DE202017102416U1 - System umfassend wenigstens eine gesteuert verfahrbare erste Vorrichtung und wenigstens eine an dieser angeordnete zweite Vorrichtung zum Aufbringen von Material - Google Patents
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Abstract
System (10) umfassend wenigstens eine gesteuert verfahrbare erste Vorrichtung (20) und wenigstens eine an dieser angeordnete zweite Vorrichtung (27) zum Aufbringen von Material, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine gesteuert verfahrbare erste Vorrichtung (20) von einem mit wenigstens einem Rotor (21) versehenen Fluggerät (20) gebildet wird, das wenigstens einen Behälter (23; 231; 232) zum Bevorraten des Materials aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein System umfassend wenigstens eine gesteuert verfahrbare erste Vorrichtung und wenigstens eine an dieser angeordnete zweite Vorrichtung zum Aufbringen von Material gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Ein gattungsgemäßes System ist aus der
WO 2004/ 065 707 A2 - Aufgabe der Erfindung ist es, ein System so zu gestalten, dass die Aufbringung des Materials auch bei komplexen Wandstrukturen und größeren Höhen in einfacher Weise erfolgen kann.
- Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den darauf bezogenen Unteransprüchen angegeben.
- Das erfindungsgemäße System umfasst als erste Vorrichtung wenigstens ein mit wenigstens einem Rotor versehenes Fluggerät und wenigstens eine an diesem angeordnete zweite Vorrichtung zum Aufbringen von Material. Es zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik dadurch aus, dass die gesteuert verfahrbare Vorrichtung von einem Fluggerät gebildet wird, das beliebige Bewegungen ausführen kann, die weit über die Bewegungsfreiheit eines Roboterarms hinausgehen. Das im erfindungsgemäßen System verwendete Fluggerät weist dabei wenigstens einen Behälter zum Bevorraten des Materials auf. Durch einen derartigen Vorratsbehälter ist das Fluggerät zumindest zeitweise unabhängig von der Versorgung mit weiterem Material. Man könnte die Erfindung mit anderen Worten kurz zusammengefasst auch als „Drohne mit Material-Vorratsbehälter und 3D-Druckkopf“ bezeichnen. Das erfindungsgemäße System ermöglicht somit beispielsweise eine weitestgehend automatisierte Errichtung eines Bauwerks, ohne dass dafür ein Einsatz von Robotern, Gerüsten, Kränen, Förderbändern oder Schrägaufzügen nötig wird.
- Die Vorrichtung umfasst bevorzugt wenigstens eine Düse, mittels der bevorzugt flüssige oder pastöse Materialien an einer beliebigen durch das Fluggerät ansteuerbaren Position deponiert werden können.
- Der wenigstens eine Behälter ist mit der Vorrichtung mittels wenigstens einer Pumpe verbunden. Diese ist vorzugsweise bezüglich der Fördermenge pro Zeiteinheit in Ihrer Leistung steuerbar. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass auch der Förderdruck der Pumpe zur Anpassung an unterschiedlich fließfähige Materialien einstellbar ist.
- Besonders bevorzugt weist bei einem erfindungsgemäßen System das Fluggerät wenigstens zwei Vorratsbehälter auf, in denen auch unterschiedliche Materialkomponenten bevorratet werden können, die bevorzugt in der zweiten Vorrichtung zum Aufbringen des Materials bei Bedarf auch gemischt werden können. Diese beiden Komponenten können beispielsweise von einem Beton und einem Schnell-Abbindemittel für Beton gebildet werden. Es ist jedoch ebenso möglich, dass als erste Komponente eine Außenschicht, beispielsweise aus einem gut isolierenden, wetterfesten Kunststoffmaterial und als zweite Komponente eine Innenschicht aus Beton aufgebracht wird.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die zweite Vorrichtung zum Aufbringen oder der wenigstens eine an dieser angeordnete Behälter über wenigstens eine Materialzufuhrleitung mit wenigstens einem Vorratsbehälter verbunden sind.
- Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Materialzufuhrleitung mittels wenigstens einer Tragvorrichtung auf einem Niveau oberhalb der Flughöhe des Fluggeräts gehalten wird. Hierdurch wird die Zufuhr des Materials zum Fluggerät erleichtert.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Vorratsbehälter auf einem Niveau oberhalb der Flughöhe des Fluggeräts angeordnet ist. Hierdurch wird die Zufuhr des Materials zum Fluggerät zusätzlich erleichtert.
- Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Fluggerät mit wenigstens einem Auftriebsbehälter versehen ist. Ein derartiger Auftriebsbehälter, der mit einem Gas gefüllt sein kann, das leichter ist als Luft, reduziert die erforderliche Motorleistung zum Antrieb der Motoren des Fluggeräts und damit dessen Energiebedarf zur Aufrechterhaltung eines Schwebezustands.
- Das erfindungsgemäße System zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass das Fluggerät mit einem Empfänger versehen ist, der mit einem mit einem Steuergerät verbundenen Sender in Funkverbindung steht. Hierdurch ist in einfacher Weise ein Eingriff in die Steuerung des Fluggeräts durch einen am Boden befindlichen Bediener möglich. Generell kann jedoch ein Programm („der Bauplan“) zum durch einen schichtenweisen Materialauftrag erfolgendes Errichten der Wände eines Bauwerks, einschließlich der in den Wänden vorgesehenen Öffnungen, auch in einem Programmspeicher des Fluggeräts selbst angeordnet sein.
- Ein Programmspeicher, der im Fluggerät selbst oder in einem bodennah angeordneten, in Funkverbindung mit dem Fluggerät stehenden Steuergerät vorgesehen ist, dient zur Speicherung wenigstens eines Arbeitsprogramms mit Positionsdaten für das Fluggerät und mit Material-Dosierungsdaten für die Vorrichtung und/oder die Pumpe.
- Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Fluggerät von einer Drohne gebildet wird. Eine Drohne ist mittels einer Vielzahl von Rotoren in vielfacher Weise in alle Richtungen bewegbar und kann daher mittels des aufgebrachten Materials auch komplexe Formen und Konturen erzeugen.
- Eine bevorzugte Anwendung eines erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass das Fluggerät zum Errichten einer Wand eines Gebäudes verwendet wird. Die Vorrichtung zum Aufbringen von Material ist dabei besonders bevorzugt zum Aufbringen von Beton verwendbar.
- Es ist weiterhin vorteilhaft für ein erfindungsgemäßes System, wenn das Fluggerät mit wenigstens einer Vorrichtung zum Anbringen von Anbauteilen versehen ist. Derartige Anbauteile können beispielsweise von Schalungsvorrichtungen, von Fenster- oder Türzargen oder von Armierungsteilen, wie beispielsweise in eine Gebäudedecke einzuarbeitende Fasermatten oder Stahlmatten gebildet werden. Mittels eines erfindungsgemäßen Systems können derartige Matten sogar durch entsprechende kreuzende Bewegungsbahnen eines oder mehrerer Fluggeräte aus einem beispielsweise aus einer zweiten Vorrichtung extrudierten „Faden“ nach Art eines Spinnennetzes gewebt werden.
- Das erfindungsgemäße System kann auch mehrere Fluggeräte umfassen, die mittels einer gemeinsamen Steuervorrichtung synchron zur Realisierung eines gemeinsamen Bauplanes bewegbar sind. Die einen Teil des Systems bildende Steuervorrichtung bzw. die Steuergeräte sind bevorzugt mit einer Software-Applikation ausgestattet, durch welche zur Realisierung von Bauwerken CAD-Daten eines Bauplans in GPS-Koordinaten eines oder mehrere Fluggeräte und besonders bevorzugt auch umgekehrt zur Entwicklung von Bauplänen GPS-Koordinaten in CAD-Daten umgewandelt werden können. Des Weiteren können die GPS-Koordinaten auch zur Kontrolle der IST-Werte (zur Bauüberwachung oder Qualitäts-Kontrolle) im Steuergerät aufgezeichnet werden.
- Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, komplexe Strukturen von Bauwerken sehr viel schneller und effizienter zu produzieren. Die dabei erzielbare Kostenreduktion beträgt rund 30 % gegenüber einer herkömmlichen Bauweise.
