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Die
Erfindung betrifft einen Lastenschraubflieger zum Bremsen des Falls
einer Last, mit einem um eine Drehachse im Fallwind rotierbaren
Propeller und einer mit dem Propeller verbundenen oder verbindbaren
Transporteinheit zum Transport der Last, wobei der Propeller mindestens
zwei von der Drehachse im wesentlichen nach außen ragende Flügel und
einen die Flügel
miteinander verbindenden Zentralbereich aufweist. Die Erfindung
betrifft ferner einen Propeller und eine Transporteinheit für einen
solchen Lastenschraubflieger.
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Sogenannte „Lastenschraubflieger" können insbesondere
als Transportsystem für
die Lufthilfe dienen. Bspw. können
diese Lastenschraubflieger eingesetzt werden, um Hilfsgüter von
einem Flugobjekt, bspw. einem Hubschrauber oder einem Flugzeug,
abzuwerfen. Der Lastenschraubflieger weist dazu eine Transporteinheit
auf, die die Last aufnimmt. Die Transporteinheit wird mit Lasten
bestückt, insbesondere
mit Hilfsgütern,
wie z.B. Medikamenten, Arzneimitteln, Rettungsausrüstungen,
Nahrungsmitteln, technischem Gerät,
elektronischen Geräten
etc.. In der mit der Last bestückten
Transporteinheit ist vzw. der größte Teil
der Masse konzentriert. Die Transporteinheit ist vzw. im Bereich
der Drehachse angeordnet. Nach dem Abwurf des Lastenschraubfliegers
wird der Propeller vom Fallwind angetrieben und beginnt zu rotieren.
Je nachdem, ob zwischen der Transporteinheit und dem Propeller ein Drehgelenk
angeordnet ist, rotiert die Transporteinheit mit dem Propeller mit,
oder die Transporteinheit folgt der Drehbewegung des Propellers
ggf. nur teilweise, weil vzw. ein Drehgelenk vorgesehen ist. Durch
die Rotation des Propellers wird der Fall des Lastenschraubfliegers
gebremst, bis ein Gleichgewicht zwischen der Gewichtskraft des Lastenschraubfliegers
und der am Propeller angreifenden, nach oben wirkenden Bremskraft
durch den Luftwiderstand eintritt. Der Lastenschraubflieger sinkt
dann mit nahezu konstanter Fallgeschwindigkeit zu Boden. Der Lastenschraubflieger „schraubt" sich daher beim Fall
zu Boden, wo die vzw. nicht beschädigte Last anschließend aufgesammelt
werden kann.
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Bekannt
sind bspw. auch Transportfallschirme zum Abwurf von Lasten. Trans portfallschirme können zum
Abwurf schwerer Lasten, bspw. sogar von einem Gewicht zwischen 1
Tonne und 10 Tonnen, benutzt werden. Der Nachteil von Transportfallschirmen
ist insbesondere, dass Transportfallschirme sehr teuer in der Herstellung
sind.
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Lastenschraubflieger
haben gegenüber Transportfallschirmen
den Vorteil, dass Lastenschraubflieger eine geringere Fallgeschwindigkeit und
höhere
Zielgenauigkeit aufweisen können,
wodurch auch sehr zerbrechliche und sehr empfindliche Lasten unbeschädigt durch
Abwurf in ein Zielgebiet gebracht werden können. Transportfallschirme
bieten sich eher an, schwere Lasten abzuwerfen, wohingegen Lastenschraubflieger
vzw. zum punktgenauen Abwurf von kleineren bis mittleren Lasten
geeignet sind. Lastenschraubflieger konkurrieren nicht zwangsläufig mit
Transportfallschirmen, sondern stellen in erster Linie ein ergänzendes
Abwurfsystem dar.
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Aus
der
DE 20 2004
017 642 U1 ist ein Lastenschraubflieger bekannt. Der Lastenschraubflieger weist
eine Transporteinheit und einen Propeller in Form eines Doppelflügels auf,
der vom Fallwind antreibbar ist. Die Transporteinheit weist eine
zweiteilige Achse auf und ist mittig zur Drehachse am Propeller
angeordnet. Am oberen Achsenabschnitt ist der als Doppelflügel gestaltete
Propeller befestigt und am unteren Achsenabschnitt ist eine Last
befestigt. Die beiden Drehachsenabschnitte sind durch ein Lager,
das ein Verdrehen um die Drehachse zulässt, miteinander verbunden.
Jeder Flügel
des Doppelflügels
weist eine von der Drehachse aus beginnend nach oben und außen verlaufende
Mittellinie auf, wobei die Mittellinie durch eine mathematische
Formel beschrieben wird. Die Form des Doppelflügels ähnelt dabei einer Hystereseschleife.
Der Doppelflügel
ist dabei im Zentralbereich breit bzw. bauchig ausgestaltet und
zu den Flügelspitzen
hin zunehmend schmaler werdend gestaltet. Die Flügel sind aus Holmen und quer
dazu angeordneten Rippen aufgebaut, die mit einer Bespannung bespannt
sind. Dieser Aufbau der Flügel
ist nur unter größerem Zeitaufwand
herzustellen und erfordert manuelle Arbeit mit mehreren Arbeitsschritten,
was sehr kostenaufwendig ist.
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Aus
der
US 4,662,589 ist
ein Lastenschraubflieger mit einer Fallschirmkappe bekannt, wobei
die Falschirmkappe als Propeller dient. An der Fallschirmkappe ist
mittels Tragleinen eine Last befestigt. Die Fallschirmkappe ist
in der Draufsicht rechteckig ausgestaltet. Die Drehachse der Fallschirmkappe
befindet sich in der Mitte der Fallschirmkappe. Jede Hälfte der
Fallschirmkappe weist Lufteintrittsöffnungen entlang der jeweils
in den Rotationswind weisenden Längsseite
der Hälfte
auf, so dass sich die Fallschirmkappe bei einer Rotation aufbläht.
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Aus
der
GB2334501 bzw. der
FR 2769287 ist ein Lastenschraubflieger
mit einem Propeller bekannt, wobei die Flügel als Fallschirmkappen ausgebildet
sind. Der Propeller weist drei jeweils radial nach außen ragende
und um jeweils 120 Grad versetzte Flügel auf.
