DE102017212842B3

DE102017212842B3 - Vorrichtung zur Versorgung eines unbemannten Luftfahrzeugs mit elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102017212842B3
Application number: DE102017212842.9A
Authority: DE
Inventors: Abdolnasser Hamid
Original assignee: Matracom E K; Matracom EK
Current assignee: Matracom E K; Matracom EK
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2037-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Versorgung eines unbemannten Luftfahrzeugs (2) mit elektrischer Energie, mit einer Stromleitung (3) und mit zumindest einer Stromabnehmereinheit (4), wobei die Stromabnehmereinheit (4) entlang der Stromleitung (3) verschiebbar ist, und wobei die Stromabnehmereinheit (4) elektrisch mit der Stromleitung (3) verbunden/verbindbar ist, und durch wenigstens ein Verbindungselement (5) mit dem Luftfahrzeug (2) verbunden/verbindbar ist, um von dem Luftfahrzeug (2) mitgezogen zu werden. Es ist vorgesehen, dass die Stromleitung (3) eine Stromschiene (9) ist, und dass das Verbindungselement (5) an einer Unterseite (7) des Luftfahrzeugs (2) befestigt oder befestigbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Versorgung eines unbemannten Luftfahrzeugs mit elektrischer Energie, mit einer Stromleitung und mit zumindest einer Stromabnehmereinheit, wobei die Stromabnehmereinheit entlang der Stromleitung verschiebbar ist, und wobei die Stromabnehmereinheit elektrisch mit der Stromleitung verbunden/verbindbar ist, und durch wenigstens ein Verbindungselement mit dem Luftfahrzeug verbunden/verbindbar ist, um von dem Luftfahrzeug mitgezogen zu werden.
Ferner betrifft die Erfindung ein Luftfahrzeugsystem.
Vorrichtungen zur Versorgung eines unbemannten Luftfahrzeugs mit elektrischer Energie sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2016 100 060 U1 ein unbemanntes Luftfahrzeug, welches durch ein Verbindungselement mit einer entlang eines Trägerseils verfahrbar angeordneten Sicherungsvorrichtung verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Trägerseil zumindest einen elektrischen Kontakt aufweist, an dem die Sicherungsvorrichtung eine elektrische Energie abgreifen kann, um somit das Luftfahrzeug mittels des Verbindungselements mit elektrischer Energie zu versorgen. Darüber hinaus beschreibt auch die Druckschrift DE 247 685 A eine Vorrichtung zur Versorgung eines unbemannten Luftfahrzeugs mit elektrischer Energie.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Versorgung eines unbemannten Luftfahrzeugs mit elektrischer Energie zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Stromleitung eine Stromschiene ist, und dass das Verbindungselement an einer Unterseite des Luftfahrzeugs befestigt oder befestigbar ist. Der Vorteil hierbei ist, dass mittels der Stromschiene auf einfache Art und Weise eine insbesondere beliebig lange Fahrbahn für die Stromabnehmereinheit ausbildbar ist. Dadurch ist insbesondere eine Ausbildung einer Transportstrecke möglich, entlang welcher das Luftfahrzeug mit elektrischer Energie versorgbar ist und Lasten oder Gegenstände transportieren kann, ohne dabei einen eigenen Energiespeicher aufweisen zu müssen. Dabei gewährleistet die Stromschiene, dass die Stromabnehmereinheit auf einer stabilen und belastbaren Fahrfläche anordenbar und verschiebbar ist. Dabei bedeutet „stabil und belastbar“, dass die Stromschiene, insbesondere das Material der Stromschiene, eine derart hohe mechanische Festigkeit aufweist, dass sich die Stromschiene oder die Fahrfläche insbesondere unter Einfluss einer Gewichtskraft der Stromabnehmereinheit nicht durchbiegt oder wölbt. Dies gewährleistet, dass die Stromschiene unabhängig von einer Spannkraft stets planar oder eben ist, so dass die Stromabnehmereinheit mit geringem Kraftaufwand entlang der Stromschiene verschiebbar ist. Das Material der Stromschiene ist vorzugsweise ein elektrisch nicht-leitendes Material. Alternativ ist das Material der Stromschiene ein Metall, insbesondere Aluminium oder Stahl. Das Verbindungselement ist bevorzugt ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement, welches vorzugsweise starr, insbesondere gleichmäßig oder stufenweise in seiner Länge teleskopierbar, ausgebildet ist. Das Verbindungselement weist vorzugsweise eine elektrisch isolierende Umhüllung oder Ummantelung auf. Indem das Verbindungselement an der Unterseite des Luftfahrzeugs an diesem befestigt oder befestigbar ist, ergibt sich der Vorteil, dass sich das Luftfahrzeug problemlos oberhalb der Stromabnehmereinheit bewegen kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement ein flexibles Verbindungselement ist. Der Vorteil ist, dass das Luftfahrzeug durch das flexible Verbindungselement frei, insbesondere in x-, y- und z-Richtung, manövrierbar ist. Vorzugsweise ist eine Länge des flexiblen Verbindungselements variabel einstellbar. Dazu weisen die Stromabnehmereinheit und/oder das Luftfahrzeug ein Aufnahmeelement auf, in welchem das flexible Verbindungselement insbesondere aufwickel- oder aufrollbar angeordnet ist. Das flexible Verbindungselement ist bevorzugt ein Draht oder ein Kabel.