Multicopter

Beschreibung

Die Erfindung betri f ft einen Multicopter sowie eine Rotoreinrichtung für einen Multicopter nach den Oberbegri f fen der nebengeordneten Ansprüche .

Vom Markt her sind Drohnen in Form von Multicoptern bekannt , meist mit vier Rotoreinrichtungen . Jede Rotoreinrichtung umfasst eine von einem Elektromotor angetriebene Rotorwelle , einen mit der Rotorwelle gekoppelten Rotorkopf und mindestens zwei an dem Rotorkopf befestigte Rotorblätter . Die bekannten Multicopter werden normalerweise durch eine Drehzahländerung der Rotoreinrichtungen gesteuert , da dies mit wenig beweglichen Teilen realisiert werden kann . In einem solchen

Fall können die Propeller starr sein, es wird lediglich eine gewisse Elektronik zur Motorsteuerung benötigt . Wu, Xionan, 2018 , Design and Development of variable Pitch Quadcopter for long Endurance Flight , Master Thesis , Oklahoma State University, beschreibt bei einem Multicopter die Verwendung von Aktuatoren zur aktiven Steuerung der Stellung der Rotorblätter um eine Rotorblattachse , also einer Steuerung des Anstellwinkels der Rotorblätter . Bekannt sind ferner Verstellpropeller beispielsweise aus der EP 0 589 338 Al sowie aus dem US 1 , 864 , 045 A.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , einen Multicopter zu schaf fen, der im Betrieb wenig Geräusch verursacht , dynamisch gesteuert und einfach hergestellt werden kann und sehr ef fi zient ist .

Diese Aufgabe wird durch einen Multicopter und durch eine Rotoreinrichtung für einen Multicopter mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen genannt .

Die Erfindung löst das obige Problem durch eine mechanische Automatik zur Kopplung des Antriebsdrehmoments mit dem Blattanstellwinkel bei Rotoreinrichtungen von Multicoptern, also eine Blattwinkelverstellung bzw . eine Verstellung der Drehstellung bzw . des Anstellwinkels der Rotorblätter um die Rotorblattachse , die ohne aktive Aktuatoren auskommt und automatisch und lediglich auf der Basis des an der Rotorwelle anliegenden Drehmoments bzw . einer Drehmomentänderung funktioniert . Dies gestattet es , den erfindungsgemäßen Multicopter mit Rotoreinrichtungen aus zustatten, die einen vergleichsweise großen Durchmesser aufweisen und somit eine vergleichsweise große Rotorkreis fläche aufweisen . Hierdurch wird die zur Erzeugung eines bestimmten Schubes benötigte Leistung reduziert , es wird also die Ef fi zienz der Rotoreinrichtungen verbessert . Mit gleicher Batteriekapazität kann dank der Erfindung somit eine längere Flugzeit realisiert werden . Darüber hinaus nimmt die Lärmemission mit einem größeren Durchmesser der Rotoreinrichtungen und damit verbundenen geringeren Drehzahlen ab . Der erfindungsgemäßen Multicopter ist also besonders leise .

Konkret realisiert werden die genannten Vorteile durch einen Multicopter, umfassend eine Mehrzahl von Rotoreinrichtungen . Dabei ist der Begri f f „Multicopter" keines falls auf unbemannte Fluggeräte beschränkt , sondern umfasst auch bemannte Fluggeräte , beispielsweise E-VTOL-Fluggeräte . Typischerweise umfasst ein solcher Multicopter zwei oder mehr Rotoreinrichtungen . Eine Rotoreinrichtung umfasst beispielsweise eine von einem Elektromotor angetriebene Rotorwelle , die in normaler Betriebslage des Multicopters mehr oder weniger vertikal ausgerichtet ist . Zu der Rotoreinrichtung kann ferner ein mit der Rotorwelle gekoppelter Rotorkopf gehören . Typischerweise ist der Rotorkopf in normaler Betriebslage des Multicopters an einem oberen Ende der Rotorwelle angeordnet .

Die Rotoreinrichtung weist ferner mindestens ein Rotorblatt auf , das sich nach radial außen erstreckt . Das Rotorblatt ist um eine Rotorblattachse drehbar, wodurch der Anstellwinkel des Rotorblatts verändert werden kann . Als Rotorblattachse kann eine Längsachse des Rotorblatts mindestens in j enem Bereich verstanden werden, in dem das Rotorblatt befestigt ist ( "Wurzel" ) . Das Rotorblatt selbst kann sich im Wesentlichen gerade nach radial außen erstrecken, so dass seine Längsachse ebenfalls gerade ist . Bekannt sind aber auch leicht sichel förmige Rotorblätter, deren abragendes Ende leicht gebogen ist .

