WO2018193088A1 - System umfassend wenigstens eine gesteuert verfahrbare erste vorrichtung und wenigstens eine an dieser angeordnete zweite vorrichtung zum aufbringen von material - Google Patents

System umfassend wenigstens eine gesteuert verfahrbare erste vorrichtung und wenigstens eine an dieser angeordnete zweite vorrichtung zum aufbringen von material Download PDF

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WO2018193088A1
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container
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Anja-Tatjana BRAUN
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braun project engineering gmbh
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    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports

Definitions

  • System comprising at least one controllably movable first device and at least one disposed thereon second device for applying material
  • the invention relates to a system comprising at least one controllably movable first device and at least one disposed thereon second device for applying material according to the preamble of patent claim 1.
  • a generic system is known from WO 2004/065 707 A2.
  • the controlled movable first device on a three-dimensional movable in the manner of a robot arm suspension is movable.
  • the object of the invention is to design a system so that the application of the material can be done in a simple manner, even with complex wall structures and higher heights.
  • the system according to the invention comprises as the first device at least one aircraft provided with at least one rotor and at least one second device for applying material arranged thereon. It is distinguished from the prior art in that the controlled movable Device is formed by an aircraft that can perform any movements that go far beyond the freedom of movement of a robot arm.
  • the aircraft used in the system according to the invention has at least one container for storing the material. By virtue of such a reservoir, the aircraft is at least temporarily independent of the supply of further material.
  • the invention could be briefly referred to as a "drone with material storage container and SD print head.”
  • the system according to the invention thus makes it possible, for example, to construct a building as far as possible without the use of robots, scaffolding, cranes, conveyor belts or inclined lifts is needed.
  • the device for applying material preferably comprises at least one nozzle or a printhead, by means of which preferably liquid or pasty materials can be deposited at any position which can be controlled by the aircraft.
  • the at least one container is connected to the device by means of at least one pump.
  • This is preferably controllable in terms of the delivery rate per unit time in your performance.
  • An advantageous development provides that the delivery pressure of the pump for adaptation to differently flowable materials is adjustable.
  • the aircraft has at least two reservoirs in which different material components can be stored, which can preferably also be mixed in the second device for applying the material if necessary.
  • these two components can be made of a concrete and a
  • Quick-setting agents are formed for concrete.
  • an outer layer for example made of a good insulating, weatherproof plastic material and the second component
  • an inner layer of concrete is applied as the first component.
  • the second device for applying or the at least one arranged on this container via at least one material supply line are connected to at least one reservoir.
  • the at least one material supply line is held at a level above the flying height of the aircraft by means of at least one carrying device. This facilitates the supply of the material to the aircraft.
  • the reservoir is disposed at a level above the altitude of the aircraft.
  • the storage container can either be arranged on an adjacent building, on a crane or on a lifting platform or alternatively by at least one buoyant body also floating. This additionally facilitates the supply of the material to the aircraft.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that the aircraft is provided with at least one buoyancy tank.
  • a lift tank which may be filled with a gas lighter than air, reduces the engine power required to drive the aircraft engines and thus their energy requirements to maintain a hover state.
  • the system according to the invention is furthermore distinguished by the fact that the aircraft is provided with a receiver which is in a preferably wireless data transmission connection with a transmitter connected to a control device, for example a radio connection or a Bluetooth connection.
  • a control device for example a radio connection or a Bluetooth connection.
  • a program memory arranged in the aircraft itself or in a ground-level, in a preferably wireless data transmission connection with the Aircraft-related control device is provided, is used to store at least one Häprogrannnn with position data for the aircraft and with material dosage data for the device and / or the pump.
  • a program for constructing the walls of a building, including the openings provided in the walls, by laying the layers of material, can also be arranged in a program memory of the aircraft itself, instead of in a controller located near the floor self-control and / or self-organization, for example in the form of artificial intelligence algorithms or in the form of swarm intelligence, the latter especially with the simultaneous use of several aircraft in a system according to the invention, one of which is a "master function" for the simultaneous control of one's own flight movements and the collision-free control of the flight movements of all other aircraft for the optimized execution of the blueprint program.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that the aircraft is formed by a drone.
  • a drone can be moved in many directions in all directions by means of a large number of rotors and can therefore also produce complex shapes and contours by means of the applied material.
  • a preferred application of a system according to the invention is that the aircraft is used to erect a wall of a building.
  • the device for applying material is particularly preferably used for applying concrete.
  • attachments can be formed, for example, formwork devices, window or door frames or reinforcing parts, such as in a building ceiling to be incorporated fiber mats or steel mats.
  • the system according to the invention can comprise a plurality of aircraft which can be moved synchronously or asynchronously by means of a common control device in order to realize a common construction plan
  • at least partial self-control and / or self-organization for example in the form of algorithms of artificial intelligence or in the form of swarm intelligence, can be embodied for an application of the same or different materials
  • the control device or the control devices forming part of the system are preferably equipped with a software application, by means of which CAD data of a construction plan in FIG Position coordinates of one or more aircraft and particularly preferably also vice versa for the development of construction plans position coordinates can be converted into CAD data.
