WO2017134223A1 - Transportmittel und transportsystem sowie verfahren zu ihrem betrieb - Google Patents

Transportmittel und transportsystem sowie verfahren zu ihrem betrieb Download PDF

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WO2017134223A1
WO2017134223A1 PCT/EP2017/052380 EP2017052380W WO2017134223A1 WO 2017134223 A1 WO2017134223 A1 WO 2017134223A1 EP 2017052380 W EP2017052380 W EP 2017052380W WO 2017134223 A1 WO2017134223 A1 WO 2017134223A1
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transport
drive
rail
transport means
elements
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Michael PROF. DR. TEN HOMPEL
Philipp WRYCZA
Martin Fiedler
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    • A63H27/00—Toy aircraft; Other flying toys
    • A63H27/12—Helicopters ; Flying tops
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
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    • B64C29/0016—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers
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    • B64U2201/10—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS]
    • B64U2201/104—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS] using satellite radio beacon positioning systems, e.g. GPS

Definitions

  • the present invention is in the field of mechanical engineering and electrical engineering and can be used with particular advantage in various sectors of logistics.
  • rail-bound transport systems are known in which means of transport can be moved within a rail network between different points.
  • the transport path is effected here by a switch system, which is controlled either by an operating point outside the means of transport or by a vehicle driver or automatic control unit traveling individually with the rail vehicle.
  • switch system which is controlled either by an operating point outside the means of transport or by a vehicle driver or automatic control unit traveling individually with the rail vehicle.
  • Such systems are implemented, for example, in the form of rail networks and other rail-based transport systems. light, but in a more abstract interpretation of the term "rail” also by pneumatic tube systems in which the transport means leading tubes each form rail elements.
  • transport systems are known that require less infrastructure, such as the operation of aircraft drones that can be controlled by GPS systems.
  • the present invention is based on the background of the prior art the object to provide a means of transport and / or a transport system that allow the driving of a destination with the least possible total effort with the lowest possible requirements for an existing infrastructure.
  • the invention relates to a transport means having an outer member and an inner member disposed within its outer contour, the inner member having a drive means with at least one aeronautical drive element, the inner member is at least temporarily movably mounted on the outer member and the outer member at least one circumferential circumferential has a rollable contour.
  • the rollable contour of the outer element allows a movement of the transport means on a base by simply rolling the outer element.
  • the pad can be formed either by a flat or curved surface, or even completely or partially by rail elements.
  • rail elements may for example be formed as strand-like elements, for example webs or strips, ropes or wires, or also, as will be explained in more detail below, for example as pipes, Half pipes, gutters or grooves.
  • an aeronautical drive element or a combination of several aeronautical drive elements can generate a torque or a thrust force by means of which the transporting means can be set in a rolling motion or can be accelerated translationally.
  • the decisive factor for the effect of the drive is the direction in which a thrust force or a rotational acceleration is generated. If, for example, the means of transport lies on a flat surface or rail and a thrust force is generated by means of an aviation drive element which has a horizontal component parallel to the surface on which the means of transport is located, then a translational movement of the transport means over the surface can be produced.
  • the aviation drive element may generate a torque on the inner element or to displace the inner element into rotation, wherein due to the principle of actio and reactio the outer element can be set in an opposite rotational movement and thus a rolling movement of the transport means can be generated.
  • the inner element may have a plurality, in particular 2, 3, 4, 5, 6 or more than 6, more than 8, more than 10 or more than 12 aviation drive elements, each of which may be individually controllable with respect to the thrust generated.
  • the thrust can be controlled, for example, by adjusting the pitch, that is, by an angle of attack of rotor blades or by a speed.
  • the aviation drive elements can be arranged side by side and in particular with respect to their respective axes of symmetry or the respective thrust directions generated by them in a fixed, in particular invariable angle to each other.
  • the overall thrust direction or a torque can be generated by a coordinated control of the thrust of the individual aeronautical drive elements.
  • the orientation of the total thrust force with respect to the inner element can be fixed.
  • the aeronautical drive elements can be next to each other equidistantly to each other, in particular circular or in the form of a regular
  • Arranged polygon They can be placed in openings of a flat circular be arranged disc, wherein the disc is a part of the inner element.
  • the rollable contour of the means of transport can be rollable along one or more different circumferential directions; in particular, the means of transport can be rollable in any direction.
  • the contour of the transport means may comprise rollers which are rotatably mounted within the outer member relative to this or the outer contour may itself constitute an abrollcalledes element as the outer surface of the outer member and be firmly and immovably connected to the outer member.
  • the axis of the rolling motion can be in this case in the middle of the outer element. In this case, no rotatable mounting of a rolling element with respect to the outer element is necessary.
  • a guide element can be arranged, which can be controlled pivoting or rotatable.
  • the aeronautical propulsion elements can also be beneficial without
  • Be arranged guide elements and the aviation drive can also be controlled solely by thrust control.
  • the inner member may be first rotated with some or all of the aviation propulsion elements through an asymmetric thrust distribution and then operated with a horizontal thrust component.
  • a load-holding device on the inner element can be rotated such that its position and orientation remain unchanged at a desired position / orientation. This can be done by means of a support sensor on the load-holding device or by means of an orientation sensor. It is also possible to detect the movement of the inner element and to calculate a compensating movement of the load-holding device. An antria between the inner element and the load holding device can then generate a relative movement between these two elements with the aim of stabilizing the load holding device with respect to its orientation in space.
  • the means of transport can be moved by suitable control of the aeronautical driving elements in all directions. If rail elements are present on which the means of transport can be moved, then the transport direction is determined by the rail elements. The fact that the means of transport itself rolls, no chassis or wheel needed.
  • the drive of the means of transport is very flexible through the use of one or more aeronautical propulsion elements.
  • the aviation drive elements are at least temporarily arranged exclusively within the outer contour of the outer element.
  • the retraction of the aviation drive elements in the outer contour of the outer member ensures that a free rolling of the transport means in all directions is possible without the aviation drive elements can be damaged or collide with obstacles outside of the means of transport.
  • the aeronautical drive elements are arranged exclusively within the outer contour of the outer element.
  • At least one, in particular several or all aeronautical drive elements are fully or partially extendable beyond the outer contour of the outer element addition.
  • drive systems with one or more propellers conceivable that are temporarily extendable for driving the transport, but also embodiments are conceivable in which one or more propellers are arranged exclusively within the contour of the outer element, as long as the entry and exit of an air flow through the outer element is made possible for the aeronautical drive elements.
  • aviation drive elements are basically all types of movable elements conceivable that can produce a thrust in the air atmosphere, such as propellers, propellers, turbines or jet engines.
  • the outer element has a circular cross-section at least at one point.
  • the contour of the outer element is spherical, cylindrical, barrel-shaped or cylindrical in shape with a sidecut or constriction. In a spherical design of the transport this can roll very freely in all directions, while a roller-shaped training a rolling movement in each case only allows in two directions and for changing the rolling direction, first a rotation of the roller in the desired direction of travel is necessary.
  • the Abrollcore is sufficient on a rail, so that only the running on a rail part of the transport must be formed with a round cross-section.
  • the outer member at least one opening, in particular at least two openings, which extends from the outside of the Extending outer element to an interior of thelusterelemen- tes, in which the inner element is arranged.
  • the outer element has a plurality of openings, so that an air flow through the outer element in many places is possible. This is the case, for example, in the case of a wire-lattice-like expression of the outer element, or if the outer element has a multiplicity of adjacent through-openings.
  • an advantageous embodiment of the invention can provide that the inner element is rotatably mounted on the outer element about an axis fixed with respect to the outer element.
  • the rolling movement can be designed such that the outer element rotates about the fixed axis.
  • the inner element are rotated relative to the outer member about the fixed axis in the opposite direction sense such that the inner member remains rotationally fixed with respect to the base.
  • the inner element is rotatably mounted on the outer element about at least two axes fixed relative to the outer element and / or an intermediate element.
  • the inner element is rotatably mounted relative to the outer element by a multi-stage, gimbal suspension about a plurality of axes, so that even with a rolling movement of the outer member about an arbitrarily selected axis the
  • Inner element rotatable about the same axis in the opposite direction and thus rotatably fixed relative to the ground can be fixed.
  • the rotatability of the inner element about a single axis or, on the other hand, rotatability about different axes within the outer element it can be provided that the inner element is rotatably mounted in one or more bearings (s) fastened to the outer element and / or an intermediate element.
  • bearings can be used as rotation bearings, for example in the form of
  • the rotatability of the inner element relative to the outer element can also be ensured by the inner element being displaceably mounted on an inner surface of the outer element, in particular by means of a rolling body element. If the outer element has a cylindrical or spherical inner surface, then the inner element can be fitted into this surface in such a way that it slides on the surface.
  • the inner element in the case of a cylindrical inner surface of the outer element, the inner element is rotatable about a single axis, while it is rotatable relative to the outer element about different axes if this has a spherical inner surface on which the inner element is guided.
  • the inner element may be guided slidingly or by means of roller bearings on the outer element, or friction-reducing liquids or gels may also be used.
  • an electromotive drive can also be provided, which can be realized by the inner element and the outer element are driven directly relative to each other by means of a stator attached to one of the elements and an anchor attached to the other element ,
  • a winding in the stator or in the rotor with a current or a voltage can be applied to produce a relative torque between the stator and the rotor.
  • An aeronautical propulsion system can be realized for the means of transport in that the inner element has an aviation drive with one or more aeronautical propulsion elements, in particular with propellers, by means of which it generates a torque about an axis of rotation and / or a thrust force with a horizontal component on the inner element can be.
  • a force can be generated parallel to a base surface or a rail, so that the transport can be offset by the aviation drive in a rolling motion on the base.
  • the aviation drive to exert a torque on the inner element which causes the outer element to experience a torque in the opposite direction according to the principle "actio equals reaction". This also makes it possible to generate a rolling movement of the means of transport.
  • Torques can be generated by the aviation drive, for example by acceleration of rotational movements or, in the presence of multiple aerospace propulsion elements, by different speeds, the different speeds can be compensated or reinforced by different angles of attack of rotor blades.
  • the transport route can be made dependent on the overall energy efficiency, on the time required for the transport or on the occupation of certain transport routes by other means of transport.
  • a holding device for a load to be transported to be firmly connected to the inner element. In this case, it may be useful to hold by relative movements between the inner member and the outer member, the inner member substantially rotationally fixed to also hold the load held in it rotatably.
  • a holding device for a load to be transported relative to the inner element is rotatable about at least one axis, in particular about two axes.
  • a control device or control device for controlling or regulating the position and / or orientation of the holding device relative to the inner element can additionally be provided, which generates a relative rotational movement between the holding device and the inner element, which ensures a rotationally fixed positioning of the load in which the inner element can provide independent of rotation of the element.
  • a gyroscope can be used for such a control.
  • the aeronautical drive elements can basically have internal combustion engines.
