DE102019126372A1

DE102019126372A1 - Anordnung zur Kopplung und Energieversorgung eines Lastmoduls mit einem Transportmodul eines modular aufgebauten Transportsystems

Info

Publication number: DE102019126372A1
Application number: DE102019126372.7A
Authority: DE
Inventors: Jörg Hornischer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2021-04-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kopplung und Energieversorgung eines Lastmoduls mit Transportmodulen eines modular aufgebauten Transportsystems, wobei das Transportsystem zumindest aus wenigstens einem Fahrmodul (2) und wenigstens einem Flugmodul (3) als Transportmodule und wenigstens einem Lastmodul (4) besteht und wobei das Lastmodul (4) je nach Transportwunsch temporär mittels einer ersten automatischen Kupplung (5) an das Fahrmodul (2) und/ oder mittels einer zweiten automatischen Kupplung (6) an das Flugmodul (3) ankoppelbar ist und sowohl Fahrmodul (2), als auch Flugmodul (3) über eine eigene elektrische Energieversorgung für den Betrieb verfügen und die Fähigkeit aufweisen, das Lastmodul (4) in Abhängigkeit von einer Zieleingabe autonom zu transportieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kopplung und Energieversorgung eines Lastmoduls mit einem Transportmodul eines modular aufgebauten Transportsystems nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In jüngerer Vergangenheit wurden modular aufgebaute Transportsysteme vorgeschlagen, die aus einem Flugmodul, einem Fahrmodul und einem Lastmodul bestehen. Dabei ist vorgesehen, dass zum bodengebunden Transport des Lastmoduls dieses temporär mit dem Fahrmodul koppelbar ist. Zum Transport des Lastmoduls in der Luft ist das Flugmodul so ausgestattet, dass es das Lastmodul temporär aufnehmen und luftgebunden transportieren kann. Ein solches Transportsystem ist beispielsweise aus der EP 3 321 112 A1 bekannt. Dort ist beschrieben, dass das Lastmodul in Form einer Passagierkabine mit einer Kupplungseinrichtung an seiner Unterseite und einer Kopplungseinrichtung an seiner Oberseite ausgestattet ist und so bedarfsweise mit dem Fahrmodul oder dem Flugmodul oder einer Infrastruktureinrichtung, wie zum Beispiel einem Massenverkehrsmittel oder einem Aufzug, temporär verbindbar ist. Fahrmodul und Flugmodul sollen dabei die Fähigkeit aufweisen, das Passagiermodul in Abhängigkeit von der Zieleingabe durch die Passagiere autonom zu transportieren. Hierzu sind sowohl das Fahrmodul als auch das Flugmodul mit einem eigenen Antrieb, vorzugsweise einem Elektroantrieb und einer eigenen Energieversorgung, vorzugsweise einem wiederaufladbaren Speicher für elektrische Energie oder einer Brennstoffzelle, ausgestattet. Für den Betrieb des Passagiermoduls ist ebenfalls eine eigene Energieversorgung, wie zum Beispiel eine Batterie, vorgesehen, um elektrisch autonom zu sein und somit Geräte und Instrumente an Bord des Moduls mit Strom versorgen zu können, wie zum Beispiel die Benutzerschnittstelle, Sicherheitsvorrichtungen, Leuchten, Mehrzweckanzeigen, Medienverbindungsvorrichtungen.
Die für das Passagiermodul vorgeschlagene Autonomie ist aber konstruktiv aufwändig und dabei wenig sinnvoll, weil das Passagiermodul nur bei Ankopplung an ein Fahrmodul, ein Flugmodul oder eine Infrastruktureinrichtung benutzbar ist beziehungsweise aus Sicherheitsgründen benutzbar sein darf. Eine vollständige Autonomie des Passagiermoduls würde erfordern, dass auch energieintensive Einrichtungen wie Kühl- oder Heizeinrichtungen mit Energie versorgt werden müssten, was einen entsprechend großen Energiespeicher voraussetzt und darüber hinaus das Problem des Wiederaufladens aufwirft.
Ausgehend vom vorstehend angesprochenen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Energieversorgungs- und Kupplungskonzept vorzuschlagen, das kostengünstig ist und sicherstellt, dass das Lastmodul eines modular aufgebauten Transportsystems der vorstehend beschriebenen Art unterbrechungsfrei mit Energie versorgt ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Erfindungsgemäß wird von einem modular aufgebauten Transportsystem ausgegangen. Das Transportsystem besteht zumindest aus wenigstens einem Fahrmodul und wenigstens einem Flugmodul als Transportmodule und wenigstens einem Lastmodul. Das Lastmodul ist je nach Transportwunsch temporär mittels einer ersten automatischen Kupplung an das Fahrmodul und/ oder mittels einer zweiten automatischen Kupplung an das Flugmodul ankoppelbar. Sowohl Fahrmodul als auch Flugmodul verfügen über eine eigene elektrische Energieversorgung für den Betrieb und können das Lastmodul in Abhängigkeit von einer Zieleingabe autonom transportieren.
Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass sowohl die erste automatische Kupplung zwischen Fahrmodul und Lastmodul, als auch die zweite automatische Kupplung zwischen Flugmodul und Lastmodul so ausgebildet sind, dass diese während des Kopplungsvorgangs jeweils neben der mechanischen Kopplung eine elektrische Kopplung zur Leistungsübertragung herstellen, dass die Energieversorgung der elektrischen Einrichtungen des Lastmoduls über diese elektrischen Kopplungen zur Leistungsübertragung erfolgt, und dass eine Kupplungssteuerungseinrichtung vorgesehen ist, die ein Öffnen der ersten automatischen Kupplung nur zulässt wenn, die zweite automatische Kupplung geschlossen ist und die ein Öffnen der zweiten automatischen Kupplung nur zulässt wenn die erste automatische Kupplung geschlossen ist.
Zur Definition der vorstehend und nachfolgend verwendeten Begriffe Lastmodul, Fahrmodul und Flugmodul ist anzumerken, dass unter einem Lastmodul sowohl eine Passagierkabine als auch eine Kabine zum Transport von Gütern oder eine beliebige Kombination daraus verstanden wird, der Begriff Fahrmodul soll alle landgestützten oder wassergestützten Fahrzeugvarianten umfassen und der Begriff Flugmodul alle Varianten von Flugmaschinen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Kopplung und Energieversorgung eröffnet durch die Ausgestaltung der Kupplungen als mechanische und elektrische Kupplung die Möglichkeit, auf eine eigene Energiequelle in dem Lastmodul zu verzichten, weil dieses von dem Fahrmodul und/ oder dem Flugmodul energietechnisch mitversorgt wird, so dass sich beim Lastmodul vorteilhaft Gewicht und Bauraum einsparen lassen und ein erheblicher Kostenvorteil gegeben ist. Weiter bietet die erfindungsgemäße Anordnung eine hohe Betriebssicherheit, weil das Lastmodul auch bei einem Wechsel des Transportmoduls unterbrechungsfrei mit elektrischer Energie versorgt ist. Darüber hinaus wird durch das Wegfallen eines Energiespeichers im Lastmodul das Problem des Aufladens eliminiert. Das Lastmodul muss so nicht eigens durch ein Transportmodul zu einer Ladestation transportiert werden.
In Ausgestaltung einer ersten Variante der elektrischen Kopplung kann vorgesehen sein, dass diese eine über elektrisch leitfähige Kontakte hergestellte Kopplung ist. In diesem Fall ist es von Vorteil die elektrische Kopplung zur Leistungsübertragung als eine zweipolige elektrische Verbindung auszubilden, wobei der eine Pol durch die mechanische Kupplung gebildet ist. Auf diese Weise wird die ohnehin notwendige mechanische Kopplung doppelt genutzt.
Soll der Aufwand zur Erzeugung eventuell notwendiger unterschiedlicher Spannungen im Lastmodul gering gehalten werden ist es von Vorteil, die elektrische Kopplung zur Leistungsübertragung als mehrpolige elektrische Verbindung auszuführen, derart dass an den Polen unterschiedliche Spannungen abgreifbar sind. Auf diese Weise kann die Fähigkeit des Fahrmoduls oder des Flugmoduls genutzt werden, solche Spannungen zu erzeugen.
Um den mechanischen Aufwand bei der Herstellung der elektrischen Verbindung zur Leistungsübertragung möglichst gering zu halten und Fehlerquellen auszuschließen ist es in einer alternativen Ausgestaltung der automatischen Kupplungsanordnung vorteilhaft, eine induktive Kopplung vorzusehen und damit auf dem Verschleiß unterliegende elektrische Kontakte zu verzichten.
Im Sinne einer Vereinfachung durch Verwendung von Gleichteilen ist es von Vorteil, die erste automatische Kupplung und die zweite automatische Kupplung gleich auszubilden. Auf diese Weise ist in der Produktion von Transportmodulen und Lastmodulen und für deren Reparatur sowohl für den mechanischen Teil der automatischen Kupplung als auch für deren elektrischen Teil nur eine Variante vorzuhalten.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste automatische Kupplung einen fahrmodulseitigen aktiven Teil und einen lastmodulseitigen passiven Teil umfasst und dass die zweite automatische Kupplung einen flugmodulseitigen aktiven Teil und einen lastmodulseitigen passiven Teil umfasst. Dadurch, dass alle aktiven Kupplungsteile jeweils dem Fahrmodul beziehungsweise dem Flugmodul zugeordnet sind, die jeweils über eine eigene Energieversorgung verfügen, ist seitens des Lastmoduls keine energiezehrende aktive Beteiligung am Kopplungsmanöver erforderlich.
Zur Ausgestaltung der Anordnung ist weiter vorteilhaft vorgesehen, dass beim Kupplungsvorgang nach dem Herstellen der mechanischen Verbindung der jeweils aktive Teil der elektrischen Kopplungsanordnung durch Ausführen einer kraftangetriebenen Bewegung wenigstens eines daran angeordneten Elementes jeweils wenigstens eine elektrischen Verbindung zu wenigstens einem Element am passiven Teil der elektrischen Kopplungsanordnung automatisch herstellt. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass die mechanische Kopplung und die elektrische Kopplung getrennt ausführbar sind um zum Beispiel beim Schließen der Kupplungen die elektrische Verbindung zuletzt herzustellen und beim Öffnen der Kupplungen die elektrische Verbindung zuerst zu lösen.
