dieser Position durch Spannungsbeaufschlagung erneut geladen wird und damit für einen späteren Einsatz zur Verfügung steht. Die Ladevorrichtung kann beispielsweise aus einem Drehteller bestehen, auf dem mehrere Batterien vorgehalten werden, die entweder bereits aufgeladen sind oder sich im Aufladevorgang befinden. Die Lade- oder Batteriewechselstation wählt hierbei über den jeweiligen Ladezustand die Batterie aus, die als Nächstes in den Batterieschacht des Fluggerätes bei einem Batteriewechsel eingeschoben werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lade- oder Batteriewechselstation mit einem umlaufenden optischen Impulssender und einem Transponderempfänger bzw. -sender ausgerüstet ist. Der optische Impulssender ist hierbei derart aufgebaut, dass ein Anflugbereich von 360° überwacht wird und damit eine frei wählbare Anflugrichtung möglich ist. Mithilfe des Transpondersenders wird beim Abstand des Fluggerätes von weniger als 5 Metern gegenüber der Lade- oder Batteriewechselstation die GPS-Steuerung vorübergehend abgeschaltet und der Anflug des Fluggerätes durch das Flugleitsystem übernommen, welches beispielsweise mithilfe von Infrarotsendern und -empfängern die Heranführung des Fluggerätes an die Lade- oder Batteriewechselstation ermöglicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fluggerät eine Multifunktionsplattform oberhalb der Mittellinie und mehrere Ausleger aufweist, deren Winkel elektrisch verstellbar sind, um beim Andocken ein Verkanten des Andockkonusses zu verhindern und beim Fliegen einen möglichst geringen Luftwiderstand zu gewährleisten. Die flügelartigen Ausleger werden beim Andocken nach oben geklappt, um beim Andocken ein Verkanten des Andockkonus zu verhindern, und nach unten geklappt, um beim Flug eine bessere Aerodynamik zu erzielen. Die Multifunktionsplattform ist hierbei zur Aufnahme von Dokumenten, Paketen, etc., vorgesehen.
Um Kollisionen verschiedener Fluggeräte untereinander oder mit Hindernissen zu vermeiden, sind die Fluggeräte einerseits mit Barometer- oder Sonarsensoren zur Höhenbestimmung ausgestattet, und andererseits mit mehreren umfangsverteilten optischen Sensoren, beispielsweise in Form von Reflexionslichtschranken, wodurch rechtzeitig mithilfe der Steuerungselektronik ein Ausweichmanöver eingeleitet werden kann, oder im Falle der Barometer- oder Sonarsensoren, die notwendige Flughöhe eingehalten wird.
Grundsätzlich sind die Fluggeräte mit einer GPS-Steuerung ausgestattet, um größere Entfernungen zurücklegen zu können. Damit die Fluggeräte eine stabile horizontale Fluglage einnehmen, sind diese mit Gyroskop-Steuerungen ausgestattet, die eine horizontale Ausrichtung des Fluggerätes gewährleisten. Die am Markt erhältlichen Steuerungseinheiten bieten hierbei im Weiteren die Möglichkeit, die GPS-Steuerung unmittelbar mit Gyroskop-Steuerungen zu koppeln und zusätzliche Sensoren, wie beispielsweise barometrische Sensoren oder Sonarsensoren anzuschließen, um einen Bodenkontakt zu vermeiden.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Gyroskop-Steuerung des Fluggerätes auf einer Montageplatte angeordnet ist, die mithilfe von mehreren Servos in eine von der horizontalen Achse geneigten Achse verlagerbar ist. Die hierbei vorgesehene Montageplatte dient zunächst zur Aufnahme der Gyroskop-Steuerung. Die Gyroskop-Steuerung ist bemüht, das Fluggerät in einer horizontalen Lage zu halten. Soweit die Gyroskop-Steuerung aber auf einer Montageplatte angeordnet ist, und diese mithilfe von Servos aus der Horizontalen ausgelenkt wird, erfolgt eine Lagekorrektur durch die Gyroskop-Steuerung, welche dazu führt, dass tatsächlich das Fluggerät in eine geneigte Lage überführt wird, sodass ein seitlicher Drift des Fluggerätes eintritt. Die Gyroskop-Steuerung mit den Servos unter der Montageplatte bilden eine Trimmeinheit, welche beispielsweise nach Abschalten der GPS-Steuerung zur Heranführung der Fluggeräte an die Lade- oder Batteriewechselstation verwendet werden. Mehrere Servos werden hierbei unterhalb der Montageplatte angeordnet, sodass diese über 360° verteilt in jede beliebige Richtung geneigt werden kann. Somit kann willkürlich ein Drift in eine bestimmte Richtung des Fluggerätes erzielt werden. Dieser Drift wird zur Ansteuerung der Lade- oder Batteriewechselstation mithilfe des Flugleitsystems ausgenutzt, um eine möglichst exakte Ansteuerung des Fluggerätes an die Lade- oder Batteriewechselstation zu ermöglichen. Das Andocken selbst erfolgt mithilfe des Seiles und der Seilwinde, oder aber einem von den Fluggerät herabhängenden Seil, welches durch die Lade- oder Batteriewechselstation aufgefangen wird und durch Einziehen ein Andocken an die Lade- oder Batteriewechselstation ermöglicht.