  • the aerodynamic drive element (s) of the inner element can be driven exclusively by electric motors. Electric motors are powerful and lightweight to produce and very easy to control, and also the operation of extremely low volume is possible.
  • the aeronautical drive element (s) of the inner element at least partially each have a control device for the angle of attack of rotor blades, wherein in particular the aeronautical drive elements can be driven in particular by internal combustion engines.
  • Combustion engines are not as flexible and quickly controllable in terms of their speed as electric motors, but this can be compensated by a rapid control of the angle of attack of rotor blades.
  • a comfortable as possible rotationally fixed positioning of the inner element or, for example, a holding device within the inner element can be ensured by providing a control device which is adapted to stabilize the inner element rotationally fixed independently of a rotational movement of the outer element, in particular by / the aviation drive (s) and / or an electric motor drive, which has a stator and a rotor, one of which element is connected to the outer element and the respective other element with the inner element.
  • an acceleration sensor for example a gyroscope, can be provided on the inner element.
  • the invention relates, in addition to a means of transport of the type described above and described, also to a transport system with at least one means of transport of the type mentioned above and with a rail element for unrolling at least one rollable contour of the means of transport.
  • the interaction of the transport means with the rail element or a system of rail elements shows the advantage of a resource-saving transport by the described means of transport.
  • an existing pneumatic tube system can be used, wherein the Drive the means of transport in the pneumatic tube system is not caused by air pressure that supplies the pipe system and controls, but by the built-in transport means drive. Height differences can be overcome by means of the transport system, for example, that the rail element extends at least partially with a slope. By its own drive, the means of transport can also roll uphill or downhill automatically along a rail element. It can also be advantageously provided that an inductive means for recovering electrical energy during the
  • At least two parallel rail elements are provided, on which the transport means unrolls and which lead to a supply voltage for an electric drive of the means of transport.
  • Such rail elements may be formed as a strand-shaped metallic rails or as tensioned wires or cables made of metal.
  • one or more or all rail elements are formed by a channel which is closed or half open in cross section, in particular within a pipe or a gutter or a half pipe.
  • the transport has a storage device in which data of a destination are stored, and that the transport a Navigation device which operates on a rail fork, either an element of the means of transport or an element of the rail crotch to control a continuation of the movement over one of the interconnected rail elements.
  • the drive in the means of transport can be adjusted by the navigation device in the means of transport itself in such a way that the means of transport is provided by its own Moves drive at the fork to the selected rail element and thus selects the right continuing transport path.
  • the navigation device which can operate for example by means of a GPS system, can also effect a steering of the aviation drive during a movement independent of rails.
  • the height component in the form of the ascertained height above ground level or above sea level is also determined and controlled during navigation in order to control the altitude at flown partial sections.
  • the navigation device can be arranged and fastened, for example, to the inner element or directly to a load-holding device.
  • the outer skin of the outer element may be formed as an antenna or part of an antenna for the navigation system.
  • the navigation device which is arranged on or in the means of transport, a stationary switch, which actuates a mechanical actuating device on the rail elements, which ensures a desired control of the further rail path for the means of transport.
  • the navigation device of the means of transport can be connected via a radio link with the stationary switch.
  • it can also be provided by other forms of communication, such as light or infrared signals, or a mechanical actuation of a switch in the desired shape.
  • the corresponding signals originate from the means of transport itself or the navigation device arranged in it.
  • the means of transport searches itself in this way a transport path to the destination stored in it.
  • the invention also relates to a method for operating a means of transport, which can be provided that in a first movement section, the transport rolls by rotation about one of its axes and in one preceding or subsequent movement section by means of an aviation drive flies.
  • This operation describes the combination of different transport path sections, such as a taxiway and a flight path in any order.
  • the mode of transport of a means of transport is currently new in the described form and allows an efficient travel distance to a destination.
  • the inner member in a movement section in which the transport moves by rolling, the inner member is rotatably stabilized against the rolling motion.
  • the entire means of transport can be stabilized in space by a corresponding control of the aviation drives.
  • the inner element can still be stabilized with respect to the outer element by its own drive.
  • the thrust force of an aerospace drive of the inner element with respect to the vertical direction, which is defined by gravity, is inclined to a To drive rolling movement of the outer element.
  • Appropriate alignment of the thrust may be accomplished by suitable alignment of an aeronautical drive or an element of a drive, for example by tilting a propeller or a jet engine or rotating it in the desired direction of travel.
  • a plurality of aeronautical drive elements will be provided on a transport means, which are spaced apart from each other, for example distributed in a triangle, quadrangle or polygon or on a circular path on the circumference of the inner element.
  • Resulting torques can also be generated by controlling individual aviation drives with respect to the pitch, ie the angle of attack, the propellers.
  • a load holder connected to the inner element is stabilized against rotation. This can be done by causing an oblique Position of the drive of the inner element a load holder is rotated by the drive.
  • a navigation device of the transport means on a rail fork on the basis of in a storage device of the transport stored data of a
  • the navigation system installed in the means of transport can determine its current location and determine the route to the destination by means of a location-determining device.
  • the desired rail element can be at the fork by an independent
  • Alignment of the means of transport and a suitable orientation of the rolling motion can be selected.
  • it can be operated by the transport and a stationary switch device in the rail system, which leads to a mechanical coding of the rail system, ie effectively blocking the wrong, not selectable rail elements, so that the transport itself automatically on the appropriate rail on emotional.
  • the means of transport can actuate the switch in the rail system via a radio link or another remote-acting connection.
  • FIG. 10 shows an example of a transport means, in which the outer element is formed like a lattice, as well as
  • FIG. 11 different forms of outer elements of a means of transport.
  • Figure 1 shows a round, rollable outer contour of an outer element 1, which may be formed for example as a ball.
  • the wall of the outer element is shown schematically; It is a thin-walled ball which has a spherical inner space 2. I am this one
  • Interior element 3 which has a holding device 4 for a load to be transported 5 and an aviation drive with a plurality of aeronautical drive elements 6, 7.
  • the aeronautical drive elements each have a rotor unit 8 with one or more individual motors and in each case one or more propellers or propellers 9.
  • Several of these aeronautical drive elements are attached to the periphery of the holding device 4 and preferably distributed equidistantly in the circumferential direction. Two, three, four or more such aeronautical drive elements may be provided on the inner element 3.
  • the motor units 8 of the aviation drive elements can be designed as electric motors or as internal combustion engines.
  • Controls are usually provided which control the individual aeronautical drive elements with respect to the thrust.
  • the speed or the drive torque of the motors and / or an angle of attack are usually provided which control the individual aeronautical drive elements with respect to the thrust.
  • the inner element 3 is rotatably mounted on the inside of the outer element 1 by means of second fixed rotary bearings 10, 11.
  • the corresponding bearings are designed as a rotary bearing, either as a sliding bearing or as a rolling bearing.
  • FIG 2 an embodiment of a bearing 11 is shown, wherein an outer bearing ring IIa is attached to the outer member 1, while the inner bearing ring is integrated into the shaft stub 12.
  • Corresponding ball bearing cages 13, 14 with rolling elements are provided at an axial distance with respect to the shaft stub 12 from each other.
  • an electromechanical drive device in the form of an electric motor with an external stator 15 and a rotor 16 integrated in the shaft stub 12 is provided.
  • the rotor 16 has, for example, permanent magnets, so that a brushless drive can be formed by suitable control of the stator 15 by means of a voltage source 17.
  • an air exchange between the interior of the outer element 1 and the outer environment is provided.
  • openings may be formed as circular through holes, but also, as shown in more detail below, the outer element can be constructed like a grid and provided with a plurality of small openings.
  • 3 shows schematically a cardanic suspension of an inner element 3 on an outer element 1 by means of an intermediate element 21.
  • the inner element 3 is rotatably mounted on the intermediate element 21 by means of two bearings 10, 11, while the intermediate element 21 by means of two bearings which are similar to the bearings 10, 11 are constructed, is mounted on the outer element 1.
  • the axis of rotation formed between the bearings 10, 11 is arranged perpendicular to the axis of rotation 22 of the intermediate element 21.
  • other angles between the two axes of rotation may be provided, so that by combining two
  • Rotational movements about the various axes arbitrary rotational movements between the outer member 1 and the inner member 3 can be realized.
  • rotations of the outer member 1, which take place by rolling on a base in any direction be neutralized by suitable combined rotational movements about the two given axes of the gimbal so that the
  • Inner element 3 against the base can be held against rotation.
  • electromotive drives can be provided on both axes of rotation respectively in the bearings, as shown by way of example in FIG.
  • stabilization of the inner element 3 can also be effected solely by suitable actuation of the aeronautical drive elements 6, 7.
  • FIG. 4 shows, within an outer element 1, an inner element 3 in a view in which all aeronautical drive elements 6, 7 can be seen.
  • six aerospace propulsion elements are shown with propellers shown schematically.
  • FIG. 5 schematically shows a support 25 in the form of a straight flat surface on which a transporting means 68 can move by rolling.
  • the transporting means 68 has a spherical outer element 1 in which an inner element 3 is rotatably mounted. Schematically, two aeronautical drive elements 6, 7 are shown. It is further the thrust direction 26, 27 of the two aeronautical drive elements 6, 7 shown. Above the transport means 68, the resulting force action in the form of the arrow 28 is shown. The resulting force 28 can be decomposed into the two components 29, 30, wherein the force component 29 is directed vertically to the base 25 and can serve for lifting the transport means 68 in the air with sufficient size.
  • the horizontal component 30 is directed parallel to the surface of the base 25 and leads to a rolling movement of the transport means 68 on the base.
  • torques can also be exerted on the inner element 3, which can likewise lead to the generation of a rolling movement of the outer element. With a suitable orientation of the torque, however, this can also lead to a rotation of the inner element 3 relative to the outer element of the transport means 68.
  • the means of transport need not be spherical, but it is sufficient if it has a rollable contour.
  • the unrolling can take place on a more or less flat surface, but also on or in a rail.
  • Four contours 31, 32, 33, 34 are shown by way of example in FIG. 11, wherein a ball or roller mold 31 is shown on the upper left side, while to the right is shown a roll mold 32 with a constriction of the roll diameter in the central region. Bottom left is shown a roller mold 33 with two constrictions, the bottom of the constrictions each having a circular cross-section. It is conceivable in such a shape of a transport rolling on two adjacent rails that engage in the constrictions.
  • a barrel-shaped contour is shown, which can roll, for example, in a channel-shaped rail.
  • rails are provided for unrolling the means of transport, they can also serve, for example, a power supply by guiding an electrical supply voltage. It can as rails however Also gutters or tubes or openings with circular or oval diameter can be used. For example, an existing pneumatic tube system can be used with corresponding tubes, wherein the individual aviation drive elements can be used for driving the transport.
  • FIG. 6 shows by way of example a part of a rail system, the channel-shaped rail elements 35, 36, 37 being illustrated.
  • the illustrated rail elements form a switch, so that for a means of transport, which moves on the rail member 35 in the direction of the arrow 38, in principle, a further movement in the direction of the arrow 39 on the
  • Rail member 36 or in the direction of arrow 40 on the rail member 37 is possible.
