DE202009007087U1

DE202009007087U1 - Antriebseinrichtung für einen Gleitschirm

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Publication number: DE202009007087U1
Application number: DE200920007087
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-16
Filing date: 2009-05-16
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2019-05-17
Also published as: WO2010133471A1; EP2429896A1

Abstract

Antriebseinrichtung für einen Gleitschirm (1), mit einem Elektromotor (2), einem Propeller (3) und einer Steuereinrichtung (4) für den Elektromotor (2),
– wobei am Elektromotor (2) eine Befestigungseinrichtung (6) angeordnet ist, mittels derer der Elektromotor (2) am Rücken eines den Gleitschirm (1) benutzenden Gleitschirmfliegers (7) befestigbar ist,
– wobei der Elektromotor (2) auf eine Welle (12) wirkt, die bei am Rücken des Gleitschirmfliegers (7) befestigtem Elektromotor (2) auf der vom Gleitschirmflieger (7) abgewandten Seite des Elektromotors (2) angeordnet ist und an deren vom Elektromotor (2) abgewandten Ende drehfest der Propeller (3) angeordnet ist,
– wobei bei am Rücken des Gleitschirmfliegers (7) befestigtem Elektromotor (2) und über dem Gleitschirmflieger (7) stehendem Gleitschirm (1) der Propeller (3) in Wellenrichtung gesehen derart vom Gleitschirmflieger (7) beabstandet ist, dass die Schirmleinen (10) des Gleitschirms (1) außerhalb eines bei Rotation des Propellers (3) vom Propeller (3) abgekämmten Propellervolumens (V) verlaufen,
– wobei...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für einen Gleitschirm, mit einem Elektromotor, einem Propeller und einer Steuereinrichtung für den Elektromotor,

– wobei am Elektromotor eine Befestigungseinrichtung angeordnet ist, mittels derer der Elektromotor am Rücken eines den Gleitschirm benutzenden Gleitschirmfliegers befestigbar ist,
– wobei der Elektromotor auf eine Welle wirkt, die bei am Rücken des Gleitschirmfliegers befestigtem Elektromotor auf der vom Gleitschirmflieger abgewandten Seite des Elektromotors angeordnet ist und an deren vom Elektromotor abgewandten Ende drehfest der Propeller angeordnet ist,
– wobei die Steuereinrichtung mit dem Elektromotor datentechnisch verbunden ist und derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb kontinuierlich vom Gleitschirmflieger Steuerbefehle entgegen nimmt und den Elektromotor in Abhängigkeit von den entgegen genommenen Steuerbefehlen ansteuert.

Gleitschirme sind in Form von „einfachen", antriebslosen Gleitschirmen und in Form von Motorgleitschirmen bekannt. Bei einfachen Gleitschirmen erfolgt ein Winden- oder Hangstart, danach versucht der Gleitschirmflieger, einen Thermikkanal zu finden, von dem er sich in die Höhe tragen lässt. Bei Motorgleitschirmen ist auch ein Selbststart möglich.
Bei Motorgleitschirmen ist der Antrieb in der Regel als Verbrennungsmotor ausgebildet. Ein derartiger Antrieb weist verschiedene Nachteile auf. So ist ein Verbrennungsmotor nicht nur laut, sondern entwickelt auch große Hitze (Verbren nungsgefahr). Weiterhin stellen die Abgase eine Geruchsbelästigung dar. Weiterhin sind Gleitschirme mit Verbrennungsmotor für einen antriebslosen Gleitflug ungeeignet. In rechtlicher Hinsicht sind Gleitschirmflieger von Motorgleitschirmen weiterhin oftmals gezwungen, nur auf speziell hierfür zugelassenen Flugplätzen zu starten.
In jüngerer Zeit ist vorgeschlagen worden, anstelle des Verbrennungsmotors einen Elektromotor einzusetzen, siehe beispielsweise das Gebrauchsmuster DE 20 2008 012 191 U1 . Der Elektromotor ist akkumulatorgespeist. Die Kapazität des Akkumulators ist aus Gewichtsgründen derart begrenzt, dass sie zwar für einen Start und gegebenenfalls auch mehrere Starte ausreichend ist, für einen Dauerbetrieb jedoch nicht ausreicht. Motorgleitschirme mit einem als Elektromotor ausgebildeten Antrieb leiden jedoch unter dem gleichen Nachteil wie Motorgleitschirme mit Verbrennungsmotor: Sie sind für einen antriebslosen Flug nur begrenzt geeignet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebseinrichtung für einen Gleitschirm derart weiterzuentwickeln, dass – analog zu Segelflugzeugen mit Hilfsmotor – es möglich ist, mittels des Motors zu starten und sodann in der Luft in den motorlosen, sogenannten aktiven Flug überzugehen, wobei das sich ergebende Flugverhalten möglichst weitgehend dem eines reinen (antriebslosen) Gleitschirms entsprechen soll.
Die Aufgabe wird durch eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Antriebseinrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 18.
