EP4240614A1 - Hangar und anordnung zum wechseln einer batterie aus einem luftfahrzeug - Google Patents

Hangar und anordnung zum wechseln einer batterie aus einem luftfahrzeug

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Publication number
EP4240614A1
EP4240614A1 EP22764391.3A EP22764391A EP4240614A1 EP 4240614 A1 EP4240614 A1 EP 4240614A1 EP 22764391 A EP22764391 A EP 22764391A EP 4240614 A1 EP4240614 A1 EP 4240614A1
Authority
EP
European Patent Office
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battery
compartment
vehicle
contacts
holder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22764391.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tristan SCHELER
Dominik BLÜMM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
H I V E Systems GmbH
Original Assignee
H I V E Systems GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by H I V E Systems GmbH filed Critical H I V E Systems GmbH
Publication of EP4240614A1 publication Critical patent/EP4240614A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for removing a battery from a vehicle and for inserting a battery into the vehicle, in particular an aircraft.
  • the invention also relates to a hangar with such an arrangement.
  • Aircraft in the form of unmanned drones are known from the prior art.
  • a drone can, for example, be in the form of a multicopter and be supplied with power via a battery in the form of an accumulator.
  • Devices are also known from the prior art, via which the battery can be independently removed from the drone and used.
  • the invention is based on the object of creating an arrangement for removing a battery from a vehicle and inserting a battery into the vehicle, which has a simple and inexpensive design in terms of device technology and is easy to operate. It is also the object of the invention to create a hangar with such an arrangement. Furthermore, an arrangement with a battery holder and a battery for an aircraft is to be created, with which a battery change is made possible in a simple and cost-effective manner in terms of device technology.
  • the object regarding the arrangement for removing and installing the battery is solved according to the features of claim 1 regarding the hangar according to the features of claim 9 and with regard to the arrangement with the battery holder and the battery according to the features of claim 10.
  • an arrangement for removing a battery, in particular in the form of an accumulator, from a vehicle and for inserting one or the battery into the vehicle.
  • the vehicle is preferably an aircraft.
  • the arrangement comprises a robot, which advantageously has a lifting tool. This can be moved over the robot and be provided for holding and moving the battery. This means that the robot can change the position of the battery.
  • the arrangement has at least one battery or an energy store for the vehicle. This has a battery housing on which a lifting means can be formed, which can be grasped by the lifting tool.
  • a battery holder can be provided, which can be fastened or firmly fixed to the vehicle via a fastening means.
  • the battery holder preferably has a battery compartment into which the battery can be inserted and removed using the lifting tool.
  • the robot is advantageously a gantry robot that is simple and inexpensive in terms of device technology and has a gantry arm with the lifting tool.
  • a gantry robot In addition to its simple design in terms of device technology, such a gantry robot is also easy to control, for example in comparison to a robot arm with a plurality of actuators.
  • the portal robot can also be used in a space-saving manner and it can preferably be arranged above the aircraft in order to use its lifting tool to remove the battery from the aircraft or to insert it into it. Due to the simple and space-saving design, such a gantry robot or the arrangement can also be used easily in a hangar, which can be designed in a compact manner as a result, which is explained in more detail below.
  • comparatively high loads can be moved with a portal robot.
  • a portal robot is many times cheaper compared to a robot arm with, for example, several axes or 7 axes.
  • a gantry robot is also easily scalable in size.
  • a work surface or assembly surface that is accessible from above, in particular as seen in the vertical direction, is preferably provided, on which the vehicle can be arranged.
  • the lifting tool can preferably be arranged above the work surface in order to lift the battery out of the vehicle or to insert it into the vehicle from above.
  • the vehicle for example in the form of an aircraft, to arrange itself on the work surface and move away from the work surface using its own means. Due to the simple and space-saving design of the portal robot, a generous maneuvering space is created for this.
  • the work surface can be moved via a corresponding device, such as a conveyor belt.
  • the lifting tool is designed as a gripping tool in a simple and cost-effective manner. This allows the battery to be securely gripped for removal and insertion.
  • a magnet for example, as a lifting tool.
  • the portal robot is preferably designed as a surface portal robot.
  • a carriage can be movable in particular in an x-y plane or horizontal plane or in a plane transverse to the lifting direction of the portal arm or in a plane at a parallel distance from the work surface.
  • the lifting tool can be moved flexibly over a large area, for example to change batteries and also to transport batteries to a storage area or loading area.
  • the portal arm can be slidably mounted in its axial direction via the carriage.
  • the portal arm can be moved via an actuator, preferably in a vertical direction or up-down direction or in a vertical axis.
  • the portal arm preferably extends in the vertical direction.
  • the lifting tool can then be provided at the end in the lower area of the portal arm.
  • the lifting tool in the form of the gripping tool can point downwards, for example.
  • the vehicle with the battery holder and/or the work surface is preferably arranged underneath the lifting tool and/or portal robot.
  • the area portal robot it would also be conceivable to use a line portal robot with a cross beam.
  • the work surface can be moved at least transversely to the cross member in order to position the battery in this direction with respect to the lifting tool.
  • the gripping tool preferably simply has two gripping jaws that can be actuated via an actuator.
  • the actuator can be actuated electronically and/or hydraulically and/or pneumatically, for example.
  • the axis of rotation of the gripping jaws extends, for example, transversely to the vertical axis and/or parallel to the cross member of the carriage.
  • At least one sensor is preferably provided, which is connected to a control unit in order to detect the lifting means of the battery housing. This allows the lifting tool to reach the lifting gear in a targeted and independent manner and remove the battery from the battery compartment. It is also conceivable to provide the sensor or another sensor in order to detect the battery compartment, in particular when it is empty, so that the robot can insert the battery into it independently using the lifting tool. Alternatively or additionally, it can be provided that the battery housing is arranged in a predetermined position and with a predetermined orientation in order to change the battery.
  • the battery compartment preferably has a compartment opening that is accessible from above, particularly when the vehicle is positioned for removal or for battery installation.
  • the battery can be insertable and removable via the compartment opening.
  • the compartment opening can be accessible in such a way that a battery held by the lifting tool can be inserted into the battery compartment by appropriate activation of the robot via the compartment opening and that a battery can be grasped by the lifting tool and by appropriate activation of the robot via the compartment opening can be removed from the battery compartment.
  • the battery holder is simply box-shaped in terms of device technology. It can be provided that the battery compartment has a bottom surface from which several inner wall surfaces extend to the compartment opening. The compartment opening and the bottom surface are then arranged one above the other, for example, and extend at the same distance from one another. More preferably, four inner wall surfaces are provided which, seen in cross section, ie in a section parallel to the bottom surface, can form a rectangle. Two of the inner lateral surfaces can be designed as large inner lateral surfaces. These are then preferably opposite each other. Transversely thereto, two small inner wall surfaces can be provided, which also face each other.
  • the battery compartment in particular the inner lateral surfaces of the battery compartment, and/or the battery holder can be designed essentially in the shape of a truncated pyramid or truncated cone or have one or each centering section in the shape of a truncated pyramid or truncated cone.
  • the tapering of the battery compartment can be implemented in a simple manner in terms of device technology.
  • the bottom surface, in particular in the form of a top surface, of the battery compartment is preferably arranged at the bottom, with the inner lateral surfaces extending upwards and with the distance between the inner lateral surfaces increasing from the bottom to the top.
  • the inner lateral surfaces are preferably each formed as a trapezoid.
  • the compartment opening which is delimited by an inner lateral surface, is then formed on an upper side of the battery compartment.
  • the battery compartment has a lower base section, which adjoins the upper centering section—from below.
  • the base section can have a different shape compared to the centering section, whereby the battery compartment fulfills the centering function via the centering section and can also be configured via the base section according to a space requirement, for example to accommodate electronic components flexibly.
  • the base section is preferably designed in the shape of a bush, with the bowl-shaped centering section adjoining its walls, which encompass the bottom surface, at the top.
  • a length - viewed in the top-bottom direction or seen in the direction of insertion of the battery - of the centering section is larger or substantially Lean greater than a length of the base portion, allowing a large latitude for centering the battery.
  • the battery compartment and/or the battery holder is box-shaped and open at the top to the compartment opening and delimited at the bottom by a floor, especially when the vehicle is arranged on the work surface below the gantry robot. Walls of the battery holder and/or inner lateral surfaces of the battery compartment can move away from one another, starting from the floor.
  • the bottom surface preferably has an elongated rectangular shape with two long and two short sides.
  • contacts are formed in/on the bottom of the battery compartment. These interact with contacts of the battery when the battery is inserted.
  • the contacts of the battery/s in the battery compartment are preferably in mechanical contact.
  • the bottom of the battery compartment preferably has a through-opening through which the contacts, which are in particular formed on a printed circuit board or circuit board, are accessible.
  • the contacts are designed as contact surfaces, for example. Alternatively or additionally, it is conceivable that the contacts are arranged in one or more rows or in a matrix-like manner.
  • the battery housing advantageously has a truncated cone-shaped and/or box-shaped design.
  • the battery housing can have an upper, in particular outer, base area and a lower, in particular outer, cover area. Between these, in particular trapezoidal outer jacket surfaces can be provided. These can approach each other starting from the top.
  • a peripheral wall of the battery case is tapered in a top-bottom direction.
  • the peripheral wall is tapered with a centering portion extending downwardly away from a base portion of the peripheral wall.
  • the battery case has an upper base portion and a lower centering portion. Outer jacket surfaces of the centering section of the battery housing are preferred adapted to the inner lateral surfaces of the centering section of the battery holder in such a way that centering is possible.
  • the battery housing preferably also has a contact section adjoining the centering section from below. This is preferably designed as a hollow cylinder. Alternatively or additionally, the contact section has an outside diameter and/or outside cross section that corresponds to the minimum outside diameter and/or minimum outside cross section of the centering section.
  • the battery housing and the battery holder are preferably designed in such a way that the contact section of the battery dips into the base section of the battery holder when inserted. If necessary, it can be provided that an immersion depth is limited in that the contact section rests with its downward-pointing end face on an upward-pointing contact shoulder of the base section.
  • the battery housing can be designed in multiple parts, with the base section forming one component and the centering section--optionally with the contact section--another component. This allows the sections to be manufactured flexibly and independently of one another.
  • the base section of the battery housing protrudes completely or at least partially after being inserted into the battery holder, as a result of which the battery has a structural space that is not arranged in the battery holder.
  • the capacity of the battery can be increased in a simple manner.
  • the base portion of the battery case preferably has a radial collar which extends outwardly and covers a gap between the battery and the battery holder when the battery is installed in the battery holders.
  • the coverage is preferably completely circumferential around the battery and the battery holder.
  • the radial collar can extend outwards and downwards in the shape of a roof from the battery housing and can overlap the centering section. It would also be conceivable for the radial collar to reach behind or overlap the battery holder when the battery is inserted in the battery holder, in order to offer even better protection.
  • the battery may have contacts on the bottom deck surface of the battery case. These preferably interact with the contacts of the battery holder. in a- When the battery is in the set state, the contacts of the battery and the contacts of the battery holder can contact one another mechanically, as a result of which current can flow and/or voltage can be applied and/or data can be exchanged.
  • the battery preferably has a printed circuit board on its lower side or lower cover surface, which preferably extends transversely to a top-bottom direction.
  • the circuit board has an outer major surface that faces outward and a major surface that faces inward - and preferably downward.
  • the outer large area has at least one contacting section with the contacts, which is accessible from the outside. The contacts of the battery are thus formed on the contacting section.
  • contact surfaces are designed as contacts in the battery and are mechanically and/or electrically connected to the circuit board, the contact surfaces extending obliquely or perpendicularly away from the circuit board.
  • a respective contact spring is formed for a respective contact surface and is firmly connected to the printed circuit board of the battery holder.
  • the respective contact surface and the respective contact spring interacting therewith are in contact with one another in the installed state of the battery in the battery holder.