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stromschiene einen ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstreifen aufweist, der sich insbesondere zumindest im Wesentlichen entlang der gesamten Stromschiene erstreckt. Der Vorteil hierbei ist, dass an zumindest im Wesentlichen jeder Stelle entlang der Stromschiene elektrische Energie auf die Stromabnehmereinheit übertragbar ist. Dies gewährleistet eine konstante Versorgung der Stromabnehmereinheit und des Luftfahrzeugs mit elektrischer Energie und damit einen zuverlässigen Flugbetrieb des Luftfahrzeugs. Der Kontaktstreifen weist bevorzugt ein elektrisch leifähiges Material, beispielsweise Kupfer, auf. Vorzugsweise ist zwischen dem ersten Kontaktstreifen und der insbesondere aus Metall gefertigten Stromschiene ein elektrisch isolierendes Material angeordnet. Das elektrisch isolierende Material ist bevorzugt ein elektrisch isolierendes Fügeelement, beispielsweise eine Klebefolie, durch die der Kontaktstreifen stoffschlüssig an der Stromschiene befestigt oder befestigbar ist. Vorzugsweise ist der Kontaktstreifen mit einer Energieversorgungseinheit, beispielsweise einem Generator, zur Versorgung mit elektrischer Energie verbunden. Bevorzugt steht die Stromabnehmereinheit mit dem Kontaktstreifen in elektrischem Berührungskontakt, beispielsweise mittels eines elektrischen Schleifkontakts. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Stromschiene eine Masse- oder Erdverbindung aufweist. Dies gewährleistet, dass sich zwischen erstem Kontaktstreifen und Stromabnehmereinheit sowie zwischen Stromabnehmereinheit und Stromschiene ein geschlossener Stromkreis ausbildet oder ausbilden kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Stromschiene mehrere erste elektrisch leitfähige Kontaktstreifen aufweist, die in Längserstreckung der Stromschiene hintereinanderliegend und beabstandet voneinander angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer sicheren Versorgung der Stromabnehmereinheit oder des Luftfahrzeugs mit elektrischer Energie auch bei einem Ausfall oder einer Beschädigung einer der mehreren Kontaktstreifen. Insbesondere ist dazu vorgesehen, dass jeder der mehreren Kontaktstreifen jeweils mit der Energieversorgungseinheit elektrisch verbunden ist. Dies gewährleistet, dass bei einem Ausfall oder einer Beschädigung eines der mehreren Kontaktstreifen die anderen Kontaktstreifen weiterhin funktionsfähig bleiben. Bevorzugt weist die Stromabnehmereinheit einen insbesondere aufladbaren Energiespeichereinheit, beispielsweise einen Akkumulator, auf, so dass das Luftfahrzeug auch dann mit elektrischer Energie versorgbar ist, wenn die Stromabnehmereinheit nicht in elektrischem Berührungskontakt mit dem Kontaktstreifen steht. Bevorzugt lädt sich die Energiespeichereinheit dann mit elektrischer Energie auf, wenn die Stromabnehmereinheit mit dem elektrisch leitfähigen Kontaktstreifen in Berührungskontakt steht.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass zu dem jeweiligen ersten Kontaktstreifen ein zweiter Kontaktstreifen parallel verläuft. Der Vorteil hierbei ist, dass die elektrische Energie an zwei Stellen auf die Stromabnehmereinheit übertragbar ist. Bevorzugt ist der erste Kontaktstreifen als Pluspol-Kontakt und der zweite Kontaktstreifen als Minuspol-Kontakt ausgebildet oder umgekehrt. Dies gewährleistet, dass sich zwischen erstem Kontaktstreifen und Stromabnehmereinheit sowie zwischen Stromabnehmereinheit und zweitem Kontaktstreifen ein geschlossener Stromkreis ausbildet oder ausbilden kann. Vorzugsweise ist auch zwischen dem zweiten Kontaktstreifen und der insbesondere aus Metall gefertigten Stromschiene ein elektrisch isolierendes Material angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stromabnehmereinheit dazu ausgebildet ist, die Stromschiene verliersicher zu umgreifen. Der Vorteil hierbei ist, dass die Stromabnehmereinheit durch das verliersichere Umgreifen stabil und sicher auf der Stromschiene gehalten ist. Ein Lösen der Stromabnehmereinheit von der Stromschiene, beispielsweise aufgrund eines Wirkens von Zugkräften auf die Stromabnehmereinheit insbesondere quer zu der Längserstreckung der Stromschiene, wird dadurch verhindert. Dies gewährleistet eine zuverlässige Versorgung der Stromabnehmereinheit oder des Luftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Bevorzugt umgreift die Stromabnehmereinheit die Stromschiene vollständig oder zumindest bereichsweise vollständig.