Erfindungsgemäß ist eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch weiter ausgestaltet,

– dass bei am Rücken des Gleitschirmfliegers befestigtem Elektromotor und stabil über dem Gleitschirmflieger befind lichem Gleitschirm der Propeller in Wellenrichtung gesehen derart vom Gleitschirmflieger beabstandet ist, dass die Schirmleinen des Gleitschirms außerhalb eines bei Rotation des Propellers vom Propeller abgekämmten Propellervolumens verlaufen,
– dass die Steuereinrichtung zusätzlich zu den Steuerbefehlen von ersten Sensoreinrichtungen erste Sensorsignale und/oder von zweiten Sensoreinrichtungen zweite Sensorsignale entgegen nimmt und den Elektromotor auch in Abhängigkeit von den ersten und/oder zweiten Sensorsignalen ansteuert,
– dass die ersten Sensorsignale dafür charakteristisch sind, ob der Gleitschirm sich stabil über dem Gleitschirmflieger befindet oder nicht, und die zweiten Sensorsignale für eine Lage des Gleitschirmfliegers relativ zum Propellervolumen charakteristisch sind.

Durch diese Ausgestaltung wird insbesondere erreicht, dass der Elektromotor und damit indirekt der Propeller in einen sicheren Zustand überführt werden kann, wenn die Gefahr besteht, dass Schirmleinen des Gleitschirms und/oder – beispielsweise bei einem Sturz – Gliedmaßen des Gleitschirmfliegers in das Propellervolumen geraten können. Es wird also sozusagen ein „virtueller Schutzkäfig" für den Propeller realisiert. Dementsprechend ist es bei einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung möglich, dass der Propeller nicht von einem Schutzkäfig umgeben ist. Durch den Wegfall des Schutzkäfigs verbessern sich die Gleitflugeigenschaften bereits erheblich.
Der sichere Zustand des Elektromotors kann nach Bedarf gewählt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die Steuereinrichtung den Elektromotor aktiv abstoppt. Alternativ ist es möglich, dass die Energiezufuhr zum Elektromotor abgeschaltet wird, der Elektromotor also ausläuft. Weiterhin ist es möglich, dass der Elektromotor bei einer niedrigen Drehzahl drehzahlbegrenzt betrieben wird und/oder bei einem niedrigen Drehmoment momentbegrenzt betrieben wird.
Die Gleitflugeigenschaften können noch weiter verbessert werden, wenn der Propeller eine Klappeinrichtung aufweist, mittels derer die Propellerblätter des Propellers an die Welle anklappbar sind. Prinzipiell ist es hierbei möglich, die Propellerblätter nach hinten (also vom Gleitschirmflieger weg) zu klappen. Vorzugsweise ist die Klappeinrichtung jedoch derart ausgebildet, dass sie die Propellerblätter beim Anklappen an die Welle auf den Gleitschirmflieger zu klappt. Diese Ausgestaltung verbessert das Flugverhalten durch die günstigere Massenverteilung.
Besonders bevorzugt ist, dass die Klappeinrichtung als arretierungsfreie Federeinrichtung ausgebildet ist, so dass sich die Klappstellung der Propellerblätter in Abhängigkeit von der Drehzahl des Elektromotors selbsttätig einstellt. Beim Anlaufen des Elektromotors öffnen sich im Falle dieser Ausgestaltung die Propellerblätter durch die sich erhöhende Fliehkraft ganz von selbst.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie den Elektromotor zumindest beim Anlauf zunächst mit einem niedrigen Drehmoment betreibt und das Drehmoment erst später erhöht. Der Begriff „Anlauf" bezieht sich hierbei auf das Anlaufen des Elektromotors, nicht auf die Beinbewegungen des Gleitschirmfliegers, die dieser beim Starten vornimmt. Durch diese Art der Motoransteuerung wird insbesondere erreicht, dass die Verletzungsgefahr des Gleitschirmfliegers minimiert wird, wenn dieser beispielsweise beim Startlauf hinfällt.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist vorgesehen, dass bei am Rücken des Gleitschirmfliegers befestigtem Elektromotor der Propeller in Wellenrichtung gesehen derart vom Gleitschirmflieger beabstandet ist, dass das Propellervolumen außerhalb der Armreichweite des Gleitschirmfliegers liegt. Dadurch kann es nicht geschehen, dass der Gleitschirmflieger, falls er – egal, aus welchen Gründen – mit den Armen nach hinten greift, in das Propellervolumen gerät. Vorzugsweise ist der Propeller sogar so weit vom Gleitschirmflieger beabstandet, dass das Propellervolumen außerhalb der Beinreichweite des Gleitschirmfliegers liegt.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Antriebseinrichtung ist vorgesehen, dass am Elektromotor Befestigungselemente für Schubstangen angeordnet sind, über die der vom Propeller gelieferte Vortrieb unter Umgehung des Gleitschirmfliegers beidseitig direkt in die Schirmgurte einleitbar ist. Dadurch wird erreicht, dass der Gleitschirmflieger selbst von den Vortriebskräften des Propellers entlastet wird.
Auf Grund der Länge der Welle kann es erforderlich sein, dass die Welle in der Nähe des Propellers in einer Lagerung gelagert ist. Die Lagerung ist in diesem Fall vorzugsweise über eine konisch verlaufende Tragstruktur am Elektromotor befestigt. Dadurch ergibt sich auf einfache Weise eine stabile Positionierung der Lagerung. Wenn der Propeller und die Welle leicht genug sind und die Welle hinreichend biegesteif ist, kann es jedoch ausreichen, wenn die Welle keine eigene Lagerung aufweist, so dass sie ausschließlich indirekt über die Lager des Elektromotors gelagert ist.
