Blog und FAQ

Sonntag, 18. Juni 2017 - 01:31 Uhr
Mega-Drohne: Agronator trägt bis zu 30 Kilogramm

Der Multikopter Agronator erschließt neue Einsatzmöglichkeiten von Drohnen in der Landwirtschaft, von Aussaat bis Pflanzenschutz. So funktioniert es.
von Julia Eder/agrarheute, am Dienstag, 09.05.2017 - 13:05 Uhr
Der Agronator ist eine Spezialanfertigung und einer der weltweit größten Oktokopter mit einem Durchmesser von 4,6 Meter von Flügelspitze zu Flügelspitze. Sie wiegt selbst inklusive zweier Akkupacks etwa 80 kg und hat bis zu 30 kg Nutzlast.
© Helmut Süß
Nur mal zum Vergleich:
- Agronator hebt 30kg und wiegt 80kg, ist 4,6m lang und kostet 80000,- Euro
- Unsere EVO-Schwerlastdrohne hebt 30kg wiegt nur 15kg, ist geklappt nur 1m lang und kostet nur 30000,-

Samstag, 3. Juni 2017 - 22:37 Uhr
Wie Jäger mit Drohnen Rehkitze vor dem sicheren Tod bewahren

Wenn die Bauern ihre Wiesen mähen, sind viele Rehkitze in Gefahr. Zwei Jäger aus Schwaben wollen das mit einer Drohne samt Wärmebildkamera ändern. Dass ihre Idee Leben retten kann, zeigen die vergangenen Wochen. Auch Tierschützer sind überzeugt.

Samstag, 3. Juni 2017 - 22:29 Uhr
Investition von 50.000 Euro Hürther Feuerwehr erhält eine Drohne

Die Hürther Feuerwehr will sich künftig bei Großeinsätzen auch aus der Luft ein Lagebild vom Einsatzort verschaffen. Als erste Wehr im Rhein-Erft-Kreis bekommen die Hürther eine professionelle Drohne mit Video- und Wärmebildkamera. Ein Schadstoffmessgerät soll später noch angeschafft werden, das unter das Fluggerät montiert werden kann. Billig ist die neue Technik nicht: Der Hauptausschuss bewilligte mehr als 46.000 Euro für die Beschaffung eines „unbemannten Luftfahrtsystems“.
„Der Blick aus der Vogelperspektive ist von unschätzbarem Wert bei größeren Einsätzen“, erklärt Matthias Fink, Sachgebietsleiter bei der Feuerwehr. Aus der Luft könnten schwer erreichbare Einsatzstellen begutachtet werden, ohne Einsatzkräfte in Gefahr zu bringen.

Samstag, 13. Mai 2017 - 17:49 Uhr
Neuheit zur Luftfahrtmesse MAKS: Multirotor rettet Leben

Eine Helikopterdrohne, die autonom Menschen suchen und retten kann? Ein russisches Entwicklerteam will genau das auf der kommenden Luftfahrtausstellung MAKS 2017 vorstellen, wie die russische Zeitung Rossijskaja Gaseta berichtet.

Samstag, 13. Mai 2017 - 17:46 Uhr
Lette wagt Drohnen-Sprung aus über 300 Meter Höhe

Der lettische Fallschirmspringer Ingus Augstkalns ist der weltweit erste Mensch, der einen Sprung von einer Drohne aus 330 Meter Höhe gewagt hat.

Samstag, 13. Mai 2017 - 11:55 Uhr
"Airborne Robotics" muss Insolvenz anmelden.

Seit 2006 stellt Aiborne Robotics Profi-Drohnen und Flugroboter für professionelle Anwendungen in Europa und Österreich her. Die Drohnen werden von Filmprofis für Hollywood-Filme und für Fernsehübertragung mit Live-Streams verwendet ebenso wie zur Dokumentation von Bauwerken und Baufortschritt. In der Landwirtschaft kommen die die Flugroboter und Drohnen zum Einsatz bei der Optimierung der Ernte (bspw. beim Zählen der Triebe) und mit Multispektralkameras zur Beurteilung des Pflanzenstresses, der durch rasches Erkennen mittels Luftaufnahmen von Pilzbefall und Schädlingsbefall oder Wasserknappheit bzw. Unterdüngung und dem anschliessenden Einleiten von Massnahmen zu einer optimierten Ernte führen könnte (Ernteerfolg). Laut Airborne nutzen auch Rohstoffunternehmen, Schottergruben, Trassenplaner und Minenbetreiber die Drohnen zur Vermessung.

Sonntag, 19. Februar 2017 - 20:40 Uhr
Feuerspeiende Drohnen brennen Müll von Stromleitungen weg

China hat eine kreative Lösung für Müll auf Stromleitungen gefunden. Anstatt Menschen den gefährlichen Job erledigen zu lassen, wird auf Drohnen zurückgegriffen, die mittels einem Feuerstrahl den Abfall wegbrennen.

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FAQ

Da wir diese Frage bei Kundengesprächen immer öfter erhalten, möchten wir etwas ausführlicher auf dieses Thema eingehen:

Warum sollten Sie sich für uns entscheiden?

WISSEN

Multikoptertypen – Vor- und Nachteile

Je nach geplantem Einsatzzweck gibt es verschiedene Drohnentypen, welche zum Einsatz kommen können. Um die Auswahl eines geeigneten Trägersystems zu erleichtern, werden hier im Einzelnen die verschiedenen Typen mit Ihren Vor- und Nachteilen aufgelistet.

Bicopter

Im technischen Bereich ein eher weniger vertretener „Exot“. Er verfügt über zwei Antriebsmotoren, bei denen über je ein Servo der Schubvektor geändert werden kann.

- Keine Redundanz
- Sehr aufwändige Mechanik

Tricopter

Dieser Copter verfügt über drei Rotoren, sowie über mindestens einen Servo, mit dem der Schubvektor eines Motors (meist des Heck-, bzw. Tailmotors) geändert werden kann. Aufgrund seines speziellen Flugverhaltens, der großen Gierautorität und des großen Winkels zwischen den Armen wird dieser gerne im Einsteiger-Segment als Kameraträger für leichte Kameras verwendet.

+ Einfacher, leichter Aufbau (abgesehen von der Heckmechanik)
+ Sehr kurze Ausleger möglich
+ Großer Winkel zwischen Auslegern ermöglicht einfache Verwendung von Weitwinkelobjektiven
+ Große Gierautorität
- Keine Redundanz
- Relativ aufwändige Mechanik
- Relativ geringe Nutzlast

Quadrocopter

Der Quadrocopter ist der Copter mit der geringsten Motoranzahl, der sich rein über die Drehzahländerung der einzelnen Motoren steuern lässt. Dies macht ihn mechanisch besonders einfach. Aufgrund der geringen Anzahl an Motoren und Reglern ist er relativ kostengünstig realisierbar, allerdings zu Lasten der Tragfähigkeit und der Redundanz.

+ Relativ leichter Frame möglich
+ Verhältnismäßig kostengünstig realisierbar
+ Geringste Anzahl an beweglichen Teilen
+ Lange Flugdauer mit vertretbaren Kosten erreichbar
- Keine Redundanz
- Bei Gier-Korrekturen sinkt die horizontale Stabilität
- Relativ geringe Nutzlast

Hexacopter (Flat)

+ Bedingte Redundanz (Ausfall eines Motors kann bei genügend Leistung teilweise kompensiert werden)
+ Bei Gier-Korrekturen bleibt die horizontale Stabilität erhalten
+ Kostengünstigste Lösung mit Redundanz
- Relativ groß
- Große Stromaufnahme
- Relativ schwer

Hexacopter (Y6)

Aufgrund seiner vielen positiven Eigenschaften wird ein Y6 gerne als Plattform für mittelgroße Kameras oder Sensor-Systeme genutzt. Fällt ein Motor aus, ist davon auszugehen, dass es zu einer schwer zu kontrollierenden Rotation um die Hochachse kommt. Trotzdem ist bei korrekter Auslegung der Traglast eine sichere Landung oft möglich.

