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Die Erfindung betrifft ein unbemanntes Fluggerät, insbesondere zum Versprühen von Chemikalien, wie Pestiziden oder Herbiziden, in der Landwirtschaft, mit einem Rumpf, mindestens einem Hauptrotor mit einem Drehantrieb und einer allgemein vertikalen Rotordrehachse, mindestens einem Behälter zur Aufnahme einer während des Flugs zu versprühenden fließfähigen Substanz, sowie einem langgestreckten, allgemein horizontal und quer zur Flugrichtung ausgerichteten Sprühdüsenträger, der eine Mehrzahl von Sprühdüsen zum Versprühen der fließfähigen Substanz trägt.
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Der Einsatz von unbemannten Fluggeräten zum Versprühen von flüssigen oder fließfähigen pulverförmigen Substanzen in der Landwirtschaft, wie Pestiziden, Herbiziden oder anderen Chemikalien, ist weit verbreitet. Dabei werden nicht nur unbemannte Starrflügelflugzeuge eingesetzt, sondern in den letzten Jahren auch unbemannte Hubschrauber oder Helikopter. Zum Manövrieren und Fliegen besitzen diese einen Hauptrotor mit einer allgemein vertikalen Rotordrehachse sowie einen Heckrotor mit einer allgemein horizontalen Rotordrehachse, der im Betrieb des Hauptrotors ein Drehmoment um die Rotordrehachse erzeugt. Zum Versprühen der Chemikalien sind sie gewöhnlich mit einem Behälter zur Aufnahme der fließfähigen Substanzen und einem an der Unterseite des Fluggeräts angeordneten langgestreckten Sprühdüsenträger mit Sprühdüsen versehen, denen die Substanzen von mindestens einer Pumpe über Schlauchleitungen oder durch das Innere des hohlen Sprühdüsenträgers zugeführt werden. Solche unbemannten Hubschrauber bzw. Helikopter sind beispielsweise in der
JP 2012153169 A ,
JP 20091666689 A ,
JPH 08163946 A ,
TWM 564003 U ,
CN 207826563 U und
CN 106697292 A offenbart.
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Bei vielen dieser unbemannten Fluggeräte ist das Verhältnis von Nutzlast zu Eigengewicht verhältnismäßig gering. Insbesondere müssen ferngesteuerte Fluggeräte mit elektrischem Rotorantrieb eine Batterie mitführen, deren Eigengewicht umso größer ist, je weiter das Fluggerät ohne Aufladung der Batterie fliegen soll. Außerdem trägt bei Helikoptern auch das mit einem Leitwerk und einem Heckrotor versehene Heck erheblich zum Eigengewicht und damit zu dem geringen Verhältnis von Nutzlast zu Eigengewicht bei.
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Ein geringes Verhältnis von Nutzlast zu Eigengewicht führt wiederum zu einem hohen Energieverbrauch, was nicht nur die Kosten der Sprüheinsätze erhöht, sondern auch die Häufigkeit oder Dauer der Totzeiten, die bei unbemannten Fluggeräten mit elektrischem Rotorantrieb für das Austauschen oder Aufladen der Batterie erforderlich sind. Durch Vergrößerung der Batterie kann die Häufigkeit oder Dauer der Totzeiten nicht reduziert werden, da eine schwerere Batterie das Verhältnis von Nutzlast zu Eigengewicht nach unten drückt.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein unbemanntes Fluggerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass das Verhältnis von Nutzlast zu Eigengewicht vergrößert werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Sprühdüsenträger mindestens einen Propeller trägt, der im Betrieb des Hauptrotors ein Drehmoment um die Rotordrehachse des Hauptrotors erzeugt.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den langgestreckten Sprühdüsenträger zusätzlich als Träger für mindestens einen Propeller zu nutzen, der angetrieben werden kann, um das zum Ausgleich des Drehmoments des Hauptrotors dienende Drehmoment zu erzeugen. Der mindestens eine Propeller übernimmt somit die Aufgabe des Heckrotors, so dass auf ein entgegen der Flugrichtung über den Rumpf überstehendes Heck verzichtet werden kann. Damit geht wiederum eine nicht unerhebliche Gewichtseinsparung ohne eine Reduzierung der Tragkraft und damit der Nutzlast einher.
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Im Vergleich zu einem Helikopter hat das erfindungsgemäße unbemannten Fluggerät noch einen weiteren erheblichen Vorteil: Es kann in Richtung der Propellerdrehachse nicht nur vorwärts sondern auch rückwärts fliegen, indem die Drehrichtung des mindestens einen Propellers umgekehrt oder dessen Anstellwinkel um etwas mehr als 180 Grad entsprechend verändert wird.