Bei dem erfindungsgemäßen Multicopter weist die Rotoreinrichtung einen ersten Abschnitt auf , der um eine Drehachse drehbar angetrieben ist , und einen zweiten Abschnitt auf , der relativ zum ersten Abschnitt um eine Achse , die parallel zur Drehachse verläuft , beweglich ist . Typischerweise sind die beiden Abschnitte zueinander koaxial angeordnet , es sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar . Die Rotorblätter sind an dem zweiten beweglichen, also relativ zum ersten Abschnitt zumindest in einem gewissen Umfange verdrehbaren Abschnitt befestigt . Eine Relativposition des zweiten Abschnitts zum ersten Abschnitt ist von einem Drehmoment abhängig, mit dem der erste Abschnitt angetrieben und in Drehung versetzt wird .

Die beiden Abschnitte sind j edoch nicht vollkommen unabhängig voneinander, denn die Rotoreinrichtung umfasst eine mechanische Kopplung, welche die Relativposition des ersten Abschnitts relativ zum zweiten Abschnitt mit einer Drehstellung des Rotorblatts um die dessen Rotorblattachse koppelt . Die besagte mechanische Kopplung koppelt somit eine Eingangsgröße (Relativstellung der Abschnitte ) mit einer Ausgangsgröße ( Drehstellung des Rotorblatts ) . Sobald sich also die Relativposition des einen Abschnitts zum anderen Abschnitt verändert , verändert sich auch die Drehstellung des Rotorblatts um die Rotorblattachse , also der Anstellwinkel des Rotorblatts . Wird im Betrieb des Multicopters das auf den ersten Abschnitt wirkende Drehmoment - insbesondere schnell oder sogar sprunghaft - erhöht , führt dies aufgrund der Massenträgheit des zweiten Abschnitts mit dem Rotorblatt und aufgrund der gegen die Drehrichtung wirkenden aerodynamisch Widerstandskraft zu einer in Drehrichtung des ersten Abschnitts gesehen vorauseilenden Verdrehung des ersten Abschnitts relativ zum zweiten Abschnitt , durch den der Anstellwinkel des Rotorblatts und hierdurch der Schub, der durch die Rotoreinrichtung erzeugt wird, erhöht werden . Hierdurch steigt wiederum der aerodynamische Widerstand, wodurch eine Erhöhung der Drehzahl klein gehalten oder gegebenenfalls sogar im Wesentlichen vermieden wird .

Durch die erfindungsgemäße adaptive Propellerstruktur mit flexiblen Elementen wird also eine automatische mechanische Kopplung des Blattanstellwinkels mit dem anliegenden Motordrehmoment erreicht . Somit kann die Steuerung des Multicopters wie gewohnt ausschließlich über die Motorleistung erfolgen . Allerdings steht bei einer Erhöhung der Motorleistung sofort ein höherer Schub zur Verfügung, da die Drehzahl der Propeller nicht erst ansteigen muss . Dies ist insbesondere ein Vorteil für große Propeller mit hohem Trägheitsmoment , die ansonsten eine lange Zeit zum Beschleunigen benötigen würden .

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Rotoreinrichtung eine Rückstelleinrichtung umfasst , die das Rotorblatt im Hinblick auf seine Drehstellung wenigstens zeitweise in Richtung einer Ausgangsstellung beaufschlagt , insbesondere eine elastische Koppeleinrichtung umfasst , die den zweiten Abschnitt elastisch mit dem ersten Abschnitt koppelt . Die elastische Kopplung ist dabei in Drehrichtung bzw . entgegen der Drehrichtung des ersten Abschnitts vorgesehen . Die relative Verdrehung des einen Abschnitts zum anderen Abschnitt erfolgt somit entgegen einer Rückstellkraft bzw . entgegen einem rückstellenden Drehmoment . Hierdurch wird der Betrieb des erfindungsgemäßen Multicopters nochmals verbessert .

Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass die elastische Koppeleinrichtung mindestens ein elastisches Biegeelement umfasst , insbesondere eine Mehrzahl von elastischen Biegeelementen umfasst , die in Umfangsrichtung des Rotorkopfes gesehen gleichmäßig verteilt angeordnet sind, wobei das Biegeelement bzw . die Biegeelemente am einen Ende mit dem ersten Abschnitt und am anderen Ende mit dem zweiten Abschnitt verbunden ist bzw . sind . Dies ist eine konstruktiv einfache Lösung . Alternativ könnte auch eine koaxial zur Drehachse angeordnete Spiral feder als Koppeleinrichtung vorgesehen sein, oder ein koaxial zur Drehachse angeordneter röhrenförmiger Elastomerkörper könnte von der Koppeleinrichtung umfasst sein . Ferner ist auch ein sich in radialer Richtung erstreckendes Biegeelement denkbar .

Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass die elastische Koppeleinrichtung eine wenigstens in etwa lineare Federkennlinie aufweist , vorzugsweise eine progressive Federkennlinie aufweist . Eine solche lineare Federkennlinie gestattet es , selbst bei einer sprunghaften Erhöhung des Drehmoments die Drehzahl mehr oder weniger konstant zu halten . Bei einer entsprechend dimensionierten progressiven Kennlinie wird die Konstanthaltung der Drehzahl nochmals verbessert , bis hin zu einer wenigstens in etwa konstanten Drehzahl .