  • the position coordinates can also be recorded in the control unit to check the actual values (for construction monitoring or quality control).
  • their position control by means of laser mapping is also provided.
  • the interaction with GPS data can be done by means of a multi-mode navigation.
  • the CAD data of the building to be built are converted into geometric contours.
  • the aircraft can be optionally moved to the predetermined position with the aid of additional laser reflectors with a precision of 1 mm accuracy. In this case, for example, coarse positioning via GPS and fine positioning via laser mapping can also take place in the case of extended larger structures.
  • rod kinematics EXPT Tripod
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the second device for applying material is provided with a trunk-like and / or telescopically extendable and extendable handling assistant, by means of which the nozzle or the print head for applying material in spaces between reinforcements or reinforcements can be exactly guided in.
  • a suitable handling assistant for example, the the company FESTO in
  • a useful additional function of the system according to the invention is that it can also take on additional logistics functions on a construction site. For example, a transport of materials or tools is provided, which saves the paths of the staff. Transporting a
  • Screwdriver from the floor to the fourth floor of a building can be done by means of an aircraft in less than a minute. A worker would be on the road for several minutes.
  • the system of the invention can provide a significant contribution to the faster creation of affordable housing due to the flexible use, the high production speed and its cost efficiency.
  • the additive production method allows a particularly economical handling of the material and thus with our natural resources.
  • the system according to the invention can also be used in confined spaces, where otherwise when using conventional scaffolding or cranes considerable damage to The closer environment of a construction site arise.
  • other advantageous applications for a system according to the invention for example in the construction of dams or bridges or in the application of road surfaces, conceivable.
  • Fig. 1 is a schematic view of an aircraft with an integrated
  • Fig. 2 is a schematic view of an aircraft with an integrated
  • Fig. 3 is a schematic representation of a system according to the invention with a material supply line, which connects an aircraft with a ground-level reservoir and
  • Fig. 4 is a schematic representation of a system according to the invention with a material supply line which connects an aircraft with a arranged in an elevated position reservoir.
  • FIGS. 3 and 4 show two different embodiments of a system 10 according to the invention.
  • the system 10 according to the invention comprises a first device 20 which is formed by an aircraft 20 provided with at least one rotor 21.
  • FIGS. 1 and 2 Two different embodiments of such an aircraft 20 preferably formed by a drone having a plurality of rotors 21 are shown schematically by way of example in FIGS. 1 and 2.
  • the system 10 according to the invention further comprises at least one second device 27 for applying material.
  • the at least one second device 27 is designed in the manner of a nozzle or in the manner of a print head and is connected via a delivery line 26 with a pump 24 in connection.
  • the conveyor line 26 is preferably formed by a - as indicated by the double arrow in Figures 1 and 2 - telescopically extendable or three-dimensionally movable handling assistant or stored on this, so that the nozzle or the print head 27 even at a temporarily stationary hovering aircraft 20 is movable in a certain range.
  • the placement of material in difficult to access spaces between reinforcements or reinforcements is much easier by the movement of the aircraft 20 independent mobility of the nozzle 27 by means of the movable handling assistant 26 possible.
  • the pump 24 is connected on the input side via at least one supply line 25 with at least one container 23 or a plurality of containers 231 and 232, which serve for storing or for buffering a particular liquid or pasty material.
  • the material in at least one of the containers 231, 232 may also be powdered or solid and mixed with a liquid which is supplied directly from the other container 232, 231 in the second device 27 or via the supply line 25 to a pasty mass ,
  • a plastic material stored in one of the containers 231, 232 may also be melted by heating before being applied in or in front of the device 27.
  • a plurality of containers 231, 232 are provided, they may either house the same material or different components to produce a material mixture formed in the second device 27 - for example a concrete as a first component and a hardener for faster curing of the concrete as a second component.
  • the containers 23; 231, 232 are preferably arranged within a housing 22 of the aircraft 20.
  • the aircraft 20 is, as shown in Figures 1 and 2, additionally provided with at least one device 28 for attachment of attachments.
  • These add-on parts can be formed, for example, by formwork boards and / or smoothing tools, which limit the introduced material on both sides of the device 27 during application and / or smooth it out during or after application.
  • the device 28 can also be used, for example, with a gripper or a holder provided there for the transport of materials and / or tools on a construction site and thereby support and simplify logistics.
  • dedicated special tasks can also be assigned to them.
  • a first aircraft 20 may "weave" a reinforcing fabric from a plastics material
  • a second aircraft 20 may be provided with a nozzle 27 for the application of concrete
  • a third aircraft 20 may be equipped with smoothing tools for smoothing the applied concrete
  • a fourth aircraft 20 for the positioning of window frames in the openings provided for this purpose
  • a fifth aircraft 20 are provided for the application of an insulating outer layer.
  • buoyant vessels 29 or 291 in or on the housing 22.
  • the aircraft 20 are either for filling the container 23; 231, 232 each flew to a charging station or they are, as shown in Figures 3 and 4, more preferably connected via material supply lines 30 with at least one reservoir 40.
  • a further pump 42 is preferably arranged, by means of which the material from the reservoir 40 via the material supply line 30 to the containers 23; 231, 232 or directly to the second device 27 is promoted.