+ Redundanz (Ausfall eines Motors kann bei genügend Leistung teilweise kompensiert werden)
+ Bei Gier-Korrekturen bleibt die horizontale Stabilität erhalten
+ Kostengünstigste Lösung mit Redundanz
+ Kleiner als ein vergleichbarer Hexacopter
+ Sehr kurze Ausleger möglich
+ Großer Winkel zwischen Auslegern ermöglichen einfache Verwendung von Weitwinkel- Objektiven
- Wirkungsgrad kleiner als bei einem klassischen Hexacopter
- Große Stromaufnahme

Oktokopter (Flat)

Ein Oktokopter bietet bei Ausfall eines Motors meist eine sehr gute Redundanz und kann in fast allen Fällen sicher gelandet werden. Die Traglast kann sehr groß sein, so dass er uneingeschränkt als Plattform für große Sensorarrays oder Kameras genutzt werden kann.

+ Redundanz (Ausfall eines Motors kann bei genügend Leistung gut kompensiert werden)
+ Große Traglast
+ Sehr stabiles Flugverhalten
- Sehr groß
- Sehr schwer
- Windanfällig
- Sehr große Stromaufnahme

Oktokopter (X8)

Bis auf den Vorteil eines geringeren Platzbedarfs auf Kosten einer etwas geringeren Effizienz ist der Einsatzbereich der gleiche wie bei einem Oktokopter in klassischer Bauweise.

+ Redundanz (Ausfall mehrerer nicht an einem Arm befindlicher Motoren kann sehr gut kompensiert werden)
+ Große Traglast
+ Sehr stabiles Flugverhalten
+ Kleiner als ein vergleichbarer Oktokopter
+ Recht wenig Windanfällig
+ Relativ schwer
- Schlechterer Wirkungsgrad als ein vergleichbarer Oktokopter (Flat)
- Sehr große Stromaufnahme

Dodekakopter

Wenn es darum geht hochwertigste Filmkameras mit schweren Gimbals und lichtstarken Objektiven zu nutzen, dann sind Kopter dieser Klasse erste Wahl.

+ Extrem gute Redundanz (Ausfall mehrerer Motoren kann kompensiert werden)
+ Besonders große Traglast
+ Besonders stabiles Flugverhalten
- Sehr groß
- Hohe Kosten
- Sehr schwer
- Hoher Stromverbrauch

Fazit

Generell kann man davon ausgehen, dass die Anschaffungskosten mit der Anzahl der Motoren und somit auch der Motorregler, steigen. Auf der anderen Seite steigen Betriebssicherheit, Traglast sowie Flugsicherheit und Flugstabilität ebenfalls mit der Anzahl der Motoren.

Will man sehr teure und schwere Sensorik oder eine große Kamera mit einem Gimbal nutzen, so sollte man eine Plattform mit mindestens 8 Motoren wählen, denn nur so kann bei korrekter Auslegung der Ausfall eines Antriebs sicher kompensiert werden. Neben der Anzahl und Anordnung der Rotoren gibt es selbstverständlich noch viele weitere Faktoren, welche bei der Auswahl eines Frames berücksichtigt werden müssen. Das Flugverhalten ist unter anderem sehr stark vom Gewicht des Kopters abhängig, wobei generell zu sagen ist, dass ein schwererer Kopter ruhiger fliegt.

Wie funktioniert ein Multikopter?

Drohnen Grundlagen

Um ein besseres Verständnis zu bekommen wie und warum ein Multikopter fliegt, sollte man einige technische Drohnen Grundlagen kennen, auf welche im Folgenden kurz eingegangen wird.

Ein Multikopter ist ein Fluggerät, bei dem der nötige Auf- und Vortrieb durch mehrere unabhängig steuerbare Motoren realisiert wird. Durch unterschiedliche Ansteuerung dieser wird der Schubvektor verändert, was zu einer Bewegung in der Roll- und Nickachse führt. Um zu steigen oder zu sinken wird der Gesamtschub aller Motoren gleichmäßig erhöht oder verringert.

Da die Anzahl aller rechts- sowie linksdrehenden Propeller gleich ist, neutralisiert sich das resultierende, um die Hochachse entstehende, Drehmoment. Um eine Drehung um die Gierachse zu erreichen, muss die Drehzahl aller rechtsdrehenden Motoren gegenüber der linksdrehenden Motoren verändert werden, was eine Änderung der Summe der Drehmomente der Motoren mit sich führt. Daraus resultiert, dass der Kopter sich dreht. Bei manchen Multikoptern werden zusätzlich die einzelnen Motoren leicht gegeneinander verdreht montiert, um diesen Effekt zusätzlich zu verstärken. Ein Sonderfall ist hier der Tricopter, bei welchem die Gierbewegung durch einen Schwenk des Heckrotors oder einer Steuerfläche erreicht wird.

Flight Controller gehört zu den Drohnen Grundlagen

Für den sicheren Flug wird der Flight-Controller zu den wichtigen Drohnen Grundlagen gezählt. Da es nicht möglich ist, einen stabilen Flug mittels manueller Kontrolle der einzelnen Motoren zu erreichen, kommt ein so genannter Flight-Controller zum Einsatz. Dieser misst permanent die Abweichung der aktuellen Fluglage zur gewünschten Fluglage mittels einer IMU (Inertial Measurement Unit – eine Sammlung verschiedener Sensoren, die die Bewegung und Lage im Raum messen) und regelt die einzelnen Motordrehzahlen dementsprechend nach. Da Brushless-Motoren ein elektrisches Drehfeld benötigen, hat jeder Motor als fester Bestandteil der Drohnen Grundlagen einen eigenen ESC (Electronic Speed Controller), welcher über Variation der Frequenz seines Drehfeldes die Drehzahl des Motors steuert. Die Daten weiterer Sensoren können bei der Berechnung der Steuerungsbefehle in die Drohnen Grundlagen mit einfließen, um dem Copter autonome Funktionen zu ermöglichen.

Abgestimmte Drohnen Grundlagen für einen sicheren Flug

Wie ruhig und stabil ein Copter fliegt, hängt also in großem Maße von den Drohnen Grundlagen und insbesondere von dem verwendeten Flight-Controller sowie der verwendeten Firmware ab. Moderne Kopter besitzen oftmals eine Vielzahl an weiteren Sensoren, welche genutzt werden können, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen und dem Nutzer seine Arbeit zu erleichtern. Heutzutage ist GPS zum Halten der Position oder zum Abfliegen bestimmter Wegpunkte in einer Drohne fast Standard. Leider funktioniert dies nicht überall, wie zum Beispiel in den meisten Gebäuden.

Um die Position eines Kopters im Raum automatisch stabil zu halten und auch in Innenräumen autonom zu navigieren, kommen daher auch vermehrt Sonarsysteme, Laserscanner sowie in den Kopter integrierte Motion-Tracker als Drohnen Grundlagen zum Einsatz.

Antriebstechnik: Koaxial vs. Axial

Generell kann man feststellen, dass fast alle Multikopter heutzutage mit bürstenlosen Motoren (elektronisch kommutiert) angetrieben werden. Es gibt einige Exoten, welche mit Turbinen oder anderen Verbrennungsmotoren, sowie mit mechanisch kommutierten Motoren mit Kohlebürsten angetrieben werden. Diese werden jedoch in der folgenden Betrachtung außer Acht gelassen.