- Das erfindungsgemäße System kann aufgrund des flexiblen Einsatzes, der hohen Produktionsgeschwindigkeit und seiner Kosteneffizienz einen bedeutsamen Beitrag zur schnelleren Schaffung günstigen Wohnraums liefern. Die additive Fertigungsweise ermöglicht einen besonders sparsamen Umgang mit dem Material und somit mit unseren natürlichen Ressourcen. Das erfindungsgemäße System kann auch in engen Baulücken zum Einsatz kommen, bei denen sonst bei Verwendung herkömmlicher Gerüste oder Kräne erhebliche Beeinträchtigungen für die nähere Umgebung einer Baustelle entstehen. Neben dem Errichten von Gebäuden sind auch andere vorteilhafte Anwendungen für ein erfindungsgemäßes System, beispielsweise beim Errichten von Staudämmen oder Brücken oder beim Aufbringen von Straßenbelägen, denkbar.
- Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Systems unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische Ansicht eines Fluggeräts mit einem integrierten Material-Behälter und einer Düse zum Auftragen des Materials, -
2 eine schematische Ansicht eines Fluggeräts mit einem integrierten Material-Behälter und einer Düse zum Auftragen des Materials mit einem zusätzlichen externen Auftriebskörper, -
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Materialzufuhrleitung, die ein Fluggerät mit einem bodennahen Vorratsbehälter verbindet und -
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Materialzufuhrleitung, die ein Fluggerät mit einem in einer erhöhten Position angeordneten Vorratsbehälter verbindet. - In
3 und4 sind zwei verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Systems10 dargestellt. Das erfindungsgemäße System10 umfasst eine erste Vorrichtung20 , die von einem mit wenigstens einem Rotor21 versehenen Fluggerät20 gebildet wird. - Zwei verschiedene Ausführungsformen eines derartigen, bevorzugt von einer Drohne mit mehreren Rotoren
21 gebildeten Fluggeräts20 sind in den1 und2 beispielhaft schematisch dargestellt. - Das erfindungsgemäße System
10 umfasst, wie in den1 und2 dargestellt, ferner wenigstens eine zweite Vorrichtung27 zum Aufbringen von Material. Die wenigstens eine zweite Vorrichtung27 ist nach Art einer Düse oder nach Art eines Druckkopfes ausgebildet und steht über eine Förderleitung26 mit einer Pumpe24 in Verbindung. - Die Pumpe
24 ist eingangsseitig über wenigstens eine Zufuhrleitung25 mit wenigstens einem Behälter23 bzw. mehreren Behältern231 und232 verbunden, die zur Bevorratung oder zur Pufferung eines insbesondere flüssigen oder pastösen Materials dienen. - Das Material in wenigstens einem der Behälter
231 ,232 kann jedoch auch pulverförmig oder fest gebildet sein und mit einer Flüssigkeit aus dem anderen Behälter232 ,231 in der zweiten Vorrichtung27 zu einer pastösen Masse vermischt oder durch Erwärmung geschmolzen werden. Sofern mehrere Behälter231 ,232 vorgesehen sind, können diese entweder dasselbe Material oder aber unterschiedliche Komponenten zur Erzeugung einer in der zweiten Vorrichtung27 gebildeten Material-Mischung – beispielsweise eines Betons als erste Komponente und eines Härters zum schnelleren Aushärten des Betons als zweite Komponente beherbergen. - Die Behälter
23 ;231 ,232 sind bevorzugt innerhalb eines Gehäuses22 des Fluggeräts20 angeordnet. Alternativ oder ergänzend ist jedoch auch eine Anordnung nicht dargestellter externer Behälter am Gehäuse22 möglich. - Das Fluggerät
20 ist, wie in den1 und2 dargestellt, zusätzlich mit wenigstens einer Vorrichtung28 zur Anbringung von Anbauteilen versehen. Diese Anbauteile können beispielsweise von Schalbrettern gebildet werden, die zu beiden Seiten der Vorrichtung27 das eingebrachte Material während des Auftragens begrenzen. - Zur Reduzierung der für den Betrieb der Rotoren