  • blocking elements can be raised from the bottom gaps 41, 42, which block each one of the rail elements 36, 37 for the transport.
  • the turnout drive for the locking elements which is to be operated by means of a radio link from the transport itself.
  • the means of transport has for this purpose a navigation device, which is explained in more detail below, and controls, after it has determined a transport path, the points drive, so that the corresponding blocking element is activated on the not to be selected transport path and in the transport path as a barrier is retracted. The transport then moves over the other, unobstructed
  • Rail element continues on the desired path.
  • a means of transport can autonomously search for an optimized route to its destination. If several means of transport are used, however, a be provided, which stores the location of a plurality of means of transport and makes the data available for individual means of transport. Alternatively or additionally, a plurality of transport means can exchange information with each other about their whereabouts and planned further way in order to avoid collisions or double occupancy of transport routes in this way.
  • a self-control of the means of transport does not necessarily require the control of external switch elements, but by the steering ability, each means of transport at a fork can also automatically search the right turn and take the appropriate transport by steering the own rolling motion by means of available aviation drive elements or an electric motor drive.
  • a transport path is shown symbolically, which begins at point 43 in a tubular rail system and this passes through to point 44.
  • the means of transport symbolized by the arrow 45, lifts off the base and traverses a flight path 46 to the destination 47 at which a landing takes place.
  • the means of transport enters again into a rail system and passes through this to the destination 49, where the end of the transport path is reached.
  • the rail elements which are shown in the various figures, can at least partially extend with a slope, in order to allow the means of transport to overcome height differences in this way. If the means of transport moves downhill, energy can be recovered for the means of transport by means of a built-in device for converting mechanical into electrical energy, for example by using the electromotive drive, which is then operated as a generator.
  • FIG. 8 schematically illustrates the possible complexity of a transport path that starts at a start location 50 and leads to a rail system 52 after a first flight path 51.
  • the rail system 52 has a plurality of
  • FIG. 9 schematically shows a navigation device with peripheral elements, which can be integrated into the means of transport.
  • a central computing device 55 is provided, which has an input device 56 for indicating a destination.
  • the computing device is connected to a GPS system 57, which can determine an instantaneous position of the means of transport.
  • a database 58 contains data on maps and, for example, on the available infrastructure in the form of rail systems. From the current location and the entered destination can thus be determined in the computing device 55 of the navigation device, a transport path.
  • sensors 59 can be used to obtain status information about the transport environment, such as the occupancy of rail sections or important weather information for the flight sections.
  • the navigation device then provides information to a drive device 60 for the aeronautical drive elements as well as to a drive device 61, which drives electromotive drives.
  • a drive device 61 which drives electromotive drives.
  • points in track system sections lying on the transport path can be controlled via a transmission device 62.
  • a system is also conceivable in which a means of transport when entering a free rail section automatically locks it and releases it again when leaving the section, for example by actuating a signal switch.
  • Figure 10 shows an example of the formation of a means of transport as a ball or ball-shaped transport, said outer element has a grid-like structure with struts 63, 64, which in relation to the total weight and the static and dynamic stability can be optimized.
  • shaft stubs of a first inner element 67 are rotatably mounted in two diametrically opposite bearings 65 (opposite bearing concealed).
  • a second inner element 70 is rotatably mounted in bearings 68, 69 in the first inner element 67, so that a gimbal bearing is formed.
  • further inner elements can also be provided staggered one inside the other.
  • the second inner member has at its periphery six aeronautical drive elements in the form of motors, each driving propellers.
  • the inner element is not only rotatable relative to the outer element, but also displaceable and / or that the aeronautical drive elements are displaceable relative to the inner element.
  • the aeronautical drive elements can at least temporarily be advanced beyond the outer contour of the outer element, so that they can work with increased efficiency in flight operation.
  • a holding device for a load inside the inner element also rotatably arranged relative to the inner member for example, is mounted in rotary bearings, in order to stabilize the load independently of this in an inclined position or rotation of the inner element.
  • the holding device can be gimbal-mounted, for example, inside the inner element, as shown by way of example in the gimbal-bearing of the inner element on the outer element in FIG.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Transportmittel mit einem Außenelement (1, 31, 32, 33, 34, 63) und einem innerhalb von dessen Außenkontur angeordneten Innenelement (3, 67), wobei das Innenelement eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einem Luftfahrtantriebselement (6, 7) aufweist, - das Innenelement wenigstens zeitweise an dem Außenelement beweglich gelagert ist und das Außenelement wenigstens eine entlang eines Umfangs umlaufende rollfähige Kontur aufweist. Hierdurch wird ein energieeffizientes Rollen des Transportmittels ermöglicht und mittels der Luftfahrtantriebselemente ein äußerst flexibler Antrieb bereitgestellt.

Description

Transportmittel und Transportsvstem sowie Verfahren zu ihrem Betrieb
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und der Elektrotechnik und ist mit besonderem Vorteil in verschiedenen Sparten der Logistik einsetzbar.
Im Transportwesen stellt sich oft die Aufgabe, ein Transportmittel oder eine zu transportierende Last zu einem bekannten Zielort zu befördern. Hierzu ist eine Vielzahl von Lösungen mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen bereits bekannt geworden. Beispielsweise sind schienengebundene Transportsysteme bekannt, bei denen Transportmittel innerhalb eines Schienennetzes zwischen verschiedenen Punkten bewegt werden können. Der Beförderungsweg wird hier durch ein Weichensystem bewirkt, das entweder von einer Betriebsstelle außerhalb des Transportmittels oder von einem individuell mit dem Schienenfahrzeug reisenden Fahrzeugführer oder Steuerautomaten gesteuert wird. Solche Systeme sind beispielsweise in Form von Eisenbahnnetzen und anderen schienengebundenen Beförderungssystemen verwirk- licht, jedoch bei einer abstrakteren Auslegung des Begriffs "Schiene" auch durch Rohrpostsysteme, bei denen die das Transportmittel führenden Rohre jeweils Schienenelemente bilden.
Auf der anderen Seite sind Transportsysteme bekannt, die weniger Infrastruktur erfordern, wie beispielsweise der Betrieb von Flugdrohnen, die mittels GPS-Systemen gesteuert werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Transportmittel und/oder ein Transportsystem zu schaffen, die das Ansteuern eines Zielortes mit möglichst geringem Gesamtaufwand bei möglichst geringen Anforderungen an eine bestehende Infrastruktur ermöglichen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung durch ein Transportmittel gemäß Patentanspruch 1 und ein Transportsystem gemäß Patentanspruch 21 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 20 bzw. 23 bis 26zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen auf. Zudem gibt Patentanspruch 27 ein Verfahren zum Betrieb eines Transportmittels an, und Patentanspruch 33 ein Verfahren zum Betrieb eines Transportmittels oder eines Transportsystems.
Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Transportmittel mit einem Außenelement und einem innerhalb von dessen Außenkontur angeordneten Innenelement, wobei das Innenelement eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einem Luftfahrtantriebselement aufweist, das Innenelement wenigstens zeitweise an dem Außenelement beweglich gelagert ist und das Außenelement wenigstens eine entlang eines Umfangs umlaufende rollfähige Kontur aufweist.
Die rollfähige Kontur des Außenelements erlaubt eine Fortbewegung des Transportmittels auf einer Unterlage durch einfaches Abrollen des Außenelements. Dabei kann die Unterlage entweder durch eine ebene oder gekrümmte Fläche gebildet sein, oder auch ganz oder teilweise durch Schienenelemente. Derartige Schienenelemente können beispielsweise als strangförmige Elemente, beispielsweise Stege oder Leisten, Seile oder Drähte, gebildet sein, oder auch, wie weiter unten näher ausgeführt wird, beispielsweise als Rohre, Halbrohre, Rinnen oder N uten. Durch eine rollende Fortbewegung kann mit einem Transportmittel ein Zielort schnell und energiesparend erreicht werden. Das Transportmittel weist ein Innenelement mit wenigstens einem Luftfahrt- antriebselement auf, mittels dessen das Transportmittel antreibbar ist. Dabei kann ein Luftfahrtantriebselement oder eine Kombination von mehreren Luftfahrtantriebselementen ein Drehmoment oder eine Schubkraft erzeugen, mittels dessen bzw. deren das Transportmittel in eine Rollbewegung versetzt werden oder translatorisch beschleunigt werden kann. Ausschlaggebend für die Wirkung des Antriebs ist die Richtung, in der eine Schubkraft oder eine Drehbeschleunigung erzeugt wird. Liegt beispielsweise das Transportmittel auf einer ebenen Fläche oder Schiene und wird mittels eines Luftfahrtantriebselements eine Schubkraft erzeugt, die eine Horizontalkomponente parallel zu der Fläche aufweist, auf der das Transportmittel sich befindet, so kann hiermit eine translatorische Bewegung des Transportmittels über die Fläche erzeugt werden. Es kann mittels des Luftfahrtantriebselements auch ein Drehmoment auf das I nnenelement erzeugt oder das I nnenelement in eine Rotation versetzt werden, wobei aufgrund des Prinzips von actio und reactio das Außenelement in eine gegenläufige Drehbewegung versetzt und somit eine Rollbewegung des Transportmittels erzeugt werden kann. Das Innenelement kann mehrere, insbesondere 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr als 6, mehr als 8, mehr als 10 oder mehr als 12 Luftfahrtantriebselemente aufweisen, die jeweils einzeln bezüglich des erzeugten Schubs steuerbar sein können. Der Schub kann beispielsweise jeweils durch Einstellung des Pitch, das heißt durch einen Anstellwinkel von Rotorblättern oder durch eine Drehzahl steuerbar sein. Die Luftfahrtantriebselemente können nebeneinander und insbesondere bezüglich ihrer jeweiligen Symmetrieachsen oder der jeweils von ihnen erzeugten Schubrichtungen in einem festen, insbesondere unveränderlichen Winkel zueinander angeordnet sein. Dabei kann die Gesamtschubrichtung oder ein Drehmoment durch eine aufeinander abgestimmte Steuerung des Schubes der einzelnen Luftfahrtantriebselemente erzeugt werden. Die Ausrichtung der Gesamtschubkraft in bezug auf das I nnenelement kann unveränderlich sein. Die Luftfahrtantriebselemente können nebeneinander äquidis- tant zueinander, insbesondere kreisförmig oder in Form eines regelmäßigen
Vielecks angeordnet sein. Sie können in Öffnungen einer ebenen kreisförmi- gen Scheibe angeordnet sein, wobei die Scheibe einen Teil des I nnenelementes darstellt.
Die rollfähige Kontur des Transportmittels kann entlang einer oder mehrerer verschiedener Umfangsrichtungen rollfähig sein, insbesondere kann das Transportmittel in beliebigen Richtungen rollfähig sein.