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Rotoreinrichtung einen ersten Anschlag umfasst , der mindestens mittelbar eine Drehbewegung des Rotorblatts um die Rotorblattachse in Richtung " kleinerer Anstellwinkel" begrenzt . Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Multicopters im Betrieb verbessert , da bei gegebenenfalls auftretenden Drehschwingungen zwischen den beiden Abschnitten der Rotoreinrichtung ein definierter minimaler Anstellwinkel nicht unterschritten werden kann .

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Rotoreinrichtung einen zweiten Anschlag umfasst , der eine Drehbewegung der Rotorblätter um die Rotorblattachse in Richtung " größerer Anstellwinkel" begrenzt . Auch hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Multicopters im Betrieb verbessert , da bei gegebenenfalls auftretenden Drehschwingungen zwischen den beiden Abschnitten der Rotoreinrichtung sowie bei einer starken Erhöhung des auf die den ersten Abschnitt vom Antrieb wirkenden Drehmoments ein definierter maximaler Anstellwinkel nicht überschritten werden kann . Dieser definierte maximale Anstellwinkel ist typischerweise ein solcher, bei dem bei typischen Drehzahlen der Rotoreinrichtung am Rotorblatt kein Strömungsabriss vorliegt .

Dem liegt die Erkenntnis zugrunde , dass insbesondere bei einem ruckartigen Beschleunigen der Drehgeschwindigkeit der Rotorwelle das Drehmoment ein Zieldrehmoment im neuen Betriebspunkt um ein Viel faches überschreiten kann . Dadurch würde , ohne den hier vorgeschlagenen Anschlag, auch der Anstellwinkel des Rotorblatts auf einen höheren Wert als im neuen Betriebspunkt steigen, was die Gefahr beinhaltet , dass das Rotorblatt vor Erreichen des neuen Betriebspunktes in den Strömungsabriss kommt . Im Punkt des Strömungsabrisses steigen aber auch der Profilwiderstand und somit das Rotordrehmoment um ein Viel faches an . Damit würde das Rotorblatt im Bereich des Strömungsabrisses verharren und es würde sich ein neuer Gleichgewichts zustand im Zustand des Strömungsabrisses einstellen . Die technische Umsetzung des vorgeschlagenen Anschlags ist relativ einfach . Sie könnte beispielsweise durch ein im 3D-Druck hergestelltes Teil realisiert werden .

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die mechanische Kopplung einen Mitnehmerhebel umfasst , der mit einem ( am zweiten Abschnitt der Rotoreinrichtung befestigten) Rotorblatt starr verbunden ist und der mit einem Mitnehmerabschnitt des ersten Abschnitts gekoppelt ist . Dies ist eine technisch besonders einfach umsetzbare Realisierung .

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Drehbewegung eines Rotorblatts um die Rotorblattachse durch einen mit dem Rotorblatt einstückigen Verwindungsabschnitt ermöglicht wird . Dies ist ebenfalls eine technisch besonders einfach und preiswert umsetzbare Realisierung .

Nachfolgend werden Aus führungs formen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert . In der Zeichnung zeigen :

Figur 1 : eine schematische Draufsicht auf einen Multicopter ; Figur 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer ersten Aus führungs form einer Rotoreinrichtung des Multicopters von Figur 1 ;

Figur 3 eine perspektivische Darstellung der Rotoreinrichtung von Figur 2 in einem ersten Betriebs zustand;

Figur 4 eine perspektivische Darstellung der Rotoreinrichtung von Figur 2 in einem zweiten Betriebs zustand;

Figur 5 ein Diagramm, in dem ein Drehmoment einer

Rotorwelle einer der Rotoreinrichtungen der Figuren 2-4 über einem Anstellwinkel eines Rotorblatts aufgetragen ist ;

Figur 6 ein Diagramm, in dem eine Drehzahl einer

Rotorwelle einer der Rotoreinrichtungen der Figuren 2-4 über einem Anstellwinkel eines Rotorblattes aufgetragen ist ;

Figur 7a ein Diagramm, in dem ein Anstellwinkel und ein Schub der Rotoreinrichtung der Figuren 2-4 über der Zeit aufgetragen sind;

Figur 7b ein Diagramm, in dem eine Drehzahl der Rotoreinrichtung der Figuren 2-4 über der Zeit aufgetragen ist ; Figur 8 eine perspektivische Darstellung einer zweiten

Aus führungs form einer Rotoreinrichtung des Multicopters von Figur 1 ;

Figur 9 eine perspektivische Darstellung einer dritten

Aus führungs form einer Rotoreinrichtung des Multicopters von Figur 1 ;

Figur 10 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Rotoreinrichtung von Figur 9 ;

Figur 11 eine perspektivische Darstellung einer vierten Aus führungs form einer Rotoreinrichtung des Multicopters von Figur 1 ;

Figur 12 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Rotoreinrichtung von Figur 11 ;

Figur 13 eine perspektivische Darstellung einer fünften Aus führungs form einer Rotoreinrichtung des Multicopters von Figur 1 ;

Figur 14 eine Seitenansicht der Rotoreinrichtung von Figur 13 ; und

Figur 15 eine Draufsicht auf die Rotoreinrichtung von Figur 13 .