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Nachteilig
bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lastenschraubfliegern
ist, dass bei Lastenschraubfliegern mit als Fallschirmkappen aufgebauten
Flügeln
die Gefahr besteht, dass sich die Fallschirmkappen nicht öffnen und
dadurch die Last zu Boden stürzt
und am Boden zerschellt. Ferner ist die Flügelform der aus dem Stand der
Technik bekannten Lastenschraubflieger noch nicht optimal ausgestaltet,
wodurch es zu einem instabilen Flugverhalten kommen kann, was die
Sicherheit der Last bzw. der Hilfsgüter gefährdet. Ferner sind die im Stand
der Technik bekannten Lastenschraubflieger aufwendig herzustellen
und damit in der Herstellung sehr teuer.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lastenschraubflieger
bzw. einen Propeller und/oder eine Transporteinheit derart auszugestalten
und weiterzubilden, dass der Lastenschraubflieger ein stabiles Flugverhalten
und eine geringe Sinkgeschwindigkeit aufweist sowie kostengünstiger herstellbar
ist, wobei insbesondere die Last möglichst sicher und zielgenau
zu Boden gelangt.
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Die
zuvor aufgezeigte Aufgabe wird nun dadurch gelöst, dass in Draufsicht auf
den Propeller die Flügel
parallel versetzt zum Radius der Drehachse angeordnet und/oder ausgebildet
sind.
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Dies
hat zunächst
den Vorteil, dass beim Abwurf des Lastenschraubenfliegers der Propeller
bereits nach kurzer Zeit anfängt
zu rotieren, da die beiden möglichen
Drehrichtungen des Propellers nicht mehr gleichwertig sind, sondern
durch die versetzte Anordnung der Flügel eine Drehrichtung ausgezeichnet
ist bzw. präferiert
wird. Die Drehsymmetrie des Propellers, der vzw. punktsymmetrisch
ausgebildet ist, ist durch diese versetzte Anordnung „gebrochen". Die Flügel sind
zweckmäßig in Umfangsrichtung
jeweils zur gleichen Seite – entweder
im oder gegen den Uhrzeigersinn – versetzt zu einer entlang
des Radius verlaufenden Längskante
angeordnet. Die Flügel
erstrecken sich dabei insbesondere mit zumindest einer Längskante
parallel zum Radius der Drehachse, wobei die Flügelmitte versetzt zum Radius verläuft. Unter
dem Radius ist hier eine von der Drehachse ausgehende, radial nach
außen
weisende Richtung zu verstehen.
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Der
Propeller muss sich dabei nicht plan in einer Ebene erstrecken,
sondern kann auch gegen die Drehachse im Winkel von weniger als
90 Grad geneigte Flügel
aufweisen. Daher bezieht sich die Angabe „versetzt zum Radius" auf die Draufsicht
auf den Propeller, d.h. die Projektion in Blickrichtung entlang
der imaginären
Drehachse des Propellers. Der Radius bezeichnet dabei die von der
Drehachse zum Kreisumfang gebildete Strecke, wobei der Kreisumfang
durch den rotierenden Propeller beschrieben ist.
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Die
Flügel
weisen dabei Längskanten
auf, wobei – in
Draufsicht auf den Propeller – jeweils
die – in
einer bestimmten Drehrichtung betrachtet – hintere oder vordere Längskante
sich vzw. im wesentlichen entlang des Radius erstreckt. Insbesondere
kann der Propeller zwei Flügel
aufweisen, wobei in Draufsicht auf den Propeller die Flügel sich
mit jeweils einer Längskante
entlang des Durchmessers des von dem Propeller überstrichenen Kreises erstrecken
können. Stellt
man den Umriss des Propellers in einem Koordinatensystem mit x-
und y-Achse dar, wobei die aufragende Drehachse im Achsenschnittpunkt
der x-Achse und
y-Achse positioniert ist, so lässt
sich der Propeller so im Koordinatensystem ausrichten, dass der
eine Flügel
im 1. Quadranten angeordnet ist und sich mit seiner „unteren" Längskante
im wesentlichen entlang der positiven x-Achse erstreckt und der
andere Flügel
im 3. Quadranten angeordnet ist und sich mit seiner „oberen" Längskante
im wesentlichen entlang der negativen x-Achse erstreckt. Die Flügel erstrecken
sich dann in Längsrichtung
im wesentlichen entlang der x-Achse. Der Zentralbereich erstreckt sich
dann schräg,
im wesentlichen entlang der ersten Diagonalen vom 1. zum 3. Quadranten
und verbindet die beiden Flügel.
Der Anmeldungsgegenstand ist jedoch nicht unbedingt nur auf Zweiflügler beschränkt, sondern
kann auch Propeller mit drei oder vier Flügeln umfassen, die dann vzw.
um 120 Grad bzw. 90 Grad beabstandet und ebenfalls versetzt zum
jeweiligen Radius angeordnet sind, wie oben geschildert.
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Die
Flügelbreite
kann sich vom Zentralbereich zu den Flügelspitzen vergrößern. In
anderer Ausgestaltung erstrecken sich die Längskanten jedes Flügels parallel
zueinander, wodurch die Flügelbreite
im wesentlichen konstant ist. Die maximale Flügelbreite ist vzw. kleiner
als die Längserstreckung (in
x-Richtung) des Flügels.
Die Flügel
weisen vzw. eine längliche
Form, insbesondere mit einer vom Zentralbereich nach außen vzw.
abschnittsweise konstanten oder zunehmenden Breite, auf.
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Der
Propeller kann aus einem Kunststoff, vzw. einem Biokunststoff, hergestellt
werden, insbesondere aus einem Plattenmaterial, bspw. aus thermoplastischer
Stärke.
Der Propeller kann bspw. durch Stanzen oder Schneiden aus dem Plattenmaterial
gefertigt sein bzw. als Stanzteil ausgebildet sein. Hierdurch sind
insbesondere „Doppelflügel" als einteilige Bauteile
sehr kostensparend herstellbar.