Bei einem Antrieb mit bürstenlosen Motoren ist zum einen die Anzahl der verwendeten Motoren, sowie deren Anordnung interessant. Diese soll im Folgenden näher betrachtet werden. Auf den Zusammenhang zwischen Motordrehzahl und Propellergröße wird im Artikel „Einfluss der Propellergröße auf das Flugverhalten einer Drohne“ näher eingegangen.
Radiale Motoranordnung

+ Bei Kontakt mit anderen Objekten fällt oft nur ein Antrieb aus
+ Höhere Effizienz als Koaxialantriebe
+ Geringere Bauhöhe
- Aufgrund der größeren projizierten Gesamt-Rotoren-Fläche windanfälliger
- Oft sehr große Gesamtabmessung
- Schwererer Frame

Wird ein Kopter mit weniger als 6 Rotoren verwendet, ist dies die einzig mögliche Konfiguration. Generell spricht für einen Kopter mit radialer Motoranordnung, dass dieser bei gleicher Rotoranzahl effektiver arbeitet als ein vergleichbarer Kopter mit koaxialem Antrieb. Wenn es nicht auf kleine Baugröße oder besondere Windstabilität ankommt, ist man mit diesem Koptertyp gut bedient.

Koaxiale Motoranordnung

+ Geringere Gesamtgröße möglich
+ Nutzung größerer Propeller leichter möglich
+ Bessere Windstabilität
+ Bei korrekter Auslegung sehr gute Redundanz
+ Leichterer Frameaufbau möglich
- Vibrationen durch die gegenläufigen Propeller an einem Arm kaum vermeidbar
- Bei Kontakt mit anderen Objekten fallen schnell zwei Antriebe aus was zum Absturz führt
- 10-15% geringerer Wirkungsgrad
- Propeller der unteren Ebene können leicht im Bild sein

Um den Wirkungsgradverlust so klein wie möglich zu halten, werden in der unteren Rotorebene meist kleinere Propeller mit größerer Steigung eingesetzt. Alternative Konzepte lassen die Rotoren der unteren Ebene schneller rotieren, um den Wirkungsgradverlust zu minimieren. Um den möglichen Totalausfall bei Kontakt mit anderen Objekten zu vermeiden, kann ein geeigneter Schutzrahmen um die Rotoren zum Einsatz kommen. Bevorzugte Anwendungsgebiete für Kopter mit koaxialer Motoranordnung sind der Einsatz bei Wind sowie Aufgaben, bei welchen es auf große Leistung bei geringer Größe ankommt, wie zum Beispiel dem Einsatz in Innenräumen.

GPS Grundlagen

Das globale Navigationssatellitensystem (Global Positioning System) besteht aus 24 bis 30 Satelliten, die in einer mittleren Umlaufbahn von 20200 km die Erde umkreisen. Zunächst nur für den militärischen Sektor entwickelt, findet das System heutzutage breite Anwendung in vielen zivilen Bereichen.

Neben dem GPS, welches den höchsten Verbreitungsgrad aufweist, existieren noch andere Navigationssatellitensysteme, wie GLONASS (russisch), BeiDou (chinesisch) und das sich noch im Aufbau befindliche Galileo (europäisch).

Funktionsweise

Die Satelliten senden digital und codiert ihre Position und die aktuelle Zeit als Radiosignal zur Erde. Dabei ist stets eine Mindestverfügbarkeit von sechs Satelliten innerhalb des Horizontes des Empfängers gewährleistet – möglich macht das eine ausgeklügelte Trajektorie (Flugbahn) der einzelnen Satelliten.

In dem Prozessor des GPS-Empfängers wird nun das Zeitsignal eines Satelliten als Referenz genutzt und mit den Zeitsignalen der anderen (mindestens drei Satelliten) verglichen. ?Durch die unterschiedlichen Laufzeiten der Signale lässt sich der Abstand des Empfängers zu jedem Satellit bestimmen.

Mittels Triangulation und den Positionsdaten der GPS-Satelliten wird dann sowohl die Position und Höhe und bei Bewegung des Empfängers auch die Geschwindigkeit und Ausrichtung des GPS-Empfängers berechnet.

Die Genauigkeit liegt umso höher, je mehr Satelliten empfangen werden. Im besten Fall ist unter Verwendung des Differentialsignals (DGPS), welches weitere Korrekturdaten ortsfester Referenzstationen nutzt, eine horizontale Genauigkeit von bis zu 3cm erreichbar.

Anwendung in der Drohne

Wie das Navigationssystem in Ihrem Auto, so nutzt auch die Drohne das GPS-Modul, um die Position im Koordinatensystem der Erde zu ermitteln. Dabei überträgt das GPS-Modul die Längen- und Breitengrade, Geschwindigkeit, Höhe und weitere Daten an die Flugsteuerung. Diese filtert die Informationen über mehr oder minder komplexe Algorithmen und vergleicht die Ist-Position mit der von Ihnen oder dem Automatik Modus vorgegebenen Soll-Position. Sofern Abweichungen vorliegen, korrigiert die Drohne unter Zuhilfenahme der anderen Sensoren ihre Position.

Das ermöglicht nicht nur die präzise Positionierung des Flugroboters, sondern lässt auch den reproduzierbaren Abflug von Strecken und Flächen über einzelne Wegpunkte zu. Damit kann ihr Gerät bei Funkstörungen automatisch zum Start zurückfinden oder sogar selbstständig den Auftrag erledigen. Die Anwendungen sind zahllos und doch sollten sie einige Punkte dabei beachten.

- Die Ortsbestimmung mittels GPS kann ausfallen und entbindet nicht vom aktiven Fliegen im Notfall.
- Der Empfang kann durch einige Faktoren wie beispielsweise schlechtes Wetter, Nähe zu Gebäuden und elektromagnetische Abschattung gestört werden.
- Starke Sonnenstürme vermindern die Positionsgenauigkeit des GPS-Moduls drastisch. Informieren Sie sich regelmäßig über die Sonnenaktivität.
- Bei schwierigen äußeren Umständen (z.B. bei starkem Wind) kann ihre Drohne stärker als sonst von der Soll-Position abweichen. Es sollte auf ausreichend Abstand zu Hindernissen geachtet werden.

Einfluss des Wetters auf das Flugverhalten

Wie jedes andere Luftfahrzeug auch, ist eine Drohne selbstverständlich stark von den Wetter- und Windverhältnissen abhängig. Da eine Drohne im Normalfall deutlich kleiner und leichter als ein bemanntes Flugzeug ist, reagiert diese stärker auf Luftströmungen und Turbulenzen. Gerät man mit einer Drohne in einen starken Aufwind, so kann dies den Abstieg erschweren oder diesen sogar bei einem Starrflügler unmöglich machen. Da ein Copter bei einem senkrechten Abstieg durch seine selbst erzeugten Wirbel fliegt, ist es möglich, dass dieser relativ starken Eigenbewegungen unterworfen ist, was zum einen Messungen oder Kameraaufnahmen erschweren kann und in besonders extremen Fällen sogar zum Absturz führen kann. Da die relative Geschwindigkeit beim Abstieg in einem Aufwind zunimmt, verschärft sich hier diese Problematik. Des Weiteren kann die Selbststabilisierung der Drohne durch den Flight-Controller bei sehr geringer Rotordrehzahl, wie zum Beispiel beim Abstieg in einem starken Aufwind, an Wirkung verlieren, was ebenfalls zu berücksichtigen ist.

Auf- und Abwinde

Aufwinde können durch thermische oder dynamische Effekte entstehen. Ist eine Fläche durch die Sonne stark aufgeheizt worden, muss man mit statischen Aufwinden rechnen, da die erwärmte Luft über dieser Fläche aufsteigt. Berghänge zwingen eine Luftströmung aufzusteigen, was zu dem sogenannten Hangaufwind, einem dynamischen Aufwind führt. Je steiler der Berg und je stärker der Wind, desto stärker der daraus resultierende Hangaufwind. Ein weiterer dynamischer Aufwind entsteht durch die sogenannten Leewellen, welche sich hinter Gebirgszügen bilden können. Prinzipiell ist es natürlich möglich, diese Aufwinde für eine Verlängerung der Flugdauer zu nutzen, wie jeder Segelflugzeugpilot weiss. Leider bedarf dies jedoch einiger Erfahrung und ist speziell mit Multicoptern nur extrem schwer und unter bestimmen Bedingungen möglich. Abwinde hingegen sollten unter normalen Verhältnissen für einen Multicopter kein größeres Problem darstellen. Durch die höhere benötigte Auftriebsleistung werden jedoch alle Komponenten mehr belastet und der Stromverbrauch steigt, was eine Verkürzung der Einsatzdauer mit sich bringt. Bei einem Starrflügler können sich Abwinde deutlich stärker auswirken, da sich der durch die Abwinde entstehende Abwärtsvektor nicht einfach durch eine größere Rotordrehzahl kompensieren lässt. Die Folge ist, dass ein Starrflügler durch einen Abwind vertikal stärker versetzt werden kann, was unter Umständen dazu führt, dass man die vorgesehen Landezone nicht mehr erreichen kann.