Nachfolgend tragen funktionsäquivalente Elemente und Bereiche in unterschiedlichen Aus führungs formen und in unterschiedlichen Figuren die gleichen Bezugs zeichen . Sie werden üblicherweise nur bei der erstmaligen Erwähnung im Detail erläutert . Darüber hinaus sind aus Gründen der Übersichtlichkeit möglicherweise nicht in allen Figuren sämtliche Bezugs zeichen eingetragen .

Ein Multicopter trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugs zeichen 10 . Er umfasst eine Basisstruktur mit vorliegend beispielhaft vier sich nach radial außen erstreckenden Auslegern 12 . An deren Enden ist j eweils eine Rotoreinrichtung 14 angeordnet mit einer senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufenden Drehachse bzw . Rotorwelle 16 , vorliegend beispielhaft einem mit der Rotorwelle 16 gekoppelten Rotorkopf 18 und ebenfalls vorliegend beispielhaft zwei an dem Rotorkopf 18 befestigten Rotorblättern 20 . Grundsätzlich sind auch Multicopter mit weniger oder mit mehr als vier Rotoreinrichtungen denkbar . Wie weiter unten noch dargelegt werden wird, sind auch Aus führungen von Rotoreinrichtungen denkbar, die keinen diskreten Rotorkopf aufweisen . Ferner sind Aus führungen von Rotoreinrichtungen denkbar, die nur ein Rotorblatt und ein entsprechendes Gegengewicht aufweisen, oder die mehr als zwei Rotorblätter aufweisen . Die Rotorblätter 20 sind j eweils relativ zum Rotorkopf 18 um eine Rotorblattachse 22 drehbar . Die Rotorblattachse 22 ist in Figur 1 lediglich für zwei Rotorblätter 20 eingezeichnet .

Jede Rotoreinrichtung 14 verfügt darüber hinaus über einen elektrischen Antriebsmotor, der in Figur 1 j edoch nicht sichtbar ist . Der elektrische Antriebsmotor ist mit der Rotorwelle 16 verbunden . Ferner gehört zu dem Multicopter 10 eine in Figur 1 ebenfalls nicht gezeichnete Steuer- und Regeleinrichtung, welche die elektrischen Antriebsmotoren der Rotoreinrichtungen 14 individuell ansteuern kann, um auf diese Weise den Multicopter in bekannter Art zu steuern . Eine erste mögliche Aus führungs form der Rotoreinrichtungen 14 wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 2-4 erläutert beispielhaft für eine Rotoreinrichtung 14 erläutert . Die Rotoreinrichtung 14 bzw . der Rotorkopf 18 der Rotoreinrichtung 14 umfasst einen unteren ersten Abschnitt 24 und einen oberen zweiten Abschnitt 26 . Beide Abschnitte 24 und 26 sind vorliegend beispielhaft als im wesentlichen kreis förmige Scheiben ausgebildet . Der untere erste Abschnitt 24 weist einen zentrischen und nach oben weisenden rohrförmigen Aufnahmezapfen 28 auf , in den ein ebenfalls zentrischer und nach unten weisender Achs zapfen (nicht sichtbar ) des zweiten Abschnitts 26 eingrei ft . Auf diese Weise ist der zweite Abschnitt 26 am ersten Abschnitt 24 drehbar gelagert und zu diesem koaxial drehbar beweglich angeordnet . Der erste Abschnitt 24 ist darüber hinaus mit der nur durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Rotorwelle 16 fest bzw . starr verbunden .

Die beiden Rotorblätter 20 sind an dem zweiten Abschnitt 26 befestigt , und zwar, wie bereits oben erwähnt , relativ zum Rotorkopf 18 um die Rotorblattachse 22 drehbar befestigt . Hierzu verfügt der zweite Abschnitt 26 über zwei in radialer Richtung weisende rohrförmige Aufnahmezapfen 30 , in die ein j eweils nach radial einwärts weisender Achs zapfen 32 eines Rotorblatts 20 eingrei ft .

Zu dem Rotorkopf 18 gehören auch zwei mechanische Kopplungen 34 , die j eweils einem Rotorblatt 20 zugeordnet sind . Da beide mechanische Kopplungen 34 identisch aufgebaut sind, wird nachfolgend nur eine der beiden mechanische Kopplungen 34 beschrieben . Die mechanische Kopplung 34 umfasst vorliegend beispielhaft einen Mitnehmerhebel 36 , der mit dem Rotorblatt 20 starr verbunden ist . Der Mitnehmerhebel 36 ragt vorliegend im Bereich einer Wurzel 38 des Rotorblatts 20 orthogonal zur Rotorblattachse 22 nach unten in Richtung zum ersten Abschnitt 24 . Die mechanische Kopplung 34 umfasst ferner einen Mitnehmerabschnitt 40 , der mit dem ersten Abschnitt 24 gekoppelt ist .