  • the contact surfaces are provided on the battery and the contact springs are provided on the battery holder, as explained above.
  • the contact springs are mechanically more sensitive and can be damaged more easily. Due to the arrangement in the battery holder, these are arranged in a comparatively protected manner. The more robust contact surfaces are on the battery, as this is more likely to come into mechanical contact with other components when the battery is changed. It goes without saying possible, conversely, to provide the contact springs at the battery and the contact surfaces at the battery holder or to form a mixed form.
  • At least one pair of contacts is preferably provided, which has two of the contact surfaces explained above, each of which is associated with one of the contact springs explained above.
  • a contact surface with a contact spring forms a positive pole and the other contact surface with the further contact spring forms a negative pole.
  • the respective contact surface is advantageously part of a respective contacting platelet. These are each firmly connected to the printed circuit board, for example by a soldered connection.
  • the contacting plates preferably extend at a distance or essentially at a parallel distance from one another and/or perpendicularly and/or in the mounting direction to the printed circuit board. The respective contact spring can thus slide on the respective contact surface during assembly/when inserting or removing the battery.
  • the respective contact spring is preferably designed as a spring leg which is firmly connected to the printed circuit board, for example by a soldered connection.
  • the spring leg has a first leg section at the end and a second leg section arranged--preferably adjoining it--which are arranged in a V-shape relative to one another. After the battery has been inserted in the battery holder, the connection area of the leg sections bears against the contact surface, the spring leg being tensioned as a result.
  • the end leg section is angled obliquely to the contacting surface and, seen in the plane of the contacting surface, protrudes away from it in such a way that when the battery is inserted, the spring leg is stretched over the end leg section, so that it can serve as a kind of ramp.
  • the contact surfaces of the contact pairing can, for example, point towards one another and delimit a receiving space for the contact springs, which leads to a robust configuration.
  • a plurality or multiplicity of contact pairs are provided.
  • the contact plates or contact surfaces can be arranged in a connector block, for example made of an electrically insulating material, preferably plastic.
  • the connector block can be attached to the printed circuit board with the contact surfaces.
  • the contact pads or contact surfaces are preferably supported via the connector block.
  • the connector block also preferably has a block opening for the or a respective pair of contacts, through which the contact springs can be inserted.
  • the contact springs can preferably be arranged in a plug receiving block which is formed, for example, from an electrically insulating material, preferably plastic.
  • the connector receiving block is preferably attached to the printed circuit board with the contact springs.
  • the contact springs are preferably supported via the plug receiving block.
  • the contact springs are surrounded by the connector block—preferably circumferentially or completely circumferentially—and/or the contact plates or contact surfaces are surrounded by the connector block—preferably circumferentially or completely circumferentially, with which these components are mechanically protected by the respective blocks.
  • the connector block it would be conceivable for the connector block to be provided for the contact springs and the connector receiving block for the contact plates or contact surfaces.
  • the connector block and the connector receiving block create an additional form-fitting connection, which means that the contacting quality is extremely high even under adverse conditions, such as high temperature fluctuations.
  • the connector block and the connector receiving block are adapted to one another—such as a plug and a socket—and can be connected to one another in a form-fitting manner. If necessary, a non-positive connection can also be provided between the blocks in their assembled state.
  • At least one centering pin is formed on the connector block and/or on the connector receiving block, in particular in one piece with this/them. During assembly, this dips into a corresponding pin receptacle of the connector receiving block or connector block.
  • the centering pin extends in the mounting direction and/or perpendicular to the printed circuit board and/or in the top-bottom direction and protrudes beyond the block on which it is formed. Thus, during assembly, the centering pin dips into the pin receptacle before the plug block dips into the plug receptacle block. This leads to additional assembly safety in order to avoid damage to the contacts.
  • At least two centering pins with a corresponding centering receptacle are provided, which are designed as explained above.
  • the tapered shape of the battery housing and the battery holder forms a pre-centering when the battery is inserted, with the centering pin(s) then providing fine adjustment.
  • the top surface of the battery and the bottom surface of the battery compartment can face each other.
  • these areas extend approximately parallel to one another. It is also conceivable that these surfaces abut one another at least in sections.
  • the box-shaped battery holder and the box-shaped battery housing are designed in such a way that they can be stacked and/or plugged into one another.
  • the battery can be secured in the inserted state via at least one closure or mechanical closure in the battery compartment, in particular with respect to the battery compartment.
  • the closure is preferably designed in such a way that it opens automatically as of a predetermined force acting on the battery in the lifting direction.
  • the closure can be designed in such a way that it closes automatically when the battery is inserted into the battery compartment. This makes it extremely easy to insert and remove the battery. No means are required to release or lock the clasp. In other words, the closure remains closed up to a predetermined clamping force or tightening force.
  • the clamping force is between 22 and 100 N, for example.
  • the at least one closure can be formed between the lower cover surface of the battery housing and the bottom surface of the battery compartment.
  • the battery is preferably held in the battery compartment without play.
  • the closure is designed, for example, as a snap closure with an attractive effect.
  • the shutter applies the attraction force to the battery toward the bottom surface. Due to the tapering configuration of the battery compartment and the battery housing, these are thus clamped against one another and fixed to one another in a form-fitting manner.
  • the clasp may have a hook that attaches to the battery or battery holder.
  • the closure can have a hook receptacle into which the hook is immersed when the closure is in the closed state.
  • the hook receptacle is then formed on the corresponding other component, ie on the battery holder or the battery.
  • a holding mechanism for applying the tightening force to the hook is also preferably provided in the hook receptacle.
  • the holding mechanism has, for example, a lever with a spring.
  • the lever can be rotatably arranged in the hook receptacle.
  • the lever is brought into a spring-loaded closed position in which the hook is locked.
  • the lever is constructed and designed in such a way that the spring force has to be overcome when the battery is removed. If the lifting force - which is applied via the portal robot - exceeds the spring force, the lever is brought into its open position by the hook and the hook is released.
  • the hook is preferably formed on the battery holder and the hook receptacle is preferably formed on the battery. This is advantageous since the hook is thus arranged in a protected manner in the battery compartment.
  • the hook projects from the bottom surface of the battery compartment.
  • the hook mount in turn, can be accessible from the bottom deck surface of the battery case.
  • two locks are provided in order to securely fix the battery in the battery compartment and to create redundancy.
  • two hooks are then provided, wherein a respective hook can be arranged adjacent to the respective small inner wall surface of the battery compartment and can protrude from the bottom surface.
  • the contacts can be formed between the hooks in the area of the bottom surface.
  • the hook mounts are preferably provided in the bottom deck surface of the battery case.
  • the hook receptacles are preferably each arranged adjacent to a respective short side of the top surface. The lock can be unlocked by the hook in the direction of the lifting force and locked by the hook in an opposite direction.
  • the contacts or at least some of the contacts of a component in the form of the battery or the battery holder can be used as pins be trained. These can each interact with one of the contacts of the other component in the form of the battery holder or the battery in the form of a contact surface.
  • a respective pin preferably has a spring which is supported on the component and applies a spring force to the pin.
  • the pin can have a collar, via which it is supported in a spring-loaded basic position on a corresponding stop of the component, in particular when the battery is not in use.
  • the pin can be axially displaceable against the spring force, with the collar moving away from the stop in the event of such a displacement. Here the pin is pushed into the component.
  • the pins can protrude from the component, in particular from the top surface of the battery or from the bottom surface of the battery compartment, such that when the battery is inserted in the battery compartment they are tensioned by their respective springs against the opposite contact surfaces. A secure contact is thus made possible in a simple manner in terms of device technology.
  • the contacts or at least some of the contacts are preferably designed for conducting high currents. For example, it would be conceivable to conduct up to 180A in order to supply the aircraft with energy.
  • means are provided for automatically and/or independently removing and inserting the battery from the battery compartment.
  • at least one sensor can be provided which can detect the position and/or orientation of the battery and/or which can detect the position of the lifting tool.
  • a control unit is preferably provided, which interacts with the at least one sensor and can control the portal robot and/or the means.
  • a battery store is also preferably provided, in which at least one battery can be inserted for charging via the gantry robot or can be removed from it.
  • the vehicle is preferably an aircraft.
  • an unmanned aircraft can be provided as the vehicle.
  • the aircraft is designed, for example, as a drone, in particular in the form of a multicopter.
  • the multicopter is designed, for example, as a quatrocopter.
  • the battery holder is preferably attached to the aircraft in such a way that the battery compartment is accessible from above via the portal robot, in particular when the aircraft is parked on the work surface.
  • the battery holder is preferably arranged between rotors on an upper side of the multicopter.
  • a plurality of battery compartments are provided for arranging multiple batteries. These can be formed in a common battery holder or in a respective battery holder.
  • At least one data memory is provided in the battery housing next to the battery. This can be connected to the vehicle or aircraft via the contacts and serve, for example, as a type of flight recorder.
  • a sensor system can be provided, for example in the aircraft, in order to collect data on the aircraft and/or the environment. These can, for example, be written to the data memory. It is also conceivable to monitor the battery via the sensors.
  • the battery weighs about 2.5 kg.
  • an arrangement with a battery holder and a battery for an aircraft is provided.
  • the battery holder has one or more of the aforementioned aspects.
  • the battery has one or more of the aforementioned aspects.
  • the configurations of the battery and the battery holder specified in the application with regard to the arrangement with the gantry robot can be provided correspondingly in this arrangement.
  • a hangar is provided with the arrangement according to one or more of the aforementioned aspects, the vehicle being an aircraft.
  • the arrangement is preferably arranged inside the hangar.
  • a hangar with a gantry robot that has a lifting tool.
  • the portal robot is provided for lifting and lowering batteries in order to change them, for example, in a drone arranged in the hangar.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a hangar with an arrangement according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a perspective view of a battery housing and a battery holder according to an exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of the battery housing and the battery holder when the battery is inserted
  • FIG. 4 shows the arrangement according to the exemplary embodiment in a rear view
  • FIG. 5 shows the arrangement according to the exemplary embodiment in a plan view
  • FIG. 6 shows a perspective view of a battery holder with two batteries for an aircraft
  • FIG. 8 a top view of a battery compartment of the battery holder
  • Figure 9a and 9b each a closure in the open and closed state
  • FIG. 10 shows a perspective sectional view of a battery housing and a battery holder prior to assembly according to a further exemplary embodiment
  • FIG. 11b shows a cross-sectional view of contacting the battery housing and the battery holder according to the further exemplary embodiment after assembly.
  • a hangar 1 is shown, with parts of the walls of the hangar 1 not being shown for the sake of simplicity, so that the arrangement 2 arranged therein can be seen.
  • the arrangement 2 has a gantry robot which is designed as a surface gantry robot 4 .
  • This has a gripping tool 6 which is arranged on a portal arm 8 .
  • the portal arm 8 in turn is mounted on a carriage 10 so that it can be moved axially.
  • the Portal arm 8 can perform a lifting movement in the vertical direction via an actuator.
  • the carriage 10 in turn is mounted on a cross member 12 so that it can be displaced in an X-direction. It can be moved via an actuator along the crossbeam 12, together with the portal arm 8.
  • the crossbeam 12 in turn, is displaceably arranged on two supports 14, 16. These extend transversely to the crossbeam 12.
  • the crossbeam 12 can be displaced along the beams 14, 16 in a Y-direction.
  • An actuator is also provided for moving the cross member 12 .
  • the carriers 14, 16 are arranged above a work surface via profiles.
  • An aircraft in the form of a multicopter 18 is provided on the work surface. This is designed as a quadcopter.
  • An arrangement 20 in which two batteries 22, 24 are arranged is fastened between the rotors on an upper side of the multicopter 18. A respective battery 22, 24 can be removed from the arrangement 20 via the gripping tool 6 provided above it.
  • the gripping tool 6 is positioned correspondingly over the battery 22 or 24 to be removed via the area portal robot 4 .