  • the material supply line 30 can comprise a plurality of separate lines combined to form a line bundle, through which different materials are supplied.
  • the material supply line 30 can also be used for a transmission of electrical energy and / or fuels for the drives of the aircraft 20 or for a signal transmission.
  • the material supply line 30 is connected to the reservoir 40 via a connecting piece 34 and to the aircraft 20 via a connecting piece 32.
  • supporting devices 50 which have at least one substantially horizontal arm 51 and at least one vertical support column 53 or at least one support bearing 52. At these support columns 53 and cantilevers 51, the material supply line 30 is mounted by means of brackets 54 and 56, respectively.
  • the storage container 40 is arranged close to the ground, so that the material has to be conveyed via the material supply line 30 from below to the aircraft 20 which is suspended in the air.
  • the storage container 40 is arranged on a building 70 already existing in the neighborhood. In this case, the required power of the pump 42 for conveying the material through the material supply line 30 to the aircraft 20 is significantly lower.
  • the system according to the invention preferably serves for erecting at least one wall 60 of a building 70.
  • the control of the system according to the invention is preferably carried out by means of a control device 80 shown in FIG. 4, which has at least one program memory 82 and at least one transmitter 84.
  • the transmitter 84 is connected to a receiver 86 arranged on the aircraft 20 in a preferably wireless data transmission connection.
  • the program memory 82 contains a building plan for the building 70, in which for the individual walls 60 all positions and dimensions including the required recesses for doors and windows are stored as CAD data.
  • the program memory 82 also contains the required quantity data of the material to be dispensed by the second devices 27 at the respective positions served by the aircraft 20, which are controlled by a corresponding actuation of the pumps 24 and 42 or valves (not shown).
  • the controller 80 translates this CAD data into position coordinates, such as GPS data and / or laser mapping data, by means of a processor, which are sent by the transmitter 84 to the receiver 86, by means of which the at least one aircraft 20 is the corresponding one Positions for applying the material one after the other anatomic.
  • GPS signals or laser mapping data of the aircraft 20 can be transmitted from a transmitter on the aircraft 20 to a receiver, not shown, on the control unit 80 and from this data for a blueprint of a building to be constructed can be determined.
  • the system according to the invention with the at least one aircraft 20 can be used in the same way for the measurement of finished structures 70, whereby the exact actual state of a building can be determined.
  • This serves, on the one hand, to control the quality of acceptance, as well as of periodic monitoring of changes to a building, for example a subsidence due to the subsidence of foundations caused by subsidence, earthquakes, etc. ben or earthquakes. This is particularly useful in areas most vulnerable to earthquakes for early warning and for accurate time documentation of various damage conditions.
  • first device e.g., drone

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (10) umfassend wenigstens eine gesteuert ver- fahrbare erste Vorrichtung (20) und wenigstens eine an dieser angeordnete zweite Vorrichtung (27) zum Aufbringen von Material. Zur einfachen Erzeugung komplexer Strukturen ist erfindungsgemäß vorgesehen, die wenigstens eine ge- steuert verfahrbare erste Vorrichtung (20) von einem mit wenigstens einem Rotor (21) versehenen Fluggerät (20) gebildet wird, das wenigstens einen Behälter (231; 232) zum Bevorraten des Materials aufweist.

Description

System umfassend wenigstens eine gesteuert verfahrbare erste Vorrichtung und wenigstens eine an dieser angeordnete zweite Vorrichtung zum Aufbringen von Material
Die Erfindung betrifft ein System umfassend wenigstens eine gesteuert verfahrbare erste Vorrichtung und wenigstens eine an dieser angeordnete zweite Vorrichtung zum Aufbringen von Material gemäß dem Oberbegriff des Patentan- Spruchs 1 .
Ein gattungsgemäßes System ist aus der WO 2004/ 065 707 A2 bekannt. Bei diesem bekannten System zum Errichten von Gebäudewänden ist die gesteuert verfahrbare erste Vorrichtung an einer dreidimensional nach Art eines Roboterarms bewegbaren Aufhängung verfahrbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein System so zu gestalten, dass die Aufbringung des Materials auch bei komplexen Wandstrukturen und größeren Höhen in einfacher Weise erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den darauf bezogenen Unteransprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße System umfasst als erste Vorrichtung wenigstens ein mit wenigstens einem Rotor versehenes Fluggerät und wenigstens eine an diesem angeordnete zweite Vorrichtung zum Aufbringen von Material. Es zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik dadurch aus, dass die gesteuert verfahrbare Vorrichtung von einem Fluggerät gebildet wird, das beliebige Bewegungen ausführen kann, die weit über die Bewegungsfreiheit eines Roboterarms hinausgehen. Das im erfindungsgemäßen System verwendete Fluggerät weist dabei wenigstens einen Behälter zum Bevorraten des Materials auf. Durch einen derarti- gen Vorratsbehälter ist das Fluggerät zumindest zeitweise unabhängig von der Versorgung mit weiterem Material. Man könnte die Erfindung mit anderen Worten kurz zusammengefasst auch als„Drohne mit Material-Vorratsbehälter und SD- Druckkopf" bezeichnen. Das erfindungsgemäße System ermöglicht somit beispielsweise eine weitestgehend automatisierte Errichtung eines Bauwerks, ohne dass dafür ein Einsatz von Robotern, Gerüsten, Kränen, Förderbändern oder Schrägaufzügen nötig wird.
