Quadrokopter oder auch Quadrotoren genannte Luftfahrzeuge gehören zur Gruppe der Hubschrauber, nicht zuletzt, weil sie wie diese senkrecht starten und landen können. In dem hier beschriebenen Fall ist diese Art von Fluggeräten Teil eines akademischen Robotikprojektes. Sie dienen auch dazu, Studenten bei der Erforschung von Flugeigenschaften und der Erlernung der Handhabung zu unterstützen. Zum Schutz vor Schäden stattet die Technische Hochschule Mittelhessen (THM) ihre Modelle mit Kleinstoßdämpfern von ACE aus.
Würde man Dipl.-Ing. Michael Großfeld und die Studenten der THM im Fachbereich 12 (Maschinenbau, Mechatronik, Materialtechnologie) in der freien Natur beobachten, wäre man geneigt zu glauben, dass die Gruppe einem gemeinsamen Hobby nachginge. Denn schon im Allgemeinen sieht Modellflug mehr nach Spaß denn nach Arbeit aus. Wenn es sich bei dem in der Luft befindlichen Objekt dann nicht um ein Flugzeug oder einen Helikopter handelt, sondern um einen Quadrokopter, gilt dies erst Recht, übt er doch mit seinen vier Rotoren eine große Faszination auf den Betrachter aus. Perfekt beherrscht, schwebt er elegant und anscheinend schwerelos durch die Lüfte. Bei Bedienungsfehlern oder Ausfällen der Energiequelle kann es jedoch zu kostspieligen Schäden kommen.
Damit Faszination nicht in Frustration umschlägt, wird das Fliegen am Campus in Friedberg in einem Versuchsstand im Labor der THM gelehrt. Schließlich sollen möglichst viele Studenten zum Beispiel in ihren Abschlussarbeiten bei der Entwicklung von Quadrokoptern ihre Erfahrungen unter anderem mit der Anbindung von Sensoren zur Messung der Beschleunigung und von Winkelgeschwindigkeiten sammeln. Oder sie sollen im Labor die Gelegenheit bekommen, sich mit Luftdrucksensoren zu befassen, die beispielsweise zur Lage- und Positionsregelung des Quadrokopters genutzt werden. Obwohl die Quadrokopter ein verhältnismäßig kostengünstiges Flugsystem darstellen, müssen diese vor Unfällen geschützt werden. Es gilt dabei, den vergleichsweise einfachen mechanischen Aufbau in Verbindung mit seinen modernen Akkumulatoren, effizienten Drehstromantrieben, moderner Sensorik und gegebenenfalls zusätzlich eingebauten Kameras vor Beschädigungen bei Abstürzen zu sichern.
Maschinenelemente dämpfen freien Fall
Michael Großfeld, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor Robotik-Aktorik-Sensorik (LRAS) den Studenten des Fachbereiches 12 (M) Kenntnisse in Sachen Strömungstechnik, Robotik, Aktorik und Sensorik vermittelt, sagt dazu: „Wir entschieden uns für kleine Stoßdämpfer wegen deren Kompaktheit und ihrer sehr guten Dämpfungseigenschaften, um den freien Fall unseres linear geführten, kardanisch aufgehängten Quadrokopters zum Beispiel bei spontaner Motorabschaltung oder fehlerhafter Regelung zu dämpfen, damit das System keine Schäden erleidet.“ In dem Robotikprojekt geht es neben der Verfeinerung der Flugeigenschaften des Quadrokopters vor allem um die Ermittlung und Etablierung von Regelparametern zur eigenständigen Fluglagenstabilisierung des Systems. Auch damit wird der sehr praxisorientierte Ansatz der THM unterstrichen. Ein Credo, das alle Fachbereiche mit der ACE Stoßdämpfer GmbH gemeinsam haben. So beschäftigt das Langenfelder Unternehmen seit Jahren Ingenieure, die Hochschulen und Fortbildungseinrichtungen auf Wunsch besuchen, um zum Beispiel anhand von Falltestern zu demonstrieren, dass zur maschinenbaulichen Antriebstechnik eine möglichst effiziente Dämpfung gehört. Für ACE, das im Bereich der Klein- und der Industriestoßdämpfer als Markt- und Technologieführer gilt, ist dies ein Teil des Servicekonzeptes und der unmittelbaren Kommunikation mit der kommenden Konstrukteurs-Generation.