Turbulenzen

Noch viel gravierender können sich turbulente Winde auswirken. Diese Verwirbelungen treten besonders häufig hinter Hindernissen oder in Bodennähe, speziell bei unebenen oder wechselnden Untergründen, auf. Da in dieser Situation die Reaktion der Drohne nur schwer vorauszusehen ist, muss man sehr schnell reagieren, was oft nur einem erfahrenen Piloten möglich ist. Die Drohne kann in kurzer Zeit sowohl horizontal als auch vertikal versetzt, oder gar um ihre Hochachse gedreht werden. Als unerfahrener Pilot kann dies besonders schwerwiegend sein, da man leicht die Orientierung verliert, was oft einen Absturz oder gar Totalverlust nach sich zieht.
Weitere Umweltbedingungen

Neben Turbulenzen, Auf- und Abwinden gibt es noch weitere Bedingungen, die sich stark auf die Flugeigenschaften einer Drohne auswirken können. Zum Beispiel ist die Umgebungstemperatur, welche bei niedriger Temperatur die Akkuleistung drastisch reduziert, ein nicht zu vernachlässigender Faktor. Weiterhin kann extrem hohe Luftfeuchtigkeit oder gar Regen den Betrieb einer Drohne stark einschränken oder gar verhindern. Die meisten Drohnen sind zwar geschützt aufgebaut, jedoch nicht für den Einsatz im Regen vorgesehen. Dies sollte unbedingt berücksichtigt werden. Ist man sich hier unsicher, so sollte man auf jeden Fall den Hersteller der Flugplattform zu Rate ziehen.

Es lohnt sich also, sich vor dem Start genau mit Wetter- und Umgebungsbedingungen vertraut zu machen, um keine bösen Überraschungen, wie zum Beispiel ausgeprägte Turbulenzen, oder einen vorzeitig erschöpften Akku, zu erleben.

Einfluss der Propellergröße auf das Flugverhalten einer Drohne

Für möglichst effizientes Arbeiten ist eine lange Flugdauer wünschenswert. Leider geht diese immer zu Lasten anderer Faktoren. Um eine möglichst lange Flugdauer zu erreichen, optimieren Drohnen-Hersteller folgende Parameter:

* Minimales Gesamtgewicht des Flugsystems
* Optimierte Aerodynamik des Systems
* Nutzung von effizienten Propellern mit großem Durchmesser
* Verwendung hochpoliger Antriebe
* Verwendung geeigneter Akkus (Gewicht, Typ, sowie Kapazität)
* Optimiertes Verhältnis von Akkugewicht zu Gesamtgewicht

Ein sehr wichtiger Faktor, welcher die Flugdauer stark beeinflusst, sind die verwendeten Propeller. Da die Betrachtung von Blattform, Blattprofil usw. zu weit führen würde, werden wir hier zur Bestimmung des Wirkungsgrades die Strahl-Theorie anwenden, welche von einem idealen Rotor ausgeht. Die Fluggeschwindigkeit eines Multikopters ist meist verhältnismäßig gering, daher kann man vereinfachend für die Betrachtung der Effizienz eines spezifischen Setups den Standschub betrachten.

Je grösser ein Propeller ist, desto langsamer muss dieser drehen um den gleichen Standschub zu erzeugen wie ein kleinerer mit höherer Drehzahl. Fasst man die Grundaussagen der Strahl-Theorie zusammen kommt man zu dem Schluss, dass ein größerer, langsam drehender Propeller bei gleichem Schub effizienter ist als der kleinere, schneller drehende.

Wie bereits erwähnt haben leider fast alle Maßnahmen, welche zu einer längeren Flugzeit führen auch ihre Nachteile. Die Propellergröße stellt hier leider keine Ausnahme dar. Die Manövrierfähigkeit eines Kopters ist abhängig davon, wie schnell die Drehzahl der einzelnen Rotoren, und damit der gesamt resultierende Schubvektor, verändert werden kann. Da ein kleinerer Propeller schneller beschleunigt und abgebremst werden kann, lässt sich die Lage eines Kopter mit kleineren Propellern schneller ändern, was letztendlich auch der Flugstabilität zugute kommt. Je grösser der Propeller ist, desto schwieriger wird es diesen zu beschleunigen und abzubremsen.

Um dem gerecht zu werden, werden in Verbindung mit großen Propellern meist Motoren mit größerer Polzahl eingesetzt, da diese neben geringerer Drehzahl auch ein größeres Drehmoment haben. Ab einer gewissen Propellergröße wird eine schnelle Drehzahländerung trotz eines großen Motordrehmomentes immer schwieriger. Dies ist neben der Redundanz einer der Gründe, warum für größere Traglasten nicht immer größere Quadrocopter eingesetzt werden, sondern die Wahl auf Flugplattformen mit mehr Rotoren, wie zum Beispiel einen Octocopter, fällt.

Ein weiterer großer Nachteil ist, dass mit steigendem Rotor-Durchmesser auch die Strahlgeschwindigkeit sinkt und die projizierte Fläche des Rotors steigt. Dies macht den Copter anfälliger für Beeinflussung durch Wind.

Neben dem Durchmesser des Propellers spielt auch die Steigung eine wichtige Rolle. Generell kann man sagen, dass ein Propeller mit größerer Steigung eher für schnellen, dynamischen Flug geeignet ist. Der Stromverbrauch des Copters steigt an, es sind aber aufgrund der höheren Strahlgeschwindigkeit größere Fluggeschwindigkeiten möglich. Für die Nutzung eines Copters als Trägerplattform für Kameras oder Sensor-Systeme sind Propeller mit großer Steigung meist weniger geeignet. Bei zu geringer Steigung wird hingegen die Strahlgeschwindigkeit so gering, dass die Windanfälligkeit deutlich steigt.

In besonderen Anwendungsfällen muss darüber hinaus berücksichtigt werden, dass größere Propeller auch eher zu Vereisung neigen, was nicht nur den Wirkungsgrad stark verringert, sondern auch zum Totalausfall der Drohne führen kann. Meist wird die maximal mögliche Flugdauer überbewertet.

Man muss sich also für seinen konkreten Anwendungsfall fragen, ob eine möglichst lange Flugdauer wirklich so wichtig ist, dass man die damit einhergehenden Nachteile in Kauf nehmen will.

Die ersten Flüge mit einer Drohne UAS

ollte man noch keine Erfahrung im Steuern von Drohnen haben, ist es sinnvoll, sich als erstes zu überlegen, ob man nicht eine Schulung beim Hersteller des Systems oder bei einem anderen professionellen Anbieter in Anspruch nehmen will. Generell besteht nicht nur das Risiko ein teures Flugsystem zu beschädigen, sondern auch schlimmstenfalls Sach- oder Personenschäden zu verursachen. Unabhängig davon ist es auf jeden Fall unabdingbar als erstes die Anleitung der Drohne genau zu studieren und sich mit allen Bedieneinrichtungen und Funktionen vertraut zu machen. Das Üben mit einem geeigneten Modellflugsimulator kann dabei sehr hilfreich sein, sich erste Grundkenntnisse in der Steuerung einer ferngesteuerten Flugplattform anzueignen. Des Weiteren ist es ratsam, sich für seine ersten Flugversuche eine kleinere und preisgünstige Drohne anzuschaffen, da man so im Fall eines Crashs die Kosten gering hält und nicht gleich sein hochwertiges Equipment beschädigt. Durch den Einsatz eines kostengünstigeren Modells lässt sich darüber hinaus der Stresspegel deutlich senken, was oft einem schnelleren Lernerfolg zugute kommt. Führt man Tests oder Änderungen der Einstellungen durch, so sind in jedem Fall alle Propeller zu demontieren, da von diesen eine erhebliche Gefahr ausgeht.

