DE102021120783A1

DE102021120783A1 - Hangar und Anordnung zum Wechseln einer Batterie aus einem Luftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021120783A1
Application number: DE102021120783.5A
Authority: DE
Inventors: Tristan Scheler; Dominik Blümm
Original assignee: Hive Systems GmbH
Current assignee: Hive Systems GmbH
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2023-02-16
Also published as: CA3228225A1; EP4240614A1; WO2023017027A1

Abstract

Offenbart ist ein Hangar mit einem Portalroboter, der eine Hebewerkzeug hat. Der Portalroboter ist zum Heben und Senken von Batterien vorgesehen, um diese beispielsweise bei einer in dem Hangar angeordneten Drohne zu wechseln.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Herausnehmen einer Batterie aus einem Fahrzeug und zum Einsetzen einer Batterie in das Fahrzeug, insbesondere eines Luftfahrzeugs. Außerdem betrifft die Erfindung einen Hangar mit einer derartigen Anordnung.
Hintergrund der Erfindung
Aus dem Stand der Technik sind Luftfahrzeuge in Form von unbemannten Drohnen bekannt. Eine derartige Drohne kann beispielsweise als Multicopter ausgebildet sein und über eine Batterie in Form eines Akkumulators mit Strom versorgt sein. Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren Vorrichtungen bekannt, über die die Batterie selbstständig aus der Drohne entnehmbar und einsetzbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Herausnehmen einer Batterie aus einem Fahrzeug und Einsetzen einer Batterie in das Fahrzeug zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig ausgestaltet ist und auf einfache Weise betreibbar ist. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung einen Hangar mit einer derartigen Anordnung zu schaffen. Des Weiteren soll eine Anordnung mit einem Batteriehalter und einer Batterie für ein Luftfahrzeug geschaffen werden, mit denen auf vorrichtungstechnisch einfache und kostengünstige Weise ein Batteriewechsel ermöglicht ist.
Die Aufgabe hinsichtlich der Anordnung zum Herausnehmen und Einsetzen der Batterie wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Hangars gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 und hinsichtlich der Anordnung mit dem Batteriehalter und der Batterie gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine Anordnung zum Herausnehmen einer Batterie, insbesondere in Form eines Akkumulators, aus einem Fahrzeug und zum Einsetzen einer oder der Batterie in das Fahrzeug vorgesehen. Bei dem Fahrzeug handelt sich vorzugsweise um ein Luftfahrzeug. Die Anordnung weist einen Roboter auf, der vorteilhafterweise ein Hebewerkzeug hat. Dieses kann über den Roboter bewegbar sein und zum Festhalten und bewegen der Batterie vorgesehen sein. Somit kann über den Roboter eine Positionsveränderung der Batterie durchgeführt werden. Des Weiteren weist die Anordnung zumindest eine Batterie oder einen Energiespeicher für das Fahrzeug auf. Diese hat ein Batteriegehäuse, an dem ein Hebemittel ausgebildet sein kann, das vom Hebewerkzeug fassbar ist. Zusätzlich kann ein Batteriehalter vorgesehen sein, der über ein Befestigungsmittel am Fahrzeug befestigbar oder fest fixierbar ist. Der Batteriehalter hat vorzugsweise ein Batteriefach, in das die Batterie über das Hebewerkzeug einsetzbar und herausnehmbar ist. Mit Vorteil handelt es sich bei dem Roboter vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig um einen Portalroboter, der einen Portalarm mit dem Hebewerkzeug hat.
Ein derartiger Portalroboter ist neben seiner vorrichtungstechnisch einfachen Ausgestaltung auch einfach steuerbar, beispielsweise im Vergleich zu einem Roboterarm mit mehreren Aktoren. Der Portalroboter ist auch platzsparend einsetzbar und dieser kann vorzugsweise über dem Luftfahrzeug angeordnet werden, um mit seinem Hebewerkzeug die Batterie aus dem Luftfahrzeug herauszunehmen oder in dieses einzusetzen. Durch die einfache und platzsparende Ausgestaltung kann ein derartiger Portalroboter bzw. die Anordnung auch einfach in einen Hangar eingesetzt werden, der hierdurch kompakt ausgestaltbar ist, was untenstehend näher erläutert ist. Außerdem können mit einem Portalroboter vergleichsweise hohe Lasten bewegt werden. Des Weiteren ist ein Portalroboter um ein vielfaches günstiger im Vergleich zu einem Roboterarm mit beispielsweise mehreren Achsen oder 7-Achsen. Ein Portalroboter ist auch in seiner Grö-ße einfach skalierbar.
Vorzugsweise ist bei der Anordnung eine von oben her, insbesondere in Vertikalrichtung gesehen, zugängliche Arbeitsfläche oder Montagefläche vorgesehen, auf der das Fahrzeug anordenbar ist. Das Hebewerkzeug ist hierbei vorzugsweise oberhalb der Arbeitsfläche anordenbar, um die Batterie aus dem Fahrzeug nach oben zu heben oder in das Fahrzeug von oben her einzusetzen. Denkbar wäre, dass sich das Fahrzeug, beispielsweise in Form des Luftfahrzeugs, mit eigenen Mitteln sich auf der Arbeitsfläche anordnet und sich von der Arbeitsfläche entfernt. Durch die einfache und platzsparende Ausgestaltung des Portalroboters ist hierfür ein großzügiger Rangierraum geschaffen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Arbeitsfläche verfahrbar ist über eine entsprechende Vorrichtung, wie beispielsweise ein Transportband.