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stromschiene eine von einer Kreisform abweichende Querschnittsform aufweist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Stromabnehmereinheit besonders stabil auf der Stromschiene haltbar ist. Insbesondere verhindert die von der Kreisform abweichende Querschnittsform der Stromschiene, dass bei einem verliersicheren Umgreifen der Stromschiene durch die Stromabnehmereinheit diese um die Stromschiene herum rotierbar ist. Dies gewährleistet eine feste oder unveränderliche Ausrichtung der Stromabnehmereinheit relativ zu der Stromschiene. Bevorzugt weist die Stromabnehmereinheit eine Querschnittsform auf, welche der Querschnittsform der Stromschiene zumindest im Wesentlichen entspricht. Eine von einer Kreisform abweichende Querschnittsform ist beispielsweise eine ovale Querschnittsform. Weist die Stromschiene eine ovale Querschnittsform auf, so ist die Querschnittsform insbesondere einer die Stromschiene umgreifenden Innenaufnahme der Stromabnehmereinheit bevorzugt ebenfalls oval ausgebildet, um die Stromschiene insbesondere umfangsseitig zu umgreifen. Alternativ oder zusätzlich weist die Stromabnehmereinheit ein separates oder einstückig mit der Stromabnehmereinheit ausgebildetes Halteelement mit einer der Querschnittsform der Stromschiene entsprechenden Querschnittsform, beispielsweise einer ovalen Ringhülse, auf, welches die Stromschiene verliersicher umgreift.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stromschiene eine rechteckige, I-, L- oder T-förmige Querschnittsform aufweist. Der Vorteil hierbei ist, dass die Stromschiene eine Querschnittsform aufweist, welche von der Stromabnehmereinheit und/oder einem Halteelement auf einfache Art und Weise umgreifbar ist. Zudem wird damit vermieden, dass die Stromabnehmereinheit relativ zu der Stromschiene rotierbar ist. Weiterhin ist von Vorteil, dass mittels der I-, L- oder T-förmigen Querschnittsform die Stromabnehmereinheit auf einer insbesondere ebenen Fahrfläche anordenbar ist, was eine einfache Verschiebbarkeit der Stromabnehmereinheit gewährleistet.
Vorzugsweise weist die Stromabnehmereinheit zumindest eine Rolle auf, die in Längserstreckung der Stromschiene auf der Stromschiene, insbesondere auf dem Kontaktstreifen, rollbar ist. Der Vorteil hierbei ist, dass die Stromabnehmereinheit besonders einfach und mit geringem Kraftaufwand entlang der Stromschiene, insbesondere auf dem Kontaktstreifen, verschiebbar ist. Eine Ausbildung einer mechanischen Reibung, insbesondere eines Reibungswiderstandes, bei einer Verschiebung der Stromabnehmereinheit ist dadurch minimierbar. Vorzugsweise weist die Stromabnehmereinheit zumindest ein Lager, beispielsweise ein Kugellager, auf, durch welches die zumindest eine Rolle geführt ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Rolle elektrisch leitfähig ist oder zumindest ein elektrisch leitfähiges Element zur elektrischen Kontaktierung des ersten oder zweiten Kontaktstreifens aufweist. Der Vorteil hierbei ist, dass das Mittel zur Fortbewegung, also die Rolle, gleichzeitig das Mittel zur Versorgung der Stromabnehmereinheit mit elektrischer Energie ist. Dies ermöglicht einen besonders kompakten und gewichtssparenden Aufbau der Stromabnehmereinheit. Die Rolle ist vorzugsweise eine Kunststoffrolle, welche mit einem elektrisch leitfähigen Material oder Element, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, insbesondere vollständig beschichtet ist. Alternativ ist die Rolle vollständig aus dem elektrisch leitfähigen Material gefertigt. Bevorzugt ist die Rolle zur Kontaktierung des ersten oder zweiten Kontaktstreifens als Seilrolle ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stromabnehmereinheit zumindest zwei Rollen aufweist, die in Längserstreckung der Stromschiene auf der Stromschiene, insbesondere auf dem oder den Kontaktstreifen, rollbar sind. Der Vorteil hierbei ist, dass durch die zumindest zwei Rollen ein elektrischer Berührungskontakt mit zwei Kontaktstreifen gleichzeitig herstellbar ist. Dies verbessert die Übertragung von elektrischer Energie von der Stromschiene auf die Stromabnehmereinheit und damit zu dem Luftfahrzeug. Zudem gewährleisten die zumindest zwei Rollen eine verbesserte Stabilität und damit eine verbesserte Verschiebbarkeit der Stromabnehmereinheit entlang der Stromschiene. Bevorzugt sind die zumindest zwei Rollen diametral zueinander auf gegenüberliegenden Seiten der Stromschiene angeordnet. Alternativ sind die zumindest zwei Rollen nebeneinander, insbesondere symmetrisch in Bezug auf eine Symmetrieachse der Stromschiene, angeordnet.