Die Kontur des Transportmittels kann Rollen aufweisen, die innerhalb des Außenelementes gegenüber diesem drehbar gelagert sind oder die Außenkontur kann selbst als Außenfläche des Außenelementes ein abrollfähiges Element darstellen und fest und unbeweglich mit dem Außenelement ver- bunden sein. Die Achse der Abrollbewegung kann in diesem Fall in der Mitte des Außenelementes liegen. Es ist in diesem Fall keine drehbare Lagerung eines Abrollelementes gegenüber dem Außenelement notwendig.
Im Abluftstrom eines oder mehrerer Luftfahrtantriebselemente kann jeweils ein Leitelement angeordnet sein, das gesteuert schwenk- oder drehbar sein kann. Die Luftfahrtantriebselemente können allerdings vorteilhaft auch ohne
Leitelemente angeordnet sein und der Luftfahrtantrieb kann auch ausschließlich durch Schubsteuerung gelenkt werden.
Um eine Horizontalkomponente des Schubes des Luftfahrtantriebes zu erzeugen, kann das Innenelement mit einigen oder allen Luftfahrtantriebselemen- ten durch eine asymetrische Schubverteilung zunächst gedreht und dann mit einer Horizontalkomponente des Schubes betrieben werden.
Dabei kann beispielsweise eine Lasthalteeinrichtung an dem I nnenelement derart gedreht werden, dass ihr Position und Orientierung unverändert bei einer Sollposition/Orientierung bleibt. Dies kann mittels eines Trägeitssensors an der Lasthalteeinrichtung oder mittels eines Orientierungssensors geschehen. Es kann auch die Bewegung des I nnenelementes erfaßt und eine Ausgleichsbewegung der Lastenhalteeinrichtung berechnet werden. Ein Antrie zwischen dem I nnenelement und der Lastenhalteeinrichtung kann dann eine relativbewegung zwischen diesen beiden elementen erzeugen mit dem Ziel, die Lastenhalteeinrichtung bezgl ihrer Orientierung im Raum zu stabilisieren.
Auf einer ebenen Fläche kann somit das Transportmittel durch geeignete Ansteuerung der Luftfahrtantriebselemente in alle Richtungen bewegt werden. Liegen Schienenelemente vor, auf denen das Transportmittel bewegt werden kann, so ist die Transportrichtung durch die Schienenelemente festgelegt. Dadurch, dass das Transportmittel selbst rollt, wird kein Fahrgestell oder Rad benötigt. Der Antrieb des Transportmittels ist durch die Verwendung eines oder mehrerer Luftfahrtantriebselemente sehr flexibel.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Luftfahrtantriebselemente wenigs- tens zeitweise ausschließlich innerhalb der Außenkontur des Außenelementes angeordnet sind. Das Zurückziehen der Luftfahrtantriebselemente in die Außenkontur des Außenelements sorgt dafür, dass ein freies Abrollen des Transportmittels in alle Richtungen möglich ist, ohne dass die Luftfahrt- antriebselemente beschädigt werden oder mit Hindernissen außerhalb des Transportmittels kollidieren können.
Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass die Luftfahrtantriebselemente ausschließlich innerhalb der Außenkontur des Außenelementes angeordnet sind.
Dabei ist auch denkbar, dass wenigstens ein, insbesondere mehrere oder alle Luftfahrtantriebselemente ganz oder teilweise über die Außenkontur des Außenelementes hinaus ausfahrbar sind. Es sind beispielsweise Antriebssysteme mit einem oder mehreren Propellern denkbar, die zum Antrieb des Transportmittels zeitweise ausfahrbar sind, jedoch sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen ein oder mehrere Propeller ausschließlich innerhalb der Kontur des Außenelements angeordnet sind, solange das Ein- und Austreten eines Luftstroms durch das Außenelement zu den Luftfahrt- antriebselementen ermöglicht ist.
Als Luftfahrtantriebselemente sind dabei grundsätzlich alle Arten von beweglichen Elementen denkbar, die in der Luftatmosphäre eine Schubkraft erzeugen können, wie Luftschrauben, Propeller, Turbinen oder Jettriebwerke. Als Antrieb für solche Elemente kommen Verbrennungsmotoren, Elektro- motoren, jedoch auch jede andere denkbare Art von Motor in Frage.
Um ein komfortables und energiesparendes Abrollen des Transportmittels auf einer Unterlage zu ermöglichen oder zu erleichtern, kann vorgesehen sein, dass das Außenelement wenigstens an einer Stelle einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Hierzu kann konkret weiter vorgesehen sein, dass die Kontur des Außenelementes kugelförmig, walzenförmig, fassförmig oder walzenförmig mit einer Taillierung oder Einschnürung ausgebildet ist. Bei einer kugelförmigen Ausbildung des Transportmittels kann dieses sehr frei in alle Richtungen rollen, während eine walzenförmige Ausbildung eine Rollbewegung jeweils nur in zwei Richtungen ermöglicht und zur Änderung der Rollrichtung zunächst eine Drehung der Walze in die gewollte Fortbewegungsrichtung notwendig wird. Es sind aber grundsätzlich alle abrollfähigen Formen von Transportmitteln denkbar, wobei die Abrollfähigkeit auf einer Schiene ausreicht, so dass nur der auf einer Schiene ablaufende Teil des Transportmittels mit rundem Querschnitt ausgebildet sein muss.
Um einen für die Wirksamkeit der Luftfahrtantriebselemente notwendigen Luftstrom in das Transportmittel hinein und aus diesem heraus, d. h. insbe- sondere auch in die Kontur des Außenelements hinein bis zum Innenelement und vom Innenelement wieder durch das Außenelement nach außen, zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass das Außenelement wenigstens eine Öffnung, insbesondere wenigstens zwei Öffnungen, aufweist, die sich von der Außenseite des Außenelementes bis zu einem Innenraum des Außenelemen- tes erstrecken, in dem das Innenelement angeordnet ist.
Dabei kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass das Außenelement eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, so dass ein Luftstrom durch das Außenelement an vielen Stellen möglich ist. Dies ist beispielsweise bei einer draht- gitterartigen Ausprägung des Außenelements der Fall, oder wenn das Außenelement eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden durchgehenden Öffnungen aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass das Innen- element an dem Außenelement um eine in Bezug auf das Außenelement festgelegte Achse drehbar gelagert ist. Damit kann das Transportmittel durch ein Abrollen des Außenelements insgesamt auf einer Unterlage, beispielsweise auch auf einer Schiene, abrollen und sich dadurch translatorisch bewegen. Vorteilhafterweise kann die Rollbewegung derart gestaltet sein, dass das Außenelement um die festgelegte Achse rotiert. Gleichzeitig kann durch einen Antrieb, beispielsweise ein Luftfahrtantriebselement, das Innenelement gegenüber dem Außenelement um die festgelegte Achse im entgegengesetzten Richtungssinn derart gedreht werden, dass das I nnenelement in Bezug auf die Unterlage drehfest stehen bleibt. Es kann auch vorgesehen sein, dass das I nnenelement an dem Außenelement um wenigstens zwei in Bezug auf das Außenelement und/oder ein Zwischenelement festgelegte Achsen drehbar gelagert ist. I n diesem Fall ist das Innenelement gegenüber dem Außenelement durch eine mehrstufige, kardanische Aufhängung um mehrere Achsen drehbar gelagert, so dass auch bei einer Abrollbewegung des Außenelements um eine willkürlich gewählte Achse das
Innenelement um dieselbe Achse in der Gegenrichtung rotierbar und damit drehfest gegenüber dem Untergrund fixierbar ist.
Für beide Fälle, d. h. einerseits die Drehbarkeit des I nnenelements um eine einzige Achse oder andererseits die Drehbarkeit um verschiedene Achsen innerhalb des Außenelements, kann vorgesehen sein, dass das Innenelement in einem oder mehreren am Außenelement und/oder einem Zwischenelement befestigten Lager(n) drehbar gelagert ist. Derartige Lager können als Rotationslager, beispielsweise in Form von
Gleitlagern oder Wälzlagern, ausgebildet sein. Hiermit sind Lagerungen mit geringer Reibung verwirklichbar. Auch die Verwendung von Magnetlagern ist in diesem Zusammenhang denkbar. Die Drehbarkeit des I nnenelements gegenüber dem Außenelement kann auch dadurch gewährleistet sein, dass das I nnenelement an einer I nnenfläche des Außenelementes insbesondere mittels eines Wälzkörperelementes verschiebbar gelagert ist. Weist das Außenelement eine zylindrische oder kugelförmige Innenfläche auf, so kann das I nnenelement in diese Fläche derart eingepasst sein, dass es an der Fläche gleitet. Dabei ist das Innenelement im Fall einer zylinderförmigen I nnenfläche des Außenelements um eine einzige Achse drehbar, während es gegenüber dem Außenelement um verschiedene Achsen drehbar ist, wenn dieses eine kugelförmige I nnenfläche aufweist, an der das Innenelement geführt ist. Dabei kann das Innenelement am Außenelement gleitend oder mittels Wälzlagern geführt sein, oder es können auch reibungs- vermindernde Flüssigkeiten oder Gele Anwendung finden. Außer dem Antrieb des Transportmittels durch Luftfahrtantriebselemente kann zudem ein elektromotorischer Antrieb vorgesehen sein, der dadurch verwirklicht sein kann, dass das I nnenelement und das Außenelement mittels eines an einem der Elemente befestigten Stators und eines an dem jeweils anderen Element befestigten Ankers unmittelbar relativ zueinander antreibbar sind. Dabei kann eine Wicklung im Stator oder im Rotor mit einem Strom oder einer Spannung beaufschlagt werden, um ein relatives Drehmoment zwischen Stator und Rotor zu erzeugen.
Ein Luftfahrtantrieb kann für das Transportmittel dadurch realisiert werden, dass das I nnenelement einen Luftfahrtantrieb mit einem oder mehreren Luftfahrtantriebselementen, insbesondere mit Propellern, aufweist, mittels dessen/deren auf das I nnenelement ein Drehmoment um eine Rotationsachse und/oder eine Schubkraft mit einer Horizontalkomponente erzeugt werden kann. Damit kann durch Schrägstellung der Luftfahrtantriebselemente auf das Transportmittel eine Kraft parallel zu einer Unterlagefläche oder einer Schiene erzeugt werden, so dass das Transportmittel durch den Luftfahrtantrieb in eine Abrollbewegung auf der Unterlage versetzt werden kann. Es kann durch den Luftfahrtantrieb auch ein Drehmoment auf das I nnenelement ausgeübt werden, der dazu führt, dass das Außenelement ein Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung nach dem Prinzip "actio gleich reactio" erfährt. Auch hierdurch kann eine Abrollbewegung des Transportmittels erzeugt werden. Drehmomente können durch den Luftfahrtantrieb beispielsweise durch Beschleunigung von Rotationsbewegungen oder auch, bei Vorliegen mehrerer Luftfahrtantriebselemente, durch unterschiedliche Drehzahlen erzeugt werden, wobei die unterschiedlichen Drehzahlen zusätzlich durch verschiedene Anstellwinkel von Rotorblättern ausgeglichen oder verstärkt werden können.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass das I nnenelement einen Antrieb mit einem oder mehreren Luftfahrtantriebselementen, insbesondere mit
Propellern, aufweist, mittels dessen/deren auf das I nnenelement eine Kraft in Vertikalrichtung erzeugt werden kann, die größer ist als die auf das Trans- portmittel wirkende Schwerkraft. Hierdurch wird das Transportmittel in die
Lage versetzt, von einer U nterlage abzuheben und frei zu schweben bzw. zu fliegen. Für einen Transportweg ergeben sich damit vielfältige Kombinationsmöglichkeiten verschiedener Wegelemente, wobei das Transportmittel teilweise ressourcensparend auf einer Unterlage rollen und teilweise fliegen kann.