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Da der Sprühdüsenträger im Gegensatz zum Heck eines Helikopters quer zur Flugrichtung ausgerichtet ist, kann der Propeller vorteilhafterweise nicht nur zum Ausgleich des vom Hauptrotor erzeugten Drehmoments genutzt werden, sondern auch dazu, allein oder in Verbindung mit dem Hauptrotor den Schub des Fluggeräts im Flug zu liefern.
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Bei unbemannten Fluggeräten zum Versprühen von Chemikalien hat eine Konstruktion ohne Heck und Heckrotor darüber hinaus den großen Vorteil, dass der hinter den Sprühdüsen vom Hauptrotor nach unten gedrückte und in Richtung Boden sinkende Sprühnebel nicht in horizontaler Richtung verwirbelt wird und dadurch viel gleichmäßiger ausgebracht werden kann als von einem Helikopter mit Heckrotor.
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Ein noch weiterer Vorteil besteht darin, dass der Hauptrotor den Sprühnebel nach unten beschleunigt und sich zwei ineinander gedrehte Wirbelschleppen bilden, die für eine optimale Verteilung des Sprühnebels auf dem Boden sorgen.
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Darüber hinaus lässt durch Veränderung der Antriebsleistung des Hauptrotors und/oder des mindestens einen Propellers auch die Fluggeschwindigkeit des unbemannten Fluggeräts und somit die Breite des bei einem Überflug besprühten Bodenkorridors sowie die pro Flächeneinheit auf dem Boden auftreffende Menge der versprühten Substanz verändern.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Hauptrotor und der mindestens eine Propellers jeweils mittels separater elektrischer Antriebe angetrieben werden. Der Traktionsantrieb des mindestens einen Propellers wird bevorzugt ebenfalls vom langgestreckten Sprühdüsenträger getragen und ist in Verlängerung der Propellerdrehachse angeordnet. Auf diese Weise kann anders als bei üblichen Helikoptern auf einen zum Propeller führenden Antriebsstrang verzichtet und stattdessen die Energie zum Antreiben des Traktionsantriebs des mindestens einen Propellers durch Kabel entlang des Sprühdüsenträgers übertragen werden. Auch dies führt zu einer Gewichtseinsparung.
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Um mit einer möglichst geringen Propeller-Antriebsleistung ein möglichst großes Drehmoment zum Ausgleich des vom Hauptrotor erzeugten Drehmoments zu erzeugen, spannen die Längsachse des Sprühdüsenträgers und die Propellerdrehachse vorteilhaft eine Ebene auf, die horizontal ausgerichtet ist, wenn sich das Fluggerät im horizontalen Schwebeflug befindet. Dadurch, dass die Ausrichtung der Drehachse des mindestens einen Propellers in Bezug zum Rumpf und zum Sprühdüsenträger gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung starr ist, d.h. nicht verstellbar, kann die Konstruktion des Fluggeräts vereinfacht werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann das unbemannte Fluggerät ein Tragschrauber oder Gyrocopter sein, bei dem der mindestens eine Propeller den für die Vorwärtsbewegung notwendigen Schub allein erzeugen kann. In diesem Fall strömt bei der Vorwärtsbewegung des Fluggeräts Luft von unten her durch den Hauptrotor, wodurch dieser in Autorotation versetzt und ein ausreichender Auftrieb erzeugt wird, um das Fluggerät in der Luft zu halten oder sogar in den Steigflug zu bringen.
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Um für eine gleichmäßige Lastverteilung zu sorgen, weist das Fluggerät vorteilhaft zwei Propeller auf, die beiderseits von einem Rumpf des Fluggeräts am Sprühdüsenträger angebracht sind. Bevorzugt sind die beiden Propeller jeweils an oder nahe von einem der beiden freien Enden des Sprühdüsenträgers montiert, der nach entgegengesetzten Seiten über den Rumpf des Fluggeräts übersteht.
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Im Vergleich zu einem einzigen Propeller liefern die beiden Propeller mehr Schub und ermöglichen damit eine höhere Fluggeschwindigkeit. Wenn das Fluggerät ein Gyrocopter oder Tragschrauber ist, ermöglicht dies zudem eine Steigerung des durch eine Autorotation des Hauptrotors erzielten Auftriebs.
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Da sich außerdem das Fluggerät mit zwei oder mehr Propellern im Flug auch ohne ein Seitenleitwerk steuern lässt und auch ein Höhenleitwerk nicht benötigt wird, weil sich der Steigflug oder Sinkflug durch Veränderung der Antriebsleistung des Hauptrotors bzw. der Propeller steuern lässt, besteht auch aus diesem Grund keine Notwendigkeit, das Fluggerät mit einem Seitenleitwerk und/oder Höhenleitwerk bzw. einem als Träger für ein solches Leitwerk dienenden, in Flugrichtung oder entgegen der Flugrichtung über den Rumpf überstehenden Heck zu versehen.