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Die
zuvor aufgezeigte Aufgabe wird – für die Transporteinheit – ferner
dadurch gelöst,
dass die Transporteinheit den Fall zusätzlich bremsende Bremsstrukturen,
insbesondere Lamellen, aufweist. Dies hat den Vorteil, dass zur
Bremswirkung während des
Falls neben der Rotation des Propellers bzw. des Lastenschraubfliegers
auch die Transporteinheit selbst beiträgt, wodurch die Sinkgeschwindigkeit
weiter verringert wird. Außerdem
können
die Lamellen oder eine entsprechend geformte Bremsstruktur dazu
beitragen, einen Teil der Aufprall energie bei der Landung aufzunehmen,
um die Fracht bei der Landung zu schützen.
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Besonders
vorteilhaft zum Schutz des Transportgutes ist es, wenn die Transporteinheit
zumindest teilweise aus einem Schaumstoff besteht. Bspw. kann die
Transporteinheit aus einem aufgeschäumten Kunststoff, insbesondere
aus einem aufgeschäumten
Biokunststoff vzw. auf Stärkebasis
hergestellt sein. Vzw. weist der Propeller und/oder die Transporteinheit
ein biologisch abbaubares Material auf. Ein weiterer Werkstoff ist
Polyhydroxybuttersäure
(PHB), der zur Herstellung des Propellers und/oder der Transporteinheit
verwendbar ist. Vorteil von Biokunststoffen ist, dass sie zum einen
biologisch abbaubar sind, d.h. verrotten können, und zum anderen aus nachwachsenden
Rohstoffen (bspw. Ölen,
Harzen, Stärke)
hergestellt werden. Alternativ können
aus fossilen Rohstoffen hergestellte Kunststoffe verwendet werden
oder andere leichte und hinreichend steife Materialien. Die eingangs
genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile
erzielt.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den
erfindungsgemäßen Lastenschraubflieger
bzw. den Propeller und/oder eine Transporteinheit auszugestalten
und weiterzubilden. Hierfür
darf zunächst auf
die dem Schutzanspruch 1 nachgeordneten Schutzansprüche bzw.
auf die Schutzansprüche
39 und 40 verwiesen werden. Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der folgenden Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt:
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1 in
schematischer Draufsicht einen Propeller für einen Lastenschraubflieger,
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1a in
schematischer Seitenansicht einen Teil des Propellers aus 1,
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2 in
schematischer Draufsicht den Propeller aus 1 mit einem
Verbindungsteil,
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3 in
schematischer, seitlicher Ansicht einen Lastenschraubflieger in
Explosionsdarstellung,
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4 in
schematischer Darstellung ein zweiteiliges Verbindungssystem im
geöffneten
Zustand zur Verbindung eines Propellers mit einer Transporteinheit,
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5 in
schematischer Darstellung das zweiteilige Verbindungssystem aus 4 im
geschlossenen Zustand,
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6 in
schematischer Darstellung ein Verbindungsteil des Verbindungssystems
aus 4 und 5 in Draufsicht,
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7 in
schematischer Darstellung ein Verbindungsteil des Verbindungssystems
aus 4 und 5 in Ansicht von unten,
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8 eine
Transporteinheit in schematischer Darstellung,
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9 in
schematischer, geschnittener Darstellung die Transporteinheit aus 8,
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10 in
schematischer teilweise vergrößerter Detailansicht
teilweise die Transporteinheit aus den 8 und 9,
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11 in
schematischer Draufsicht eine weitere Ausführungsform eines Propellers,
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12 in
schematischer Draufsicht eine weitere Ausführungsform eines Propellers,
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13 in
schematischer Draufsicht eine weitere Ausführungsform eines Propellers,
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14 in
schematischer Draufsicht eine weitere Ausführungsform eines Propellers,
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15 in
schematischer Draufsicht zehn weitere Ausführungsformen von Propellern,
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16 in
schematischer Darstellung acht verschiedene Versteifungsmuster für den Propeller bzw.
die Flügel,
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17 in
Diagrammform die Abhängigkeit der
benötigten
Propellerfläche
von der Traglast,
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18 in
Diagrammform die Abhängigkeit der
benötigten
Propellerspannweite von der Traglast, und
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19 einen
weiteren Lastenschraubflieger mit drei Propellern.
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3 zeigt
in seiner Gesamtheit in Explosionsdarstellung einen Lastenschraubflieger 1 zum Bremsen
des Falls einer nicht im einzelnen dargestellten Last. Dieser Lastenschraubflieger 1 dient bspw.
als Transportsystem für
die Lufthilfe und kann bspw. von kleineren Flugzeugen oder einem
Hubschrauber über
einem mit Hilfsgütern
zu versorgenden Krisengebiet, aber auch zum Einsatz für Forschungszwecke
abgeworfen werden.
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Der
Lastenschraubflieger 1 weist einen um eine Drehachse 2 im
Fallwind rotierbaren Propeller 3 auf. Zum Transport und
Aufnahme der Last weist der Lastenschraubflieger 1 eine
mit dem Propeller 3 verbindbare bzw. beim Abwurf verbundene
Transporteinheit 4 auf. Nach dem Abwurf wird der Propeller 3 vom
Fallwind angetrieben und beginnt zu rotieren, wodurch der Lastenschraubflieger 1 mit
dem Propeller 3 mit zu rotieren beginnt. Durch die Rotation
wird der Fall des Lastenschraubfliegers 1 gebremst. Der Lastenschraubflieger 1 sinkt
anschließend
mit nahezu konstanter Fallgeschwindigkeit – ähnlich dem Flug eines Ahornsamens – zu Boden,
wo die Transporteinheit 4 geöffnet werden kann und die Last
eingesammelt werden kann. Denkbar ist aber auch die An ordnung eines
Drehgelenks zwischen Propeller 3 und Transporteinheit 4,
das vzw. angeordnet bzw. vorgesehen ist, wenn eine „Dreh-Entkopplung" des Propellers 3 und
der Transporteinheit 4 gewünscht ist, so dass beide Komponenten
unabhängig
voneinander rotieren können.
Es ist auch denkbar, dass die Transporteinheit 4 als „einfaches
Seil" ausgebildet ist,
an dass ein entsprechendes Gut, insbesondere eine weitere „Versorgungseinheit" ankoppelbar und/oder
anbindbar ist.
