DE102021004272B4 - firefighting drone - Google Patents
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Abstract
Feuerlösch-Drohne, die ein unbemanntes, autonomes oder fernsteuerbares Fluggerät ist, die- einen Feuerwehrschlauch-Anschluss, durch den sie mit einem Feuerwehrschlauch verbindbar ist, wobei das andere Ende des Feuerwehrschlauchs mit einem Pumps-System eines Feuerwehr-Lösch-Geräts oder Löschfahrzeugs am Boden verbindbar ist, von dem das Löschmittel oder Löschwasser mit Druck in dem Feuerwehrschlauch gepumpt wird,- eine oder mehrere Löschmittel-Düsen, die das Löschwasser auf einem Brandherd abgeben können,- ein Flug-Antriebs-System, das aus einer oder mehreren Schubkraft-Düsen besteht,- ein Fernsteuerungs-System, das mit der Steuerung der Drohne gekoppelt ist und die dort eingebauten elektrischen und elektromechanischen Elementen fernsteuert.aufweist,dadurch gekennzeichnet,dass sie eine Stromquelle (7) aufweist und die Schubkraft-Düsen (9) elektrisch schwenkbar sind und das Flug-Antriebs-System mit einer separaten Hochdruckleitung (2) verbunden ist, die deutlich schmaler als der Feuerwehrschlauch (4) ist, die mit der Wand des Feuerwehrschlauchs gekoppelt ist oder direkt drin steckt, die reines Wasser (6) mit höherem Druck liefert, als der Druck, der in dem Feuerwehrschlauch herrscht, der über die Düsen (9) einen Rückstoß erzeugt, der ausreichend ist, um die Drohne (1) schweben zu lassen oder zum Fliegen zu bringen, und mit einem oder mehreren Elektroventilen (26) oder Durchfluss-Steuerklappen, die die Wasserströmung durch die Schubkraft-Düsen (9) steuern und einer Steuerung, die mit den Elektroventilen gekoppelt ist, und mit einem Flug-Stabilisierungs-System, bestehend aus mindestens einer Rückstoß-Düse (28), die gegenüberliegend zu der Löschmittel-Düse (10) in die Feuerlösch-Drohne angebracht ist und im entgegengesetzte Richtung einen Wasserstrahl aus der Hochdruckleitung (2) elektroventilgesteuert abgibt, die gleichzeitig mit der Löschmittel-Düse (10) aktivierbar ist und den durch die Löschmittel-Düse erzeugten Rückstoß ausgleicht, ausgestattet ist.Firefighting drone, which is an unmanned, autonomous or remotely controllable aircraft, which has a fire hose connector through which it can be connected to a fire hose, the other end of the fire hose being connected to a pump system of a fire extinguishing device or fire engine on the Ground can be connected, from which the extinguishing agent or extinguishing water is pumped with pressure in the fire hose, - one or more extinguishing agent nozzles that can deliver the extinguishing water on a fire, - a flight propulsion system that consists of one or more thrust nozzles, - a remote control system which is coupled to the drone controller and remotely controls the electrical and electromechanical elements installed there, characterized in that it has a power source (7) and the thrust nozzles (9) can be pivoted electrically and the flight propulsion system is connected to a separate high-pressure line (2), which is significantly narrower than the fire hose (4), which is coupled to the wall of the fire hose or is directly in it, which contains pure water (6) with higher supplies pressure than the pressure prevailing in the fire hose which, via the nozzles (9), generates a recoil sufficient to levitate or fly the drone (1) and with one or more electrovalves ( 26) or flow control flaps that control the flow of water through the thrust nozzles (9) and a controller coupled to the electrovalves and to a flight stabilization system consisting of at least one thruster nozzle (28), which is mounted opposite the extinguishing agent nozzle (10) in the fire extinguishing drone and in the opposite direction emits a water jet from the high-pressure line (2), controlled by an electrovalve, which can be activated at the same time as the extinguishing agent nozzle (10) and which is controlled by the extinguishing agent compensates for the recoil generated by the nozzle.
Description
Die Erfindung betrifft eine fernsteuerbare oder autonome, unbemannte Feuerlösch-Drohne, die in der Lage ist, einen Brand in einem Gebäude, insbesondere in einem Hochhaus oder in schwer zugänglichen Objekte oder gefährliche Gelände oder Gebäude, wie z.B. Kernreaktoren oder Chemiewerke wirksam zu bekämpfen.The present invention relates to a remotely controllable or autonomous unmanned fire-fighting drone capable of effectively fighting a fire in a building, particularly in a high-rise building or in difficult-to-access objects or dangerous terrain or buildings, such as nuclear reactors or chemical plants.
Es ist bekannt, dass die Löscharbeiten sich als sehr schwierig im Falle eines Brandes in einem Hochgebäude / Hochhaus oder im Industriebereich, wo gefährliche Materialien gelagert werden, darstellen. Wenn kein Zugang im Inneren des Gebäudes oder Hochhauses möglich ist, dann versucht die Feuerwehr den Brand von außen zu bekämpfen. Das wird mithilfe von Dreh-Leitern geschafft. Allerdings bei sehr hohen Hochhäusern reicht das leider nicht. Die Drehleiter sind nicht beliebig lang machbar und somit nur bis zu einer bestimmten Höhe einsetzbar. In der Regel reichen solche Drehleiter bis zum 12-ten oder eventuell bis zum 15-ten Stockwerk, mehr aber nicht. Bei höheren Gebäuden werden manchmal Hochdruck-Wasserwerfer benutzt. Die Wirksamkeit dieser Methode ist in niedriger Höhe gut gegeben, allerdings bei hohen Gebäuden relativ gering, wenn man bedenkt, dass dabei sehr große Wassermengen abgegeben werden, weil der Wasserstrahl mit der Entfernung sich zu sehr zerstreut. Zudem sinkt auch die Treff-Genauigkeit mit der der Wasserstrahl das Ziel erreicht.It is known that firefighting operations are very difficult in the event of a fire in a high-rise building / high-rise building or in an industrial area where hazardous materials are stored. If no access is possible inside the building or high-rise building, then the fire brigade tries to fight the fire from the outside. This is done with the help of rotary ladders. Unfortunately, this is not enough for very high skyscrapers. The turntable ladder cannot be made as long as you like and can therefore only be used up to a certain height. As a rule, such turntable ladders reach up to the 12th or possibly up to the 15th floor, but no more. High pressure water cannons are sometimes used on taller buildings. The effectiveness of this method is good at low altitudes, but relatively low in high buildings, considering that very large amounts of water are discharged because the water jet disperses too much with distance. In addition, the accuracy with which the water jet reaches the target also decreases.
Wasserwerfer sind in der Lage große Wassermengen in einer relativ großen Distanz zu werfen. Der Einsatz von Wasserwerfern minimiert die Gefahr für die Feuerwehrleute. Insbesondere ist diese Methode notwendig bei gefährlichen Bränden oder bei bestehender Explosionsgefahr. Allerdings mit Wasserwerfern kann man vorzugsweise Brände, die nach außen ausgebrochen sind, bekämpfen. Wenn ein Brand in einem Gebäude drin ausgebrochen ist, kann man mit Wasserwerfern nur wenig erreichen.Water cannons are capable of throwing large amounts of water at a relatively long distance. The use of water cannons minimizes the risk to firefighters. This method is particularly necessary in the case of dangerous fires or if there is a risk of explosion. However, fires that have broken out to the outside can be fought with water cannons. If a fire has broken out in a building, there is little that can be done with water cannons.
Für Feuerbekämpfung können auch Drohnen eingesetzt werden. Um etwas fliegen lassen zu können, braucht man eine Schubkraft, die das Fluggerät fliegen lässt. Ein Wasserstrahl erzeugt auch eine Schubkraft, die abhängig von Wasserdruck und Wassermenge ist, die durch die Düse fließt. Um mit Wasserstrahl Gegenstände oder Menschen hochzuheben, ist heute keine Kunst mehr. Die Feuerwehrleute kennen die starke Rückstoßkraft, die durch die Löschmittel-Düsen erzeugt wird. Diese Kraft wird manchmal zu Demonstrationszwecken vorgeführt, wobei relativ schwere Gegenstände damit kontrolliert in die Luft hochgehoben werden können. Den gleichen Effekt nutzen auch einige Freizeit-Geräte-Hersteller, um Menschen in die Höhe fliegen zu lassen. Es werden dabei zwei Wasserstrahl-Düsen am Körper befestigt, die über Schläuche mit einem Pump-Gerät, das in einem kleinen Boot eingebaut ist, gekoppelt sind. Das wird meistens über Wasser praktiziert (am See oder Meer), aus dem Grund, weil dort das Treibmittel - nämlich das Wasser genug vorhanden ist und die Verletzungsgefahr im Falle eines Sturzes relativ gering ist. Somit heben Sportler bis zu dutzende Meter in die Luft hoch und schweben oder verschiedene Akrobationen in die Luft absolvieren. Auch ein Feuerwehrmann ist im Internet zu sehen, wie er mit einer solchen Vorrichtung bis zu einer Brücke aus einem im Fluss befindlichen Boot steigt und ein brennendes Auto auf der Brücke löscht. Natürlich sind solche Einsätze cool zu sehen, aber mit einem wirklichen Feuerlösch-Einsatz hat das nicht viel gemeinsam. Erstens sind solche Aktionen nur in Wassernähe (am See oder am Meer) machbar, zweitens brennen nicht immer Gegenstände oder Fahrzeuge auf einer Brücke.Drones can also be used to fight fires. In order to make something fly, you need a thrust that makes the aircraft fly. A water jet also creates a thrust that is dependent on the water pressure and amount of water flowing through the nozzle. Lifting objects or people with a water jet is no longer an art today. Firefighters know the strong recoil force generated by the extinguishing agent nozzles. This power is sometimes used for demonstration purposes, using it to lift relatively heavy objects into the air in a controlled manner. Some leisure equipment manufacturers also use the same effect to make people fly up in the air. Two water jet nozzles are attached to the body, which are connected to a pump device installed in a small boat via hoses. This is mostly practiced over water (at a lake or sea), for the reason that the propellant - namely the water - is sufficiently available there and the risk of injury in the event of a fall is relatively low. Thus, athletes lift up to dozens of meters in the air and float or perform various acrobatics in the air. A firefighter can also be seen on the Internet using such a device to get out of a boat in the river as far as a bridge and extinguish a burning car on the bridge. Of course, such operations are cool to see, but they don't have much in common with a real firefighting operation. Firstly, such actions are only feasible near water (at the lake or by the sea), secondly, objects or vehicles on a bridge are not always on fire.
Durch die Publikation in den Zeitschriften in den Jahren 2004 - 2005 ist eine Propeller angetriebene Feuerlösch-Drohne bekannt, die mit einem Wassertank von ca. 300 Litern hochfliegen und einen Feuer von außen bekämpfen kann. Die Drohne kann dabei einen Lösch-Hubschrauber ersetzen und ist ferngesteuert. Allerdings ist diese Drohne laut Feuerbekämpfungs-Spezialisten und Feuerwehrverband sperrig, schwer zu kontrollieren, insgesamt recht kompliziert für einen Feuerwehreinsatz und somit ungeeignet.Through the publication in the magazines in the years 2004 - 2005, a propeller-driven fire-fighting drone is known, which can fly up with a water tank of approx. 300 liters and fight a fire from outside. The drone can replace a fire-fighting helicopter and is remote-controlled. However, according to firefighting specialists and the fire brigade association, this drone is bulky, difficult to control, overall quite complicated for a fire brigade operation and therefore unsuitable.
Es gibt sehr viele unterschiedliche Drohnen-Konstruktionen. Fast alle werden durch Propeller angetrieben, weil das sich bewährt hat und auch die Energie-Effizienz dabei recht gut ist.There are many different drone designs. Almost all of them are powered by propellers, because this has proven itself and the energy efficiency is also quite good.