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Um die Breite des bei einem einzigen Überflug besprühten Korridors möglichst groß zu machen, steht der Sprühdüsenträger zweckmäßig um mehr als das Doppelte, bevorzugt um mehr als das Fünffache und am besten zwischen dem Fünf- und Zehnfachen der Rumpfbreite nach beiden Seiten über den Rumpf über. Je größer der Überstand des Sprühdüsenträgers über den Rumpf ist, umso geringer ist die zum Drehmomentausgleich erforderliche Leistung der Propeller und umso höher die Energieeffizienz. Auch können die Baugröße und das Gewicht der Traktionsantriebe der Propeller sowie die Größe der Propellerflügel reduziert werden. Der Sprühdüsenträger trägt mindestens vier, bevorzugt mehr, in Abständen angeordnete Sprühdüsen, von denen jeweils die Hälfte auf beiden Seiten des Rumpfs angeordnet ist. Bevorzugt ist der Abstand benachbarter Sprühdüsen jeweils gleich.
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Durch den Auftrieb des Hauptrotors stellt sich das Fluggerät im Vorwärts- oder Rückwärtsflug in der jeweiligen Flugrichtung etwas an, so dass die Längsachse des Rumpfs und damit auch die Propellerdrehachsen in Bezug zu einer horizontalen Ebene in Flugrichtung leicht nach oben geneigt sind. Dies hätte ohne Gegenmaßnahmen zur Folge, dass die Hauptsprührichtung der Sprühdüsen nicht mehr vertikal nach unten ausgerichtet wäre, sondern schräg nach hinten und unten, was die Verteilung des Sprühnebels ungünstig beeinflussen würde.
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Aus diesem Grund ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Sprühdüsen mittels eines Stellantriebs um eine Längsachse des Sprühdüsenträgers drehbar sind. Auf diese Weise können die Sprühdüsen je nach Anstellwinkel des Rumpfs entsprechend gedreht werden, so dass sie stets vertikal nach unten weisen.
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In diesem Fall umfasst der Sprühdüsenträger vorteilhafterweise einen Traktionsantrieb-Träger, der den mindestens einen Propeller nebst Traktionsantrieb trägt, und ein Sprühdüsen-Trägerrohr, das mittels des Stellantriebs in Bezug zum Traktionsantrieb-Träger drehbar ist.
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Der Traktionsantrieb-Träger steht nach beiden Seiten über den Rumpf über und ist fest mit dem Rumpf verbunden, während das Sprühdüsen-Trägerrohr in Bezug zum Traktionsantrieb-Träger um dessen Längsachse drehbar ist und einen Kanal zur Zufuhr der zu versprühenden Substanz zu den Sprühdüsen begrenzt.
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Dabei kann das Sprühdüsen-Trägerrohr den Traktionsantrieb-Träger umgeben, vorzugsweise koaxial, wobei in diesem Fall der Kanal als Ringkanal zwischen Träger und Trägerrohr ausgebildet ist. Auf diese Weise kann das Eigengewicht des Fluggeräts weiter reduziert werden.
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Um den Austausch des Sprühdüsen-Trägerrohrs und/oder die Reinigung der Sprühdüsen zu erleichtern, kann das Sprühdüsen-Trägerrohr vorteilhaft auch drehbar am Traktionsantrieb-Träger aufgehängt sein. In diesem Fall befindet sich das Sprühdüsen-Trägerrohr bevorzugt unter oder neben dem Traktionsantrieb-Träger, wobei es zweckmäßig parallel zu diesem verläuft und den Kanal umgibt.
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Der Sprühdüsenträger kann wahlweise oberhalb oder unterhalb des Behälters am Rumpf angebracht werden. Die bevorzugte Anbringung des Sprühdüsenträgers zwischen der Oberseite des Rumpfs und dem Hauptrotor hat den Vorteil, dass der Abwind der Rotorblätter die aus den Sprühdüsen austretende Substanz besser mit der Luft vermischt und den entstehenden Sprühnebel stärker nach unten in Richtung Boden drückt. Außerdem kann ohne Behinderung durch den Sprühdüsenträger an der Unterseite des Rumpfs ein Bodenradar angebracht werden, das durch den Rumpf des Fluggeräts vor dem Sprühnebel geschützt ist.