Die ersten Flugversuche sollten an einem geeigneten Ort stattfinden. Mehr hierzu können Sie in unserem Artikel „Auswahl des Start- und Landeplatzes“ nachlesen. Bis auf einen Helfer sollte man möglichst ungestört sein, auch um die Gefährdung anderer ausschließen zu können. Wenn die Drohne schwerer als 5kg ist braucht man selbst für die ersten kurzen Tests eine Aufstiegsgenehmigung. Wie sie diese beantragen können, lernen Sie im Artikel „Wie beantrage ich eine Aufstiegserlaubnis?“. Bei den ersten Flugversuchen kann es sinnvoll sein, teure Kameras oder andere, nicht direkt für den Flug notwendige Systeme durch „Dummys“, also vergleichbare Gewichte, auszutauschen, um das Flugverhalten möglichst nicht zu verändern.

Nun geht man genau nach Anleitung vor, schaltet Fernsteuerung, sowie die Drohne selbst ein und entfernt sich einige Meter. Es ist sehr wichtig, hierbei immer genau nach Anleitung vorzugehen. Meist ist die Fernsteuerung als erstes ein- und auch als letztes wieder auszuschalten. Dies ist wichtig, da es sonst im schlimmsten Fall zur Auslösung unerwünschter autonomer Funktionen kommen kann. Die Anleitung gibt auch Aufschluss über die verschiedenen „Flight Modes“, also die Einstellungen, die einen beim Flug unterstützen können. Dies kann von einfacher Stabilisierung, bezogen auf den Horizont, bis zu semi-autonomem Flug gehen, bei dem man die Drohne einfach GPS-gestützt „im Raum verschiebt“. Für die ersten Flüge kann dies sehr sinnvoll sein, generell ist es jedoch in Extremsituationen von großem Vorteil, wenn man in der Lage ist, die Drohne auch ohne diese Hilfssysteme zu kontrollieren. Normalerweise sollte das Fluggerät mit dem Heck zu einem selbst ausgerichtet sein, da sich die Steuerung meist auf die Ausrichtung der Drohne bezieht, d. h. wenn man die Drohne um 180° dreht, ist auch die Kontrolle dementsprechend gedreht bzw. gespiegelt.

Das Vorgehen bei Multicoptern ist anders als bei Nurflüglern. Im Folgenden wird darauf eingegangen, wie man sich die grundlegende Steuerung eines Multicopters aneignet, da Nurflügler entweder, aufgrund ihrer Eigenschaft große Strecken zurück zulegen, Flugkenntnisse voraussetzen, oder derart autonome Steuerungen besitzen, dass dies zu herstellerabhängig ist, um generelle Aussagen treffen zu können.

Da das Flugverhalten aufgrund des Bodeneffekts in sehr geringer Höhe meist recht instabil ist, sollte man nun versuchen, diesen gleich zu verlassen und die Drohne in eine Höhe von etwa 1,5m stabil auf der Stelle schweben zu lassen. Hat man dies sicher unter Kontrolle, so kann man als nächstes dazu übergehen, den Copter vor und zurück, sowie links und rechts zu steuern, wobei man immer darauf achten sollte, dass das Heck weiterhin zu einem gerichtet ist. Eventuell muss man geringe Korrekturen der Gierachse (auch als „yaw“ bekannt) durchführen, um dies sicher zu stellen. Ist auch dieser Schritt gemeistert, so kann man sich am besten mit der Gierachse vertraut machen, indem man mit seinem Copter durch die Gegend fliegt und dabei immer hinter dem Heck bleibt, in etwa so als würde man einen Hund an der Leine führen.

Der letzte, und auch mit Abstand schwierigste, Schritt ist, den Copter in verschiedenen Orientierungen sicher zu beherrschen, also nicht mehr nur mit dem Heck zu sich gerichtet zu fliegen. Dies lässt sich gut üben, indem man die Drohne mit einer Seite, also um 45° gedreht zu sich ausrichtet und dann startet. Bei diesen Übungen kann es erneut angeraten sein, diese mit einem kostengünstigeren Modell durchzuführen, da man hierbei leicht die Orientierung verlieren kann. Ist man in der Lage das Fluggerät sicher um 45° verdreht zu steuern, kann man die Drehung immer weiter vergrößern, bis man letzten Endes die Front zu sich ausgerichtet hat. Das so genannte „Nose in“ fliegen stellt größte Anforderungen an den Piloten und braucht oft lange Zeit bis es sicher beherrscht wird, da alle Steuerbefehle zum Piloten „komplett gedreht“ sind.

Oft hilft es, sich möglichst „in“ das Fluggerät hinein zu versetzen und die Steuerbefehle aus Sicht der Drohne zu sehen.
Selbst wenn man meint in der Lage zu sein die Drohne in jeder Situation sicher steuern zu können, ist und bleibt einer der wichtigsten Grundvoraussetzungen zum Erfüllen einer Mission das regelmäßige Flugtraining.

Auswahl des Start- und Landeplatzes

Da von den meisten Drohnen eine nicht unerhebliche Gefahr ausgehen kann, gibt es einige Grundregeln, welche man bei der Wahl des Start- und Landeplatzes berücksichtigen soll. Diese sind für Multicopter und Nurflügler leicht verschieden und werden im Folgenden näher erläutert.

Da ein Multicopter, und auch eine hybride Drohne, in der Lage sind, senkrecht zu starten und zu landen, wird für den Start- und Landeplatz generell deutlich weniger Platz als für einen Starrflügler benötigt. Obwohl die meisten Copter, unter manueller Kontrolle von einem guten Piloten, in der Lage sind auf einer Fläche von weniger als einem Quadratmeter zu starten und zu landen, sollte man generell eine Fläche von einigen Quadratmetern zur Verfügung haben, wobei sich in der Praxis eine Fläche von mindestens 3m x 3m bewährt hat. Dies ist jedoch abhängig von der Größe der Drohne. Diese Fläche sollte mit Baustellenband oder ähnlichem abgesperrt sein, um zu verhindern, dass sich Passanten der Drohne nähern können.
Sicherheit am Boden

Um in der Lage zu sein, den umgebenden Luftraum einzusehen, sollte man einen übersichtlichen Platz mit freier Sicht auch auf größere Entfernung wählen, um sich annähernde Flugobjekte sofort ausmachen zu können. Auch der Spotter, wenn ein solcher eingesetzt wird, sollte einen geeigneten Platz haben, von dem aus er das gesamte Einsatzgebiet, sowie den umgebenden Luftraum sicher einsehen kann. Darüber hinaus muss eine sichere Kommunikation zwischen Spotter und Pilot jederzeit durch geeignete Maßnahmen sicher gestellt sein. Es reicht hier auf keinen Fall aus ein Mobiltelefon einzusetzen, da oft eine schnelle Reaktion gefordert ist.

Jeder der die Start- und Landezone betreten könnte, sollte vorher instruiert werden, wie er sich in diesem Bereich zu verhalten hat. Während des Start- bzw. Landevorgangs selbst sollte diese Zone jedoch, wenn überhaupt nötig, ausschließlich vom Piloten betreten werden. Sollte der Auftraggeber mit vor Ort sein, so muss dieser sinnvoller Weise auch instruiert werden. Generell, auch bei Wahl der Start- und Landezone, hat der Pilot immer das letzte Wort. Der Einsatz des Flugsystems unterliegt seiner alleinigen Verantwortung, auch aus rechtlicher Sicht.