Allgemein gesehen, ein überwiegendes Nachteil der Drohnen, die durch Propeller angetrieben werden, ist dass sie von außen nicht sehr nah am Gebäude ran kommen können, oder gar eine Scheibe durchbrechen und hindurch fliegen, weil Antriebsbedingt das nicht ohne Schäden an Antriebs-System der Drohne zu bewerkstelligen ist. Die Drohne kann dabei leicht die Wand der Gebäude berühren, was zu einem Sturz der Drohne führen kann. Es gibt auch Propeller-Käfige, die dabei die Propeller schützen sollen, aber trotzdem irgendwelche Kleinteile können dort auch eindringen. Ein Flug im Inneren eines brennenden Gebäudes ist mit solche Drohnen aus zahlreichen Gründen nicht zu bewerkstelligen. Man kann zwar auch einen Düsen-Jetantrieb mit Kerosin verwenden, trotzdem es kann in dem Triebwerke-Lufteinlass etwas eingesaugt werden, dass den Betrieb der Drohne stören würde oder diese gar zum Absturz bringen könnte. Der Absturz wäre dabei recht gefährlich auch aus dem Grund, weil dann eine solche Drohne selber in Brand geraten könnte und durch den Kerosin oder anderen Treibstoff das Feuer erst recht gefährlich entfachen. Obwohl solche Düsen-Jet-Triebwerke leistungsfähig sind und mit ihre Schubkraft auch viel Gewicht heben können, ist trotzdem die Löschmittel-Menge dabei begrenzt, weil diese nicht allzu schwer werden darf, um stabil fliegen zu können. Der Einsatz von Akkus wäre auch denkbar, allerdings sind dabei weitere Nachteile damit gebunden. Bei Einsatz von Akkus als Energie-Quelle für den Antrieb sinkt die Einsatzdauer stark und kann eventuell unter 10 Minuten bleiben, weil die Akkus nicht nur dass sie sich bei Belastung schnell entladen, sondern weil diese auch ein erhebliches Zusatzgewicht mitbringen, das durch die Zusatzleistung des Antriebs kompensiert werden muss. Einen kleinen Vorteil hat trotzdem die Drohne: je länger sie im Einsatz ist, desto leichter wird sie, weil das Löschmittel abgegeben wird. Das kann ihr ein paar Minuten Flugzeit zusätzlich verschaffen, mehr aber nicht. Man muss bedenken, dass auch ein Feuer in der Beginn-Phase oft nicht in wenige Minuten zu löschen ist, auch weil es an mehrere Stellen sich ausgebreitet haben kann.Generally speaking, a major disadvantage of drones powered by propellers is that they cannot get very close to the building from the outside, or even break through a pane and fly through it, because due to the propulsion, this is not without damage to the propulsion system of the drone is to be accomplished. The drone can easily touch the wall of the buildings, which can cause the drone to fall. There are also propeller cages that are supposed to protect the propellers, but small parts can still get in there. A flight inside a burning building cannot be accomplished with such drones for numerous reasons. It is also possible to use jet propulsion with kerosene, but something can be sucked into the engine air intake, that would disrupt the operation of the drone or even cause it to crash. The crash would be quite dangerous, also because such a drone could catch fire itself and the kerosene or other fuel could ignite the fire even more dangerously. Although such jet engines are powerful and can also lift a lot of weight with their thrust, the amount of extinguishing agent is still limited because it must not be too heavy in order to be able to fly stably. The use of rechargeable batteries would also be conceivable, but there are other disadvantages associated with it. When using rechargeable batteries as the energy source for the drive, the duration of use drops sharply and can possibly remain less than 10 minutes, because the rechargeable batteries not only discharge quickly under load, but also because they bring a considerable additional weight with them, which is caused by the additional performance of the drive must be compensated. Nevertheless, the drone has a small advantage: the longer it is in use, the lighter it becomes because the extinguishing agent is released. This can give her a few extra minutes of flight time, but no more. You have to consider that even a fire in the initial phase often cannot be extinguished in a few minutes, also because it can have spread to several places.
Hinzu kommt auch das Problem, dass mit herkömmlichen kleinen Drohnen nahezu unmöglich ist, einen Feuerwehr-Schlauch bis zu einer bestimmten Etage an einem brennenden Hochhaus zu transportieren und den drin im Haus abzuliefern. Bis zu ein paar Etagen kann eine Drohne das schon schaffen, aber mit zunehmender Höhe, wird es immer schwieriger, weil der Schlauch immer schwerer wird, auch wenn er leer sein sollte. Oft muss man aber einen prall gefüllten Feuerwehrschlauch nach oben bringen, weil z.B. der Einsatz schon begonnen hat und der Schlauch gefüllt ist. Den Schlauch hinterher über dem Treppenhaus zu ziehen ist für die Feuerwehrmänner eine schwere Arbeit. Viel einfacher und leichter wäre, den Schlauch von außen z.B. einen Stockwerk unter dem Brandherd über ein Fenster zu bekommen. Eine Drohne könnte den Schlauch hochtransportieren, allerdings eine kleine Drohne, die auch tragbar ist, mit herkömmlichem Antrieb wird das nicht schaffen können.There is also the problem that with conventional small drones it is almost impossible to transport a fire hose to a certain floor on a burning high-rise building and to deliver it inside the house. A drone can do this up to a few floors, but the higher it gets, the harder it gets because the tube gets heavier, even when it's empty. But often you have to bring a bulging fire hose to the top because, for example, the operation has already started and the hose is full. Pulling the hose up the stairwell afterwards is hard work for the firefighters. It would be much simpler and easier to get the hose from the outside, e.g. one floor below the seat of the fire through a window. A drone could haul the hose up, but a small drone that's also portable, with conventional propulsion, won't be able to do it.
Es gibt auch Propeller-Drohnen, die mit eine Stromleitung und auch eine Löschmittel-Leitung verbunden sind. Diese Drohnen können dann unbegrenzt in die Luft bleiben, bzw. solange die Stromversorgung am Boden gewährleistet wird.There are also propeller drones that are connected to a power line and also an extinguishing agent line. These drones can then remain in the air indefinitely, or as long as the power supply on the ground is guaranteed.
Aus dem Stand der Technik sind auch Löschroboter bekannt, die bis zu einem Brandherd heranfahren können und dort über Löschmittel-Düsen die Brandbekämpfungs-Maßnahmen zu starten.Extinguishing robots are also known from the prior art, which can drive up to the seat of a fire and start the fire-fighting measures there via extinguishing agent nozzles.
Z. B. bei der Brandbekämpfung an der Notre-Dame kam ein Roboter genannt Colossus zum Einsatz. Das ist ein ca. 450kg schweres Vehikel, das über Kettenantrieb verfügt und damit auch über die Treppen steigen bzw. fahren kann.For example, a robot called Colossus was used to fight the fire at Notre-Dame. This is a vehicle weighing around 450kg, which has a chain drive and can therefore also climb or drive over the stairs.
Auch in Deutschland wird ab und zu mal ein Löschroboter mit der Abkürzung „LUF“ eingesetzt (LUF - Löschunterstützungsfahrzeug).In Germany, too, a firefighting robot with the abbreviation "LUF" (LUF - firefighting support vehicle) is used from time to time.
Es sind bereits aus den Patentanmeldungen
Ebenso sind aus den Patentanmeldungen
Die Anmeldung
Es gibt auch zahlreiche Brandbekämpfungsvorrichtungen, die vorwiegend für Tunnel vorgesehen sind. Z.B. die Anmeldung
Nachteil nahezu alle diese Erfindungen und Vorrichtungen ist das hohe Gewicht, Sperrigkeit, Trägheit sowie die mal mehr oder weniger komplizierte Anwendung.Disadvantage of almost all of these inventions and devices is the high weight, bulkiness, inertia and sometimes more or less complicated application.
Der in den Patentansprüchen 1 bis 28 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine kleine, schnell einsatzfähige, kompakte, leichte und dadurch tragbare Feuerlösch-Drohne mit Wasser-Rückstossantrieb zu schaffen, die in der Lage ist, einen Feuer in einem brennenden Gebäude, insbesondere in einem Hochhaus von außen oder innen, autonom oder manuell ferngesteuert, wirksam zu bekämpfen und einen mit Löschwasser gefüllten Feuerwehr-Schlauch bis zum Brandherd oder brennenden Etage zu transportieren, wobei das Löschwasser nicht für den Antrieb verwendet wird.The invention specified in
Dieses Problem wird durch eine Feuerlösch-Drohne mit den Merkmalen des Patentansprüche 1 bis 28 gelöst. Vorteile der Erfindung sind:
- - verbesserte Sicherheit bei Feuerbekämpfung, insbesondere bei Hochhäusern oder hohen Gebäuden,
- - schnell einsatzbereit,
- - einfach zu bedienen,
- - die Drohne selber ist sehr leicht und auch tragbar,
- - sehr lange bis fast unbegrenzter Betrieb, solange die Wasservorräte am Boden reichen,
- - sehr effiziente Anwendung,
- - recht starkes Antriebs-System, allerdings abhängig von Hochdruck-Pumpleitsung am Boden,
- - die Möglichkeit den Feuerwehrschlauch auch in hohen Etagen eines brennenden Hochhauses von außen oder innen zu transportieren,
- - nahezu unempfindliche, robuste Antriebsart,
- - sowohl sehr nahes heran fliegen an Gebäuden, als auch das Durchbrechen von Fensterscheiben in den Brandherd-Etagen möglich,
- - dadurch dass sie extrem kompakt und sehr klein ist, kann sie auch durch ein Fenster hindurch fliegen und das Feuer direkt in eine Wohnung, Büro oder Zimmer in sehr hohen Etagen bekämpfen,
- - auch im Inneren eines Gebäudes unkompliziert einsetzbar,
- - durch die Impuls-Strahl-Technik, kann sie Brände mit wenig Löschmittel wirksam bekämpfen,
- - wahlweise manuelles oder sensorgesteuertes, autonomes Betrieb möglich.
- - improved safety in firefighting, especially in high-rise buildings or tall buildings,
- - quickly ready for use,
- - easy to handle,
- - the drone itself is very light and also portable,
- - very long to almost unlimited operation, as long as the water supplies on the ground last,
- - very efficient application,
- - Quite strong propulsion system, but dependent on high-pressure pump line on the ground,
- - the possibility of transporting the fire hose from the outside or inside, even on the high floors of a burning high-rise building,
- - almost insensitive, robust type of drive,
- - both flying very close to buildings and breaking through window panes on the fire source floors possible,
- - being extremely compact and very small, it can also fly through a window and fight the fire directly into an apartment, office or room on very high floors,
- - also easy to use inside a building,
- - thanks to the impulse jet technique, it can effectively fight fires with little extinguishing agent,
- - optional manual or sensor-controlled, autonomous operation possible.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
-
1 eine Lösch-Drohne mit dem Wasserstrahl-Antrieb, -
2 die in dem Feuerwehrschlauch drin eingebaute Hochdruckleitung, -
3 das Rückstoß-Ausgleichs-System bei den Löscharbeiten, -
4 eine Ausführung der Drohne in Kugelform, -
5 eine Variante, bei der der Wasserstoff-Brennvorgang als Druckerzeuger für den Antrieb benutzt wird, -
6 eine Variante mit getrennte Brennkammer, -
7 eine Mehrkammer-Ausführung, -
8 eine drehbare Revolver-Kammer-System, -
9 eine Ausführung, bei der der Wasserstoff-Brennvorgang als Druckerzeuger für die Löschmittel-Düse verwendet wird, -
10 eine Drohne mit einem Laser-Lenk-System, -
11 eine Variante mit einem Lichtstrahls-Steuer-System.
-
1 a fire-fighting drone with water jet propulsion, -
2 the high-pressure line built into the fire hose, -
3 the recoil compensation system during extinguishing work, -
4 a version of the drone in spherical form, -
5 a variant in which the hydrogen combustion process is used as a pressure generator for the drive, -
6 a variant with separate combustion chamber, -
7 a multi-chamber version, -
8th a rotating turret chamber system, -
9 an embodiment in which the hydrogen combustion process is used as the pressure generator for the extinguishing agent nozzle, -
10 a drone with a laser guidance system, -
11 a variant with a light beam control system.
