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Die Erfindung betrifft eine Auftriebseinheit für ein Fluggerät, insbesondere ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät, und ein Fluggerät mit einer Auftriebseinheit.
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Senkrecht startende und landende Fluggeräte werden üblicherweise als Hubschrauber bezeichnet. In Zusammenhang mit senkrecht startenden und landenden Fluggeräten spricht man auch von „Vertical Take-off and Landing“.
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Derartige Fluggeräte umfassen normalerweise mindestens einen Propeller, der an einer Oberseite des Fluggeräts angebracht ist und einen Auftrieb erzeugt. Der Auftrieb wird insbesondere dadurch erzeugt, dass große Mengen Luft mit relativ moderater Geschwindigkeit nach unten beschleunigt werden. Zusätzlich erzeugen die insbesondere profilierten Propellerblätter des mindestens einen Propellers Auftrieb durch einen Unterdruck an der Oberseite des umströmten Propellerblatts.
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Der Antrieb der Propeller erfolgt in der Regel mittels eines als Innenläufer oder als Außenläufer ausgebildeten elektrischen Antriebsmotors mit einem Rotor und einem Stator.
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Die Propeller und der Antriebsmotor sind dabei als getrennt ausgeführte Baugruppen ausgebildet, die über eine Antriebswelle starr miteinander verbunden sind.
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Durch die getrennte Ausführung von Propeller und Antriebseinheit muss ein entsprechender Bauraum im Fluggerät vorgehalten werden. Getrennte Komponenten bedeuten zudem aufgrund nicht gemeinsam nutzbarer Bauteile wie beispielsweise Gehäuse eine erhöhte Anzahl von Komponenten und somit auch ein erhöhtes Gewicht. Die Koppelung der Propeller mit dem Antriebsmotor über eine Welle bedeutet darüber hinaus einen erhöhten Wartungs- und Kostenaufwand. Zudem entstehen durch die Koppelung über eine Welle Geräusche und Vibrationen. Darüber hinaus stellt insbesondere bei Fluggeräten jede zusätzliche Schnittstelle eine Ausfallmöglichkeit und somit ein Sicherheitsrisiko dar.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Auftriebseinheit für ein Fluggerät bereitzustellen, insbesondere für ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät, das hinsichtlich Gewicht, Kosten und Bauraumbedarf optimiert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Auftriebseinheit für ein Fluggerät, insbesondere ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät, mit einer Propellereinheit, die mindestens einen Propeller umfasst, und einer elektrischen Antriebseinheit zum Antrieb des mindestens einen Propellers, wobei die Antriebseinheit mindestens einen als Außenläufer ausgebildeten Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator umfasst, wobei der Rotor des Elektromotors im Propeller integriert ist.
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Ein solcher Elektromotor eignet sich besonders gut zum Antrieb eines Propellers, da die Rotation des Rotors unmittelbar auf den Propeller übertragen werden kann. Ein Getriebe oder eine sonstige Übersetzungsmechanik ist somit nicht notwendig. Zudem kann durch die integrale Bauweise eine separate Antriebswelle entfallen. Darüber hinaus kann durch die integrale Bauweise die Propellereinheit besonders kompakt ausgebildet sein.
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Durch die kompakte Bauweise und den einfachen Aufbau ist die Auftriebseinheit im Vergleich zu anderen bekannten Systemen besonders kostengünstig und wartungsarm. Darüber hinaus zeichnet sich die Auftriebseinheit durch eine hohe Effizienz und eine geringe Geräuschentwicklung aus. Zudem hat die Auftriebseinheit aufgrund der integrierten Bauweise, insbesondere durch die Integration des Rotors im Propeller, ein geringes Gewicht. Jegliche Anbindungsbauteile des Rotors, wie beispielsweise eine Welle, eine Kupplung etc., können entfallen.
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Durch die Verwendung einer elektrischen Antriebseinheit lässt sich die Auftriebseinheit besonders leise betreiben. Zudem verursacht ein elektrischer Antrieb im Betrieb keine Emissionen, was vorteilhaft im Hinblick auf den Einsatz in urbanen Ballungszentren ist.