  • the portal arm 8 is then moved downwards, with the gripping tool 6 engaging a lifting means of the battery 22 or 24 .
  • the lifting means is then gripped from behind by gripping jaws of the gripping tool 6 .
  • the gripping tool 6 is then moved upwards via the portal arm 8 together with the battery 22 or 24 and is thus removed from the arrangement 20 .
  • the battery 22 or 24 held by the gripping tool 6 can then be moved to a preferred position via the area portal robot 4, for example to a charging station.
  • FIG. 2 a component of the arrangement 20 in the form of a battery holder 25 is shown.
  • Part of a battery housing 26 of the battery 22 from FIG. 1 is also shown.
  • the battery holder 25 delimits a battery compartment 28 into which the battery housing 26 can be inserted at least in sections.
  • the battery holder 25 has an outer lateral surface 30 in the shape of a truncated cone and an inner lateral surface 32 in the shape of a truncated cone.
  • the battery compartment 28 widens in the upward direction.
  • the battery compartment 28 is delimited from below by a base with a base surface 34 .
  • the battery housing 26 has a frustoconical outer surface 36.
  • the outer lateral surface 36 and the inner lateral surface 32 are designed in such a way that when the battery housing 26 is in the inserted state, these surfaces lie flat against one another in order to enable a positive fit. In other words, the battery housing 26 can be inserted into the battery compartment 28 in a form-fitting manner. Due to the frustoconical design of the outer lateral surface 36 and the inner lateral surface 32, a comparatively rough positioning of the battery housing 26 is sufficient for inserting the battery 22 into the battery compartment 28.
  • the battery holder 25 is shown with the battery housing 26 in the inserted state in longitudinal section.
  • the outer lateral surface 30 lies flat against the inner lateral surface 32 .
  • a bottom surface 34 of the battery holder 25 and a lower cover surface 38 of the battery case 26 are partially in contact with one another.
  • a height of the battery housing 26 is greater than a height of the battery compartment 28. The battery housing 26 thus protrudes upwards in the inserted state.
  • the side view shows that the arrangement 20 is accessible above the rotors 40 of the multicopter 18.
  • the arrangement 20 is arranged between the rotors 40 and is spaced apart from them.
  • the arrangement 20 is shown in perspective.
  • This has two battery holders 25 and 42, which have the batteries 22 and 24.
  • the battery holders 25 and 42 are additionally surrounded by an outer casing for protection. This is open at the top in such a way that the batteries 22 and 24 are completely freely accessible.
  • the outer shell 44 is closed, for example with a plate.
  • the outer shell 44 also has an aerodynamic function and a design function. Aerodynamics and design are thus independent of the configuration of the battery holders 25 and 42.
  • the batteries 22 and 34 have a battery cover 46. These are releasably connected to a respective battery housing 26, see FIG. 2, by appropriate means, such as screws.
  • a lifting means 48 is provided in a respective battery cover 46 . This involves two gripping grooves, which the gripping tool 6 from FIG. 1 can reach from behind.
  • the lifting means 48 is designed in such a way that it is arranged between gripping jaws of the gripping tool 6 when gripping behind.
  • the lifting means 48 is arranged in the center of the battery cover 46 so that when the respective respective battery 22, 24 via the lifting tool 6, this is balanced or in equilibrium and has an orientation that is as constant as possible.
  • FIG. 7 the top surface 38 of the battery 22 is shown from below.
  • a circuit board 54 or printed circuit board with contacts 56 is provided in or on a contact recess 52 that can be seen in FIG.
  • a respective contact 56 is designed as a pin which protrudes from the circuit board 54 and thus from the top surface 38 .
  • the contacts 56 are resilient and are spring biased in the position shown. They can be displaced axially against the spring force in the direction of the interior of the battery 22 given a corresponding mechanical load.
  • the contacts 56 are arranged in two rows which extend parallel to one another. In the inserted state, the contacts 56 rest against contact surfaces 58, see FIG. 8, of the battery compartment 28, which is explained in more detail below.
  • a battery pack 60 can be seen through the recess 62.
  • the recess 62 can be closed by a cover, for example.
  • the contact surfaces 58 are formed on a circuit board 64 . This is provided on or in the recess 66 shown in FIG.
  • the recess 66 is made in the bottom surface 34 and penetrates the battery holder 25 completely.
  • the circuit board 64 can thus be connected to electronic components and parts of the multicopter 18 from FIG. 1 via the recess 66 .
  • the contact surfaces 58 lie in a common plane and extend parallel to or at a parallel distance from the bottom surface 34 according to FIG.
  • the contacts 56 then mechanically and electrically contact a respective contact surface 58.
  • the contact surfaces 58 are thus arranged in two rows corresponding to the contacts 56, which are provided at a parallel distance from one another. Due to the resilient design of the contacts 56, tolerances can be compensated for in a simple manner.
  • a respective closure 68, 70 has a hook 72 which, according to FIG. 8, is provided on the bottom surface 34 of the battery holder 25.
  • a respective hook receptacle 74 is assigned to the respective hook 72 .
  • the hook mounts 74 are in the top surface before 38 of the battery 22 is formed. In the inserted state, a respective hook 72 engages in a respective hook receptacle 74 . According to FIG. The hook mounts 74 protrude from the top surface 38 into the interior of the battery 22.
  • the closure 70 is shown in cross section in the open state and according to FIG. 9b in the closed state.
  • the hook receptacle 74 has a receptacle space 78 for the hook 72.
  • a holding mechanism 80 is provided in this space.
  • This has an L-shaped lever 82 which is rotatably mounted in the receiving space 78 .
  • a spring force is applied to the lever 82 via a spring 84 , the spring 84 being supported in the receiving space 78 . If the hook 72 enters the receiving space 78 when the battery 22 from FIG. 7 is inserted, the lever 82 is rotated via the hook 72 and the spring 84 is tensioned.
  • the battery 22 and 24, see FIG. 1, can be easily removed axially in the vertical direction and reinserted. This is made possible by combining different functionalities.
  • the tapered design of the battery housing 26 and the battery compartment 8 leads to easy centering and easy insertion of the battery 22.
  • the contacts 56 and the contact surfaces 58 enable secure contact, which is easy due to the design and arrangement when inserting the battery 22 into the Battery compartment 28 takes place.
  • the battery 22 is closed automatically via the advantageous design of the closure 70.
  • the battery can also advantageously be removed, since the closures 70 release automatically from a certain lever force.
  • FIG. 10 shows a battery holder 90 and a battery 92 according to a further embodiment before assembly.
  • the battery holder 90 has a lower sleeve-shaped base section 94, on the side walls of which an upper center section 96 is integrally connected.
  • the centner section is sleeve-shaped with a frusto-conical wall.
  • a battery housing of the battery 92 is at least in two parts with a lower bush-shaped center section 98 and an upper bush-shaped base section 100.
  • the center sections 96 and 98 are adapted to one another, in particular in such a way that the walls have approximately the same slope in order to fulfill the center function.
  • a one-piece contact section 102 which is designed approximately as a hollow cylinder.
  • a circumferential radial collar 104 is formed on the upper base section 100 and, after insertion, engages over the battery holder 90 for sealing purposes.
  • a circuit board 106 is fixed with a large side facing down. The large side is accessible from below via a housing opening 108 .
  • the circuit board 106 is offset inward from a bottom side of the battery 92 .
  • a connector block 110 firmly connected to the printed circuit board 106 extends downwards from the large side pointing downwards, this being arranged at least partially or preferably completely within the battery housing for better protection. In other words, the printed circuit board can thus be offset inwards, which creates an installation space for the connector block 110 that is accessible from below.
  • a connector receiving block 112 is provided for the connector block 110 . This is attached to a printed circuit board 114 of the battery holder 90 . The circuit board 114 is fixed inside the battery holder 90 .
  • FIG. 11a shows the area of the connector block 110 and the connector receiving block 112 before the battery is inserted in a cross section.
  • the contact surfaces 120, 122 of a respective pair of contacts point towards one another and/or extend at a parallel distance and/or delimit a receiving space.
  • the contact pads 124 are supported on the connector block 110 and are embedded in it, for example.
  • the connector receiving block 112 has two contact springs 126, 128 for a respective pair of contacts. These are each - after the insertion of the battery 92 - immersed in the corresponding receiving space of two contact surfaces 120, 122, with the respective contact spring 126, 128 on the respective Contact surface 122, 120 rests elastically, preferably via a line contact. For example, a total of 8 pairs of contacts are provided.
  • FIG. 11b the assembled state of the connector receiving block 112 and the connector block 110 is shown.
  • Arrows 129 show the force effect of the contact springs 126, 128 on the contact surfaces 120, 122 in a schematic and simplified manner.
  • the force acts approximately parallel to the printed circuit board and is supported over a large area by the blocks 112, 110.
  • the blocks 110, 112 are designed like a frame and can support a large part of the forces or all of the forces and thereby relieve the circuit board. It has been shown that despite a high current flow - for example 120 A between the contact pairs - comparatively low temperatures occur, for example around 30°C.
  • the multiple contact pairs are used, for example, to divide the current flow.
  • FIG. 11b it can also be seen that a ventilation opening 128 of the battery 92 is arranged opposite a ventilation opening 130 of the battery holder 90 after assembly, which means that heat can easily flow out with little resistance through an air flow.
  • An air inlet can be designed accordingly elsewhere, ie have a ventilation opening in the battery holder and an opposite ventilation opening in the battery.
  • the circuit board 114 of the battery holder 90 has data pins 132 which extend perpendicularly away from the circuit board 114 and are mechanically and electrically connected thereto.
  • the data pins 132 are supported at their base by the connector receiving block 112 .
  • a respective pin receptacle with a respective data contact area is provided for a respective data pin 132 .
  • the pin receptacles are formed in the connector block 110, with the data contact areas being mechanically and electrically connected to the printed circuit board 106.

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Abstract

Offenbart ist ein Hangar (1) mit einem Portalroboter (4), der eine Hebewerkzeug (6) hat. Der Portalroboter (4) ist zum Heben und Senken von Batterien (22,24) vorgesehen, um diese beispielsweise bei einer in dem Hangar (1) angeordneten Drohne (8) zu wechseln.

Description

Hangar und Anordnung zum Wechseln einer Batterie aus einem Luftfahrzeug
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Herausnehmen einer Batterie aus einem Fahrzeug und zum Einsetzen einer Batterie in das Fahrzeug, insbesondere eines Luftfahrzeugs. Außerdem betrifft die Erfindung einen Hangar mit einer derartigen Anordnung.
Hintergrund der Erfindung
Aus dem Stand der Technik sind Luftfahrzeuge in Form von unbemannten Drohnen bekannt. Eine derartige Drohne kann beispielsweise als Multicopter ausgebildet sein und über eine Batterie in Form eines Akkumulators mit Strom versorgt sein. Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren Vorrichtungen bekannt, über die die Batterie selbstständig aus der Drohne entnehmbar und einsetzbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Herausnehmen einer Batterie aus einem Fahrzeug und Einsetzen einer Batterie in das Fahrzeug zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig ausgestaltet ist und auf einfache Weise betreibbar ist. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung einen Hangar mit einer derartigen Anordnung zu schaffen. Des Weiteren soll eine Anordnung mit einem Batteriehalter und einer Batterie für ein Luftfahrzeug geschaffen werden, mit denen auf vorrichtungstechnisch einfache und kostengünstige Weise ein Batteriewechsel ermöglicht ist.
