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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für Gleitschirme bei der,
- – zwei Motoren zwei Propeller in unterschiedliche Drehrichtungen antreiben,
- – die Propeller als Zugpropeller ausgelegt sind,
- – die Propeller vor dem Piloten in dessen Beobachtungsbereich und außerhalb des üblichen Bewegungsbereiches der Gleitschirmleinen angebracht sind,
- – die Verbindung zum Gleitschirm und zum Gurtzeug über vorhandene, allgemein verbreitete Verbindungsstandards erfolgt,
- – die Funktions- und Gebrauchsweise der verwendeten Gleitschirme und Gurtzeuge durch die Befestigung der Antriebseinrichtung in keiner Weise einschränkt wird,
- – der Schubvektor der Propeller im Fluge veränderbar ist.
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Stand der Technik sind Antriebseinrichtungen, die an speziellen Gurtzeugen angebaut sind und vom Gleitschirmpiloten auf dem Rücken getragen werden. Nachteile dieser dem Stand der Technik entsprechenden Antriebseinrichtungen sind:
- a) in der Regel werden rund um den Propeller Schutzkäfige gebaut, um zu verhindern dass die Leinen des Gleitschirms – besonders in der Startphase – in den Propeller geraten. Diese Schutzkäfige sind schwer und erzeugen aerodynamischen Widerstand.
- b) in der Regel werden starre Propeller verwendet die im nichtangetriebenem Zustand aerodynamischen Widerstand erzeugen. Werden Klapppropeller verwendet, ist die Nutzung eines Schutzkäfigs um den Propeller nicht möglich. Dann werden in der Regel Sensoren und Signalgeber am Schirm und am Motorgurtzeug eingesetzt, die den Motor bei Gefahr automatisch abschalten. Die Anbringung jeglicher Teile an einen Gleitschirm stellt die bestehende Musterprüfung des Gleitschirms in Frage.
- c) in der Regel müssen Gleitschirme genutzt werden, die speziell für den Einsatz an bestimmten Antriebseinrichtungen zugelassen sind. Gründe dafür sind in der Regel Anpassungen der Schirme zur Kompensation des Drehmomentes des Motors und Anpassungen zur Aufnahme der übrigen statischen und dynamischen Kräfte.
- d) in der Regel werden spezielle Gurtzeuge benötigt, an die die Antriebseinrichtungen nach dem Stand der Technik angebaut werden. Diese Gurtzeuge sind dann nicht für das reine Gleitschirmfliegen ohne Motor verwendbar. Ein Gleitschirmpilot, der sowohl Motorgleitschirmflug als auch reinen Gleitschirmflug betreiben möchte, benötigt nach dem heutigen Stand der Technik in der Regel zwei Gurtzeuge.
- e) in der Regel sind die Sitzpositionen der Motorgurtzeuge aufrecht ausgelegt und damit aerodynamisch ungünstig.
- f) in der Regel sind Motorgurtzeuge im Gegensatz zu Gurtzeugen für den motorlosen Gleitflug nicht mit Protektoren ausgestattet und sind damit potentiell weniger sicher.
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Die vorliegende Erfindung weist keine der angesprochenen Nachteile der Antriebseinrichtungen des aktuellen Standes der Technik auf. Bei der hier vorliegenden Erfindung:
- a) liegen die Propeller vor dem Piloten, so dass die Leinen des Geltschirms nahezu unmöglich in die Propeller geraten können. Selbst bei einem Überschießen des Gleitschirms vor den Piloten kann der Pilot rechtzeitig reagieren und die Motoren abschalten. Einen Schutzkäfig um die Propeller zu bauen ist daher nicht erforderlich. Damit weist die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung einen geringeren aerodynamischen Widerstand auf.
- b) befinden die Propeller sich immer im Blick des Gleitschirmpiloten, was eine mögliche Gefährdung des Gleitschirms, des Piloten oder von anderen Personen vermeidbar macht. Ein Schutzkäfig oder Sensoren zum Schutz vor Verletzungen durch die Propeller sind an der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung nicht erforderlich.
- c) können im Prinzip alle Gleitschirme und Gurtzeuge verwendet werden, die für den Start an einer Gleitschirmwinde zugelassen sind. Der Grund dafür ist, dass die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung die volle Beweglichkeit des Gleitschirms und des Gurtzeuges zulässt, so als wäre kein Antrieb angebaut. Es entstehen durch den Antrieb keine Belastungen, die bei einem Gleitschirmwindenstart nicht auch auftreten würden. Lediglich das insgesamt höhere Gewicht muss bei der Wahl des Gleitschirms berücksichtigt werden. Damit erschließt sich für die vorliegende Erfindung ein beachtlicher Anteil der am Markt verfügbaren Gleitschirme und Gurtzeuge und kann daher als universelle Antriebseinrichtung bezeichnet werden.