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Bei den Propellern handelt es sich vorzugsweise um sogenannte Fixed-Pitch Propeller, das heißt, die Propeller haben einen festgelegten kollektiven Anstellwinkel. Eine Auf- und Abtriebssteuerung kann somit über eine Drehzahländerung erfolgen.
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Die Propeller zur Erzeugung des Auftriebs werden in Zusammenhang mit Hubschraubern üblicherweise als Rotoren bezeichnet. Im Rahmen dieser Erfindung wird jedoch die Bezeichnung „Propeller“ auch für auftriebserzeugende Rotoren verwendet, um eine klare Unterscheidung gegenüber den als „Rotoren“ bezeichneten Bauteilen von Elektromotoren zu erreichen.
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Der Rotor des Elektromotors kann in unterschiedlichen Wicklungstopologien ausgebildet sein, zum Beispiel zur Reduktion der Spannungslage und/oder zur Darstellung von fail-safe Funktionen, zum Beispiel bei einem etwaigen Ausfall einzelner Wicklungsstränge im Gesamtwicklungsverbund.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Propeller einen Nabenkörper auf, wobei der Rotor im Nabenkörper integriert ist und/oder der Propeller wenigstens ein Propellerblatt aufweist, wobei der Rotor im wenigstens einen Propellerblatt integriert ist. Die Geometrie dieses Propellers wird somit durch die Integration des Rotors nicht nachteilig beeinflusst, da sich der Rotor in die bestehende Geometrie des Propellers einfügt.
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Der Nabenkörper kann einteilig mit dem mindestens einem Propellerblatt ausgebildet sein. Dies trägt ebenfalls dazu bei, dass die Auftriebseinheit besonders wenige Komponenten hat.
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Rotor kann mehrteilig sein und somit über seinen Umfang nicht zusammenhängend.
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Beispielsweise ist der Propeller ein faserverstärktes Kunststoffbauteil, wobei der Rotor in dem Kunststoffbauteil einlaminiert ist. Dadurch lässt sich der Rotor besonders fest und ohne die Verwendung irgendwelcher Befestigungsmittel im Propeller integrieren. Durch Einlaminieren kann der Rotor derart im Propeller integriert sein, dass er sich nicht mehr zerstörungsfrei aus dem Propeller lösen lässt. Der Rotor bildet folglich mit dem Propeller eine Einheit. Auf diese Weise wird quasi ausgeschlossen, dass sich der Rotor im normalen Flugbetrieb aus dem Propeller lösen kann, wodurch die Auftriebseinheit besonders zuverlässig ist.
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Die Auftriebseinheit kann einen Mast aufweisen, auf dem der mindestens eine Propeller rotierbar gelagert ist. Dadurch kann der Propeller in einer definierten Lage stabil gehalten sein.
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Beispielsweise ist der Propeller mittels eines zweireihigen Lagers am Mast gelagert, insbesondere mittels eines Kugel- oder Wälzlagers. Derartige Lager sind besonders stabil und wartungsarm und eignen sich somit besonders gut zur Lagerung von rotierbaren Bauteilen.
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Der Stator des Elektromotors ist vorzugsweise drehfest am Mast gelagert, insbesondere fest am Mast fixiert. Die Auftriebseinheit hat somit keine Komponenten, die ausschließlich der Lagerung des Elektromotors dienen, wodurch die Auftriebseinheit insgesamt betrachtet besonders wenige Komponenten umfasst.
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Der Mast ist vorzugsweise hohl ausgeführt, insbesondere wobei im Mast wenigstens ein Versorgungskabel für die Antriebseinheit verläuft. Zum Beispiel ist der Mast eine Hohlstange. Anders ausgedrückt kann eine Leitungszuführung zum Stator durch den Mast verlaufen, insbesondere zum Zweck des Antriebs des Propellers. Somit trägt die hohle Ausführung des Mastes ebenfalls zur kompakten Bauweise der Auftriebseinheit bei. Zudem dient der hohle Mast als Gehäuse für die Leitungen, sodass diese geschützt untergebracht sind.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Antriebseinheit eine Leistungselektronikeinheit aufweisen, insbesondere wobei die Leistungselektronikeinheit am Mast befestigt ist. Der Mast erfüllt folglich eine Mehrfachfunktion und dient zur Lagerung des mindestens einen Propellers, des Stators und/oder der Leistungselektronikeinheit. Dies trägt ebenfalls zur kompakten Bauweise der Auftriebseinheit bei.
