ENGINEERINGNET - Quadcopters worden gerekend tot de helikopters, vooral omdat ze loodrecht kunnen opstijgen en landen. Op de Technische Hogeschool van Mittelhessen (THM) in het Duitse Friedberg worden ze gebruikt tijdens een wetenschappelijk roboticsproject.
Quadcopters helpen de studenten bij het onderzoek naar vliegeigenschappen. Daarnaast leren ze hoe de quadcopter moet worden bediend. Om de quadcopters tegen schade te beschermen, voorzag de hogeschool haar modellen van kleine stootdempers van ACE.
Als je ingenieur Michael Großfeld en de studenten van de opleiding machinebouw, mechatronica en materiaaltechnologie aan de THM buiten bezig ziet, lijkt het net alsof ze met een gezamenlijke hobby bezig zijn. Modelvliegen is immers een geliefde vorm van vrijetijdsbesteding.
Met zijn vier rotoren is de quadcopter een fascinerend object voor toeschouwers. Hij zweeft beheerst, elegant en schijnbaar gewichtloos door de lucht. Bij bedieningsfouten of uitval van de energiebron kan er echter flinke en dure schade ontstaan.
Om te zorgen dat fascinatie niet omslaat in frustratie wordt het vliegen op de campus in Friedberg in de Duitse deelstaat Hessen geoefend in een testlaboratorium bij THM. Hier kunnen studenten onder meer ervaring opdoen met de koppeling van sensoren om het acceleratievermogen en de hoeksnelheid van quadcopters te meten.
Of ze houden zich bezig met luchtdruksensoren die bijvoorbeeld worden gebruikt om de positie van de quadcopter te regelen. Quadkopters zijn relatief goedkoop en kunnen bij een crash flinke schade oplopen. De relatief eenvoudige mechanische opbouw in combinatie met de moderne accumulatoren, efficiënte draaistroomaandrijvingen, moderne sensoren en eventueel extra ingebouwde camera´s moeten daarom tegen beschadigingen bij het neerstorten worden beschermd.
Componenten zorgen voor zachte landing
Michael Großfeld, wetenschappelijk medewerker in het laboratorium voor robotics, aandrijvingsmechaniek en sensoren, legt uit: “We hebben vanwege de compactheid en vanwege de uitstekende dempingseigenschappen gekozen voor kleine stootdempers. Deze kunnen de vrije val van onze lineair aangedreven, cardanisch opgehangen quadcopter dempen. Het systeem raakt op deze manier bij een crash, bijvoorbeeld door een spontane uitval van de motor, niet beschadigd.”
In het roboticsproject gaat het, naast de verfijning van de vliegeigenschappen van de quadcopter, met name om de bepaling van de parameters die moeten zorgen dat het systeem zichzelf kan stabiliseren. Daarmee wordt de praktijkgerichte aanpak van THM nogmaals onderstreept. Een credo dat de opleidingen van THM met ACE Stoßdämpfer GmbH gemeen hebben.
Bij het bedrijf uit het Duitse Langenfeld werken ingenieurs die op verzoek hogescholen, universiteiten en andere opleidingsinstellingen bezoeken. Ze demonstreren hier, bijvoorbeeld aan de hand van valtesters, dat voor een aandrijving in de machinebouw een zo efficiënt mogelijke demping nodig is. Voor ACE, dat beschouwd, is dit een onderdeel van het serviceconcept. Ook het directe contact met de komende generatie constructeurs is waardevol.
Quadcopter rondom beschermd
Voordat de zoektocht naar de optimale oplossing van start kon gaan, moest er niet alleen rekening worden gehouden met de gebruikelijke data als snelheid en gewicht van de bewegende massa, maar ook met de speciale mogelijkheden van een quadcopter
Omdat hij niet alleen kan zweefvliegen, maar ook scherpe bochten en loopings kan maken, bestaat het gevaar dat hij bij het neerstorten niet altijd op dezelfde manier de grond raakt. Om de eventuele schade in alle denkbare gevallen zo klein mogelijk te houden, besloten de universiteit en ACE om aan de boven- en onderkant drie stootdempers te monteren.
Daarbij ging men ervan uit dat de quadcopter bij het opstijgen en landen ongeveer dezelfde snelheid heeft. Bij een geschatte snelheid van 8m/s ontstaat een impuls van ca. 80 kgm/s en een daarmee gepaard gaande energie van 300 joule. Men ging uit van een gewicht van 10 kg. Uit de tests bleek dat de daadwerkelijke waardes 25 tot 30 procent lager uitvielen dan eerst werd aangenomen.
Er werden vervolgens kleine stootdempers van het type SC650EUM-0 ingebouwd. Deze componenten kenmerken zich door een lange slaglengte met uiterst geringe rem- en reactiekrachten. De onderhoudsarme, gebruiksklare hydraulische componenten kunnen naar keuze met een lineaire of progressieve afremcurve worden geleverd.
Ze beschikken over een geïntegreerde vaste aanslag en zijn vooral geschikt om de kinetische energie van lineaire cilinders, cilinders zonder zuigerstang, handling apparatuur en pneumatisch aangedreven sledes snel en volledig te neutraliseren. De standaardmodellen kunnen worden gebruikt bij temperaturen van 0 °C tot 66 °C. In deze categorie vallen ook de typen die in Friedberg werden toegepast. Daarbij zijn de zelfstellende dempingselementen in staat om een effectieve massa van 2,3 tot 14 kilo met een voor deze toepassing volledige toereikende 73 Nm/slag te vertragen.
Michael Großfeld hoefde zich geen zorgen te maken over de maximale energieopname per uur. Want in tegenstelling tot de noodzakelijke, regelmatige dempingsprocessen in de automatisering, worden de ingebouwde kleine stootdempers bij het proefstation maar zelden gebruikt. Omdat ACE ernaar streeft om constructeurs zoveel mogelijk oplossingen op maat aan te bieden, maken de kleine stootdempers indruk met een uiterst kleine, overlappend hardheidsbereik. Daardoor zijn ze prima geschikt voor een effectieve massa van 0,7 kg tot 2.088 kilo.
Daarnaast levert ACE diverse speciale uitvoeringen. Zo zijn deze componenten leverbaar voor de meest uiteenlopende snelheden en zelfs als zeewaterbestendige uitvoering van RVS of met extra geleidingspennen bij grote hoekafwijkingen. Mochten de quadcopters uit Friedberg toch ooit buiten gebruikt gaan worden, dan zijn ze in uiteenlopende situaties goed beschermd.
Voor meer informatie
ACE Stoßdämpfer GmbH, Benelux
Maasstraat 24 - NL-6241DJ Bunde
r-kueppers@ace-int.eu - www.ace-ace.de
Bericht van de redactie: dit is een ingezonden mededeling, die mogelijk niet vrij is van commerciële invloeden. De verantwoordelijkheid voor de verstrekte technische en andere gegevens berust volledig bij de vermelde leverancier of fabrikant.