Die Antriebseinrichtung weist vorzugsweise zusätzlich eine Akkumulatoreinrichtung auf, über die der Elektromotor mit elektrischer Energie versorgbar ist. In diesem Fall weist die Akkumulatoreinrichtung vorzugsweise Befestigungselemente auf, mittels derer sie vor dem Körperschwerpunkt am Gleitschirmflieger befestigbar ist. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich eine gute Massenverteilung. Insbesondere kompensieren sich, bezogen auf den Gleitschirmflieger, die durch den Elektromotor und den Propeller einerseits und die Akkumulatoreinrichtung andererseits ausgeübten Drehmomente zumindest teilweise. Im Ergebnis kann durch diese Ausgestaltung erreicht werden, dass der Gleitschirmflieger nahezu die gleiche Körperhaltung einnimmt, die er einnehmen würde, wenn er völlig antriebslos (also ohne Vorhandensein der Antriebseinrichtung) fliegen würde. Gleiches gilt für für die Steuerung des Gleitschirms erforderliche Gewichtsverlagerungen des Gleitschirmfliegers.
Die Ausgestaltung der ersten Sensoreinrichtungen kann nach Bedarf gewählt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die ersten Sensoreinrichtungen Gyroskope und/oder Beschleunigungssensoren umfassen und die ersten Sensorsignale die translatorischen und/oder rotatorischen Beschleunigungen des Gleitschirms oder von Schirmelementen – beispielsweise des linken und rechten Schirmendes – umfassen. Alternativ oder zusätzlich können die ersten Sensoreinrichtungen Zugmesselemente umfassen und die ersten Sensorsignale die im linken und im rechten Traggurt des Gleitschirms wirkenden Tragkräfte umfassen. Ebenso ist es – alternativ oder zusätzlich – möglich, dass die ersten Sensoreinrichtungen Abtasteinrichtungen für eine das Propellervolumen umgebende Gefahrenzone umfassen und dass die ersten Sensorsignale ein Anwesenheitssignal für einen Fremdkörper in der Gefahrenzone umfassen.
Ebenso können die zweiten Sensoreinrichtungen nach Bedarf ausgebildet sein. Insbesondere können die zweiten Sensoreinrichtungen Gyroskope und/oder Beschleunigungssensoren umfassen und die zweiten Sensorsignale die translatorische und/oder rotatorische Beschleunigung des Gleitschirmfliegers umfassen. Insbesondere in dem Fall, dass die ersten Sensoreinrichtungen als Abtasteinrichtungen für die Gefahrenzone ausgebildet sind, können die ersten Sensoreinrichtungen und die zweiten Sensoreinrichtungen auch identisch sein.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass ihr im Betrieb kontinuierlich von dritten Sensoreinrichtungen dritte Sensorsignale zuführbar sind, die für einen Neigungswinkel der Welle relativ zur Horizonta len charakteristisch sind, und dass die Steuereinrichtung im Betrieb die dritten Sensorsignale auswertet.
Die Auswertung der dritten Sensorsignale kann beispielsweise darin bestehen, dass die Steuereinrichtung die dritten Sensorsignale bei der Ansteuerung des Elektromotors berücksichtigt. Insbesondere kann die Steuereinrichtung den Elektromotor in einen sicheren Zustand überführen bzw. in einem sicheren Zustand halten, wenn der Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen zu groß wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Steuereinrichtung im Betrieb anhand der dritten Sensorsignale Ansteuersignale für eine Nachführeinrichtung ermittelt, mittels derer der Neigungswinkel der Welle relativ zur Horizontalen beeinflussbar ist. Dadurch ist eine aktive Nachführung des Neigungswinkels möglich. Es kann sogar ausreichen, den Elektromotor lediglich elastisch aufzuhängen, da bei rotierendem Propeller die Rotation des Propellers stabilisierend wirkt.
Die Steuereinrichtung kann beliebig ausgebildet sein, sofern sie die obenstehend beschriebene Funktionalität aufweist. Meist ist die Steuereinrichtung als softwareprogrammierbare Steuerung ausgebildet, die mit einem Steuerprogramm programmiert ist. In diesem Fall ist die Steuereinrichtung auf Grund der Programmierung mit dem Steuerprogramm so ausgebildet, wie dies obenstehend erläutert wurde. Die vorliegende Erfindung umfasst daher weiterhin ein Steuerprogramm, das Maschinencode umfasst, mittels dessen eine softwareprogrammierbare Steuereinrichtung für einen Elektromotor einer Antriebseinrichtung für einen Gleitschirm unmittelbar programmierbar ist, wobei die Steuereinrichtung auf Grund der Programmierung mit dem Steuerprogramm so ausgebildet ist, wie dies obenstehend erläutert wurde. Das Steuerprogramm kann beispielsweise in maschinenlesbarer Form auf einem Datenträger gespeichert sein.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung
1 schematisch einen Gleitschirmflieger von hinten,
2 ein Detail von 1 von der Seite und
3 eine schaltungstechnische Darstellung der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung.
Gemäß den 1 und 2 weist eine Antriebseinrichtung für einen Gleitschirm 1 einen Elektromotor 2, einen Propeller 3 und eine Steuereinrichtung 4 (siehe 3) für den Elektromotor 2 auf. In der Regel ist zusätzlich eine Akkumulatoreinrichtung 5 vorhanden. Die Akkumulatoreinrichtung 5 dient der Versorgung des Elektromotors 2 mit elektrischer Energie.