Die Aufgabe hinsichtlich der Anordnung zum Herausnehmen und Einsetzen der Batterie wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 , hinsichtlich des Hangars gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 und hinsichtlich der Anordnung mit dem Batteriehalter und der Batterie gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine Anordnung zum Herausnehmen einer Batterie, insbesondere in Form eines Akkumulators, aus einem Fahrzeug und zum Einsetzen einer oder der Batterie in das Fahrzeug vorgesehen. Bei dem Fahrzeug handelt sich vorzugsweise um ein Luftfahrzeug. Die Anordnung weist einen Roboter auf, der vorteilhafterweise ein Hebewerkzeug hat. Dieses kann über den Roboter bewegbar sein und zum Festhalten und bewegen der Batterie vorgesehen sein. Somit kann über den Roboter eine Positionsveränderung der Batterie durchgeführt werden. Des Weiteren weist die Anordnung zumindest eine Batterie oder einen Energiespeicher für das Fahrzeug auf. Diese hat ein Batteriegehäuse, an dem ein Hebemittel ausgebildet sein kann, das vom Hebewerkzeug fassbar ist. Zusätzlich kann ein Batteriehalter vorgesehen sein, der über ein Befestigungsmittel am Fahrzeug befestigbar oder fest fixierbar ist. Der Batteriehalter hat vorzugsweise ein Batteriefach, in das die Batterie über das Hebewerkzeug einsetzbar und herausnehmbar ist. Mit Vorteil handelt es sich bei dem Roboter vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig um einen Portalroboter, der einen Portalarm mit dem Hebewerkzeug hat.
Ein derartiger Portalroboter ist neben seiner vorrichtungstechnisch einfachen Ausgestaltung auch einfach steuerbar, beispielsweise im Vergleich zu einem Roboterarm mit mehreren Aktoren. Der Portalroboter ist auch platzsparend einsetzbar und dieser kann vorzugsweise über dem Luftfahrzeug angeordnet werden, um mit seinem Hebewerkzeug die Batterie aus dem Luftfahrzeug herauszunehmen oder in dieses einzusetzen. Durch die einfache und platzsparende Ausgestaltung kann ein derartiger Portalroboter bzw. die Anordnung auch einfach in einen Hangar eingesetzt werden, der hierdurch kompakt ausgestaltbar ist, was untenstehend näher erläutert ist. Außerdem können mit einem Portalroboter vergleichsweise hohe Lasten bewegt werden. Des Weiteren ist ein Portalroboter um ein vielfaches günstiger im Vergleich zu einem Roboterarm mit beispielsweise mehreren Achsen oder 7-Achsen. Ein Portalroboter ist auch in seiner Größe einfach skalierbar. Vorzugsweise ist bei der Anordnung eine von oben her, insbesondere in Vertikalrichtung gesehen, zugängliche Arbeitsfläche oder Montagefläche vorgesehen, auf der das Fahrzeug anordenbar ist. Das Hebewerkzeug ist hierbei vorzugsweise oberhalb der Arbeitsfläche anordenbar, um die Batterie aus dem Fahrzeug nach oben zu heben oder in das Fahrzeug von oben her einzusetzen. Denkbar wäre, dass sich das Fahrzeug, beispielsweise in Form des Luftfahrzeugs, mit eigenen Mitteln sich auf der Arbeitsfläche anordnet und sich von der Arbeitsfläche entfernt. Durch die einfache und platzsparende Ausgestaltung des Portalroboters ist hierfür ein großzügiger Rangierraum geschaffen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Arbeitsfläche verfahrbar ist über eine entsprechende Vorrichtung, wie beispielsweise ein Transportband.
Vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig ist das Hebewerkzeug als Greifwerkzeug ausgestaltet. Hierdurch kann die Batterie zum Entnehmen und zum Einsetzen sicher gegriffen werden. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar als Hebewerkzeug beispielsweise einen Magneten vorzusehen.
Der Portalroboter ist vorzugsweise als Flächenportalroboter ausgestaltet. Ein Schlitten kann hierbei insbesondere in einer x-y-Ebene oder Horizontalebene oder in einer Ebene quer zur Hubrichtung des Portalarms oder in einer Ebene im Parallelabstand zur Arbeitsfläche bewegbar sein. Hierdurch kann flexibel das Hebewerkzeug über einen großen Bereich bewegt werden, um Batterien beispielsweise zu wechseln und auch um Batterien in einen Lagerplatz oder Ladeplatz zu transportieren. Über den Schlitten kann der Portalarm in seiner Axialrichtung verschiebbar gelagert sein. Der Portalarm ist über einen Aktor vorzugsweise in einer Vertikalrichtung oder oben-unten-Richtung oder in einer Hochachse bewegbar. Vorzugsweise erstreckt sich der Portalarm in Vertikalrichtung. Das Hebewerkzeug kann dann endseitig im unteren Bereich des Portalarms vorgesehen sein. Das Hebewerkzeug in Form des Greifwerkzeugs kann beispielsweise nach unten weisen. Das Fahrzeug mit dem Batteriehalter und/oder die Arbeitsfläche ist, wie vorstehen bereits angeführt, vorzugsweise unterhalb des Hebewerkzeugs und/oder Portalroboters angeordnet.
Alternativ zum Flächenportalroboter wäre auch denkbar einen Linienportalroboter mit einem Querträger einzusetzen. Hierbei ist weiter denkbar, dass die Arbeitsfläche dabei zumindest quer zum Querträger verfahrbar ist, um die Batterie bezüglich des Hebewerkzeugs in dieser Richtung zu positionieren.
Das Greifwerkzeug weist vorzugsweise einfach zwei Greifbacken auf, die über einen Aktor betätigbar sind. Der Aktor ist beispielsweise elektronisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch betätigbar. Die Drehachse der Greifbacken erstreckt sich beispielsweise quer zur Hochachse und/oder parallel zum Querträger des Schlittens.
Vorzugsweise ist zumindest ein Sensor vorgesehen, der mit einer Steuereinheit verbunden ist, um das Hebemittel des Batteriegehäuses zu erfassen. Hierdurch kann das Hebewerkzeug gezielt und selbstständig zum Hebemittel gelangen und die Batterie aus dem Batteriefach entnehmen. Außerdem ist denkbar den Sensor oder einen weiteren Sensor vorzusehen, um das, insbesondere leere, Batteriefach zu erfassen, damit der Roboter selbständig über das Hebewerkzeug die Batterie in dieses einsetzen kann. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zum Wechseln der Batterie das Batteriegehäuse an einer vorbestimmten Position und mit einer vorbestimmten Orientierung angeordnet ist.
Das Batteriefach hat vorzugsweise eine Fachöffnung, die von oben her zugänglich ist, insbesondere wenn das Fahrzeug zur Herausnahme oder zum Einsetzen der Batterie angeordnet ist. Über die Fachöffnung kann die Batterie einsetzbar und herausnehmbar sein. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Fachöffnung derart zugänglich sein, dass eine über das Hebewerkzeug gehaltene Batterie durch entsprechende Ansteuerung des Roboters über die Fachöffnung in das Batteriefach einsetzbar ist und dass eine Batterie vom Hebewerkzeug fassbar ist und durch entsprechende Ansteuerung des Roboters über die Fachöffnung aus dem Batteriefach herausnehmbar ist.
Mit Vorteil ist der Batteriehalter vorrichtungstechnisch einfach kastenförmig ausgestaltet. Es kann vorgesehen sein, dass das Batteriefach eine Bodenfläche hat, von der aus sich mehrere Innenwandflächen bis zur Fachöffnung wegerstrecken. Die Fachöffnung und die Bodenfläche sind dann beispielsweise übereinander angeordnet und erstrecken sich mit einem gleichen Abstand zueinander. Weiter vorzugsweise sind vier Innenwandflächen vorgesehen, die im Querschnitt gesehen, also in einem Schnitt parallel zur Bodenfläche, ein Rechteck ausbilden können. Zwei von den Innenmantelflächen können als große Innenmantelflächen ausgebildet sein. Diese liegen sich dann vorzugsweise gegenüber. Quer dazu können zwei kleine Innenwandflächen vorgesehen sein, die sich ebenfalls gegenüberliegen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass sich das Batteriefach ausgehend von der Fachöffnung, insbesondere in oben-unten- Richtung gesehen, verjüngt. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Zentrierung der Batterie, insbesondere beim Einsetzten, ermöglicht sein. Mit anderen Worten verjüngt sich das Batteriefach hin nach unten, damit die Batterie auf einfache Weise eingefädelt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Batteriefach, insbesondere die Innenmantelflächen des Batteriefachs, und/oder der Batteriehalter im Wesentlichen pyramidenstumpfförmig ausgebildet sein oder kegelstumpfförmig oder einen oder jeweils einen pyramdienstumpfförmigen oder kegelstumpfförmigen Zentrierabschnitt haben. Hierdurch kann auf vorrichtungstechnisch einfache Weise die Verjüngung des Batteriefachs umgesetzt werden. Die Bodenfläche, insbesondere in Form einer Deckfläche, des Batteriefachs ist vorzugsweise unten angeordnet, wobei sich die Innenmantelflächen nach oben erstrecken und wobei sich der Abstand der Innenmantelflächen von unten nach oben zueinander vergrößert. Die Innenmantelflächen sind vorzugsweise jeweils als Trapez ausgebildet. Auf einer Oberseite des Batteriefachs ist dann die Fachöffnung ausgebildet, die von einer Innenmantelfläche begrenzt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Batteriefach einen unteren Basisabschnitt hat, der sich an den oberen Zentrierabschnitt - von unten her - anschließt. Der Basisabschnitt kann eine abweichende Form im Vergleich zum Zentrierabschnitt haben, womit das Batteriefach zum einen über den Zentrierabschnitt die Zentrierfunktion erfüllt und zum Anderen über den Basisabschnitt entsprechend einem Bauraumbedarf ausgestaltet werden kann, beispielswiese um elektronische Bauteile flexibel aufzunehmen. Der Basisabschnitt ist vorzugsweise büchsenförmig ausgestaltet, wobei sich an seine Wandungen, die die Bodenfläche umfassen, oben der schalenförmige Zentrierabschnitt anschließt. Eine Länge - in oben-unten-Richtung gesehen oder in Einsetzrichtung der Batterie gesehen - des Zentrierabschnitts ist größer oder wesent- lieh größer, als eine Länge des Basisabschnitts, womit eine großer Spielraum zur Zentrierung der Batterie ermöglicht ist.
Mit anderen Worten ist das Batteriefach und/oder der Batteriehalter kastenförmig ausgebildet und nach oben hin zur Fachöffnung offen und nach unten hin durch einen Boden begrenzt, insbesondere wenn das Fahrzeug auf der Arbeitsfläche unterhalb dem Portalroboter angeordnet ist. Wandungen des Batteriehalters und/oder Innenmantelflächen des Batteriefachs können sich ausgehend von dem Boden voneinander entfernen. Die Bodenfläche hat vorzugsweise etwa eine längliche Rechteckform mit zwei langen und zwei kurzen Seiten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind im/am Boden des Batteriefachs Kontakte ausgebildet. Diese wirken mit Kontakten der Batterie im eingesetzten Zustand der Batterie zusammen. Vorzugsweise stehen die Kontakte der Batterie/n des Batteriefachs hierbei mechanisch in Kontakt. Der Boden des Batteriefachs weist vorzugsweise eine Durchgangsöffnung auf, über die die, insbesondere auf einer Leiterplatte oder Platine ausgebildeten, Kontakte zugänglich sind.
Die Kontakte sind beispielsweise als Kontaktflächen ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass die Kontakte in einer oder mehreren Zeile/n oder matrixartig angeordnet sind.