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Wenn der Sprühdüsenträger an der Unterseite des Rumpfs montiert wird, hat dies hingegen den Vorteil, dass die zu versprühende Substanz nicht nach oben gepumpt werden braucht, um sie zu den Sprühdüsen zu fördern.
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Da die zu versprühenden fließfähigen Substanzen, wie Pestizide und Düngemittel, häufig aus mehreren Komponenten bestehen und/ oder als Konzentrate angeliefert werden, die vor dem Versprühen am Boden aufwändig miteinander bzw. mit Wasser vermischt werden müssen, besteht eine weiter Aufgabe der Erfindung darin, den nötigen Zeit- und Arbeitsaufwand zwischen den Sprühvorgängen zu reduzieren. Zu diesem Zweck sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung und für sich selbst erfinderische Variante der Erfindung vor, dass das unbemannte Fluggerät mindestens zwei austauschbare Behälter zur Aufnahme von mindestens einer während des Flugs zu versprühenden fließfähigen Substanz aufweist.
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Infolge der Austauschbarkeit der Behälter ist es möglich, entleerte Behälter schnell durch volle Behälter zu ersetzen, wodurch die Dauer der nicht zum Versprühen nutzbaren Totzeiten reduziert wird. Außerdem ist es möglich, nach Bedarf unterschiedliche Substanzen zu versprühen, indem jeweils der Behälter mit der gewünschten Substanz am Fluggerät angebracht wird. Auf diese Weise kann beim Wechsel einer Substanz auch eine Kontamination infolge einer unvollständigen Entleerung eines Behälters vermieden werden. Insgesamt wird der für das Befüllen der Behälter nötige Zeit- und Arbeitsaufwand erheblich reduziert. Außerdem kann ein Verschütten von Chemikalien am Boden sicher vermieden werden.
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Infolge der Verwendung von mehreren Behältern ist es möglich, das Vermischen der Substanzen während des Flugs vorzunehmen, vorzugsweise indem gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Erfindungsvariante jeweils ein steuerbares Ventil zwischen den Behältern und den Sprühdüsen sowie ein in Strömungsrichtung hinter den Ventilen angeordneter Mischer zum Vermischen von unterschiedlichen, aus den Behältern zu den Sprühdüsen geförderten fließfähigen Substanzen vorgesehen wird. Bei dem Mischer kann es sich grundsätzlich auch um eine Förderpumpe handeln, welche die Substanzen zu den Sprühdüsen fördert, weil es in vielen Pumpenbauarten durch Verwirbelung von selbst zu einer ausreichenden Vermischung kommt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Fluggerät mit Einrichtungen zur kontaktlosen elektromagnetischen Identifizierung des oder der Behälter ausgestattet. Die Einrichtungen umfassen vorteilhaft mindestens einen energielosen Nahfeld-Transponder oder RFID-Chip mit einem Datenspeicher an dem oder jedem Behälter und mindestens ein am Fluggerät angebrachtes Lesegerät. Im Datenspeicher sind jeweils Informationen über die Art der Substanz, deren Zusammensetzung und Konzentration, Hersteller, Zeitpunkt der Herstellung, Losnummer und Lieferadresse gespeichert. Das Lesegerät erzeugt ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld, um die gespeicherten Daten beim Anbringen jedes Behälters mittels des Transponders oder der Antenne des RFID-Chips selbsttätig und berührungslos auszulesen, und übermittelt die Daten dann an eine Steuerung des Fluggeräts. In der Steuerung wird anhand der Daten ermittelt, ob die fließfähigen Substanzen nur versprüht oder zuvor noch vermischt werden müssen, und im letzteren Fall mit welchem Mischungsverhältnis. Im ersteren Fall braucht nur das steuerbare Ventil von jeweils einem Behälter geöffnet werden, während im letzteren Fall die steuerbaren Ventile mehrerer Behälter gleichzeitig geöffnet werden.
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Die elektromagnetisch aus den Datenspeichern der Nahfeld-Transponder oder RFID-Chips ausgelesenen Daten gestatten es zudem, vor oder während des Flugs zu prüfen, ob die fließfähigen Substanzen in einem bestimmten Einsatzgebiet versprüht werden dürfen. Außerdem gestatten es die ausgelesenen Daten zusammen mit der Steuerung der Ventile, bevorzugt stufenlos steuerbaren Durchflussventilen, die Menge, Zusammensetzung und/oder Konzentration der zu versprühenden fließfähigen Substanzen während des Flugs an den aktuellen Bedarf und/oder an geographische Vorgaben anzupassen. Zum Beispiel können in Bereichen, für die zuvor ein erhöhter Schädlingsbefall oder Düngemittelbedarf festgestellt worden ist, mehr Pestizide bzw. Düngemittel versprüht werden als in anderen Bereichen. Zu diesem Zweck vergleicht die Steuerung die von einem GPS-System ermittelten aktuellen Positionsdaten des Fluggeräts mit gespeicherten Positionsdaten von Gebieten, in denen bestimmte Substanzen nicht versprüht werden dürfen bzw. in denen der Bedarf bzw. die geographischen Vorgaben hinterlegt sind.