Vorliegend beispielhaft ist der Mitnehmerabschnitt 40 als eine nach radial außen of fene Aufnahmeöf fnung ausgebildet , die zwischen zwei sich von dem ersten Abschnitt 24 nach radial außen erstreckenden stabförmigen Fortsätzen 42 gebildet ist . Der Mitnehmerhebel 36 ist in dem Mitnehmerabschnitt 40 mit leichtem Spiel aufgenommen . Wie nachher noch dargestellt werden wird, koppelt die mechanische Kopplung 34 eine drehmomentabhängige Stellung des ersten Abschnitts 24 relativ zum zweiten Abschnitt 26 automatisch und mechanisch mit einer Drehstellung des Rotorblatts 20 um die Rotorblattachse 22 und somit mit einem Anstellwinkel des Rotorblatts 20 .

Die Rotoreinrichtung 14 umfasst ferner eine elastische Koppeleinrichtung 44 , die den zweiten Abschnitt 26 elastisch mit dem ersten Abschnitt 24 koppelt . Vorliegend höchst schematisch und beispielhaft umfasst die elastische Koppeleinrichtung 44 eine Spiral feder, deren eines Ende mit einem sich vom zweiten Abschnitt 26 nach unten erstreckenden stabförmigen Halteabschnitt 46 verbunden ist , und deren anderes Ende mit einem sich vom ersten Abschnitt 24 nach oben erstreckenden stabförmigen Halteabschnitt 48 verbunden ist . Bei der vorliegend beispielhaft gezeigten elastischen Koppeleinrichtung 44 handelt es sich um eine Zugfeder . Die beiden Halteabschnitte 46 und 48 werden von der elastischen Koppeleinrichtung 44 also aufeinander zu beaufschlagt .

Die Rotoreinrichtung 14 umfasst ferner einen ersten Anschlag 50 und einen zweiten Anschlag 52 . Die beiden Anschläge 50 und 52 werden vorliegend durch die axialen Endbereiche eines sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schlitzes 54 gebildet , der in dem unteren ersten Abschnitt 24 ausgebildet ist und in den der Halteabschnitt 46 eingrei ft . Die relative Drehbewegung des zweiten Abschnitts 26 relativ zum ersten Abschnitt 24 ist somit auf den Winkelbereich zwischen dem ersten Anschlag 50 und dem zweiten Anschlag 52 begrenzt .

Die Funktionsweise der Rotoreinrichtung 14 wird nun insbesondere unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 erläutert . Figur 3 zeigt dabei die Rotoreinrichtung 14 in einem ersten Betriebs zustand, in dem sich die Rotorwelle 16 und mit ihr die beiden Abschnitte 24 und 26 der Rotoreinrichtung 14 angetrieben von dem oben erwähnten elektrischen Antriebsmotor mit konstanter Geschwindigkeit drehen . Die Drehbewegung wird in den Figuren 3 und 4 durch Pfeile 56 angedeutet .

In dem in Figur 3 gezeigten ersten Betriebs zustand wird der Halteabschnitt 46 des zweiten Abschnitts 26 von der elastischen Koppeleinrichtung 44 gegen den ersten Anschlag 50 gezogen . In dieser relativ Stellung der beiden Abschnitte 24 und 26 ragt der Mitnehmerhebel 36 im Wesentlichen parallel zur Rotorwelle 16 nach unten . Entsprechend ist ein Anstellwinkel (nicht gezeichnet ) der beiden Rotorblätter 20 vergleichsweise gering . Somit begrenzte der erste Anschlag 50 eine Drehbewegung der beiden Rotorblätter 20 um die Rotorblattachse

22 in Richtung „kleinerer Anstellwinkel" .

Figur 4 zeigt die Rotoreinrichtung 14 in einem zweiten Betriebs zustand unmittelbar nach einer Erhöhung des vom elektrischen Antriebsmotor auf die Rotorwelle 16 und somit auf den ersten Abschnitt 24 einwirkenden Drehmoments ( "Antriebsdrehmoment" ) . Durch das erhöhte Antriebsdrehmoment wird der mit der Rotorwelle 16 starr gekoppelte untere erste Abschnitt 24 in Drehrichtung 56 gesehen vorauseilend gegenüber dem zweiten Abschnitt 26 verdreht . Hierdurch wird die elastische Koppeleinrichtung 44 gedehnt , und der Halteabschnitt 46 wird im Schlitz 54 gegen den zweiten Anschlag 52 bewegt , entsprechend einem Pfeil 57 in Figur 4 .

Durch die relative Verdrehung zwischen dem ersten Abschnitt 24 und dem zweiten Abschnitt 26 wird der Mitnehmerhebel 36 vom Mitnehmerabschnitt 40 mitgenommen ( automatische mechanische Kopplung) , wodurch das j eweilige Rotorblatt 20 um die Rotorblattachse 22 so verdreht wird, dass der Anstellwinkel des j eweiligen Rotorblatts 20 vergrößert wird . Somit begrenzt der zweite Anschlag 52 eine Drehbewegung der beiden Rotorblätter 20 um die Rotorblattachse 22 in Richtung „größerer Anstellwinkel" . Der zweite Anschlag 52 ist dabei so gewählt , dass verhindert wird, dass der maximale aerodynamisch sinnvolle Anstellwinkel der Rotorblätter 20 überschritten wird .