Es ergibt sich beispielsweise in verkehrsreichen Räumen ein Vorteil bei der Benutzung einer festen I nfrastruktur, beispielsweise eines Schienen- oder Rohrpostsystems, während in eher infrastrukturschwachen Bereichen des Transportweges der energieintensivere, jedoch schnellere Flug zu bevorzugen sein kann. Die Wahl des Transportweges kann von der Gesamtenergieeffizienz, von der für den Transport benötigten Zeit oder auch von der Belegung bestimmter Transportwege durch andere Transportmittel abhängig gemacht werden. Um mit dem Transportmittel eine Last befördern zu können, kann vorgesehen sein, dass eine Haltereinrichtung für eine zu transportierende Last mit dem Innenelement fest verbunden ist. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, durch Relativbewegungen zwischen dem Innenelement und dem Außenelement das Innenelement im Wesentlichen drehfest zu halten, um die in ihm gehaltene Last ebenfalls drehfest zu positionieren.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine Haltereinrichtung für eine zu transportierende Last gegenüber dem I nnenelement um wenigstens eine Achse, insbesondere um zwei Achsen, drehbar ist. I n diesem Fall kann zusätz- lieh eine Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung zur Steuerung oder Regelung der Position und/oder Orientierung der Halteeinrichtung relativ zu dem Innenelement vorgesehen sein, die eine relative Drehbewegung zwischen der Halteeinrichtung und dem Innenelement erzeugt, die für eine drehfeste Positionierung der Last in dem I nnenelement unabhängig von einer Rotation des Elements sorgen kann. Ein Gyroskop kann für eine solche Regelung verwendet werden.
Die Luftfahrtantriebselemente können grundsätzlich Verbrennungsmotoren aufweisen. Für eine umweltfreundliche und gut steuerbare Realisierung des Antriebs des Transportmittels kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass das/die Luftfahrtantriebselement(e) des I nnenelementes ausschließlich durch Elektromotoren antreibbar ist/sind. Elektromotoren sind leistungsstark und mit geringem Gewicht herstellbar und sehr gut regelbar, wobei zudem der Betrieb mit äußerst geringer Lautstärke möglich ist.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das/die Luftfahrtantriebsele- ment(e) des I nnenelementes wenigstens teilweise jeweils eine Steuerungs- einrichtung für den Anstellwinkel von Rotorblättern aufweisen, wobei insbesondere die Luftfahrtantriebelemente insbesondere durch Verbrennungsmotoren antreibbar sind. Verbrennungsmotoren sind bezüglich ihrer Drehzahl nicht so flexibel und schnell ansteuerbar wie Elektromotoren, jedoch kann dies durch eine schnelle Regelung des Anstellwinkels von Rotorblättern ausgeglichen werden.
Eine möglichst komfortable drehfeste Positionierung des I nnenelements oder beispielsweise auch einer Halteeinrichtung innerhalb des I nnenelements kann dadurch gewährleistet werden, dass eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, das I nnenelement unabhängig von einer Drehbewegung des Außenelements drehfest zu stabilisieren, insbesondere durch den/die Luftfahrtantrieb(e) und/oder einen elektromotorischen Antrieb, der einen Stator und einen Rotor aufweist, von denen ein Element mit dem Außenelement und das jeweils andere Element mit dem I nnenelement ver- bunden ist. Für die Regelung kann an dem I nnenelement ein Beschleunigungssensor, beispielsweise ein Gyroskop, vorgesehen sein.
Die Erfindung bezieht sich außer auf ein Transportmittel der oben genannten und beschriebenen Art auch auf ein Transportsystem mit wenigstens einem Transportmittel der oben genannten Art sowie mit einem Schienenelement zum Abrollen von wenigstens einer rollfähigen Kontur des Transportmittels.
Im Zusammenwirken des Transportmittels mit dem Schienenelement bzw. einem System von Schienenelementen zeigt sich der Vorteil eines ressourcen- schonenden Transports durch das beschriebene Transportmittel. Hierzu kann beispielsweise ein bestehendes Rohrpostsystem genutzt werden, wobei der Antrieb der Transportmittel in dem Rohrpostsystem nicht durch Luftdruck bewirkt wird, den das Rohrsystem liefert und steuert, sondern durch den im Transportmittel eingebauten Antrieb. Höhenunterschiede können mittels des Transportsystems beispielsweise dadurch überwunden werden, dass das Schienenelement wenigstens abschnittsweise mit Gefälle verläuft. Durch den eigenen Antrieb kann das Transportmittel auch bergauf rollen oder selbsttätig entlang eines Schienenelements bergab. Dabei kann zudem vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine induktive Einrichtung zur Rückgewinnung elektrischer Energie während der
Relativbewegung zwischen dem I nnenelement und dem Außenelement beim Rollen des Transportmittels entlang eines Gefälles dient.
In einer besonderen Ausführungsform kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mindestens zwei parallele Schienenelemente vorgesehen sind, auf denen das Transportmittel abrollt und die eine Versorgungsspannung für einen elektrischen Antrieb des Transportmittels führen. Derartige Schienenelemente können als strangförmige metallische Schienen oder als gespannte Drähte oder Seile aus Metall gebildet sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass ein oder mehrere oder alle Schienenelemente durch einen im Querschnitt geschlossenen oder halb offenen Kanal, insbesondere innerhalb eines Rohres oder einer Rinne oder eines Halbrohres, gebildet sind.
Bei Weichen in einem Transportsystem mit wenigstens einer Schienengabelung mit wenigstens drei an einer Stelle miteinander verbundenen Schienenelementen, die zu verschiedenen weiteren Schienenelementen führen, kann vorgesehen sein, dass das Transportmittel eine Speichereinrichtung aufweist, in der Daten eines Zielortes gespeichert sind, und dass das Transportmittel eine Navigationseinrichtung aufweist, die an einer Schienengabelung entweder ein Element des Transportmittels oder ein Element der Schienengabelung betätigt, um eine Fortsetzung der Bewegung über eines der miteinander verbundenen Schienenelemente zu steuern. Damit kann durch die Naviga- tionseinrichtung in dem Transportmittel selbst der Antrieb im Transportmittel derart eingestellt werden, dass sich das Transportmittel durch seinen eigenen Antrieb an der Gabelung zu dem gewählten Schienenelement bewegt und somit den richtigen weiterführenden Transportweg auswählt.
Die Navigationseinrichtung, die beispielsweise mittels eines GPS- Systems arbeiten kann, kann auch eine Lenkung des Luftfahrtantriebes bei einer Bewegung unabhängig von Schienen bewirken. Vorteilahft ist besodners in einem solchen Fall, dass auch die Höhenkomponente in Form der ermittelten Höhe über dem Erdboden oder über Meereshöhe, bei der Navigation ermittelt und gesteuert wird, um die Flughöhe bei geflogenen Teilstrecken zu steuern. Die Navigationseinrichtung kann beispielsweise an dem I nnenele- ment oder direkt an einer Lasthalteeinrichtung angeordnet und befestigt sein.
Die Außenhaut des Außenelementes kann als Antenne oder teil einer Antenne für das Navigationssystem ausgebildet sein.
Es kann jedoch auch durch die Navigationseinrichtung, die an oder in dem Transportmittel angeordnet ist, eine ortsfeste Weiche betätigt werden, die an den Schienenelementen eine mechanische Stelleinrichtung betätigt, die für eine gewünschte Steuerung des weiteren Schienenwegs für das Transportmittel sorgt. Beispielsweise kann die Navigationseinrichtung des Transportmittels über eine Funkverbindung mit der ortsfesten Weiche verbunden sein. Es kann jedoch auch durch andere Kommunikationsformen, wie beispielsweise Lichtoder I nfrarotsignale, oder eine mechanische Betätigung eine Weiche in der gewünschten Form gestellt werden. Die entsprechenden Signale gehen von dem Transportmittel selbst bzw. der in ihm angeordneten Navigationseinrichtung aus. Das Transportmittel sucht sich auf diese Weise selbst einen Trans- portweg zu dem in ihm abgespeicherten Zielort.
Außer auf ein Transportmittel der oben beschriebenen Art und ein Transportsystem mit entsprechenden Transportmitteln bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Betrieb eines Transportmittels, bei dem vorgesehen sein kann, dass in einem ersten Bewegungsabschnitt das Transportmittel durch Rotation um eine seiner Achsen rollt und in einem vorangehenden oder nachfolgenden Bewegungsabschnitt mittels eines Luftfahrtantriebes fliegt. Dieser Betrieb beschreibt die Kombination von verschiedenen Transportwegabschnitten, beispielsweise eines Rollweges und eines Flugweges in beliebiger Reihenfolge. Eine solche Kombination verschiedener Fortbewe- gungsarten eines Transportmittels ist derzeit in der beschriebenen Form neu und erlaubt ein effizientes Zurücklegen des Transportweges zu einem Zielort.
Dabei kann vorgesehen sein, dass in einem Bewegungsabschnitt, in dem sich das Transportmittel durch Abrollen bewegt, das Innenelement gegenüber der Rollbewegung drehfest stabilisiert wird. In den Bewegungsabschnitten, in denen sich das Transportmittel fliegend bewegt, kann durch eine entsprechende Steuerung der Luftfahrtantriebe das gesamte Transportmittel drehfest im Raum stabilisiert werden. Zusätzlich kann das Innenelement noch gegenüber dem Außenelement durch einen eigenen Antrieb stabilisiert werden.
Für den Antrieb auf einer Unterlage, beispielsweise auf einer Schiene oder in einem Schienenelement, das durch ein Rohr gebildet ist, kann vorgesehen sein, dass die Schubkraft eines Luftfahrtantriebes des Innenelementes gegenüber der Vertikalrichtung, die durch die Schwerkraft definiert ist, schräggestellt wird, um eine Rollbewegung des Außenelementes anzutreiben. Eine entsprechende Ausrichtung der Schubkraft kann durch eine geeignete Ausrichtung eines Luftfahrtantriebs oder eines Elementes eines Antriebs bewirkt werden, indem beispielsweise ein Propeller oder ein Strahltriebwerk schräggestellt oder in die gewünschte Fortbewegungsrichtung gedreht wird.