Der wesentlich Erfindungsgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Möglichkeit zu schaffen, Fluggeräte, die nur über eine begrenzte Flugzeit und Reichweite verfügen, über möglichst große Entfernungen selbsttätig und autonom fliegen zu lassen. Hierzu ist es erforderlich in bestimmten Abständen Lade- oder Batteriewechselstationen vorzuhalten, sodass ein Batterieaustausch vorgenommen werden kann. Aufgrund der Konstruktion der Fluggeräte, beispielsweise mit einem unteren Andockkonus und einer konusförmigen Vertiefung der Lade- oder Batteriewechselstationen wird ein selbständiges Aufsetzen ermöglicht, wobei mithilfe eines Schiebemechanismus die zum größten Teil entladene Batterie aus dem Batterieschacht geschoben und durch eine aufgeladene Batterie ersetzt werden kann. Die Verweilzeiten auf der Lade- oder Batteriewechselstation sind hierbei sehr kurz, sodass ein und dieselbe Station für eine Vielzahl von Fluggeräten verwendet werden kann, die entsprechend dem programmierten Kurs ihren Flug fortsetzen können.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigt
1 in einer schematischen Ansicht ein Fluggerät und eine Lade- oder Batteriewechselstation,
2 in einer Seitenansicht und teilweise durchbrochenen Seitenansicht den Andockkonus eines Fluggerätes,
3 in mehreren Ansichten eine zum Einsatz bei Fluggeräten vorgesehene Batterie und
4 in einer Draufsicht und zwei Seitenansichten eine Trimmeinheit, bestehend aus einer Gyroskop-Steuerung und mehreren Servos.
1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Lade- oder Batteriewechselstation 1 sowie ein Fluggerät 2 in einer entfernten Position zur Lade- oder Batteriewechselstation 1 und in einer Position oberhalb der Lade- oder Batteriewechselstation 1.