Vorrichtungstechnisch einfach ist das Hebewerkzeug vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig als Greifwerkzeug ausgestaltet. Hierdurch kann die Batterie zum Entnehmen und zum Einsetzen sicher gegriffen werden. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar als Hebewerkzeug beispielsweise einen Magneten vorzusehen.
Der Portalroboter ist vorzugsweise als Flächenportalroboter ausgestaltet. Ein Schlitten kann hierbei insbesondere in einer x-y-Ebene oder Horizontalebene oder in einer Ebene quer zur Hubrichtung des Portalarms oder in einer Ebene im Parallelabstand zur Arbeitsfläche bewegbar sein. Hierdurch kann flexibel das Hebewerkzeug über einen gro-ßen Bereich bewegt werden, um Batterien beispielsweise zu wechseln und auch um Batterien in einen Lagerplatz oder Ladeplatz zu transportieren. Über den Schlitten kann der Portalarm in seiner Axialrichtung verschiebbar gelagert sein. Der Portalarm ist über einen Aktor vorzugsweise in einer Vertikalrichtung oder oben-unten-Richtung oder in einer Hochachse bewegbar. Vorzugsweise erstreckt sich der Portalarm in Vertikalrichtung. Das Hebewerkzeug kann dann endseitig im unteren Bereich des Portalarms vorgesehen sein. Das Hebewerkzeug in Form des Greifwerkzeugs kann beispielsweise nach unten weisen. Das Fahrzeug mit dem Batteriehalter und/oder die Arbeitsfläche ist, wie vorstehen bereits angeführt, vorzugsweise unterhalb des Hebewerkzeugs und/oder Portalroboters angeordnet.
Alternativ zum Flächenportalroboter wäre auch denkbar einen Linienportalroboter mit einem Querträger einzusetzen. Hierbei ist weiter denkbar, dass die Arbeitsfläche dabei zumindest quer zum Querträger verfahrbar ist, um die Batterie bezüglich des Hebewerkzeugs in dieser Richtung zu positionieren.
Das Greifwerkzeug weist vorzugsweise einfach zwei Greifbacken auf, die über einen Aktor betätigbar sind. Der Aktor ist beispielsweise elektronisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch betätigbar. Die Drehachse der Greifbacken erstreckt sich beispielsweise quer zur Hochachse und/oder parallel zum Querträger des Schlittens.
Vorzugsweise ist zumindest ein Sensor vorgesehen, der mit einer Steuereinheit verbunden ist, um das Hebemittel des Batteriegehäuses zu erfassen. Hierdurch kann das Hebewerkzeug gezielt und selbstständig zum Hebemittel gelangen und die Batterie aus dem Batteriefach entnehmen. Außerdem ist denkbar den Sensor oder einen weiteren Sensor vorzusehen, um das, insbesondere leere, Batteriefach zu erfassen, damit der Roboter selbständig über das Hebewerkzeug die Batterie in dieses einsetzen kann. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zum Wechseln der Batterie das Batteriegehäuse an einer vorbestimmten Position und mit einer vorbestimmten Orientierung angeordnet ist.
Das Batteriefach hat vorzugsweise eine Fachöffnung, die von oben her zugänglich ist, insbesondere wenn das Fahrzeug zur Herausnahme oder zum Einsetzen der Batterie angeordnet ist. Über die Fachöffnung kann die Batterie einsetzbar und herausnehmbar sein. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Fachöffnung derart zugänglich sein, dass eine über das Hebewerkzeug gehaltene Batterie durch entsprechende Ansteuerung des Roboters über die Fachöffnung in das Batteriefach einsetzbar ist und dass eine Batterie vom Hebewerkzeug fassbar ist und durch entsprechende Ansteuerung des Roboters über die Fachöffnung aus dem Batteriefach herausnehmbar ist.
Mit Vorteil ist der Batteriehalter vorrichtungstechnisch einfach kastenförmig ausgestaltet. Es kann vorgesehen sein, dass das Batteriefach eine Bodenfläche hat, von der aus sich mehrere Innenwandflächen bis zur Fachöffnung wegerstrecken. Die Fachöffnung und die Bodenfläche sind dann beispielsweise übereinander angeordnet und erstrecken sich mit einem gleichen Abstand zueinander. Weiter vorzugsweise sind vier Innenwandflächen vorgesehen, die im Querschnitt gesehen, als in einem Schnitt parallel zur Bodenfläche, ein Rechteck ausbilden können. Zwei von den Innenmantelflächen können als große Innenmantelflächen ausgebildet sein. Diese liegen sich dann vorzugsweise gegenüber. Quer dazu können zwei kleine Innenwandflächen vorgesehen sein, die sich ebenfalls gegenüberliegen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass sich das Batteriefach ausgehend von der Fachöffnung, insbesondere in oben-unten-Richtung gesehen, verjüngt. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Zentrierung der Batterie, insbesondere beim Einsetzten, ermöglicht sein. Mit anderen Worten verjüngt sich das Batteriefach hin nach unten, damit die Batterie auf einfache Weise eingefädelt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Batteriefach, insbesondere die Innenmantelflächen des Batteriefachs, und/oder der Batteriehalter im Wesentlichen pyramidenstumpfförmig ausgebildet sein oder kegelstumpfförmig. Hierdurch kann auf vorrichtungstechnisch einfache Weise die Verjüngung des Batteriefachs umgesetzt werden. Die Bodenfläche, insbesondere in Form einer Deckfläche, des Batteriefachs ist vorzugsweise unten angeordnet, wobei sich die Innenmantelflächen nach oben erstrecken und wobei sich der Abstand der Innenmantelflächen von unten nach oben zueinander vergrößert. Die Innenmantelflächen sind vorzugsweise jeweils als Trapez ausgebildet. Auf einer Oberseite des Batteriefachs ist dann die Fachöffnung ausgebildet, die von einer Innenmantelfläche begrenzt ist.