Erfindungsgemäß weist die Stromschiene im Querschnitt eine Oberseite, eine Unterseite und eine erste und eine zweite Seitenfläche auf, wobei die Oberseite und die Unterseite insbesondere im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander ausgerichtet sind, und wobei die erste und die zweite Seitenfläche parallel und beabstandet zueinander angeordnet sind, und wobei die Stromabnehmereinheit zumindest vier Rollen aufweist, die in Längserstreckung der Stromschiene auf der Stromschiene rollbar sind, wobei eine der vier Rollen der Oberseite, eine andere der vier Rollen auf der Unterseite und jeweils eine weitere der vier Rollen auf den Seitenflächen der Stromschiene rollbar aufliegen, und wobei insbesondere zumindest eine der vier Rollen dem Kontaktstreifen rollbar zugeordnet ist, so dass sie auf diesem abrollt. Der Vorteil hierbei ist, dass jede der Seiten der Stromschiene von zumindest einer Rolle berührt wird, so dass die Stromabnehmereinheit die Stromschiene besonders verliersicher umgreift und mit geringer mechanischer Reibung entlang der Stromschiene verschiebbar ist. Vorzugsweise ist jede der vier Rollen in jeweils einem Lager, insbesondere Kugellager, geführt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stromschiene im Querschnitt eine Oberseite, eine Unterseite und eine erste und eine zweite Seitenfläche aufweist, wobei die Oberseite und die Unterseite insbesondere im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander ausgerichtet sind, und wobei die erste und die zweite Seitenfläche parallel und beabstandet zueinander angeordnet sind, und wobei die Stromabnehmereinheit zumindest sechs Rollen aufweist, die in Längserstreckung der Stromschiene auf der Stromschiene rollbar sind, wobei zumindest zwei der sechs Rollen auf der Oberseite, jeweils zwei andere der sechs Rollen auf der Unterseite und zwei weitere der sechs Rollen auf den Seitenflächen der Stromschiene rollbar aufliegen, und wobei insbesondere zumindest eine der sechs Rollen auf einem oder dem Kontaktstreifen rollbar ist. Es ergeben sich die Vorteile entsprechend dem oben beschriebenen Aufbau mit den zumindest vier Rollen. Weiterhin ergibt sich hierbei jedoch der Vorteil, dass der erste und der zweite Kontaktstreifen auf der Unterseite der Stromschiene anordenbar sind und dass dabei eine der auf der Unterseite angeordneten Rollen auf dem ersten und eine andere der auf der Unterseite angeordneten Rollen auf dem zweiten Kontaktstreifen rollbar aufliegt. Dies gewährleistet, dass die Rollen auf im Wesentlichen von Ablagerungen und/oder Schmutzpartikeln geschützten Kontaktstreifen abrollbar sind. Dies minimiert insbesondere die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses durch aufliegendes Material auf der Stromschiene. Zudem sind die zumindest sechs Rollen symmetrisch zueinander anordenbar, was die Stabilität der Stromabnehmereinheit auf der Stromschiene zusätzlich verbessert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest eine der Rollen, insbesondere mehrere der Rollen, an der Stromabnehmereinheit entgegen der Kraft eines Federelements verlagerbar und durch das Federelement mit einer Vorspannkraft gegen die Stromschiene gedrängt ist/sind. Der Vorteil hierbei ist, dass die Stromabnehmereinheit mittels der zumindest einen Rolle stabil an der Stromschiene gehalten, insbesondere angeklemmt ist. Die Stromabnehmereinheit umgreift die Stromschiene somit mittels der an die Stromschiene gedrängten Rollen verliersicher. Die Verlagerbarkeit der zumindest einen Rolle gewährleistet weiterhin, dass bei Bedarf die zumindest eine Rolle, insbesondere die gesamte Stromabnehmereinheit, von der Stromschiene oder der Fahrfläche entfernbar ist, um beispielsweise ausgetauscht oder repariert zu werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stromschiene und die Stromabnehmereinheit dazu ausgebildet sind, elektrische Energie zwischen der Stromschiene und der Stromabnehmereinheit berührungsfrei, insbesondere induktiv, zu übertragen. Der Vorteil hierbei ist, dass elektrische Energie berührungslos an die Stromabnehmereinheit übertragbar ist. Elektrisch leitfähige Rollen oder Schleifkontakte sind somit zur Energieübertragung zwischen Stromschiene und Stromabnehmereinheit nicht notwendig. Die Stromabnehmereinheit ist dadurch insbesondere mit geringerem Gewicht ausbildbar.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass zur berührungsfreien Übertragung elektrischer Energie die Stromschiene zumindest eine Primärspule und die Stromabnehmereinheit zumindest eine mit der Primärspule gekoppelte/koppelbare Sekundärspule aufweisen. Der Vorteil hierbei ist, dass die berührungslose, insbesondere induktive Übertragung elektrischer Energie zwischen Stromschiene und Stromabnehmereinheit durch dafür besonders geeignete Mittel erfolgt. Die Primärspule ist zur Versorgung mit elektrischer Energie vorzugsweise mit der Energieversorgungseinheit verbunden. Die Primärspule ist beispielsweise in oder auf der Stromschiene angeordnet, vorzugsweise entlang deren gesamten Längserstreckung. Vorzugsweise sind mehrere Primärspulen vorgesehen, welche entlang der Längserstreckung der Stromschiene insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Sekundärspule ist bevorzugt an einem Unterboden der Stromabnehmereinheit angeordnet. Zur Energieübertragung ist vorgesehen, dass die Primärspule ein insbesondere hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches die Sekundärspule durchdringt und in dieser einen elektrischen Strom induziert, welcher vorzugsweise mittels des Verbindungselements an das Luftfahrzeug übertragen wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stromschiene an zumindest einem die Stromschiene über Grund, also beabstandet zum Erdboden, tragenden Tragelement angeordnet/anordenbar ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Stromschiene insbesondere in einer vorgebbaren Höhe über dem Erdboden anordenbar ist. Dies gewährleistet, dass die Transportstrecke im Wesentlichen kein Hindernis in Erdbodennähe darstellt. Ein Tragelement ist beispielsweise ein Mast.