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Der Stator kann mittels der Leistungselektronikeinheit insbesondere indirekt am Mast befestigt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Leistungselektronikeinheit einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, der in direktem Kontakt mit dem Stator und/oder dem Mast angeordnet ist. Der Bipolartransistor dient beispielsweise zur Drehzahlregulierung des Rotors und somit zur Drehzahlregulierung des Propellers.
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Der mindestens eine Propeller kann eine axiale Vertiefung aufweisen, insbesondere im Nabenkörper und/oder im Propellerblatt, wobei der Stator des Elektromotors in der Vertiefung angeordnet ist. Der Propeller bildet dadurch quasi einen Deckel für den Elektromotor, sodass der Stator geschützt untergebracht ist.
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Die Vertiefung ist beispielsweise zwischen dem Rotor und dem Lager angeordnet. Der Rotor kann dabei an einer von einer Drehachse abgewandten Seite der Vertiefung in dem Propeller vorgesehen sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Propellereinheit wenigstens zwei Propeller aufweisen, die insbesondere koaxial zueinander gelagert sind. Die koaxial gelagerten Propeller bilden insbesondere einen Doppelpropeller. Die Verwendung von mindesten zwei Propellern hat den Vorteil, dass die Auftriebseinheit einen ausreichend großen Auftrieb erzeugen kann, um ein Fluggerät zügig vom Boden abzuheben. Zudem kann durch die Verwendung von mindestens zwei Propellern ein Fluggerät während eines Fluges besonders stabil in der Luft gelagert sein.
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Wenn die Propellereinheit mehr als einen Propeller umfasst, kann die Antriebseinheit wenigstens zwei als Außenläufer ausgebildete Elektromotoren mit jeweils einem Rotor und einem Stator umfassen, wobei die Elektromotoren jeweils einem der Propeller zugeordnet sind, deren Rotoren im zugeordneten Propeller integriert sind. Auf diese Weise kann eine Drehzahl der einzelnen Propeller unabhängig voneinander eingestellt werden. Zudem ist sichergestellt, dass jeder der Propeller zuverlässig angetrieben wird.
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Der erste, insbesondere oben angeordnete Propeller kann gegenüber dem zweiten, insbesondere unten angeordneten Propeller einen größeren Durchmesser aufweisen. Dadurch können Verwirbelungen und Strömungsungleichförmigkeiten, die von den rotierenden Blattspitzen des oberen Propellers erzeugt werden und aufgrund der Auftriebserzeugung nach unten in Richtung der untenliegenden Propellerebene abfließen, nicht mit den Propellern der unteren Ebene aerodynamisch interagieren, sondern auf einer im Radius gegenüber dem unteren Propeller vergrößerten Kreisbahn den unteren Propeller passieren.
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Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Fluggerät, insbesondere ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät, mit einer Kabine und mit einer Auftriebseinheit, die wie vorhergehend beschrieben ausgebildet ist. Ein derartiges Fluggerät kann aufgrund der integralen Bauweise der Elektromotoren, insbesondere der Rotoren, insgesamt besonders kompakt und kostengünstig sein.
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Die zur Auftriebseinheit genannten Vorteile und Merkmale gelten gleichermaßen für das Fluggerät und umgekehrt.
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Bei dem Fluggerät kann es sich um ein teilautonom fliegendes Fluggerät, insbesondere um ein einsitziges oder mehrsitziges Fluggerät handeln. Beispielsweise kann das Fluggerät zum Transport von Personen und/oder Gütern dienen.
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Der Mast kann gegenüber der Kabine kipp- und/oder schwenkbar gelagert sein. Dadurch lässt sich das Fluggerät auch bei beengten Platzverhältnissen gut manövrieren.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 ein erfindungsgemäßes Fluggerät mit einer erfindungsgemäßen Auftriebs- und Flugsteuerungseinheit,
- - 2 einen Schnitt durch ein Fluggerät gemäß 1 im Bereich einer Verstellvorrichtung,
- - 3 einen Schnitt durch das Fluggerät entlang der Linie A-A in 2,
- - 4 schematisch einen Querschnitt durch das Fluggerät auf Höhe eines Propellers, und
- - 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Auftriebs- und Flugsteuerungseinheit.