- d) können die Technologien die heute an reinen Gleitschirmgurtzeugen genutzt werden (Aerodynamik, passiver und aktiver Schutz, Ergonomie, Design), können auch für den Motorgleitschirmflug genutzt werden.
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Die wesentliche Herausforderung der sich die vorliegende Erfindung stellen muss ist die, dem Gleitschirm und dem Gurtzeug alle Bewegungen die ihnen eigen sind zu erlauben und dennoch soweit stabil am Gleitschirm-Gurtzeug-System befestigt zu sein, dass der Antriebsschub effektiv genutzt werden kann und die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung keine negativen Einflüsse auf die sichere Flugdurchführung hat.
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Befestigung an das Gleitschirm-Gurtzeug-System:
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Die für die Befestigung wesentlichen Elemente sind Bauteil 1 und Bauteil 2 die in ihrer Lage und Funktion in 3 beispielhaft skizziert sind. 2 zeigt im linken Teil die allgemein übliche Verbindung zwischen einem Gleitschirm und einem Gurtzeug, so wie ein Gleitschirm zum reinen Gleitflug genutzt wird. Im rechten Teil der 2 ist mit den Bauteilen 1, 2, 3 und 7 eine um die Längsachse des Bauteils 1 bewegliche Verbindung zwischen Gleitschirm, Gurtzeug und der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung hergestellt worden. Die Verbindung, die Bauteil 1 zwischen dem Tragegurt des Gleitschirms (Bauteil 8) und dem Karabiner des Gurtzeuges (Bauteil 9) herstellt, ist die einzige Verbindung die zwischen dem erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung und dem Gleitschirm-Gurtzeug-System besteht. Verbunden an den Gleitschirm trägt Bauteil 1 sowohl das Gurtzeug mit dem Piloten als auch über das drehbar an Bauteil 1 angebrachte Bauteil 2 alle weiteren Baugruppen der erfindungsgemäße Antriebseinrichtung (siehe 6). Es ist wichtig dass Bauteil 1 sich von Bauteil 2 unabhängig um seine Längsachse bewegen kann. Denn nur so kann das Gleitschirm-Gurtzeugsystem seine ihm eigene Bewegungsfreiheit behalten und alle Fluglagen so einnehmen, wie es auch im normalen Gleitschirmflug ohne Antriebseinrichtung möglich ist.
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Stabilität um die Hochachse im Fluge:
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Die Hochachse der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist identisch mit der Hochachse des Gleitschirm-Gurtzeug-Systems und verläuft über den Mittelpunkt der Gleitschirmkappe zum Mittelpunkt der gedachten Verbindungslinie zwischen den beiden Gurtzeugkarabinern. So wie der Gleitschirmpilot, der in seinem Gurtzeug unter dem Gleitschirm hängt, erhält auch die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung ihre Stabilität um die Hochachse über die Tragegurte des Gleitschirms. Durch die im Fluge am Schirmprofil auftretenden aerodynamischen Kräfte werden die beiden Tragegurte des Gleitschirms (Bauteil 8, 2) nach außen gezogen und gehalten. Stabilität um die Hochachse ist dann gegeben, wenn die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung stets den Bewegungen des Gleitschirms um die gemeinsame Hochachse folgt, im Motorbetrieb ebenso wie im antriebslosen Betrieb. Dadurch dass die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung über die Bauteile 1, 2 und 3 an den Tragegurten des Gleitschirms befestigt ist (siehe 2), muss die universelle Antriebseinrichtung allen Bewegungen des Gleitschirms um die Hochachse folgen. In 7 wird beispielhaft skizziert (Draufsicht) wie der Propeller (Bauteil 18) und der Motor (Bauteil 19) mit Bauteil 13 verbunden sind. Bauteil 13 wird mit Bauteil 11 über eine bewegliche Achse, Bauteil 12, verbunden und erlaubt Bauteil 13 eine Bewegung um die Querachse, nicht aber um die Hochachse. In 5 wird beispielhaft skizziert wie Bauteil 11 mit Bauteil 10 um die Längsachse beweglich verbunden ist, auch hier ist eine Beweglichkeit um die Hochachse bewusst nicht vorgesehen. Wie in 4 beispielhaft skizziert wird, lassen auch die Verbindungen des Bauteils 10 mit den beiden Bauteilen 3 und dem Bauteil 2 ausschließlich Bewegungen um die Längsachse zu, nicht aber um die Hochachse. Das Bauteil 1 kann eine Bewegung um seine eigene Hochachse ausführen, weil es drehbar in Bauteil 2 gelagert ist. Da aber auf jeder Seite der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung die Befestigung an den Gleitschirm über Bauteil 1 vorgenommen wird, wirkt sich