Das Luftfahrzeugsystem mit zumindest einem unbemannten Luftfahrzeug und mit einer Vorrichtung zur Versorgung des unbemannten Luftfahrzeugs mit elektrischer Energie zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung erfindungsgemäß ausgebildet ist. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 eine Vorrichtung zur Versorgung eines unbemannten Luftfahrzeugs mit elektrischer Energie in einer vereinfachten Darstellung,
2 eine vorteilhafte Stromabnehmereinheit in einer Schnittdarstellung und
3 die Stromabnehmereinheit in einer vereinfachten Seitenansicht.

1 zeigt ein Luftfahrzeugsystem 49 mit einem unbemannten Luftfahrzeug 2, beispielsweise einer Drohne, und mit einer Vorrichtung 1 zur Versorgung des unbemannten Luftfahrzeugs 2 mit elektrischer Energie gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die in der 1 gezeigten Proportionen entsprechen dabei nicht den in der Realität bevorzugten Verhältnissen und dienen ausschließlich zur Verbesserung der Anschaulichkeit.
Die Vorrichtung 1 weist eine Stromleitung 3 und zumindest eine Stromabnehmereinheit 4 auf, wobei die Stromabnehmereinheit 4 entlang der Stromleitung 3 in Längsrichtung oder entlang deren Längserstreckung, dargestellt durch Pfeile 5, verschiebbar ist. Die Stromabnehmereinheit 4 ist elektrisch, beispielsweise mittels eines elektrischen Berührungskontakts, etwa einem elektrischen Schleifkontakt, mit der Stromleitung 3 verbunden/verbindbar.
Die Stromabnehmereinheit 4 ist vorliegend durch ein flexibles Verbindungselement 6 mit dem Luftfahrzeug 2 verbunden, um insbesondere in Abhängigkeit einer Flugrichtung des Luftfahrzeugs 2 mitgezogen zu werden. Das Verbindungselement 6 ist beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Verbindungskabel und vorzugsweise an einer Unterseite 7 des Luftfahrzeugs 2 befestigt. Mittels des flexiblen Verbindungselements 6 ist das Luftfahrzeug 2 bevorzugt frei in x-, y- und/oder z-Richtung, dargestellt durch Pfeile 8, manövrierbar.
Die Stromleitung 3 ist vorzugsweise eine zumindest im Wesentlichen starre Stromschiene 9. Die Stromschiene 9 ist bevorzugt aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl, gefertigt. Vorzugsweise ist die Stromschiene 9 aus zumindest zwei einzelnen Stromschienenabschnitten 10, 11 zusammengesetzt. Die Stromschienenabschnitte 10, 11 sind beispielsweise zusammensteckbar oder mittels eines Fügeprozesses, beispielsweise eines Schweißprozesses, zusammenfügbar. Dies gewährleistet, dass auf einfache Art und Weise eine insbesondere beliebig lange Fahrbahn ausbildbar ist, entlang welcher die Stromabnehmereinheit 4 verschiebbar ist und entlang welcher das Luftfahrzeug 2 mit elektrischer Energie versorgbar ist. Vorzugsweise weist die Stromschiene 9 eine Masse- oder Erdverbindung auf.
Die Stromschiene 9 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel an einem ersten die Stromschiene 9 tragenden Tragelement 12 und einem zweiten die Stromschiene 9 tragenden Tragelement 13 angeordnet. Das Tragelement 12, 13 ist beispielsweise ein Mast. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Masse- oder Erdverbindung durch die Tragelemente 12, 13 realisiert ist. Mittels der Tragelemente 12, 13 ist die Stromschiene 9 bevorzugt horizontal, insbesondere ohne Steigung, anordenbar, um eine einfache Verschiebbarkeit der Stromabnehmereinheit 4 zu gewährleisten.
2 zeigt die Vorrichtung 1 in einer Querschnittsdarstellung. Die Stromschiene 9 weist einen ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstreifen 14 und einen parallel zu dem ersten Kontaktstreifen 14 verlaufenden zweiten elektrischen Kontaktstreifen 18 auf. Die elektrisch leitfähige Kontaktstreifen 14, 18 sind bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Kupfer, gebildet. Die Kontaktstreifen 14, 18 erstrecken sich insbesondere zumindest im Wesentlichen entlang der gesamten Stromschiene 9, insbesondere entlang deren gesamten Längserstreckung. Der erste und der zweite Kontaktstreifen 14, 18 sind vorzugsweise mit einer hier nicht dargestellten Energieversorgungseinheit 15, beispielsweise einem Generator, zur Versorgung mit elektrischer Energie verbunden. Der erste Kontaktstreifen 14 ist insbesondere als elektrischer Pluspol und der zweite Kontaktstreifen 18 als elektrischer Minuspol ausgebildet oder umgekehrt. Dies gewährleistet, dass sich zwischen erstem Kontaktstreifen 14 und Stromabnehmereinheit 4 sowie zwischen Stromabnehmereinheit 4 und dem zweiten Kontaktstreifen 18 ein geschlossener Stromkreis ausbildet oder ausbilden kann.