Die Vorrichtung zum Aufbringen von Material umfasst bevorzugt wenigstens eine Düse oder einen Druckkopf, mittels derer bevorzugt flüssige oder pastöse Materi- alien an einer beliebigen, durch das Fluggerät ansteuerbaren Position deponiert werden können.
Der wenigstens eine Behälter ist mit der Vorrichtung mittels wenigstens einer Pumpe verbunden. Diese ist vorzugsweise bezüglich der Fördermenge pro Zeit- einheit in Ihrer Leistung steuerbar. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass auch der Förderdruck der Pumpe zur Anpassung an unterschiedlich fließfähige Materialien einstellbar ist.
Besonders bevorzugt weist bei einem erfindungsgemäßen System das Fluggerät wenigstens zwei Vorratsbehälter auf, in denen auch unterschiedliche Materialkomponenten bevorratet werden können, die bevorzugt in der zweiten Vorrichtung zum Aufbringen des Materials bei Bedarf auch gemischt werden können. Diese beiden Komponenten können beispielsweise von einem Beton und einem
Schnell-Abbindemittel für Beton gebildet werden. Es ist jedoch ebenso möglich, dass als erste Komponente eine Außenschicht, beispielsweise aus einem gut isolierenden, wetterfesten Kunststoffmaterial und als zweite Komponente eine Innenschicht aus Beton aufgebracht wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die zweite Vorrichtung zum Aufbringen oder der wenigstens eine an dieser angeordnete Behälter über wenigstens eine Materialzufuhrleitung mit wenigstens einem Vorratsbehälter verbunden sind.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Materialzufuhrleitung mittels wenigstens einer Tragvorrichtung auf einem Niveau oberhalb der Flughöhe des Fluggeräts gehalten wird. Hierdurch wird die Zufuhr des Materials zum Fluggerät erleichtert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Vorratsbehälter auf einem Niveau oberhalb der Flughöhe des Fluggeräts angeordnet ist. Der Vorratsbehälter kann dabei entweder auf einem benachbarten Gebäude, an einem Kran oder auf einer Hubplattform oder alternativ durch we- nigstens einen Auftriebskörper auch schwebend angeordnet sein. Hierdurch wird die Zufuhr des Materials zum Fluggerät zusätzlich erleichtert.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Fluggerät mit wenigstens einem Auftriebsbehälter versehen ist. Ein derartiger Auf- triebsbehälter, der mit einem Gas gefüllt sein kann, das leichter ist als Luft, reduziert die erforderliche Motorleistung zum Antrieb der Motoren des Fluggeräts und damit dessen Energiebedarf zur Aufrechterhaltung eines Schwebezustands.
Das erfindungsgemäße System zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass das Fluggerät mit einem Empfänger versehen ist, der mit einem mit einem Steuergerät verbundenen Sender in einer vorzugsweise drahtlosen Datenübertragungsverbindung steht, wie beispielsweise einer Funkverbindung oder einer Bluetooth-Verbindung. Hierdurch ist in einfacher Weise ein Eingriff in die Steuerung des Fluggeräts durch einen am Boden befindlichen Bediener möglich.
Ein Programmspeicher, der im Fluggerät selbst oder in einem bodennah angeordneten, in einer vorzugsweise drahtlosen Datenübertragungsverbindung mit dem Fluggerät in Verbindung stehenden Steuergerät vorgesehen ist, dient zur Speicherung wenigstens eines Arbeitsprogrannnns mit Positionsdaten für das Fluggerät und mit Material-Dosierungsdaten für die Vorrichtung und/oder die Pumpe. Generell kann ein Programm („der Bauplan") zum durch einen schichtenweisen Materialauftrag erfolgenden Errichten der Wände eines Bauwerks, einschließlich der in den Wänden vorgesehenen Öffnungen, anstatt in einem bodennah angeordneten Steuergerät auch in einem Programmspeicher des Fluggeräts selbst angeordnet sein. Dabei ist auch eine zumindest teilweise Selbststeuerung und/oder Selbstorganisation beispielsweise in Form von Algorithmen der künstlichen Intelligenz oder in Form von Schwarmintelligenz möglich. Letzteres insbesondere bei einem gleichzeitigen Einsatz mehrerer Fluggeräte in einem erfindungsgemäßen System, von denen eines eine„Masterfunktion" zur gleichzeitigen Steuerung der eigenen Flugbewegungen und der kollisionsfreien Steuerung der Flugbewegun- gen aller anderen Fluggeräte zur optimierten Abarbeitung des Bauplan-Programms übernehmen kann.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Fluggerät von einer Drohne gebildet wird. Eine Drohne ist mittels einer Vielzahl von Rotoren in vielfacher Weise in alle Richtungen bewegbar und kann daher mittels des aufgebrachten Materials auch komplexe Formen und Konturen erzeugen.