diese Drehbewegung des Bauteil 1 nicht als Drehbewegung der gesamten erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung um seine Hochachse aus. Damit wird deutlich, dass bei aller erforderlicher Beweglichkeit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung um die Längs- und Querachse doch alle Bewegungen um die Hochachse allein im Einklang mit dem Gleitschirm erfolgen können. Damit ist auch horizontale Ausrichtung des Schubvektors der Propeller um die Hochachse mit der Ausrichtung des Gleitschirms gekoppelt. Das heißt, auch im Motorbetrieb erfolgt die Steuerung des Gleitschirm-Gurtzeug-Systems wie im reinen Gleitflugbetrieb. über die Steuerleinen und über Gewichtsverlagerung durch den Piloten. Die Ausrichtung der Schubachsen beider Propeller (Position A, 9) zueinander kann um einen geringen Winkel nach innen geneigt sein, um im Motorbetrieb mehr Stabilität um die Hochachse zu erhalten (siehe 9). Um ein mögliches Schlingern der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung um die Hochachse zu dämpfen können Seitenleitwerke (Baugruppe 16, 6, 7 und 8) vorgesehen werden. Die Seitenleitwerke können auch mit verstellbaren Seitenrudern versehen werden, wenn beispielsweise der Einmotorenbetrieb gewünscht ist. In turbulenter Luft kann der Gleitschirm jedoch seine aerodynamische Stabilität, und damit die Spannung in den Tragegurten, kurz verlieren. In diesen Fallen halten die Seitenleitwerke (Baugruppe 16, 6, 7 und 8) die Stabilität um die Hochachse aufrecht. In kritischen Flugzuständen könnte es dennoch zu einem ungewollten „eindrehen” des Piloten und der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung kommen. Dabei kreuzen sich die Tragegurte des Gleitschirms und die auf Bauteil 13 wirkenden Kräfte würden sehr groß werden. Mit dem Bauteil 22, 8 wird vermieden, dass der Abstand zwischen den beiden Bauteilen 2 so gering wird, dass die daraus resultierenden Kräfte für Bauteil 13 unakzeptabel groß werden. Gleichzeitig lässt der Spreizbügel durch die an beiden Enden des Bauteils vorgesehenen Schlaufen ausreichend Bewegungsspielraum für die Normalflugmanöver.
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Stabilität um die Längsachse im Fluge:
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Die Längsachse der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung (Position D, 6 und 7) verläuft parallel zu den beiden Bauteilen 13 und liegt in der Mitte zwischen diesen. Die Längsachse des Gleitschirmpiloten in seinem Gurtzeug liegt parallel zu dieser, aber etwas oberhalb. Die Längsachse des Gleitschirm-Gurtzeug-Systems liegt wiederum oberhalb der des Gleitschirmpiloten und zwar zwischen der Gleitschirmkappe und dem Gleitschirmpiloten. Während das Gleitschirm-Gurtzeug-System um seine eigene Längsachse eher pendelt statt zu rollen, ist die Bewegung die der Gleitschirmpilot in seinem Gurtzeug um seine Längsachse vollzieht eine echte Rollbewegung. Die Rollbewegung des Gleitschirmpiloten in seinem Gurtzeug wird möglich durch aufwärts und abwärts Bewegungen der Tragegurte des Gleitschirms. Stabilität um die Längsachse ist dann erreicht, wenn alle drei Längsachsen stets parallel verlaufen. Die ständige Parallelität der Längsachsen des Gleitschirm-Gurtzeug-Systems und des Gleitschirmpiloten ist durch das Gleitschirm-Gurtzeug-System vorgegeben. Durch die Verbindung der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung mittels Bauteil 1 (2) mit den Tragegurten des Gleitschirms (Bauteil 8, 2) und die Gurtzeugkarabiner (Bauteil 9, 2) ist sichergestellt, dass alle Rollbewegungen des Gleitschirmpiloten in seinem Gurtzeug an den erfindungsgemäßen Gleitschirmantrieb übertragen werden. Wie in 8 beispielhaft skizziert spreizen die Bauteile 3 die übrigen Baugruppen. der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung in der Art und Weise ab, dass alle aufwärts und abwärts Bewegungen der Tragegurte (Bauteil 8, 2) zwangsläufig in Rollbewegungen um die Längsachse der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung umgesetzt werden. Stabilität um die Längsachse wird somit über die Bauteile 2, 3 und 10 (4 und 5) sichergestellt. In turbulenter Luft kann die aerodynamische Stabilität des Gleitschirms und damit die Spannung der Tragegurte kurzzeitig nachlassen. Um auch dann noch Stabilität um die Längsachse sicherzustellen ist der universelle Gleitschirmantrieb zur Längsachse symmetrisch aufgebaut und der Schwerpunkt liegt auf der Längsachse.