Mit anderen Worten ist das Batteriefach und/oder der Batteriehalter kastenförmig ausgebildet und nach oben hin zur Fachöffnung offen und nach unten hin durch einen Boden begrenzt, insbesondere wenn das Fahrzeug auf der Arbeitsfläche unterhalb dem Portalroboter angeordnet ist. Wandungen des Batteriehalters und/oder Innenmantelflächen des Batteriefachs können sich ausgehend von dem Boden voneinander entfernen. Die Bodenfläche hat vorzugsweise etwa eine längliche Rechteckform mit zwei langen und zwei kurzen Seiten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind im Boden des Batteriefachs Kontakte ausgebildet. Diese wirken mit Kontakten der Batterie im eingesetzten Zustand der Batterie zusammen. Vorzugsweise stehen die Kontakte der Batterien des Batteriefachs hierbei mechanisch in Kontakt. Der Boden des Batteriefachs weist vorzugsweise eine Durchgangsöffnung auf, über die die, insbesondere auf einer Platine ausgebildeten, Kontakte zugänglich sind. Die Kontakte sind beispielsweise als Kontaktflächen ausgebildet. Weiter denkbar ist, dass diese in einer oder mehreren Zeile/n oder matrixartig angeordnet sind.
Mit Vorteil hat das Batteriegehäuse eine kegelstumpfförmige und/oder kastenförmige Ausgestaltung. Das Batteriegehäuse kann eine obere, insbesondere äußere, Grundfläche und eine untere, insbesondere äußere Deckfläche haben. Zwischen diesen können, insbesondere trapezförmige, Außenmantelflächen vorgesehen sein. Diese können sich ausgehend von der Oberseite einander annähern. Mit anderen Worten verjüngt sich eine Umfangswandung des Batteriegehäuses in eine oben-unten-Richtung gesehen. Durch die derartige Ausgestaltung des Batteriegehäuses kann die Batterie auf einfach Weise in das Batteriefach eingesetzt werden. Es wird ein großer Toleranzbereich zugelassen durch die verjüngte Ausgestaltung des Batteriegehäuses.
Die Batterie kann an der unteren Deckfläche des Batteriegehäuses Kontakte aufweisen. Diese wirken vorzugsweise mit den Kontakten des Batteriehalters zusammen. Im eingesetzten Zustand der Batterie können die Kontakte der Batterie und die Kontakte des Batteriehalters sich mechanisch kontaktieren, wodurch ein Stromfluss und/oder eine Spannungsbeaufschlagung ermöglicht ist und/oder ein Datenaustausch erfolgen kann.
Im eingesetzten Zustand der Batterie in dem Batteriefach können sich die Deckfläche der Batterie und die Bodenfläche des Batteriefachs gegenüberliegen. Beispielsweise erstrecken sich diese Flächen etwa im Parallelabstand zueinander. Weiterhin ist denkbar, dass diese Flächen zumindest abschnittsweise aneinander anliegen.
Mit anderen Worten sind der kastenförmige Batteriehalter und das kastenförmige Batteriegehäuse derart ausgestaltet, das sie ineinander stapelbar und/oder ineinander steckbar sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Batterie im eingesetzten Zustand über zumindest einen Verschluss im Batteriefach, insbesondere bezüglich des Batteriefachs, festlegbar sein. Der Verschluss ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass dieser ab einer vorbestimmten an der Batterie in Heberichtung wirkenden Kraft selbstständig öffnet. Alternativ oder zusätzlich kann der Verschluss derart ausgestaltet sein, dass dieser beim Einsetzen der Batterie in das Batteriefach selbstständig schließt. Hierdurch ist ein äußerst einfaches Einsetzen und Herausnehmen der Batterie ermöglicht. Es sind keine Mittel erforderlich, um den Verschluss zu lösen oder zu verschließen. Mit anderen Worten bleibt der Verschluss bis zu einer vorbestimmten Klemmkraft oder Anzugskraft geschlossen. Die Klemmkraft liegt beispielsweise zwischen 22 und 100 N. Der zumindest eine Verschluss kann zwischen der unteren Deckfläche des Batteriegehäuses und der Bodenfläche des Batteriefachs ausgebildet sein. Im geschlossenen Zustand des zumindest einen Verschlusses ist die Batterie vorzugsweise spielfrei im Batteriefach gehalten. Der Verschluss ist beispielsweise als Schnappverschluss mit einer anziehenden Wirkung ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich wäre denkbar als Verschluss einen Magnetverschluss vorzusehen. Weiter vorzugsweise beaufschlag der Verschluss die Batterie in Richtung der Bodenfläche mit der Anzugskraft. Durch die verjüngende Ausgestaltung des Batteriefachs und des Batteriegehäuses werden diese hierdurch gegeneinander gespannt und formschlüssig zueinander fixiert.