Die 1 und 2 zeigen die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung in ihrem Betriebszustand. In diesem Zustand ist der Elektromotor 2 über eine am Elektromotor 2 angeordnete Befestigungseinrichtung 6 am Rücken eines Gleitschirmfliegers 7 angeordnet. Beispielsweise kann der Elektromotor 2 mit einer Sitzschale 8 verbunden sein und können an der Sitzschale 8 Gurte zum Anschnallen des Gleitschirmfliegers 7 in der Sitzschale 8 vorhanden sein.
Die Akkumulatoreinrichtung 5 kann am Elektromotor 2 oder an der Sitzschale 8 angeordnet oder befestigt sein. Vorzugsweise jedoch weist die Akkumulatoreinrichtung 5 Befestigungselemente (nicht dargestellt) auf, mittels derer sie vor dem Körperschwerpunkt des Gleitschirmfliegers 7 am Gleitschirmflieger 7 befestigbar ist. Beispielsweise kann die Akkumulatoreinrichtung 5 im Bauch- oder Hüftbereich des Gleitschirmfliegers 7 befestigt sein. Dadurch ergibt sich eine günstige Gewichtsverteilung.
Der Gleitschirm 1 ist über Schirmgurte 9 und Schirmleinen 10 mit dem Gleitschirmflieger 7 verbunden. Zwischen den Schirmgurten 9 und dem Schirmleinen 10 befinden sich Übergangselemente 11, beispielsweise Karabinerhaken 11. Der Gleitschirm 1 befindet sich im Normalzustand – also wenn der Gleitschirmflieger 7 mit dem Gleitschirm 1 durch die Luft gleitet und auch bereits beim Starten – stabil über dem Gleitschirmflieger 7.
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf den Normalzustand, in dem der Elektromotor 2 am Rücken des Gleitschirmfliegers 7 befestigt ist und der Gleitschirm 1 sich stabil über dem Gleitschirmflieger 7 befindet. Falls die nachfolgenden Ausführungen sich auf einen anderen Zustand beziehen sollen, wird nachstehend jeweils ausdrücklich hierauf hingewiesen werden.
Der Elektromotor 2 wirkt auf eine Welle 12. Die Welle 12 ist auf der vom Gleitschirmflieger 7 abgewandten Seite des Elektromotors 2 angeordnet. Am Ende der Welle 12 ist – selbstverständlich – drehfest der Propeller 3 angeordnet. Der Propeller 3 kämmt, wenn er rotiert, ein Propellervolumen V ab.
Die Welle 12 weist eine große Länge l auf. In der Regel ist die Länge l mindestens so groß wie der Propellerradius r. In jedem Fall aber ist die Länge l derart bemessen, dass der Propeller 3 in Wellenrichtung gesehen derart vom Gleitschirmflieger 7 beabstandet ist, dass die Schirmleinen 10 des Gleitschirms 1 außerhalb des Propellervolumens V verlaufen. Diese letztgenannte Aussage gilt für gerade verlaufende Schirmleinen 10. Vorzugsweise ist die Länge l weiterhin derart bemessen, dass der Propeller 3 in Wellenrichtung gesehen so weit vom Gleitschirmflieger 7 beabstandet ist, dass das Propellervolumen V außerhalb der Arm- oder besser sogar der Beinreichweite des Gleitschirmfliegers 7 verläuft.
Die Steuereinrichtung 4 ist mit dem Elektromotor 2 datentechnisch verbunden. Die datentechnische Verbindung kann beispielsweise über ein (nicht dargestelltes) Kabel erfolgen. Alternativ kann eine drahtlose Verbindung über Funk oder dergleichen bestehen. Mittels der Steuereinrichtung 4 wird der Elektromotor 2 gesteuert.
Zum Zwecke der Steuerung des Elektromotors 4 ist gemäß 3 eine Bedieneinrichtung 13 vorhanden. Mittels der Bedieneinrichtung 13 kann der Gleitschirmflieger 7 der Steuereinrichtung 4 Steuerbefehle SB vorgeben. Die Steuereinrichtung 4 fragt im Betrieb kontinuierlich die Bedieneinrichtung 13 ab und nimmt daher kontinuierlich die entsprechenden Steuerbefehle SB vom Gleitschirmflieger 7 entgegen.
Im Stand der Technik erhält die Steuereinrichtung 4 keine weiteren Eingangssignale. Erfindungsgemäß sind jedoch erste und/oder zweite Sensoreinrichtungen 14, 15 vorhanden.
Mittels der ersten Sensoreinrichtungen 14 werden – automatisch und kontinuierlich – erste Sensorsignale S1 erfasst. Die ersten Sensorsignale S1 sind dafür charakteristisch, ob der Gleitschirm 1 sich stabil über dem Gleitschirmflieger 7 befindet oder nicht. Die ersten Sensorsignale S1 werden – zusätzlich zu den Steuerbefehlen SB – im Betrieb der Steuereinrichtung 4 kontinuierlich der Steuereinrichtung 4 zugeführt.
Die zweiten Sensoreinrichtungen 15 können alternativ oder zusätzlich zu den ersten Sensoreinrichtungen 14 vorhanden sein. Mittels der zweiten Sensoreinrichtungen 15 werden – automatisch und kontinuierlich – zweite Sensorsignale S2 erfasst. Die zweiten Sensorsignale S2 sind für eine Lage des Gleitschirmfliegers 7 relativ zum Propellervolumen V charakteristisch. Die zweiten Sensorsignale S2 werden – zusätzlich zu den Steuerbefehlen SB und gegebenenfalls auch zusätzlich zu den ersten Sensorsignalen S1 – im Betrieb der Steuereinrichtung 4 kontinuierlich der Steuereinrichtung 4 zugeführt.