Das Fluggerät 2 ist mit einem Andockkonus 3 ausgestattet, welcher mehrere Funktionen erfüllt. Zum einen dient der Andockkonus 3 zum Aufsetzen auf die Lade- oder Batteriewechselstation 1, die über eine konische Vertiefung 4 verfügt. Der obere Rand des Andockkonus 3 ist mit umlaufenden optischen Sensoren 5 ausgestattet, welche einerseits zur Vermeidung von Kollisionen mit weiteren Fluggeräten oder feststehenden Hindernissen und darüber hinaus zur Steuerung mit dem Fluggleitsystem verwendet werden. Der Andockkonus 3 weist zudem einen Batterieschacht 6 auf, in dem eine Batterie 7 eingeschoben ist und das Fluggerät 2 mit der Betriebsspannung versorgt. Oberhalb der Mittellinie des Andockkonus 3 ist eine Multifunktionsplattform 8 angeordnet, an der gleichzeitig Ausleger 9 angeordnet sind, deren Winkel elektrisch veränderbar sind, um beim Andocken ein Verkanten des Andockkonus 3 zu verhindern und um im Flug eine optimale Aerodynamik mit maximaler Geschwindigkeit zu erreichen. Ebenfalls dient der Andockkonus 3 zur Aufnahme einer Steuerung, vorzugsweise einer GPS-Steuerung, eines Transpondersenders und -empfängers. Des Weiteren ist der Andockkonus 3 mit einer Seilwinde 10 ausgestattet, mit deren Hilfe ein Seil 11 auf- und abgewickelt werden kann. Am Ende des Seils 11 befindet sich ein magnetisierbares Material 12, beispielsweise ein Eisenkern oder dergleichen. Soweit das Fluggerät 2 oberhalb der Lade- oder Batteriewechselstation 1 mithilfe des Fluggleitsystems positioniert ist, kann durch Absenken des Fluggerätes 2 und des Seils 11 das magnetisierbare Material 12 in die konische Vertiefung fallen, wobei durch die vorhandene Abschrägung das magnetisierbare Material 12 zum Zentrum der konischen Vertiefung 4 geleitet wird. Über einen Elektromagneten 13 kann im Anschluss eine Fixierung des magnetisierbaren Materials 12 erfolgen, sodass die Seilwinde 10 beim Aufspulen des Seils 11 das Fluggerät 2 gegen die Auftriebskraft der Antriebsmotoren nach unten in die konische Vertiefung 4 zieht. Bereits beim Herunterziehen des Fluggerätes 2 können die Antriebsmotoren auf verringerte Leistung geschaltet werden, spätestens aber mit dem Aufsetzen in der konischen Vertiefung 4 vorübergehend abgeschaltet werden.
Um die Position des Fluggerätes 2 oberhalb der Lade- oder Batteriewechselstation 1 zu erreichen, ist ein Fluggleitsystem vorgesehen, welches über optische Impulssender 14 verfügt, die mit dem Fluggerät 2 in Verbindung treten und somit die Steuerung des Fluggerätes 2 übernehmen.
Die Lade- oder Batteriewechselstation 1 besteht aus einer Basis 20 mit der bereits erwähnten konischen Vertiefung 4 und dem Elektromagneten 13. Oberhalb der Basis 20 ist eine ebenfalls konisch ausgebildete Gleitfläche 21 in einer Erhöhung 22 ausgebildet, welche ein Herabgleiten des Andockkonus 3 des Fluggerätes 2 zielsicher in die konische Vertiefung 4 ermöglicht. Somit können auch ungenauere Positionierungen des Fluggerätes 2 oberhalb der Lade- oder Batteriewechselstation 1 zu einem erfolgreichen Andocken führen, insbesondere bei schwierigen Windverhältnissen. Die Basis 20 verfügt im Weiteren über eine Ladevorrichtung 23, die mit einer Anzahl bevorrateter Batterien 7 ausgestattet ist. Eine Einschubvorrichtung 25 kann bereits aufgeladene Batterien 7 unter gleichzeitigem Herausschieben der zumindest teilweise entladenen Batterien 7 des Fluggerätes 2 zum Batteriewechsel genutzt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die vorhandene Batterie 7 im Fluggerät 2 nach dem Aufsetzen auf die Lade- oder Batteriewechselstation 1 aufgeladen wird und anschließend der Weiterflug erfolgt. Um mehrere Fluggeräte 2 von einer Lade- oder Batteriewechselstation 1 bedienen zu können, empfiehlt es sich aber, die Batterie 7 auszutauschen, sodass das Fluggerät 2 sofort wieder starten kann. Zu diesem Zweck wird der Elektromagnet 13 abgeschaltet und das Fluggerät kann aus der angedockten Position nach Einschalten der Antriebsmotoren sofort starten. Die Basis 20 ist zur Steuerung des Fluggerätes 2 insbesondere für den Anflug mit einem Transponder 26 ausgestattet, welcher mit dem Transponderempfänger bzw. -sender des Fluggerätes 2 zusammenarbeitet und beispielsweise eine vorherige Identifizierung des Fluggerätes 2 ermöglicht, bevor das Andocken gestattet wird.
Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass anstelle eines Seils 11 und einer Seilwinde 10 ein vollautomatisches Fluggleitsystem verwendet werden könnte, welches mithilfe der Impulssender 14 und einer sehr genauen GPS-Steuerung oder eines sehr genauen Fluggleitsystems ein direktes, unmittelbares Anfliegen der Lade- oder Batteriewechselstation 1 ermöglicht.
2 zeigt in einer Seitenansicht und einer teilweise durchbrochenen Seitenansicht den Andockkonus 3 des Fluggerätes 2. Aus der Seitenansicht des Andockkonus 3 ist zunächst die Multifunktionsplattform 8 erkennbar, welche kreisrund ausgeführt ist. Die Multifunktionsplattform 8 ruht hierbei auf dem Andockkonus 3. Unterhalb der Multifunktionsplattform 8 befinden sich die optischen Sensoren 5, und zwar umlaufend um den Andockkonus 3, wobei jeweils drei Sensoren 5 übereinander in einer unterschiedlichen Neigung zur Horizontalen angeordnet sind. Ein Batterieschacht 6 dient zur Aufnahme der Batterien 7, wobei über Gleitkontaktflächen 15 die Spannung der Batterie 7 abgegriffen wird. Durch die Gleitkontaktflächen 15 besteht hierbei die Möglichkeit, die Batterie 7 aus dem Batterieschacht 6 herauszuschieben und gleichzeitig eine neue Batterie 7 einzuschieben, sodass die Spannungsversorgung dauerhaft gewährleistet ist und nicht unterbrochen wird. An dem unteren Bereich des Andockkonus 3 sind ebenfalls Sensoren 19 vorgesehen, und zwar zum Aktivieren der Andockhilfe. Weiterhin befinden sich außen am Andockkonus 3 Gleitkontaktringe 17, 18, um im Bedarfsfall eine Spannungsversorgung über die Lade- oder Batteriewechselstation 1 vorzunehmen. Darüber hinaus befindet sich im unteren Konusbereich eine Verzahnung 16 zur Drehpositionierung. Mithilfe der Verzahnung 16 und eines Antriebsmotors der Lade- oder Batteriewechselstation 1 kann das Fluggerät 2 in eine Drehlage gebracht werden, die ein Auswechseln der Batterie 7 ermöglicht. Die äußere Form des Andockkonus 3 ist hierbei so konstruiert, dass ein Verkanten beim Aufsetzen auf die Lade- und Batteriewechselstation 1 verhindert wird.
Aus der teilweise gebrochenen Seitenansicht des Andockkonus 3 ist im Weiteren der innere Aufbau zu erkennen. Im unteren Bereich des Andockkonus 3 befindet sich die Seilwinde 10 mit aufgewickeltem Seil 11, wobei an dem freien Seilende ein magnetisierbares Material 12 befestigt ist. Durch Abwickeln des Seils 11 mithilfe eines Antriebsmotors 30 kann das Seil 11 herabgelassen werden. Nachdem dieses mithilfe des Elektromagneten 13 durch die Lade- oder Batteriewechselstation 1 fixiert wurde und das Seil 11 aufgewickelt wird, kann das Fluggerät 2 mit seinem Andockkonus 3 zielsicher in die Lade- oder Batteriewechselstation 1, und zwar in die vorhandene konische Vertiefung 4 aufgesetzt werden. Der Antriebsmotor 30 sowie die Seilwinde 10 sind hierbei über eine Befestigungsplatte 31 und Federn 32 mit einer weiteren Montageplatte 33 federnd verbunden. Im unteren Bereich des Andockkonus 3 sind ferner Drehpositionssensoren 34 vorgesehen, welche eine Drehrichtungsposition in der Lade- oder Batteriewechselstation 1 erfassen können, wenn das Fluggerät 2 innerhalb der Lade- oder Batteriewechselstation 1 mithilfe der Verzahnung 16 gedreht wird, um somit die exakte Position zur Zuführung der Batterien 7 zu ermitteln. Im Batterieschacht 6 sind Führungsschienen 35 angeordnet, sowie Arretierungsräder 36, um die Batterie in einer festen Position zu fixieren. Über Gleitkontaktschienen 37 wird die Spannung von der Batterie abgegriffen. Im oberen Bereich des Andockkonus 3 befindet sich eine weitere Montageebene 38, die zur Lagerung einer Montageplatte 39 dient. Die Montageplatte 39 ist über Federn 40 einerseits abgestützt und kann über Servos 41 gegenüber der Horizontalen geneigt werden. Auf der Montageplatte 39 befindet sich die Gyroskop-Steuerung 42, welche die Kontrolle über das Fluggerät 2 während des Fluges besitzt. Mithilfe der Servos 41 kann die Montageplatte 39 aus der horizontalen Position ausgelenkt werden, sodass die Gyroskop-Steuerung 42 zu einer Kurskorrektur gezwungen wird. Durch leichtes Anheben der Montageplatte 39 mit entsprechender Gegensteuerung durch die Gyroskop-Steuerung 42 entsteht ein seitlicher Drift des Fluggerätes 2, welcher zum Anfliegen der Lade- oder Batteriewechselstation 1 ausgenutzt wird.