Die Erfindung ist eine Drohne 1, die nicht wie üblich über Propeller-Antrieb, sondern alleine durch die Schubkraft des Wassers, das in eine separate Hochdruckleitung 2 durch eine Hochdruckpumpe 3 am Boden (aus einem Einsatz-Löschfahrzeug) gepumpt wird, fliegen kann (
Diese Drohne ist mit einem Feuerwehrschlauch 4 mit Hilfe einer Kupplung 5 verbunden und den zieht sie beim Löscheinsatz mit. Dadurch wird sie direkt durch den Feuerwehrschlauch mit Löschmittel versorgt. Durch die zusätzliche, deutlich schmalere Hochdruckleitung (oder Hochdruck-Schlauch) 2 wird sie mit reinem Wasser 6 versorgt, das auch die Schubkraft für den Antrieb erzeugt. Somit entfallen ein Wassertank und auch eine leistungsfähige Strom-Quelle für den Antrieb. Lediglich eine kleine Stromquelle für die Steuerung der Funktionen ist notwendig. Diese kann in Form eines kleinen Lithium-Akkus 7 ausgeführt werden. Wenn Stromleistungsverbraucher-Geräte in die Drohne eingebaut werden sollen, wie z.B. eine starke Beleuchtung für Nachteinsätze, die die Umgebung intensiv beleuchten soll, dann kann die Energie-Versorgung auch durch Stromleitungen, die in dem Feuerwehrschlauch integriert oder einfach drin gesteckt sind, hergestellt werden. In dem Fall wäre eine Energie-Quelle am Boden, z.B. in einem Feuerwehreinsatzfahrzeug (Feuerlöschfahrzeug), durch eine feine Stromleitung in dem Feuerwehrschlauch integriert oder drin gesteckt, mit der Drohne elektrisch gekoppelt. Der Antrieb, der durch Wasserschubkraft kommt, ist sehr stark, das Antriebs-System robust und nahezu unzerstörbar. Weil die Drohne lediglich durch die Schubkraft fliegt, die durch Wasserstrahlen 8 über Antriebs-Düsen (Schubkraft-Düsen) 9 erzeugt wird, ist sie auch von den Abmessungen her sehr kompakt gebaut. Die Schubkraft-Düsen 9 sind schwenkbar und kugelförmig unter der Drohne eingebaut und erlauben eine Lenkung des Wasserstrahls in beliebige Richtungen. Die Bewegung der Düsen wird durch eine elektronische Steuerung und Aktuatoren bewerkstelligt. Die Drohne weist mindestens eine Löschmittel-Düse 10 auf, die mit der Löschmittel-Leitung / Feuerwehrschlauch gekoppelt ist und für die Brandbekämpfung vorgesehen ist. Durch den Feuerwehrschlauch 4 kann Löschwasser 11 mit Additiven oder auch ein Löschschaum transportiert werden.This drone is connected to a
Es ist nahegelegt und verlockend zugleich, die Druck- / Kinetische-Energie des durch den Feuerwehrschlauch strömenden Löschmittels für den Antrieb durch die Düsen zu verwenden. Allerdings wäre das aus vielen Perspektiven keine optimale Lösung. Das Löschmittel, dass aus dem Feuerwehrfahrzeug am Boden kommt, wird mit einem Druck von ca. 8 - 22 Bar durch den Feuerwehrschlauch abgegeben. Für Löschzwecke reicht das völlig aus, allerdings für den Antrieb wäre etwas zu niedrig. Diese Drohne hier soll auch für Brandbekämpfung in Hochhäusern optimiert werden und die hohen Etagen, z.B. 25 - 100 kann sie nicht mit 8 - 22 Bar erreichen. Man muss bedenken, dass mit der steigende Höhe ein Druckabfall auftritt, bzw. der Druck in dem Schlauch-Ende niedriger wird und der Feuerwehrschlauch mit jeden Meter in die Höhe gezogen, schwerer wird, was die Drohne immer mehr nach unten ziehen würde. Ein Prototyp mit Direktantrieb des Löschwassers und vier nach unten gerichtete Düsen, den ich im Jahr 2014 getestet habe, hat lediglich eine maximale Höhe von ca. 8-10m erreicht. Er war sehr schwer zu steuern, weil die Druckwerte bei Bewegung des Feuerwehrschlauchs sich stets geändert haben. Hinzu kommt, dass bei der Benutzung des Löschmittels als Antriebsstrahl, die Löschmittel-Menge, die dabei verlorengeht enorm hoch ist. Auch die Tatsache, dass oft dem Löschwasser Additive beigemischt werden, die eine Oberflächenspannung senken sollen oder manchmal statt Wasser, Löschschaum verwendet wird, macht eine Abzweigung des Löschmittel-Strahls für Antriebszwecke wenig Sinn. Schon bei dem Experiment damals wurde die Gegend mit Wasser innerhalb Minuten massiv geflutet, deswegen wurde diese Methode verworfen und nach einer anderen Lösung gesucht, die jetzt hier präsentiert wird.It is both obvious and tempting to use the pressure/kinetic energy of the extinguishing agent flowing through the fire hose to propel it through the nozzles. However, from many perspectives this would not be an optimal solution. The extinguishing agent that comes out of the fire engine on the ground is released through the fire hose at a pressure of approx. 8 - 22 bar. This is completely sufficient for extinguishing purposes, but it would be a bit too low for the drive. This drone here should also be optimized for firefighting in high-rise buildings and it cannot reach the high floors, e.g. 25 - 100 with 8 - 22 bar. You have to consider that with increasing altitude there is a drop in pressure, or the pressure in the end of the hose is lower and the fire hose is pulled up with every meter, becoming heavier, which would pull the drone down more and more. A prototype with direct drive of the extinguishing water and four nozzles directed downwards, which I tested in 2014, only reached a maximum height of approx. 8-10m. It was very difficult to control because the pressure readings kept changing as the fire hose moved. In addition, when using the extinguishing agent as a propulsion jet, the amount of extinguishing agent that is lost is enormous. Also, the fact that additives are often added to the extinguishing water to reduce surface tension, or that extinguishing foam is sometimes used instead of water, diverting the jet of extinguishing agent for propulsion purposes makes little sense. Even with the experiment back then, the area was massively flooded with water within minutes, which is why this method was rejected and another solution was sought, which is now presented here.
Herkömmliche Feuerwehrschläuche sind lediglich für Druckwerte von 25 Bar (nagelneue halten ca. 50-60 Bar aus) ausgelegt. Die Feuerwehrschläuche sind in mehreren Gruppen bzw. Typen / Größen klassifiziert. Z.B. C-Druckschläuche haben einen Durchmesser von 42 oder 53mm oder B-Gruppe 72mm. Schläuche der Größe A haben in der Regel einen Durchmesser von 110 mm. Für die Erfindung sollen spezielle Zusatz-Schläuche mit kleinen Durchmessern verwendet werden, die Druckwerke zwischen 100 und 300 Bar aushalten können. Je schmaler die Schläuche sind, desto leichter sind sie für die Drohne zum Mitziehen. Diese Hochdruckschläuche werden in dem Feuerwehrschlauch rein gesteckt und mit einer Hochdruckpumpe 3 am Boden verbunden, während der Feuerwehrschlauch weiterhin, wie bisher mit einer Anschlussstelle 12 am Löschfahrzeug oder Hydranten gekoppelt wird. Ein Verbindungsstück 13 zweigt die Hochdruckleitung so ab, dass sie an dessen Wand einmündet, während es mit dem Einsatzfahrzeug oder dem Hydranten gekoppelt wird. An seine Wand an die dementsprechenden Stelle (mit oder ohne Ventil), ist eine Kupplungs-Ring 71 eingebaut, durch den die Hochdruckleitung über einem Hochdruck-Schlauch 14 mit der Hochdruckpumpe 3 gekoppelt.Conventional fire hoses are only designed for pressure values of 25 bar (brand new ones can withstand approx. 50-60 bar). The fire hoses are classified in several groups or types / sizes. E.g. C pressure hoses have a diameter of 42 or 53mm or B group 72mm. A size hoses are typically 110mm in diameter. Special additional hoses with small diameters are to be used for the invention, which can withstand pressure units between 100 and 300 bar. The narrower the hoses, the easier it is for the drone to pull along. These high-pressure hoses are inserted into the fire hose and connected to a high-
Feuerwehrschläuche 4 bestehen heute aus Kunstfasergewebe (Polyester) und sind innen gummiert. Sie haben im Allgemeinen eine flexible Form und sie lassen sich flach zusammenfalten. Es werden oft solche mit einem Durchmesser von ca. 72mm benutzt (Typ C). Der übliche Betriebsdruck beträgt bis zu 17 bar. Sie sollen in der Regel bis zu 25 Bar ohne Zerplatzen aushalten können. Obwohl fabrikneue Schläuche erst bei einem Druck von 50-60 bar platzen, muss man berücksichtigen, dass die Schläuche mehrmals bzw. oft verwendet werden und es können Mikrofalten oder Mikrorisse bilden, die früher oder später zu Schwachstellen werden.