Quadrokopter an jeder Aufschlagstelle gesichert
Bis der akademische Nachwuchs sich in Friedberg intensiver mit den dämpfenden Maschinenelementen beschäftigen konnte, dauerte es noch eine Weile. Schließlich mussten, um die optimalen Lösungen zu finden, nicht nur übliche Kenndaten wie Geschwindigkeit und Gewicht der bewegten Masse berücksichtigt werden, sondern auch die speziellen Möglichkeiten eines Quadrokopters. Da er neben einem schwebenden Flug auch in der Lage ist, enge Kurven und sogar Loopings zu fliegen, besteht die Gefahr, dass er nicht nur mit einer Seite aufschlägt. Um in jedem erdenklichen Fall auf der sicheren Seite zu sein, entschieden sich Hochschule und Unternehmen dazu, oben und unten jeweils drei Stoßdämpfer zu verbauen. Es wurde bei der Auslegung davon ausgegangen, dass der Quadrokopter beim Fallen und Steigen in etwa eine gleiche Geschwindigkeit erfährt. Bei einem prognostizierten Wert von 8 m/s ergibt dies einen Impuls von ca. 80 kgm/s und eine damit korrelierende Energie von 300 Joule. Das Gewicht des Fluggeräts wurde mit 10 kg veranschlagt. In darauffolgenden Tests zeigte sich, dass die tatsächlichen Werte um 25 bis 30 Prozent unter den zunächst angenommenen lagen.
Als geeignete Kandidaten wurden danach Kleinstoßdämpfer des Typs SC650EUM-0 ermittelt und verbaut. Generell zeichnen sich diese Komponenten dadurch aus, dass sie aufgrund von langen Hüben nur sehr geringe Brems- und Stützkräfte aufweisen. Die wartungsfreien, einbaufertigen hydraulischen Maschinenelemente können wahlweise mit einer linearen oder progressiven Abbremskurve ausgelegt werden. Sie haben einen integrierten Festanschlag und sind neben dem zugegeben eher seltenen Einsatz an Quadrokoptern hauptsächlich dafür geeignet, die kinetische Energie an Linearzylindern, kolbenstangenlosen Zylindern, Handhabungsgeräten und pneumatisch angetriebenen Schlitten schnell und vollständig abzubauen. Standardmodelle arbeiten zuverlässig in einem Temperaturbereich von 0 °C bis 66 °C. In diese Kategorie fallen auch die in Friedberg verwendeten Typen. Dabei sind die selbsteinstellenden Dämpfungselemente in der Lage, eine effektive Masse von 2,3 bis 14 kg um für diese Anwendung vollkommen ausreichende 73 Nm/Hub zu verzögern. Um die maximale Energieaufnahme pro Stunde musste sich Michael Großfeld keine Gedanken machen. Denn im Gegensatz zu den gewollten, regelmäßigen Dämpfungsvorgängen in der Automation, kommen die verbauten Kleinstoßdämpfer am Versuchsstand selten zum Einsatz. Da ACE jedoch immer daran denkt, möglichst vielen Konstrukteuren nahezu maßgeschneiderte Lösungen anzubieten, bestechen die Kleinstoßdämpfer durch sehr kleine, überlappende Härtebereiche. Dadurch können sie einen effektiven Massenbereich von 0,7 kg bis 2.088 kg ideal abdecken. Zusätzlich sind zahlreiche Sonderausführungen bei ACE erhältlich. So sind diese Maschinenelemente für die unterschiedlichsten Geschwindigkeiten und sogar als seewasserbeständige Varianten aus Edelstahl oder mit Bolzenvorlagerungen für große Aufprallwinkel lieferbar – nicht nur für den Fall, dass die Quadrokopter aus Friedberg dann doch eines Tages in der freien Natur zum Einsatz kommen.