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Vorzugsweise sind die austauschbaren Behälter mittels eines Rastmechanismus an der Außenseite des Fluggeräts angebracht, so dass sie gut zugänglich sind und schnell und einfach gewechselt werden können. Der Rastmechanismus ähnelt zweckmäßig demjenigen von Tinten- oder Tonerbehältern in Druckern, wo der Behälter in eine Aufnahme eingeklickt oder eingerastet und zum Lösen des Behälters bzw. des Rastmechanismus ein Hebel oder Drucktaster betätigt wird. Vorteilhaft wird beim Einrasten des Behälters ein Auslass am unteren Ende des Behälters flüssigkeitsdicht mit der Einlassseite des zugehörigen steuerbaren Ventils verbunden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einigen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen unbemannten Fluggeräts für landwirtschaftliche Sprüh-Einsätze;
- die 2a, 2b und 2c zeigen Querschnittsansichten eines Sprühdüsenträgers des Fluggeräts mit einem Stellantrieb zum Drehen der Sprühdüsen um eine Längsachse des Sprühdüsenträgers in verschiedenen Drehstellungen der Sprühdüsen;
- 3 zeigt eine Abwicklungsdarstellung von vier vom Fluggerät mitgeführten austauschbaren Wechsel-Behältern und deren Verbindung mit den Sprühdüsen.
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Das in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße unbemannte Fluggerät 10 ist zum Einsatz in der Landwirtschaft zum Ausbringen von flüssigem Dünger, Pestiziden, Herbiziden oder anderen flüssigen oder pulverförmigen Substanzen bestimmt und besitzt dazu eine Sprühvorrichtung 12, mit der sich die Substanzen in Form eines Sprühnebels versprühen lassen.
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Bei dem Fluggerät 10 handelt es sich um einen kleinen Gyrocopter oder Tragschrauber mit einer Nutzlast von etwa 50 bis 100 kg, der mit der Sprühvorrichtung 12 ausgestattet ist.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst das Fluggerät 10 einen Rumpf 14, einen oberhalb des Rumpfs 14 angeordneten Hauptrotor 16 mit zwei großen Rotorblättern 18, die um eine allgemein vertikale Rotordrehachse 20 drehbar sind, einen elektrischen Rotorantrieb und einen zur Stromversorgung dienenden Akku, die beide nicht sichtbar innerhalb des Rumpfs 14 angeordnet sind, mehreren austauschbaren Wechselbehältern 22a, 22b, 22c, 22d zur Aufnahme der zu versprühenden Substanzen, einen nach entgegengesetzten Seiten und quer zur Flugrichtung über den Rumpf 14 überstehenden langgestreckten Sprühdüsenträger 24, der in seiner Mitte am Rumpf 14 befestigt ist, eine Mehrzahl von Sprühdüsen 26 trägt, von denen zur Vereinfachung nur vier dargestellt sind, und an seinen beiden entgegengesetzten freien Enden mit jeweils einem Propeller 28 nebst elektrischem Traktionsantrieb 30 versehen ist, sowie Landekufen 32 und ein Bodenradar 34, die beide unterhalb des Rumpfs 14 angeordnet sind.
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Der Rumpf 14 enthält weiter ein Steuergerät 15 zum Steuern des Fluggeräts 10 und der Sprühvorrichtung 12, sowie einen Neigungssensor oder anderen Sensor (nicht dargestellt) zur Bestimmung eines Anstellwinkels des Fluggeräts 10 gegenüber einer horizontalen Flugebene. Das Steuergerät 15 umfasst einen Autopiloten nebst einem GPS-System, das die aktuellen Positionsdaten des Fluggeräts 10 erfasst und an den Autopiloten übermittelt. Das Steuergerät 15 umfasst weiter ein Kartensystem, in dem die zu besprühenden Flächen vom Piloten markiert werden können.
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Der Hauptrotor 16 wird vom Rotorantrieb über eine Antriebswelle 36 angetrieben, deren oberes Ende mit einer Taumelscheibe 38 und einem Rotorkopf 40 versehen ist, an dem die inneren Enden der in Bezug zur Antriebswelle 36 diametral gegenüberliegenden Rotorblätter 18 in bekannter Weise befestigt sind.