Der Verschluss kann einen Haken haben, der an der Batterie oder den Batteriehalter befestigt ist. Des Weiteren kann der Verschluss eine Hakenaufnahme haben, in die der Haken im geschlossenem Zustand des Verschlusses eingetaucht ist. Die Hakenaufnahme ist dann an der entsprechend anderen Komponente, also an dem Batteriehalter oder der Batterie, ausgebildet. In der Hakenaufnahme ist weiter vorzugsweise ein Haltemechanismus zum Beaufschlagen des Hakens mit der Anzugskraft vorgesehen. Der Haltemechanismus weist beispielsweise einen Hebel mit einer Feder auf. Der Hebel kann drehbar in der Hakenaufnahme angeordnet sein. Über den Haken beim Einsetzen der Batterie wird der Hebel in eine federvorgespannte Schließposition gebracht, in der der Haken verriegelt ist. Der Hebel ist dabei derart ausgebildet und ausgestaltet, dass beim Herausnehmen der Batterie die Federkraft überwunden werden muss. Übersteigt die Hebekraft - die über den Portalroboter aufgebracht wird - die Federkraft, so wird der Hebel vom Haken in seine Öffnungsposition gebracht und der Haken freigegeben.
Der Haken ist vorzugsweise am Batteriehalter und die Hakenaufnahme ist vorzugsweise an der Batterie ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da der Haken somit geschützt in dem Batteriefach angeordnet ist. Vorzugsweise kragt der Haken von der Bodenfläche des Batteriefachs aus. Die Hakenaufnahme wiederum kann von der unteren Deckfläche des Batteriegehäuses her zugänglich sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwei Verschlüsse vorgesehen, um die Batterie sicher im Batteriefach festzulegen und eine Redundanz zu schaffen. Weiter vorzugsweise sind dann zwei Haken vorgesehen, wobei ein jeweiliger Haken benachbart zur jeweiligen kleinen Innenwandfläche des Batteriefachs angeordnet sein kann und aus der Bodenfläche auskragen kann. Zwischen den Haken können die Kontakte im Bereich der Bodenfläche ausgebildet sein. Die Hakenaufnahmen sind vorzugsweise in der unteren Deckfläche des Batteriegehäuses vorgesehen. Die Hakenaufnahmen sind vorzugsweise jeweils benachbart zu einer jeweiligen kurzen Seite der Deckfläche angeordnet. Der Verschluss ist in Richtung der Hebekraft durch den Haken entriegelbar und in eine entgegengesetzte Richtung durch den Haken verschließbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Kontakte oder zumindest ein Teil der Kontakte einer Komponente in Form der Batterie oder des Batteriehalters als Stifte ausgebildet sein. Diese können jeweils mit einem der Kontakte der anderen Komponente in Form des Batteriehalters oder der Batterie in Ausgestaltung als Kontaktfläche zusammenwirken. Ein jeweiliger Stift hat vorzugsweise eine Feder, die sich an der Komponente abstützt und den Stift mit einer Federkraft beaufschlagt. Der Stift kann einen Kragen haben, über den sich dieser in einer federvorgespannten Grundposition an einem entsprechenden Anschlag der Komponente abstützt, insbesondere im nicht eingesetzten Zustand der Batterie. Entgegen der Federkraft kann der Stift axial verschiebbar sein, wobei bei einer derartigen Verschiebung der Kragen sich vom Anschlag entfernt. Hierbei wird der Stift in die Komponente geschoben. Die Stifte können derart aus der Komponente, insbesondere aus der Deckfläche der Batterie oder aus der Bodenfläche des Batteriefachs, auskragen, dass diese im eingesetzten Zustand der Batterie im Batteriefach über ihre jeweilige Feder gegen die gegenüberliegenden Kontaktflächen gespannt sind. Somit ist auf vorrichtungstechnisch einfache Weise ein sicherer Kontakt ermöglicht.
Die Kontakte oder zumindest ein Teil der Kontakte sind vorzugsweise zur Starkstromleitung ausgelegt. Beispielsweise wäre denkbar bis zu 180A darüber zu leiten, um das Luftfahrzeug mit Energie zu versorgen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um die Batterie automatisch und/oder selbstständig aus dem Batteriefach zu nehmen und einzusetzen. Hierbei kann zumindest ein Sensor vorgesehen sein, der die Position und/oder Orientierung der Batterie erfassen kann und /oder der die Position des Hebewerkzeugs erfassen kann. Außerdem ist denkbar Mittel vorzusehen, das Fahrzeug automatisch in eine Position zu bewegen, in der die Batterie herausnehmbar und einsetzbar ist. Vorzugsweise ist eine Steuereinheit vorgesehen, die mit dem zumindest einen Sensor zusammenwirkt und den Portalroboter und/oder die Mittel ansteuern kann.
