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DER KONSTRUKTEUR 12/2016

DER KONSTRUKTEUR 12/2016

ANTRIEBSTECHNIK AB DURCH

ANTRIEBSTECHNIK AB DURCH DIE LUFTDer Traum vom Fliegen ist so alt wie die Menschheit. Mit Drohnen wird neu belebt und vielleicht auch ein neues Kapitel Luftfahrtgeschichte aufgeschlagen. Logistikunternehmen arbeiten bereits daran, ihre Lieferdienste in die Hände von Drohnen zu legen. Mit dabei sind Gleichstrommotoren. Man stelle sich vor, dass im Juli 2016 alle sieben Millionen in Deutschland verkauften Produkte des zweiten Prime days von Amazon in der Luft zu ihrem Besitzer transportiert worden wären. Neben dem Lieferservice gibt es aber auch viele weitere Anwendungen für die kleinen Flugkörper, deren Modelle wie Pilze aus dem Boden sprießen. Längst aber sind nicht alle Anforderungen für den unbemannten Luftverkehr klar definiert und viele Fragen offen. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN GLEICHSTROMMOTOREN IM QUADROCOPTER Im Modellbaubereich und bei Drohnen in Quadrocopter-Bauweise werden die Propeller oft durch bürstenlose Gleichstrommotoren angetrieben. Diese sind als Außen- oder Innenläufer ausgelegt. Durch diese Antriebsart ist trotz geringer Größe der Fluggeräte eine erstaunlich hohe Traglast möglich. Koco Motion beliefert viele von ihnen mit seinem Constar-Motoren-Programm. Diese bürstenlosen Innen- und Außenläufermotoren sind z. B. in den Quadrokoptern von Parrot verbaut. Der ferngesteuerte Quadrocopter AR.Drone 2.0 von Parrot mit intuitiver iOS- Steuerung kombiniert Modellbau, Videospiele und erweiterte Realität. Er wird über ein iPhone oder iPad ferngesteuert und bietet eine Reihe verschiedener Sensoren, darunter eine HD Frontkamera, eine vertikale Kamera, einen Ultraschall-Höhenmesser und einen absoluten Steuermodus. Die Reichweite liegt bei max. 50 m. Sensoren wie Gyroskop, Beschleunigungsmesser, Magnetometer und Ultraschallentfernungsmesser sowie Bodenkamera sorgen für eine präzise Steuerung und Stabilisierung der Flugbewegungen. Die Parrot Bebop Drone ist ein anspruchsvoller Quadrokopter für Hobbyflieger mit Full-HD-Kamera und GPS. Das Digicam-Modul knipst Fotos mit 14 Mio. Pixel und Superweitwinkel. Gesteuert wird die Bebop-Dohne über Smartphone oder Tablet. Dank Beschleunigungsmesser, Gyroskop, Magnetometer und Ultraschallsensoren können die Flugbewegungen präzise gesteuert und Turbulenzen ausgeglichen werden. Eine kardanische Aufhängung der Kamera sorgt für die Bildstabilisierung. 01 02 34 DER KONSTRUKTEUR 12/2016