Alternativ weist die Stromschiene 9 lediglich einen ersten Kontaktstreifen 14 auf, wobei dann vorgesehen ist, dass sich zwischen erstem Kontaktstreifen 14 und Stromabnehmereinheit 4 sowie zwischen Stromabnehmereinheit 4 und der vorzugsweise mit Masse verbundenen Stromschiene 9 ein geschlossener Stromkreis ausbildet oder ausbilden kann.
Die Kontaktstreifen 14, 18 sind vorliegend jeweils mittels eines elektrisch isolierenden Fügeelements 16, beispielsweise einer Klebefolie, stoffschlüssig an der Stromschiene 9 befestigt. Vorzugsweise weist die Stromabnehmereinheit 4 eine hier nicht dargestellte Energiespeichereinheit 17 auf, welche durch den elektrischen Berührungskontakt zwischen Stromabnehmereinheit 4 und den Kontaktstreifen 14, 18 mit elektrischer Energie aufladbar ist. Dies gewährleistet, dass die Stromabnehmereinheit 4 mittels der Energiespeichereinheit 17 auch ohne eine kontinuierliche Versorgung mit elektrischer Energie durch die Kontaktstreifen 14, 18 das Luftfahrzeug 2 mit elektrischer Energie versorgen kann.
Die Stromabnehmereinheit 4 ist vorliegend dazu ausgebildet, die Stromschiene 9 verliersicher zu umgreifen. Dies verhindert ein Lösen der Stromabnehmereinheit 4 von der Stromschiene 9 beispielsweise aufgrund eines Wirkens von Zugkräften auf die Stromabnehmereinheit 4 insbesondere in y- und z-Richtung, also quer zu der Längsrichtung der Stromschiene 9. Vorzugsweise weist die Stromschiene 9 dazu eine von einer Kreisform abweichende Querschnittsform, auf. Vorliegend weist die Stromschiene 9 eine T-förmigen Querschnittsform oder einen T-förmigen Querschnitt auf mit einem Steg 19 und einem senkrecht zum Steg 19 angeordneten Flansch 20. Die Stromschiene 9 weist vorliegend eine Oberseite 21, eine Unterseite 22, eine erste Seitenfläche 23 und eine zweite Seitenfläche 24 auf. Die Oberseite 21 und die Unterseite 22 sind im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander ausgerichtet. Die erste Seitenfläche 23 und die zweite Seitenfläche 24 sind parallel und beabstandet zueinander angeordnet.
Vorzugsweise weist die Stromabnehmereinheit 4 zumindest eine Rolle 25 auf, die in Längserstreckung der Stromschiene 9 auf der Stromschiene 9, insbesondere auf dem ersten Kontaktstreifen 14 rollbar ist. Bevorzugt ist die Rolle 25 elektrisch leitfähig oder weist zumindest ein elektrisch leitfähiges Element zur elektrischen Kontaktierung des ersten Kontaktstreifens 14 auf. Die Rolle 25 ist beispielsweise eine Kunststoffrolle, welche mit einem elektrisch leitfähigen Material oder Element, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, insbesondere vollständig beschichtet ist.
Die Stromabnehmereinheit 4 weist vorliegend sechs Rollen 25, 26, 27, 28, 29 und 30 auf. Vorliegend liegen zwei Rollen 27, 28 der sechs Rollen auf der Oberseite 21, zwei andere Rollen 25, 26 der sechs Rollen auf der Unterseite 22 und zwei weitere Rollen 29, 30 der sechs Rollen auf den Seitenflächen 23, 24 der Stromschiene 9, insbesondere des oder Flansches 20 rollbar auf. Dabei liegt die Rolle 25 auf dem ersten Kontaktstreifen 14 und die weitere Rolle 26 auf dem zweiten Kontaktstreifen 18 rollbar auf. Sowohl die Rolle 25 als auch die weitere Rolle 26 sind als Kontaktrolle elektrisch leitfähig oder weisen zumindest ein elektrisch leitfähiges Element auf. Bevorzugt sind die Rollen 25, 27, 29 symmetrisch zu den Rollen 26, 28, 30 angeordnet, wobei eine Symmetrieachse vorzugsweise durch eine Rotationsachse 31 des Steges 19 realisiert ist. Die Rollen 27, 28, 29, 30, welche die Kontaktstreifen 14, 18 nicht berühren, sind vorzugsweise elektrisch nicht leitfähige Kunststoffrollen.
Der erste und der zweite Kontaktstreifen 14, 18 sind vorliegend auf der Unterseite 21 der Stromschiene 9 oder des Flansches 20 angeordnet. Bevorzugt sind die Kontaktstreifen 14,18 jeweils an beliebigen Stellen der Stromschiene 9 anordenbar.
Vorzugsweise sind zumindest die auf den Kontaktstreifen 14, 18 rollbar aufliegenden Rollen 25, 26 als Seilrollen ausgebildet. Die als Seilrolle ausgebildeten Rollen 25,26 weisen bevorzugt im Bereich der auf der Stromschiene 9, insbesondere dem Kontaktstreifen 14,18, rollbar aufliegenden Lauffläche 32, 33 eine konkave Vertiefung 34, 35 auf. Bevorzugt ist die konkave Vertiefung 34 der Rolle 25 dem ersten Kontaktstreifen 14 und die konkave Vertiefung 35 der Rolle 26 dem zweiten Kontaktstreifen 18 zugeordnet.