Mit Vorteil hat das Batteriegehäuse eine kegelstumpfförmige und/oder kastenförmige Ausgestaltung. Das Batteriegehäuse kann eine obere, insbesondere äußere, Grundfläche und eine untere, insbesondere äußere Deckfläche haben. Zwischen diesen können, insbesondere trapezförmige, Außenmantelflächen vorgesehen sein. Diese können sich ausgehend von der Oberseite einander annähern. Mit anderen Worten verjüngt sich eine Umfangswandung des Batteriegehäuses in eine oben-unten-Richtung gesehen. Durch die derartige Ausgestaltung des Batteriegehäuses kann die Batterie auf einfach Weise in das Batteriefach eingesetzt werden. Es wird ein großer Toleranzbereich zugelassen durch die verjüngte Ausgestaltung des Batteriegehäuses. Weiter vorzugsweise verjüngt sich die Umfangswandung mit einem Zentrierabschnitt, der sich von einem Basisabschnitt der Umfangswandung nach unten weg erstreckt. Mit anderen Worten hat das Batteriegehäuse einen oberen Basisabschnitt und einen unteren Zentrierabschnitt. Außenmantelflächen des Zentrierabschnitts des Batteriegehäuses sind vorzugsweise an die Innenmantelflächen des Zentrierabschnitts des Batteriehalters derart angepasst, so dass eine Zentrierung möglich ist.
Vorzugsweise weist das Batteriegehäuse zusätzlich einen sich von unten an den Zentrierabschnitt anschließenden Anlageabschnitt auf. Dieser ist vorzugsweise hohlzylindrisch ausgestaltet. Alternativ oder zusätzlich hat der Anlageabschnitt einen Außendurchmesser und/oder Außenquerschnitt, der dem minimalen Außendurchmesser und/oder minimalen Außenquerschnitt des Zentrierabschnitts entspricht. Das Batteriegehäuse und der Batteriehalter sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass der Anlageabschnitt der Batterie im eingesetzten Zustand in den Basisabschnitt des Batteriehalters eintaucht. Es kann bei Bedarf vorgesehen sein, dass eine Eintauchtiefe begrenzt wird, indem der Anlageabschnitt mit seiner nach unten weisenden Stirnseite an einer nach oben weisenden Anlageschulter des Basisabschnitts anliegt.
Das Batteriegehäuse kann mehrteilig ausgestaltet sein, wobei der Basisabschnitt eine Komponente bildet und der Zentrierabschnitt - optional mit dem Anlageabschnitt - eine weitere Komponente. Hierdurch können die Abschnitte flexibel und unabhängig voneinander hergestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung kragt der Basisabschnitt des Batteriegehäuses nach dem Einsetzen in den Batteriehalter vollständig oder zumindest teilweise aus, womit die Batterie eine Bauraum hat, der nicht im Batteriehalter angeordnet ist. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Kapazität der Batterie erhöht werden.
Der Basisabschnitt des Batteriegehäuses hat vorzugsweise einen Radialkragen, der sich nach außen erstreckt und im eingesetzten Zustand der Batterie in den Batteriehalten einen Spalt zwischen der Batterie und dem Batteriehalter überdeckt. Die Überdeckung erfolgt vorzugsweise vollständig um laufend um die Batterie und dem Batteriehalter. Der Radialkragen kann sich nach außen und unten dachförmig vom Batteriegehäuse wegerstrecken und den Zentrierabschnitt übergreifen. Denkbar wäre auch, dass der Radialkragen im eingesetzten Zustand der Batterie im Batteriehalter den Batteriehalter hintergreift oder übergreift, um einen noch besseren Schutz zu bieten.
Die Batterie kann an der unteren Deckfläche des Batteriegehäuses Kontakte aufweisen. Diese wirken vorzugsweise mit den Kontakten des Batteriehalters zusammen. Im ein- gesetzten Zustand der Batterie können die Kontakte der Batterie und die Kontakte des Batteriehalters sich mechanisch kontaktieren, wodurch ein Stromfluss und/oder eine Spannungsbeaufschlagung ermöglicht ist und/oder ein Datenaustausch erfolgen kann.
Vorzugsweise weist die Batterie auf ihrer unteren Seite oder unteren Deckfläche eine Leiterplatte auf, die sich vorzugsweise quer zu einer oben-unten Richtung erstreckt. Die Leiterplatte hat eine äußere Großfläche, die nach außen weist, und eine Großfläche, die nach innen - und vorzugsweise nach unten - weist. Die äußere Großfläche hat zumindest einen Kontaktierungsabschnitt mit den Kontakten, der von außen her zugänglich ist. Die Kontakte der Batterie sind somit am Kontaktierungsabschnitt ausgebildet. Im montierten Zustand der Batterie im Batteriehalter können sich die Leiterplatte der Batterie und die Leiterplatte des Batteriehalters im Parallelabstand zueinander erstrecken.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind bei der Batterie als Kontakte Kontaktflächen ausgebildet und mit der Leiterplatte mechanisch und/oder elektrisch verbunden, wobei sich die Kontaktflächen schräg oder senkrecht von der Leiterplatte weg erstrecken. Außerdem ist beim Batteriehalter für eine jeweilige Kontaktfläche eine jeweilige Kontaktfeder ausgebildet und fest mit der Leiterplatte des Batteriehalters verbunden. Die jeweilige Kontaktfläche und die damit zusammenwirkende jeweilige Kontaktfeder liegen im montierten Zustand der Batterie im Batteriehalter aneinander an. Diese Lösung hat den Vorteil, dass eine mechanische Kraft und Spannung, die aufgrund der Kontaktierung auf die jeweilige Kontaktfläche und die damit zusammenwirkende Kontaktfeder wirkt, nicht direkt, also senkrecht, auf die Leiterplatte wirkt. Es hat sich gezeigt, dass, insbesondere bei höheren Betriebstemperaturen, ansonsten eine Verformung der Leiterplatte oder des die Leiterplatte abstützenden Gehäuses auftreten kann. Durch die schräge oder senkrechte Anordnung der Kontaktflächen wirken die Kräfte und Spannungen somit nicht direkt in Richtung auf die Leiterplatte.
Vorzugsweise sind die Kontaktflächen bei der Batterie und die Kontaktfedern bei dem Batteriehalter vorgesehen, wie obenstehend erläutert. Die Kontaktfedern sind mechanisch empfindlicher und können leichter beschädigt werden. Durch die Anordnung im Batteriehalter sind diese vergleichsweise geschützt angeordnet. Die robusteren Kontaktflächen sind bei der Batterie, da diese durch den Batteriewechsel eher mit anderen Komponenten in mechanischen Kontakt gelangen kann. Selbstverständlich ist dennoch möglich, umgekehrt, die Kontaktfedern bei der Batterie und die Kontaktflächen beim Batteriehalter vorzusehen oder eine Mischform auszubilden.
Vorzugsweise ist zumindest eine Kontaktpaarung vorgesehen, die zwei der vorstehend erläuterten Kontaktflächen hat, denen jeweils eine der vorstehend erläuterten Kontaktfedern zugeordnet ist. Eine Kontaktfläche mit einer Kontaktfeder bildet hierbei einen Plus-Pol und die andere Kontaktfläche mit der weiteren Kontaktfeder einen Minus-Pol. Die jeweilige Kontaktfläche ist mit Vorteil ein Teil eines jeweiligen Kontaktierungsplättchens. Diese sind jeweils fest mit der Leiterplatte verbunden, beispielsweise durch eine Lötverbindung. Die Kontaktierungsplättchen erstrecken sich vorzugsweise in einem o- der wesentlich in einem Parallelabstand zueinander und/oder senkrecht und/oder in Montagerichtung zur Leiterplatte. Die jeweilige Kontaktfeder kann somit bei der Montage/ beim Einsetzen oder Herausnehmen der Batterie an der jeweiligen Kontaktfläche gleiten. Die jeweilige Kontaktfeder ist als vorzugsweise Federschenkel ausgebildet, der fest mit der Leiterplatte verbunden ist, beispielsweise durch eine Lötverbindung. Der Federschenkel hat einen ersten endseitigen Schenkelabschnitt und einen dazu angeordneten -vorzugsweise sich anschließenden - zweiten Schenkelabschnitt, die v-förmig zueinander angeordnet sind. Der Verbindungsbereich der Schenkelabschnitte liegt nach dem Einsetzen der Batterie im Batteriehalter an der Kontaktfläche an, wobei der Federschenkel hierdurch gespannt ist. Der endseitige Schenkelabschnitt ist schräg zur Kontaktierungsfläche abgewinkelt und kragt in der Ebene der Kontaktierungsfläche gesehen von dieser derart weg, dass beim Einsetzen der Batterie die Federschenkel über den endseitigen Schenkelabschnitt gespannt wird, also dieser als eine Art Rampe dienen kann.
Die Kontaktflächen der Kontaktpaarung können beispielsweise aufeinander zuweisen und einen Aufnahmeraum für die Kontaktfedern begrenzen, was zu einer robusten Ausgestaltung führt.
Weiter vorzugsweise sind eine Mehrzahl oder Vielzahl von Kontaktpaarungen vorgesehen.
Die Kontaktplättchen oder Kontaktflächen können in einem Steckerblock angeordnet sein, der beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise Kunststoff, gebildet ist. Der Steckerblock kann an der Leiterplatte mit den Kontaktflächen befestigt sein. Die Kontaktplättchen oder Kontaktflächen stützen sich vorzugsweise über den Steckerblock ab. Der Steckerblock hat weiter vorzugsweise für die oder eine jeweilige Kontaktpaarung eine Blocköffnung, über die die Kontaktfedern einführbar sind. Die Kontaktfedern können vorzugsweise in einem Steckeraufnahmeblock angeordnet sein, der beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise Kunststoff, gebildet ist. Der Steckeraufnahmeblock ist vorzugsweise an der Leiterplatte mit den Kontaktfedern befestigt. Die Kontaktfedern stützen sich vorzugsweise über den Steckeraufnahmeblock ab. Weiter vorzugsweise sind die Kontaktfedern von dem Steckeraufnahmeblock - vorzugsweise umlaufend oder vollständig umlaufend - umfasst und/oder die Kontaktplättchen oder Kontaktflächen sind vom Steckerblock - vorzugsweise umlaufend oder vollständig umlaufend - umfasst, womit diese Bauteile über die jeweiligen Blöcke mechanisch geschützt sind. Denkbar wäre umgekehrt, dass der Steckerblock bei den Kontaktfedern und der Steckeraufnahmeblock bei den Kontaktplättchen oder Kontaktflächen vorgesehen ist. Durch den Steckerblock und den Steckeraufnahmeblock ist eine zusätzlich formschlüssige Verbindung geschaffen, wodurch die Kontaktierungsqualität auch bei widrigen Bedingungen, bspw. hohen Temperaturschwankungen, äußerst hoch ist. Mit anderen Worten sind der Steckerblock und der Steckeraufnahmeblock aneinander angepasst - wie beispielsweise ein Stecker und eine Steckdose - und formschlüssig miteinander verbindbar. Bei Bedarf kann zusätzlich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Blöcken in deren zusammengesetzten Zustand vorgesehen sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist am Steckerblock und/oder am Steckeraufnahmeblock, insbesondere einstückig mit diesem/diesen, zumindest ein Zentnerstift ausgebildet. Dieser taucht bei der Montage in eine entsprechende Stiftaufnahme des Steckeraufnahmeblocks oder Steckerblocks ein. Der Zentrierstift erstreckt sich in Montagerichtung und/oder senkrecht zur Leiterplatte und/oder in oben-unten Richtung und kragt über den Block aus, an dem er ausgebildet ist. Somit taucht bei der Montage der Zentrierstift in die Stiftaufnahme ein bevor der Steckerblock in den Steckeraufnahmeblock eintaucht. Dies führt zu einer zusätzlichen Montagesicherheit, um Beschädigungen an den Kontakten zu vermeiden. Weiter vorzugsweise sind zumindest zwei Zentrierstifte mit entsprechender Zentneraufnahme vorgesehen, die wie vorstehend erläutert ausgebildet sind. Mit Vorteil bildet die verjüngende Form des Batteriegehäuses und des Batteriehalters eine Vorzentrierung beim Einsetzen der Batterie, wobei der/die Zentrierstift/e im Anschluss eine Feinjustierung vorsieht/vorsehen.