ANTRIEBSTECHNIK 01 Motoren, die für den Kamera-Gimbal zum Einsatz kommen 02 Ein Ausschnitt aus dem Programm der Flugmotoren für Drohnen KAMERA-GIMBAL GLEICHT RUCKLER AUS Für die Aufhängung von Foto-Drohnen nutzt man das gleiche System wie zur Lagerung von Kompassen: Der Gimbal ist eine kardanische Aufhängung in zwei Ebenen mit rechtwinklig zueinander angeordneten Lagern. Diese Anordnung und ein ausgewogener Schwerpunkt ermöglichen dem mittig zu lagernden Objekt eine dreidimensionale Bewegung. Bei entsprechend ausgerichtetem Schwerpunkt werden Bewegungen der Umgebung automatisch ausgeglichen. Bei Kameras genügt allerdings das Prinzip Schwerpunkt nicht, um das Videobild ordentlich zu stabilisieren. Hängt man den Kamera-Gimbal statt an eine drehbare Lagerung an einen Elektromotor, lässt er sich stabil halten. Zum Einsatz kommen hier bürstenlose Motoren von Constar, die extrem schnell sind. Lage und Beschleunigung der Kamera werden in Echtzeit gemessen. Über die ermittelten Lagedaten wird die Kamera in Position gehalten. Erkennen die Sensoren selbst eine minimale DIE ROTATIONSTRÄGHEIT DER LEISTUNGSFÄHIGEN KLEIN- MOTOREN IST NIEDRIG UND IHR STROMVERBRAUCH GERING Lageänderung der Kamera, werden die entsprechenden Motoren an der Gimbal- Lagerung angesteuert, um sie entsprechend entgegengesetzt zu bewegen und damit in Position zu halten. Die Technik ist mittlerweile so gut und schnell, dass Verzögerungen nicht mehr erkennbar sind. Neben dem nötigen Ausgleich der Kamera muss sie sich auch noch selbst bewegen lassen. Mit dem Gimbal lässt sie sich zusätzlich fernsteuern. Dieser wird dann nicht mehr nur zur Bildstabilisierung, sondern auch zur aktiven Ausrichtung der Kamera per Fernsteuerung verwendet. MOTORENPROGRAMM FÜR UNBEMANNTE FLUGZEUGE Seit 2006 entwickelt und fertigt Constar für Modellflugzeuge (UAV) Motoren und elektronische Drehzahlregler – die von Koco Motion vertrieben werden. Derzeit baut der Spezialist für Kleinmotoren 20 professionelle Produktionslinien mit einer Gesamtkapazität von 2 Millionen Stück pro Monat. Die Serie an kleinen, leichten Außenläufer-Motoren bietet eine lange Lebensdauer und gute Wärmeableitung und Überlastfähigfähigkeit. Die Innenläufer-Brushless-Serie beansprucht ebenfalls einen kleinen Bauraum und bietet eine hohe Drehzahl, Zuverlässigkeit und Effizienz. Bei der Edelmetallbürsten-Serie kommen eine eisenlose Spulenwicklung, Edelmetallbürsten, Hochleistungs-NdFeB-Magnete sowie hochfeste, fein lackierte Drähte zum Einsatz. Dadurch sind sie sehr agil und eignen sich für Mikro-UAV. Die Rotationsträgheit der leistungsfähigen Kleinmotoren ist niedrig und ihr Stromverbrauch gering. Der UAV-Kardan-Motor eignet sich für den Einsatz in Kamera-Gimbals. Der leistungsstarke Motor verwendet eine bürstenlose Außenrotor-Struktur, läuft sehr präzise und stabil. Er hat ein sensibles Ansprechverhalten und eine lange Lebensdauer. Für die elektronischen Drehzahlregler hat Constar eine eigene Soft- und Hardware entwickelt. www.kocomotion.de "DER MASSENMARKT DER DROHNEN BEFLÜGELT DIE ENTWICKLUNG DER BLDC-MOTOREN" Gerhard Kocherscheidt, Geschäftsführer Koco Motion GmbH, Dauchingen Seit 2006 entwickelt und fertigt unser Fertigungspartner Constar BLDC-Motoren sowohl mit innen laufendem als auch mit außenlaufendem Rotor. Seit dem Jahr 2009 nutzen diese auch UAV-Hersteller für die Konstruktion ihrer Drohnenantriebe in großen Stückzahlen. Das hatte einen wesentlichen Einfluss auf die Weiterentwicklung dieser beiden Bauarten und führte zu vielen Bau - größen und Varianten. Anwendung finden. Die BLDC-Motoren eignen sich zudem für zahlreiche weitere Applikationen wie in leise laufenden Lüftern bis hin zu Fahrradantrieben. ANTRIEBSTECHNIK FÜR DROHNENTECHNOLOGIE Heute scheinen insbesondere Logistikunternehmen ein neues Kapitel Luftfahrtgeschichte aufzuschlagen mit ihren Bemühungen darum, ihre Lieferdienste in die Hände von Drohnen zu legen. So erlebt der alte Traum vom Fliegen wohl eine Renaissance und ermöglicht neue Geschäftsmodelle – mit dabei sind die Gleichstrommotoren von Koco Motion. www.DerKonstrukteur.de Group www.vma-antriebstechnik.de AUSGLEICHSKUPPLUNGEN Präzise. Zuverlässig. Flexibel. Reaktionsschnell. Dämpfend. VMA_Anzeige_ASK_19x3,2cm_FINAL.indd VMA.indd 1 1 03.11.2016 24.10.16 09:08:23 14:29 DER KONSTRUKTEUR 12/2016 35

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