Für den Kupplungsvorgang selbst ist es vorteilhaft, die Kupplungsteuerungseinrichtung und/ oder die automatische Kupplungen jeweils so aufzubauen, dass bei Schließen einer Kupplung erst die Herstellung der mechanischen Verbindung und dann die Herstellung der elektrischen Verbindung erfolgt. Im Gegenzug ist es für das Lösen der Kupplung von Vorteil, die Kupplungsteuerungseinrichtung und/ oder die automatische Kupplungen jeweils so aufzubauen, dass beim Öffnen einer Kupplung zunächst die Unterbrechung der elektrischen Verbindung und dann das Lösen der mechanischen Verbindung erfolgt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die elektrische Trennung stets mechanisch gesichert durchgeführt wird.
Um Steuerungsvorgänge vom Lastmodul aus vornehmen zu können und/ oder Vorgänge im Lastmodul durch das Fahrmodul, das Flugmodul oder die Infrastruktureinrichtung zu überwachen ist es von Vorteil, die automatische Kupplung so auszugestalten, dass diese neben der mechanischen Verbindung und der elektrischen Verbindung zur Leistungsübertragung beim Kopplungsvorgang eine Verbindung zur Übertragung von Steuer- und Überwachungssignalen herstellen. Eine solche Verbindung kann über elektrische Kontakte hergestellt werden, es kann aber zur Übertagung von Steuer- und Überwachungssignalen auch eine nicht dem Verschleiß unterliegende funktechnische Verbindung zur Anwendung kommen. Im letztgenannten Fall initiiert die erfolgte elektrische Kopplung die Übertragung der Steuer- und Überwachungssignale.
Um die Verwendbarkeit und Handhabbarkeit des Transportmoduls zu erweitern beziehungsweise zu verbessern ist es vorteilhaft, ein Koppeln des Lastmoduls mit Fahrmodulen vorzusehen, die an oder auf einer Infrastruktureinrichtung geführt sind, wobei das Fahrmodul in diesem Fall seine elektrische Energie von der Infrastruktureinrichtung bezieht. Durch diese Erweiterung wird es vorteilhaft ermöglicht, das Lastmodul an Bahnsysteme unterschiedlichster Art, wie Hängebahnen, Seilbahnen, Züge, U-Bahnen, Transportbänder usw. anzukoppeln und zu Servicezwecken, Reinigungszwecken oder zum Abstellen einfach zu handhaben indem für die jeweiligen Zwecke optimierte Fahrmodule eingesetzt werden.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines modular aufgebauten Transportsystems;
2a eine Prinzipdarstellung einer automatischen Kupplung mit einpoliger elektrischer Kopplung im geöffneten Zustand; und
2b eine Prinzipdarstellung der automatischen Kupplung mit einpoliger elektrischer Kopplung aus 2a im geschlossenen Zustand.

Die Prinzipdarstellung in 1 zeigt ein modular aufgebautes Transportsystem 1, das aus einem Fahrmodul 2 und einem Flugmodul 3 als Transportmodule und einem Lastmodul 4 besteht. Das Lastmodul 4 ist je nach Transportwunsch temporär mittels einer ersten automatischen Kupplung 5 an das Fahrmodul 2 und/ oder mittels einer zweiten automatischen Kupplung 6 an das Flugmodul 3 ankoppelbar. Die Darstellung in 1 zeigt Fahrmodul 2 und Flugmodul 3 in einem nicht an das Lastmodul 4 angekoppelten Zustand, dieser Zustand kommt in der Betriebspraxis nicht vor und dient nur zur besseren Veranschaulichung. Im Betrieb des Transportsystems ist stets wenigstens ein Transportmodul, Fahrmodul 2 und/ oder Flugmodul 3 an das Lastmodul 4 angekoppelt.
Bei dem Fahrmodul 2 handelt es sich im Beispiel nach 1 um ein straßengebundenes, elektrisch betriebenes Fahrzeug, dies ist aber nicht einschränkend zu verstehen, es kann sich dabei um jedwede Art eines landgestützten oder wassergestützten elektrisch betriebenen Fahrzeugs handeln, insbesondere auch einem Fahrzeug, das an ein Schienen- oder Seilsystem gebunden ist. Zur Energieversorgung weist das Fahrmodul 2 einen ersten wiederaufladbaren Akkumulator 10.1 auf, mittels dem sowohl der Antrieb, als auch die Steuereinrichtung (nicht dargestellt) des Fahrmoduls 2 mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Steuereinrichtung (nicht dargestellt) weist dabei die Fähigkeit auf, das Fahrmodul 2 in Abhängigkeit von einer Zieleingabe autonom zu steuern.