Im eingesetzten Zustand der Batterie in dem Batteriefach können sich die Deckfläche der Batterie und die Bodenfläche des Batteriefachs gegenüberliegen. Beispielsweise erstrecken sich diese Flächen etwa im Parallelabstand zueinander. Weiterhin ist denkbar, dass diese Flächen zumindest abschnittsweise aneinander anliegen.
Mit anderen Worten sind der kastenförmige Batteriehalter und das kastenförmige Batteriegehäuse derart ausgestaltet, das sie ineinander stapelbar und/oder ineinander steckbar sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Batterie im eingesetzten Zustand über zumindest einen Verschluss oder mechanischen Verschluss im Batteriefach, insbesondere bezüglich des Batteriefachs, festlegbar sein. Der Verschluss ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass dieser ab einer vorbestimmten an der Batterie in Heberichtung wirkenden Kraft selbstständig öffnet. Alternativ oder zusätzlich kann der Verschluss derart ausgestaltet sein, dass dieser beim Einsetzen der Batterie in das Batteriefach selbstständig schließt. Hierdurch ist ein äußerst einfaches Einsetzen und Herausnehmen der Batterie ermöglicht. Es sind keine Mittel erforderlich, um den Verschluss zu lösen oder zu verschließen. Mit anderen Worten bleibt der Verschluss bis zu einer vorbestimmten Klemmkraft oder Anzugskraft geschlossen. Die Klemmkraft liegt beispielsweise zwischen 22 und 100 N. Der zumindest eine Verschluss kann zwischen der unteren Deckfläche des Batteriegehäuses und der Bodenfläche des Batteriefachs ausgebildet sein. Im geschlossenen Zustand des zumindest einen Verschlusses ist die Batterie vorzugsweise spielfrei im Batteriefach gehalten. Der Verschluss ist beispielsweise als Schnappverschluss mit einer anziehenden Wirkung ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich wäre denkbar als Verschluss einen Magnetverschluss vorzusehen. Weiter vorzugsweise beaufschlag der Verschluss die Batterie in Richtung der Bodenfläche mit der Anzugskraft. Durch die verjüngende Ausgestaltung des Batteriefachs und des Batteriegehäuses werden diese hierdurch gegeneinander gespannt und formschlüssig zueinander fixiert. Der Verschluss kann einen Haken haben, der an der Batterie oder den Batteriehalter befestigt ist. Des Weiteren kann der Verschluss eine Hakenaufnahme haben, in die der Haken im geschlossenem Zustand des Verschlusses eingetaucht ist. Die Hakenaufnahme ist dann an der entsprechend anderen Komponente, also an dem Batteriehalter oder der Batterie, ausgebildet. In der Hakenaufnahme ist weiter vorzugsweise ein Haltemechanismus zum Beaufschlagen des Hakens mit der Anzugskraft vorgesehen. Der Haltemechanismus weist beispielsweise einen Hebel mit einer Feder auf. Der Hebel kann drehbar in der Hakenaufnahme angeordnet sein. Über den Haken beim Einsetzen der Batterie wird der Hebel in eine federvorgespannte Schließposition gebracht, in der der Haken verriegelt ist. Der Hebel ist dabei derart ausgebildet und ausgestaltet, dass beim Herausnehmen der Batterie die Federkraft überwunden werden muss. Übersteigt die Hebekraft - die über den Portalroboter aufgebracht wird - die Federkraft, so wird der Hebel vom Haken in seine Öffnungsposition gebracht und der Haken freigegeben.
Der Haken ist vorzugsweise am Batteriehalter und die Hakenaufnahme ist vorzugsweise an der Batterie ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da der Haken somit geschützt in dem Batteriefach angeordnet ist. Vorzugsweise kragt der Haken von der Bodenfläche des Batteriefachs aus. Die Hakenaufnahme wiederum kann von der unteren Deckfläche des Batteriegehäuses her zugänglich sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwei Verschlüsse vorgesehen, um die Batterie sicher im Batteriefach festzulegen und eine Redundanz zu schaffen. Weiter vorzugsweise sind dann zwei Haken vorgesehen, wobei ein jeweiliger Haken benachbart zur jeweiligen kleinen Innenwandfläche des Batteriefachs angeordnet sein kann und aus der Bodenfläche auskragen kann. Zwischen den Haken können die Kontakte im Bereich der Bodenfläche ausgebildet sein. Die Hakenaufnahmen sind vorzugsweise in der unteren Deckfläche des Batteriegehäuses vorgesehen. Die Hakenaufnahmen sind vorzugsweise jeweils benachbart zu einer jeweiligen kurzen Seite der Deckfläche angeordnet. Der Verschluss ist in Richtung der Hebekraft durch den Haken entriegelbar und in eine entgegengesetzte Richtung durch den Haken verschließbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Kontakte oder zumindest ein Teil der Kontakte einer Komponente in Form der Batterie oder des Batteriehalters als Stifte ausgebildet sein. Diese können jeweils mit einem der Kontakte der anderen Komponente in Form des Batteriehalters oder der Batterie in Ausgestaltung als Kontaktfläche Zusammenwirken. Ein jeweiliger Stift hat vorzugsweise eine Feder, die sich an der Komponente abstützt und den Stift mit einer Federkraft beaufschlagt. Der Stift kann einen Kragen haben, über den sich dieser in einer federvorgespannten Grundposition an einem entsprechenden Anschlag der Komponente abstützt, insbesondere im nicht eingesetzten Zustand der Batterie. Entgegen der Federkraft kann der Stift axial verschiebbar sein, wobei bei einer derartigen Verschiebung der Kragen sich vom Anschlag entfernt. Hierbei wird der Stift in die Komponente geschoben. Die Stifte können derart aus der Komponente, insbesondere aus der Deckfläche der Batterie oder aus der Bodenfläche des Batteriefachs, auskragen, dass diese im eingesetzten Zustand der Batterie im Batteriefach über ihre jeweilige Feder gegen die gegenüberliegenden Kontaktflächen gespannt sind. Somit ist auf vorrichtungstechnisch einfache Weise ein sicherer Kontakt ermöglicht.
Die Kontakte oder zumindest ein Teil der Kontakte sind vorzugsweise zur Starkstromleitung ausgelegt. Beispielsweise wäre denkbar bis zu 180A darüber zu leiten, um das Luftfahrzeug mit Energie zu versorgen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um die Batterie automatisch und/oder selbstständig aus dem Batteriefach zu nehmen und einzusetzen. Hierbei kann zumindest ein Sensor vorgesehen sein, der die Position und/oder Orientierung der Batterie erfassen kann und /oder der die Position des Hebewerkzeugs erfassen kann. Außerdem ist denkbar Mittel vorzusehen, das Fahrzeug automatisch in eine Position zu bewegen, in der die Batterie herausnehmbar und einsetzbar ist. Vorzugsweise ist eine Steuereinheit vorgesehen, die mit dem zumindest einen Sensor zusammenwirkt und den Portalroboter und/oder die Mittel ansteuern kann.
Weiter vorzugsweise ist ein Batterielager vorgesehen, in das über den Portalroboter zumindest eine Batterie zum Laden einsetzbar ist oder aus diesem herausnehmbar ist.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Luftfahrzeug. Insbesondere kann als Fahrzeug ein unbemanntes Luftfahrzeug vorgesehen sein. Das Luftfahrzeug ist beispielsweise als Drohne, insbesondere in Form eines Multicopters ausgestaltet. Der Multicopter ist beispielsweise als Quatrocopter ausgestaltet. Vorzugsweise ist der Batteriehalter an dem Luftfahrzeug derart befestigt, dass das Batteriefach von oben über den Portalroboter zugänglich ist, insbesondere wenn das Luftfahrzeug auf der Arbeitsfläche geparkt ist. Bei dem Multicopter ist der Batteriehalter vorzugsweise zwischen Rotoren auf einer Oberseite des Multicopters angeordnet.
Weiter vorzugsweise sind eine Mehrzahl von Batteriefächern vorgesehen, um mehrere Batterien anzuordnen. Diese können in einem gemeinsamen Batteriehalter oder in einem jeweiligen Batteriehalter ausgebildet sein.
Weiterhin ist denkbar, dass im Batteriegehäuse neben der Batterie zumindest ein Datenspeicher vorgesehen ist. Dieser kann über die Kontakte mit dem Fahrzeug oder Luftfahrzeug verbunden werden und beispielsweise als ein Art Flugschreiber dienen.
Es kann eine Sensorik, beispielsweise beim Luftfahrzeug vorgesehen sein, um Daten des Luftfahrzeugs und/oder der Umgebung zu sammeln. Diese können bspw. auf den Datenspeicher geschrieben werden. Denkbar ist auch die Batterie über die Sensorik zu überwachen.
Die Batterie wiegt beispielsweise etwa 2,5 kg.
Erfindungsgemäß ist eine Anordnung mit einem Batteriehalter und einer Batterie für ein Luftfahrzeug vorgesehen. Der Batteriehalter weist hierbei einen oder mehrere der vorgenannten Aspekte auf. Außerdem weist die Batterie einen oder mehrere der vorgenannten Aspekte auf. Mit anderen Worten können die in der Anmeldung bezüglich des Anordnung mit dem Portalroboter angeführten Ausgestaltungen der Batterie und des Batteriehalters entsprechend bei dieser Anordnung vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß ist ein Hangar mit der Anordnung gemäß einem oder mehreren der vorgenannten Aspekte vorgesehen, wobei das Fahrzeug ein Luftfahrzeug ist. Vorzugsweise ist die Anordnung innerhalb des Hangars angeordnet. Offenbart ist ein Hangar mit einem Portalroboter, der eine Hebewerkzeug hat. Der Portalroboter ist zum Heben und Senken von Batterien vorgesehen, um diese beispielsweise bei einer in dem Hangar angeordneten Drohne zu wechseln.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in einer perspektivischen Darstellung einen Hangar mit einer Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 2 in einer perspektivischen Darstellung ein Batteriegehäuse und einen Batteriehalter gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 3 in einer Längsschnittansicht das Batteriegehäuse und den Batteriehalter im eingesetzten Zustand der Batterie,
Figur 4 in einer Rückansicht die Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Figur 5 in einer Draufsicht die Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Figur 6 in einer perspektivischen Darstellung einen Batteriehalter mit zwei Batterien für ein Luftfahrzeug,
Figur 7 in einer Untersicht die Batterie,
Figur 8 in einer Draufsicht ein Batteriefach des Batteriehalters,
Figur 9a und 9b jeweils einen Verschluss im offenen und verschlossenen Zustand,
Figur 10 in einer perspektivischen Schnittansicht ein Batteriegehäuse und einen Batteriehalter vor dem Zusammensetzen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, Figur 11a in einer Querschnittansicht eine Kontaktierung des Batteriegehäuses und des Batteriehalters gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel vor der Montage und
Figur 11 b in einer Querschnittansicht eine Kontaktierung des Batteriegehäuses und des Batteriehalters gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel nach der Montage.