Bei der Erfindung hier wird vorgeschlagen, einen zweiten Schlauch (Hochdruckleitung) 2 mit weitgehend kleinerem Durchmesser als der Feuerwehrschlauch für die Antriebskraft zu verwenden. Dieser Schlauch wird reines Wasser transportieren und mit mehreren hundert Bar Druck durch eine Hochdruckpumpe 3 am Boden versorgt. Das Wasser, das mit Hochdruck in die Drohne geliefert wird, erzeugt durch die Düsen Wasserstrahlen, die eine starke Schubkraft der Drohne verleihen. Die nach unten abgegebenen Rückstoß-Wasserstrahlen, verbrauchen, aufgrund der viel höheren Druckenergie, deutlich weniger Wasser bei gleicher Schubkraft, die mit Löschwasser zu erreichen wäre. Bei 16-Fach höheren Druckwerten, sind deutlich geringere Wassermengen notwendig (ca. 4-mal weniger), um die Drohne in der gleichen Höhe aufsteigen zu lassen. Je schneller der Wasserstrahl ist, der die Schubkraft erzeugt, desto weniger Wasser braucht man dafür. Mit dem Druck, nimmt auch die Schubkraft zu. Diese Methode hat auch den Vorteil, weil die Drohne dadurch den Feuerwehrschlauch bis ganz oben in einem Hochhaus von außen transportieren kann. An Ort und Stelle angekommen, kann ein Feuerwehrmann die Drohne z.B. aus einem Fenster holen, diese von dem Feuerwehrschlauch trennen und den Schlauch für Löschzwecke verwenden.In the invention here it is proposed to use a second hose (high-pressure line) 2 with a substantially smaller diameter than the fire hose for the driving force. This hose will transport pure water and will be supplied with pressure of several hundred bars by a high-
Der Hochdruck-Schlauch (die Hochdruckleitung) für den Antrieb kann zwar außen am Feuerwehrschlauch befestigt werden, aber weil dieser deutlich schmaler als der Feuerwehrschlauch ist, kann optional auch drin in dem Feuerwehrschlauch gesteckt werden. Diese Methode ist optimal für unsere Zwecke geeignet, weil dann die beiden Schläuche nicht in einander verheddern können (
Das Wasser wird mit Hochdruck durch elektrisch drehbare Kugelförmigen-Düsen, die für den Antriebskraft nach unten gerichtet werden, abgegeben und die Drohne samt Feuerwehrschlauch nach oben aufsteigen. Der Feuerwehrschlauch ist unter der Drohne und für gute Flugeigenschaften in die Mitte gekoppelt. Die Düsen sind rund um die Kupplungs-Stelle mit dem Feuerwehrschlauch angeordnet. Das garantiert eine hervorragende Balance, wenn die Drohne hoch aufsteigt und den Feuerwehrschlauch mitzieht. Die Stelle, an der der Feuerwehrschlauch mit der Drohne gekoppelt ist, kann ein schwenkbares Rohr 16 sein, das auch waagerecht gerichtet werden kann (z.B. für Einsätze in die Bodennähe). Dann wäre der Schlauch so gerichtet, dass seitlich mit der Drohne gekoppelt wäre. Eine weitere Möglichkeit, die Kupplungs-Stelle, an der der Feuerwehrschlauch mit der Drohne gekoppelt ist, in jede Richtung bewegbar oder schwenkbar zu gestalten, ist diese in Kugelform oder in einem Kugel-Gehäuse 69 unterzubringen, die in eine Kugelpfanne 70 eingebaut ist.The water is discharged at high pressure through electrically rotating spherical nozzles, which are directed downwards for the propulsion force, and the drone and fire hose rise upwards. The fire hose is under the drone and coupled in the middle for good flight characteristics. The nozzles are arranged around the coupling point with the fire hose. This guarantees excellent balance when the drone climbs high and pulls the fire hose with it. The point at which the fire hose is coupled to the drone may be a pivoting
Mit dieser Drohne können auch Gebäude bis über 100 Stockwerke hoch, an jede Stelle von außen erreicht werden. Bei einer gesamten Schubkraft-Düsen-Apertur von lediglich 10mm, bei 300 Bar beträgt die gesamte Schubkraft der Düsen ca. 4420 N, was ca. 450 Kg entspricht. Wenn der Feuerwehrschlauch zusammen mit der Hochdruckleitung pro Meter 2Kg schwer wird, dann kann die Drohne mit dieser Leistung über 200m hoch fliegen. Zum Vergleich, mit der Löschmittel-Schubkraft wäre sie mit der gleichen Düsen-Apertur lediglich ca. 10 bis 15m hoch geflogen. Damit der Feuerwehrschlauch und die Hochdruck-Leitung nicht ineinander verheddern, sollte die Hochdruck-Leitung einfach in dem Feuerwehrschlauch drin gesteckt werden. Die Hochdruckleitung hat z.B. einen Außendurchmesser von 15 mm und wäre problemlos in einem Feuerwehrschlauch drin untergebracht. Die Hochdruckleitung, die drin in dem Feuerwehrschlauch steckt erzeugt zwar einen Wiederstand auf dem fließenden Löschwasser, das dort fließt, allerdings ist das zu vernachlässigen. Die Hochdruckschläuche sind etwas stabiler, als die normalen Schläuche und können durch den Wasserdruck außerhalb, der im Feuerwehrschlauch entsteht, nicht zusammengedrückt werden. Daher entsteht kein zusätzlicher Widerstand im Inneren der Hochdruckleitung. Die Hochdruckleitung soll dabei genauso lang, wie der Feuerwehrschlauch sein und ebenso mit Kupplungen ausgestattet, die eine Verlängerung der Schläuche ermöglicht. An beiden Enden des Feuerwehrschlauchs müsste die Hochdruckleitung so fixiert, dass sie die Löschwasserströmung nicht behindert, aber auch nicht in dem Feuerwehrschlauch hin und her rutscht. Das Fixier-Teil kann in Form eines Speichen-Rads (oder Speichen-Zylinders) gebaut werden, das in dem Feuerwehrschlauch fest oder locker steckt und gleichzeitig die Hochdruckleitung im Zentrum fixiert (
Angetrieben von der Wasser-Schubkraft hebt sich die Drohne hoch und zieht den immer schwerer werdenden Löschmittel-Feuerwehrschlauch auch mit. Allerdings sollten nicht allzu große Feuerwehrschläuche verwendet werden, weil dann diese mit Wasser gefüllt, viel zu schwer werden und das Heben / Ziehen in die Höhe einen enormen Druck verlangt. Sowohl der Feuerwehr-Schlauch, als auch die Hochdruck-Leitung sollen möglichst einen kleinen Innen-Durchmesser haben.Driven by the water's thrust, the drone lifts itself up and pulls the increasingly heavy extinguishing agent fire hose with it. However, not too large fire hoses should be used, because then they fill with water, become much too heavy and lifting / pulling up requires enormous pressure. Both the fire brigade hose and the high-pressure line should have as small an inside diameter as possible.
Optimal wären 20 - 30mm im Innenquerschnitt für den Feuerwehrschlauch und ca. 10mm für die Hochdruckleitung. Ausschlaggebend ist der Wasserdruck, der in die Hochdruckleitung erzeugt wird. Natürlich, das bei kleinerem Reibungs-Koeffizient der Innenwand des Hochdruck-Wasserschlauchs eine etwas größere Flughöhe zu erwarten ist. Ein Beispiel wird auf der Tabelle angezeigt.
Aus der Tabelle kann man entnehmen, dass die Drohne einen mit Löschmittel prall gefüllten 30mm-Feuerwehr-Schlauch zusammen mit dem Hochdruckschlauch (10mm Außen-Durchmesser) ca. 74m hoch ziehen und die Position im Standflug auch halten kann, bei einem Wasserdruck von ca. 300 Bar.From the table you can see that the drone can pull a 30mm fire hose filled with extinguishing agent together with the high-pressure hose (10mm outer diameter) approx. 74m up and also hold the position in stationary flight, with a water pressure of approx. 300 bars.
Es werden dabei ca. 178 Liter Wasser pro Minute durch die Düsen 9 abgegeben, das nach unten kommt. Je höher die Drohne fliegt, desto breiter zerstreut wird das Wasser aus den Wasserstrahlen, das wie Regen nach unten kommt. Wenn die Hochdruckleitung in dem Feuerwehrschlauch drin eingebaut wird, dann fehlt das zusätzliche Gewicht der Hochdruckleitung pro Meter-Länge (weil sie die verdrängte Wassersäule im Feuerwehrschlauch ersetzt) wodurch eine um 25 - 30% größere Flughöhe der Drohne möglich ist. In unserem Beispiel könnte sie die angestrebten 98m-Flughöhe erreichen. Bei einer gesamten Düsen-Öffnung von 7mm sind über 200 m Flughöhe zu erreichen (leider mit einem Wasserverlust von 5501 / min). Mit der gesamten Düsenöffnung ist die addierte Fläche der Kreise in die Öffnungen aller Düsen zusammen gemeint. Z.B. auf 7mm Düsen-Öffnung hat man eine Kreisfläche von 38mm2. Bei 4 Düsen, wären dabei pro Düse ca. 9,6mm2 Fläche, was eine Düsen-Öffnung jeder einzelnen Düse von 3,5mm bedeutet (Durchmesser). Wenn man lediglich den Druck, des Löschwassers benutzen würde, würde die Drohne nur ca. 130N Schubkraft erzeugen, was lediglich für eine Flughöhe in ca. 10 - 14m reichen würde.There are about 178 liters of water per minute discharged through the
Wenn nur die Abgabe des Feuerwehrschlauchs an Feuerwehrleute in einem Hochhaus-Gebäude erwünscht ist, kann die Hochdruckleitung (Hochdruck-Schlauch) außerhalb des Feuerwehrschlauchs lösbar verbunden bleiben oder dort fixiert werden. Der Feuerwehrschlauch muss in dem Fall nicht unbedingt während Transport mit Löschwasser gefüllt sein, sondern er kann noch leer dort oben transportiert werden. Sobald die Feuerwehr den Feuerwehrschlauch z.B. durch einem Gebäude-Fenster holt und z.B. mit einer Befestigungsklammer am Fensterrahmen den Schlauch sichert, kann mit dem Pumpen des Löschmittels begonnen.If only delivery of the fire hose to firefighters in a high-rise building is desired, the high-pressure line (high-pressure hose) can be left detachably connected or fixed outside of the fire hose. In this case, the fire hose does not necessarily have to be filled with extinguishing water during transport, but can be transported up there empty. As soon as the fire brigade gets the fire hose through a building window, for example, and secures the hose with a fastening clip on the window frame, for example, the pumping of the extinguishing agent can begin.
Bei der Erfindung wird angestrebt, soweit es geht die schon vorhandenen technischen Ressourcen zu integrieren, bzw. zu verwenden. Deswegen werden die schon genormten Schlauch-Kupplungen, Feuerwehr-Löschgeräte oder Hochdruck-Wasserpumpen miteinbezogen. Der für die Löscharbeiten erzeugter Druck (kann bis 25Bar erreichen), in den Feuerwehrschläuchen ist ausreichend, um Löscharbeiten in einer bis 200m hohen Gebäude auszuführen. Pro 10m Wassersäule wäre ca. 1 Bar Druckabfall (praktisch etwas mehr, weil auch die Innenwand-Reibung in dem Schlauch berücksichtigt werden muss). Wenn man den Druck etwas erhöht, reicht das auch für größere Höhen. Die Antriebskraft über die Zusatzleitung mit Hochdruck kann allerdings die Drohne weit höher steigen lassen (durch Druckerhöhung oder größere Düsen-Öffnung).The aim of the invention is, as far as possible, to integrate or use the technical resources that are already available. That is why the already standardized hose couplings, fire brigade extinguishers or high-pressure water pumps are included. The pressure generated for the fire-fighting work (can reach up to 25 bar) in the fire hoses is sufficient to carry out the fire-fighting work in one to 200m high building. There would be a pressure drop of approx. 1 bar per 10m water column (practically a bit more, because the inner wall friction in the hose also has to be taken into account). If you increase the pressure a little, that's enough for higher altitudes. However, the propulsion force via the additional line with high pressure can allow the drone to climb much higher (due to an increase in pressure or a larger nozzle opening).