Weiter vorzugsweise ist ein Batterielager vorgesehen, in das über den Portalroboter zumindest eine Batterie zum Laden einsetzbar ist oder aus diesem herausnehmbar ist.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Luftfahrzeug. Insbesondere kann als Fahrzeug ein unbemanntes Luftfahrzeug vorgesehen sein. Das Luftfahrzeug ist beispielsweise als Drohne, insbesondere in Form eines Multicopters ausgestaltet. Der Multicopter ist beispielsweise als Quatrocopter ausgestaltet. Vorzugsweise ist der Batteriehalter an dem Luftfahrzeug derart befestigt, dass das Batteriefach von oben über den Portalroboter zugänglich ist, insbesondere wenn das Luftfahrzeug auf der Arbeitsfläche geparkt ist. Bei dem Multicopter ist der Batteriehalter vorzugsweise zwischen Rotoren auf einer Oberseite des Multicopters angeordnet.
Weiter vorzugsweise sind eine Mehrzahl von Batteriefächern vorgesehen, um mehrere Batterien anzuordnen. Diese können in einem gemeinsamen Batteriehalter oder in einem jeweiligen Batteriehalter ausgebildet sein.
Weiterhin ist denkbar, dass im Batteriegehäuse neben der Batterie zumindest ein Datenspeicher vorgesehen ist. Dieser kann über die Kontakte mit dem Fahrzeug oder Luftfahrzeug verbunden werden und beispielsweise als ein Art Flugschreiber dienen.
Es kann eine Sensorik, beispielsweise beim Luftfahrzeug vorgesehen sein, um Daten des Luftfahrzeugs und/oder der Umgebung zu sammeln. Diese können bspw. auf den Datenspeicher geschrieben werden. Denkbar ist auch die Batterie über die Sensorik zu überwachen.
Die Batterie wiegt beispielsweise etwa 2,5 kg.
Erfindungsgemäß ist eine Anordnung mit einem Batteriehalter und einer Batterie für ein Luftfahrzeug vorgesehen. Der Batteriehalter weist hierbei einen oder mehrere der vorgenannten Aspekte auf. Außerdem weist die Batterie einen oder mehrere der vorgenannten Aspekte auf.
Erfindungsgemäß ist ein Hangar mit der Anordnung gemäß einem oder mehreren der vorgenannten Aspekte vorgesehen, wobei das Fahrzeug ein Luftfahrzeug ist. Vorzugsweise ist die Anordnung innerhalb des Hangars angeordnet.
Offenbart ist ein Hangar mit einem Portalroboter, der eine Hebewerkzeug hat. Der Portalroboter ist zum Heben und Senken von Batterien vorgesehen, um diese beispielsweise bei einer in dem Hangar angeordneten Drohne zu wechseln.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 in einer perspektivischen Darstellung einen Hangar mit einer Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 in einer perspektivischen Darstellung ein Batteriegehäuse und einen Batteriehalter gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3 in einer Längsschnittansicht das Batteriegehäuse und den Batteriehalter im eingesetzten Zustand der Batterie,
4 in einer Rückansicht die Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
5 in einer Draufsicht die Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
6 in einer perspektivischen Darstellung einen Batteriehalter mit zwei Batterien für ein Luftfahrzeug,
7 in einer Untersicht die Batterie,
8 in einer Draufsicht ein Batteriefach des Batteriehalters und
9a und 9b jeweils einen Verschluss im offenen und verschlossenen Zustand.

Gemäß 1 ist ein Hangar 1 dargestellt, wobei Teile der Wandungen des Hangars 1 der Einfachheit halber nicht gezeigt sind, damit die darin angeordnete Anordnung 2 ersichtlich ist. Die Anordnung 2 hat einen Portalroboter, der als Flächenportalroboter 4 ausgebildet ist. Dieser hat ein Greifwerkzeug 6, das an einem Portalarm 8 angeordnet ist. Der Portalarm 8 wiederum ist an einem Schlitten 10 axial verschiebbar gelagert. Der Portalarm 8 kann in Vertikalrichtung über einen Aktor eine Hubbewegung ausführen. Der Schlitten 10 wiederum ist an einem Querträger 12 verschiebbar in einer X-Richtung gelagert. Er kann über einen Aktor entlang des Querträgers 12 verfahren werden zusammen mit dem Portalarm 8. Der Querträger 12 wiederum ist verschiebbar auf zwei Trägern 14, 16 angeordnet. Diese erstrecken sich quer zum Querträger 12. Der Querträger 12 kann entlang der Träger 14, 16 verschoben werden in eine Y-Richtung. Somit kann der Schlitten 10 mit dem Greifwerkzeug 6 in einer X-Y-Ebene verfahren werden. Zum Bewegen des Querträgers 12 ist ebenfalls ein Aktor vorgesehen. Die Träger 14, 16 sind über Profile überhalb einer Arbeitsfläche angeordnet. Auf der Arbeitsfläche ist ein Luftfahrzeug in Form eines Multicopters 18 vorgesehen. Dieser ist als Quadcopter ausgebildet. Zwischen den Rotoren auf einer Oberseite des Multicopters 18 ist ein Anordnung 20 befestigt, in der zwei Batterien 22, 24 angeordnet sind. Eine jeweilige Batterie 22, 24 kann über das überhalb von diesen vorgesehene Greifwerkzeug 6 jeweils aus der Anordnung 20 entnommen werden. Über den Flächenportalroboter 4 wird das Greifwerkzeug 6 hierzu entsprechend über der zu entnehmenden Batterie 22 oder 24 positioniert. Der Portalarm 8 wird dann nach unten bewegt, wobei das Greifwerkzeug 6 in ein Hebemittel der Batterie 22 oder 24 eingreift. Das Hebemittel wird dann von Greifbacken des Greifwerkzeugs 6 hintergriffen. Im Anschluss wird das Greifwerkzeug 6 zusammen mit der Batterie 22 oder 24 über den Portalarm 8 nach oben bewegt und somit aus der Anordnung 20 entfernt. Die vom Greifwerkzeug 6 gehaltene Batterie 22 oder 24 kann dann über den Flächenportalroboter 4 an eine bevorzugte Position verfahren werden, beispielsweise an eine Ladestation.