Die Steuereinrichtung 4 nimmt im Betrieb kontinuierlich die ihr zugeführten Steuerbefehle SB und Sensorsignale S1, S2 entgegen. Sie steuert den Elektromotor 2 in Abhängigkeit von den ihr zugeführten Steuerbefehlen SB und Sensorsignalen S1, S2 an. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 4 den Elektromotor 2 und damit indirekt den Propeller 3 stets und zwangsweise – insbesondere unter Vorrang der aus den Sensorsignalen S1, S2 abgeleiteten Zustände vor den Steuerbefehlen SB – in einen sicheren Zustand überführen bzw. in einem sicheren Zustand halten, wenn die Steuereinrichtung 4 anhand der ersten und/oder zweiten Sensorsignale S1, S2 einen gefährlichen Zustand erkennt. Ein gefährlicher Zustand besteht insbesondere dann, wenn die Gefahr besteht, dass die Schirmleinen 10 des Gleitschirms 1 und/oder Extremitäten des Gleitschirmfliegers 7, also dessen Arme und Beine, in das Propellervolumen V gelangen könnten.
Der sichere Zustand kann nach Bedarf bestimmt sein. Insbesondere kann entsprechend den Ausführungen in der Beschreibungseinleitung beispielsweise der Elektromotor 2 stillgesetzt werden oder drehzahl- und/oder momentbegrenzt betrieben werden.
Die Steuereinrichtung 4 realisiert auf Grund ihrer Ausgestaltung sozusagen einen „virtuellen Schutzkäfig" um den Propeller 3. Aus diesem Grund ist es – im Gegensatz zum Stand der Technik – nicht erforderlich, dass der Propeller 3 von einem (realen) Schutzkäfig umgeben ist. Der (reale) Schutzkäfig kann vielmehr entfallen. Auf Grund dieses Umstands werden das Gewicht und der Luftwiderstand reduziert und das Flugverhalten verbessert.
Bereits in der bisher beschriebenen Ausgestaltung ergeben sich viele Vorteile. Insbesondere ergeben sich ein relativ niedriges Gewicht und ein sicherer Betrieb. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann jedoch auf verschiedene Weise vorteilhaft ausgestaltet werden.
So kann beispielsweise entsprechend der Darstellung von 2 der Propeller 3 eine Klappeinrichtung 16 aufweisen. Mittels der Klappeinrichtung 16 können die Propellerblätter 17 des Propellers 3 an die Welle 12 angeklappt werden. Dadurch kann der Luftwiderstand im Gleitflug reduziert werden. Falls die Propellerblätter 17 an die Welle 12 anklappbar sind, bezieht sich das oben definierte Propellervolumen V auf das Volumen, das die Propellerblätter 17 in ausgeklappten Zustand abkämmen.
Es ist möglich, die Propellerblätter 17 nach hinten zu klappen, also vom Gleitschirmflieger 7 weg. Vorzugsweise aber ist die Klappeinrichtung 16 derart ausgebildet, dass sie die Propellerblätter 17 beim Anklappen an die Welle 12 auf den Gleitschirmflieger 7 zu klappt (siehe die Pfeile A in 2). Dadurch kann eine vorteilhafte Massenverteilung erreicht werden.
Unabhängig davon, ob die Klappeinrichtung 16 die Propellerblätter 17 auf den Gleitschirmflieger 7 zu oder vom Gleitschirmflieger 7 weg klappt, ist die Klappeinrichtung 16 entsprechend der Darstellung von 2 jedoch vorzugsweise als arretierungsfreie Federeinrichtung 16 ausgebildet. Dadurch stellt sich die Klappstellung der Propellerblätter 17 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Elektromotors 2 selbsttätig ein, so dass sich ein Gleichgewicht von Federkraft und Zentrifugalkraft ergibt. Beispielsweise kann zu diesem Zweck entsprechend der Darstellung von 2 die Welle 12 als Hohlwelle ausgebildet sein, in deren Innerem die Federeinrichtung 16 angeordnet ist.
Die Steuereinrichtung 4 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie den Elektromotor 2 beim Anlaufen des Elektromotors 2 zunächst mit einem niedrigen Drehmoment betreibt. Erst später, wenn eine nennenswerte Drehzahl erreicht ist, wird das Drehmoment erhöht. Durch diese Ausgestaltung kann die Gefahr einer Verletzung des Gleitschirmfliegers 7 minimiert werden, wenn dieser – egal aus welchen Gründen – nach hinten greift, beispielsweise in die sich gerade aufklappenden Propellerblätter 17 hinein. In Verbindung mit selbsttätig aufklappenden Propellerblättern 17 fallen die Erhöhung des Drehmoments und das Aufklappen der Propellerblätter 17 vorzugsweise zeitlich zusammen.
Der Propeller 3 liefert auf Grund seiner Drehung um die Welle 12 einen Vorschub. Es ist möglich den Vorschub über den Gleitschirmflieger 7 in die Schirmgurte 9 einzuleiten. Beispielsweise kann der Propeller 3 auf die Sitzschale 8 wirken. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass am Elektromotor 2 Befestigungselemente für Schubstangen 18 angeordnet sind. Über die Schubstangen 18 ist es möglich, den Vortrieb, den der Propeller 3 liefert, direkt in die Schirmgurte 9 einzuleiten, also unter Umgehung des Gleitschirmfliegers 7. Das Einleiten erfolgt hierbei beidseitig des Gleitschirmfliegers 7, also links und rechts von dem Gleitschirmflieger 7.