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1 zeigt ein Fluggerät 10 mit einer Auftriebs- und Flugsteuerungseinheit 12 und einem Träger 14 für die Auftriebs- und Flugsteuerungseinheit 12 in einer Schnittdarstellung. Der Träger 14 ist vorzugsweise durch eine Kabine 16 des Fluggeräts 10 gebildet.
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Bei dem Fluggerät 10 handelt es sich zum Beispiel um ein senkrecht startendes und landendes Fluggerät 10, wobei das Fluggerät 10 in der gezeigten Ausführungsform ein einsitziges Fluggerät 10 ist. Alternativ kann das Fluggerät 10 auch mehrsitzig sein oder ausschließlich zum Transport von Gütern vorgesehen sein und folglich keinen Sitz umfassen.
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Die Auftriebs- und Flugsteuerungseinheit 12 umfasst eine Propellereinheit 18, einen Mast 20, eine Verstellvorrichtung 22 für den Mast 20 sowie eine Antriebseinheit 32.
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Vorzugsweise ist die komplette Antriebs- und Flugsteuerungseinheit 12 oberhalb der Kabine 16 angeordnet, wie es in der veranschaulichten Ausführungsform dargestellt ist.
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Der Mast 20 ist hohl ausgeführt, insbesondere ist der Mast 20 eine Hohlstange. Dies ist besonders deutlich in 2 veranschaulicht, die einen Schnitt durch das Fluggerät 10 darstellt, insbesondere im Bereich der Propellereinheit und Verstellvorrichtung 22.
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Der Mast 20 ist am Träger 14 in einem Drehlagerpunkt 24 abgestützt, insbesondere mittels eines Kugelgelenks 26. Insbesondere ist der Mast 20 gegenüber dem Träger 14 beziehungsweise gegenüber der Kabine 16 kipp- und/oder schwenkbar gelagert.
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Die Propellereinheit 18 umfasst wenigstens einen am Mast 20 rotierbar gelagerten Propeller 27, 28. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Propellereinheit 18 zwei Propeller 27, 28, die insbesondere koaxial zueinander gelagert sind. Die beiden Propeller 27, 28 bilden zusammen einen koaxialen Doppelpropeller 30.
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Ein erster, insbesondere oberer Propeller 27 kann dabei gegenüber dem zweiten, unteren Propeller 28 einen vergrößerten Durchmesser aufweisen.
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Ein Propeller 27, 28 umfasst jeweils einen Nabenkörper 29 und mehrere Propellerblätter 31, wobei die Propeller 27, 28 mittels des Nabenkörpers 29 am Mast 20 gelagert sind.
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Die elektrische Antriebseinheit 32 zum Antrieb des mindestens einen Propellers 27, 28 hat mindestens einen Elektromotor 34.
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Jeder der Elektromotoren 34 ist jeweils einem der Propeller 27, 28 zugeordnet.
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Falls die Propellereinheit 18 mehr als zwei Propeller 27, 28 aufweist, umfasst die elektrische Antriebseinheit 32 entsprechend mehr Elektromotoren 34.
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Das Fluggerät 10 weist zudem ein Fluglagekontrollsystem 40 auf, welches zur Ansteuerung der Verstellvorrichtung 22 der Auftriebs- und Flugsteuerungseinheit 12 eingerichtet ist.
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Wie aus den 1 bis 3 hervorgeht, ist die Verstellvorrichtung 22 am Mast 20 gelagert.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Verstellvorrichtung 22 einen Mastabschnitt 48, wenigstens einen - im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei - in seiner Länge veränderbaren Aktuator 50, 52 sowie ein drehsteifes Verbindungselement 56 auf.
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Der Mastabschnitt 48 hat drei Beine 42, 44, 46, die sich von einem Knotenpunkt 47 des Mastabschnitts 48 aus erstrecken, wobei der Mastabschnitt 48 am Knotenpunkt 47 am Mast 20 gelagert ist. Die Beine 42, 44, 46 erstrecken sich somit radial nach außen. Der Mastabschnitt 48 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel somit ein Dreibein.
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Die drei Beine 42, 44, 46 und der Knotenpunkt 47 sind beispielsweise einteilig miteinander verbunden.