21 zur Erzeugung eines Schwebezustands des Fluggeräts20 erforderlichen Leistung sind bevorzugt Auftriebsbehälter29 bzw.291 im oder am Gehäuse22 angeordnet. Die intern im Gehäuse22 als separate Kammern angeordneten Auftriebsbehälter29 bzw. die extern am Gehäuse22 beispielsweise in Form eines umlaufenden Schlauches angeordneten Auftriebsbehälter291 beherbergen ein Gas, das ein geringeres spezifisches Gewicht als Luft aufweist, beispielsweise Helium. - Die Fluggeräte
20 werden entweder zum Befüllen der Behälter23 ;231 ,232 jeweils an eine Ladestation geflogen oder sie sind, so wie dies in den3 und4 dargestellt ist, besonders bevorzugt über Materialzufuhrleitungen30 mit wenigstens einem Vorratsbehälter40 verbunden. In oder an diesen Vorratsbehälter an40 ist bevorzugt eine weitere Pumpe42 angeordnet, mittels der das Material aus dem Vorratsbehälter40 über die Materialzufuhrleitung30 zu den Behältern23 ;231 ,232 oder direkt zur zweiten Vorrichtung27 gefördert wird. - Die Materialzufuhrleitung
30 ist mit dem Vorratsbehälter40 über ein Anschlussstück34 und mit dem Fluggerät20 über ein Anschlussstück32 verbunden. - Um das Fluggerät
20 vom Gewicht der Materialzufuhrleitung30 und des darin befindlichen Materials zu entlasten, sind bevorzugt Tragvorrichtungen50 vorgesehen, die wenigstens einen im wesentlichen horizontalen Ausleger51 und wenigstens eine vertikale Tragsäule53 bzw. wenigstens ein Traglager52 aufweisen. An diesen Tragsäulen53 und Auslegern51 ist die Materialzufuhrleitung30 mittels Halterungen54 bzw.56 gelagert. - Im Ausführungsbeispiel gemäß
3 ist der Vorratsbehälter40 bodennah angeordnet, so dass das Material über die Materialzufuhrleitung30 von unten zu dem in der Luft schwebenden Fluggerät20 gefördert werden muss. - Im alternativen Ausführungsbeispiel gemäß
4 ist der Vorratsbehälter40 auf einem in der Nachbarschaft bereits bestehenden Gebäude70 angeordnet. In diesem Fall ist die erforderliche Leistung der Pumpe42 zur Förderung des Materials über die Materialzufuhrleitung30 zum Fluggerät20 deutlich geringer. - Das erfindungsgemäße System dient bevorzugt zum Errichten wenigstens einer Wand
60 eines Gebäudes70 . - Die Steuerung des erfindungsgemäßen Systems erfolgt bevorzugt mittels eines in
4 dargestellten Steuergeräts80 , das über wenigstens einen Programmspeicher82 und wenigstens einen Sender84 verfügt. Der Sender84 steht mit einem am Fluggerät20 angeordneten Empfänger86 in Funkverbindung. - Der Programmspeicher
82 enthält einen Bauplan für das Gebäude70 , in dem für die einzelnen Wände60 sämtliche Positionen und Maße einschließlich der erforderlichen Aussparungen für Türen und Fenster als CAD-Daten hinterlegt sind. Der Programmspeicher82 enthält auch die durch die zweiten Vorrichtungen27 an den jeweils von den Fluggeräten20 angeflogenen Positionen abzugebenden erforderlichen Mengendaten des Materials, die durch eine entsprechende Ansteuerung der Pumpen24 bzw.42 oder nicht dargestellten Ventile gesteuert werden. Das Steuergerät80 setzt diese CAD-Daten mittels eines Prozessors in GPS-Daten um, die mittels des Senders84 an dem Empfänger86 gesendet werden, mittels derer das Fluggerät20 die entsprechenden Positionen zum Aufbringen des Materials nacheinander anfährt. - Umgekehrt können auch GPS-Signale des Fluggeräts
20 von einem Sender am Fluggerät20 an einen nicht dargestellten Empfänger am Steuergerät80 übertragen werden und daraus Daten für einen Bauplan eines zu errichtenden Bauwerks ermittelt werden. - Das erfindungsgemäße System mit dem Fluggerät
20 kann auf dieselbe Art auch zur Vermessung fertiger Bauwerke70 verwendet werden, wodurch der exakte Ist-Zustand eines Bauwerks ermittelt werden kann. Dies dient zum einen der Qualitätskontrolle bei der Abnahme, wie auch einer periodischen Überwachung von Veränderungen an einem Gebäude, beispielsweise einer Absenkung infolge des Nachgebens von Fundamenten durch Erdsenkungen, Erdbeben oder Erdstöße. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- System