Auf Grund der Länge l der Welle 12 kann es erforderlich sein, die Welle 12 in der Nähe des Propellers 3 in einer Lagerung zu lagern. Die Lagerung ist in diesem Fall vorzugsweise über eine konisch verlaufende Tragstruktur am Elektromotor 2 befestigt. Dadurch ergibt sich auf einfache Weise eine stabile Lagerung der Welle 12. Wenn der Propeller 3 und die Welle 12 leicht genug sind und die Welle 12 hinreichend biegesteif ist, kann es jedoch ausreichen, wenn die Welle 12 keine eigene Lagerung aufweist, so dass sie ausschließlich indirekt über die Lager des Elektromotors 2 gelagert ist. Diese letztgenannte Ausgestaltung – Stichwort nur indirekte Lagerung der Welle 12 – ist insbesondere von Vorteil, wenn ein Nachführen der Welle 12 vorgesehen ist, siehe die nachfolgenden Ausführungen.
Beim Startlauf beugt sich der Gleichschirmflieger 7 bei noch stehendem Elektromotor 2 in der Regel nach vorne. Er geht „in die Vorlage". Wenn keine weiteren Maßnahmen ergriffen werden, verläuft auf Grund dieses Umstands die Welle 12 nicht mehr horizontal, sondern nimmt relativ zur Horizontalen einen Neigungswinkel N ein. Der Neigungswinkel N kann einen beträchtlichen Wert erreichen. In Versuchen wurden Neigungswinkel N bis zu 40° gemessen. Auf Grund des Neigungswinkels N erhöht sich die Gefahr, dass die Schirmleinen 10 in das Propellervolumen V geraten oder der Elektromotor 2 nicht anläuft. Um dieser Gefahr entgegen zu wirken, können gemäß 3 dritte Sensoreinrichtungen 21 vorgesehen sein. Mittels der dritten Sensoreinrichtungen 21 werden im Betrieb der Antriebseinrichtung kontinuierlich dritte Sensorsignale S3 erfasst. Die dritten Sensorsignale S3 sind für den obenstehend erwähnten Neigungswinkel N charakteristisch. Sie werden, sofern sie erfasst werden, ebenfalls der Steuereinrichtung 4 zugeführt und im Betrieb von der Steuereinrichtung 4 ausgewertet.
Die Auswertung kann beispielsweise darin bestehen, dass die Steuereinrichtung 4 die dritten Sensorsignale S3 bei der Ansteuerung des Elektromotors 2 berücksichtigt. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 4 – analog zur Auswertung der ersten und/oder zweiten Sensorsignale S1, S2 – den Elektromotor 2 stets und zwangsweise und insbesondere unter Vorrang vor den Steuerbefehlen SB in einen sicheren Zustand überführen bzw. in einem sicheren Zustand halten, wenn die Steuereinrichtung 4 anhand der dritten Sensorsignale S3 erkennt, dass ein zulässiger Neigungswinkelbereich verlassen wird. Der zulässige Neigungswinkelbereich kann – rein beispielhaft – zwischen +20° und –10° gegenüber der Horizontalen liegen. Auch andere Werte sind selbstverständlich möglich. Gegebenenfalls kann das Steuerverhalten hysteresebehaftet sein.
Alternativ oder zusätzlich zur Berücksichtigung der dritten Sensorsignale S3 bei der Ansteuerung des Elektromotors 2 ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 4 anhand der dritten Sensorsignale S3 Ansteuersignale für eine Nachführeinrichtung 22 ermittelt. Mittels der Nachführeinrichtung 22 kann der Neigungswinkel N der Welle 12 relativ zur Horizontalen beeinflusst werden.
Die ersten Sensoreinrichtungen 14 können nach Bedarf ausgebildet sein. Beispielsweise können die ersten Sensoreinrichtungen 14 entsprechend der Darstellung von 1 Gyroskope und/oder Beschleunigungssensoren umfassen. Die ersten Sensoreinrichtungen 14 erfassen beispielsweise die translatorischen und/oder rotatorischen Beschleunigungen des linken und des rechten Schirmendes 1', 1''. Die von den ersten Sensoreinrichtungen 14 erfassten Werte werden – leitungsgebunden (oder bevorzugt) drahtlos der Steuereinrichtung 4 zugeführt.
Alternativ oder zusätzlich können die ersten Sensoreinrichtungen 14 Zugmesselemente umfassen, welche die Tragkräfte erfassen, welche im linken und im rechten Traggurt 9 des Gleitschirms 1 wirken. Auch hier kann die Signalübermittlung an die Steuereinrichtung 4 leitungsgebunden oder leitungslos erfolgen. Bevorzugt ist in diesem Fall eine leitungsgebundene Signalübermittlung.
Alternativ oder zusätzlich können die ersten Sensoreinrichtungen 14 Abtasteinrichtungen umfassen, welche eine Gefahrenzone Z abtasten. Die Gefahrenzone Z umgibt das Propellervolumen V. Beispielsweise kann eine geeignete Abtasteinrichtung als Kamera, als Lasersensor oder als Untraschallsensor ausgebildet sein. Im Falle der Abtasteinrichtungen umfassen die ersten Sensorsignale S1 ein Anwesenheitssignal für einen Fremdkörper in der Gefahrenzone Z. Die Fremdkörper können beispielsweise die Schirmleinen 10 und/oder die Arme des Gleitschirmfliegers 7 sein.