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Genauer gesagt weist die Verstellvorrichtung 22 ein erstes Bein 42, ein zweites Bein 44 und ein drittes Bein 46 auf.
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Das erste Bein 42 definiert eine Längsachse L, die mit der Längsachse des Fluggeräts 10 übereinstimmt.
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In Draufsicht auf die Verstellvorrichtung 22 sind das zweite und das dritte Bein 44, 46 auf verschiedenen Seiten der Längsachse L im gleichen Winkel zum ersten Bein 42 angeordnet. Dabei sind die Beine 42, 44, 46 beispielsweise in einem Winkel von 120° zueinander versetzt.
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Dabei erstrecken sich die Beine 42, 44, 46 nicht zwangsweise in einer Ebene, sondern die Beine 42, 44, 46 können ausgehend vom Knotenpunkt 47 jeweils zum Träger 14 hin verlaufen, wie in 1 zu sehen ist.
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Der Mastabschnitt 48 ist gelenkig am Mast 20 gelagert, insbesondere verschiebbar. Das heißt, der Mastabschnitt 48 kann am Mast 20 ein Stück weit auf und ab gleiten.
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Darüber hinaus ist der Mastabschnitt 48 in radiale Richtung betrachtet spielfrei am Mast 20 gelagert, das heißt, dass die Verstellvorrichtung 22 umfangsmäßig mit dem Mast 20 in Kontakt ist.
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Anders ausgedrückt hat der Mastabschnitt 48 eine Aussparung 49, durch die sich der Mast 20 erstreckt, wobei ein Außendurchmesser des Mastes 20 im Bereich der Verstellvorrichtung 22 einem Innendurchmesser der Aussparung 49 entspricht.
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Die Aktuatoren 50, 52 sind jeweils einem der Beine 44, 46 zugeordnet, hier dem zweiten Bein 44 bzw. dem dritten Bein 46.
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Die Aktuatoren 50, 52 sind am jeweiligen Bein 44, 46 an einem vom Mast 20 beabstandeten Punkt befestigt, beispielsweise an dem vom Mast 20 abgewandten Ende des jeweiligen Beins 44, 46.
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Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Aktuatoren 50, 52 als Stellmotoren ausgebildet.
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Um die Aktuatoren 50, 52 in ihrer Länge zu verändern, sind die Aktuatoren 50, 52 von dem Fluglagekontrollsystem 40 ansteuerbar.
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Das drehsteife Verbindungselement 56 ist zum Beispiel ein Scherengelenk, das an einem vom Mast 20 beabstandeten Punkt am ersten Bein 42 befestigt ist, zum Beispiel an einem vom Mast 20 abgewandten Ende des ersten Beins 42.
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Zur Lagerung der Verstellvorrichtung 22 sind am Träger 14, insbesondere an der Kabine 16, drei Montagepunkte 58, 60, 62 vorgesehen.
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Dabei ist jedem Montagepunkt 58, 60, 62 ein Bein 42, 44, 46 der Verstellvorrichtung 22 zugeordnet. Genauer gesagt ist das erste Bein 42 mittels des drehsteifen Verbindungselements 56 am ersten Montagepunkt 58 befestigt. Das zweite und dritte Bein 44, 46 sind mittels des entsprechenden Aktuators 50, 52 am zweiten bzw. dritten Montagepunkt 60, 62 befestigt, wie es in 1 veranschaulicht ist.
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Betrachtet man das Fluggerät 10 in einer Frontansicht, befinden sich zwei der Montagepunkte 58, 60, 62, insbesondere der zweite und der dritte Montagepunkt 60, 62, links und rechts vor dem Mast 20 und der erste Montagepunkt 58 ist insbesondere direkt hinter dem Mast 20 angeordnet.
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In 2 ist neben der Verstellvorrichtung 22 auch ein Teil der Propellereinheit 18 sowie ein Teil der elektrischen Antriebseinheit 32 im Detail dargestellt.
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Die Antriebseinheit 32 hat im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei als Außenläufer ausgebildete Elektromotoren 34 mit jeweils einem Stator 36 und einem Rotor 38. Die Elektromotoren 34 sind beispielsweise als Außenläufer ausgeführt.