Würde man Dipl.-Ing. Michael Großfeld und die Studenten der THM im Fachbereich 12 (Maschinenbau, Mechatronik, Materialtechnologie) in der freien Natur beobachten, wäre man geneigt zu glauben, dass die Gruppe einem gemeinsamen Hobby nachginge. Denn schon im Allgemeinen sieht Modellflug mehr nach Spaß denn nach Arbeit aus. Wenn es sich bei dem in der Luft befindlichen Objekt dann nicht um ein Flugzeug oder einen Helikopter handelt, sondern um einen Quadrokopter, gilt dies erst Recht, übt er doch mit seinen vier Rotoren eine große Faszination auf den Betrachter aus. Perfekt beherrscht, schwebt er elegant und anscheinend schwerelos durch die Lüfte. Bei Bedienungsfehlern oder Ausfällen der Energiequelle kann es jedoch zu kostspieligen Schäden kommen.
Damit Faszination nicht in Frustration umschlägt, wird das Fliegen am Campus in Friedberg in einem Versuchsstand im Labor der THM gelehrt. Schließlich sollen möglichst viele Studenten zum Beispiel in ihren Abschlussarbeiten bei der Entwicklung von Quadrokoptern ihre Erfahrungen unter anderem mit der Anbindung von Sensoren zur Messung der Beschleunigung und von Winkelgeschwindigkeiten sammeln. Oder sie sollen im Labor die Gelegenheit bekommen, sich mit Luftdrucksensoren zu befassen, die beispielsweise zur Lage- und Positionsregelung des Quadrokopters genutzt werden. Obwohl die Quadrokopter ein verhältnismäßig kostengünstiges Flugsystem darstellen, müssen diese vor Unfällen geschützt werden. Es gilt dabei, den vergleichsweise einfachen mechanischen Aufbau in Verbindung mit seinen modernen Akkumulatoren, effizienten Drehstromantrieben, moderner Sensorik und gegebenenfalls zusätzlich eingebauten Kameras vor Beschädigungen bei Abstürzen zu sichern.
Maschinenelemente dämpfen freien Fall
Michael Großfeld, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor Robotik-Aktorik-Sensorik (LRAS) den Studenten des Fachbereiches 12 (M) Kenntnisse in Sachen Strömungstechnik, Robotik, Aktorik und Sensorik vermittelt, sagt dazu: „Wir entschieden uns für kleine Stoßdämpfer wegen deren Kompaktheit und ihrer sehr guten Dämpfungseigenschaften, um den freien Fall unseres linear geführten, kardanisch aufgehängten Quadrokopters zum Beispiel bei spontaner Motorabschaltung oder fehlerhafter Regelung zu dämpfen, damit das System keine Schäden erleidet.“ In dem Robotikprojekt geht es neben der Verfeinerung der Flugeigenschaften des Quadrokopters vor allem um die Ermittlung und Etablierung von Regelparametern zur eigenständigen Fluglagenstabilisierung des Systems. Auch damit wird der sehr praxisorientierte Ansatz der THM unterstrichen. Ein Credo, das alle Fachbereiche mit der ACE Stoßdämpfer GmbH gemeinsam haben. So beschäftigt das Langenfelder Unternehmen seit Jahren Ingenieure, die Hochschulen und Fortbildungseinrichtungen auf Wunsch besuchen, um zum Beispiel anhand von Falltestern zu demonstrieren, dass zur maschinenbaulichen Antriebstechnik eine möglichst effiziente Dämpfung gehört. Für ACE, das im Bereich der Klein- und der Industriestoßdämpfer als Markt- und Technologieführer gilt, ist dies ein Teil des Servicekonzeptes und der unmittelbaren Kommunikation mit der kommenden Konstrukteurs-Generation.