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Im
folgenden wird der Propeller 3 näher erläutert:
Die 1 und 2 zeigen
den Propeller 3 in Draufsicht. Gut zu erkennen ist, dass
der Propeller 3 hier zwei von der Drehachse 2 im
wesentlichen nach außen
ragende Flügel 5 und 6 aufweist.
In anderer Ausgestaltung kann der Propeller 3 des Lastenschraubfliegers 1 auch
drei oder vier Flügel
aufweisen. Die Flügel 5 und 6 sind
durch einen Zentralbereich 7 des Propellers 3 verbunden
vzw. ist der Propeller 3 aber als „Doppelflügler" mit zwei Flügeln 5 und 6 ausgebildet.
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Die
eingangs beschriebenen Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass
in Draufsicht (vgl. 1 und 2) auf den
Propeller 3 die Flügel 5 und 6 parallel
gegeneinander versetzt zum Radius 8 der Drehachse 2 angeordnet
sind. Dies hat den Vorteil, dass beim Abwurf des Lastenschraubfliegers 1 der Propeller 3 bereits
nach kurzer Zeit anfängt
zu rotieren, da die beiden möglichen
Drehrichtungen des Propellers 3 nicht mehr gleichwertig
sind, sondern durch die versetzte Anordnung der Flügel 5 und 6 eine
durch die Pfeile D angezeigte Drehrichtung vzw. ausgezeichnet ist.
Die Flügel 5 und 6 sind
in Umfangsrichtung jeweils zur gleichen Seite, hier gegen den Uhrzeigersinn,
parallel versetzt zum Radius 8 angeordnet, wobei die jeweilige
Längskante 9 der Flügel 5 und 6 auf
dem Radius 8 bzw. auf dem Durchmesser liegend angeordnet
ist. Die Drehrichtung D hängt
jeweils von den Umständen
des Einzelfalles ab und könnte
je nach ggf. vorhandener Wölbung
der Flügel 5 und 6 auch
in entgegengesetzter Richtung verlaufen. Durch die parallel zueinander
versetzte Anordnung der Flügel 5 und 6 wird
ein besonders stabiles Flugverhalten des Lastenschraubfliegers 1 erzielt.
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Jeder
der beiden vzw. im wesentlich formgleich gestalteten Flügel 5 und 6 weist
Längskanten 9 und 10 auf.
Die hier in Drehrichtung D jeweils hintere Längskante 9 erstreckt
sich vzw. im wesentlichen entlang des Radius 8. Da der
Propeller 3 hier nur zwei Flügel 5 und 6 aufweist,
erstrecken die Flügel 5 und 6 sich
in Draufsicht auf den Propeller 3 mit jeweils der hinteren
Längskante 9 entlang
des Durchmessers des von dem Propeller 3 überstrichenen Kreises.
Gemeint ist hiermit der bei der Rotation des Propellers 3 durch
die Flügelspitzen
beschriebene Kreis. Falls bspw. der Propeller 3 in anderer
Ausgestaltung drei Flügel
aufweist, sind die Flügel
jeweils versetzt zu den drei dann um jeweils 120 Grad beabstandeten
Radien angeordnet, um ein besonders stabiles Flugverhalten des Lastenschraubfliegers 1 zu erzielen.
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Der
Zentralbereich 7 erstreckt sich in der in 1 und 2 gezeigten
Ausgestaltung schräg
zur Längsrichtung
der zwei Flügel 5 und 6.
Die maximale, nicht näher
bezeichnete Flügelbreite
ist hier kleiner als die Längserstreckung
der Flügel 5 und 6.
Die Längskanten 9 und 10 der
Flügel 5 und 6 erstrecken sich
vzw. im wesentlichen parallel zueinander. Der Propeller 3 kann
bspw. einen Durchmesser von 0,6 Metern (m) haben und eine Flügelbreite
von 10 Zentimetern (cm). Die gesamte „Propellerbreite" entspricht demgemäß ca. 20
cm. Die Dicke der Flügel 5 und 6 kann
dabei bspw. 0,5 Millimeter (mm) betragen. Die Dicke des Flügels 5, 6 beträgt vzw.
weniger als 5 mm, insbesondere weniger als 2 mm, vzw. weniger als
1 mm, insbesondere im wesentlichen 0,5 mm.
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Bei
dieser Formgebung kann die gesamte Propellerbreite in etwa dem doppelten
der einzelnen Flügelbreite
entsprechen (vgl. auch 11 bis 15). Allerdings
hängen
sowohl die erforderliche Größe als auch
die genaue Form des Propellers 3 unter anderem von der
Traglast sowie der erforderlichen Sinkgeschwindigkeit ab. Die Spannweite
des Propellers 3 kann bspw. mehr als 30 cm, insbesondere
mehr als 1 m beträgt.
Denkbar sind Spannweiten des Propellers 3 von mehr als
1,30 m oder 2 m, oder sogar mehr als 3 m. Der Lastenschraubflieger 1 kann dabei
für Lasten
zwischen 0,5 Kilogramm (Kg) und 15 Kg oder mehr ausgelegt sein.
Die Sinkgeschwindigkeit beträgt
vzw. weniger als 4 m/s, insbesondere weniger als 3 m/s, weiter vzw.
weniger als 2.5 m/s beträgt.
Die Sinkgeschwindigkeit kann im Bereich zwischen 1 m/s und 3 m/s,
insbesondere zwischen 1,5 und 2,5 m/s liegen, um möglichst
eine Beschädigung der
abgeworfenen Last zu vermeiden.
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Die
Flügel 5 und 6 sind
vzw. biegbar ausgebildet, so dass sich der Neigungswinkel der Flügel 5 und 6 zur
Drehachse 2 beim Fall in Abhängigkeit von dem Gewicht des
Lastenschraubfliegers 1 entsprechend einstellt. In 3 ist
eine plane Form des Propellers 3 dargestellt. Der Propeller 3 kann
aber auch gegen die Drehachse 2 mit weniger als 90 Grad-
vzw. zwischen 90 und 45 Grad – geneigte
Flügel 5 und 6 aufweisen.