Durch den größeren Anstellwinkel ergibt sich ein höherer Schub der Rotoreinrichtung 14 . Ferner erhöht sich durch den erhöhten Anstellwinkel der beiden Rotorblätter 20 der aerodynamische Widerstand der beiden Rotorblätter 20 , wodurch ein Gegenmoment auf die Rotorwelle 16 ausgeübt wird, welches dem vom elektromotorischen Antrieb auf die Rotorwelle 16 ausgeübten Antriebsdrehmoment entgegengesetzt ist . Dies führt dazu, dass selbst eine sprunghafte Erhöhung des Antriebsdrehmoments , wenn überhaupt , nur zu einer vergleichsweise geringen Erhöhung der Drehzahl der Rotorwelle 16 führt .

Wie sich Drehzahl und Schub bei einer Änderung des Antriebsdrehmoments verhalten, hängt in erheblichem Umfang von der Charakteristik der elastischen Koppeleinrichtung 44 ab .

Eine in einem weiten Bereich annähernd konstante Drehzahl kann selbst bei einer sprunghaften Änderung des Antriebsdrehmoments mit einer elastischen Koppeleinrichtung 44 realisiert werden, die ein wenigstens in etwa lineares elastisches Verhalten, also eine wenigstens in etwa lineare Federkennlinie aufweist . Dies zeigen die Diagramme der Figuren 5 und 6 , in denen das Antriebsdrehmoment M an der Rotorwelle 16 bzw . dem ersten Abschnitt 24 über dem Anstellwinkel A der Rotorblätter 20 ( Figur 5 ) bzw . die Drehzahl R der Rotorwelle 16 bzw . des ersten Abschnitts 24 über dem Schub T ( Figur 6 ) aufgetragen sind . Dabei ist in Figur 5 das tatsächliche Drehmoment als durchgezogene Linie dargestellt , wohingegen die gestrichelte Linie die idealisierte Annäherung des tatsächlichen Drehmoments durch lineare Federelemente darstellt . In Figur 6 ist die tatsächliche Drehzahl bei der Rotoreinrichtung 14 der Figuren 1-4 als durchgezogene Linie aufgetragen, und bei einem herkömmlichen Propeller als gestrichelte Linie .

I st eine noch stärker konstant gehaltene Drehzahl bei einer Änderung des Antriebsdrehmoments gewünscht , dann kann dies mit einer elastischen Koppeleinrichtung 44 realisiert werden, die ein progressives elastisches Verhalten, also eine progressive Federkennlinie aufweist . Dies ist in den Figuren 7a und 7b gezeichnet , in die im einen Diagramm der Anstellwinkel A und der Schub T über der Zeit t und im anderen Diagramm die Drehzahl R über der Zeit t aufgetragen sind . Die vorliegend beispielhaft sprunghafte Änderung des Antriebsdrehmoments erfolgt zu einem Zeitpunkt tl . Die durchgezogenen Linien entsprechend dem Verhalten der Rotoreinrichtung 14 der Figuren 1-4 , die gestrichelten Linien einem herkömmlichen Propeller .

Eine alternative Aus führungs form einer Rotoreinrichtung 14 ist in Figur 8 gezeigt . Diese unterscheidet sich von der Aus führungs form der Figuren 2-4 vor allem durch die Ausgestaltung der elastischen Koppeleinrichtung 44 . Diese umfasst vorliegend und höchst beispielhaft eine Mehrzahl von elastischen Biegeelementen 58 , die wiederum vorliegend höchst beispielhaft in Umfangsrichtung der Abschnitte 24 und 26 gesehen gleichmäßig verteilt angeordnet sind . Die Biegeelemente 58 sind in Form von rechteckigen, im unbelasteten Zustand flachen und ebenen Biegeblättchen, beispielsweise aus GfK oder CFK, ausgestaltet , deren Längsachse parallel zur Achse der Rotorwelle 16 verläuft , und deren Ebenen radial ausgerichtet sind . Ein in Figur 8 oberes Ende eines Biegeelements 58 ist in einem Aufnahmeabschnitt 60 des oberen zweiten Abschnitts 26 der Rotoreinrichtung 14 auf genommen und dort befestigt . Ein in Figur 8 unteres Ende eines Biegeelements 58 ist in einem Aufnahmeabschnitt 62 des unteren ersten Abschnitts 24 der Rotoreinrichtung 14 auf genommen und dort befestigt .

Bei einer Änderung des Antriebsdrehmoments , welches auf die

Rotorwelle 16 und somit auf den unteren ersten Abschnitt 24 der Rotoreinrichtung 14 wirkt , werden die Biegeelemente 58 durch den in Drehrichtung 56 vorauseilenden unteren ersten Abschnitt 24 aus ihrer in Figur 8 gezeigten geraden ebenen Form heraus in eine gebogene gekrümmte Form verbogen .