Sicherheit in der Luft

Größere Hindernisse in der Nähe oder die Lage an einem Hang o. ä. können darüber hinaus zu für die Drohne gefährlichen Luftströmungen führen, so dass diese bei der Wahl des Platzes unbedingt berücksichtigt werden müssen. Generell sollte man vor dem Start einer Drohne einen Reichweitentest durchführen um geeignete Start- und Landeplätze auswählen zu können. Sind in der Nähe Funkmasten vorhanden? Dies ist oft ein Zeichen für stärkere RF-Felder in der näheren Umgebung. Hier ist Vorsicht angesagt. Am sichersten ist die Verwendung eines Spektrum Analyzers, denn nur so kann man sichere Aussagen über eventuelle Störquellen in den verwendeten Funkfrequenzen treffen und diese eliminieren oder umgehen.

All diese Richtlinien gelten auch bei der Verwendung von Starrflüglern. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass man fast immer eine geeignete, relativ lange Start- und Landebahn benötigt. Abhängig von der verwendeten Drohne kann diese unter Umständen auch aus der Hand oder von einem Katapult aus gestartet werden. Zum Landen ist aber fast immer eine lange, kurz gemähte Graspiste oder Straße nötig. Nicht vernachlässigen darf man hierbei auch die Windrichtung. Start und Landung sollten immer gegen den Wind erfolgen, da sich sonst die Start- und Landestrecke bei Rückenwind stark verlängern können oder Start und Landung durch Seitenwind stark erschwert werden. Es ist wichtig, auch weiter über die Landebahn hinaus zu denken, denn ein Starrflügler legt in der Regel in kurzer Zeit längere Distanzen zurück, so dass auch in weiterer Umgebung in Flugrichtung keine Hindernisse vorhanden sein sollten.

Abschließend ist noch anzumerken, dass man sich auf jeden Fall vor der Wahl und Auslegung der Start- und Landezone mit den lokalen Vorschriften und Gesetzen vertraut machen muss, denn diese können je nach Ort unterschiedlich sein. Des Weiteren muss man sich mit der Belegung des Luftraums (ICAO-Karten sind hier sehr hilfreich) vertraut machen und eine geeignete Versicherung haben.

Wo erhalte ich den Befähigungsnachweis für eine Aufstiegserlaubnis?

Im Gegensatz zum Betrieb eines Flugmodelles, welches die Nutzung zum Zwecke des Sports oder der Freizeitgestaltung (LuftVG, §1 Abs. 2 Nr. 9) vorsieht, benötigen Sie für den Betrieb eines unbemanntes Luftfahrtsystem eine allgemeine oder einzelne Aufstiegsgenehmigung. Mehr zu diesem Thema können Sie im Artikel „Wie beantrage ich eine Aufstiegserlaubnis?“ nachlesen. Um eine solche Genehmigung zu beantragen, ist es nötig, der zuständigen Landesbehörde für Luftfahrt eine Darstellung bzw. einen Nachweis der Eignung und Erfahrung des Steuers des UAS vorzulegen. Hierbei handelt es sich um den Befähigungsnachweis der Drohne. Da in diesen Fällen eine eigens verfasste Erläuterung oder Schriftstück Befähigungsnachweis der Drohne für Rückfragen und Verzögerungen in der Bearbeitung der Genehmigung sorgen kann, ist es ratsam auf einen unabhängigen Befähigungsnachweis für die Drohne durch Dritte zurückzugreifen.

Ausstellung des Befähigungsnachweises

Einen solchen Befähigungsnachweis der Drohne erhalten Sie in der Regel von unabhängigen Flugschulungen, aber auch bei den Herstellern der professionellen Drohnen selbst. Regionale Modellflugvereine können auch einen solchen Nachweis liefern, allerdings sollte man beachten, dass im rechtlichen Streitfall ein solcher Nachweis hinterfragt und der Lehrer im ungünstigsten Fall haftbar gemacht werden kann.
Setzen Sie daher auf eine professionelle Flugschulung und einen anerkannten Befähigungsnachweis durch Unternehmen, die schon länger am Markt sind. Die Landesbehörden kennen die Nachweise der Schulungszentren, was zu einer schnelleren Bearbeitung Ihres Antrages führen kann.

Gesetzliche Regelung für den Befähigungsnachweis der Drohne

In Deutschland ist bisher keine Fluglizenz für den Betrieb eines unbemannten Luftfahrzeuges erforderlich. Es wird allerdings darüber diskutiert, dass eine solche Anforderung gesetzlich verankert werden soll. Wie sich diese dann genau gestalten würde, bleibt allerdings abzuwarten. In den USA hat die amerikanische Luftfahrtbehörde (FAA) bereits im ersten Quartal 2015 eine solche Regelung für die USA vorgestellt. Es wird gefordert, dass der Steuerer des unbemannten Luftfahrtsystems mindestens das 17. Lebensjahr vollendet hat, eine theoretische Prüfung über Luftfahrtkenntnisse ablegt hat und zur Wahrung der Gültigkeit alle 24 Monate erneut die theoretischen Kenntnisse unter Beweis stellen muss.

Wie beantrage ich eine Aufstiegserlaubnis für die Drohne?

Für den kommerziellen Betrieb von Drohnen in Deutschland muss eine sogenannte Aufstiegserlaubnis beantragt werden. Möglich ist dies zum einen für das einzelne Projekt als Einzelaufstiegserlaubnis, aber eine Aufstiegserlaubnis der Drohne kann in vielen Bundesländern auch für einen Zeitraum von ein bis zwei Jahren erteilt werden. Diese Aufstiegserlaubnis der Drohne wird allgemeine Aufstiegserlaubnis genannt.
Erteilung der Erlaubnis

Die Erteilung von Aufstiegserlaubnissen ist in Deutschland Ländersache. Daher ist es aktuell nicht möglich, eine allgemeine Aufstiegserlaubnis der Drohne für die gesamte Bundesrepublik zu erhalten. Sie müssen daher für jedes gewünschte Bundesland eine eigene Erlaubnis beantragen. Ein Großteil der Bundesländer erkennt die Genehmigung der jeweils anderen Länder untereinander an. Daher empfehlen wir nach Erhalt der ersten Aufstiegserlaubnis für die Drohne, diese von den gewünschten anderen Bundesländern „nur“ noch anerkennen zu lassen. Dies ist oftmals auch mit deutlich geringeren Gebühren verbunden! Vor Ablauf der allgemeinen Aufstiegserlaubnis kann diese meist zu geringeren Kosten als der Erstantrag verlängert werden. Einige Bundesländer haben fertige Formulare für die Beantragung der Aufstiegserlaubnis, welche Sie für das entsprechende Bundesland am Ende dieses Artikels abrufen können.
Erforderliche Unterlagen

Für die Beantragung der allgemeinen Aufstiegserlaubnis benötigen Sie meist folgende Unterlagen:

* Nachweis über eine ausreichende Haftpflichtversicherung
* Befähigungsnachweis des/der Steuerer/s (Mehr Informationen zu diesem Thema finden Sie in unserem Artikel „Wo erhalte ich den Befähigungsnachweis für eine Aufstiegserlaubnis?“.)
* Datenblatt der eingesetzten Drohne(n)
* Daten zum Antragsteller sowie Zweck des Betriebes (z. B. Film- und Fotoflüge)

Bei projektbezogenen Einzelgenehmigungen ist zusätzlich erforderlich:

* Einverständniserklärung des Grundstückseigentümers
* Unbedenklichkeitserklärung des Ordnungsamtes (nur bei innerörtlichem Aufstieg)
* Freigabe der DFS (Deutsche Flugsicherung), falls der Flug im kontrolliertem Luftraum stattfinden soll
* Genaue Angabe der Flughöhe, Datum des Aufstieges (bei wetterabhängigen Projekten ist es auch oftmals möglich einen flexiblen Zeitraum von z.B. zwei Wochen anzugeben)
* Karte oder Satellitenbild des Aufstiegsortes mit eingezeichnetem Flugsektor sowie Start- und Landefläche

Einige Luftfahrtämter haben vorgefertigte Formulare zur Beantragung der Aufstiegsgenehmigung erstellt. Ist für das von Ihnen gewünschte Land kein Formular verfügbar, reicht meist eine formlose E-Mail mit den o.g. Dokumenten an das Amt aus. Die Bearbeitungszeit für die Aufstiegserlaubnis für die Drohne liegt meist zwischen zwei und vier Kalenderwochen.