Gemäß 2 ist eine Komponente der Anordnung 20 in Form eines Batteriehalters 25 gezeigt. Außerdem ist ein Teil eines Batteriegehäuses 26 der Batterie 22 aus 1 dargestellt. Der Batteriehalter 25 begrenzt ein Batteriefach 28, in das das Batteriegehäuse 26 zumindest abschnittsweise einsetzbar ist. Der Batteriehalter 25 weist eine kegelstumpfförmige Außenmantelfläche 30 und eine kegelstumpfförmige Innenmantelfläche 32 auf. Hierdurch verbreitert sich das Batteriefach 28 in Richtung nach oben. Von unten her wird das Batteriefach 28 von einem Boden mit einer Bodenfläche 34 begrenzt. Das Batteriegehäuse 26 hat eine kegelstumpfförmige Außenmantelfläche 36. Die Außenmantelfläche 36 und die Innenmantelfläche 32 sind dabei derart ausgestaltet, dass im eingesetzten Zustand des Batteriegehäuses 26 diese Flächen flächig aneinander liegen, um einen Formschluss zu ermöglichen. Mit anderen Worten ist das Batteriegehäuse 26 formschlüssig in das Batteriefach 28 einsetzbar. Durch die kegelstumpfförmige Ausgestaltung der Außenmantelfläche 36 und der Innenmantelfläche 32 ist eine vergleichsweise grobe Positionierung des Batteriegehäuses 26 zum Einsetzen der Batterie 22 in das Batteriefach 28 ausreichend.
Gemäß 3 ist im Längsschnitt der Batteriehalter 25 mit dem Batteriegehäuse 26 in eingesetztem Zustand gezeigt. Die Außenmantelfläche 30 liegt dabei flächig an der Innenmantelfläche 32 an. Außerdem liegen eine Bodenfläche 34 des Batteriehalters 25 und eine untere Deckfläche 38 des Batteriegehäuses 26 abschnittsweise aneinander an. Eine Höhe des Batteriegehäuses 26 ist größer als eine Höhe des Batteriefachs 28. Somit kragt das Batteriegehäuse 26 im eingesetzten Zustand nach oben aus.
Gemäß 4 ist in der Seitenansicht erkennbar, dass die Anordnung 20 überhalb der Rotoren 40 des Multicopters 18 zugänglich ist.
Gemäß 5 ist erkennbar, dass die Anordnung 20 zwischen den Rotoren 40 angeordnet ist und von diesen beabstandet ist.
Gemäß 6 ist der Anordnung 20 perspektivisch dargestellt. Diese hat zwei Batteriehalter 25 und 42, die die Batterien 22 und 24 aufweisen. Die Batteriehalter 25 und 42 sind zusätzlich von einem Außenmantel zum Schutz umgriffen. Dieser ist nach oben hin derart offen, dass die Batterien 22 und 24 vollständig frei zugänglich sind. Unterseitig wäre denkbar, dass der Außenmantel 44 geschlossen ist, beispielsweise mit einer Platte. Neben der Schutzfunktion hat der Außenmantel 44 auch eine aerodynamische Funktion und eine Designfunktion. Aerodynamik und Design sind somit unabhängig von der Ausgestaltung der Batteriehalter 25 und 42. Weiterhin ist erkennbar, dass die Batterien 22 und 34 einen Batteriedeckel 46 aufweisen. Diese sind über entsprechende Mittel, wie beispielsweise Schrauben, mit einem jeweiligen Batteriegehäuse 26, siehe 2, lösbar verbunden. In einem jeweiligen Batteriedeckel 46 ist ein Hebemittel 48 vorgesehen. Hierbei handelt es sich um zwei Griffnuten, die vom Greifwerkzeug 6 aus 1 hintergriffen werden können. Das Hebemittel 48 ist derart ausgestaltet, dass es zwischen Greifbacken des Greifwerkzeugs 6 beim Hintergreifen angeordnet ist. Das Hebemittel 48 ist mittig beim Batteriedeckel 46 angeordnet, damit beim Bewegen derjeweiligen Batterie 22, 24 über das Hebewerkzeug 6 diese ausbalanciert bzw. im gleichgewicht ist und eine möglichst gleichbleibende Orientierung aufweist.