Üblicherweise werden mehrere Luftfahrtantriebselemente an einem Transportmittel vorgesehen sein, die voneinander beabstandet nebeneinanderliegen, beispielsweise in einem Dreieck, Viereck oder Vieleck bzw. auf einer Kreisbahn am Umfang des Innenelements verteilt. Durch eine ungleichmäßige Verteilung der Schubkräfte der einzelnen Luftfahrtantriebselemente kann somit eine Ausrichtung der gesamten Antriebskraft erreicht werden.
Resultierende Drehmomente können auch durch Regelung einzelner Luftfahrtantriebe bezüglich des Pitch, also des Anstellwinkels, der Luftschrauben erzeugt werden.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass bei einer Schrägstellung des Antriebes des Innenelementes eine mit dem Innenelement verbundene Lasthalterung drehfest stabilisiert wird. Dazu kann bewirkt werden, dass bei einer Schräg- Stellung des Antriebes des I nnenelementes eine Lasthalterung mit dem Antrieb gedreht wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Transportmittels sieht vor, dass bei einer Rollbewegung des Transportmittels das Innenelement mittels eines elektromotorischen Antriebs, der das I nnen- und das Außenelement relativ zueinander antreibt, stabilisiert wird. Hierzu ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die beispielsweise einen Gyrosensor zur Ermittlung von Beschleunigungen des Innenelements aufweist und die den elektromotorischen Antrieb regelt. Sinnvollerweise können auch mehrere elektromotorische Antriebe vorgesehen sein, die unabhängige Statoren und Rotoren aufweisen und die eine relative Drehung des I nnenelements gegenüber dem Außenelement um mehrere unabhängige Achsen bewirken können. Für die Navigation eines Transportmittels in einem Schienensystem mit wenigstens einer Schienengabelung mit wenigstens drei an einer Stelle miteinander verbundenen Schienenelementen, die zu verschiedenen weiteren Schienenelementen führen, kann vorgesehen sein, dass eine Navigationseinrichtung des Transportmittels an einer Schienengabelung auf der Basis von in einer Speichereinrichtung des Transportmittels gespeicherten Daten eines
Zielortes entweder ein Element des Transportmittels oder ein Element der Schienengabelung betätigt, um eine Fortsetzung der Bewegung über eines der miteinander verbundenen Schienenelemente zu steuern. An einer Weggabelung kann das in das Transportmittel eingebaute Navigationssystem aufgrund einer Einrichtung zur Ortsbestimmung seinen derzeitigen Aufenthaltsort bestimmen und den Weg zum Zielort ermitteln.
Daraus ergibt sich, welcher der vor dem Transportmittel liegenden Wege, und damit, welches abzweigende Schienenelement gewählt werden muss. Das gewünschte Schienenelement kann an der Gabelung durch eine selbständige
Ausrichtung des Transportmittels und eine geeignete Ausrichtung der Rollbewegung gewählt werden. Es kann jedoch durch das Transportmittel auch eine ortsfeste Weicheneinrichtung in dem Schienensystem betätigt werden, die zu einer mechanischen Kodierung des Schienensystems, d. h. effektiv zur Sperrung der falschen, nicht auszuwählenden Schienenelemente führt, so dass das Transportmittel sich selbsttätig über die geeignete Schiene weiter bewegt. Dazu kann das Transportmittel über eine Funkverbindung oder eine andere fernwirkende Verbindung die Weiche in dem Schienensystem betätigen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren einer Zeichnung in Ausführungsbeispielen dargestellt und erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 schematisch ein kugelförmiges Transportmittel mit Propellerantrieben,
Fig. 2 die Lagerung eines Innenelementes an einem Außenelement,
Fig. 3 eine um zwei Achsen drehbare Lagerung eines Innenelementes an einem Außenelement,
Fig. 4 eine gleitende Lagerung eines Innenelementes an einer Innenfläche eines Außenelementes,
Fig. 5 Antriebs- und Bewegungsrichtungen eines Transportmittels auf einer Ebene,
Fig. 6 einen Teil eines Schienensystems mit einer Weiche,
Fig. 7 einen zusammengesetzten Transportweg eines Transportmittels,
Fig. 8 einen Transportweg, der teilweise durch ein Schienennetz verläuft,
Fig. 9 den Aufbau einer Navigationseinrichtung des Transportmittels,
Fig. 10 ein Beispiel eines Transportmittels, bei dem das Außenelement gitterartig ausgebildet ist, sowie
Fig. 11 verschiedene Formen von Außenelementen eines Transportmittels. Figur 1 zeigt eine runde, abrollfähige Außenkontur eines Außenelements 1, das beispielsweise als Kugel ausgebildet sein kann. Die Wand des Außenelements ist schematisiert dargestellt; es handelt sich um eine dünnwandige Kugel, die einen kugelförmigen I nnenraum 2 aufweist. I n diesem ist ein
Innenelement 3 angeordnet, das eine Halteeinrichtung 4 für eine zu transportierende Last 5 sowie einen Luftfahrtantrieb mit mehreren Luftfahrtantriebselementen 6, 7 aufweist. Die Luftfahrtantriebselemente weisen jeweils eine Rotoreinheit 8 mit einem oder mehreren Einzelmotoren und jeweils einen oder mehrere Propeller oder Luftschrauben 9 auf. Mehrere dieser Luftfahrtantriebselemente sind am U mfang der Halteeinrichtung 4 befestigt und vorzugsweise in Umfangsrichtung äquidistant verteilt. Es können zwei, drei, vier oder mehr solcher Luftfahrtantriebselemente an dem I nnenelement 3 vorgesehen sein. Die Motoreinheiten 8 der Luftfahrtantriebs- elemente können als Elektromotoren oder als Verbrennungsmotoren ausgebildet sein.
Es sind üblicherweise Steuerungen vorgesehen, die die einzelnen Luftfahrt- antriebselemente bezüglich des Schubs steuern. Hierzu kann die Drehzahl oder das Antriebsmoment der Motoren und/oder auch ein Anstellwinkel
(Pitch) der Laubschrauben/Propeller gesteuert werden. Die Steuerung der einzelnen Luftfahrtantriebselemente 6, 7 ist derart koordiniert, dass insgesamt auf das I nnenelement 3 ein Schub in einer gewünschten Richtung und Stärke wirkt, wobei auch beispielsweise Drehmomente auf das I nnenelement 3 wirken können.
Das I nnenelement 3 ist mittels zweiter fester Drehlager 10, 11 an der Innenseite des Außenelements 1 drehbar gelagert. Die entsprechenden Lager sind als Rotationslager, entweder als Gleitlager oder als Wälzlager, ausgebildet.
In Figur 2 ist eine Ausführungsform eines Lagers 11 gezeigt, wobei ein äußerer Lagerring IIa an dem Außenelement 1 befestigt ist, während der innere Lagerring in den Wellenstutzen 12 integriert ist. Entsprechende Kugellagerkäfige 13, 14 mit Wälzkörpern sind mit axialem Abstand bezüglich des Wellen- Stutzens 12 voneinander vorgesehen. Zwischen den Kugellagerkäfigen 13, 14 ist eine elektromechanische Antriebseinrichtung in Form eines Elektromotors mit einem außenliegenden Stator 15 und einem in den Wellenstutzen 12 integrierten Rotor 16 vorgesehen. Der Rotor 16 weist beispielsweise Permanentmagnete auf, so dass ein bürstenlo- ser Antrieb durch geeignete Ansteuerung des Stators 15 mittels einer Spannungsquelle 17 gebildet werden kann.
Rollt die in Figur 1 dargestellte Kugel um eine Achse, die der Verbindungsachse der Lager 10, 11 entspricht, so kann durch den Antrieb 15, 16, 17 das Innenelement 3 in gegenläufiger Richtung angetrieben werden, wobei der Antrieb so regelbar ist, dass das I nnenelement relativ zu der Unterlage, auf der das Transportmittel abrollt, drehfest bleibt.
Rollt die Kugel und rotiert dabei um eine Achse, die nicht mit der Verbindungsachse 10, 11 zusammenfällt, so kann durch entsprechende Ansteuerung der Luftfahrtantriebselemente ein Drehmoment auf das Innenelement ausgeübt werden, das das Außenelement derart dreht, dass bei gegebener Rollrichtung die Rotation des Transportmittels um die Verbindungsachse der Lager 10, 11 erfolgt. Ist eine solche Drehung gelungen, so kann danach der elektromotorische Antrieb 15, 16, 17 in der oben beschriebenen Weise zur Stabilisierung des Innenelements 3 eingesetzt werden.
Damit die Luftfahrtantriebselemente jeweils einen Schub entwickeln können, ist ein Luftaustausch zwischen dem Innenraum des Außenelements 1 und der äußeren Umgebung vorgesehen. Es sind Öffnungen 18, 19, 20 in dem Außenelement 1 derart verteilt, dass in verschiedenen Drehpositionen des Innenelements um die Achse der Lager 10, 11 in der Wirkrichtung der Luftfahrtantriebselemente 6, 7 Luft aus dem Außenelement aus- und in dieses eintreten kann.
Derartige Öffnungen können als kreisrunde durchgehende Bohrungen ausgebildet sein, jedoch kann auch, wie weiter unten detaillierter dargestellt, das Außenelement gitterartig aufgebaut und mit einer Vielzahl von kleinen Öffnungen versehen sein. Figur 3 zeigt schematisch eine kardanische Aufhängung eines Innenelements 3 an einem Außenelement 1 mittels eines Zwischenelements 21. Das Innenelement 3 ist drehbar an dem Zwischenelement 21 mittels zweier Lager 10, 11 gelagert, während das Zwischenelement 21 mittels zweier Lager, die ähnlich den Lagern 10, 11 aufgebaut sind, an dem Außenelement 1 gelagert ist. In dem gegebenen Beispiel ist die zwischen den Lagern 10, 11 gebildete Rotationsachse senkrecht zu der Rotationsachse 22 des Zwischenelements 21 angeordnet. Es können jedoch auch andere Winkel zwischen den beiden Rotationsachsen vorgesehen sein, so dass durch Kombination zweier
Rotationsbewegungen um die verschiedenen Achsen beliebige Rotationsbewegungen zwischen dem Außenelement 1 und dem Innenelement 3 realisiert werden können. Damit können Rotationen des Außenelements 1, die durch Abrollen auf einer Unterlage in beliebige Richtungen erfolgen, durch geeignete kombinierte Rotationsbewegungen um die beiden gegebenen Achsen der kardanischen Aufhängung derart neutralisiert werden, dass das
Innenelement 3 gegenüber der Unterlage drehfest gehalten werden kann. Hierzu können an beiden Rotationsachsen jeweils in den Lagern elektromotorische Antriebe vorgesehen sein, wie sie in Figur 2 beispielhaft gezeigt sind. Es kann jedoch eine Stabilisierung des Innenelements 3 auch allein durch geeignete Ansteuerung der Luftfahrtantriebselemente 6, 7 erfolgen.