Das Flugmodul 3, ist im Beispiel als Multikopter ausgeführt und bewegt sich mittels mehrerer waagerecht an Auslegern 7 abgeordneter, elektromotorisch angetriebener Propeller 8 fort. Auch diese Ausführung ist nicht einschränkend zu verstehen, das Flugmodul 3 kann durch unterschiedlichste Varianten von elektrisch betriebenen Flugmaschinen gebildet sein. Zur Energieversorgung ist das Flugmodul 3 mit einem zweiten wiederaufladbaren Akkumulator 10.2 ausgerüstet, der die Energie zur Fortbewegung des Flugmoduls 3 und zu dessen Steuerung bereitstellt. Die Steuereinrichtung (nicht dargestellt) des Flugmoduls 3 weist dabei ebenfalls die Fähigkeit auf, das Flugmodul 3 in Abhängigkeit von einer Zieleingabe autonom zu steuern.
Bei dem Lastmodul 4 kann es sich sowohl um eine Passagierkabine, als auch eine Kabine zum Transport von Gütern oder eine beliebige Kombination aus beiden Varianten handeln. Um das Gewicht des Lastmoduls 4 und das Platzangebot im Lastmodul 4 zu optimieren ist keine Energieversorgung im Lastmodul 4 vorgesehen, es sind aber elektrische Einrichtungen 21 verbaut, die vorgegebene Bedingungen für den Transport von Passagieren und Ladung herstellen und aufrechterhalten, den sicheren Transport gewährleisten, eine Vorgabe des Transportziels und die Kommunikation des Lastmoduls mit der Außenwelt ermöglichen und alle Steuerungs-, Überwachungs- und Regelungsaufgaben im Lastmodul übernehmen.
Zur Ankopplung des Lastmoduls 4 an das Fahrmodul 2 ist die erste automatische Kupplung 5 vorgesehen, die aus einem aktiven Kupplungsteil 11 und einem passiven Kupplungsteil 12 besteht. Der aktive Kupplungsteil 11 ist dabei an der Fahrmoduloberseite 13 angeordnet und besteht aus einem mechanischen Teil 11.1 und einem elektrischen Teil 11.2. Der passive Kupplungsteil 12 befindet sich an der Lastmodulunterseite 14 und besteht aus einem mechanischen Teil 12.1 und einem elektrischen Teil 12.2.
Die Ankopplung des Lastmoduls 4 an das Flugmodul 3 erfolgt mittels der zweiten automatischen Kupplung 6. Diese besteht aus einem an der Flugmodulunterseite 15 angeordneten aktiven Kupplungsteil 17 mit einem mechanischen Teil 17.1 und einen elektrischen Teil 17.2 und aus einem an der Lastmoduloberseite 16 angeordneten passiven Kupplungsteil 18 mit einem mechanischen Teil 18.1 und einem elektrischen Teil 18.2.
Der Kopplungsvorgang ist für beide automatische Kupplungen 5, 6 gleich. Hierbei wird, nachdem das aktive Kupplungsteil 11, 17 und das passive Kupplungsteil 12, 18 jeweils zueinander in Kopplungsposition gebracht wurden, von dem jeweils aktiven Kupplungsteil 11, 17 automatisch eine mechanische und eine elektrische Verbindung zum passiven Kupplungsteil 12, 18 hergestellt, wobei die elektrische Verbindung zur Leistungsübertragung dient. Unter dem vorstehend angesprochenen aktiven Kupplungsteil 11, 17 wird verstanden, dass der aktive Kupplungsteil 11, 17 Bauteile enthält, die während des Kopplungsvorgangs das Kopplungsmanöver aktiv unterstützen, indem sie zum Beispiel Bauteile am passiven Kupplungsteil 12, 18 kraftangetrieben hintergreifen und mit Bauteilen am passiven Kupplungsteil 12, 18 eine elektrische Verbindung zur Leistungsübertragung herstellen. Das Herstellen einer elektrischen Verbindung kann darin bestehen, dass ein Bauteil am aktiven Kupplungsteil 11, 17 kraftangetrieben bewegt wird und in seiner Endstellung einen elektrischen Kontakt zu einem am passiven Kupplungsteil angeordneten Bauteil herstellt oder darin, dass eine erste Spulenanordnung am aktiven Kupplungsteil 11, 17 bestromt wird und durch induktive Kopplung eine Spannung in eine zweite Spulenanordnung induziert, die am passiven Kupplungsteil 12, 18 angeordnet ist. Die elektrische Verbindung dient, wie vorstehend bereits angesprochen, der Leistungsübertragung. Unter dem Begriff Leistungsübertragung wird verstanden, dass mittels dieser elektrischen Verbindung auf der aktiven Kupplungsseite 11, 11.1 verfügbare elektrische Energie auf die passive Kupplungsseite 12, 12.1 übertragen wird, um auf dieser Seite Arbeit zu verrichten. Der Begriff Leistungsübertragung ist also als Gegenbegriff zum Begriff Signalübertragung zu verstehen.