Gemäß 7 ist die Deckfläche 38 der Batterie 22 von unten her gezeigt. In oder auf einer in 2 ersichtlichen Kontaktaussparung 52 ist eine Platine 54 oder Leiterplatte mit Kontakten 56 vorgesehen. Ein jeweiliger Kontakt 56 ist gemäß 7 als Stift ausgebildet, der aus der Platine 54 und somit aus der Deckfläche 38 kragt. Die Kontakte 56 sind federnd ausgestaltet und in der gezeigten Position federvorgespannt. Sie sind axial entgegen der Federkraft in Richtung Innenraum der Batterie 22 bei entsprechender mechanischer Belastung verschiebbar. Die Kontakte 56 sind in zwei Reihen angeordnet, die sich im Parallelabstand zueinander erstrecken. In eingesetztem Zustand liegen die Kontakte 56 an Kontaktflächen 58, siehe 8, des Batteriefachs 28 an, was untenstehend näher erläutert ist. Des Weiteren ist gemäß 7 ein Akkumulatorpack 60 durch die Aussparung 62 erkennbar. Die Aussparung 62 kann beispielsweise über einen Deckel verschlossen werden.
Gemäß 8 sind die Kontaktflächen 58 auf einer Platine 64 ausgebildet. Diese ist auf oder in die in 2 gezeigte Aussparung 66 vorgesehen. Die Aussparung 66 ist in die Bodenfläche 34 eingebracht und durchsetzt den Batteriehalter 25 vollständig. Die Platine 64 kann somit über die Aussparung 66 mit elektronischen Komponenten und Bauteilen des Multicopters 18 aus 1 verbunden werden. Die Kontaktflächen 58 liegen in einer gemeinsamen Ebene und erstrecken sich parallel oder im Parallelabstand zur Bodenfläche 34 gemäß 8. Im eingesetzten Zustand der Batterie 22 ist einem jeweiligen Kontakt 56 eine jeweilige Kontaktfläche 58 zugeordnet. Die Kontakte 56 kontaktieren dann jeweils mechanisch und elektrisch eine jeweilige Kontaktfläche 58. Somit sind die Kontaktflächen 58 entsprechend der Kontakte 56 in zwei Reihen angeordnet, die im Parallelabstand zueinander vorgesehen sind. Durch die federnde Ausgestaltung der Kontakte 56 können Toleranzen auf einfache Weise ausgeglichen werden.
Damit die Batterien 22, 24 im eingesetzten Zustand im jeweiligen Batteriehalter 25, 42, siehe auch 6, fest fixiert sind, sind zwei Verschlüsse 68, 70 vorgesehen. Ein jeweiliger Verschluss 68, 70 hat einen Haken 72, die gemäß 8 bei der Bodenfläche 34 des Batteriehalters 25 vorgesehen sind. An dem jeweiligen Haken 72 ist hierbei eine jeweilige Hakenaufnahme 74 zugeordnet. Die Hakenaufnahmen 74 sind in der Deckfläche 38 der Batterie 22 ausgebildet. Im eingesetzten Zustand greift ein jeweiliger Haken 72 in eine jeweilige Hakenaufnahme 74 ein. Zum Befestigen der Haken 72 am Batteriehalter 25 sind gemäß 2 in der Bodenfläche 34 Hakenaussparungen 76 ausgebildet. Die Hakenaufnahmen 74 kragen von der Deckfläche 38 ins Innere der Batterie 22.
Gemäß 9a ist der Verschluss 70 im offenen Zustand und gemäß 9b im geschlossenen Zustand im Querschnitt gezeigt. Gemäß 9a hat die Hakenaufnahme 74 einen Aufnahmeraum 78 für den Haken 72. In diesem ist ein Haltemechanismus 80 vorgesehen. Dieser hat einen L-förmigen Hebel 82, der drehbar im Aufnahmeraum 78 gelagert ist. Der Hebel 82 wird über eine Feder 84 mit einer Federkraft beaufschlagt, wobei sich die Feder 84 im Aufnahmeraum 78 abstützt. Taucht der Haken 72 beim einsetzten der Batterie 22 aus 7 in den Aufnahmeraum 78 ein, so wird der Hebel 82 über den Haken 72 gedreht und die Feder 84 gespannt. Im eingesetzten Zustand hintergreifen sich der Haken 72 und der Hebel 82, siehe 9b, gegenseitig und der Hebel 82 ist zusätzlich mit einer Klemmkraft über die Feder 84 beaufschlagt. Zum Herausführen des Haken 72 aus dem Aufnahmeraum 78 ist es notwendig die Klemmkraft zu überwinden. Hierzu in der Lage ist der Flächenportalroboter 4 mit dem Greifwerkzeug 6. Zum Lösen der Lagefixierung der Batterie 22 ist es somit lediglich notwendig eine bestimmte Hebekraft über das Greifwerkzeug 6 auf die Batterie 22 aufzubringen.