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Zum Steuern des Fluggeräts 10 und der Sprühvorrichtung 12 können vom Steuergerät 15 im Zusammenwirken mit einer am Boden mitgeführten Fernsteuerung u.a. die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Rotorantriebs des Hauptrotors 16 sowie die Drehzahl und/oder das Drehmoment der beiden Propeller-Traktionsantriebe 30, die Neigungswinkel der beiden Rotorblätter 18 des Hauptrotors 16, die Anstellwinkel der beiden Propellerflügel 42 der Propeller 28, sowie eine Reihe von weiteren Parametern gesteuert werden, um damit Flugparameter des Fluggeräts 10, wie Fluggeschwindigkeit, Flugrichtung, Steigen oder Sinken, zu verändern.
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Bei den Wechselbehältern 22a, 22b, 22c, 22d des Fluggeräts 10 handelt es sich um vier nebeneinander leicht zugänglich und schnell lösbar an der Außenseite des Rumpfs 14 angebrachte und gleichmäßig um den Rumpf 14 herum verteilte Kunststoff-Einwegbehälter, die mittels eines Rastmechanismus (nicht dargestellt) jeweils in einer Rastaufnahme des Rumpfs 14 befestigt sind, so dass entleerte Behälter 22 schnell gegen vorgefüllte volle Behälter 22 ausgetauscht werden können.
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Wie am besten in 3 dargestellt, besitzt jeder Behälter 22 an seinem unteren Ende einen Auslassstutzen 23 mit einem vor dem Gebrauch versiegelten Einwegventil und enthält eine zu versprühende Substanz, die bereits vor dem Sprüh-Einsatz und zweckmäßig beim Hersteller in den Behälter 22 gefüllt wird, so dass vor dem Sprüh-Einsatz nur der Behälter 22 mit der Substanz mit dem Rumpf 14 verrastet werden braucht.
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Jeder Behälter 22 ist mit einem RFID-Chip 27 versehen, in dessen Datenspeicher Informationen über die enthaltene Substanz, wie z.B. deren Art, Zusammensetzung, Konzentration, Hersteller, Herstellungsdatum, Losnummer und Lieferadresse gespeichert sind. An der Unterseite des Rumpfs 14 ist ein RFID-Lesegerät 29 angebracht, das zum kontaktlosen Auslesen und Übermitteln der Daten an das Steuergerät 15 des Fluggeräts 10 dient.
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Wie in 3 dargestellt, werden beim Anbringen der Behälter 22 die konischen Enden der Auslassstutzen 23 der Behälter 22 in konische Aufnahmen 25 einer unterhalb von den Behältern 22 an der Außenseite des Rumpfs 14 angeordneten Sammelleitung 31 gesteckt und beim Befestigen der Behälter 22 flüssigkeitsdicht mit den Aufnahmen 25 verbunden. Jede Aufnahme 25 ist über ein mit dem Steuergerät 15 verbundenes Durchflussmengenventil 33 mit einem Mischer 35 und einer Sprühmittelpumpe 37 verbunden. Der Mischer 35 kann bei Bedarf vom Steuergerät 15 aktiviert werden, um die aus den Behältern 22 zugeführten Substanzen zu vermischen, bevor sie von der Sprühmittelpumpe 37 durch den Sprühdüsenträger 24 zu den Sprühdüsen 26 gepumpt werden.
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Der Sprühdüsenträger 24 besteht aus zwei Hälften 44, die quer zur Flugrichtung des Fluggeräts 10 über entgegengesetzte Seiten des Rumpfs 14 überstehen. Die Längsachsen 46 der beiden Hälften 44 können miteinander fluchten oder können alternativ in einer horizontalen Ebene einen Winkel von etwa 160 bis 175 Grad miteinander einschließen, wie in 1 dargestellt.
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Wie am besten in den 2a, 2b und 2c dargestellt, besteht jede der beiden Hälften 44 des Sprühdüsenträgers 24 im Wesentlichen aus einem langgestreckten inneren Traktionsantrieb-Trägerrohr 48 und einem in Bezug zum Traktionsantrieb-Trägerrohr 48 um die Längsachse 46 drehbaren äußeren Sprühdüsen-Trägerrohr 50.
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Die benachbarten inneren Enden der oberhalb von den Behältern 22 über den Rumpf 14 überstehenden Traktionsantrieb-Trägerrohre 48 sind starr mit dem Rumpf 14 verbunden. Am entgegengesetzten äußeren Ende von jedem Traktionsantrieb-Trägerrohr 48 ist der Traktionsantrieb 30 von einem der Propeller 28 derart montiert, dass die beiden Propellerdrehachsen 52 und die Längsachsen 46 der beiden Hälften 44 des Sprühdüsenträgers 24 eine zur Rotordrehachse 20 des Hauptrotors 16 senkrechte und allgemein horizontale Ebene aufspannen, wobei sich die Längsachsen 46 der beiden Hälften 44 des Sprühdüsenträgers 24 mit der Rotordrehachse 20 schneiden.