Eine bevorzugte Anwendung eines erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass das Fluggerät zum Errichten einer Wand eines Gebäudes verwendet wird. Die Vorrichtung zum Aufbringen von Material ist dabei besonders bevorzugt zum Aufbringen von Beton verwendbar.
Es ist weiterhin vorteilhaft für ein erfindungsgemäßes System, wenn das Fluggerät mit wenigstens einer Vorrichtung zum Anbringen von Anbauteilen versehen ist. Derartige Anbauteile können beispielsweise von Schalungsvorrichtungen, von Fenster-oder Türzargen oder von Armierungsteilen, wie beispielsweise in eine Gebäudedecke einzuarbeitende Fasermatten oder Stahlmatten gebildet werden. Mittels eines erfindungsgemäßen Systems können derartige Matten sogar durch entsprechende kreuzende Bewegungsbahnen eines oder mehrerer Fluggeräte aus einem beispielsweise aus einer zweiten Vorrichtung extrudierten„Faden" nach Art eines Spinnennetzes gewebt werden. Das erfindungsgemäße System kann mehrere Fluggeräte umfassen, die mittels einer gemeinsamen Steuervorrichtung synchron oder asynchron zur Realisierung eines gemeinsamen Bauplanes bewegbar sind. Die Vorrichtungen zur Materialaufbringung bzw. die Auftragsvorrichtungen der mehreren Fluggeräte können dabei für einen Auftrag gleichartiger oder auch unterschiedlicher Materialien ausge- bildet sein. Dabei ist eine zumindest teilweise Selbststeuerung und/oder Selbstorganisation beispielsweise in Form von Algorithmen der künstlichen Intelligenz o- der in Form von Schwarmintelligenz möglich. Die einen Teil des Systems bildende Steuervorrichtung bzw. die Steuergeräte sind bevorzugt mit einer Software-Applikation ausgestattet, durch welche zur Realisierung von Bauwerken CAD-Daten ei- nes Bauplans in Positions-Koordinaten eines oder mehrere Fluggeräte und besonders bevorzugt auch umgekehrt zur Entwicklung von Bauplänen Positions-Koordinaten in CAD-Daten umgewandelt werden können. Des Weiteren können die Positions-Koordinaten auch zur Kontrolle der IST-Werte (zur Bauüberwachung o- der Qualitäts-Kontrolle) im Steuergerät aufgezeichnet werden. Alternativ oder er- gänzend zu einer GPS-Navigation der Fluggeräte ist auch deren Positions-Steuerung mittels Laser-Mapping vorgesehen. Das Zusammenwirken mit GPS-Daten kann dabei im Wege einer Multimode-Navigation erfolgen. Hierbei werden die CAD-Daten des zu errichtenden Bauwerks in geometrische Konturen umgewandelt. Die Fluggeräte können hierbei optional mit Unterstützung zusätzlicher Laser- Reflektoren mit einer Präzision von 1 mm Genauigkeit auf die vorbestimmte Position bewegt werden. Dabei kann insbesondere bei ausgedehnten größeren Bauwerken beispielsweise auch eine Grob-Positionierung über GPS und eine Feinpositionierung über Laser-Mapping erfolgen. Zur Erhöhung der Präzision kann die Düse bzw. der Druckkopf zum Auftragen von Material an einer Stabkinematik gelagert sein, wie diese beispielsweise von der Firma FESTO unter der Bezeichnung„Stabkinematik EXPT, Tripod" angeboten wird. Hiermit lassen sich wind- und wetterbedingte Abweichungen des Fluggeräts sehr feinfühlig und mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit kompensieren. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Vorrichtung zum Aufbringen von Material mit einem rüsselartigen und/oder teleskopisch ein- und ausfahrbaren Handlings-Assistenten versehen ist, mittels dem die Düse bzw. der Druckkopf zum Auftragen von Material auch in Zwischenräume zwischen Armierungen oder Bewehrungen exakt hineingeführt werden kann. Ein geeigneter Handlings-Assistent ist beispielsweise der von der Firma FESTO in
Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung entwickelte und mit dem Deutschen Zukunftspreis 2010 ausgezeichnete Bionische Handlings-Assistent. Eine nützliche Zusatzfunktion des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass dieses auch zusätzliche Logistik-Funktionen auf einer Baustelle übernehmen kann. So ist beispielsweise ein Transport von Materialien oder Werkzeugen vorgesehen, der Laufwege des Personals einspart. Das Transportieren eines
Schraubenziehers vom Boden in den vierten Stock eines Gebäudes kann mittels eines Fluggeräts in weniger als einer Minute erfolgen. Ein Arbeiter wäre hierfür mehrere Minuten unterwegs.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, komplexe Strukturen von Bauwerken sehr viel schneller und effizienter zu produzieren. Die dabei erzielbare Kos- tenreduktion beträgt rund 30 % gegenüber einer herkömmlichen Bauweise.