Quadrokopter an jeder Aufschlagstelle gesichert
Bis der akademische Nachwuchs sich in Friedberg intensiver mit den dämpfenden Maschinenelementen beschäftigen konnte, dauerte es noch eine Weile. Schließlich mussten, um die optimalen Lösungen zu finden, nicht nur übliche Kenndaten wie Geschwindigkeit und Gewicht der bewegten Masse berücksichtigt werden, sondern auch die speziellen Möglichkeiten eines Quadrokopters. Da er neben einem schwebenden Flug auch in der Lage ist, enge Kurven und sogar Loopings zu fliegen, besteht die Gefahr, dass er nicht nur mit einer Seite aufschlägt. Um in jedem erdenklichen Fall auf der sicheren Seite zu sein, entschieden sich Hochschule und Unternehmen dazu, oben und unten jeweils drei Stoßdämpfer zu verbauen. Es wurde bei der Auslegung davon ausgegangen, dass der Quadrokopter beim Fallen und Steigen in etwa eine gleiche Geschwindigkeit erfährt. Bei einem prognostizierten Wert von 8 m/s ergibt dies einen Impuls von ca. 80 kgm/s und eine damit korrelierende Energie von 300 Joule. Das Gewicht des Fluggeräts wurde mit 10 kg veranschlagt. In darauffolgenden Tests zeigte sich, dass die tatsächlichen Werte um 25 bis 30 Prozent unter den zunächst angenommenen lagen.
Als geeignete Kandidaten wurden danach Kleinstoßdämpfer des Typs SC650EUM-0 ermittelt und verbaut. Generell zeichnen sich diese Komponenten dadurch aus, dass sie aufgrund von langen Hüben nur sehr geringe Brems- und Stützkräfte aufweisen. Die wartungsfreien, einbaufertigen hydraulischen Maschinenelemente können wahlweise mit einer linearen oder progressiven Abbremskurve ausgelegt werden. Sie haben einen integrierten Festanschlag und sind neben dem zugegeben eher seltenen Einsatz an Quadrokoptern hauptsächlich dafür geeignet, die kinetische Energie an Linearzylindern, kolbenstangenlosen Zylindern, Handhabungsgeräten und pneumatisch angetriebenen Schlitten schnell und vollständig abzubauen. Standardmodelle arbeiten zuverlässig in einem Temperaturbereich von 0 °C bis 66 °C. In diese Kategorie fallen auch die in Friedberg verwendeten Typen. Dabei sind die selbsteinstellenden Dämpfungselemente in der Lage, eine effektive Masse von 2,3 bis 14 kg um für diese Anwendung vollkommen ausreichende 73 Nm/Hub zu verzögern. Um die maximale Energieaufnahme pro Stunde musste sich Michael Großfeld keine Gedanken machen. Denn im Gegensatz zu den gewollten, regelmäßigen Dämpfungsvorgängen in der Automation, kommen die verbauten Kleinstoßdämpfer am Versuchsstand selten zum Einsatz. Da ACE jedoch immer daran denkt, möglichst vielen Konstrukteuren nahezu maßgeschneiderte Lösungen anzubieten, bestechen die Kleinstoßdämpfer durch sehr kleine, überlappende Härtebereiche. Dadurch können sie einen effektiven Massenbereich von 0,7 kg bis 2.088 kg ideal abdecken. Zusätzlich sind zahlreiche Sonderausführungen bei ACE erhältlich. So sind diese Maschinenelemente für die unterschiedlichsten Geschwindigkeiten und sogar als seewasserbeständige Varianten aus Edelstahl oder mit Bolzenvorlagerungen für große Aufprallwinkel lieferbar – nicht nur für den Fall, dass die Quadrokopter aus Friedberg dann doch eines Tages in der freien Natur zum Einsatz kommen.