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Der Aufbau der Elektromotoren 34 wird im Folgenden anhand des Propellers 28 mit dem zugehörigen Elektromotor 34 beispielhaft beschrieben, die in 2 dargestellt sind wobei der Aufbau des bzw. der weiteren Elektromotoren 34 ebenso ausgebildet ist.
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Die Lagerung des Propellers 28 an dem Mast 20 erfolgt mittels eines zweireihigen Lagers 64. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Lager 64 ein zweireihiges Kugellager. Alternativ kann auch ein Wälzlager vorgesehen sein.
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Zur einfachen Positionierung des Propellers 28 am Mast 20 ist der Mast 20 beispielsweise abgestuft.
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Der Stator 36 des Elektromotors 34 ist fest mit dem Mast 20 verbunden.
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Dabei ist der Stator 36 indirekt über einen Teil einer Leistungselektronikeinheit 66 der elektrischen Antriebseinheit 32 an dem Mast 20 drehfest gelagert.
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Beispielsweise ist der Stator 36 an einem Bipolartransistor 67 befestigt, der wiederum am Mast 20 befestigt ist. Bei dem Bipolartransistor 67, welcher Bestandteil der Leistungselektronikeinheit 66 ist, kann es sich um einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode handeln.
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Alternativ kann der Stator 36 auch direkt am Mast 20 befestigt sein.
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Zur Befestigung der Leistungselektronikeinheit 66 beziehungsweise zur Befestigung des Stators 36 kann ein radialer Fortsatz 68 am Mast 20 vorgesehen sein.
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Ein Versorgungskabel 69 für die Antriebseinheit 32 verläuft beispielsweise im Mast 20.
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Im Falle eines Doppelpropellers 30 kann jeweils ein Versorgungskabel 69 ausgehend von der Leistungselektronikeinheit 66 nach oben und unten zum Propeller 27, 28 verlaufen, wie in 5 veranschaulicht.
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Der Rotor 38 des Elektromotors 34 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel integraler Bestandteil des Propellers 28.
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Zum Beispiel ist der Rotor 38 in dem Nabenkörper 29 des Propellers 28 integriert. Statt im Nabenkörper 29 kann der Rotor 38 auch in einem Propellerblatt 31 des Propellers 28 integriert sein.
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Der Propeller 28 ist beispielsweise ein faserverstärktes Kunststoffbauteil. In diesem Fall kann der Rotor 38 in dem Kunststoffbauteil beziehungsweise im Propeller 28 einlaminiert sein.
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Der Propeller 28 hat eine axiale Vertiefung 70, und zwar insbesondere im Nabenkörper 29. Alternativ oder zusätzlich kann die Vertiefung 70 auch in einem Propellerblatt 31 vorgesehen sein. Die Vertiefung 70 ist beispielsweise ringförmig.
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Die Vertiefung 70 befindet sich insbesondere zwischen dem Rotor 38 und dem Lager 64.
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In der Vertiefung 70 ist der Stator 36 des Elektromotors 34 angeordnet. Der Propeller 27, 28 bildet dadurch einen Deckel für den Elektromotor 34, derart, dass der Stator 36 geschützt untergebracht ist.
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Der Rotor 38 ist beispielsweise an einer von einer Drehachse D des Propellers 28 radial abgewandten Seite der Vertiefung 70 vorgesehen. Anders ausgedrückt grenzt der Rotor 38 an die Vertiefung 70 an, und zwar an einer vom Mast 20 abgewandten Wandung der Vertiefung 70.
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Noch deutlicher wird die Anordnung der Antriebseinheit 32 in 4, die schematisch einen Querschnitt durch das Fluggerät 10 auf Höhe des Propellers 28 zeigt. In 4 ist zu sehen, dass der Rotor 38 mehrteilig sein kann, das heißt, dass der Rotor 38 über seinen Umfang nicht zusammenhängend sein muss. Insbesondere weist der Rotor 38 ein Rotoreisen 72 auf, in dem mehrere Permanentmagnete 74 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
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In der in 5 gezeigten weiteren Ausführungsform der Antriebseinheit 32 ist die Leistungselektronikeinheit 66 zwischen den Propellern 27, 28 angeordnet. Beispielsweise kann eine Leistungselektronikeinheit 66 für beide Elektromotoren 34 vorgesehen sein oder jedem Elektromotor 34 ist eine eigene Leistungselektronikeinheit 66 zugeordnet. Ansonsten entspricht diese Ausführungsform der zuvor beschriebenen Ausführungsform.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise des Fluggeräts 10 mit Bezug auf 1 bis 4 genauer erläutert. Genauer gesagt wird erläutert, wie das Fluggerät 10 mittels der Auftriebs- und Flugsteuerungseinheit 12 während eines Fluges gesteuert wird.