Das erfindungsgemäße System kann aufgrund des flexiblen Einsatzes, der hohen Produktionsgeschwindigkeit und seiner Kosteneffizienz einen bedeutsamen Beitrag zur schnelleren Schaffung günstigen Wohnraums liefern. Die additive Ferti- gungsweise ermöglicht einen besonders sparsamen Umgang mit dem Material und somit mit unseren natürlichen Ressourcen. Das erfindungsgemäße System kann auch in engen Baulücken zum Einsatz kommen, bei denen sonst bei Verwendung herkömmlicher Gerüste oder Kräne erhebliche Beeinträchtigungen für die nähere Umgebung einer Baustelle entstehen. Neben dem Errichten von Gebäuden sind auch andere vorteilhafte Anwendungen für ein erfindungsgemäßes System, beispielsweise beim Errichten von Staudämmen oder Brücken oder beim Aufbringen von Straßenbelägen, denkbar.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Systems unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fluggeräts mit einem integrierten
Material-Behälter und einer Düse zum Auftragen des Materials,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Fluggeräts mit einem integrierten
Material-Behälter und einer Düse zum Auftragen des Materials mit einem zusätzlichen externen Auftriebskörper,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Materialzufuhrleitung, die ein Fluggerät mit einem bodennahen Vorratsbehälter verbindet und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Materialzufuhrleitung, die ein Fluggerät mit einem in einer erhöhten Position angeordneten Vorratsbehälter verbindet.
In Figur 3 und 4 sind zwei verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Systems 10 dargestellt. Das erfindungsgemäße System 10 umfasst eine erste Vorrichtung 20, die von einem mit wenigstens einem Rotor 21 versehenen Fluggerät 20 gebildet wird.
Zwei verschiedene Ausführungsformen eines derartigen, bevorzugt von einer Drohne mit mehreren Rotoren 21 gebildeten Fluggeräts 20 sind in den Figuren 1 und 2 beispielhaft schematisch dargestellt. Das erfindungsgemäße System 10 umfasst, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, ferner wenigstens eine zweite Vorrichtung 27 zum Aufbringen von Material. Die wenigstens eine zweite Vorrichtung 27 ist nach Art einer Düse oder nach Art eines Druckkopfes ausgebildet und steht über eine Förderleitung 26 mit einer Pumpe 24 in Verbindung. Die Förderleitung 26 ist bevorzugt von einem - wie durch den Doppelpfeil in den Figuren 1 und 2 angedeutet - teleskopisch ausfahrbaren oder dreidimensional bewegbaren Handlings-Assistenten gebildet oder an diesem gelagert, so dass die Düse bzw. der Druckkopf 27 auch bei einem zeitweise ortsfest schwebenden Fluggerät 20 in einem gewissen Bereich bewegbar ist. Das Platzieren von Material in schwierig zugänglichen Zwischenräumen zwischen Armierungen oder Bewehrungen ist durch die von einer Bewegung des Fluggeräts 20 unabhängige Beweglichkeit der Düse 27 mittels des bewegbaren Handlings-Assistenten 26 wesentlich leichter möglich. Die Pumpe 24 ist eingangsseitig über wenigstens eine Zufuhrleitung 25 mit wenigstens einem Behälter 23 bzw. mehreren Behältern 231 und 232 verbunden, die zur Bevorratung oder zur Pufferung eines insbesondere flüssigen oder pastösen Materials dienen. Das Material in wenigstens einem der Behälter 231 , 232 kann auch pulverförmig oder fest gebildet sein und mit einer Flüssigkeit, die aus dem anderen Behälter 232, 231 in der zweiten Vorrichtung 27 oder über die Zufuhrleitung 25 direkt zugeführt wird, zu einer pastösen Masse vermischt werden. In einer anderen Variante kann auch beispielsweise ein in einem der Behälter 231 , 232 gespeichertes Kunststoffmaterial vor dem Auftragen in oder vor der Vorrichtung 27 durch Erwärmung geschmolzen werden. Sofern mehrere Behälter 231 , 232 vorgesehen sind, können diese entweder dasselbe Material oder aber unterschiedliche Komponenten zur Erzeugung einer in der zweiten Vorrichtung 27 gebildeten Material-Mischung - beispielsweise eines Betons als erste Komponente und eines Härters zum schnelleren Aushärten des Betons als zweite Komponente beherbergen. Die Behälter 23; 231 , 232 sind bevorzugt innerhalb eines Gehäuses 22 des Fluggeräts 20 angeordnet. Alternativ oder ergänzend ist jedoch auch eine Anordnung nicht dargestellter externer Behälter am Gehäuse 22 möglich. Das Fluggerät 20 ist, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, zusätzlich mit wenigstens einer Vorrichtung 28 zur Anbringung von Anbauteilen versehen. Diese Anbauteile können beispielsweise von Schalbrettern und/oder Glättwerkzeugen gebildet werden, die zu beiden Seiten der Vorrichtung 27 das eingebrachte Material während des Auftragens begrenzen und/oder dieses beim oder nach dem Auf- tragen glattstreichen. Als weiterer Nutzen kann die Vorrichtung 28 beispielsweise mit einem dort vorgesehenen Greifer oder einer Halterung auch zum Transport von Materialen und/oder Werkzeugen auf einer Baustelle verwendet werden und dadurch die Logistik unterstützen und vereinfachen. Bei mehreren in einem erfindungsgemäßen System zusammenarbeitenden Fluggeräten 20 können diesen auch dediziert Spezialaufgaben zugeordnet werden. So kann beispielsweise ein erstes Fluggerät 20 aus einem Kunststoffmaterial ein Armierungsgewebe„weben", ein zweites Fluggerät 20 mit einer Düse 27 für den Auftrag von Beton vorgesehen sein, ein drittes Fluggerät 20 mit Glättwerkzeugen für ein Glätten des aufgebrachten Betons ausgestattet sein, ein viertes Fluggerät 20 für das Positionie- ren von Fensterrahmen in den dafür vorgesehenen Öffnungen dienen und ein fünftes Fluggerät 20 für den Auftrag eines isolierenden Außenschicht vorgesehen sein.