Sobald die Drohne die notwendige Flughöhe und die Brandstelle erreicht hat (z.B. ein Apartment in 48-ten Stockwerk in ein brennendes Hochhaus), wird diese per Fernsteuerung so gedreht oder geschwenkt, dass sie mit der Löschdüse 10 auf die Brandstelle 17 zielt. Für diese Zwecke sind Kameras 18, IR- / Temperatur-Sensoren 19, Schwerkraftsensoren 20, Höhensensoren 21 und Entfernungsmesser 22 sehr hilfreich, die in die Drohne eingebaut werden. Auch ein Zielmarkierer aus einer Laserdiode 23 (ähnlich wie beim Laserpointer) kann so eingebaut werden, dass ein Laserstrahl 24 dort projiziert wird, wo auch der Löschmittelstrahl 25 treffen würde. Die Methode funktioniert bis zu einer Entfernung zwischen der Drohne und der Brandstelle von 8 eventuell 10 m einwandfrei. Für eine zuverlässige Lasermarkierung der Löschmittelstrahlen-Treffstelle in größere Entfernungen zwischen Drohne und Brandherdstelle müsste die Laserdiode elektrisch schwenkbar eingebaut werden und mit eine Auswerte-Einheit und einem Entfernungsmesser gekoppelt werden. Nur so ist eine Projektions-Korrektur der Laserstrahlen möglich, wodurch der Laserpunkt soweit nach unten geschwenkt wird, dass der Löschmittelstrahl und der Laserstrahl auf dem gleichen Bereich übereinstimmend treffen. Sobald die Drohne auf dem Brandherd zielend gerichtet ist, wird ein Elektroventil 26 per Fernsteuerung 27 vom Boden aus, geöffnet, der Löschwasser- / Löschmittelstrahl 25 strömt heraus und trifft auf die Brandstelle 17. Der Löschmittelstrahl, der aus der Löschdüse für die Feuerbekämpfung abgegeben wird, erzeugt ebenso einen Rückstoß / Schubkraft, die nicht zu unterschätzen ist. Man sieht wie stark nach vorne die Feuerwehrleute sich beugen müssen, wenn der Wasserstrahl abgegeben wird, um die Rückstoßkraft auszugleichen. Hier kann sie schnell die Drohne aus dem Gleichgewicht bringen. Es gibt zahlreiche empirische Versuche, die meistens aus Spaß von den Feuerwehrleuten gemacht worden sind, wobei der Druck der Wasserstrahlen, der aus mehrere Schläuchen austritt so hoch ist, dass sogar ein Auto zum Schweben bringt. Im Internet sind zahlreiche Versuche zu sehen, wie Gegenstände, unter anderem auch Fahrzeuge zum Schweben gebracht werden, allein durch den Wasserdruck aus den Feuerwehrschläuchen. Um diesen Rückstoß, den die Löschmitteldüse erzeugt, auszugleichen, können die Antriebs-Düsen gleichzeitig mit der Löschmittelabgabe so geschwenkt werden, dass den Rückstoß zu kompensieren versuchen. Allerdings ein optimaler Rückstoß-Ausgleich kann zusätzlich durch eine eingebaute Rückstoß-Ausgleichs-Düse 28 erreicht werden. Diese Düse ist so gerichtet, dass ein Wasser-Hochdruck-Strahl genau in die entgegengesetzte Richtung abgegeben wird. Die Düse wird durch die Hochdruck-Leitung mit Wasser versorgt. Auch diese Düse wird durch ein Elektroventil 29 gesteuert. Ein Steuersignal aus einer Steuereinheit 30 soll beide Elektroventile simultan steuern, sodass die beiden Düsen (Löschmittel-Düse und Rückstoß-Ausgleichs-Düse) gleichzeitig geöffnet werden. Durch Strömungssensoren, Drucksensoren oder Trägheitssensoren in die Drohne, kann eine automatische Steuerung des Elektroventils erfolgen, der die Rückstoß-Düse öffnet. Der Durchfluss an beiden Düsen soll durch stufenlose Ventile gesteuert werden, damit ein präziser Rückstoß-Ausgleich stattfindet. Selbstverständlich kommt aus der Rückstoßausgleichsdüse, aufgrund der vielfach höheren Druckwerte, deutlich weniger Wasser heraus, als durch die Löschwasserdüse.As soon as the drone has reached the necessary flight altitude and the fire site (e.g. an apartment on the 48th floor in a burning high-rise building), it is rotated or pivoted by remote control so that the extinguishing
Den Rückstoßausgleich kann man auch auf einer sehr einfachen weise, ohne Berechnungen und spezielle Ventilsteuerung erreichen. Man müsste einfach ein T-Rohr 31 in, unten oder über die Drohne einbauen, das zwei gleiche Düsen aufweist und mit dem vertikalen Rohr-Teil 32 an dem Feuerwehrschlauch über ein Elektroventil angeschlossen ist. Sobald das Elektroventil 33 geöffnet wird, strömt das Löschwasser vom unten nach oben in das vertikalen Teil des T-Rohrs ein und zweigt sich in dem waagerechten Rohr 34 oben in zwei Teilen (
Die Drohne kann etwas komplizierter mit einiges an Ausstattung gebaut oder sie kann auch sehr einfach und extrem robust gestaltet werden. Für einfache Einsatzzwecke würde vollkommen ausreichen eine Drohne in Kugelform zu bauen, die nur etwas grösser als ein Tennisball gebaut ist. Diese Kugel 35 wäre mit drei oder vier elektrisch schwenkbaren Schubkraftdüsen 9 ausgestattet, die in kleinen, drehbaren, versenkten Kügelchen 36 eingebaut sind (
Im Gegensatz zu einer propellerangetriebene Drohne, die im Jahr 2004 von einem Konstrukteur vorgestellt wurde, die mit einem Löschtank (ca. 300 Liter) ausgestattet war, muss die Drohne jetzt hier aus der Erfindung auch kein Löschmittel-Vorrat an Bord mehr haben, weil stets Nachschub von unten über die Schläuche kommt. Sie weist auch ein Puls-Strahl-System für das Löschmittel auf, dass einen Impuls-Löschmittel-Strahl direkt in die Drohne erzeugt und über Löschmittel-Düsen abgibt, wobei der Löschvorgang effektiver gestaltet werden kann. Das Puls-Strahl-System ist in der Lage Hochdruck-Löschstrahlen zu erzeugen, die optimal einen Brandherd löschen können.In contrast to a propeller-driven drone, which was presented by a designer in 2004 and was equipped with an extinguishing tank (approx. 300 liters), the drone now no longer has to have an extinguishing agent supply on board as a result of the invention, because it is always Replenishment comes from below via the hoses. It also has a pulse jet system for the extinguishing agent that generates a pulse jet of extinguishing agent directly into the drone and emits it via extinguishing agent nozzles, whereby the extinguishing process can be made more effective. The pulse jet system is able to generate high-pressure extinguishing jets that can optimally extinguish a fire.
Durch die Anwendung dieses Antriebs-Systems ist die Drohne sehr leicht (ca. 1 ,2Kg) und vor allem extrem leistungsfähig. Zudem ist diese sehr kompakt aufgebaut, sodass sie auch innerhalb eines Gebäudes und auch in den Treppenhäusern optimal hoch fliegen kann. Insbesondere die Kugelform der Drohne stellt eine extrem robuste Konstruktion dar. Zusammenstöße gegen die Wände oder Objekte machen der Drohne nichts aus. Mit einem robusten Gehäuse ausgestattet (z.B. aus Metall, Legierung, Karbon oder speziellem Kunststoff), ist die Drohne nahezu unzerstörbar. Sie kann problemlos Stöße oder Abstürze ohne Schäden meistern. Es ist auch fast nichts drin, was kaputt gehen könnte. Das Antriebs-System ist praktisch unverwüstlich. Die Elektronik und die Steuerung sind nahezu unempfindlich gegen Stöße, weil die Schaltungen heutzutage integriert, klein und meistens gekapselt (eingegossen) hergestellt werden. Zum besseren Schutz können die elektronischen Elemente zusätzlich in eine Gummi-Masse eingebettet werden. Auch die Elektroventile sind sehr robust. Weil die Propeller fehlen, kann nichts gebrochen werden, falls die Drohne mal abstürzen sollte. Die Düsen sollen in kleine, drehbaren Kugeln stecken, die nahezu komplett in dem Drohnen-Kugel-Körper versenkt sind. Somit sind sie von außen unangreifbar. Weil die Hochdruckleitung in dem Feuerwehrschlauch drin steckt, kann auch nichts dabei verheddert werden.By using this drive system, the drone is very light (approx. 1.2 kg) and above all extremely powerful. In addition, it is very compact, so that it can fly optimally high inside a building and also in the stairwells. In particular, the spherical shape of the drone represents an extremely robust construction. Collisions against walls or objects do not bother the drone. Equipped with a robust housing (e.g. made of metal, alloy, carbon or special plastic), the drone is almost indestructible. It can easily withstand bumps or falls without damage. There is also almost nothing in it that could break. The drive system is practically indestructible. The electronics and controls are virtually impervious to shock because circuits are now integrated, small, and mostly encapsulated (potted). For better protection, the electronic elements can also be embedded in a rubber compound. The electrovalves are also very robust. Because the propellers are missing, nothing can be broken if the drone should ever crash. The nozzles should be in small, rotatable spheres that are almost completely submerged in the drone's sphere body. Thus they are unassailable from the outside. Because the high-pressure line is inside the fire hose, nothing can get tangled up.
Die Drohne bekommt zwar genug Schubkraft durch den Druck über Hochdruckpumpen am Boden und Hochdruckleitung, allerdings kann man für Einsätze in sehr großen Hochhäusern den Druck sowohl auf die Antriebs-Wasserstrahlen der Drohne als auch den Druck des Löschmittelstrahls durch weitere Maßnahmen erhöhen. Bei einer Variante wird der Hochdruck direkt in die Drohne durch Brenngas- oder Knallgas-Mini-Explosionen erzeugt und für eine Wasser und Löschmittel-Verdrängung aus der Drohne, durch die Schubkraft-Düsen verwendet. Die Hochdruckerzeugung direkt in die Drohne bringt einige Vorteile mit sich. Es sind keine Hochdruckleitungen oder Hochdruckschläuche notwendig, die das Hochdruckwasser bis zu der Drohne vom Löschfahrzeug am Boden aus leiten. Weil der Hochdruck nicht über Schläuche übertragen sondern direkt in die Drohne erzeugt wird, ist daher das Gewicht der Schläuche auch geringer, weil sie nicht extrem stabil gebaut werden müssen. Sie müssen nur soviel Druck aushalten, um das Wasser, bzw. Löschwasser bis in die Flughöhe der Drohne befördern zu können. Das wäre 1 Bar pro 10m, bzw. geringfügig höher wegen der Druckverluste in den Schläuchen. Weil durch die Schubkraftdüsen kein Löschwasser oder Löschmittel, sondern nur reines Wasser aus der Druckleitung strömen soll, wird die Gegend nicht mit Löschmittel überflutet.The drone gets enough thrust from the pressure from high-pressure pumps on the ground and high-pressure line, but for operations in very large high-rise buildings, the pressure on both the propulsion water jets of the drone and the pressure of the extinguishing agent jet can be increased by other measures. In one variant, the high pressure is generated directly in the drone by fuel gas or oxyhydrogen mini-explosions and used for water and extinguishing agent displacement from the drone through the thrust nozzles. The high-pressure generation directly in the drone has a number of advantages. No high-pressure lines or high-pressure hoses are required to carry the high-pressure water to the drone from the fire engine on the ground. Because the high pressure is not transmitted via hoses but generated directly in the drone, the weight of the hoses is also lower because they do not have to be extremely stable. You only have to withstand enough pressure to be able to transport the water or extinguishing water up to the flight altitude of the drone. That would be 1 bar per 10m, or slightly higher because of the pressure loss in the hoses. Because no extinguishing water or extinguishing agent should flow through the thrust nozzles, but only pure water from the pressure line, the area is not flooded with extinguishing agent.
Wie oben beschrieben, für Einsätze in sehr großen Hochhäusern, die mehrere hunderte Meter hoch sind, kann die Drohne mit einem eigenen aktiven Antriebs-System ausgestattet werden, dass weiter die Flugfähigkeit und die Effektivität unterstützt. Ein elektrischer Antrieb und Propeller scheidet aus, weil diese schnell kaputt gehen können, wenn die Drohne irgendwas berühren sollte. Das Antriebs-System hier besteht aus einer Brennkammer 40, die teilweise mit Wasser aus der Hochdruckleitung 2 und teilweise mit Wasserstoff - Sauerstoff Gemisch (Knallgas) oder ein anderes brennbares Gas durch eine Druckflasche 41 oder einem Injektoren 42 gefüllt wird (
Die Brennkammer wird mit Wasser geflutet. Unmittelbar danach wird eine kleine Menge aus Knallgas (oder Butangas) 43 mit Frischluftvermischt durch den Injektor 42 in die Brennkammer 40 injiziert. Blitzschnell erfolgt die Zündung des Wasserstoffs, der eine maximale Ausdehnung erreicht und das Wasser mit hohem Druck aus der Brennkammer durch die Düsen, die mit der Brennkammer direkt oder Rohrleitungen verbunden sind, in Form von Antriebsstrahlen herausschleudert. Obwohl der Druck in die Brennkammer um vielfaches höher ist, kann das Wasser nicht in die Hochdruckleitung zurückfließen, weil dort ein Sperrventil sofort den Zugang sperrt. Das Sperrventil lässt nur eine Strömung des Wassers von der Hochdruckleitung in die Brennkammer der Drohne zu, aber nicht umgekehrt. Auf der
Die Verwendung der Methode mit der Brennkammer und Wasserstoff-Explosionen vereinfacht das Hochdruck-Pump-System enorm. Anstatt von schweren Hochdruckpumpen, werden hier Elemente und Bauteile eingesetzt, die nur einen Bruchteil des Gewichts ausmachen, die eine Hochdruckpumpe hätte. Die Brennkammer ist Hohl und macht verglichen mit der Hochdruckpumpe nur 10% des Gewichts aus. Der Wasserstoffbehälter kann in Form eines leichten Alu-Zylinders 48 gestaltet werden, der natürlich etwas stabil gebaut ist.Using the combustor and hydrogen explosion method greatly simplifies the high-pressure pumping system. Instead of heavy high-pressure pumps, elements and components are used here that are only a fraction of the weight that a high-pressure pump would have. The combustion chamber is hollow and only accounts for 10% of the weight compared to the high-pressure pump. The hydrogen container can be designed in the form of a light aluminum cylinder 48, which is of course built somewhat sturdily.