Zur Übertragung elektrischer Leistung weist die erste automatische Kupplung 5 aktivseitig einen ersten elektrischen Teil 11.2 auf, dieser erste elektrische Teil 11.2 ist über eine elektrische Verbindung 19 mit dem ersten Akkumulator 10.1 verbunden. Passivseitig ist ein zweiter elektrischer Teil 12.2 vorgesehen der mittels einer elektrischen Verbindung 20 mit elektrischen Einrichtungen 21 im Lastmodul 4 verbunden ist. Entsprechend weist die zweite automatische Kupplung 6 aktivseitig ebenfalls einen ersten elektrischen Teil 17.2 auf, der mittels einer elektrischen Verbindung 22 mit dem zweiten Akkumulator 10.2 im Flugmodul 3 verbunden ist. Passivseitig ist ein zweiter elektrischer Teil 18.2 vorgesehen der mittels einer elektrischen Verbindung 23 mit den elektrischen Einrichtungen 21 im Lastmodul 4 verbunden ist. Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass die elektrischen Verbindungen 19, 20, 22, 23 zwar im einfachsten Fall Leitungsverbindungen sein können, es sollen hier aber auch Anpassungsschaltungen darunter verstanden werden, die den von den Akkumulatoren 10.1, 10.2 gelieferten Strom an die für die Übertragung zum Lastmodul 4 notwendige Form anpassen, beziehungsweise den vom Fahrmodul 2 oder vom Flugmodul 3 gelieferten Strom im Lastmodul 4 in die für die elektrischen Einrichtungen 21 des Lastmoduls 4 geeignete Form überführt. Es kann sich dabei zum Beispiel um Gleichrichter, Wechselrichter, Transformatoranordnungen oder andere elektronische Anpassungsschaltungen handeln.
Selbstverständlich ist es für die Funktionsfähigkeit des vorstehend beschriebenen Transportsystems notwendig, sowohl für die Aufladung des Akkumulatoren 10.1 im Fahrmodul 2, als auch für die Aufladung des Akkumulatoren 10.2 im Flugmodul 3 eine hier nicht dargestellte Lademöglichkeit an einer entsprechenden ebenfalls nicht dargestellten Infrastruktureinrichtung vorzusehen. Ein solches Aufladen wird von den Transportmodulen autonom durchgeführt, indem sie entweder bei Erreichen eines vorgegebenen minimalen Ladestandes eine entsprechende Infrastruktureinrichtung ansteuern und den Akkumulator aufladen und/ oder bei jedem Parkaufenthalt ein Aufladen an einer entsprechenden Infrastruktureinrichtung durchführen.
Wie bereits oben ausgeführt, ist im Betrieb des Transportsystems stets wenigstens ein Transportmodul, also ein Fahrmodul 2 und/ oder ein Flugmodul 3 an das Lastmodul 4 angekoppelt. Um dies zu gewährleisten ist eine Kommunikation zwischen einer ersten Steuereinrichtung (nicht dargestellt) im Fahrmodul 2 einer zweiten Steuereinrichtung (nicht dargestellt) im Flugmodul 3, gegebenenfalls unter Einbindung einer dritten Steuereinrichtung (nicht dargestellt) im Lastmodul 4 erforderlich. Der Umstand, dass die Steuereinrichtungen nicht dargestellt sind, gilt für die nachfolgenden Ausführungen und wird nicht mehr eigens erwähnt.
Die Kommunikation zwischen den Steuereinrichtungen stellt sicher, dass eine geschlossene automatische Kupplung 5, 6 nur öffnen kann, wenn eine andere automatische Kupplung 5, 6 geschlossen bleibt. Dazu wird in einem Kommunikationsdialog zwischen den Steuereinrichtungen festgestellt, ob die erste automatische Kupplung 5 und/ oder die zweite automatische Kupplung 6 geschlossen ist. Ist die erste automatische Kupplung 5 oder die zweite automatische Kupplung 6 geschlossen, wird die jeweils geschlossene automatische Kupplung durch die jeweils zugeordnete Steuereinrichtung in ihrem geschlossenen Zustand blockiert, sind sowohl die erste automatische Kupplung 5 als auch die zweite automatische Kupplung 6 geschlossen, sind beide automatische Kupplungen 5, 6 durch die jeweils zugeordneten Steuereinrichtungen so lange in ihrem geschlossenen Zustand blockiert, bis eine Anforderung eine Kupplung zu öffnen von der einen Steuereinrichtung an die andere Steuereinrichtung übermittelt wird. Die den Öffnungswunsch erhaltende Steuereinrichtung hält daraufhin die ihr zugeordnete automatische Kupplungen 5, 6 blockiert und sendet an die andere Steuereinrichtung eine Öffnungsfreigabe, woraufhin diese die ihr zugeordnete automatische Kupplung 5, 6 öffnet.
Eine Einbindung der dritten Steuereinrichtung im Lastmodul 4 in den vorstehend beispielhaft geschilderten Kommunikationsdialog zwischen der ersten und der zweiten Steuereinrichtung kann beispielsweise darin bestehen, dass nach dem Schließen einer automatischen Kupplung 5, 6 die jeweils zugeordnete Steuereinrichtung eine Anfrage an die dritte Steuereinrichtung im Transportmodul 4 richtet, ob die automatische Kupplung tatsächlich geschlossen ist und die dritte Steuereinrichtung dies über eine ihr zugeordnete Sensorik überprüft und den jeweiligen Zustand an die anfragende Steuereinrichtung zurückmeldet. Die Einbindung der dritten Steuereinrichtung im Lastmodul 4 in den Kommunikationsdialog zwischen der ersten und der zweiten Steuereinrichtung in den Transportmodulen ist nicht zwingend, eine Überprüfung ob eine der automatischen Kupplungen 5, 6 geschlossen ist, kann auch durch Abfragen einer entsprechenden Sensorik an den jeweiligen Transportmodulen erfolgen. Das Einbinden der dritten Steuereinrichtung im Lastmodul 4 hat aber den Vorteil, dass gleichzeitig die Funktionsfähigkeit der dritten Steuereinrichtung des Lastmoduls 4 getestet wird.