Bei der Aus führungs form der Figuren 9 und 10 wird die Drehbewegung eines Rotorblatts 20 durch einen mit dem Rotorblatt 20 einstückigen Verwindungsabschnitt 64 ermöglicht . Dieser wird bei einer Drehung des Rotorblatts 20 um die Rotorblattachse 22 elastisch tordiert . Der Verwindungsabschnitt 64 ist dabei vorzugsweise aus einem entsprechenden Kunststof fmaterial hergestellt . Aufgrund seiner Elasti zität wirkt der Verbindungsabschnitt 64 zusätzlich auch als elastische Koppeleinrichtung 44 , wie sie oben beschrieben wurde . Befestigt werden die beiden Rotorblätter 20 am oberen zweiten Abschnitt 26 des Rotorkopfs 18 in der in den Figuren 9 und 10 gezeigten beispielhaften Aus führungs form mittels Schrauben 66 .

Bei der Aus führungs form der Figuren 11 und 12 sind zwei sternförmige elastische Koppeleinrichtungen 44 auf die Rotorwelle 16 aufgeschoben und mit dieser starr befestigt , beispielsweise durch eine Klebung . Jede der beiden elastischen Koppeleinrichtungen 44 verfügt über einen Zentralkörper 68 , der auf die Rotorwelle 16 aufgeschoben und mit dieser verklebt ist . Von dem Zentralkörper 68 erstrecken sich nach radial außen sternförmig vier plattenförmige längliche Biegeelemente 58 . Diese können beispielsweise aus einem dünnen Kunststof fmaterial , gegebenenfalls mit einer Faserverstärkung, beispielsweise Glas fasern oder Kohlefaser, hergestellt sein .

Mit dem Antriebsmotor (nicht gezeichnet ) , bei dem es sich beispielsweise um einen bürstenlosen Elektromotor handeln kann, und dessen Drehabschnitt (nicht gezeichnet ) fest verbindbar ist ein hohl zylindrischer Koppelring 70 . Dieser verfügt auf seiner Innenseite über 2 x 4 Aufnahmeabschnitte 62 zur Aufnahme der abragenden Enden der Biegeelemente 58 . Die Biegeelemente 58 können in den Aufnahmeabschnitten 62 beispielsweise eingeklebt sein . Auf diese Weise ist die Rotorwelle 16 über die Biegeelemente 58 biegeelastisch mit dem Koppelring 70 verbunden .

Am in den Figuren 11 und 12 oberen Ende der Rotorwelle 16 ist ein Aufnahmeabschnitt 72 starr befestigt , der quer zur Längsachse der Rotorwelle 16 verlaufende Aufnahmeschlitze 74 aufweist . In diese können j eweils vier blattartige längliche Befestigungs zungen 76 zweier Rotorblätter 20 eingrei fen . Die vier Befestigungs zungen 76 sind in den zu ihnen komplementären Aufnahmeschlitzen 74 beispielsweise verklebt .

Die Befestigungs zungen 76 erstrecken sich von der Wurzel 38 eines Rotorblatts 20 wenigstens in etwa parallel zur Rotorblattachse 22 so , dass eine radial außen liegende Schmalseite 77 der Befestigungs zungen 76 auf einer gedachten umhüllenden Zylinderwand liegt . Oder, mit anderen Worten : die Blattebenen von zwei gegenüberliegenden Befestigungs zungen 76 liegen in der gleichen Ebene , wohingegen die Blattebenen von zwei in Umfangsrichtung gesehen benachbarten Verbindungs zungen 76 orthogonal zueinander sind . Es versteht sich, dass bei einer anderen Aus führungs formen auch mehr oder weniger als vier Befestigungs zungen vorhanden sein können, oder eine ganz andere Form der torsionselastischen aber biegestei fen Koppelung vorhanden sein kann . Die Befestigungs zungen 76 sind aus einem dünnen Kunststof fmaterial , gegebenenfalls mit einer Faserverstärkung, beispielsweise Glas fasern oder Kohlefasern, hergestellt . Sie können sehr dünn sein, beispielsweise im Bereich einer Dicke von lediglich 0 , 2 mm liegen . Durch die Befestigungs zungen 76 sind die beiden Rotorblätter 20 einerseits um zur Rotorblattachse 22 orthogonale Achsen sehr biegestei f , andererseits j edoch um die Rotorblattachse 22 elastisch verdrehbar, mit dem Aufnahmeabschnitt 72 verbunden . Insoweit bilden die Befestigungs zungen 76 den bereits oben erwähnten Verwindungsabschnitt 64 .

Von der Wurzel 38 eines Rotorblatts 20 erstreckt sich orthogonal zur Rotorblattachse 22 der Mitnehmerhebel 36 , dessen abragendes Ende vorliegend beispielhaft mit einem Biegeelement 78 verbunden ist , welches sich auf der Außenseite des Koppelrings 70 von einem radial abragenden Befestigungsabschnitt 80 in etwa in Umfangsrichtung des Koppelrings 70 erstreckt .