Figur 4 zeigt innerhalb eines Außenelements 1 ein Innenelement 3 in einer Ansicht, in der alle Luftfahrtantriebselemente 6, 7 zu sehen sind. In der gegebenen Ansicht sind sechs Luftfahrtantriebselemente mit schematisch dargestellten Propellern gezeigt.
Die Lagerung des Innenelements 3 gemäß der Figur 4 in dem Innenraum des Außenelements 1 erfolgt nicht über feste Rotationslager, sondern indem Außenstützen 23, 24 des Innenelements 3 an der kugelförmigen Innenwand la des Außenelements 1 gleiten. Auf diese Weise ist das Innenelement 3 in jeder Richtung innerhalb des Außenelements 1 drehbar. Die Stützen 23, 24 können entweder unmittelbar mit Gleitflächen an der kugelförmigen Innenkontur la des Außenelements gleiten, gegebenenfalls unter Zwischenfügung eines Schmiermittels, oder sie können durch Wälzlager 23a, 24a, beispiels- weise Kugellager mit entsprechenden Lagerkäfigen, an der Kontur abrollen. In Figur 5 ist schematisch eine Unterlage 25 in Form einer geraden ebenen Fläche gezeigt, auf der sich ein Transportmittel 68 durch Abrollen bewegen kann. Das Transportmittel 68 weist ein kugelförmiges Außenelement 1 auf, in dem ein I nnenelement 3 drehbar gelagert ist. Schematisch sind zwei Luftfahrt- antriebselemente 6, 7 dargestellt. Es ist weiter die Schubrichtung 26, 27 der beiden Luftfahrtantriebselemente 6, 7 dargestellt. Oberhalb des Transportmittels 68 ist die resultierende Kraftwirkung in Form des Pfeils 28 dargestellt. Die resultierende Kraft 28 lässt sich in die beiden Komponenten 29, 30 zerlegen, wobei die Kraftkomponente 29 vertikal zur Unterlage 25 gerichtet ist und bei ausreichender Größe zum Abheben des Transportmittels 68 in die Luft dienen kann. Die horizontale Komponente 30 ist parallel zur Oberfläche der Unterlage 25 gerichtet und führt zu einer Rollbewegung des Transportmittels 68 auf der Unterlage. Durch unterschiedlichen Schub der Luftfahrtantriebselemente 6, 7 können a uch Drehmomente auf das I nnenelement 3 ausgeübt werden, die ebenfalls zur Erzeugung einer Rollbewegung des Außenelements führen können. Bei geeigneter Ausrichtung des Drehmoments kann dieses jedoch auch zu einer Drehung des I nnenelements 3 relativ zum Außenelement des Transportmittels 68 führen.
Grundsätzlich muss das Transportmittel nicht kugelförmig ausgebildet sein, sondern es genügt, wenn es eine abrollfähige Kontur aufweist. Das Abrollen kann auf einer mehr oder weniger ebenen Oberfläche erfolgen, jedoch auch auf oder in einer Schiene. In Figur 11 sind beispielhaft vier Konturen 31, 32, 33, 34 gezeigt, wobei auf der linken oberen Seite eine Kugel- oder Walzenform 31 dargestellt ist, während rechts daneben eine Walzenform 32 mit einer Einschnürung des Walzendurchmessers im mittleren Bereich dargestellt ist. Links unten ist eine Walzenform 33 mit zwei Einschnürungen gezeigt, wobei der Boden der Einschnürungen jeweils einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Denkbar ist bei einer solchen Gestalt eines Transportmittels das Abrollen auf zwei nebeneinanderliegenden Schienen, die in die Einschnürungen eingreifen. Rechts unten in Figur 11 ist eine fassförmige Kontur gezeigt, die beispielsweise in einer rinnenförmigen Schiene rollen kann.
Werden Schienen für das Abrollen des Transportmittels vorgesehen, so können diese beispielsweise auch einer Energieversorgung durch Führen einer elektrischen Versorgungsspannung dienen. Es können als Schienen jedoch auch Rinnen oder Rohre bzw. Öffnungen mit kreisförmigem oder ovalem Durchmesser verwendet werden. Beispielsweise kann ein vorhandenes Rohrpostsystem mit entsprechenden Rohren verwendet werden, wobei für den Antrieb der Transportmittel die individuellen Luftfahrtantriebselemente verwendet werden können.
Ihren größten Vorteil entwickelt die Erfindung bei kombinierten Transportwegen, die streckenweise durch Abrollen auf einer Unterlage/Schiene zurückgelegt werden können, aber in anderen Teilstrecken geeigneter durch eine Flugbewegung zurückzulegen sind. Damit wird ein geringer Energieaufwand beim rollenden Transport mit einem schnellen Transport auf Flugwegen kombiniert, die nicht zuletzt unabhängig von bestehenden Infrastruktureinrichtungen ist.
In Figur 6 ist beispielhaft ein Teil eines Schienensystems gezeigt, wobei die rinnenförmigen Schienenelemente 35, 36, 37 dargestellt sind. Die dargestellten Schienenelemente bilden eine Weiche, so dass für ein Transportmittel, das sich auf dem Schienenelement 35 in Richtung des Pfeils 38 bewegt, grundsätzlich eine Weiterbewegung in Richtung des Pfeils 39 auf dem
Schienenelement 36 oder in Richtung des Pfeils 40 auf dem Schienenelement 37 möglich ist. Zur Auswahl des Transportweges an der Weiche können Sperrelemente aus Bodenspalten 41, 42 hochgefahren werden, die für das Transportmittel jeweils eines der Schienenelemente 36, 37 sperren. Beispielsweise kann unterhalb der Weiche ein Antrieb für die Sperrelemente vorgesehen sein, der mittels einer Funkverbindung von dem Transportmittel selbst zu betätigen ist. Das Transportmittel weist zu diesem Zweck eine Navigationseinrichtung auf, die weiter unten noch näher erläutert ist, und steuert, nachdem sie einen Transportweg ermittelt hat, den Weichenantrieb an, so dass das entsprechende Sperrelement an dem nicht zu wählenden Transportweg aktiviert und in den Transportweg als Sperre eingefahren wird. Das Transportmittel bewegt sich dann über das andere, unversperrte
Schienenelement auf dem gewünschten Weg fort.
Dadurch, dass die Navigationseinrichtung in das Transportmittel integriert ist, kann sich ein Transportmittel autark einen optimierten Weg zu seinem Zielort suchen. Werden mehrere Transportmittel eingesetzt, kann jedoch eine zen- trale Einheit vorgesehen sein, die den Aufenthaltsort einer Mehrzahl von Transportmitteln speichert und für einzelne Transportmittel die Daten verfügbar macht. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Transportmittel untereinander Informationen über ihren Aufenthaltsort und geplanten weite- ren Weg austauschen, um auf diese Weise Kollisionen oder Doppelbelegung von Transportstrecken zu vermeiden.
Eine Selbststeuerung der Transportmittel erfordert nicht notwendigerweise die Ansteuerung externer Weichenelemente, sondern durch die Lenkfähigkeit kann sich jedes Transportmittel an einer Weggabelung auch selbsttätig die richtige Abzweigung suchen und durch Lenken der eigenen Rollbewegung mittels der zur Verfügung stehenden Luftfahrtantriebselemente oder eines elektromotorischen Antriebs den geeigneten Transportweg einschlagen. In Figur 7 ist symbolisch ein Transportweg gezeigt, der am Punkt 43 in einem röhrenförmigen Schienensystem beginnt und dieses bis zum Punkt 44 durchläuft. Nach dem Verlassen des Schienensystems am Punkt 44 hebt das Transportmittel, symbolisiert durch den Pfeil 45, von der Unterlage ab und durchläuft einen Flugweg 46 bis zum Zielort 47, an dem eine Landung stattfindet. Am Punkt 48 tritt das Transportmittel wieder in ein Schienensystem ein und durchläuft dieses bis zum Zielort 49, wo das Ende des Transportwegs erreicht ist.
Die Schienenelemente, die in den verschiedenen Figuren dargestellt sind, können wenigstens teilweise mit Gefälle verlaufen, um auch auf diese Weise dem Transportmittel die Überwindung von Höhenunterschieden zu ermöglichen. Bewegt sich das Transportmittel dabei bergab, so kann mittels einer eingebauten Einrichtung zur Umwandlung mechanischer in elektrische Energie, beispielsweise unter Verwendung des elektromotorischen Antriebs, der dann als Generator betrieben wird, Energie für das Transportmittel zurückgewonnen werden.
Figur 8 stellt schematisch die mögliche Komplexität eines Transportwegs dar, der an einem Startort 50 beginnt und nach einem ersten Flugweg 51 zu einem Schienensystem 52 führt. Das Schienensystem 52 weist eine Mehrzahl von
Kreuzungs-/Gabelungspunkten auf, an denen eine Entscheidung zu treffen ist, welchen Transportweg das Transportmittel weiter wählt. Derartige Entscheidungen können aufgrund einer Gesamtanalyse des möglichen Transportwegs zum Zielort 53 derart getroffen werden, dass die im Flug zurückzulegenden Teilstrecken 51, 54 aus Energieeffizienzgründen minimiert werden. Es können jedoch auch andere Optimierungskriterien gewählt werden, wie beispielsweise die Kürze der Transportzeit oder die Genauigkeit oder Verlässlichkeit der Vorhersagbarkeit der Transportzeit.
In Figur 9 ist schematisch eine Navigationseinrichtung mit peripheren Elementen dargestellt, die in das Transportmittel integriert sein kann. Es ist hierzu eine zentrale Recheneinrichtung 55 vorgesehen, die eine Eingabeeinrichtung 56 zur Angabe eines Zielorts aufweist. Die Recheneinrichtung ist mit einem GPS-System 57 verbunden, das eine augenblickliche Position des Transportmittels ermitteln kann. Eine Datenbank 58 enthält Daten über Landkarten und beispielsweise über die zur Verfügung stehende Infrastruktur in Form von Schienensystemen. Aus dem augenblicklichen Aufenthaltsort und dem eingegebenen Zielort kann damit in der Recheneinrichtung 55 der Navigationseinrichtung ein Transportweg bestimmt werden. Zusätzlich können über Sensoren 59 Zustandsinformationen über die Transportumgebung, wie beispielsweise die Belegung von Schienenabschnitten oder für die Flugabschnitte wichtige Wetterinformationen, eingeholt werden.
Die Navigationseinrichtung gibt dann Informationen an eine Antriebseinrichtung 60 für die Luftfahrtantriebselemente sowie an eine Antriebseinrichtung 61, die elektromotorische Antriebe ansteuert. Zudem können über eine Sendeeinrichtung 62 auf dem Transportweg liegende Weichen in Schienen- systemabschnitten angesteuert werden.
Zudem ist auch noch ein System denkbar, bei dem ein Transportmittel beim Eintritt in einen freien Schienenabschnitt diesen automatisch sperrt und ihn beim Verlassen des Abschnitts wieder freigibt, indem beispielsweise ein Signalschalter betätigt wird.