Durch die Ausgestaltung der Anordnung 20 können die Batterie 22 und 24, siehe 1, einfach axial in Vertikalrichtung entnommen und wiedereingesetzt werden. Dies wird durch die Kombination verschiedener Funktionalitäten ermöglicht. Die verjüngende Ausgestaltung des Batteriegehäuses 26 und des Batteriefachs 8 führt zu einer einfachen Zentrierung und zu einem einfachen Einsetzen der Batterie 22. Die Kontakte 56 und die Kontaktflächen 58 ermöglichen eine sichere Kontaktierung, die durch die Ausgestaltung und Anordnung einfach beim Einsetzen der Batterie 22 in das Batteriefach 28 erfolgt. Das Verschließen der Batterie 22 erfolgt selbständig über die vorteilhafte Ausgestaltung der Verschlusses 70. Ebenso vorteilhaft kann die Batterie entnommen werden, da sich die Verschlüsse 70 ab einer bestimmten Hebelkraft selbstständig lösen. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung 20 und durch das einfache Einsetzen und Herausnehmen der Batterien 22, 24 in Form eines „Plug-and-Play“ ist es auch möglich einen einfachen ausgestalteten Roboter in Form des Flächenportalroboters 4 zu verwenden.

Claims

Anordnung zum Herausnehmen einer Batterie (22, 24) aus einem Fahrzeug (18) und zum Einsetzen einer Batterie (22, 24) in das Fahrzeug (18), mit einem Roboter (4), der ein Hebewerkzeug (6) hat, das über den Roboter (4) bewegbar ist und das zum Festhalten und zum Bewegen einer Batterie (22, 24) vorgesehen ist, wobei zumindest eine Batterie (22, 24) für das Fahrzeug (18) vorgesehen ist, das ein Batteriegehäuse (26) hat, an dem ein Hebemittel (48) ausgebildet ist, das vom Hebewerkzeug (6) fassbar ist, wobei ein Batteriehalter (25, 42) vorgesehen ist, der über ein Befestigungsmittel am Fahrzeug (18) befestigbar ist und der zumindest ein Batteriefach (28) hat, in das die Batterie (22, 24) über das Hebewerkzeug (6) einsetzbar und herausnehmbar ist, wobei der Roboter ein Portalroboter (4) ist, der einen Portalarm (8) mit dem Hebewerkzeug (6) hat.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei eine von oben her zugängliche Arbeitsfläche vorgesehen ist, auf der das Fahrzeug (18) anordenbar ist, wobei das Hebewerkzeug (6) überhalb der Arbeitsfläche durch den Portalroboter (4) anordenbar ist, um die Batterie (22, 24) aus dem Fahrzeug (18) nach oben zu heben oder in das Fahrzeug (18) von oben her einzusetzen.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Batteriefach (28) eine Fachöffnung hat, die von oben her zugänglich ist und über die die Batterie (22, 24) einsetzbar und herausnehmbar ist.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei sich das Batteriefach (28) ausgehend von der Fachöffnung verjüngt, um eine Zentrierung der Batterie beim Einsetzen zu ermöglichen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Boden des Batteriefachs (28) Kontakte (58) ausgebildet sind, die mit Kontakten (56) der Batterie (22, 24) im eingesetzten Zustand der Batterie (22, 24) zusammenwirken, und wobei die Batterie (22, 24) an einer unteren Deckfläche (38) des Batteriegehäuses (26) Kontakte (56) aufweist, die mit den Kontakten (58) des Batteriefachs (28) zusammenwirken.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batteriegehäuse (26) eine sich nach unten hin verjüngende Form hat, um ein Einfädeln der Batterie (22, 24) beim Einsetzen in das Batteriefach (28) zu ermöglichen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie im eingesetzten Zustand über zumindest einen Verschluss (68, 70) im Batteriefach (28) festlegbar ist, der derart ausgestaltet ist, dass dieser ab einer vorbestimmten an der Batterie (22, 24) in Heberichtung wirkenden Kraft selbstständig öffnet, und/oder dass dieser beim Einsetzen der Batterie (22, 24) in das Batteriefach (28) selbstständig schließt.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Kontakte einer Komponente in Form der Batterie (22, 24) oder des Batteriehalters (25, 42) als Stifte (56) ausgebildet sind, die jeweils mit einem der Kontakte der anderen Komponente in Form des Batteriehalters (25, 42) oder der Batterie (22, 24) in Ausgestaltung einer Kontaktfläche (58) zusammenwirken, wobei die Stifte (56) federnd sind.
Hangar mit der Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug ein Luftfahrzeug (18) ist und die Anordnung innerhalb des Hangars (1) angeordnet ist.
Anordnung mit einem Batteriehalter (25, 42) und einer Batterie (22, 24) für ein Fahrzeug (18), wobei ein Batteriegehäuse (26) der Batterie (22, 24) eine sich nach unten verjüngende Form hat und/oder wobei ein Batteriefach (28) des Batteriehalters (25, 42) sich ausgehend von einer oberen Fachöffnung nach unten hin verjüngt, und/oder wobei zumindest ein Verschluss (68, 70) vorgesehen ist, über den die Batterie (22, 24) im eingesetzten Zustand im Batteriefach (28) festlegbar ist, wobei der Verschluss (68, 70) derart ausgestaltet ist, dass dieser ab einer vorbestimmten an der Batterie (22, 24) in Heberichtung wirkenden Kraft selbstständig öffnet, und/oder wobei die Kontakte einer Komponente in Form der Batterie (22, 24) oder des Batteriehalters (25, 42) als Stifte (56) ausgebildet sind, die jeweils mit einem der Kontakte der anderen Komponente in Form des Batteriehalters (25, 42) oder der Batterie (22, 24) in Ausgestaltung einer Kontaktfläche (58) zusammenwirken, wobei die Stifte (56) federnd sind.