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Die Energieversorgung der elektrischen Traktionsantrieben 30 erfolgt durch Kabel 54, die vom Akku durch den Rumpf 14 und das hohle Innere jedes Traktionsantrieb-Trägerrohrs 48 hindurch bis zum jeweiligen Traktionsantrieb 30 verlaufen.
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Die zylindrische innere Umfangsfläche 56 jedes Sprühdüsen-Trägerrohrs 50 begrenzt mit der zylindrischen äußeren Umfangsfläche 58 des zugehörigen Traktionsantrieb-Trägerrohrs 48 einen Ringspalt 60, durch den die im oder am Rumpf 14 montierte Sprühmittelpumpe 35 (3) die zu versprühende fließfähige Substanz oder Substanzen aus den Behältern 22 zu den nach unten weisenden Sprühdüsen 26 pumpt, die unbeweglich am Sprühdüsen-Trägerrohr 50 befestigt sind.
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An jedem der beiden Sprühdüsen-Trägerrohre 50 ist jeweils die Hälfte der Sprühdüsen 26 in gleichen Abständen voneinander angebracht, wobei die jeweils äußerste Sprühdüse 26 in der Nähe des Traktionsantriebs 30 und die innerste Sprühdüse 26 in der Nähe des Rumpfs 14 angeordnet ist.
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Die beiden Sprühdüsen-Trägerrohre 50 werden vor der Montage der beiden Traktionsantrieben 30 von außen her auf das jeweilige Traktionsantrieb-Trägerrohr 48 aufgeschoben. Zwischen den Trägerrohren 48, 50 sind mindestens zwei Gleitlager (nicht dargestellt) angeordnet, die für eine konzentrische Anordnung der Rohre 48, 50 sorgen. Die äußeren Enden des Sprühdüsen-Trägerrohrs 50 sind jeweils geschlossen, so dass dort keine zu versprühende Substanz austreten kann. Zwischen den benachbarten inneren Enden der beiden Hälften 44 der Sprühdüsen-Trägerrohre 50 befindet sich eine Armatur (nicht dargestellt), welche die inneren Enden der Ringspalte 60 mit einer zur Sprühmittelpumpe führenden Versorgungsleitung (nicht dargestellt) verbindet.
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Innerhalb des Rumpfs 14 und oberhalb von den Behältern 22 befindet sich ein Stellantrieb 62, der die beiden Sprühdüsen-Trägerrohre 50 gemeinsam auf den Traktionsantrieb-Trägerrohren 48 um die Längsachsen 46 der beiden Hälften 44 des Sprühdüsenträgers 24 drehen kann. Der Stellantrieb 62 wirkt auf einen Stellhebel 64 ein, der drehfest mit den inneren Enden der beiden Sprühdüsen-Trägerrohre 50 verbunden ist.
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Der Stellantrieb 62 wirkt mit dem Steuergerät 15 zusammen, um die Sprühdüsen 26 unabhängig von einem eventuellen Anstellwinkel des Fluggeräts 10 im Vorwärts- oder Rückwärtsflug stets senkrecht nach unten zu richten. Mit anderen Worten werden die beiden Sprühdüsen-Trägerrohre 50 vom Stellantrieb 62 um einen Drehwinkel a gedreht, der dem momentanen Anstellwinkel des Fluggeräts 10 in Bezug zu einer horizontalen Ebene entspricht.
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Dieser Anstellwinkel a wird mit Hilfe des Neigungssensors oder anderen Sensors gemessen, der beispielsweise einen elektromagnetisch oder mechanisch aufgehängten Pendelkörper umfasst, dessen Auslenkung elektronisch, induktiv, kapazitiv oder optisch gemessen wird, oder der als mikroelektromechanischer Sensor ausgebildet ist.
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Dort, wo das Fluggerät 10 nur mit einem einzigen Behälter 22 ausgestattet ist, kann alternativ der Anstellwinkel a aus der Differenz der Messwerte zweier Füllstandsensoren ermittelt werden, von denen jeweils einer nahe dem vorderen bzw. nahe dem hinteren Ende des Fluggeräts 10 im Behälter 22 angeordnet ist, und die identische Messwerte anzeigen, wenn das Fluggerät 10 horizontal ausgerichtet ist und der Anstellwinkel a 0 Grad beträgt, wie in 2a dargestellt.