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Der
Propeller 3 wird vzw. durch Stanzen aus einem Plattenmaterial
hergestellt. In anderer Ausgestaltung kann der Propeller 3 jedoch
auch durch Spritzgießen,
Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Sägen, Tiefziehen, Pressen und/oder
Thermopressen hergestellt werden. Vzw. ist der Propeller 3 einteilig
und/oder als „Doppelflügler" ausgebildet. Denkbar
sind jedoch auch mehrteilige Propeller, insbesondere wenn der Propeller
eine große
Spannweite aufweist. Der Propeller 3 kann einen Kunststoff, insbesondere
ein Thermoplast, vzw. ein Thermoplast auf Stärkebasis (Biokunststoff) aufweisen.
Vzw. wird der Propeller 3 aus einem Plattenmaterial auf
Stärkebasis
hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass der Propeller 3 aus
dem Plattenmaterial ausgestanzt werden kann. Der Propeller 3 kann
ohne viel Materialüberschuss
in regelmäßigen Abständen über und
nebeneinander aus einer Platte gestanzt oder geschnitten werden,
so dass das Plattenmaterial ohne viel Verschnitt verwendet werden
kann.
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Andere
Werkstoffe zur Herstellung des Propellers 3 können Holz,
insbesondere Balsaholz, Papier, Pappe, Karton, Aluminiumblech, Polystyrol, Kunststoffe,
bspw. Polyethylen (PE), Verbundstoffe, insbesondere Faserverbundstoffe
oder textile Werkstoffe oder auch Metalle sein. Von den Materialeigenschaften
bezogen auf die Dichte sind Karton, Dämmplatten aus Kunststoffschaum,
Balsaholz und Polystyrol zu bevorzugen. Bei der Herstellung ist
zu beachten, nicht zu viel Material zu benutzen, sondern ggf. zur
Gewichtsreduktion Material einzusparen, um nämlich durch die Verwendung
von möglichst
wenig Material und damit wenig Gewicht umso bessere Flugeigenschaften
zu erzielen.
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In
besonders bevorzugter Ausgestaltung besteht der Propeller 3 im
wesentlichen aus einem Biokunststoff. Biokunststoffe haben den Vorteil,
dass der Propeller 3 dann aus einem verrottbaren, bzw.
biologisch abbaubaren Material besteht. Vzw. wird der Propeller 3 aus
einem Biokunststoff hergestellt, der zur Versteifung faserverstärkt ist.
Als Fasern können dabei
Naturfasern, wie bspw. Hanf oder Holzfasern eingesetzt werden. Solche
Biokunststoffe mit Hanf-Gewebe
und -Holz können
ggf. mit bspw. 20% PU-Harz gemischt werden, um eine höhere Steifigkeit
zu erreichen, falls dies erforderlich ist.
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Als
Biokunststoff oder auch Bioplastik werden Kunststoffe bezeichnet,
die auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen (Stärke, Ole usw.) erzeugt werden
oder z.T. auch solche, die auf petrochemischen Rohstoffen basieren
aber kompostierbar sind. Mögliche
Ausgangspflanzen sind stärkehaltige
Pflanzen wie z.B. Mais oder Zuckerrüben. Der große Vorteil
der meisten Biokunststoffe ist, dass sie unter geeigneten Bedingungen
in einem Zeitraum von ca. 8 bis 12 Wochen vollständig abgebaut werden. Bei der Herstellung
können
die Materialeigenschaften von Biokunststoffen aber auch so modifiziert
werden, dass sie beständig
sind.
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Biokunststoffe
sind Materialen, die Harz und/oder strukturelle Verstärkung von
Tier- oder Pflanzen-Ursprungs nutzen. Diese sind eine Verbindung
von thermoplastischem oder duroplastischem Harz und einer Verstärkung wie
Puder, Faser, Gewebe oder Matte. Die bevorzugten Herstellungsverfahren
sind insbesondere Spritzguss und Thermopressen. Mit diesen Herstellungsverfahren
können
entweder Platten hergestellt werden, aus denen der Propeller 3 gestanzt
oder geschnitten wird, oder der Propeller 3 selbst.
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Als
Biokunststoff kann insbesondere Polyhydroxybuttersäure verwendet
werden. Das Biopolymer Polyhydroxybuttersäure (PHB) ist ein aus erneuerbaren
Rohstoffen fermentativ herstellbarer Polyester, mit Eigenschaften ähnlich denen
des petrochemisch erzeugten Kunststoffs Polypropylen. PHB ist ebenfalls
biologisch abbaubar, hat einen Schmelzpunkt von über 130 °C und geeignete mechanische Eigenschaften.
PHB kann auch, mit weiteren Bestandteilen vermischt werden. Bspw.
können
durch den Zusatz von z. B. Celluloseacetaten be sondere Materialeigenschaften
erreicht werden. Statt Celluloseacetat sind auch Stärke, Kork
und anorganische Materialien als Zusätze denkbar. Die Vermischung mit
günstigen
Zusatzstoffen wirkt sich auch günstig auf
die Produktionskosten der Propeller 3 aus. Der Lastenschraubflieger 1 besteht
vzw. überwiegend, insbesondere
zu mehr als 60 Gewichtsprozent, vzw. zu mehr als 80 Gewichtsprozent,
weiter vzw. zu mehr als 90 Gewichtsprozent, aus biologisch abbaubaren Materialien,
so dass der Lastenschraubflieger 1, wenn er nicht wieder
eingesammelt wird, in der Natur auch verrotten kann.
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3, 8, 9 und 10 zeigen
die Transporteinheit 4, die im folgenden näher beschrieben
wird.
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Die
Transporteinheit 4 ist vzw. mehrteilig ausgebildet. Die
Transporteinheit 4 weist hier ein vzw. im wesentlichen
halbkugel- oder schalenförmiges
Unterteil 11 und ein mit dem Unterteil 11 verbindbares
Oberteil 12. Das Oberteil 12 ist vzw. trichter- oder
trompetenförmig
ausgebildet und nach oben verjüngt
gestaltet. Die Transporteinheit 4 ist vzw. im wesentlichen
rotationsymmetrisch gestaltet, um Unwuchten beim Flug zu vermeiden,
die ggf. den stabilen Flug des Lastenschraubfliegers 1 stören könnten. Das
Oberteil 12 und das Unterteil 11 sind durch eine Schraubverbindung
miteinander verbindbar. Hier weist das Unterteil 11 ein
Außengewinde 13 auf.