Welche Versicherungen werden benötigt?

Unabhängig von den Pflichtversicherungen für ein neues Gewerbe (wie etwa der Betriebshaftpflichtversicherung) sind für den Betrieb einer Drohne meist zusätzliche Versicherungen nötig.

Der Einsatz von Fluggeräten ist in einer normalen Betriebshaftpflichtversicherung nicht versichert. Daher muss für den Einsatz dieser Fluggeräte eine spezielle Luftfahrzeughalterhaftpflichtversicherung abgeschlossen werden. Die meisten Versicherungen bieten eine Mindestdeckungssumme von 1 Mio. EUR an. Wenn Sie einen Einsatz über Industrieanlagen oder ähnlichen kritischen Umgebungsbedingungen beabsichtigen, empfehlen wir zur eigenen Absicherung eine höhere Deckungssumme. Bei vielen Versicherern ist auch eine kurzfristige Anhebung der Deckungssumme auf z. B. 5 Mio. EUR für kritische Einzelprojekte gegen einen geringen Betrag möglich.

Neben der Haftpflichtversicherung bieten auch einige Anbieter eine Kaskoversicherung für Ihre Drohne und Nutzlast an. Dies ist für das oder die ersten Einsatzjahre, speziell bei preisintensiven Profidrohnen, eine sinnvolle Investition.

Versicherungsanbieter Deutschland

Deutsche Modellsport Organisation

Österreich

AIR&MORE Versicherungsagentur für Flugsport

Schweiz

Schweizerische Mobiliar Versicherungsgesellschaft AG

Was man beim Kauf einer Profidrohne beachten sollte

Hat man sich entschieden, für ein bestimmtes Projekt oder einen Geschäftsbereich eine Flugplattform einzusetzen, fällt die Wahl zwischen den verschiedenen Systemen und Anbietern oft schwer. Um die Auswahl zu erleichtern, sind im Folgenden einige der Punkte, welche man beim Kauf unbedingt berücksichtigen sollte, zusammengestellt:

* Nutzlast
* Flugzeit
* Abfluggewicht mit den gewünschtem Sensorsystem
* Muss die Flugplattform auf der Stelle schweben sowie senkrecht starten und landen können?
* Einsatzbereich (Foto- / Filmaufnahmen / technische Anwendung / Kartographierung)
* Umgebungsbedingungen (Indoor / Outdoor / Wetter / Höhenlage)
* Muss eine Navigation in engen Räumen oder nah an Hindernissen möglich sein?
* Müssen bestimmte Sensoren montiert werden und wird ggf. eine Sonderanfertigung nötig?
* Sollen die Sensoren / Kameras im Feld austauschbar sein?
* Welche Redundanzen und Sicherheitseinrichtungen sind gewünscht?
* Umfang der Schulungen
* Sicherheiten des Herstellers und Support

Luftfahrzeugklasse

Nach Abwägung dieser Punkte sollte als Erstes die Entscheidung zwischen einem Multicopter und einem Starrflügler erfolgen. Wird ein Schweben auf der Stelle, der mögliche Indoor-Einsatz, oder senkrechtes Starten und Landen gefordert, spricht vieles für den Einsatz eines Multicopters. Aufgrund ihres relativ einfachen mechanischen Aufbaus und des breiten Einsatzspektrums haben Multicopter den größten Marktanteil bei zivil eingesetzten Profidrohnen.

Wenn der Einsatz nah an Hindernissen und/oder bei hohen Windgeschwindigkeiten anvisiert ist, ist ein Multicopter mit leichten, kleineren Rotoren oft die beste Wahl. Das Abfluggewicht der Drohne sollte auch nicht zu niedrig sein, da sich die Massenträgheit förderlich auf die Flugruhe auswirken kann. Eine möglichst geringe Windangriffsfläche des Fluggerätes spielt eine große Rolle, um bei Windturbulenzen nicht zu stark von der Sollposition abzuweichen.

Gesetzliche Rahmenbedingungen

Generell ist es aus luftrechtlichen Bestimmungen in Deutschland sinnvoll mit dem Abfluggewicht unter 5kg zu bleiben, da dies das Genehmigungsverfahren für kommerzielle Flüge meist sehr vereinfacht. Wenn schwere Sensoren eingesetzt werden müssen und das Abfluggewicht dabei die 5kg-Grenze überschreitet, muss für jedes Projekt eine Einzelaufstiegserlaubnis beantragt werden.

Anforderungen an das Kamerasystem

Als nächstes sollte man sich überlegen, ob man für den geplanten Einsatz eine stabilisierte Kameraaufhängung (Gimbal) benötigt. So sollte zum Beispiel beim Einsatz für Filmaufnahmen ein 3-Achs-Brushless-Gimbal eingeplant werden. Darüber hinaus ist es hier oft auch sinnvoll den Copter gleich auf den Betrieb mit einem Piloten und einem dedizierten Kameramann auszulegen. Bei Inspektionsanwendungen ist hingegen meist eine 2-Achs Kameraaufhängung ausreichend, die Positionsgenauigkeit der Drohne ist aber von weit größerer Bedeutung.

Lassen Sie sich bei der Auswahl geeigneter Kamerasysteme/Sensoren von den Drohnenherstellern oder unabhängigen Institutionen (z. B. U-ROB) beraten. Fällt die Wahl auf einen Spezialsensor, der mit der gewünschten Drohne nicht lieferbar ist, sollten Sie mit dem Hersteller über die Möglichkeit einer Sonderanfertigung reden. Einige Drohnensysteme bieten zudem die praktische Möglichkeit, die gewünschten Sensoren auch beim Kunden innerhalb kurzer Zeit zu wechseln. Das bietet vor allem bei der gewünschten Nutzung diverser Sensoren eine große Flexibilität. Achten Sie bei solchen Schnellwechselsystem darauf, dass diese wenn möglich ohne Werkzeug auch mit einer Person (ohne Helfer) gewechselt werden können.

Sicherheitsanforderungen

Bei sicherheitskritischen Anwendungen wie etwa auf Chemieanlagen sind auch technischen Redundanzen der Drohne wichtig und oftmals vom Betreiber der Industrieanlage gefordert. Eine sinnvolle Redundanz bei Ausfall eines Antriebes bietet die Octocopter-Anordnung der Rotoren. Weiter gibt es diverse Redundanzsysteme von Fluglagenregler, Flugakku oder Funkstrecke. Rettungssysteme, wie etwa Fallschirme, sind auch auf dem Markt erhältlich. Dabei muss beachtet werden, dass diese aktiven Rettungssysteme eine gewisse Öffnungsdauer und damit auch Fallhöhe benötigen, um den Fall abzubremsen. Wenn zumeist in größerer Höhe operiert wird, kann dies auch eine gute Lösung darstellen.

Service und Support

Für den professionellen Anwender ist es meist einfacher, ein komplettes System aus einer Hand zu kaufen und nicht verschiedene Komponenten verschiedener Hersteller zu erwerben, da es Schwierigkeiten bei der Kompatibilität geben kann. Da Sie sich auch für die Wartung, Support und mögliche Reparaturen an Ihren gewünschten Hersteller fest binden, bedarf dies einer sorgfältigen Recherche. Der Markt der professionellen Drohnenhersteller ist noch jung und der aufstrebende Markt wird sich mittelfristig bereinigen. Wenn Sie daher eine langfristige Zusammenarbeit mit einem Hersteller anstreben, sind Indikatoren wie Entwicklung der Umsätze, Mitarbeiterstamm und Gründungsjahr der Unternehmung wichtige Daten.