Im Betrieb wird der Koppelring 70 vom Antriebsmotor in Drehung versetzt , und über die elastischen Koppeleinrichtungen 44 wird auch die Rotorwelle 16 und werden mit ihr die beiden Rotorblätter 20 in Drehung versetzt . Wird das Drehmoment des Antriebsmotors erhöht , eilt der Koppelring 70 dem Aufnahmeabschnitt 72 voraus , wie dies oben bereits im Zusammenhang mit den anderen Aus führungs formen erklärt wurde . Dabei werden die Biegeelemente 58 gleichsinnig gebogen .

Durch die Änderung der Relativposition zwischen Koppelring 70 einerseits und Aufnahmeabschnitt 72 andererseits und durch die mechanische Koppelung 34 der Rotorblätter 20 mit dem Koppelring 70 durch den Mitnehmerhebel 36 werden die beiden Rotorblätter 20 um die Rotorblattachse 22 verdreht in Richtung größerer Anstellwinkel . Insoweit bildet der Koppelring 70 den oben beschriebenen „ersten Abschnitt 24" , und bildet der Aufnahmeabschnitt 72 den oben erwähnten „zweiten Abschnitt 26" .

Bei der in den Figuren 13- 15 gezeigten Aus führungs form einer Rotoreinrichtung 14 ist die Rotorwelle 16 mit einem flachen Befestigungs flansch 70 befestigt , der wiederum mit dem sich drehenden Abschnitt des Antriebsmotors (nicht gezeichnet ) verbindbar ist . Wie bei der Aus führungs form der Figuren 11- 12 sind die beiden Rotorblätter 20 über Befestigungs zungen 76 mit dem Aufnahmeabschnitt 72 verbunden . Bei einer besonders bevorzugten Aus führungs form sind Befestigungs flansch 70 , Rotorblätter 20 , Befestigungs zungen 76 und Aufnahmeabschnitt 72 / Rotorwelle 16 als einstückiges Teil beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren oder im 3D-Druck beispielsweise aus Kunststof f hergestellt .

Eine Besonderheit der Aus führungs form der Figuren 13- 15 besteht darin, dass die Rotorblattachse 20 gegenüber einer Mittelachse 82 der aus den vier Befestigungs zungen 76 gebildeten Einheit um einen Abstand 84 in einer Richtung parallel zur Rotorwelle 16 nach oben versetzt angeordnet ist . In einer in den Figuren oberen Stirnfläche der Rotorwelle 16 sind leicht seitlich versetzt zueinander zwei Ausnehmungen 54 vorhanden, in die ein sich parallel zur Rotorblattachse 22 von der Wurzel 38 zur Rotorwelle 16 hin erstreckender Zapfen 46 eingrei ft . Wiederum wird durch den Antriebsmotor (nicht gezeichnet ) der Befestigungs flansch 70 in Drehung versetzt , und mit diesem werden über die Rotorwelle 16 die beiden Rotorblätter 20 in Drehung versetzt . Bei einer Erhöhung des Drehmoments kippen die Rotorblätter 22 aufgrund des Abstands 84 um die Mittelachse 82 entgegen der Drehrichtung 56 nach hinten, und zwar wiederum aufgrund der Massenträgheit und der Luftwiderstandskräfte , wodurch sich eine Erhöhung des Anstellwinkels ergibt . Diese Drehung wird wiederum über die elastischen Befestigungs zungen 76 ermöglicht , welche auch die notwendige Rückstellkraft entgegen der Kipprichtung der Rotorblätter 20 erzeugen .

Insofern bilden auch hier die Befestigungs zungen 76 den bereits oben erwähnten Verwindungsabschnitt 64 , in den die elastische Koppeleinrichtung 44 integriert ist . Die Gesamtheit aus Befestigungs flansch 70 und Rotorwelle 16 bildet vorliegend den oben erwähnten drehbar angetriebenen ersten Abschnitt 24 , wohingegen die beiden Rotorblätter 20 den oben erwähnten zweiten Abschnitt 26 bilden bzw . von diesem umfasst sind, der relativ zum ersten Abschnitt 24 um eine Achse , die parallel zur Drehachse bzw . Drehwelle 16 verläuft , aufgrund der Verkippbewegung beweglich ist .

Die mechanische Kopplung 34 , welche die Relativposition des ersten Abschnitts 24 relativ zum zweiten Abschnitt 26 mit einer Drehstellung des Rotorblatts 20 um die Rotorblattachse 22 koppelt , wird vorliegend durch den Abstand 84 zwischen den beiden Achsen 22 und 82 realisiert .

Die Ausnehmungen 54 bilden mit ihren seitlichen Enden erste und zweite Anschläge 50 und 52 , durch die der maximale und der minimale Kippwinkel und somit der maximale und minimale Anstellwinkel der Rotorblätter 20 begrenzt wird .