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Stabilität um die Querachse im Fluge:
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Die Querachse der universellen Antriebseinrichtung (Position F, 7) verläuft senkrecht zu den Bauteilen 13 und mittig durch die beiden Bauteile 12 (siehe 7). Sie ist identisch mit der Querachse des Gleitschirmpiloten in seinem Gurtzeug und verläuft parallel zur Querachse des Gleitschirm-Gurtzeug-Systems welche oberhalb des Gleitschirmpiloten zwischen Gleitschirmkappe und Gleitschirmpiloten verläuft. Der Gleitschirmpilot bewegt sich lediglich zur Änderung seiner Sitzposition um seine Querachse. Im Fluge ist der Gleitschirmpilot fest in das Gleitschirm-Gurtzeug-System eingebunden und darum ist die Bewegung um die Querachse des Gleitschirm-Gurtzeug-Systems eine gemeinsame Bewegung des Gesamtsystems. Stabilität um die Querachse ist also gegeben, wenn die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung keine Bewegungen um seine eigene Querachse macht. Durch die Gewichts- und Fliehkräfte die auf das Bauteil 1 (2 und 3) nach „unten” wirken und Auftriebskräfte auf das Bauteil 1 nach „oben” wirken wird dieses stets in eine stabile Position senkrecht zwischen Gleitschirm und Gurtzeug gezwungen. Diese Stabilität wird zur Sicherstellung der Querstabilität der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung genutzt. Über Bauteil 2, die Bauteile 3 und Bauteil 10 (siehe 4) wird Bauteil 11 stets „waagerecht” gegenüber der gedachten „senkrechten” Linie zwischen Gleitschirm und dem Gurtzeug gehalten. Wie in 5 beispielhaft skizziert wird trägt Bauteil 11 das Bauteil 13. Wie in 6 beispielhaft skizziert wird trägt Bauteil 13 alle weiteren Bauteile der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung und zwingt so den gesamten Antrieb zur Stabilität um seine Querachse. Weitere stabilisierende Wirkung um die Querachse kann eine gegenüber dem Bauteil 13 nach unten geneigte Propellerschubachse (Position B, 9) bewirken. Die Propellerschubachse sollte so ausgelenkt sein, dass der Schubvektor mittig auf das Bauteil 1 wirkt (siehe 9). Dadurch wird vermieden, dass die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung im Motorbetrieb eine nicht gewünschte Drehbewegung um den Aufhängungspunkt durchführt. Eine weitere Stabilisierung kann erreicht werden durch die Verwendung eines Höhenleitwerkes (Bauteil 21, 7). Dieses Höhenleitwerk sollte mit der gleichen Neigung zum Bauteil 13 angebracht werden wie die Propellerschubachse (Position B, 9). Damit wird erreicht, dass im antriebslosen Flug eine leichte nach „unten” wirkende Kraft auf das Heck der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung wirkt und so ein Schwingen um die Querachse unterdrückt. Da bei Durchflug von Turbulenzen die aerodynamische Stabilität des Gleitschirms und damit auch die stabilisierenden Kräfte in den Tragegurten (Bauteil 8, 2) kurzzeitig nachlassen können, ist die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung zur Aufrechterhaltung der Querstabilität, bezogen auf die Querachse, im Gleichgewicht aufgebaut. Der Schwerpunkt. (Position S, 6 und 7) befindet sich auf der Querachse im Mittelpunkt des Bauteils 12.