3 zeigt in mehreren Ansichten eine Batterie 7, die bei den gattungsgemäßen Fluggeräten 2 zum Einsatz kommen kann. Die Batterie 7 ist quaderförmig ausgebildet und besitzt auf einer Seite zwei Abschrägungen 43, 44, die der besseren Zuführung in den Batterieschacht 6 des Andockkonus 3 dienen. Oberhalb der Batterie 7 befinden sich zwei Kontaktstreifen 45, 46, die zum Spannungsabgriff dienen. Um ein falsches Einschieben in den Schacht und einen Kurzschluss zu verhindern, sind die Kontaktstreifen 45, 46 unterschiedlich breit und durch parallele Kunststofferhebungen 45 geschützt. Auf der Unterseite der Batterie 7 befinden sich Aussparungen 48, die für die Arretierungsrädern 36 vorgesehen sind, und Kontakte 49 zur Ladekontrolle.
4 zeigt in einer Draufsicht die Montageplatte 39 für die Gyroskop-Steuerung 42. Die Montageplatte 39 ist rund ausgebildet und über die Federn 40 auf einer Montageebene 38 festgelegt. Die Federn 40 befinden sich nahe des Zentrums der Montageplatte 39, während im Peripheriebereich die Servos 41, und zwar beispielsweise acht Stück, angeordnet sind. Für die Auslenkung der Montageplatte sind zumindest drei Servos 41 notwendig, wobei die Anzahl der Servos 41 beliebig erhöht werden kann. Jeder Servo 41 kann wahlweise mit Spannung beaufschlagt werden, sodass ein Steuerhebel 50 angehoben wird. Der Steuerhebel 50 führt dazu, dass die Montageplatte 39 aus der Horizontalen ausgelenkt wird und infolgedessen die Gyroskop-Steuerung 42 mithilfe der Antriebsmotoren die ursprüngliche horizontale Lage anstrebt. Hierdurch wird ein seitlicher Drift des Fluggerätes 2 erzeugt, welcher zum genauen Positionieren oberhalb der Lade- oder Batteriewechselstation 1 genutzt wird. Durch die beispielsweise acht Servos 41 kann das Fluggerät 2 hierbei in jede gewünschte Richtung gelenkt werden. Um die Servos 41 anzusteuern, dient eine weitere Steuereinheit 49, die mit den optischen Sensoren 5 zusammenarbeitet, und einerseits die Steuersignale der Lade- oder Batteriewechselstation 1 empfängt und auswertet und darüber hinaus mit dem oberen optischen Sensor 5 eine Kollision mit weiteren Fluggeräten oder feststehenden Objekten verhindert. Der obere optische Sensor 5 dient ausschließlich zur Kollisionsüberwachung, während die beiden unteren optischen Sensoren die Signale der Lade- oder Batteriewechselstation 1 auffangen, um über die Steuereinheit 49 das Fluggerät 2 oberhalb der Lade- oder Batteriewechselstation 1 zu positionieren.