Zur Veranschaulichung des prinzipiellen Aufbaus der automatischen Kupplungen 5, 6 wird nachfolgend auf 2a und 2b Bezug genommen. Dabei zeigt 2a die zweite automatische Kupplung 6 zwischen dem Flugmodul 3 und Lastmodul 4 einmal in geöffneter Stellung (2a) und einmal in geschlossener Stellung (2b). Das Flugmodul 3 und das Lastmodul 4 sind - angedeutet durch Bruchlinien - jeweils nur mit dem Teil dargestellt, an dem sich der aktive Kupplungsteil 17 beziehungsweise der passive Kupplungsteil 18 befinden. Der an dem Flugmodul 3 gestellfest angeordnete aktive Kupplungsteil 17 besteht aus einem mechanischen Teil, der zwei Linearführungselemente 25 aufweist, in denen kraftangetriebene Hakenelemente 26 horizontal verschiebbar gelagert sind. Zwischen den zwei Linearführungselementen 25 befindet sich der elektrische Teil. Dieser ist durch ein mit einer elektrischen Isolierung 27 ummanteltes, steckerförmiges Kontaktelement 28 gebildet, das mittels der Linearführungselemente 25, gegen diese elektrisch isoliert, vertikal verschiebbar gelagert ist. Dem aktiven Kupplungsteil 17 gegenüber ist an dem Lastmodul 4 gestellfest das passive Kupplungsteil 18 angeordnet. Dieses besteht aus einem mechanischen Teil in Form eines Aufnahmeelementes 29, an das hakenförmige Aufnahmen 30 angeformt sind. Zur elektrischen Kopplung ist an dem Aufnahmeelement 29, zwischen den hakenförmigen Aufnahmen 30, unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierschicht 31, eine buchsenartige Aufnahme 32 vorgesehen, die zur Aufnahme des flugmodulseitigen steckerförmigen Kontaktelementes 28 dient. Um eine Leistungsübertragung zwischen dem im Flugmodul 3 angeordneten Akkumulator und den im Lastmodul 4 angeordneten elektrischen Einrichtungen 21 in der einfachsten Form vornehmen zu können, ist einerseits das steckerförmige Kontaktelement 28 mit dem ersten Pol des zweiten Akkumulator 10.2 elektrisch verbunden, während dessen zweiter Pol, ebenso wie die elektrisch leitfähigen Linearführungselemente 25 und die elektrisch leitfähigen kraftangetriebenen Hakenelemente 26, an Masse-Potential liegt. Andererseits ist die buchsenartige Aufnahme 32 mit dem ersten Pol der elektrischen Einrichtungen 21 elektrisch leitend verbunden, deren zweiter Pol, ebenso wie das elektrisch leitfähige Aufnahmeelement 29, am Masse-Potential des Lastmoduls 4 liegt.
Um das Ankoppeln des Flugmoduls 3 an das Lastmodul 4 vornehmen zu können wird hier angenommen, dass sich das Flugmodul 3, gegebenenfalls unter Einsatz hier nicht dargestellter mechanischer Führungsmittel und elektronischer Detektionsmittel, in die in 2a gezeigte Position manövriert hat, in der eine Kopplung vorgenommen werden kann.
Beim eigentlichen Kopplungsvorgang bewegt der aktive Kupplungsteil 17 die kraftangetriebene Hakenelemente 26, wie in 2a durch die Kraftpfeile F1 angedeutet, aufeinander zu, bis die in 2b gezeigte Koppelstellung erreicht ist. In dieser Position hintergreifen die kraftangetriebenen Hakenelemente 26 die hakenförmigen Aufnahmen 30 und legen so das Flugmodul 3 an dem Lastmodul 4 mechanisch fest. Die Antriebskraft für die kraftangetriebenen Hakenelemente 26 liefert ein elektromotorischer Antrieb, der in den Darstellungen nicht gezeigt ist. Mit dieser mechanischen Verbindung wird auch das Masse-Potential des Flugmoduls 3 mit dem Masse-Potential des Lastmoduls 4 elektrisch verbunden. Im zweiten Schritt erfolgt dann die elektrische Kopplung, indem der aktive Kupplungsteil 17 das steckerförmige Kontaktelement 28 in Richtung des zweiten Kraftpfeils F2 bewegt, wobei auch diese Bewegung mittels eines nicht dargestellten elektromotorischen Antriebs erfolgt. Hierbei wird das steckerförmige Kontaktelement 28 mit seinem Steckkontakt 33 in die buchsenartige Aufnahme 32 eingeschoben und verbindet so den ersten Pol der elektrischen Einrichtungen 21 mit dem ersten Pol des zweiten Akkumulator 10.2. Durch den nunmehr geschlossenen Stromkreis wird die von den elektrischen Einrichtungen 21 benötigte elektrische Leistung vom zweiten Akkumulator 10.2 im Flugmodul 4 aufgebracht und über die zweite Kupplung 6 zu den elektrischen Einrichtungen 21 im Lastmodul 4 übertragen. Gelöst wird die automatische Kupplung 6 in umgekehrter Reihenfolge, indem zunächst das steckerförmige Kontaktelement 28 elektromotorisch angetrieben von der in 2b gezeigten Position in die in 2a gezeigte Position gebracht wird, wie dies durch den dritten Kraftpfeil F3 angedeutet ist. Im zweiten Schritt werden dann die kraftangetriebenen Hakenelemente 26 von der in 2b gezeigten Position in die in 2a gezeigte Position bewegt, wie dies durch die vierten Kraftpfeile F4 angedeutet ist.