Das Oberteil 12 weist ein zum Außengewinde 13 passendes,
nicht dargestelltes Innengewinde auf. In einem durch das Oberteil 12 und
das Unterteil 11 begrenzten Hohlraum 14 (vgl. 9)
kann die Last, d.h. insbesondere die Medikamente, elektronisches
Gerät etc.,
aufgenommen werden. Die Schraubverbindung hat den Vorteil, dass
der Hohlraum 14 durch einfache Handgriffe schnell verschließbar ist.
In alternativer Ausgestaltung können
die Teile der Transporteinheit 4 bspw. durch eine Steckverbindung
miteinander verbindbar sein. Auch eine Haken-Ösen-Verbindung oder Klemmen
sind denkbar. Das Oberteil 12 und das Unterteil 11 bilden
vzw. ein verschließbares,
nicht näher
bezeichnetes Behältnis
für die
zu transportierende Last. Die Transporteinheit 4 bzw. das
Behältnis
ist vzw. wasserdicht ausgestaltet, so dass die Last auch beim Abwurf über sumpfigem
oder wasserreichem Gebiet gut vor Wasser und Feuchtigkeit geschützt ist.
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Die
Transporteinheit 4, insbesondere das Unterteil 11 und
das Oberteil 12, bestehen vzw. aus Schaumstoff, weiter
vzw. Bioschaumstoff auf Stärkebasis,
PHB und/oder Metallschaum. Vorteilhaft ist, wenn die Transporteinheit 4 zum
einen leicht ist, um eine geringe Sinkgeschwindigkeit zu erzielen,
und zum anderen einen möglichst
guten Aufprallschutz für
die Last bildet. Daher ist Schaumstoff, insbesondere aus geschäumtem Biokunststoff
(s.o.), ein geeigneter Werkstoff zur Herstellung der Transporteinheit 4.
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Denkbar
ist auch die Ausbildung des entsprechenden Propellers 3 auch
ohne die Ausbildung einer spezifischen Transporteinheit. Entscheidend ist,
dass die „Ladung" nur einen bestimmten
Abstand zum Flügel/Propeller 3 einhält und somit
ein günstiger
Schwerpunkt gebildet ist, d.h. insbesondere kann die „Transporteinheit 4" als einfaches
Seil ausgebildet sein.
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Die
eingangs beschriebenen Nachteile sind nun – für die Transporteinheit 4 – ferner
dadurch vermieden, dass die Transporteinheit 4 mit den
Fall bremsenden Bremsstrukturen, insbesondere mit Lamellen 15,
versehen ist. Dies hat zum einen den Vorteil, dass die Bremsstrukturen
den Luftwiderstand der Transporteinheit 4 erhöhen, wodurch
die Sinkgeschwindigkeit verringert ist, und zum anderen, dass die
Bremsstrukturen ggf. Aufprallenergie bei der Landung absorbieren
können,
so dass die Last noch besser bei der Landung geschützt ist.
Die Lamellen 15 erstrecken sich hier vzw. ringförmig und
quer zur Drehachse 2 bzw. Fallrichtung der Transporteinheit 4.
Vzw. ist das Unterteil 11 mit den Bremsstrukturen versehen.
Denkbar ist jedoch auch, das zusätzlich das
Oberteil 12 ebenfalls Bremsstrukturen, bspw. Lamellen,
aufweist.
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Die
Transporteinheit 4 ist mit dem Propeller 3 vzw. über einen
verschließbaren
Haken 16, bspw. in der Art eines Karabinerhakens, verbindbar.
Der Haken 16 umfasst vzw. ein Hakenteil 17 und
eine mit dem Hakenteil 17 zusammenwirkende Verschlussspange 18.
Die Hakenöffnung
des Hakenteils 17 ist durch die Verschlussspange 18 federnd
verschlossen, so dass beim Einhängen
des Hakens 16 die Verschlussspange 18 in den Haken 16 druckbar
ist und die Verschlussspange 19 danach wieder in die Stellung
zurückfedert,
in der die Hakenöffnung
verschlossen ist, wie es in 10 dargestellt
ist. Dies hat den Vorteil, dass die Transporteinheit 4 schnell
und einfach einhängbar
ist und gegen ein unbeabsichtigtes Ausrücken des Hakens 16 gesichert
ist. Es sind aber auch andere Verbindungsmöglichkeiten denkbar, die funktional
Sinn machen.
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Die
Transporteinheit 4 ist vzw. über ein mehrteiliges, insbesondere
zweiteiliges, am Propeller angebrachtes Verbindungssystem 19 mit
dem Propeller 3 verbunden oder verbindbar, wie es in 3 und
im Detail in den 4, 5, 6 und 7 dargestellt
ist. In das Verbindungssystem 19 ist der Haken 16 einhängbar.
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Das
Verbindungssystem 19 ist zweckmäßig am Zentralbereich 7,
insbesondere im Bereich der Drehachse 2, des Propellers 3 angeordnet.
Das Verbindungssystem 19 weist vzw. zwei Verbindungsteile 20 und 21 auf.
Das Verbindungsteil 20 ist dabei vzw. an der Oberseite
des Propellers 3 angeordnet. Das andere Verbindungsteil 21 ist
vzw. an der Unterseite des Propellers 3 angeordnet. Die
Verbindungsteile 20 und 21 sind vzw. baugleich
ausgebildet, was den Vorzug hat, dass das Verbindungssystem 19 kostengünstiger
herstellbar ist. Die Verbindungsteile 20 und 21 sind
im wesentlichen scheibenförmig
ausgebildet. Denkbar sind jedoch auch andere Formen. Insbesondere
das Verbindungsteil 21 des Verbindungssystems 19 kann
einen Haken oder wie hier vzw. eine Öse 22 (siehe 7)
zum Einhängen
der Transporteinheit 4 aufweisen. Die Öse 22 ist hier durch
einen sich im wesentlichen über
den Durchmesser des Verbindungsteils 21 erstreckenden Steg 23 gebildet. Diese Öse 22 dient
zum Einhängen
des Hakens 16 der Transporteinheit 4. Die der
Oberseite und der Unterseite des Propellers 3 zugeordneten
Verbindungsteile 20 und 21 sind zusammengesteckt
(vgl. 5) oder zusammensteckbar (vgl. 4).