Für die Trennung zwischen Gas und Flüssigkeit in die Brennkammer kann ein Piston oder eine elastische, dehnbare Trennmembrane 46, die den Druck des expandierenden Gases bzw. Dampfes durch Wasserstoff-Verbrennungs-Vorgang auf das Wasser überträgt, eingebaut werden (
Bei einer weiteren Variante kann der Antrieb über drehbare Revolver-Brennkammern 51 realisiert werden (
Beim Erreichen des Brandherdes kann die gleiche Wasserstoff-Schubkraft-Methode auch zu Erzeugung eines Hochdruck-Lösch-Wasserstrahls verwendet werden, der als Löschstrahl benutzt werden kann. Man kann eine zweite Brennkammer 52 dafür einbauen, in der das Löschmittel / Löschwasser 11 eindringt, das durch Knallgas-Explosionen auch verdrängt wird und einen Löschmittelstrahl erzeugt, der mit hoher Geschwindigkeit in Impuls-Form auf den Brandherd trifft. Man kann aber die gleiche Brennkammer für die Wasserverdrängung und Löschmittel-Abgabe zeitgleich benutzen (
Zu erwähnen ist, dass die Drohne stets auf Durchfluss geschaltet bleiben kann, auch wenn die Mini-Explosionen in die Brennkammer stattfinden. Die Sperrventile schließen jeweils die Zufuhrleitungen automatisch und nur für sehr kurze Zeit, solange der Druck in die Brennkammer höher als der Druck der Leitungen ist. Fällt der Druck in die Brennkammer ab, öffnen sich diese Ventile und die Drohne kann weiterhin den Löschmittelstrahl und die Wasser-Antriebsstrahlen abgeben (selbstverständlich mit deutlich niedrigeren Druck).It should be mentioned that the drone can always remain switched to flow, even when the mini-explosions in the combustion chamber are taking place. The shut-off valves each close the supply lines automatically and only for a very short time, as long as the pressure in the combustion chamber is higher than the pressure in the lines. If the pressure in the combustion chamber drops, these valves open and the drone can continue to emit the extinguishing agent jet and the water propulsion jets (of course with significantly lower pressure).
Die Flughöhe der Drohne wird durch zwei Parametern bestimmt: durch den Druck in die Brennkammer und die Häufigkeit bzw. der Frequenz, mit der die Mini-Explosionen erzeugt werden. Der Druck in die Brennkammer ist von der Knallgas- / Butangas-Menge abhängig. Je mehr Knallgas rein gepumpt wird, desto höher ist der Explosionsdruck. Je höher die Frequenz der Mini-Explosionen, desto stärker die Antriebskraft. Eine Erhöhung einer der beiden Parameter, lässt die Drohne in die Höhe steigen. Natürlich man kann auch beide Parameter gleichzeitig erhöhen. Damit wäre eine stärkere Beschleunigung der Drohne nach oben möglich.The flight altitude of the drone is determined by two parameters: the pressure in the combustion chamber and the frequency with which the mini-explosions are generated. The pressure in the combustion chamber depends on the amount of oxyhydrogen / butane gas. The more oxyhydrogen that is pumped in, the higher the explosion pressure. The higher the frequency of the mini-explosions, the stronger the driving force. Increasing either parameter will cause the drone to fly higher. Of course you can also increase both parameters at the same time. This would allow the drone to accelerate upwards more strongly.
Bei dieser Drohne kann für die Löscharbeiten ein beliebiges Löschmittel und auch Löschschaum verwendet werden, weil hier irrelevant ist, was durch den Feuerwehrschlauch transportiert wird. Der Antrieb wird sowieso durch Druck auf reines Wasser erzeugt. Die Drohne soll jedenfalls ferngesteuert sein und mit einem automatischen Support-System ausgestattet, das das Fliegen und die Navigation unterstützt. Sensor-Systeme, die die Brandstelle lokalisieren und Kameras sind dabei hilfreich. Insbesondere dann, wenn eine Brandstelle in einem Hochhaus sich befindet, dann kann man aus dem Boden aus die Drohne nicht mehr präzise steuern. Wenn man bedenkt, dass sie in 100m Höhe, wie ein kleiner Punkt im Himmel erscheint, es ist schwer sie auf der richtigen Höhe zu steuern. Kameras, Höhenmesser-Sensoren, IR-Hitze-Detektoren, GPS und andere technische Raffinessen helfen dabei automatisch die Höhe zu behalten.With this drone, any extinguishing agent and extinguishing foam can be used for the extinguishing work, because what is transported through the fire hose is irrelevant here. The propulsion is generated anyway by pressure on pure water. In any case, the drone should be remote-controlled and equipped with an automatic support system that supports flying and navigation. Sensor systems that localize the fire and cameras are helpful. Especially when there is a fire in a high-rise building, you can no longer precisely control the drone from the ground. Considering that at 100m it appears like a small dot in the sky, it is difficult to steer it at the right height. Cameras, altimeter sensors, IR heat detectors, GPS and other technical refinements help to automatically keep the altitude.
Die Drohne, im Einsatzort angekommen oder angeflogen, kann von den Feuerwehrleuten, die sich dort aufhalten, auch wie eine ganz normale Mehrzweck-Strahlendüse verwendet werden. Für solche Zwecke, bzw. für manuelles Bedienen, kann sie mit einem oder mehreren Griffen ausgestattet werden, an denen sie gut festgehalten werden kann. In den Griffen kann ein Sensor-Schalter oder ein Druckschalter oder ein mechanisches Ventil mit einem Hebel gekoppelt, eingebaut werden, der / das automatisch oder manuell alle anderen Düsen schließt. Lediglich die Löschmittel / Löschwasserdüse soll dabei offen bzw. steuerbar bleiben. Dadurch wäre der Antrieb deaktiviert und die Drohne könnte fast wie eine übliche Löschmittel-Düse verwendet werden.The drone, which has arrived or flown to the scene, can also be used like a normal multi-purpose jet nozzle by the firefighters who are there. For such purposes, or for manual operation, it can be equipped with one or more handles by which it can be held firmly. A sensor switch or a pressure switch or a mechanical valve coupled to a lever can be installed in the handles, which automatically or manually closes all other nozzles. Only the extinguishing agent / extinguishing water nozzle should remain open and controllable. This would disable the drive and the drone could be used almost like a conventional extinguishing agent nozzle.
Die Drohne ist mit einer komplexen Düsen-Steuerung-Technik ausgestattet, die in der Lage ist, mehrere Düsen in Echtzeit schnell zu steuern. Sowohl die Strahlrichtung, als auch die Durchfluss-Wassermenge kann dabei geregelt werden. Die Drohne ist mit einem genormten Feuerwehrschlauch-Kupplungsteil 5 ausgestattet, durch den sie an jedem Feuerwehr-Schlauch-Ende gekoppelt werden kann. Denkbar sind auch Adapter-Stücke, die verschiedene Schlauchgrößen aufnehmen können. Der Vorteil dieser Technik ist auch die Möglichkeit des schnellen Transports der Schlauchende bis zum Einsatzort, bzw. Brandherd. In einem Hochhaus oder Hoch-Gebäude muss der Feuerwehrschlauch nicht unbedingt ins Inneren des Gebäudes durch die Feuerwehrleute geschleppt werden, sondern der Schlauch kann durch die Drohne direkt von außen bis zum Brandherd geflogen werden. Die Feuerwehreinsatzkräfte können die Drohne aus einer Fenster-Öffnung z.B. eine Etage tiefer als dort von der Brandherd sich befindet, die Drohne abfangen, den Schlauch von der Drohne entkoppeln (oder die Drohne im Mehrzweckstrahl-Rohr-Modus umschalten) und eine Feuerwehr-Löschmittel-Düse mit dem Schlauchende verbinden. Damit wäre der Schlauch einsatzbereit. Um den Löschwasserfluss zu stoppen während die Drohne entkoppelt wird, kann ein übliches Schließventil direkt in die Schlauchende integriert werden, die den Wasserfluss beim Entkoppeln unterbricht. Bei kugelförmigen, extrem leichten Drohnen, muss man diese gar nicht entkoppeln, um einen Brand manuell zu löschen. Man schaltet einfach die Drohne auf Durchfluss und das Löschmittel kommt dann ungehindert durch eine Löschmitteldüse aus der Drohne heraus. Eine (oder mehrere) kleine eingebaute Kamera in die Drohne liefert per Funk Echtzeitvideobilder an einem Monitor (oder Laptop / Smartphone) am Boden. Über einem Mikrofon oder noch besser Freisprech-Einrichtung kann man Geräusche hören oder auch dort aufhaltenden Personen ansprechen. Infrarotsensoren können einen Brandherd auch in einem dichten Rauch lokalisieren. Von sicherer Entfernung wird die Drohne auf die Brand-Quelle geleitet, zielgerichtet und per Fernsteuerung die Löschmittel-Düse geöffnet. Während eine Lösch-Drohne aus dem Stand der Technik sperrig gebaut ist, durch Propeller-Antrieb empfindlich gestaltet ist und nur begrenzt in die Luft bleiben kann, ist diese Drohne sehr kompakt, klein und robust gebaut. Zudem bringt sie extrem viel Leistung auf und kann beliebig lange in die Luft bleiben, je nachdem wie die Wasserdruck-Versorgung von Boden-Gerät kommen sollte, was sie deutlich von einer Löschdrohne aus dem Stand der Technik hervorhebt. Der Stromverbrauch ist dabei sehr gering und ein kleiner, paar hundert Gram schwerer Akku, vergleichsweise, wie die der Mobiltelefone, kann dutzende Stunden oder länger die Drohne mit Strom versorgen. Der Strom wird nicht für den Antrieb sondern lediglich für die Funkelemente bzw. Funk-Übertragung der Signale oder Daten und für die Düsensteuerung gebraucht, was einen relativ geringen Stromverbrauch ausmacht.The drone is equipped with complex nozzle control technology, capable of quickly controlling multiple nozzles in real time. Both the jet direction and the flow rate of water can be regulated. The drone is equipped with a standardized fire
Der Feuerwehrschlauch, der das Löschmittel oder Löschwasser transportiert, sollte feuerfest sein, also aus einem nicht brennbaren Material hergestellt werden. Das wäre notwendig, weil die Löschdrohne möglicherweise den Schlauch auch mitten im Brandherd ziehen würde und dann könnte das zum Problem werden, wenn der Schlauch platzen würde.The fire hose that transports the extinguishing agent or extinguishing water should be fireproof, i.e. made of a non-combustible material. That would be necessary because the firefighting drone would possibly pull the hose in the middle of the fire and that could become a problem if the hose burst.