Vorzugsweise weist die Stromabnehmereinheit 4 zumindest ein Lager 36, beispielsweise ein Kugellager, auf, durch welches die zumindest eine Rolle 25 geführt ist. Vorliegend weist die Stromabnehmereinheit 4 sechs Lager 36, 37, 38, 39, 40 und 41 auf, wobei ein Lager 36-41 jeweils einer Rolle 25-30 zugeordnet ist.
Die Stromabnehmereinheit 4 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein rechteckiges Rahmenprofil 42 oder eine rechteckige Querschnittsform auf, wobei der Rahmen 43 des Rahmenprofils 42 vorzugsweise durch ein Metall, beispielsweise Aluminium oder Eisen, gebildet ist.
Die Stromabnehmereinheit 4, insbesondere das Rahmenprofil 42, weist bevorzugt einen elektrisch positiven Leitungsabschnitt 44, welcher dem ersten Kontaktelement 14 zugeordnet ist, und einen elektrisch negativen Leitungsabschnitt 45, welcher dem zweiten Kontaktelement 18 zugeordnet ist, auf. Weiterhin weist die Stromabnehmereinheit 4 bevorzugt ein Gehäuse 46 auf, welches vorzugsweise einen Mündungsbereich 47 aufweist, in welchen der elektrisch positive Leitungsabschnitt 44 und der elektrisch negative Leitungsabschnitt 45 münden. Der elektrisch positive Leitungsabschnitt 44 und der elektrisch negative Leitungsabschnitt 45 werden in dem Mündungsbereich 47 zusammengeführt, so dass sie in zusammengeführter Form das Verbindungselement 6 bilden. Vorzugsweise weist die Stromabnehmereinheit 4 oder das Gehäuse 46 ein hier nicht dargestelltes Aufnahmeelement auf, in welchem das Verbindungselement 6 insbesondere aufwickel- oder aufrollbar angeordnet/anordenbar ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind mehrere erste Kontaktstreifen 14 und mehrere zweite Kontaktstreifen 18 vorgesehen, die jeweils in Längserstreckung der Stromscheine 9 hintereinanderliegend und beabstandet zueinander angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass jeder einzelne der ersten und/oder zweiten Kontaktstreifen 14, 18 jeweils mit der Energieversorgungseinheit 15 verbunden ist. Dadurch wird gewährleistet, dass beispielsweise bei einer Beschädigung und einem Ausfall eines der ersten Kontaktstreifen 14 ein anderer erster Kontaktstreifen 14 oder die anderen der ersten Kontaktstreifen 14 funktionsfähig bleiben und weiterhin mit elektrischer Energie versorgbar sind.
Zudem ist alternativ vorgesehen, dass die Stromabnehmereinheit 4 vier Rollen 25, 27, 29, 30 aufweist, die in Längserstreckung der Stromschiene 9 auf der Stromschiene 9 rollbar sind. Dabei ist vorgesehen, dass zumindest eine Rolle 25 der vier Rollen auf der Oberseite 21, zumindest eine andere Rolle 27 der vier Rollen auf der Unterseite 22 und zumindest zwei weitere Rollen 29, 30 der vier Rollen auf den Seitenflächen 23, 24 der Stromschiene 9 rollbar aufliegen. Dabei ist vorgesehen, dass insbesondere zumindest eine der vier Rollen 25, 27, 29, 30 auf dem Kontaktstreifen 14,18 rollbar und als Kontaktrolle ausgebildet ist.
3 zeigt die Vorrichtung 1 gemäß 2 in einer vereinfachten Seitenansicht. Es werden hierbei insbesondere die Rollen 25, 27, 29 und der erste Kontaktstreifen 14 dargestellt. Weitere Elemente der Vorrichtung 1, welche bereits in 2 beschrieben wurden, sind mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest eine der Rollen 25-30, insbesondere mehrere der Rollen 25-30, an der Stromabnehmereinheit 4 entgegen der Kraft eines Federelements 48 verlagerbar und durch das Federelement 48 mit einer Vorspannkraft gegen die Stromschiene 9 gedrängt ist/sind. Vorzugsweise ist das Federelement 48 eine Schraubenfeder oder eine Rückstellfeder. Bevorzugt ist das Federelement 48 jeweils einem Lager 36-41 jeweils einer Rolle 25-30 zugeordnet oder in dem Lager 36-41 angeordnet.
Das elektrisch isolierende Fügeelement 16 ist vorzugsweise vollständig oder zumindest bereichsweise entlang der Stromschiene 9 angeordnet.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass mittels des Verbindungselements 5 das Luftfahrzeug 2 zusätzlich zu der Versorgung mit elektrischer Energie mit elektrischen Signalen, insbesondere Daten, versorgbar ist.
Alternativ oder zusätzlich erfolgt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Stromschiene 9 und der Stromabnehmereinheit 4 berührungsfrei, insbesondere induktiv. Dafür ist vorgesehen, dass die Stromschiene 9 eine oder mehrere Primärspulen 50, welche sich vorzugsweise entlang der gesamten Längserstreckung der Stromschiene 9 erstrecken, und die Stromabnehmereinheit 4 zumindest eine, mit der Primärspule gekoppelte/koppelbare Sekundärspule 51 aufweisen, wie in 3 als Option dargestellt. „Koppelbar/gekoppelt“ bedeutet hierbei, dass elektrische Energie berührungslos von der Primärspule 50 auf die Sekundärspule 51 übertragbar ist, beispielsweise basierend auf dem Transformatorprinzip. Die Primärspule 50 wird vorzugsweise durch die Energieversorgungseinheit 15 mit elektrischer Energie versorgt. Die Sekundärspule 51 ist bevorzugt an einem Unterboden, dem Rahmen 43 und/oder dem Gehäuse 46 der Stromabnehmereinheit 4 angeordnet. In diesem Fall wird zweckmäßigerweise auf die Ausbildung einer Rolle als elektrische Kontaktrolle verzichtet.