Gemäß Figur 1 ist ein Hangar 1 dargestellt, wobei Teile der Wandungen des Hangars 1 der Einfachheit halber nicht gezeigt sind, damit die darin angeordnete Anordnung 2 ersichtlich ist. Die Anordnung 2 hat einen Portalroboter, der als Flächenportalroboter 4 ausgebildet ist. Dieser hat ein Greifwerkzeug 6, das an einem Portalarm 8 angeordnet ist. Der Portalarm 8 wiederum ist an einem Schlitten 10 axial verschiebbar gelagert. Der Portalarm 8 kann in Vertikalrichtung über einen Aktor eine Hubbewegung ausführen. Der Schlitten 10 wiederum ist an einem Querträger 12 verschiebbar in einer X-Richtung gelagert. Er kann über einen Aktor entlang des Querträgers 12 verfahren werden zusammen mit dem Portalarm 8. Der Querträger 12 wiederum ist verschiebbar auf zwei Trägern 14, 16 angeordnet. Diese erstrecken sich quer zum Querträger 12. Der Querträger 12 kann entlang der Träger 14, 16 verschoben werden in eine Y-Richtung. Somit kann der Schlitten 10 mit dem Greifwerkzeug 6 in einer X-Y-Ebene verfahren werden. Zum Bewegen des Querträgers 12 ist ebenfalls ein Aktor vorgesehen. Die Träger 14, 16 sind über Profile überhalb einer Arbeitsfläche angeordnet. Auf der Arbeitsfläche ist ein Luftfahrzeug in Form eines Multicopters 18 vorgesehen. Dieser ist als Quadcopter ausgebildet. Zwischen den Rotoren auf einer Oberseite des Multicopters 18 ist ein Anordnung 20 befestigt, in der zwei Batterien 22, 24 angeordnet sind. Eine jeweilige Batterie 22, 24 kann über das überhalb von diesen vorgesehene Greifwerkzeug 6 jeweils aus der Anordnung 20 entnommen werden. Über den Flächenportalroboter 4 wird das Greifwerkzeug 6 hierzu entsprechend über der zu entnehmenden Batterie 22 oder 24 positioniert. Der Portalarm 8 wird dann nach unten bewegt, wobei das Greifwerkzeug 6 in ein Hebemittel der Batterie 22 oder 24 eingreift. Das Hebemittel wird dann von Greifbacken des Greifwerkzeugs 6 hintergriffen. Im Anschluss wird das Greifwerkzeug 6 zusammen mit der Batterie 22 oder 24 über den Portalarm 8 nach oben bewegt und somit aus der Anordnung 20 entfernt. Die vom Greifwerkzeug 6 gehaltene Batterie 22 oder 24 kann dann über den Flächenportalroboter 4 an eine bevorzugte Position verfahren werden, beispielsweise an eine Ladestation.
Gemäß Figur 2 ist eine Komponente der Anordnung 20 in Form eines Batteriehalters 25 gezeigt. Außerdem ist ein Teil eines Batteriegehäuses 26 der Batterie 22 aus Figur 1 dargestellt. Der Batteriehalter 25 begrenzt ein Batteriefach 28, in das das Batteriegehäuse 26 zumindest abschnittsweise einsetzbar ist. Der Batteriehalter 25 weist eine kegelstumpfförmige Außenmantelfläche 30 und eine kegelstumpfförmige Innenmantelfläche 32 auf. Hierdurch verbreitert sich das Batteriefach 28 in Richtung nach oben. Von unten her wird das Batteriefach 28 von einem Boden mit einer Bodenfläche 34 begrenzt. Das Batteriegehäuse 26 hat eine kegelstumpfförmige Außenmantelfläche 36.
Die Außenmantelfläche 36 und die Innenmantelfläche 32 sind dabei derart ausgestaltet, dass im eingesetzten Zustand des Batteriegehäuses 26 diese Flächen flächig aneinander liegen, um einen Formschluss zu ermöglichen. Mit anderen Worten ist das Batterie- gehäuse 26 formschlüssig in das Batteriefach 28 einsetzbar. Durch die kegelstumpfförmige Ausgestaltung der Außenmantelfläche 36 und der Innenmantelfläche 32 ist eine vergleichsweise grobe Positionierung des Batteriegehäuses 26 zum Einsetzen der Batterie 22 in das Batteriefach 28 ausreichend.
Gemäß Figur 3 ist im Längsschnitt der Batteriehalter 25 mit dem Batteriegehäuse 26 in eingesetztem Zustand gezeigt. Die Außenmantelfläche 30 liegt dabei flächig an der Innenmantelfläche 32 an. Außerdem liegen eine Bodenfläche 34 des Batteriehalters 25 und eine untere Deckfläche 38 des Batteriegehäuses 26 abschnittsweise aneinander an. Eine Höhe des Batteriegehäuses 26 ist größer als eine Höhe des Batteriefachs 28. Somit kragt das Batteriegehäuse 26 im eingesetzten Zustand nach oben aus.
Gemäß Figur 4 ist in der Seitenansicht erkennbar, dass die Anordnung 20 überhalb der Rotoren 40 des Multicopters 18 zugänglich ist.
Gemäß Figur 5 ist erkennbar, dass die Anordnung 20 zwischen den Rotoren 40 angeordnet ist und von diesen beabstandet ist.
Gemäß Figur 6 ist der Anordnung 20 perspektivisch dargestellt. Diese hat zwei Batteriehalter 25 und 42, die die Batterien 22 und 24 aufweisen. Die Batteriehalter 25 und 42 sind zusätzlich von einem Außenmantel zum Schutz umgriffen. Dieser ist nach oben hin derart offen, dass die Batterien 22 und 24 vollständig frei zugänglich sind. Unterseitig wäre denkbar, dass der Außenmantel 44 geschlossen ist, beispielsweise mit einer Platte. Neben der Schutzfunktion hat der Außenmantel 44 auch eine aerodynamische Funktion und eine Designfunktion. Aerodynamik und Design sind somit unabhängig von der Ausgestaltung der Batteriehalter 25 und 42. Weiterhin ist erkennbar, dass die Batterien 22 und 34 einen Batteriedeckel 46 aufweisen. Diese sind über entsprechende Mittel, wie beispielsweise Schrauben, mit einem jeweiligen Batteriegehäuse 26, siehe Figur 2, lösbar verbunden. In einem jeweiligen Batteriedeckel 46 ist ein Hebemittel 48 vorgesehen. Hierbei handelt es sich um zwei Griffnuten, die vom Greifwerkzeug 6 aus Figur 1 hintergriffen werden können. Das Hebemittel 48 ist derart ausgestaltet, dass es zwischen Greifbacken des Greifwerkzeugs 6 beim Hintergreifen angeordnet ist. Das Hebemittel 48 ist mittig beim Batteriedeckel 46 angeordnet, damit beim Bewegen der je- weiligen Batterie 22, 24 über das Hebewerkzeug 6 diese ausbalanciert bzw. im gleichgewicht ist und eine möglichst gleichbleibende Orientierung aufweist.
Gemäß Figur 7 ist die Deckfläche 38 der Batterie 22 von unten her gezeigt. In oder auf einer in Figur 2 ersichtlichen Kontaktaussparung 52 ist eine Platine 54 oder Leiterplatte mit Kontakten 56 vorgesehen. Ein jeweiliger Kontakt 56 ist gemäß Figur 7 als Stift ausgebildet, der aus der Platine 54 und somit aus der Deckfläche 38 kragt. Die Kontakte 56 sind federnd ausgestaltet und in der gezeigten Position federvorgespannt. Sie sind axial entgegen der Federkraft in Richtung Innenraum der Batterie 22 bei entsprechender mechanischer Belastung verschiebbar. Die Kontakte 56 sind in zwei Reihen angeordnet, die sich im Parallelabstand zueinander erstrecken. In eingesetztem Zustand liegen die Kontakte 56 an Kontaktflächen 58, siehe Figur 8, des Batteriefachs 28 an, was untenstehend näher erläutert ist. Des Weiteren ist gemäß Figur 7 ein Akkumulatorpack 60 durch die Aussparung 62 erkennbar. Die Aussparung 62 kann beispielsweise über einen Deckel verschlossen werden.
Gemäß Figur 8 sind die Kontaktflächen 58 auf einer Platine 64 ausgebildet. Diese ist auf oder in die in Figur 2 gezeigte Aussparung 66 vorgesehen. Die Aussparung 66 ist in die Bodenfläche 34 eingebracht und durchsetzt den Batteriehalter 25 vollständig. Die Platine 64 kann somit über die Aussparung 66 mit elektronischen Komponenten und Bauteilen des Multicopters 18 aus Figur 1 verbunden werden. Die Kontaktflächen 58 liegen in einer gemeinsamen Ebene und erstrecken sich parallel oder im Parallelabstand zur Bodenfläche 34 gemäß Figur 8. Im eingesetzten Zustand der Batterie 22 ist einem jeweiligen Kontakt 56 eine jeweilige Kontaktfläche 58 zugeordnet. Die Kontakte 56 kontaktieren dann jeweils mechanisch und elektrisch eine jeweilige Kontaktfläche 58. Somit sind die Kontaktflächen 58 entsprechend der Kontakte 56 in zwei Reihen angeordnet, die im Parallelabstand zueinander vorgesehen sind. Durch die federnde Ausgestaltung der Kontakte 56 können Toleranzen auf einfache Weise ausgeglichen werden.
Damit die Batterien 22, 24 im eingesetzten Zustand im jeweiligen Batteriehalter 25, 42, siehe auch Figur 6, fest fixiert sind, sind zwei Verschlüsse 68, 70 vorgesehen. Ein jeweiliger Verschluss 68, 70 hat einen Haken 72, die gemäß Figur 8 bei der Bodenfläche 34 des Batteriehalters 25 vorgesehen sind. An dem jeweiligen Haken 72 ist hierbei eine jeweilige Hakenaufnahme 74 zugeordnet. Die Hakenaufnahmen 74 sind in der Deckflä- ehe 38 der Batterie 22 ausgebildet. Im eingesetzten Zustand greift ein jeweiliger Haken 72 in eine jeweilige Hakenaufnahme 74 ein. Zum Befestigen der Haken 72 am Batteriehalter 25 sind gemäß Figur 2 in der Bodenfläche 34 Hakenaussparungen 76 ausgebildet. Die Hakenaufnahmen 74 kragen von der Deckfläche 38 ins Innere der Batterie 22.
Gemäß Figur 9a ist der Verschluss 70 im offenen Zustand und gemäß Figur 9b im geschlossenen Zustand im Querschnitt gezeigt. Gemäß Figur 9a hat die Hakenaufnahme 74 einen Aufnahmeraum 78 für den Haken 72. In diesem ist ein Haltemechanismus 80 vorgesehen. Dieser hat einen L-förmigen Hebel 82, der drehbar im Aufnahmeraum 78 gelagert ist. Der Hebel 82 wird über eine Feder 84 mit einer Federkraft beaufschlagt, wobei sich die Feder 84 im Aufnahmeraum 78 abstützt. Taucht der Haken 72 beim einsetzten der Batterie 22 aus Figur 7 in den Aufnahmeraum 78 ein, so wird der Hebel 82 über den Haken 72 gedreht und die Feder 84 gespannt. Im eingesetzten Zustand hintergreifen sich der Haken 72 und der Hebel 82, siehe Figur 9b, gegenseitig und der Hebel 82 ist zusätzlich mit einer Klemmkraft über die Feder 84 beaufschlagt. Zum Herausführen des Haken 72 aus dem Aufnahmeraum 78 ist es notwendig die Klemmkraft zu überwinden. Hierzu in der Lage ist der Flächenportalroboter 4 mit dem Greifwerkzeug 6. Zum Lösen der Lagefixierung der Batterie 22 ist es somit lediglich notwendig eine bestimmte Hebekraft über das Greifwerkzeug 6 auf die Batterie 22 aufzubringen.