Der Einsatz dieser Erfindung kann Leben von den Feuerwehrleuten bei gefährlichen Einsätzen retten. Insbesondere bei Löscheinsätze, wobei Explosionsgefahr besteht, ist die Erfindung eine optimale Lösung. Man stellt den Einsatz dieser Erfindung so vor: die Feuerwehr rückt mit Löschfahrzeuge an. Der Feuerwehrschlauch mit der Hochdruckleitung drin wird aus der Schlauchrolle ausgerollt. Man koppelt die fernsteuerbare Vorrichtung (Löschdrohne) an dem Schlauch-Ende an. Es wird noch kein Löschwasser durch den Feuerwehrschlauch geschickt, aber das Hochdruckwasser aus der Hochdruckpumpe schon. Sobald das Hochdruckwasser die Drohne erreicht hat und der Druck aufgebaut ist, kann man per Fernsteuerung den Befehl zu Aufsteigen geben (durch betätigen des Knopfs für den Flug nach oben. Weil die Drohne beim Auspacken möglicherweise nicht unbedingt optimal liegt, kann dabei ein eingebauter Schwerkraftsensor, der mit der Düsensteuerung gekoppelt ist, hilfreich sein, um die Drohne automatisch für den Flug nach oben auszurichten. Beim Betätigen des Knopfes an der Fernbedienung fliegt die Drohne hoch. Sobald das geschehen ist, kann man mit der Fernsteuerung weiterhin die Düsen steuern. Die Düsen sind elektrisch durch Aktuatoren beweglich eingebaut und können gruppenweise oder einzeln gesteuert werden. Die Steuerung wird durch einem Mikroprozessor oder Computer unterstützt. Ein Schwerkraftsensor oder ein Gyro-Sensor, der in die Drohne eingebaut ist, kann die Lage der Drohne in Echtzeit erfassen und die Signale an die Steuerung weiterleiten, die anhand der Signale die Fluglage stabilisiert. Die Fernsteuerung kann durch eine Fernbedienung per Joystick, einem Smartphone, iPad oder Touchscreen erfolgen. Weil die Funkverbindung z.B. über Bluetooth oder WLAN durch einem Smartphone / Tablet relativ schwach ist und die Signale eine geringe Reichweite haben, sollte die Verbindung nicht direkt mit der Drohne sondern über die Fernsteuerung der Drohne hergestellt werden. Das Smartphone wird in diesem Fall mit der Fernbedienung per Funk verbunden und die Signale über die Fernbedienung dann an der Drohne bidirektional geleitet werden. Die Fernsteuerung / Fernbedienung sollte diese Funkschnittstellen beherrschen (es können dort WLAN oder Bluetooth-Module eingebaut werden) und dient dabei als „Signal-Verstärker“. Die Funkwellen-Frequenz, die die Fernbedienung für die Steuerung der Drohne verwendet, muss nicht die gleiche sein, wie die WLAN oder Bluetooth-Geräte Frequenz, sondern kann auch niedriger oder höher sein. Durch die Implementierung eines Smartphones (Tablets oder Computers) für eine Steuerung der Drohne, kann die Fernbedienung-Einheit relativ einfach gestaltet werden. Ein Smartphone bringt alles mit, was eine komfortable Steuerung ermöglicht (Touchdisplay, Kameras, Sensoren, GPS, etc.). Durch Steuer-Befehle, bewegt sich die Drohne in allen erwünschten Richtungen. Die Steuerung erfolgt ähnlich wie bei herkömmlichen RC-Drohnen. Um kein Löschmittel zu verschwenden oder damit keinen Nebenschaden zu richten, bleiben die Löschmittel-Düsen geschlossen, bis das Ziel bzw. die Hitzequelle erreicht worden ist. Sobald der Brandherd lokalisiert worden ist, wird die Löschmittel-Düse entweder durch den Mikroprozessor (IR-Sensorgesteuert) oder manuell per Fernsteuerung darauf gerichtet und dann per Fernsteuerung auch geöffnet.The use of this invention can save lives of firefighters in dangerous operations. The invention is an optimal solution, particularly for fire-fighting operations, where there is a risk of explosion. The use of this invention is presented as follows: the fire brigade arrives with fire engines. The fire hose with the high-pressure line inside is rolled out of the hose reel. The remote-controlled device (fire-fighting drone) is coupled to the end of the hose. No extinguishing water is sent through the fire hose yet, but the high-pressure water from the high-pressure pump is. Once the high-pressure water has reached the drone and the pressure has built up, you can remotely command it to climb (by pressing the up flight button). Because the drone may not be positioned optimally when unpacked, a built-in gravity sensor, which is paired with the thrusters can be helpful to automatically level the drone up for flight. When you press the button on the remote control, the drone flies up. Once that is done, you can continue to use the remote control to control the thrusters. The thrusters are built-in electrically movable by actuators and can be controlled in groups or individually.The control is supported by a microprocessor or computer.A gravity sensor or a gyro sensor built into the drone can detect the drone's position in real time and the signals forwarded to the controller, which uses the signals to stabilize the flight attitude. The remote control can be done by a remote control via joystick, a smartphone, iPad or touchscreen. Because the radio connection, e.g. via Bluetooth or WLAN via a smartphone / tablet, is relatively weak and the signals have a short range, the connection should not be made directly with the drone but via the drone's remote control. In this case, the smartphone is connected to the remote control via radio and the signals are then sent bidirectionally to the drone via the remote control. The remote control / remote control should master these radio interfaces (WLAN or Bluetooth modules can be installed there) and serve as a "signal amplifier". The radio wave frequency that the remote control uses to control the drone does not have to be the same as the WiFi or Bluetooth devices frequency, but can be lower or higher. By implementing a smartphone (tablet or computer) to control the drone, the remote control unit can be made relatively simple. A smartphone comes with everything that enables convenient control (touch display, cameras, sensors, GPS, etc.). With control commands, the drone moves in all desired directions. The controls are similar to conventional RC drones. To avoid wasting extinguishing agent or doing side damage, the extinguishing agent nozzles remain closed until the target or heat source has been reached. As soon as the source of the fire has been localized, the extinguishing agent nozzle is aimed at it either by the microprocessor (IR sensor-controlled) or manually by remote control and then opened by remote control.
Über eine App in einem Tablet-PC oder in einem Smartphone und dementsprechende Eingabe der Adressierung der Drohne, unter Einhaltung der Sicherheitsvorkehrungen, wie z.B. Passwortschutz für den Zugriff auf die Steuerung der Drohne, können diese einzeln oder mehrere gleichzeitig gesteuert werden. Bei erfahrenen Benutzern, ist die manuelle Steuerung kein Problem, aber man muss bedenken, dass die Feuerwehr auch nicht allzu sehr erfahrene Menschen damit beschäftigen kann. Die sind ausgebildet, eine Brandstelle wirksam zu bekämpfen, aber nicht unbedingt eine Drohne zu fliegen. Hinzu kommt auch die Hektik im Ernstfall, die eine unkomplizierte Bedienung der Drohne erforderlich macht. Deswegen eine elektronische Unterstützung und vielleicht auch eine Hardware mit künstlicher Intelligenz können dabei hilfreich sein. Die Düsen sind kugelförmig gestaltet bzw. in kleinen Kügelchen 53 eingebaut und je in eine Kugelpfanne 54 elektrisch drehbar eingebaut. Die Drehung erfolgt durch Aktuatoren oder durch Magnetfeldwechselwirkung je eines statisch in die Kugelpfanne eingebauten Elektromagneten 55 und je einem Magneten 56 in den Düsen eingebaut.Using an app on a tablet PC or smartphone and entering the address of the drone accordingly, while complying with security precautions, such as password protection for access to the control of the drone, these can be controlled individually or several at the same time. For experienced users, manual control is not a problem, but you have to keep in mind that the fire brigade can also employ not very experienced people with it. They're trained to fight a fire effectively, but not necessarily to fly a drone. In addition, there is the hectic pace in an emergency, which requires uncomplicated operation of the drone. Therefore, electronic support and maybe hardware with artificial intelligence can be helpful. The nozzles have a spherical shape or are installed in
Das Gehäuse der Drohne kann scheibenförmig oder kugelförmig aus einem leichten Material, z.B. Metall-Legierung oder z.B. Karbon gebaut werden. In die Drohne befindet sich eine elektronische Steuerung 30, die die Düsen steuert, eine Funksignal-Anlage 27, die Funksignale empfangen und senden kann, eine kleine Videokamera, die in beliebige Richtungen schwenkbar ist, zahlreiche Sensoren, sowie eine Lichtquelle, vorzugsweise eine oder mehrere LED-s oder Laserdioden 57, die die Umgebung beleuchten kann. Auch UV-Laserdioden oder IR-LED-s können eingesetzt werden, um die Sicht bei dichtem Rauch zu erleichtern. Beim Einsatz in einem Hochhaus oder in einem für Menschen gefährlichen Gebäude, wie z.B. ein Kernreaktor oder Chemiewerk, wird die Drohne über Fernsteuerung aus sicherer Entfernung gesteuert.The body of the drone can be disc-shaped or sphere-shaped from a light material, e.g. metal alloy or e.g. carbon. The drone contains an
Der Schlauch soll mittig unter der Drohne an einem eingebauten Kupplungs-Teil 58, das um 90° geschwenkt werden kann oder durch eine kugelförmige Kupplung in jede Richtung beliebig schwenkbar gestaltet, gekoppelt werden. Somit kann je nach Bedarf, der Anschluss für den Feuerwehrschlauch nach unten oder seitlich der Drohne positioniert werden.The hose should be coupled centrally under the drone to a built-in coupling part 58, which can be pivoted through 90° or designed to be pivoted in any direction by means of a spherical coupling. Thus, depending on your needs, the connection for the fire hose can be positioned below or to the side of the drone.
Durch die Schwenk-Möglichkeit der Antriebs-Düsen in alle Richtungen, ist ein stabiler Flug der Drohne während des Einsatzes möglich. Wenn z.B. die Löschmittel-Düse einmal kurz nach unten und dann nach oben zielt, dann genauso kurz nach unten oder dann nach oben zielt auch die Ausgleichsdüse in Gegenrichtung mit den Gleichen Strahl-NeigungsWinkel wie die Löschmittel-Düse. Auch die Antriebsdüsen müssen dann simultan und automatisch reagieren, um die Höhe stabil zu halten, denn wenn die Lösch- und die Ausgleichsdüse schräg nach unten zielen, dann kann die Drohne einen zusätzlichen Schub erhalten und nach oben fliegen. Eine Fernsteuerung, die das Antriebs-System fernsteuert, kann kompakt gebaut werden und wird auch für die ferngesteuerte Schwenkung der Löschmittel-Düsen, der Schubkraft-Düsen sowie der Rückstoß-Düsen des Stabilisierungs-Systems vorgesehen.The ability to swivel the propulsion nozzles in all directions enables the drone to fly stably during use. If, for example, the extinguishing agent nozzle is aimed briefly downwards and then upwards, then just as briefly downwards or then upwards, the compensating nozzle also aims in the opposite direction with the same jet inclination angle as the extinguishing agent nozzle. The propulsion nozzles must then also react simultaneously and automatically in order to keep the altitude stable, because if the extinguishing and compensation nozzles aim downwards at an angle, then the drone can receive an additional boost and fly upwards. A remote control that remotely controls the propulsion system can be built compactly and is also provided for the remote-controlled swiveling of the extinguishing agent nozzles, the thrust nozzles and the thrust nozzles of the stabilization system.
Die Drohne kann zwar aus einem nicht brennbaren Material gebaut sein, die Innentemperatur in die Drohne kann aber erheblich steigen, wenn sie für längere Zeit im Hitzebereich oder direkt im Feuer steht. Deswegen wird sie mit einem Kühl-System ausgestattet, das sie wirksam kühlt. Somit kann sie länger direkt neben Brandherd oder von Flamen umschlossen das Feuer bekämpfen. Auch diese Feature erhebt sie weiter von den herkömmlichen Drohnen, weil sie damit ausgestattet, viel länger einen gefährlichen Brand bekämpfen kann. Das Kühlen wird durch das Löschmittel / Löschwasser oder durch das Wasser aus der Hochdruckleitung erreicht. Das wird entweder durch den Einbau von einen oder mehreren Poren 59 an der Außen-Hülle 60 der Drohne, die die Hülle stets benetzen oder mit feinen Kanälen 61 im Inneren, durch die ein kleiner Teil des Wassers durchfließt und somit die Außenhüllen-Temperatur absenkt. Eine ähnliche Technik wird bei Schubkraftdüsen in Raketen verwendet. Deren Ummantelung weist auch feine Kanäle auf, durch die der stark gekühlte Kraftstoff (z.B. Liquid-Wasserstoff oder Alkohol) bis zu der Brennkammer fließt und auf diese Weise die Wände abkühlt.Although the drone may be constructed of a non-flammable material, the internal temperature inside the drone can rise significantly if left in the heat area or directly in the fire for a long period of time. That is why it is equipped with a cooling system that cools it effectively. This means she can fight the fire longer right next to the source of the fire or surrounded by flames. This feature also elevates it further from traditional drones because equipped with it, it can fight a dangerous fire for much longer. The cooling is achieved by the extinguishing agent / extinguishing water or by the water from the high-pressure line. This is done either by installing one or
Es ist klar, dass bei diese Drohne eine Menge Wasser (dennoch kein Löschwasser oder Löschschaum) für den Antrieb verloren geht, aber bei explosions- gefährdeten Brandstellen oder Strahlungs-Gefahr, wie z.B. beim japanischen Atom-Kraftwerk - in Fukushima der Fall war, es ist unermesslich das Leben der Einsatzkräfte zu schützen. Der Reaktor dort war über monatelang nach einem Erdbeben (sowie zahlreiche Nachbeben) kombiniert mit einem verheerenden Tsunami, außer Kontrolle geraten. Nach zahlreichen Explosionen wurden große Mengen an radioaktivem Material freigesetzt. Viele der freiwilligen und auch gezwungenen Helfer wurden verstrahlt, die leider später an den Folgen gestorben sind. Dort wurde unter anderen als Notmaßnahme auch die Kühlung der freigelegten Reaktorbehälter durch Wasserwerfer, eingeleitet, die Wasser aus einer etwas sichereren Distanz aufs Reaktor sprühten, um die Strahlungs-Risiko sowie die Explosionsgefahr für die Helfer zu senken. Für solche Fälle eignet sich diese Erfindung bestens. Man kann die Drohne einfach aus sicherer Distanz los senden, die den Wasserschlauch mitzieht und bis zum Ziel über Bodenhindernisse hinweg schwebt. Erreicht die Drohne einmal das Ziel, kann sie dort auch mit Hilfe von an die Außenwand eingebaute, heraus fahrbare Krallen, sich fest an die Umgebung verankern und somit kein Wasser mehr für den Antrieb verschwenden.It is clear that with this drone a lot of water (nevertheless no extinguishing water or extinguishing foam) is lost for the propulsion, but with explosive fire sites or radiation danger, such as at the Japanese nuclear power plant - in Fukushima, it was the case is immeasurable to protect the life of the emergency services. The reactor there had been out of control for months after an earthquake (and numerous aftershocks) combined with a devastating tsunami. After numerous explosions, large amounts of radioactive material were released. Many of the voluntary and also forced helpers were irradiated, who unfortunately later died as a result. There, among other things, as an emergency measure, the cooling of the exposed reactor vessels was initiated using water cannons, which sprayed water onto the reactor from a somewhat safer distance in order to reduce the radiation risk and the risk of explosion for the helpers. This invention is ideal for such cases. You can simply send the drone off from a safe distance, which pulls the water hose with it and hovers over ground obstacles to the target. Once the drone has reached the target, it can also anchor itself firmly to the environment with the help of retractable claws built into the outer wall and thus no longer waste water for the drive.