Figur 10 zeigt beispielhaft die Ausbildung eines Transportmittels als Kugel oder ballförmiges Transportmittel, wobei das Außenelement eine gitterartige Struktur mit Streben 63, 64 aufweist, die in Bezug auf das Gesamtgewicht und die statische sowie dynamische Stabilität optimiert sein können. Innerhalb der Außenkontur des Außenelements sind in zwei einander diametral gegenüberliegenden Lagern 65 (gegenüberliegendes Lager verdeckt) Wellenstutzen eines ersten Innenelements 67 drehbar gelagert. In dem ersten Innenelement 67 ist in Lagern 68, 69 ein zweites Innenelement 70 in dem ersten Innenelement 67 drehbar gelagert, so dass eine kardanische Lagerung entsteht. Es können derart auch noch weitere Innenelemente gestaffelt ineinander gela- gert vorgesehen sein. Das zweite Innenelement weist an seinem Umfang sechs Luftfahrtantriebselemente in Form von Motoren auf, die jeweils Propeller antreiben. Ergänzend ist noch anzumerken, dass auch vorgesehen sein kann, dass das Innenelement gegenüber dem Außenelement nicht nur drehbar, sondern auch verschiebbar ist und/oder dass die Luftfahrtantriebselemente gegenüber dem Innenelement verschiebbar sind. Hierdurch können beispielsweise die Luftfahrtantriebselemente wenigstens zeitweise über die Außenkontur des Außenelements hinaus vorgeschoben werden, so dass sie im Flugbetrieb mit erhöhter Effizienz arbeiten können. Zudem kann vorgesehen sein, dass eine Halteeinrichtung für eine Last innerhalb des Innenelements auch gegenüber dem Innenelement drehbar angeordnet, beispielsweise in Rotationslagern gelagert ist, um bei einer Schrägstellung oder Rotation des Innenelements die Last unabhängig von diesem stabilisieren zu können.
Hierzu kann die Halteeinrichtung beispielsweise innerhalb des Innenelements kardanisch gelagert sein, ebenso wie dies beispielhaft bei der kardanischen Lagerung des Innenelements an dem Außenelement in Figur 3 gezeigt ist.

Claims

Patentansprüche
Transportmittel mit einem Außenelement (1, 31, 32, 33, 34, 63) und einem innerhalb von dessen Außenkontur angeordneten Innenelement (3, 67), wobei
- das Innenelement eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einem Luftfahrtantriebselement (6, 7) aufweist,
- das Innenelement wenigstens zeitweise an dem Außenelement beweglich gelagert ist und
- das Außenelement wenigstens eine entlang eines Umfangs umlaufende rollfähige Kontur aufweist.
Transportmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfahrtantriebselemente (6, 7) wenigstens zeitweise ausschließlich innerhalb der Außenkontur des Außenelementes (1, 31, 32, 33, 34, 63) angeordnet sind.
Transportmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfahrtantriebselemente (6, 7) ausschließlich innerhalb der Außenkontur des Außenelementes (1, 31, 32, 33, 34, 63) angeordnet sind.
Transportmittel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein, insbesondere mehrere oder alle Luftfahrtantriebselemente (6, 7) ganz oder teilweise über die Außenkontur des Außenelementes (1, 31, 32, 33, 34, 63) hinaus ausfahrbar sind.
Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenelement (1, 31, 32, 33, 34, 63) wenigstens an einer Stelle einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
6. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Außenelementes (1, 31, 32, 33, 34, 63) kugelförmig, walzenförmig, fassförmig oder walzenförmig mit einer Taillierung oder Einschnürung ausgebildet ist.
7. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenelement (1, 31, 32, 33, 34, 63) wenigstens eine Öffnung (18, 19), insbesondere wenigstens zwei Öffnungen, aufweist, die sich von der Außenseite des Außenelementes (1, 31, 32, 33, 34, 63) bis zu einem Innenraum des Außenelementes erstrecken, in dem das Innenelement (3, 67) angeordnet ist.
8. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (3, 67) an dem Außenelement (1, 31, 32, 33, 34, 63) um eine in Bezug auf das Außenelement festgelegte Achse drehbar gelagert ist.
9. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (3, 67) an dem Außenelement (1, 31, 32, 33, 34, 63) um wenigstens zwei in Bezug auf das Außenelement und/oder ein Zwischenelement (21) festgelegte Achsen (22) drehbar gelagert ist.
10. Transportmittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (3, 67) in einem oder mehreren am Außenelement (1, 31, 32, 33, 34, 63) und/oder einem Zwischenelement (21) befestigten Lager(n) (10, 11) drehbar gelagert ist.
11. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (3, 67) an einer Innenfläche des Außenelementes (1, 31, 32, 33, 34, 63) insbesondere mittels eines Wälzkörperelementes verschiebbar gelagert ist.
12. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (3, 67) an einer in einer Umfangsrichtung umlaufenden zylindrischen oder kugelförmigen Innenfläche des Außenelementes (1, 31, 32, 33, 34, 63) frei drehbar oder um wenigstens eine Achse drehbar geführt ist.
13. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (3, 67) und das Außenelement (1, 31, 32, 33, 34, 63) mittels eines an einem der Elemente befestigten
Stators (15) und eines an dem jeweils anderen Element befestigten Rotors (16) unmittelbar relativ zueinander antreibbar sind.
14. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (3, 67) einen Luftfahrtantrieb mit einem oder mehreren Luftfahrtantriebselementen (6, 7), insbesondere mit Propellern, aufweist, mittels dessen auf das Innenelement ein Drehmoment um eine Rotationsachse und/oder eine Schubkraft mit einer Horizontalkomponente (30) erzeugt werden kann.
15. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (3, 67) einen Antrieb mit einem oder mehreren Luftfahrtantriebselementen (6, 7), insbesondere mit Propellern, aufweist, mittels dessen auf das Innenelement eine Kraft (29) in Vertikalrichtung erzeugt werden kann, die größer ist als die auf das Transportmittel wirkende Schwerkraft.
16. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltereinrichtung (4) für eine zu transportierende Last (5) mit dem Innenelement (3, 67) fest verbunden ist.
17. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltereinrichtung (4) für eine zu transpor- tierende Last (5) gegenüber dem Innenelement (3, 67) um wenigstens eine Achse, insbesondere um zwei Achsen, drehbar ist.
18. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Luftfahrtantriebselement(e) (6, 7) des Innenelementes ausschließlich durch Elektromotoren antreibbar ist/sind.
19. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Luftfahrtantriebselement(e) (6, 7) des Innenelementes wenigstens teilweise jeweils eine Steuerungseinrichtung für den Anstellwinkel von Rotorblättern aufweisen, wobei die Luftfahrtantriebelemente insbesondere durch Verbrennungsmotoren antreibbar sind.
20. Transportmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Innenelement unabhängig von einer Drehbewegung des Außenelementes drehfest zu stabilisieren, insbesondere durch den Luftfahrtantrieb (6, 7) und/oder einen elektromotorischen Antrieb (15, 16), der einen Stator (15) und einen Rotor (16) aufweist, von denen ein Element mit dem Außenelement und das jeweils andere Element mit dem Innenelement verbunden ist.
21. Transportsystem mit wenigstens einem Transportmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 20 sowie mit einem Schienenelement (35, 36, 37, 54) zum Abrollen von wenigstens einer rollfähigen Kontur des Transportmittels.
22. Transportsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenelement (35, 36, 37, 54) wenigstens abschnittsweise mit Gefälle verläuft.
23. Transportsystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine induktive Einrichtung zur Rückgewinnung elektrischer Energie während der Relativbewegung zwischen dem Innenelement und dem Außenelement beim Rollen des Transportmittels entlang eines Gefälles vorgesehen ist.
24. Transportsystem nach Anspruch 21, 22 oder 23 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei parallele Schienenelemente vorgesehen sind, auf denen das Transportmittel abrollt und die eine Versorgungsspannung für einen elektrischen Antrieb des Transportmittels führen.
25. Transportsystem nach Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere oder alle Schienenelemente (35, 36, 37) durch einen im Querschnitt geschlossenen oder halb offenen Kanal, insbesondere innerhalb eines Rohres oder einer Rinne oder eines Halbrohres, gebildet sind.
26. Transportsystem nach einem der Ansprüche 21 bis 25 mit einer Schienengabelung mit wenigstens drei an einer Stelle miteinander verbundenen Schienenelementen (35, 36, 37, 54, die zu verschiedenen weiteren Schienenelementen führen, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportmittel eine Speichereinrichtung aufweist, in der
Daten eines Zielortes gespeichert sind, und dass das Transportmittel eine Navigationseinrichtung aufweist, die an einer Schienengabelung entweder ein Element des Transportmittels oder ein Element der Schienengabelung betätigt, um eine Fortsetzung der Bewegung über eines der miteinander verbundenen Schienenelemente zu steuern.
27. Verfahren zum Betrieb eines Transportmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Bewegungsabschnitt das Transportmittel durch Rotation um eine seiner Achsen rollt und in einem vorangehenden oder nachfolgenden Bewegungsabschnitt mittels eines Luftfahrtantriebes fliegt.
28. Verfahren zum Betrieb eines Transportmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bewegungsabschnitt, in dem sich das Transportmittel durch Abrollen bewegt, das Innenelement gegenüber der Rollbewegung drehfest stabilisiert wird.
29. Verfahren zum Betrieb eines Transportmittels nach einem der Ansprüche 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubkraft eines Luftfahrtantriebes des Innenelementes (3, 67) gegenüber der Vertikalrichtung, die durch die Schwerkraft definiert ist, schräggestellt wird, um eine Rollbewegung des Außenelementes anzutreiben.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Schrägstellung des Luftfahrtantriebes des Innenelementes eine mit dem Innenelement (3, 67) verbundene Lasthalterung (4) drehfest stabilisiert wird.
31. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Schrägstellung des Luftfahrtantriebes des Innenelementes eine Lasthalterung mit dem Luftfahrtantrieb gedreht wird.
32. Verfahren nach Anspruch 27 oder einem der folgenden, dadurch
gekennzeichnet, dass bei einer Rollbewegung des Transportmittels das Innenelement (3, 67) mittels eines elektromotorischen Antriebs (15, 16), der das Innen- und das Außenelement relativ zueinander antreibt, stabilisiert wird.
33. Verfahren zum Betrieb eines Transportsystems nach einem der Ansprüche 21 bis 26 mit einer Schienengabelung mit wenigstens drei an einer Stelle miteinander verbundenen Schienenelementen (35, 36, 37), die zu verschiedenen weiteren Schienenelementen führen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Navigationseinrichtung (55) des Transportmittels an einer Schienengabelung auf der Basis von in einer Speichereinrichtung des Transportmittels gespeicherten Daten eines Zielortes entweder ein Element des Transportmittels oder ein Element der Schienengabelung betätigt, um eine Fortsetzung der Bewegung über eines der miteinander verbundenen Schienenelemente (35, 36, 37) zu steuern.
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