Dazu weisen die Verbindungsteile 20 und 21 insbesondere
einen nicht näher
bezeichneten Rast- oder Clipmechanismus zum formschlüssigen Zusammenwirken
auf. An der dem Steg 23 abgewandten Seite (vgl. 6)
der Verbindungsteile 20 und 21 sind dazu mehrere,
hier jeweils drei, Raststifte 24 und eine entsprechende Anzahl
von passend gestalteten und angeordneten Stiftaufnahmen 25 ausgebildet.
Im montierten Zustand des Verbindungssystems 19 greifen
die Raststifte 24 in die Stiftaufnahmen 25 formschlüssig ein. Die
Stiftaufnahmen 25 und die Raststifte 24 sind vzw. jeweils
gleichwinklig in Umfangsrichtung an der dem Propeller 3 zugewandten
Seite des Verbindungsteils 21 bzw. 22 beabstandet,
so dass hier die Verbindungsteile 20 und 21 in
drei Stellungen zusammengesteckt werden können. Das Zusammenstecken ist in 4 durch
den Pfeil 26 angedeutet.
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In 1 sind
am Propeller 3 sechs Aussparungen 27 deutlich
zu erkennen, durch die die Raststifte 24 durchgreifen können, um
das vzw. als Clipsystem ausgebildete Verbindungssystem 19 am
Propeller 3 anzubringen. Die an der Ober- und Unterseite
des Propellers 3 angeordneten Verbindungsteile 20 und 21 greifen
durch die Aussparungen 27 aneinander an. Das Verbindungssystem 19 dient
dabei zum einen der Verbindung von der Transporteinheit 4 am
Propeller 3 und zum anderen zur Verstärkung des Zentralbereichs 7 um
die Drehachse 2. In anderer Ausgestaltung kann ein Haken
oder eine Öse
bspw. einstöckig
am Propeller ausgebildet sein, um die Transporteinheit 4 mit
dem Propeller zu verbinden.
-
Im
folgenden wird auf 1a und 16 Bezug
genommen: Der Propeller 3 kann – insbesondere im Bereich der
Flügel 5 und 6 und/oder
des Zentralbereiches 7 – eine Versteifungsstruktur 28 aufweisen.
Die Versteifungsstruktur 28 ist vzw. einstückig am
Flügel 5 und 6 ausgebildet.
Der Flügel 5 ist
hier durch parallel zueinander verlaufende Rillen 29 oder Sicken
bzw. rinnenförmige
Vertiefungen gegen zu starkes Durchbiegen verstärkt. Die Versteifungsstruktur 28 bzw.
die Rillen 29 können
vzw. durch Prägen
und/oder Tiefziehen hergestellt sein.
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In 16 sind
verschieden geometrische Ausgestaltungen 30, 31, 32, 33, 34 35 und 36 von Versteifungsstrukturen
neben der Versteifungsstruktur 28 mit parallel zueinander
verlaufenden Rillen dargestellt. Die Versteifungsstrukturen 30 und 31 können den
Propeller 3 im Bereich der Drehachse bspw. stärker versteifen
als an den Flügelspitzen, wenn
der Flügel
im Bereich der Drehachse mit einer dichteren Rillenstruktur geprägt wird
als an der Flügelspitze.
Die Ver steifungsstrukturen 30 und 31 weisen dazu
Kreisbögen
bzw. Ellipsensegmente mit kleinerem Abschnitt im unteren, der Drehachse
zugeordneten Bereich auf als im oberen Bereich, der den Flügelspitzen
zugeordnet werden kann (vgl 16). Die Versteifungsstrukturen 32, 33, 34 und 35 weisen
im wesentlichen gleichmäßig beabstandete
Kreisbögen, Wellenlinien,
ein querverlaufendes Zickzackmuster oder ein längsverlaufendes Zickzackmuster
auf. Die Versteifungsstruktur 36 besteht aus regelmäßig angeordneten
Kreisen. Alternativ können
auch Wabenmuster eingesetzt werden oder die Abstände der Kreisbögen, Zickzacklinien
je nach gewünschter
Versteifung variiert werden. Alternativ und/oder zusätzlich können die
Sicken oder Rillen in der Prägetiefe variiert
werden.
-
Im
folgenden wird auf 17 und 18 Bezug
genommen. In dem in 17 dargestellten Diagramm ist
an der vertikalen Achse 37 die Fläche des Propellers aufgetragen.
Auf der horizontalen Achse 38 ist die Traglast, d.h. das
Gewicht des Lastenschraubfliegers 1 mit zugeladener Last,
aufgetragen. Der Graph 39 bildet dabei eine eine Ursprungsgerade.
Aus dem Graph 39 wird deutlich, dass zwischen der erforderlichen
Fläche
des Propellers 3 und der zu transportierenden Traglast
ein linearer Zusammenhang besteht.
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In
dem in 18 dargestellten Diagramm ist an
der vertikalen Achse 40 die Spannweite des Propellers aufgetragen.
Auf der horizontalen Achse 41 ist wiederum die Traglast
aufgetragen. Der Graph 42 zeigt, dass die erforderliche
Spannweite 40 zuerst stark ansteigt und danach mit zunehmender
Traglast 41 nur noch langsam steigt. D.h. die Flügelspannweite
steigt mit zunehmender Last nicht proportional an (10-faches Gewischt
= 10-fache Spannweite), sondern benötigt nur einen Bruchteil. Das
Verhältnis
Flügelspannweite/Transportgewicht
wird immer günstiger!
Hierdurch sind die Transportkosten optimierbar.
-
Im
folgenden werden anhand der 11, 12, 13, 14 und 15 nun
unterschiedliche Propellerformen dargestellt und beschrieben, die
gemäß der in 17 und 18 dargestellten
Zusammenhänge
ausgewählt
oder variiert werden können.