Zur Reduzierung der für den Betrieb der Rotoren 21 zur Erzeugung eines Schwe- bezustands des Fluggeräts 20 erforderlichen Leistung sind bevorzugt Auftriebsbehälter 29 bzw. 291 im oder am Gehäuse 22 angeordnet. Die intern im Gehäuse 22 als separate Kammern angeordneten Auftriebsbehälter 29 bzw. die extern am Gehäuse 22 beispielsweise in Form eines umlaufenden Schlauches angeordneten Auftriebsbehälter 291 beherbergen ein Gas, das ein geringeres spezifisches Gewicht als Luft aufweist, beispielsweise Helium oder Wasserstoff.
Die Fluggeräte 20 werden entweder zum Befüllen der Behälter 23; 231 , 232 jeweils an eine Ladestation geflogen oder sie sind, so wie dies in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, besonders bevorzugt über Materialzufuhrleitungen 30 mit wenigstens einem Vorratsbehälter 40 verbunden. In oder an diesen Vorratsbehältern 40 ist bevorzugt eine weitere Pumpe 42 angeordnet, mittels der das Material aus dem Vorratsbehälter 40 über die Materialzufuhrleitung 30 zu den Behältern 23; 231 , 232 oder direkt zur zweiten Vorrichtung 27 gefördert wird.
Die Materialzufuhrleitung 30 kann dabei mehrere separate, zu einem Leitungsbündel zusammengefasste Leitungen umfassen, durch die unterschiedliche Materialien zugeführt werden. Die Materialzufuhrleitung 30 kann auch für eine Übertra- gung von elektrischer Energie und/oder von Treibstoffen für die Antriebe des Fluggeräts 20 oder für eine Signalübertragung verwendet werden.
Die Materialzufuhrleitung 30 ist mit dem Vorratsbehälter 40 über ein Anschlussstück 34 und mit dem Fluggerät 20 über ein Anschlussstück 32 verbunden.
Um das Fluggerät 20 vom Gewicht der Materialzufuhrleitung 30 und des darin befindlichen Materials zu entlasten, sind bevorzugt Tragvorrichtungen 50 vorgesehen, die wenigstens einen im wesentlichen horizontalen Ausleger 51 und wenigstens eine vertikale Tragsäule 53 bzw. wenigstens ein Traglager 52 aufweisen. An diesen Tragsäulen 53 und Auslegern 51 ist die Materialzufuhrleitung 30 mittels Halterungen 54 bzw. 56 gelagert.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist der Vorratsbehälter 40 bodennah angeordnet, so dass das Material über die Materialzufuhrleitung 30 von unten zu dem in der Luft schwebenden Fluggerät 20 gefördert werden muss.
Im alternativen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist der Vorratsbehälter 40 auf einem in der Nachbarschaft bereits bestehenden Gebäude 70 angeordnet. In diesem Fall ist die erforderliche Leistung der Pumpe 42 zur Förderung des Materials über die Materialzufuhrleitung 30 zum Fluggerät 20 deutlich geringer.
Das erfindungsgemäße System dient bevorzugt zum Errichten wenigstens einer Wand 60 eines Gebäudes 70. Die Steuerung des erfindungsgemäßen Systems erfolgt bevorzugt mittels eines in Figur 4 dargestellten Steuergeräts 80, das über wenigstens einen Programmspeicher 82 und wenigstens einen Sender 84 verfügt. Der Sender 84 steht mit einem am Fluggerät 20 angeordneten Empfänger 86 in einer bevorzugt drahtlosen Datenübertragungsverbindung.
Der Programmspeicher 82 enthält einen Bauplan für das Gebäude 70, in dem für die einzelnen Wände 60 sämtliche Positionen und Maße einschließlich der erfor- derlichen Aussparungen für Türen und Fenster als CAD-Daten hinterlegt sind. Der Programmspeicher 82 enthält auch die durch die zweiten Vorrichtungen 27 an den jeweils von den Fluggeräten 20 angeflogenen Positionen abzugebenden erforderlichen Mengendaten des Materials, die durch eine entsprechende Ansteue- rung der Pumpen 24 bzw. 42 oder nicht dargestellten Ventile gesteuert werden. Das Steuergerät 80 setzt diese CAD-Daten mittels eines Prozessors in Positionskoordinaten, wie beispielsweise GPS-Daten und/oder Laser-Mapping-Daten um, die mittels des Senders 84 an den Empfänger 86 gesendet werden, mittels derer das wenigstens eine Fluggerät 20 die entsprechenden Positionen zum Aufbringen des Materials nacheinander anfährt.