Es ist an dieser Stelle nochmals darauf hinzuweisen, dass die vorstehend beschriebene Kupplungsanordnung lediglich das Prinzip veranschaulichen soll, selbstverständlich lassen sich sowohl für die mechanische Kopplung als auch für die elektrische Kopplung unterschiedlichste Kopplungsprinzipien einsetzen zum Beispiel Bajonettkopplungen im mechanischen Teil und mehrpolige Steckverbinder oder induktive Kopplungen im elektrischen Teil.
Weiter können mehrere mechanische Kupplungen und/ oder mehrere elektrische Kupplungen parallel zum Einsatz kommen.
Das vorstehend in Verbindung mit dem Koppeln des Flugmoduls 6 mit dem Lastmodul 4 beschriebene Kupplungsprinzip ist natürlich auch für das Koppeln des Fahrmoduls 2 mit dem Lastmodul 4 einsetzbar. Hierzu hat man sich die Darstellungen in 2a und 2b jeweils um 180 Grad gedreht vorzustellen und in der vorstehenden Beschreibung den Begriff Flugmodul 3 durch den Begriff Fahrmodul 2 zu ersetzen und die Bezugszeichen für die erste automatische Kupplung 5 und ihrer Teile aus 1 zu übernehmen. Eine solche lediglich seitenverkehrte Anordnung ansonsten identischer automatischer Kupplungen 5, 6 hat den Vorteil, dass in der Produktion von Transportmodulen und Lastmodulen und für deren Reparatur sowohl für den mechanischen Teil der automatischen Kupplungen 5, 6 als auch für deren elektrischen Teil nur Bauteile in einer Variante vorzuhalten sind.
Wie oben bereits ausgeführt kann es sich bei dem Fahrmodul 2 in Abweichung zum beschriebenen Beispiel auch um ein Fahrzeug handeln, das an ein Schienen- oder Seilsystem gebunden ist. Schienengebundene Fahrmodule sind dabei entweder auf Schienen stehend oder an Schienen hängend ausgeführt. Im ersten Fall, also bei auf Schienen stehenden Fahrmodulen, ist die automatische Kupplung identisch zum vorstehend in Verbindung mit dem Fahrmodul 2 beschriebenen Beispiel, so dass das Lastmodul im angekoppelten Zustand auf dem Fahrmodul steht. Handelt es sich dagegen um ein an einem Schienensystem hängendes Fahrmodul oder um ein an einem Seilsystem hängendes Fahrmodul, entspricht die automatische Kupplung zwischen Fahrmodul und Lastmodul der vorstehend in Verbindung mit dem Flugmodul 3 beschriebenen Anordnung. Im Falle von an Schienensysteme oder Seilsysteme gebunde Fahrmodule muss die Energieversorgung des Fahrmoduls und damit des Lastmoduls nicht zwingend über einen im Fahrmodul angeordneten wiederaufladbaren Akkumulator erfolgen, wie dies vorstehend beschrieben ist, es ist vielmehr in solchen Fällen üblich die Energieversorgung über die Infrastruktureinrichtung, also das Schienensystem oder das Seilsystem, zum Beispiel mittels Schleifkontakten oder Kabeln vorzunehmen, dies ändert natürlich nichts an dem Umstand, dass die Energieversorgung des Lastmoduls, wie in den oben beschriebenen Beispielen, vom jeweiligen Fahrmodul aus erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Transportsystem
2: Fahrmodul
3: Flugmodul
4: Lastmodul
5: erste automatische Kupplung
6: zweite automatische Kupplung
7: Ausleger
8: Propeller
10.1: erster wiederaufladbarer Akkumulator
10.2: zweiter wiederaufladbarer Akkumulator
11: aktiver Kupplungsteil (erste automatische Kupplung 5)
11.1: mechanischer Teil von 11
11.2: elektrischer Teil von 11
12: passiver Kupplungsteil (erste automatische Kupplung 5)
12.1: mechanischer Teil von 12
12.2: elektrischer Teil von 12
13: Fahrmoduloberseite
14: Lastmodulunterseite
15: Flugmodulunterseite
16: Lastmoduloberseite
17: aktiver Kupplungsteil (erste automatische Kupplung 6)
17.1: mechanischer Teil von 17
17.2: elektrischer Teil von 17
18: passiver Kupplungsteil (erste automatische Kupplung 6)
18.1: mechanischer Teil von 18
18.2: elektrischer Teil von 18
19, 20, 22, 23: elektrische Verbindung
21: elektrische Einrichtungen
25: Linearführungselement
26: Hakenelement
27: elektrische Isolierung
28: Kontaktelement
29: Aufnahmeelement
30: hakenförmige Aufnahme
31: elektrische Isolierschicht
32: buchsenartige Aufnahme
33: Steckkontakt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3321112 A1 [0002]

Claims