Die Drohne kann fast vollständig die Wasserwerfer ersetzen. Vorteilhaft gegenüber Wasserwerfer bei solchen Einsätzen wäre die weitgehend bessere Zielgenauigkeit des Löschmittelstrahls durch die Drohne, sowie die Distanz und Höhe, bei der die Drohne eingesetzt werden kann. Praktisch die Flug-Höhe der Drohne hängt von dem Druck der Hochdruckpumpe am Boden ab und kann bei Druckerhöhung mehrere hunderte Meter hoch fliegen. Einen Wasserwerfer in diese Höhe zu bringen würde einen sehr hohen technischen Aufwand bedeuten. Während man einen Wasserwerfer in einer Höhe von 80 Metern möglicherweise erst nach ca. 12 Minuten und mit Viel Aufwand einsatzbereit anbringen kann, braucht die Drohne dafür lediglich 30 Sekunden oder weniger. Mit genug Hochdruck und Schubkraft, kann sie innerhalb von einigen Sekunden die 100m Flughöhe erreichen, sich dort positionieren und schon nach 10- 20 Sekunden mit den Löscharbeiten beginnen. Bei brennenden Hochhäusern kann die Drohne den Schlauch viel schneller am Einsatzort bringen und von dort aus kürzere Distanz den Löschmittelstrahl oder Wasserstrahl abgeben. Es ist allerdings klar, dass auch die Drohne an ihre Grenzen schnell stoßen kann. Der Schlauch wird immer schwerer und irgendwann kann die Drohne ihn nicht mehr ziehen. Die Standard Feuerwehrschläuche, wenn sie mit Löschwasser gefüllt sind, werden recht schwer. Oft sind mehrere Feuerwehrleute notwendig, die einen Schlauch bis zu Brandstelle ziehen. Die Variante, die in der
Die Methode mit der Laser-Markierung wäre sinnvoll, die Drohne schnell ans Ziel zu führen, allerdings feinere Einstellungen wären doch besser mit der Fernsteuerung und der Videokamera realisierbar. Zudem die Videokamera auch IR-Strahlen erfassen kann und der Rauch daher nicht zu problematisch wird.The laser marking method would be useful to quickly guide the drone to the target, but finer adjustments would be better with the remote control and video camera. In addition, the video camera can also capture IR rays and the smoke is therefore not too problematic.
Ein weiter Ausführung der Drohne, kann selbständig ein Brandherd ausfindig machen und das Feuer löschen. Über eine Temperatur-Mess-Sensorsystem wird durch einen blitzschnell wandernden / drehenden IR-Scanner 64 die Umgebung nach der Temperatur gescannt. Die durch IR-Kamera oder Videokamera erfasste Umgebung, wird zu Verarbeitung an eine Auswerteeinheit gesendet. Dort werden die Temperatur-Bereiche in der Umgebung erfasst. Der Bereich mit der höchsten Temperatur wird als Primär durch eine Software eingestuft und dorthin die Löschmittel-Düse gerichtet. Die Hochdruck-Wasserstrahl-Impulse, die durch Wasserstoff-Explosion erzeugt werden, kühlen den Löschstrahl-Treffpunkt rasch ab und das mit sehr wenig Wasser oder Löschmittel.Another version of the drone can independently locate a fire and extinguish the fire. Using a temperature measurement sensor system, the environment is scanned for temperature by a rapidly moving/rotating
Die Drohne ist in der Lage durch Hitze-Sensoren, Algorithmische-Berechnungen und Steuerung eines Mikroprozessors selbständig die Hitzequelle auszumachen, selbständig dorthin zu fliegen und die Quelle mit Löschwasser zu besprühen. Die Drohne kann auch vollkommen ohne Akku auskommen, weil sie in der Lage wäre selber Strom aus dem Strömungsdruck des Löschwassers / Löschmittels mit Hilfe eines Mini-Turbinen-Generators herzustellen. Sie kann genauso gut für Löscheinsätze am Boden verwendet werden. Sie kann den Schlauch bis zum Brandherd ziehen und erst dort den Löscheinsatz beginnen. Die Löschmittelstrahlen oder Wasserstrahlen, die für Löschzwecke vorgesehen sind, können durch in den Düsen oder unmittelbar dort eingebaute Laserdioden oder LED-s 65 beleuchtet werden. Das Licht würde die Löschmittelstrahlen sichtbar machen und bei Dunkelheit für die Löscharbeiten hilfreich sein. Das gleiche kann auch für das Antriebs-System über Antriebsdüsen konzipiert werden. Die Drohne kann auch so mit starke Leuchtmittel bzw. Lichtquellen ausgestattet werden, die die Umgebung beleuchten. Allerdings in dem Fall wäre die Stromleitung notwendig, die mit dem Schlauch zusammenläuft.The drone is able to independently identify the heat source using heat sensors, algorithmic calculations and microprocessor control, fly there independently and spray the source with extinguishing water. The drone can also do without a battery because it would be able to generate electricity itself from the flow pressure of the extinguishing water / extinguishing agent with the help of a mini-turbine generator. It can also be used for firefighting operations on the ground. She can pull the hose to the seat of the fire and only start extinguishing it there. The jets of extinguishing agent or jets of water, which are provided for extinguishing purposes, can be illuminated by laser diodes or
Abgesehen von der Feuerbekämpfung, kann die Erfindung auch als Fun-Artikel hergestellt werden, z.B. als RC-Schwebeplattform oder eine Art Fluggerät z.B. für Kinder.Apart from firefighting, the invention can also be made as a fun item such as an RC hover platform or some kind of flying machine such as for children.
Um die Drohne leichtern steuern zu können, kann sie mit einem Lichtsteuerungs-Technik ausgestattet werden, die aus einer Lichtquelle (LED-Lampe, Laserdiode, usw.) am Boden besteht, die eine Person in die Hand hält und damit auf die Drohne zielt, einige Lichtsensoren 66, die in die Drohne im unteren Bereich eingebaut sind und eine Steuerung 67, die anhand der Signale aus den Lichtsensoren, die Flugrichtung berechnet und so den Antrieb steuert (
BezugszeichenlisteReference List
- 1.1.
- Drohnedrone
- 22
- Separate HochdruckleitungSeparate high-pressure line
- 33
- Hochdruckpumpehigh pressure pump
- 44
- Feuerwehrschlauchfire hose
- 55
- Kupplungcoupling
- 66
- WasserWater
- 77
- Lithium-Akkulithium battery
- 88th
- Wasserstrahlenwater jets
- 99
- Antriebs-Düsen (SchubkraftDüsen)Propulsion nozzles (thrust nozzles)
- 1010
- Löschmittel-Düseextinguishing agent nozzle
- 1111
- Löschwasser mit Additiven oder LöschschaumExtinguishing water with additives or extinguishing foam
- 1212
- Anschlussstellejunction
- 1313
- Verbindungsstückconnector
- 1414
- Hochdruck-Schlauchhigh pressure hose
- 1515
- Fixierungsteilfixation part
- 1616
- Schwenkbares RohrPivoting tube
- 1717
- Brandstellefire site
- 1818
- Kameracamera
- 1919
- IR- / Temperatur-SensorenIR / temperature sensors
- 2020
- Schwerkraftsensorengravity sensors
- 2121
- Höhensensorenheight sensors
- 2222
- Entfernungsmesserrangefinder
- 2323
- Laserdiode / LaserpointerLaser diode / laser pointer
- 2424
- Laserstrahllaser beam
- 2525
- Löschmittelstrahljet of extinguishing agent
- 2626
- Elektroventilelectrovalve
- 2727
- Fernsteuerung / FunksteuerungRemote control / radio control
- 2828
- Rückstoß-Ausgleichs-DüseRecoil Compensation Jet
- 2929
- Rückstrahldüsen ElektroventilReflector nozzles electrovalve
- 3030
- Steuerung, Steuereinheitcontrol, control unit
- 3131
- T-RohrT-pipe
- 3232
- Vertikales Rohr-TeilVertical tube part
- 3333
- Elektroventilelectrovalve
- 3434
- Waagerechtes Rohrhorizontal tube
- 3535
- Kugelform-Gehäuse der DrohneSpherical housing of the drone
- 3636
- Drehbare, versenkte KügelchenRotatable, recessed beads
- 3737
- Fluid-Kammerfluid chamber
- 3838
- Verteiler-Rohrendistribution pipes
- 3939
- Düsen-ElektroventileNozzle Electrovalves
- 4040
- Brennkammercombustion chamber
- 4141
- Druckflaschepressure bottle
- 4242
- Injektorinjector
- 4343
- Knallgas oder Butangasoxyhydrogen or butane gas
- 4444
- Hochspannungs-Elektrodenhigh voltage electrodes
- 4545
- Hochspannungsquellehigh voltage source
- 4646
- Dehnbare MembraneStretch membrane
- 4747
- Sperrventilecheck valves
- 4848
- Vorratsbehälter / Alu-ZylinderReservoir / aluminum cylinder
- 4949
- Energie-Quelleenergy source
- 5050
- Fernbedienungremote control
- 5151
- Revolver- BrennkammernTurret combustion chambers
- 5252
- Zweite BrennkammerSecond combustion chamber
- 5353
- Düsen-KügelchenNozzle Beads
- 5454
- Kugelpfanneball socket
- 5555
- Elektromagnetelectromagnet
- 5656
- Magnetmagnet
- 5757
- LED-s oder LaserdiodenLEDs or laser diodes
- 5858
- Kupplungs-Teilclutch part
- 5959
- Porenpores
- 6060
- Außen-Hülleouter shell
- 6161
- Feine Kanälefine canals
- 6262
- Laserpointerlaser pointer
- 6363
- Abstandsmeß-Sensorendistance measuring sensors
- 6464
- Drehender IR-ScannerRotating IR scanner
- 6565
- Fluid-Strahlen Laserdiode oder LEDFluid jets laser diode or LED
- 6666
- Lichtsensorenlight sensors
- 6767
- Steuerung für den LichtstrahlControl for the light beam
- 6868
- Lichtfilterscheibelight filter disc
- 6969
- Kugelgehäuse mit der Kupplung der Drohne gekoppelt,Ball housing coupled with the drone's clutch,
- 7070
- Kugelpfanne der schwenk-KupplungBall socket of swivel coupling
- 7171
- Kupplungs-Ringclutch ring
Claims (28)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102021004272.7A DE102021004272B4 (en) | 2021-08-21 | 2021-08-21 | firefighting drone |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021004272.7A DE102021004272B4 (en) | 2021-08-21 | 2021-08-21 | firefighting drone |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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DE102021004272B4 true DE102021004272B4 (en) | 2023-06-29 |
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Family Applications (1)
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