Umgekehrt können auch GPS-Signale bzw. Laser-Mapping-Daten des Fluggeräts 20 von einem Sender am Fluggerät 20 an einen nicht dargestellten Empfänger am Steuergerät 80 übertragen werden und daraus Daten für einen Bauplan eines zu errichtenden Bauwerks ermittelt werden.
Das erfindungsgemäße System mit dem wenigstens einen Fluggerät 20 kann auf dieselbe Art auch zur Vermessung fertiger Bauwerke 70 verwendet werden, wodurch der exakte Ist-Zustand eines Bauwerks ermittelt werden kann. Dies dient zum einen der Qualitätskontrolle bei der Abnahme, wie auch einer periodischen Überwachung von Veränderungen an einem Gebäude, beispielsweise einer Absenkung infolge des Nachgebens von Fundamenten durch Erdsenkungen, Erdbe- ben oder Erdstöße. Dies ist insbesondere in durch Erdbeben besonders gefährdeten Gebieten für eine Frühwarnung und für eine exakte zeitliche Dokumentation verschiedener Schadens-Zustände sehr nützlich.
Bezugszeichenliste
10 System
20 Fluggerät (erste Vorrichtung, z.B. Drohne)
21 Rotor
22 Gehäuse
23 Behälter (für Material)
231 Behälter (für Material-Komponente 1 )
232 Behälter (für Material-Komponente 2)
24 Pumpe
25 Zufuhrleitung
26 Förderleitung oder Handlings-Assistent
27 (zweite) Vorrichtung (zum Aufbringen von Material) 271 Düse oder Druckkopf
28 Vorrichtung (zur Montage von Anbauteilen) 29 Auftriebsbehälter (intern in 22)
291 Auftriebsbehälter (extern an 20)
30 Materialzufuhrleitung
32 Anschlussstück (von 30 an 23)
34 Anschlussstück (von 30 an 40)
40 Vorratsbehälter
42 Pumpe
50 Tragvorrichtung
51 Ausleger
52 Traglager
53 Tragsäule
54 Halterung
56 Halterung
60 Gebäudeteil (Wand)
70 Gebäude
80 Steuergerät
82 Programmspeicher
84 Sender
86 Empfänger

Claims

Patentansprüche
System (10) umfassend wenigstens eine gesteuert verfahrbare erste Vorrichtung (20) und wenigstens eine an dieser angeordnete zweite Vorrichtung (27) zum Aufbringen von Material, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine gesteuert verfahrbare erste Vorrichtung (20) von einem mit wenigstens einem Rotor (21 ) versehenen Fluggerät (20) gebildet wird, das wenigstens einen Behälter (23; 231 ; 232) zum Bevorraten des Materials aufweist.
System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung (27) wenigstens eine Düse (271 ) oder einen Druckkopf (271 ) um- fasst.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Behälter (23; 231 ; 232) mit der zweiten Vorrichtung (27) mittels wenigstens einer Pumpe (24) verbunden ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (20) wenigstens zwei Behälter (231 ; 232) aufweist.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Behälter (231 ; 232) zur Aufnahme unterschiedliche Komponenten des Materials geeignet sind, die über die zweite Vorrichtung (27) mischbar sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung (27) und/oder der wenigstens eine Behälter (23; 231 ; 232) über wenigstens eine Materialzufuhrleitung (30) mit wenigstens einem Vorratsbehälter (40) verbunden sind.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Materialzufuhrleitung (30) mittels wenigstens einer Tragvorrichtung (50) auf einem Niveau oberhalb der Flughöhe des Fluggeräts (20) gehalten wird.
8. System nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (40) auf einem Niveau oberhalb der Flughöhe des Fluggeräts (20) angeordnet ist.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (20) mit wenigstens einem Auftriebsbehälter (29; 291 ) versehen ist.
10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (20) mit einem Empfänger (86) versehen ist, der mit einem mit einem Steuergerät (80) verbundenen Sender (84) in Funkverbindung steht.
1 1 . System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (80) wenigstens einen Programmspeicher (82) zur Speicherung wenigstens eines Arbeitsprogramms mit Positionsdaten für das wenigstens eine Fluggerät (20) und mit Material-Dosierungsdaten für die Vorrichtung (27) und/oder die Pumpe (24) aufweist.
12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (20) von einer Drohne (20) gebildet wird.
13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (20) zum Errichten einer Wand (60) eines Gebäudes (70) und/oder zum Aufbringen von Beton verwendbar ist.
14 System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (20) mit wenigstens einer Vorrichtung (28) zum Anbringen von Anbauteilen oder zum Transport von Materialien oder Werkzeugen versehen ist.
15. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass zwischen dem wenigstens einen Behälter (23; 231 ; 232) und der zweiten Vorrichtung (27) zum Aufbringen von Material eine insbesondere von einem teleskopisch ausfahrbaren oder dreidimensional bewegbaren Handlings-Assistenten gebildete oder an diesem gelagerte Förderleitung (26) vorgesehen ist.
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