Durch die Ausgestaltung der Anordnung 20 können die Batterie 22 und 24, siehe Figur 1 , einfach axial in Vertikalrichtung entnommen und wiedereingesetzt werden. Dies wird durch die Kombination verschiedener Funktionalitäten ermöglicht. Die verjüngende Ausgestaltung des Batteriegehäuses 26 und des Batteriefachs 8 führt zu einer einfachen Zentrierung und zu einem einfachen Einsetzen der Batterie 22. Die Kontakte 56 und die Kontaktflächen 58 ermöglichen eine sichere Kontaktierung, die durch die Ausgestaltung und Anordnung einfach beim Einsetzen der Batterie 22 in das Batteriefach 28 erfolgt. Das Verschließen der Batterie 22 erfolgt selbständig über die vorteilhafte Ausgestaltung der Verschlusses 70. Ebenso vorteilhaft kann die Batterie entnommen werden, da sich die Verschlüsse 70 ab einer bestimmten Hebelkraft selbstständig lösen. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung 20 und durch das einfache Einsetzen und Herausnehmen der Batterien 22, 24 in Form eines „Plug-and-Play“ ist es auch möglich einen einfachen ausgestalteten Roboter in Form des Flächenportalroboters 4 zu verwenden. Figur 10 zeigt einen Batteriehalter 90 und eine Batterie 92 gemäß einer weiteren Ausführungsform vor dem Zusammensetzen. Der Batteriehalter 90 hat einen unteren büchsenförmigen Basisabschnitt 94, an dessen Seitenwandungen sich einstückig ein oberer Zentnerabschnitt 96 anschließt. Der Zentnerabschnitt ist buchsenförmig mit einer kegelstumpfförmigen Wandung ausgebildet. Ein Batteriegehäuse der Batterie 92 ist zumindest zweiteilig mit einem unteren buchsenförmigen Zentnerabschnitt 98 und einem oberen büchsenförmigen Basisabschnitt 100. Die Zentnerabschnitt 96 und 98 sind aneinander angepasst, insbesondere derart, dass die Wandungen eine etwa gleiche Steigung haben, um die Zentnerfunktion zu erfüllen. Unten an den Zentnerabschnitt 98 der Batterie 92 schließt sich einstückig ein Anlageabschnitt 102 an, der etwa hohlzylindrisch ausgestaltet ist. Am oberen Basisabschnitt 100 ist ein um laufender Radialkragen 104 ausgebildet, der nach dem Einsetzen den Batteriehalter 90 zum Abdichten übergreift.
Bei der Batterie 92 ist eine Leiterplatte 106 befestigt, bei der eine Großseite nach unten weist. Die Großseite ist über eine Gehäuseöffnung 108 von unten her zugänglich. Die Leiterplatte 106 ist von einer Bodenseite der Batterie 92 nach innen versetzt angeordnet. Ein mit der Leiterplatte 106 fest verbundener Steckerblock 110 erstreckt sich von der nach unten weisenden Großseite nach unten, wobei dieser zumindest teilweise o- der vorzugsweise für einen besseren Schutz vollständig innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet ist. Die Leiterplatte kann somit mit anderen Worten nach innen versetzt sein, womit ein von unten her zugänglicher Bauraum für den Steckerblock 110 geschaffen ist. Für den Steckerblock 110 ist ein Steckeraufnahmeblock 112 vorgesehen. Diese ist an einer Leiterplatte 114 des Batteriehalters 90 befestigt. Die Leiterplatte 114 ist innerhalb des Batteriehalters 90 befestigt.
Beim Einsetzen der Batterie 92 in den Batteriehalter 90 taucht der Steckerblock 100 in den Steckeraufnahmeblock 112. Nach der Montage ist die Steckeraufnahmeblock 112 zumindest teilweise in die Batterie 92 eingetaucht. Zur Zentrierung sind am Steckerblock 100 zwei Zentrierstifte 116, 118 ausgebilet. Diese kragen von dem Steckerblock 100 weg. Für die Zentrierstifte 116, 118 ist jeweils eine einsprechende Stiftaufnahme beim Steckeraufnahmeblock 112 ausgebildet. Figur 11a zeigt den Bereich des Steckerblocks 110 und des Steckeraufnahmeblocks 112 vor der Einsetzen der Batterie in einem Querschnitt. Im Steckerblock 110 sind mehrere Kontaktpaarungen vorgesehen, die jeweils zwei Kontaktflächen 120, 122 haben. Diese sind an Kontaktplättchen 124 ausgebildet. Die Kontaktflächen 120, 122 einer jeweiligen Kontaktpaarung weisen aufeinander zu und/oder erstrecken sich im Parallelabstand und/oder begrenzen einen Aufnahmeraum. Die Kontaktplättchen 124 stützen sich am Steckerblock 110 ab und sind beispielsweise in diesen eingebettet.
Gemäß Figur 11 a hat der Steckeraufnahmeblock 112 für eine jeweilige Kontaktpaarung zwei Kontaktfedern 126, 128. Diese sind jeweils - nach dem Einsetzen der Batterie 92 - in den entsprechenden Aufnahmeraum zweier Kontaktflächen 120, 122 eingetaucht, wobei die jeweilige Kontaktfeder 126, 128 an der jeweiligen Kontaktfläche 122, 120 elastisch anliegt, vorzugsweise über einen Linienkontakt. Beispielsweise sind insgesamt 8 Kontaktpaarungen vorgesehen.
Gemäß Figur 11 b ist der zusammengesetzte Zustand des Steckeraufnahmeblocks 112 und des Steckerblocks 110 gezeigt. Mit Pfeilen 129 ist die Kraftwirkung der Kontaktfedern 126, 128 auf die Kontaktflächen 120, 122 schematisch und vereinfacht gezeigt. Die Kraftwirkung wirkt dabei etwa parallel zur Leiterplatte und wir großflächig von den Blöcken 112, 110 gestützt. Die Blöcke 110, 112 sind rahmenartig ausgestaltet und können einen Großteil der Kräfte oder die gesamten Kräfte in sich abstützen und die Leiterplatte hierdurch entlasten. Es hat sich gezeigt, dass trotz eines hohen Stromflusses - bspw. von 120 A zwischen den Kontaktpaarungen- vergleichsweise geringe Temperaturen auftreten, beispielsweise um die 30°C. Die mehreren Kontaktpaarungen dienen beispielsweise dazu, den Stromfluss aufzuteilen. Die Kombination aus geringer Temperatur und geringer mechanischer Belastung in direkter Richtung zur Leiterplatte führt zu einer hohen Funktionssicherheit. Sind dagegen Kontakt vorgesehen, die zu hohen Temperaturen führen, bspw. 120°C, und/oder direkt in Richtung der Leiterplatte diese mechanisch mit einer Kraft beaufschlagen, so könnte dies im Einsatz einer derartigen Batterie mit einem derartigen Batteriehalter zu Verformungen der Leiterplatten und der Gehäuse kommen, wodurch bspw. ein elektrischer Stromfluss unterbrochen werden könnte. In Figur 11 b ist außerdem erkennbar, dass eine Lüfteröffnung 128 der Batterie 92 nach der Montage gegenüberliegend von einer Belüftungsöffnung 130 des Batteriehalters 90 angeordnet ist, womit auf einfache Weise Wärme mit geringem Widerstand durch einen Luftstrom ausströmbar ist. Ein Lufteinlass kann an anderer Stelle entsprechend ausgebildet sein, also eine Belüftungsöffnung beim Batteriehalter und eine gegenüberliegend Lüfteröffnung bei der Batterie aufweisen.
Gemäß Figur 11a weist die Leiterplatte 114 des Batteriehalters 90 Datenstifte 132 auf, die sich senkrecht von der Leiterplatte 114 wegerstrecken und mit dieser mechanisch und elektrisch verbunden sind. Die Datenstifte 132 werden an ihrer Basis vom Steckeraufnahmeblock 112 gestützt. Für einen jeweiligen Datenstift 132 ist eine jeweilige Stiftaufnahme mit einer jeweiligen Datenkontaktfläche vorgesehen. Die Stiftaufnahmen sind beim Steckerblock 110 ausgebildet, wobei die Datenkontaktflächen mit der Leiterplatte 106 mechanisch und elektrisch verbunden sind.

Claims

23 Ansprüche
1. Anordnung zum Herausnehmen einer Batterie (22, 24) aus einem Fahrzeug (18) und zum Einsetzen einer Batterie (22, 24) in das Fahrzeug (18), mit einem Roboter (4), der ein Hebewerkzeug (6) hat, das über den Roboter (4) bewegbar ist und das zum Festhalten und zum Bewegen einer Batterie (22, 24) vorgesehen ist, wobei zumindest eine Batterie (22, 24) für das Fahrzeug (18) vorgesehen ist, das ein Batteriegehäuse (26) hat, an dem ein Hebemittel (48) ausgebildet ist, das vom Hebewerkzeug (6) fassbar ist, wobei ein Batteriehalter (25, 42) vorgesehen ist, der über ein Befestigungsmittel am Fahrzeug (18) befestigbar ist und der zumindest ein Batteriefach (28) hat, in das die Batterie (22, 24) über das Hebewerkzeug (6) einsetzbar und herausnehmbar ist, wobei der Roboter ein Portalroboter (4) ist, der einen Portalarm (8) mit dem Hebewerkzeug (6) hat.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , wobei eine von oben her zugängliche Arbeitsfläche vorgesehen ist, auf der das Fahrzeug (18) anordenbar ist, wobei das Hebewerkzeug (6) überhalb der Arbeitsfläche durch den Portalroboter (4) anordenbar ist, um die Batterie (22, 24) aus dem Fahrzeug (18) nach oben zu heben oder in das Fahrzeug (18) von oben her einzusetzen.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Batteriefach (28) eine Fachöffnung hat, die von oben her zugänglich ist und über die die Batterie (22, 24) einsetzbar und herausnehmbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, wobei sich das Batteriefach (28) ausgehend von der Fachöffnung verjüngt, um eine Zentrierung der Batterie beim Einsetzen zu ermöglichen.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Boden des Batteriefachs (28) Kontakte (58) ausgebildet sind, die mit Kontakten (56) der Batterie (22, 24) im eingesetzten Zustand der Batterie (22, 24) Zusammenwirken, und wobei die Batterie (22, 24) an einer unteren Deckfläche (38) des Batteriegehäuses (26) Kontakte (56) aufweist, die mit den Kontakten (58) des Batteriefachs (28) Zusammenwirken.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batteriegehäuse (26) eine sich nach unten hin verjüngende Form hat, um ein Einfädeln der Batterie (22, 24) beim Einsetzen in das Batteriefach (28) zu ermöglichen.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie im eingesetzten Zustand über zumindest einen Verschluss (68, 70) im Batteriefach (28) festlegbar ist, der derart ausgestaltet ist, dass dieser ab einer vorbestimmten an der Batterie (22, 24) in Heberichtung wirkenden Kraft selbstständig öffnet, und/oder dass dieser beim Einsetzen der Batterie (22, 24) in das Batteriefach (28) selbstständig schließt.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Kontakte einer Komponente in Form der Batterie (22, 24) oder des Batteriehalters (25, 42) als Stifte (56) ausgebildet sind, die jeweils mit einem der Kontakte der anderen Komponente in Form des Batteriehalters (25, 42) oder der Batterie (22, 24) in Ausgestaltung einer Kontaktfläche (58) Zusammenwirken, wobei die Stifte (56) federnd sind.
9. Hangar mit der Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug ein Luftfahrzeug (18) ist und die Anordnung innerhalb des Hangars (1 ) angeordnet ist.
10. Anordnung mit einem Batteriehalter (25, 42) und einer Batterie (22, 24) für ein Fahrzeug (18), wobei ein Batteriegehäuse (26) der Batterie (22, 24) eine sich nach unten verjüngende Form hat und/oder wobei ein Batteriefach (28) des Batteriehalters (25, 42) sich ausgehend von einer oberen Fachöffnung nach unten hin verjüngt, und/oder wobei zumindest ein Verschluss (68, 70) vorgesehen ist, über den die Batterie (22, 24) im eingesetzten Zustand im Batteriefach (28) festlegbar ist, wobei der Verschluss (68, 70) derart ausgestaltet ist, dass dieser ab einer vorbestimmten an der Batterie (22, 24) in Heberichtung wirkenden Kraft selbstständig öffnet, und/oder wobei an der der Batterie (92) zur elektrischen Kontaktierung Kontaktflächen (120, 122) ausgebildet sind, die mit einer Leiterplatte (106) fest verbunden sind und sich schräg oder senkrecht von der Leiterplatte (106) weg erstrecken, wobei beim Batteriehalter (90) für eine jeweilige Kontaktfläche (120, 122) eine jeweilige Kontaktfeder (126, 128) ausgebildet ist.
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