In analoger Weise können auch die zweiten Sensoreinrichtungen 15 nach Bedarf ausgebildet sein. Insbesondere können die zweiten Sensoreinrichtungen 15 Gyroskope und/oder Beschleunigungssensoren umfassen. In diesem Fall umfassen die zweiten Sensorsignale S2 die translatorischen und/oder rotatorischen Beschleunigungen des Gleitschirmfliegers 7 (genauer: von einzelnen Körperteilen des Gleitschirmfliegers 7).
Auch die dritten Sensoreinrichtungen 21 können nach Bedarf ausgebildet sein. Insbesondere können die dritten Sensoreinrichtungen 21 analog zu den ersten und zweiten Sensoreinrichtungen 14, 15 als Beschleunigungssensoren oder als Gyroskope ausgebildet sein.
Auch die Steuereinrichtung 4 kann nach Bedarf ausgebildet sein, sofern sie die obenstehend beschriebenen Funktionalitäten aufweist. In der Regel ist die Steuereinrichtung 4 als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung ausgebildet. In diesem Fall ist die Steuereinrichtung 4 mit einem Steuerprogramm 23 programmiert. Auf Grund der Programmierung mit dem Steuerprogramm 23 ist die Steuereinrichtung 4 erfindungsgemäß ausgebildet.
Das Steuerprogramm 23 umfasst gemäß 3 Maschinencode 24, mittels dessen die Steuereinrichtung 4 unmittelbar programmierbar ist. Das Steuerprogramm 23 ist in maschinenlesbarer Form auf einem Datenträger 25 gespeichert. Der Datenträger 25 kann alternativ intern auf der Steuereinrichtung 4 angeordnet sein oder lösbar mit der Steuereinrichtung 4 verbunden sein.
Durch die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung werden viele Vorteile erzielt. Über die bereits genannten Vorteile hinaus wird insbesondere das Flugverhalten des Motorgleitschirms an das Flugverhalten eines motorlosen Gleitschirms angenähert. Auch kann das „normale" Gurtzeug motorloser Gleitschirme weiter verwendet werden, das eine hohe passive Sicherheit für den Gleitschirmflieger 7 bietet. Weiterhin ist mittels der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung erstmals die Möglichkeit geschaffen, auch im Flachland einen Eigenstart durchzuführen, der bis in turbulente Thermikluft führt, und sodann antriebslos in der Thermikluft zu gleiten. Auf Grund des Umstands, dass die gesamte Antriebseinrichtung – mit Ausnahme der Schubstangen 18 – nicht direkt mit den Traggurten 9 verbunden ist, kann sich der Gleitschirmflieger 7 weiterhin relativ frei im Gurtzeug bewegen.
Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.

1: Gleitschirm
1', 1'': Schirmenden
2: Elektromotor
3: Propeller
4: Steuereinrichtung
5: Akkumulator
6: Befestigungseinrichtung
7: Gleitschirmflieger
8: Sitzschale
9: Schirmgurte
10: Schirmleinen
11: Übergangselemente
12: Welle
13: Bedieneinrichtung
14, 15, 21: Sensoreinrichtungen
16: Klappeinrichtung
17: Propellerblätter
18: Schubstangen
22: Nachführeinrichtung
23: Steuerprogramm
24: Maschinencode
25: Datenträger
A: Pfeile
l: Länge
N: Neigungswinkel
r: Radius
S1, S2, S3: Sensorsignale
SB: Steuerbefehle
V: Propellervolumen
Z: Gefahrenzone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202008012191 U1 [0004]

Claims

Antriebseinrichtung für einen Gleitschirm (1), mit einem Elektromotor (2), einem Propeller (3) und einer Steuereinrichtung (4) für den Elektromotor (2), – wobei am Elektromotor (2) eine Befestigungseinrichtung (6) angeordnet ist, mittels derer der Elektromotor (2) am Rücken eines den Gleitschirm (1) benutzenden Gleitschirmfliegers (7) befestigbar ist, – wobei der Elektromotor (2) auf eine Welle (12) wirkt, die bei am Rücken des Gleitschirmfliegers (7) befestigtem Elektromotor (2) auf der vom Gleitschirmflieger (7) abgewandten Seite des Elektromotors (2) angeordnet ist und an deren vom Elektromotor (2) abgewandten Ende drehfest der Propeller (3) angeordnet ist, – wobei bei am Rücken des Gleitschirmfliegers (7) befestigtem Elektromotor (2) und über dem Gleitschirmflieger (7) stehendem Gleitschirm (1) der Propeller (3) in Wellenrichtung gesehen derart vom Gleitschirmflieger (7) beabstandet ist, dass die Schirmleinen (10) des Gleitschirms (1) außerhalb eines bei Rotation des Propellers (3) vom Propeller (3) abgekämmten Propellervolumens (V) verlaufen, – wobei die Steuereinrichtung (4) mit dem Elektromotor (2) datentechnisch verbunden ist und derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb kontinuierlich vom Gleitschirmflieger (7) Steuerbefehle (SB) und zusätzlich von ersten Sensoreinrichtungen (14) erste Sensorsignale (S1) und/oder von zweiten Sensoreinrichtungen (15) zweite Sensorsignale (S2) entgegen nimmt und den Elektromotor (2) in Abhängigkeit von den entgegen genommenen Steuerbefehlen (SB) und ersten und/oder zweiten Sensorsignalen (S1, S2) ansteuert, – wobei die ersten Sensorsignale (S1) dafür charakteristisch sind, ob der Gleitschirm (1) über dem Gleitschirmflieger (7) steht oder nicht, und die zweiten Sensorsignale (S2) für eine Lage des Gleitschirmfliegers (7) relativ zum Propellervolumen (V) charakteristisch sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller (3) nicht von einem Schutzkäfig umgeben ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller (3) eine Klappeinrichtung (16) aufweist, mittels derer die Propellerblätter (17) des Propellers (3) an die Welle (12) anklappbar sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappeinrichtung (16) derart ausgebildet ist, dass sie die Propellerblätter (17) beim Anklappen an die Welle (12) auf den Gleitschirmflieger (7) zu klappt.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappeinrichtung (16) als arretierungsfreie Federeinrichtung (16) ausgebildet ist, so dass sich die Klappstellung der Propellerblätter (17) in Abhängigkeit von der Drehzahl des Elektromotors (2) selbsttätig einstellt.
Antriebseinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) derart ausgebildet ist, dass sie den Elektromotor (2) zumindest beim Anlauf zunächst mit einem niedrigen Drehmoment betreibt und das Drehmoment erst später erhöht.
Antriebseinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei am Rücken des Gleitschirmfliegers (7) befestigtem Elektromotor (2) der Propeller (3) in Wellenrichtung gesehen derart vom Gleitschirmflieger (7) beabstandet ist, dass das Propellervolumen (V) außerhalb der Armreichweite des Gleitschirmfliegers (7) verläuft.
Antriebseinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Elektromotor (2) Befestigungselemente für Schubstangen (18) angeordnet sind, über die der vom Propeller (3) gelieferte Vortrieb unter Umgehung des Gleitschirmfliegers (7) beidseitig direkt in die Schirmgurte (9) einleitbar ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (12) in der Nähe des Propellers (3) in einer Lagerung gelagert ist und dass die Lagerung über eine konisch verlaufende Tragstruktur am Elektromotor (2) befestigt ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (12) keine eigene Lagerung aufweist, so dass sie ausschließlich indirekt über die Lager des Elektromotors (2) gelagert ist.
Antriebseinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung zusätzlich eine Akkumulatoreinrichtung (5) aufweist, über den der Elektromotor (2) mit elektrischer Energie versorgbar ist, und dass die Akkumulatoreinrichtung (5) Befestigungselemente aufweist, mittels derer sie vor dem Körperschwerpunkt am Gleitschirmflieger (7) befestigbar ist.
Antriebseinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Sensoreinrichtungen (14) Gyroskope und/oder Beschleunigungssensoren umfassen und dass die ersten Sensorsignale (S1) die translatorischen und/oder rotatorischen Beschleunigungen des Gleitschirms (1) oder von Schirmelementen (1', 1'') umfassen.
Antriebseinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Sensoreinrichtungen (14) Zugmesselemente umfassen und dass die ersten Sensorsignale (S1) die im linken und im rechten Traggurt (9) des Gleitschirms (1) wirkenden Tragkräfte umfassen.
Antriebseinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Sensoreinrichtungen (14) Abtasteinrichtungen für eine das Propellervolumen (V) umgebende Gefahrenzone (Z) umfassen und dass die ersten Sensorsignale (S1) ein Anwesenheitssignal für einen Fremdkörper in der Gefahrenzone (Z) umfassen.
Antriebseinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Sensoreinrichtungen (15) Gyroskope und/oder Beschleunigungssensoren umfassen und dass die zweiten Sensorsignale (S2) die translatorischen und/oder rotatorischen Beschleunigungen des Gleitschirmfliegers (7) umfassen.
Antriebseinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) derart ausgebildet ist, dass ihr im Betrieb kontinuierlich von dritten Sensoreinrichtungen (21) dritte Sensorsignale (S3) zuführbar sind, die für einen Neigungswinkel (N) der Welle (12) relativ zur Horizontalen charakteristisch sind, und dass die Steuereinrichtung (4) im Betrieb die dritten Sensorsignale (S3) auswertet.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) die dritten Sensorsignale (S3) bei der Ansteuerung des Elektromotors (2) berücksichtigt.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) im Betrieb anhand der dritten Sensorsignale (S3) Ansteuersignale für eine Nachführeinrichtung (22) ermittelt, mittels derer der Neigungswinkel (N) der Welle (12) relativ zur Horizontalen beeinflussbar ist.
Antriebseinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung ausgebildet ist, dass die Steuereinrichtung (4) mit einem Steuerprogramm (23) programmiert ist und dass die Steuereinrichtung (4) auf Grund der Programmierung mit dem Steuerprogramm (23) so ausgebildet ist, wie dies obenstehend in Verbindung mit einem der Ansprüche 1 bis 18 erläutert wurde.
Steuerprogramm, das Maschinencode (24) umfasst, mittels dessen eine softwareprogrammierbare Steuereinrichtung (4) für einen Elektromotor (2) einer Antriebseinrichtung für einen Gleitschirm (1) unmittelbar programmierbar ist, wobei die Steuereinrichtung (4) auf Grund der Programmierung mit dem Steuerprogramm so ausgebildet ist, wie dies obenstehend in Verbindung mit einem der Ansprüche 1 bis 18 erläutert wurde.
Steuerprogramm nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass es in maschinenlesbarer Form auf einem Datenträger (25) gespeichert ist.