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Die
Flügelformen 43 bis 56 haben
gemeinsam, dass in Draufsicht auf den Propeller die Flügel parallel
versetzt zum Radius angeordnet sind. Die Flügel sind dabei gegen den Uhrzeigersinn
versetzt zum „Radius" angeordnet, wobei
die beiden Radien hier durch die waagerecht verlaufenden, gestrichelten
Linien in Höhe
der Drehachse angedeutet sind. Die Flügel erstrecken sich dabei jeweils
mit zumindest einer Längskante
entlang des Radius, wobei die Flügelmitte
jedoch versetzt zum Radius verläuft. Denkbar
ist selbstverständlich
auch die entsprechende Anordnung „im Uhrzeigersinn".
-
Die
hier dargestellten Propellerformen weisen je zwei im wesentlichen
gleich geformte Flügel auf,
wobei die Flügel
vzw. punktsymmetrisch zur Drehachse geformt sind.
-
Die
Propellerformen 42 bis 56 sind so in dem durch
die gestrichelten Linien gebildeten Koordinatensystem ausgerichtet,
dass der rechte Flügel
im 1. Quadranten angeordnet ist und sich mit seiner „unteren" Längskante
im wesentlichen entlang der positiven horizontalen Achse erstreckt
und der andere, „linke" Flügel im 3.
Quadranten angeordnet ist und sich mit seiner „oberen" Längskante
ebenfalls entlang der Horizontalen erstreckt. Der Zentralbereich erstreckt
sich jeweils schräg,
im wesentlichen entlang der ersten Diagonalen vom 1. zum 3. Quadranten
und verbindet die beiden Flügel.
-
Die
Flügelbreite
kann im wesentlichen konstant sein (siehe Propellerformen 43, 44, 45, 46, 47, 50, 51 52 und 54)
oder sich vom Zentralbereich zu den Flügelspitzen vergrößern (siehe
Propellerformen 48, 49, 53, 55 und 56).
Die Propellerformen 43 bis 56 sind vzw. punktsymmetrisch
zum Drehpunkt (Koordinatenursprung) ausgebildet.
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Die
maximale Flügelbreite
ist vzw. kleiner als die Längserstreckung
(in x-Richtung)
des Flügels; dieses
Kriterium ist für
alle Propellerformen 43 bis 56 erfüllt ausgenommen
die Propellerform 46 (siehe 14), die
als einzige ein nur eingeschränktes Flugverhalten
aufweist. Die Propellerform 46 ist durch die im wesentlichen
quadratischen Abmessungen der Flügel
als einzige Propellerform achsensymmetrisch zur 2. Diagonalen 57 und
gehört
damit nicht zu den bevorzugten Propellerformen. Bei der Propellerform 46 ist
keine Drehrichtung durch die Formgebung bevorzugt, weshalb diese
Propellerform 46 im Vergleich zu den anderen Propellerformen
zu einem instabileren Flugverhalten, insbesondere zum „Segelflug" neigt.
-
19 zeigt
eine weitere Ausführungsform 58 eines
Lastenschraubfliegers. Eine Transporteinheit bildet ein Behältnis 59 für die zu
transportierende Last. Der Lastenschraubflieger 58 umfasst
ferner drei Propeller 60, die relativ zum Behältnis 59 drehbar
gelagert sind. Die Propeller 60 sind über die am Propeller 60 angebrachten,
vzw. länglichen
Verbindungselemente 61 mit dem Behältnis 59 verbunden.
Um eine Drehbewegung der Propeller 60 relativ zum Behältnis 59 zu
ermöglichen,
ist vzw. im Bereich der Verbindungselemente 61 jeweils
ein nicht dargestelltes Drehgelenk angeordnet. Das Behältnis 59 ist,
wie bereits erläutert
wurde, in vorteilhafter Weise mit als Bremsstruktur dienenden Lamellen 62 ausgestattet.
-
Die
Lastenschraubflieger 1 und 58, insbesondere die
Transporteinheit 4 und/oder die Propeller 3 bzw. 60,
weisen vzw. eine im Dunkeln leuchtende, vzw. phosphorizierend und/oder
fluoriszierende Oberfläche
und/oder eine Signalfarbe auf, um den abgeworfenen Lastenschraubflieger 1 bzw. 58 leichter
insbesondere im Dunkeln oder bei Dämmerlicht auch auffinden zu
können.
-
- 1
- Lastenschraubflieger
- 2
- Drehachse
- 3
- Propeller
- 4
- Transporteinheit
- 5
- Flügel
- 6
- Flügel
- 7
- Zentralbereich
- 8
- Radius
- 9
- Längskanten
- 10
- Längskanten
- 11
- Unterteil
- 12
- Oberteil
- 13
- Außengewinde
- 14
- Hohlraum
- 15
- Lamellen
- 16
- Haken
- 17
- Hakenteil
- 18
- Verschlussspange
- 19
- Verbindungssystem
- 20
- Verbindungsteil
- 21
- Verbindungsteil
- 22
- Öse
- 23
- Steg
- 24
- Raststifte
- 25
- Stiftaufnahmen
- 26
- Pfeil
- 27
- Aussparung
- 28
- Versteifungsstruktur
- 29
- Rillen
- 30
- Versteifungsstruktur
- 31
- Versteifungsstruktur
- 32
- Versteifungsstruktur
- 33
- Versteifungsstruktur
- 34
- Versteifungsstruktur
- 35
- Versteifungsstruktur
- 36
- Versteifungsstruktur
- 37
- Propellerfläche
- 38
- Traglast
- 39
- Graph
- 40
- Propellerspannweite
- 41
- Traglast
- 42
- Graph
- 43
- Propellerform
- 44
- Propellerform
- 45
- Propellerform
- 46
- Propellerform
(nicht bevorzugt)
- 47
- Propellerform
- 48
- Propellerform
- 49
- Propellerform
- 50
- Propellerform
- 51
- Propellerform
- 52
- Propellerform
- 53
- Propellerform
- 54
- Propellerform
- 55
- Propellerform
- 56
- Propellerform
- 57
- 2.
Diagonale
- 58
- Lastenschraubflieger
- 59
- Behältnis
- 60
- Propeller
- 61
- Verbindungselement
- 62
- Lamellen
- D
- Drehrichtung