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Beim Starten des Fluggeräts 10, genauer gesagt beim Abheben des Fluggeräts 10 vom Boden, steht der Mast 20 in der Regel senkrecht zum Träger 14 beziehungsweise zur Kabine 16. Anders ausgedrückt steht der Mast 20 senkrecht zum Boden und die Propellerebenen verlaufen parallel zum Boden.
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Wenn die Propellereinheit 18, insbesondere die Propeller 27, 28 mittels der elektrischen Antriebseinheit 32, genauer gesagt mittels der Elektromotoren 34 in Rotation versetzt werden, wird ein Auftrieb erzeugt, der das Fluggerät vom Boden abhebt. Aufgrund der senkrechten Ausrichtung des Mastes 20 zum Boden bewegt sich das Fluggerät 10 beim Starten zunächst ebenfalls senkrecht zum Boden.
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Um das Fluggerät 10 gezielt in eine Richtung parallel zum Boden zu steuern, wird der relativ zur Kabine 16 kipp- und schwenkbare Mast 20 mittels der Verstellvorrichtung 22 verkippt beziehungsweise verschwenkt. Dadurch entsteht in Verbindung mit der Rotation der Propellereinheit 18 eine Vorschubkraft, die das Fluggerät 10 in eine gewünschte Richtung bewegt.
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Das Verkippen und/oder Verschwenken des Mastes 20 wird mittels des Fluglagekontrollsystems 40 gesteuert.
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Genauer gesagt ist das Fluglagekontrollsystem 40 zur Ansteuerung der Verstellvorrichtung 22 eingerichtet, insbesondere zu Ansteuerung des wenigstens einen Aktuators 50, 52. Die Aktuatoren 50, 52 sind insbesondere unabhängig voneinander ansteuerbar, das heißt, sie sind unabhängig voneinander in ihrer Länge veränderbar.
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Die Aktuatoren 50, 52 verändern in Abhängigkeit der Ansteuerung durch das Fluglagekontrollsystem 40 ihre Länge, sodass die Beine 44, 46 der Verstellvorrichtung 22 gegenüber dem Träger 14 angehoben beziehungsweise abgesenkt werden. Die Verstellvorrichtung 22, insbesondere der Mastabschnitt 48, werden dadurch verkippt und/oder verschwenkt.
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Als Reaktion auf das Anheben beziehungsweise Absenken der Verstellvorrichtung 22 durch die Aktuatoren 50, 52 wird das Verbindungselement 56 gestreckt beziehungsweise gestaucht, um eine Längenänderung der Aktuatoren 50, 52 ausgleichen.
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Aufgrund der spielfreien Lagerung der Verstellvorrichtung 22 am Mast 20 wird der Mast 20 durch ein Verkippen und/oder Verschwenken der Verstellvorrichtung 22 relativ zum Träger 14 ebenfalls verkippt und/oder verschwenkt. Die Verstellvorrichtung 22 kann dabei am Mast 20 ein Stück weit nach oben oder nach unten gleiten.
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Beim Verkippen und/oder Verschwenken des Mastes 20 kann die Verstellvorrichtung 22, insbesondere der Mastabschnitt 48, ein Kippmoment aus der Vertikalen aufnehmen.
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Das Verkippen und/oder Verschwenken des Mastes 20 führt dazu, dass die Propellereinheit 18, insbesondere die Propellerebenen der Propeller 27, 28, nicht länger parallel zum Boden verläuft, wodurch eine Bewegung des Fluggeräts 10 in Richtung parallel zum Boden erreicht wird.
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Das Fluggerät 10 kann somit mittels der Auftriebs- und Flugsteuerungseinheit 12 besonders einfach gesteuert werden, ohne dass eine komplexe Getriebemechanik notwendig ist.