Der Anflug an die der Lade- oder Batteriewechselstation 1 stellt sich wie folgt dar. Das Fluggerät erreicht mithilfe der GPS-Steuerung 24 die ungefähre Position der Lade- oder Batteriewechselstation 1, mit einer typischen Abweichung gegenüber den zugrundeliegenden Koordinaten von ca. 1 bis 5 Metern. Ab einer Entfernung von ca. 5 bis 10 Metern empfängt die Lade- oder Batteriewechselstation 1 das Transpondersignal des Fluggerätes und aktiviert die optischen Signalgeber, die kreisförmig um die Lade- oder Batteriewechselstation 1 angeordnet sind. Durch den Empfang der optischen Signale an den Sensoren wird die GPS-Steuerung 24 in der Steuerelektronik des Fluggerätes deaktiviert, somit lässt sich das Fluggerät 2 in seiner Schwebeposition auf der x- und y-Achse bewegen, ohne dass die Steuerelektronik versucht, dem entgegenzuwirken. Die Höhe wird hierbei barometrisch oder mittels Sonarsensoren bestimmt und korrigiert. Eine Trimmeinheit, bestehend aus der Gyroskop-Steuerung 42 und den Servos 41, hebt die parallele Position der Montageplatte 39 zur Horizontalen auf, die unter dem Einfluss der optischen Sensoren 5 kontrolliert wird. Die kreisförmig angeordneten Servos 41 heben und senken die federnd befestigte Montageplatte 39, um in der auf ihr befestigten Gyroskop-Steuerung 42 gezielt eine Gegenreaktion auszulösen. Wird die Seite der Montageplatte 39 aus der Richtung, aus der das optische Signal erfasst wird, durch die Servos 41 um einen bestimmten Winkel angehoben, wird dies durch die Gyroskop-Steuerung 42 erfasst und so die Lage des Fluggerätes 2 um den gleichen Winkel entgegengesetzt ausgeglichen, wodurch sich das Fluggerät 2 tatsächlich neigt, und zwar in die Richtung, aus der die optischen Signale eintreffen. Dadurch, dass sich durch die erreichte Schieflage die Auftriebsverhältnisse ändern, entsteht ein Drift, der über das Zentrum der Lade- oder Batteriewechselstation 1 verläuft. Da die optischen Sensoren 5 ebenfalls kreisförmig um den Konus angeordnet sind, entsteht aus jeder Richtung eine gezielte Annäherung an den Mittelpunkt der Lade- oder Batteriewechselstation 1. Nach der Detektion der optischen Signale aus dem Zentrum der Lade- oder Batteriewechselstation 1 heraus wird das Seil 11 mit dem am Ende befestigten Eisenkern der Andockhilfe herabgelassen und durch die Gleitfläche der konischen Vertiefung 4 der Lade- und Batteriewechselstation 1 zur Mitte geleitet und durch einen Elektromagneten 13 im unteren Teil der konusförmigen Vertiefung 4 fixiert. Der Andockkonus 3 wird durch das Aufwickeln des Seils 11 in die Vertiefung 4 gezogen und durch die federnde Aufhängung der Andockhilfe auf Spannung gehalten. Durch eine axiale Drehung über die Verzahnung 16 wird die Öffnung des Batterieschachtes 6 in Flucht mit der Einschubvorrichtung 25 der Lade- oder Batteriewechselstation 1 gebracht. Eine neue Batterie 7 wird nun in den Batterieschacht 6 des Andockkonus 3 gedrückt und dadurch die verbrauchte Batterie 7 in die Ladevorrichtung 23 durchgeschoben. In der Ladevorrichtung 23 befinden sich aufeinanderfolgende Ladeeinheiten, in denen die Batterien 7 bei jedem Tauschvorgang zur nächsten Ladeeinheit kreisförmig weitertransportiert werden, bis sie im geladenen Zustand wieder zur Verwendung stehen. Die Gleitkontakte im Andockkonus 3 sind in einer geschwungenen Form konstruiert, sodass eine Spannungsunterbrechung durch den Wechselvorgang verhindert wird. Die Gleitkontaktringe 17, 18 an den äußeren Rändern des Andockkonus 3 dienen der zusätzlichen Aufrechterhaltung der Spannungsversorgung durch die Lade- oder Batteriewechselstation 1. Nachdem die Batterie 7 gewechselt wurde, wird der Elektromagnet 13 ausgeschaltet, das GPS-Signal wieder aktiviert und die Andockhilfe freigegeben. Bei der Verwendung der Lade- oder Batteriewechselstation 1 mit Netzstrom geschieht dies durch Abschalten des Elektromagneten und bei einer mobilen, mit Batterie oder Solarstrom betriebenen Station durch Verschieben beispielsweise eines Permanentmagneten.