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Sobald sich das Fluggerät 10 z.B. im Vorwärtsflug nach vorne und oben neigt, wie in 2b für einen Anstellwinkel a von 10 Grad beispielhaft dargestellt, wird der Messwert des hinteren Füllstandsensors größer, während der Messwert des vorderen Füllstandsensors kleiner wird. Aus der Differenz der Messwerte kann der Anstellwinkel a abgeleitet werden.
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Ungeachtet dessen, wie der Anstellwinkel a gemessen wird, dreht der Stellantrieb 62 die beiden Sprühdüsen-Trägerrohre 50 in Bezug zum Traktionsantrieb-Trägerrohr 48 im Uhrzeigersinn um den Anstellwinkel a, so dass die Sprühdüsen 26 weiterhin senkrecht nach unten weisen.
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Sobald sich das Fluggerät 10 im Rückwärtsflug nach hinten und oben neigt, wie in 2c für einen Anstellwinkel a von 10 Grad beispielhaft dargestellt, dreht der Stellantrieb 62 die beiden Sprühdüsen-Trägerrohre 50 in Bezug zum Traktionsantrieb-Trägerrohr 48 entgegen dem Uhrzeigersinn um den Anstellwinkel a, so dass auch dann die Sprühdüsen 26 weiterhin senkrecht nach unten weisen.
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Die Sprühdüsen 26 sind jeweils mit Hochgeschwindigkeitsventilen 66 ausgestattet, die mittels elektrischer, durch den Ringspalt 60 verlaufender Leiter 70 mit einer in das Steuergerät 15 integrierten elektrischen Ventilsteuerung verbunden sind. Mit Hilfe der Ventilsteuerung lässt sich der Öffnungs- bzw. Schließzustand der Ventile 66 in Abhängigkeit von der Position des unbemannten Luftfahrzeugs 10 und einem gewünschten Sprühbild sowie ggf. weiteren Parametern steuern.
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Vor dem Start des Fluggeräts 10 werden beim Anbringen der Behälter 22 die in den RFID-Chips 27 gespeicherten Daten oder Informationen vom RFID-Lesegerät 29 selbsttätig ausgelesen und an das Steuergerät 15 übermittelt. Das letztere prüft anhand der Daten, ob die Substanzen in den Behältern 22 nur versprüht oder vorher gemischt werden müssen, und wenn ja mit welchem Mischungsverhältnis. Das Steuergerät 15 ist über eine drahtlose Netzwerkverbindung mit einem behördlichen Luftfahrtmanagement-System am Boden verbunden, bei dem das Steuergerät 15 vor dem Start um eine Flugfreigabe ersucht. Neben den Positionsdaten der zuvor markierten zu besprühenden Flächen werden dazu auch die Daten der zu versprühenden Substanzen und die Daten des Piloten des Fluggeräts 10 übermittelt. Das Luftfahrtmanagement-System prüft die Berechtigung des Piloten und die Zulässigkeit der Verwendung der übermittelten Substanzen am Startplatz des Fluggeräts 10 und auf den markierten Flächen, indem es die Positionsdaten der zu besprühenden Flächen und die Daten der zu versprühenden Substanzen mit entsprechenden Daten in einem eigenen Kartensystem abgleicht, das genau vorgibt, wo welche Substanzen eingesetzt oder versprüht werden dürfen. Falls ja, erfolgt die Flugfreigabe. Falls nein, wird die Aktivierung des Autopiloten vom Luftfahrtmanagement-System blockiert, so dass das Fluggerät 10 nicht in Betrieb genommen werden kann.
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Bei Bedarf kann das Steuergerät 15 die Menge, Zusammensetzung und/oder Konzentration der zu versprühenden Substanzen während des Flugs an den aktuellen Bedarf und/oder an geographische Vorgaben anpassen, indem es die vom GPS-System ermittelten aktuellen Positionsdaten mit Positionsdaten von markierten Flächen vergleicht, in denen zum Beispiel ein erhöhter Bedarf an Pestiziden oder Düngemitteln hinterlegt ist, und dann die Durchflussmengenventile 33 entsprechend steuert.
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Mit Hilfe des Luftfahrtmanagement-Systems bzw. dessen Kartensystem kann zudem von Behördenseite nachverfolgt werden, wo welche Substanzen versprüht worden sind, um im Falle von Problemen den Ursachen nachgehen zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2012153169 A [0002]
- JP 20091666689 A [0002]
- JP H08163946 A [0002]
- TW M564003 U [0002]
- CN 207826563 U [0002]
- CN 106697292 A [0002]