Auch der möglicherweise vorhandene Erfahrungsgrad in der Anwendung von Drohnen ist ein wichtiger Faktor, denn selbst wenn viele moderne Drohnen „fast von selber fliegen“, sind Schulungen des Benutzers unumgänglich. Bei der Auswahl des Herstellers ist daher der Umfang der Theorie- und Praxisschulungen ein wichtiger Aspekt. Viele Drohnenhersteller bieten auch erweiterte Schulungspakete beispielsweise für die Photogrammetrie oder Spezialflugschulungen für den Industrieeinsatz an.

Wenn es einmal „brennen“ sollte und Sie kurzfristig technische Hilfe vom Support des Drohnenherstellers benötigen, muss darauf Verlass sein. Speziell bei hochpreisigen Systemen sollte ein schneller telefonischer Support inklusive sein. Es werden auch vermehrt 24/7-Supportpakete angeboten. Wenn für Ihre Geschäftsidee wichtig, können Sie bei Ihrem gewünschten Hersteller die Möglichkeiten und kurzfristige Verfügbarkeit von Ersatzsystemen im Falle des Falles erfragen. Empfehlenswert ist weiterhin die Kontaktaufnahme zu Referenzkunden des Herstellers, um Erfahrung mit dem Produkt und Support aus erster Hand zu erhalten.

Prinzipiell ist es sinnvoll, sich sehr gut bei der Auswahl der Drohne beraten zu lassen und verschiedene Anbieter zu vergleichen, selbst wenn dies erhöhten Zeit- und Kostenaufwand bedeutet. Letzten Endes ist die Anschaffung einer Drohne selbst mit dem dazu gehörigen Zubehör ebenfalls mit nicht zu unterschätzenden Kosten verbunden.

Praktischer Umgang mit LiPo Akkus

Dank des extrem hohen Leistungsgewichts moderner Lithium-Polymer-Akkus (kurz „LiPos“) ist der sinnvolle Einsatz von Drohnen wie wir ihn heute kennen erst möglich geworden. Prinzipiell handelt es sich bei einem LiPo-Akku um die Weiterentwicklung des Lithium-Ionen-Akkus, bei welchem eine festere Polymerbasis statt eines flüssigen Elektrolyten verwendet wird. Die große Energiedichte dieser Akkus bringt jedoch auch einige Gefahren mit sich, welche durch korrekte Handhabung jedoch minimiert werden können.
Grundlagen von Lithium-Polymer-Akkus

Eine LiPo-Zelle hat, bis auf wenige Ausnahmen, eine durch ihre Zellchemie bedingte Nennspannung von 3,7V. Um auf die für die Drohne benötigte Betriebsspannung zu kommen, werden mehrere dieser Zellen in einem Akkupack in Serie geschaltet. Wie viele Zellen intern in Serie geschaltet sind lässt sich an dem durch „S“ gekennzeichneten Faktor ablesen. Ein 6S LiPo hätte somit intern 6 Zellen mit je 3,7V in Serie geschaltet, was insgesamt eine Nennspannung von 22,2V ergeben würde.

Ein weiterer wichtiger Parameter bei der Auswahl eines LiPo-Akkus ist selbstverständlich seine Nennkapazität, da von dieser letztlich die maximal mögliche Flugdauer abhängt. Dieser wird für gewöhnlich in mAh angegeben, d. h. aus dem Produkt aus Strom und Zeit, und gibt die Dauer an, für die man einen bestimmten Strom entnehmen kann. Um vorzeitiges Altern oder gar eine permanente Schädigung des Akkus auszuschließen, sollte man nicht mehr als 80% dieser Nennkapazität entnehmen.

Der letzte für die Anwendung relevante Faktor ist die Strombelastbarkeit eines Akkupacks, die „C-Rate“. Diese gibt an, bei welchem Strom man den Akku maximal entladen kann, ohne dass dieser Schaden nimmt. Sie ist der Faktor, welcher multipliziert mit der Kapazität, den Maximalstrom ergibt. 30C bedeutet bei einem Akku mit einer Kapazität von 5000mAh somit einen maximalen Entladestrom von 150A (30 x 5000mA = 150A).
Einfluss von Temperatur

Die Leistungsfähigkeit von LiPo-Akkus ist stark von der Umgebungstemperatur abhängig. Da die optimale Betriebstemperatur bei ca. 40°C liegt, kann eine Vorwärmung der Akkus sinnvoll sein. Bei einer Umgebungstemperatur von unter 10° Celsius ist diese, aufgrund des ausgeprägten Leistungseinbruchs bei Kälte, unumgänglich. Zu diesem Zweck gibt es spezielle Wärmeboxen um die Akkus auf Betriebstemperatur zu bringen. Oft reicht es allerdings auch aus, die Akkus bis zum Einsatz im geheizten Auto aufzubewahren. Der Einsatz von zu kalten Akkus kann diese permanent schädigen oder sogar einen Absturz der Drohne verursachen.

Besonderheiten beim Laden

Da ein LiPo-Pack fast immer aus mehreren Zellen besteht und diese sehr empfindlich auf Über- sowie Tiefentladung reagieren, sollte immer ein spezielles LiPo-Ladegerät verwendet werden, welches die einzelnen Zellen in ihrer Spannung während des Ladevorgangs angleicht. Diesen Vorgang nennt man „balancen“. Benutzt man ein Ladegerät mit Balancer, kann man sicher sein, dass alle Zellen des Packs auf ihre maximale Ladeschlussspannung von ca. 4.2V geladen werden. Man sollte darauf achten, dass die Balancefunktion des Ladegerätes eine Genauigkeit von 15-20mV hat. Nur so ist sicher gestellt, das die Akkus bei maximaler Lebensdauer optimal genutzt werden können.

Bei manchen Akkupacks ist ein Batteriemanagementsystem eingebaut. Dies trifft besonders oft auf große und teure Akkupacks zu. Es stellt sicher, dass der betreffende Akkupack immer optimal ge- und entladen wird. Diese dürfen ausschließlich mit dem dazugehörigen Ladegerät geladen werden.

Damit die teuren LiPo-Akkus eine möglichst lange Lebensdauer haben, sollten diese vor dem Lagern auf 3,85V geladen bzw. bis 3,80V entladen werden und dann kühl und trocken aufbewahrt werden. Ein leerer Akku würde sich durch seine Selbstentladung schnell, mit einhergehender Schädigung der Zellen, tief entladen. Ist der Akku vor dem Einlagern voll geladen, weist er zum einen durch die große enthaltene Energiemenge ein deutlich höheres Gefahrenpotential auf, zum anderen wird er durch die in der Zelle ablaufenden Reaktionen spürbar schneller altern. Viele Ladegeräte besitzen aus diesem Grund ein spezielles „Storage“-Programm, mit welchem der Akku auf die korrekte Lagerspannung ge- bzw. entladen werden kann.

Bei grober Fehlbehandlung können sich LiPo-Akkus selbst entzünden und sogar explodieren. Sobald sich ein Akku stark erwärmt oder gar aufbläht, ist daher besondere Vorsicht angeraten.

Damit es gar nicht erst so weit kommt, sollte man folgende Grundregeln beachten:

* Nur mit geeignetem Ladegerät laden und Zellen möglichst immer balancen
* Maximalstrom keinesfalls überschreiten und nur auf 80% der Nennkapazität entladen
* Maximalen Ladestrom keinesfalls überschreiten (optimal <= 1C)
* Temperaturabhängigkeit der Akkus beachten
* Akkus vor dem Lagern auf die richtige Lagerspannung bringen
* Warme Akkus vor dem Laden abkühlen lassen
* LiPos nie großer Hitze aussetzen
* Mechanisch beschädigte Akkus nicht weiter benutzen
* Aufgeblähte Akkus sicher entsorgen

Aufgrund der möglichen schwerwiegenden Folgen im Fehlerfall sollten die Akkus auch in jedem Fall in einem geeigneten Container oder einem LiPo-Sack möglichst weit entfernt von brennbaren Gegenständen gelagert werden.

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