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Schubvektorsteuerung:
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Der Schubvektor der Propeller kann durch die drehbare Lagerung des Bauteils 13 auf der Achse 12 (Bauteil 12, 10) aus der waagerechten Lage nach oben und unten verändert werden. 10 skizziert dieses beispielhaft. Als Antrieb für die Ausrichtung des Bauteils 13 kann beispielsweise ein Linearantrieb (Bauteil 17) genutzt werden. Die Schubvektorsteuerung ermöglicht im Fluge die optimale Ausrichtung des Propellerschubes in Abhängigkeit der Lage der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung bei Motorbetrieb im Raum. In der Phase des Startvorgangs, wenn der Gleitschirm noch nicht ausreichend Auftrieb erzeugt um die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung zu tragen und zu stabilisieren, erlaubt die Schubvektorsteuerung die Vergrößerung des Abstandes des Propellers zum Boden.
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Zerlegbarkeit:
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Die universelle Antriebseinrichtung kann in transportablen Baugruppen konstruiert werden. Ziel ist es die universelle Antriebseinrichtung vollständig zerlegt in zwei großen Taschen transportieren zu können. Das größte Bauteil ist Bauteil 13. Es kann in drei Elemente zerlegbar hergestellt werden. Alle hier nicht beschriebenen Konstruktionsmerkmale entsprechen dem Stand der Technik und bedürfen keiner weiteren Erwähnung.
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Antrieb:
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Als Antrieb für die universelle Antriebseinrichtung bieten sich leistungsstarke Elektromotoren an. Grundsätzlich ist auch die Verwendung von Verbrennungsmotoren oder auch geeigneten Wellen- oder Strahlturbinen möglich. Alle Schalt- und Steuerungseinheiten, Akkumulatoren, Tanks und Anzeigeelemente können in Bauteil 15 (Siehe 5 und 6) eingebaut werden. Für eine sehr leichte Variante der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung können die erforderlichen technischen Komponenten auch in Bauteil 13 integriert werden. Die Steuerung des Antriebes, der Schubvektorsteuerung und gegebenenfalls des Seitenruders kann über Bedienelemente realisiert werden die der Gleitschirmpilot zusammen mit den Steuerleinen des Gleitschirms in seinen Händen hält. Damit ist die zeitgleiche Steuerung des Schirms und aller technischen Vorrichtungen in der Start-, Flug- und Landephase möglich. Alle hier nicht beschriebenen Konstruktionsmerkmale entsprechen dem Stand der Technik und bedürfen keiner weiteren Erwähnung.
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Zweck der Beschreibung:
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Die obige Beschreibung und die Skizzen (1 bis 10) dienen ausschließlich der. Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Alle Beschreibungen und Skizzen sind beispielhaft und stellen keine Eingrenzung der Erfindung dar.
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Liste der Skizzen:
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1: Zusammenfassende Skizze
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2: Verbindung Antriebseinrichtung mit Gleitschirm und Gurtzeug.
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3: Dreiseitendarstellung des „Universalverbinder”
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4: Dreiseitendarstellung der „Querstabilisierung”
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5: Dreiseitendarstellung der „Motorträgeraufnahme”
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6: Seitenansicht
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7: Draufsicht
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8: Frontansicht
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9: Darstellung feste Schubvektoren
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10: Darstellung Schubvektorsteuerung
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Bezugszeichenliste
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Liste der Bauteile:
- 1
- Schirm-Gurtzeugverbinder
- 2
- horizontaler Stabilisator
- 3
- Spreizstab
- 4
- Spreizstabbolzen
- 5
- Haltestift Tragegurt
- 6
- Haltestift Gurtzeug
- 7
- Karabinerschlaufe
- 8
- Gleitschirmtragegurt
- 9
- Gurtzeugkarabiner
- 10
- Spreizstabträger
- 11
- Motorträgeraufnahme
- 12
- Motorträgerachse
- 13
- Motorträger
- 14
- Gegenlager Linearantrieb
- 15
- Elektronikraum
- 16
- Seitenleitwerk
- 17
- Linearantrieb
- 18
- Faltpropeller
- 19
- Motor/Spinner
- 20
- Querverbinder
- 21
- Höhenleitwerk
- 22
- Spreizbügel
Liste der Positionen: - A
- Propellerschubachse, horizontal
- B
- Propellerschubachse, vertikal
- C
- Schubvektorachse
- D
- Längssachse
- E
- Hochachse
- F
- Querachse
- S
- Schwerpunkt