Wenn der Batterieaustausch erfolgt ist und die Trimmeinheit wieder deaktiviert wurde, wird die Steuerung der Servos 41 durch die horizontalen optischen Sensoren 5 so geschaltet, dass beim Erfassen eines optischen Signals durch Reflexion aus der Umgebung oder durch ein entgegenkommendes Fluggerät 2 eine gegenteilige Reaktion ausgelöst wird, und zwar vom optischen Signal weg, um somit eine Abwendung einer drohenden Kollision entgegen zu wirken.
Bezugszeichenliste

1: Lade- oder Batteriewechselstation
2: Fluggerät
3: Andockkonus
4: Vertiefung
5: Sensor
6: Batterieschacht
7: Batterie
8: Multifunktionsplattform
9: Ausleger
10: Seilwinde
11: Seil
12: magnetisierbares Material
13: Elektromagnet
14: Impulssender
15: Gleitkontaktflächen
16: Verzahnung
17: Gleitkontaktring
18: Gleitkontaktring
19: Sensor
20: Basis
21: Gleitfläche
22: Erhöhung
23: Ladevorrichtung
24: GPS-Steuerung
25: Einschubvorrichtung
26: Transponder
30: Antriebsmotor
31: Befestigungsplatte
32: Feder
33: Montageplatte
34: Drehpositionssensor
35: Führungsschiene
36: Arretierungsrad
37: Gleitkontaktschiene
38: Montageebene
39: Montageplatte
40: Feder
41: Servo
42: Gyroskop-Steuerung
43: Abschrägung
44: Abschrägung
45: Kontaktstreifen
46: Kontaktstreifen
47: Kunststofferhebung
48: Aussparung
49: Steuereinheit
50: Steuerhebel

Claims

Verfahren zur Überwindung von Entfernungen außerhalb der Reichweite von batteriebetriebenen Fluggeräten (2), gekennzeichnet durch den Einsatz von Lade- oder Batteriewechselstationen (1) entlang der Flugroute, welche von den Fluggeräten (2) angeflogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Netz von Lade- oder Batteriewechselstationen (1) entlang von Hauptflugrouten verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade- oder Batteriewechselstation (1) mithilfe von GPS-Steuerung (24) angeflogen werden und über ein Flugleitsystem das Fluggerät (2) auf die Lade- oder Batteriewechselstation (1) abgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade- oder Batteriewechselstation (1) ein Transpondersignal aussendet, welches die GPS-Steuerung (24) des Fluggerätes (2) ausschaltet und das Fluggerät (2) durch ein Flugleitsystem an die Lade- oder Batteriewechselstation (1) herangeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein vollautomatisches Wechseln der aufladbaren Batterien (7) während laufender Spannungsversorgung erfolgt und die ausgetauschten Batterien (7) von der Lade- oder Batteriewechselstation (1) danach aufgeladen werden, oder dass die Batterien (7) von der Lade- oder Batteriewechselstation (1) im Fluggerät (2) aufgeladen werden.
Verfahren zur Steuerung von Fluggeräten (2) mit einer Gyroscop-Steuerung (42), gekennzeichnet durch die Anordnung der Gyroscop-Steuerung (42) auf einem mechanisch bewegbaren Montagekörper, welcher durch Steuerungsmittel aus der ursprünglichen Lageposition ausgelenkt wird.
Lade- oder Batteriewechselstation (1) für batteriebetriebene Fluggeräte (2), insbesondere Flugdrohnen, mit einer begrenzten Flugzeit und Reichweite, umfassend zumindest eine Andockstation und eine Ladestation, dadurch gekennzeichnet, dass die Andockstation zum Aufsetzen der Fluggeräte (2) vorgesehen ist und entweder aufgeladene Batterien (7) zum Austausch bereit stehen oder eine Aufladung der Batterie (7) der jeweiligen Fluggeräte (2) erfolgt, um den Weiterflug des Fluggerätes (2) zu gewährleisten.