Anordnung zur Kopplung und Energieversorgung eines Lastmoduls mit Transportmodulen eines modular aufgebauten Transportsystems, wobei das Transportsystem zumindest aus wenigstens einem Fahrmodul (2) und wenigstens einem Flugmodul (3) als Transportmodule und wenigstens einem Lastmodul (4) besteht, und wobei das Lastmodul (4) je nach Transportwunsch temporär mittels einer ersten automatischen Kupplung (5) an das Fahrmodul (2) und/ oder mittels einer zweiten automatischen Kupplung (6) an das Flugmodul (3) ankoppelbar ist und sowohl Fahrmodul (2), als auch Flugmodul (3) über eine eigene elektrische Energieversorgung für den Betrieb verfügen und die Fähigkeit aufweisen, das Lastmodul (4) in Abhängigkeit von einer Zieleingabe autonom zu transportieren, dadurch gekennzeichnet, dass - sowohl die erste automatische Kupplung (5) zwischen Fahrmodul (2) und Lastmodul (4), als auch die zweite automatische Kupplung (6) zwischen Flugmodul (3) und Lastmodul (4) so ausgebildet sind, dass diese während des Kopplungsvorgangs jeweils neben der mechanischen Kopplung eine elektrische Kopplung zur Leistungsübertragung herstellen, - die Energieversorgung der elektrischen Einrichtungen (21) des Lastmoduls (4) über diese elektrischen Kopplungen zur Leistungsübertragung erfolgt, - eine Kupplungssteuerungseinrichtung vorgesehen ist, die ein Öffnen der ersten automatischen Kupplung (5) nur zulässt, wenn die zweite automatische Kupplung (6) geschlossen ist und die ein Öffnen der zweiten automatischen Kupplung (6) nur zulässt, wenn die erste automatische Kupplung (5) geschlossen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kopplung eine über elektrisch leitfähige Kontakte hergestellte Kopplung ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kopplung zur Leistungsübertragung eine zweipolige elektrische Verbindung ist, und dass der eine Pol durch den mechanischen Teil der automatischen Kupplung (5, 6) gebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kopplung zur Leistungsübertragung eine mehrpolige elektrische Verbindung ist und an den Polen unterschiedliche Spannungen abgreifbar sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kopplung eine mittels Spulenanordnungen hergestellte induktive Kopplung ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur elektrischen Kopplung zwischen Fahrmodul (2) und Lastmodul (4) und die Anordnung zur elektrischen Kopplung zwischen Flugmodul (3) und Lastmodul (4) gleich ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste automatische Kupplung (5) zwischen Fahrmodul (2) und Lastmodul (4) einen fahrmodulseitigen aktiven Kupplungsteil (11) und einen lastmodulseitigen passiven Kupplungsteil (12) umfasst und dass die zweite automatische Kupplung (6) zwischen Flugmodul (3) und Lastmodul (4) einen flugmodulseitigen aktiven Kupplungsteil (17) und einen lastmodulseitigen passiven Kupplungsteil (18) umfasst.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kupplungsvorgang nach dem Herstellen der mechanischen Verbindung der jeweils elektrische Teil (11.2, 17.2) des aktive Kupplungsteils (11, 17) durch Ausführen einer kraftangetriebenen Bewegung wenigstens eines daran angeordneten Elementes jeweils wenigstens eine elektrische Verbindung zu wenigstens einem Element am elektrischen Teil (12.2, 18.2) des passiven Kupplungsteils (12, 18) automatisch herstellt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsteuerungseinrichtung und/ oder die automatische Kupplungen (5, 6) jeweils so aufgebaut sind, dass beim Schließen einer automatischen Kupplung (5, 6) erst die Herstellung der mechanischen Verbindung und dann die Herstellung der elektrischen Verbindung erfolgt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsteuerungseinrichtung und/ oder die automatischen Kupplungen (5, 6) jeweils so aufgebaut sind, dass bei Öffnen einer automatischen Kupplung (5, 6) zunächst die Unterbrechung der elektrischen Verbindung und dann das Lösen der mechanischen Verbindung erfolgt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung neben der mechanischen Verbindung und der elektrischen Verbindung zur Leistungsübertragung eine Verbindung zur Übertragung von Steuersignalen herstellen.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zur Übertragung von Steuersignalen eine funktechnische Verbindung ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrmodul ein an oder auf einer Infrastruktureinrichtung mechanisch geführtes Fahrmodul ist und das Fahrmodul seine elektrische Energie von der Infrastruktureinrichtung bezieht.