Claims

Vorrichtung (1) zur Versorgung eines unbemannten Luftfahrzeugs (2) mit elektrischer Energie, mit einer Stromleitung (3) und mit zumindest einer Stromabnehmereinheit (4), wobei die Stromabnehmereinheit (4) entlang der Stromleitung (3) verschiebbar ist, und wobei die Stromabnehmereinheit (4) elektrisch mit der Stromleitung (3) verbunden/verbindbar ist, und durch wenigstens ein Verbindungselement (5) mit dem Luftfahrzeug (2) verbunden/verbindbar ist, um von dem Luftfahrzeug (2) mitgezogen zu werden, wobei die Stromleitung (3) eine Stromschiene (9) ist, und wobei das Verbindungselement (5) an einer Unterseite (7) des Luftfahrzeugs (2) befestigt oder befestigbar ist, und wobei die Stromschiene (9) im Querschnitt eine Oberseite (21), eine Unterseite (22) und eine erste und eine zweite Seitenfläche (23,24) aufweist, wobei die Oberseite (21) und die Unterseite (22) insbesondere im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander ausgerichtet sind, und wobei die erste und die zweite Seitenfläche (22,23) parallel und beabstandet zueinander angeordnet sind, und wobei die Stromabnehmereinheit (4) zumindest vier Rollen (25,27,29,30) aufweist, die in Längserstreckung der Stromschiene (9) auf der Stromschiene (9) rollbar sind, wobei eine der vier Rollen (25,27,29,30) auf der Oberseite (21) und eine andere der vier Rollen (25,27,29,30) auf der Unterseite (22) rollbar aufliegen, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine weitere der zumindest vier Rollen (25,27,29,30) auf den Seitenflächen (22,23) der Stromschiene (9) rollbar aufliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (5) ein flexibles Verbindungselement (5) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (9) einen ersten elektrisch leitfähigen Kontaktstreifen (14) aufweist, der sich insbesondere zumindest im Wesentlichen entlang der gesamten Stromschiene (9) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (9) mehrere erste elektrisch leitfähige Kontaktstreifen (14) aufweist, die in Längserstreckung der Stromschiene (9) hintereinanderliegend und beabstandet voneinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem jeweiligen ersten Kontaktstreifen (14) ein zweiter Kontaktstreifen (18) parallel verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabnehmereinheit (4) dazu ausgebildet ist, die Stromschiene (9) verliersicher zu umgreifen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (9) eine von einer Kreisform abweichende Querschnittsform aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (9) eine rechteckige, I-, L- oder T-förmige Querschnittsform aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (25,26) elektrisch leitfähig ist oder zumindest ein elektrisch leitfähiges Element zur elektrischen Kontaktierung des ersten oder zweiten Kontaktstreifens (14,18) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der vier Rollen (25,27,29,30) dem Kontaktstreifen (14,18) rollbar zugeordnet ist, so dass sie auf diesem abrollt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabnehmereinheit (4) zumindest sechs Rollen (25-30) aufweist, die in Längserstreckung der Stromschiene (9) auf der Stromschiene (9) rollbar sind, wobei zumindest zwei der sechs Rollen (25-30) auf der Oberseite (21), zumindest zwei andere der sechs Rollen (25-30) auf der Unterseite (22) und jeweils zwei weitere der sechs Rollen (25-30) auf den Seitenflächen (22,23) der Stromschiene (14,18) rollbar aufliegen, und wobei insbesondere zumindest eine der sechs Rollen (25-30) dem Kontaktstreifen (14,18) rollbar zugeordnet ist, so dass sie auf diesem abrollt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Rollen (25-30), insbesondere mehrere der Rollen (25-30), an der Stromabnehmereinheit (4) entgegen der Kraft eines Federelements (48) verlagerbar und durch das Federelement (48) mit einer Vorspannkraft gegen die Stromschiene (9) gedrängt ist/sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (5) und die Stromabnehmereinheit (4) dazu ausgebildet sind, elektrische Energie zwischen der Stromschiene (9) und der Stromabnehmereinheit (4) berührungsfrei, insbesondere induktiv, zu übertragen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur berührungsfreien Übertragung elektrischer Energie die Stromschiene (9) zumindest eine Primärspule (50) und die Stromabnehmereinheit (4) zumindest eine mit der Primärspule (50) gekoppelte/koppelbare Sekundärspule (51) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (9) an zumindest einem die Stromschiene (9) über Grund tragenden Tragelement (12,13) angeordnet/anordenbar ist.
Luftfahrzeugsystem (49), mit zumindest einem unbemannten Luftfahrzeug (2) und mit einer Vorrichtung (1) zur Versorgung des unbemannten Luftfahrzeugs (2) mit elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 ausgebildet ist.