Lade- oder Batteriewechselstation (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade- oder Batteriewechselstation (1) mit einem Flugleitsystem ausgestattet ist, und/oder dass die Lade- oder Batteriewechselstation (1) ein Transpondersignal aussendet, welches die GPS-Steuerung (24) des Fluggerätes (2) deaktiviert und ein Flugleitsystem für das Fluggerät (2) aktiviert.
Lade- oder Batteriewechselstation (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade- oder Batteriewechselstation (1) mehrere Batterien (7) vorhält, welche durch einen Schiebemechanismus die vorhandene Batterie (7) des Fluggerätes (2) durch eine aufgeladene Batterie (7) unter Aufrechterhaltung der Versorgungsspannung austauscht.
Lade- oder Batteriewechselstation (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade- oder Batteriewechselstation (1) und das Fluggerät (2) zwei korrespondierende Kontaktflächen aufweist, die eine Spannungsversorgung des Fluggerätes (2) während des Batterieaustausches gewährleistet, oder dass durch Schleifkontakte der Batterien (7) und des Fluggerätes (2) beim Austausch der Batterien (7) die Spannungsversorgung aufrechterhalten wird.
Lade- oder Batteriewechselstation (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade- oder Batteriewechselstation (1) und das Fluggerät (2) im Bereich der konusförmigen Vertiefung beziehungsweise des Konus mit zwei umlaufenden Kontaktringen für die Beaufschlagung mit einer Versorgungspannung ausgestattet ist, und/oder dass die Lade- oder Batteriewechselstation (1) mit einem umlaufenden optischen Impulssender (14) und einen Transponderempfänger und -sender ausgerüstet ist.
Lade- oder Batteriewechselstation (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (2) mit einem Andockkonus (3) ausgestattet ist, welcher in eine konusförmige Vertiefung der Lade- oder Batteriewechselstation (1) aufnehmbar ist.
Lade- oder Batteriewechselstation (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (2) mit einer Seilwinde (10) und einem Seil (11) ausgestattet ist, welches am freien Ende ein magnetisierbares Material (12) aufweist und die konusförmige Vertiefung einen Auffangtrichter mit Gleitfläche und eine Konusaufnahme mit einem Elektromagneten (13) aufweist, sodass der Elektromagnet (13) das am Seilende befindliche magnetisierbare Material (12) des Fluggerätes (2) zumindest zeitweise fixiert, um das Fluggerät (2) mithilfe der Seilwinde (10) in die konusförmige Vertiefung herunter zu ziehen, oder dass das Fluggerät (2) ein beschwertes herabhängendes Seil (11) oder eine Antenne aufweist und die Lade- oder Batteriewechselstation (1) mit zumindest einer gabelförmigen Auffangvorrichtung ausgestattet ist, sodass das Fluggerät (2) in die konusförmige Vertiefung herabziehbar ist.
Lade- oder Batteriewechselstation (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Andockstation (3) mit einer Einschubvorrichtung (25) und einer Umlaufladevorrichtung ausgestattet ist, und/oder dass das Fluggerät (2) eine Multifunktionsplattform (8) oberhalb der Mittellinie und mehrere Ausleger (9) aufweist, deren Winkel elektrisch verstellbar sind, um beim Flug eine bessere Aerodynamik zu erzielen und beim Andocken ein Verkanten des Andockkonus (3) zu verhindern, und/oder dass das Fluggerät (2) mit einem Barometer- oder Sonarsensor zur Höhenbestimmung ausgestattet ist und/oder mehrere optische Sensoren (5) aufweist, welche über den Umfang des Andockkonus (3) verteilt angeordnet sind.
Lade- oder Batteriewechselstation (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gyroskop-Steuerung (42) des Fluggerätes (2) auf einer Montageplatte (39) angeordnet ist, die mithilfe von mehreren Servos (41) in eine zur Horizontalen geneigten Achse verlagerbar ist.