- 20
- Fluggerät (erste Vorrichtung, z.B. Drohne)
- 21
- Rotor
- 22
- Gehäuse
- 23
- Behälter (für Material)
- 231
- Behälter (für Material-Komponente 1)
- 232
- Behälter (für Material-Komponente 2)
- 24
- Pumpe
- 25
- Zufuhrleitung
- 26
- Förderleitung
- 27
- (zweite) Vorrichtung (zum Aufbringen von Material, z.B. Düse oder Druckkopf)
- 28
- Vorrichtung (zur Montage von Anbauteilen)
- 29
- Auftriebsbehälter (intern in
22 ) - 291
- Auftriebsbehälter (extern an
20 ) - 30
- Materialzufuhrleitung
- 32
- Anschlussstück (von
30 an23 ) - 34
- Anschlussstück (von
30 an40 ) - 40
- Vorratsbehälter
- 42
- Pumpe
- 50
- Tragvorrichtung
- 51
- Ausleger
- 52
- Traglager
- 53
- Tragsäule
- 54
- Halterung
- 56
- Halterung
- 60
- Gebäudeteil (Wand)
- 70
- Gebäude
- 80
- Steuergerät
- 82
- Programmspeicher
- 84
- Sender
- 86
- Empfänger
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2004/065707 A2 [0002]
Claims (15)
- System (
10 ) umfassend wenigstens eine gesteuert verfahrbare erste Vorrichtung (20 ) und wenigstens eine an dieser angeordnete zweite Vorrichtung (27 ) zum Aufbringen von Material, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine gesteuert verfahrbare erste Vorrichtung (20 ) von einem mit wenigstens einem Rotor (21 ) versehenen Fluggerät (20 ) gebildet wird, das wenigstens einen Behälter (23 ;231 ;232 ) zum Bevorraten des Materials aufweist. - System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung (
27 ) wenigstens eine Düse (27 ) umfasst. - System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Behälter (
23 ;231 ;232 ) mit der zweiten Vorrichtung (27 ) mittels wenigstens einer Pumpe (24 ) verbunden ist. - System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (
20 ) wenigstens zwei Behälter (231 ;232 ) aufweist. - System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Behälter (
231 ;232 ) zur Aufnahme unterschiedliche Komponenten des Materials geeignet sind, die über die zweite Vorrichtung (27 ) mischbar sind. - System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung (
27 ) oder der wenigstens eine Behälter (23 ;231 ;232 ) über wenigstens eine Materialzufuhrleitung (30 ) mit wenigstens einem Vorratsbehälter (40 ) verbunden sind. - System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Materialzufuhrleitung (
30 ) mittels wenigstens einer Tragvorrichtung (50 ) auf einem Niveau oberhalb der Flughöhe des Fluggeräts (20 ) gehalten wird. - System nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (
40 ) auf einem Niveau oberhalb der Flughöhe des Fluggeräts (20 ) angeordnet ist. - System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (
20 ) mit wenigstens einem Auftriebsbehälter (29 ;291 ) versehen ist. - System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (
20 ) mit einem Empfänger (86 ) versehen ist, der mit einem mit einem Steuergerät (80 ) verbundenen Sender (84 ) in Funkverbindung steht. - System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (
80 ) wenigstens einen Programmspeicher (82 ) zur Speicherung wenigstens eines Arbeitsprogramms mit Positionsdaten für das Fluggerät (20 ) und mit Material-Dosierungsdaten für die Vorrichtung (27 ) und/oder die Pumpe (24 ) aufweist. - System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (
20 ) von einer Drohne (20 ) gebildet wird. - System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (
20 ) zum Errichten einer Wand (60 ) eines Gebäudes (70 ) verwendet wird. - System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (
27 ) zum Aufbringen von Beton verwendbar ist. - System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (
20 ) mit wenigstens einer Vorrichtung (28 ) zum Anbringen von Anbauteilen versehen ist.
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