Die Zukunft der unbemannten Luftfahrzeuge: zwischen Ausfallsicherheit und Konnektivität

Immer mehr professionell eingesetzte Drohnen fliegen mit Antrieben von maxon. Mit seinen Motoren trägt der Schweizer Hersteller zur Sicherheit und Zuverlässigkeit der Luftfahrtzeuge bei. Zugleich steht die Systemoptimierung aller Bauteile des komplexen Systems Drohne im Fokus. «Der grosse Sprung dürfte wohl in der Vernetzung, Kommunikation und Intelligenz der Systeme liegen», sagt Marco Sicher, Business Development Engineer Aerospace bei maxon. 

Herr Sicher, welche Bedeutung hat das Anwendungsgebiet der Drohnen für den Antriebsspezialisten maxon? 

maxon Produkte werden seit Jahren immer mehr in herkömmlichen Luft- und Raumfahrt-Anwendungen erfolgreich eingesetzt. Die unbemannten Luftfahrzeuge, auch UAV (engl. Unmanned Aerial Vehicle) genannt, gewinnen gerade im Markt der industriellen Luft- und Raumfahrt an Bedeutung. Dieser Markt entwickelt sich von einem tendenziell eher Hobby-orientierten Umfeld zu einem professionell aufgestellten Marktsegment. Hier möchte maxon aktiv teilhaben und für die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Produkte sorgen sowie zum Wachstum beitragen. 

Begeben Sie sich mit dem Drohnenmotor auf neue Wege? 

Nein, nicht direkt. Obwohl es sich um ein neues Einsatzgebiet der maxon Motoren handelt, kennen wir die hohen Luft- und Raumfahrtanforderungen sowie die dafür notwendige Motor- und Steuerungstechnologie genau. Dieses Wissen konnte das Team übertragen und dafür Synergien nutzen. Im Bereich neuer Themen wie der Propeller-Aerodynamik wurden ein starkes Netzwerk und neues Know-how aufgebaut. 

Heben Drohnen mit integriertem maxon Antrieb bereits ab und mit wem kooperieren Sie dabei? 

maxon Antriebe werden weltweit bei verschiedenen Kunden getestet, sowohl unter Laborbedingungen als auch unter realen Bedingungen bei Flugtests im Feld. Um selbst wichtige Erfahrungen und Erkenntnisse aus den Flugversuchen zu gewinnen, hat das maxon Team zudem eine eigene Test-Drohne mit den Komponenten aus unserem Drohnen-Portfolio gebaut. Parallel dazu nutzen wir die Nähe zu Universitäten, Mitgliedschaften in Verbänden sowie neue Partnerschaften, zum Beispiel im Bereich Propeller, um Know-how zu generieren und als gesamtheitlicher Partner auftreten zu können. 

Welche Anforderungen muss ein Motor erfüllen, damit Drohnen möglichst lange Missionen, aber auch Indoor-Flüge unternehmen können? 

Eine lange Flugzeit wird dann erreicht, wenn das komplette Antriebssystem optimal zusammenarbeitet und das Maximum aus der in der Batterie gespeicherten Energie herausholt. Das heisst konkret, die Motoren müssen möglichst effizient arbeiten und auf den Propeller, die elektronische Steuerung (ESC) und auch auf die Flugmission abgestimmt sein. Nicht zu vernachlässigen ist der Einfluss der Umwelt auf den Motor während der verschiedenen Missionen, beispielsweise hohe und niedrige Temperaturen oder Feuchtigkeit. Im Gegensatz dazu stellen Flüge in geschlossenen Räumen andere Anforderungen an das Antriebssystem, wie beispielsweise kompakte Baugrösse oder Geräuschemissionen. 

Erfordern Drohnenmotoren einen neuen Entwicklungsansatz? 

Grundsätzlich sind wir es gewohnt, Antriebe und Systeme für höchst anspruchsvolle Anwendungen zu entwickeln. Daher ist unser Entwicklungsansatz gut geeignet. Bei Drohnenmotoren wird allerdings ein besonderer Fokus auf das Gewicht gelegt, bei gleichzeitig sehr hohen Qualitäts- und Leistungsanforderungen. Zusätzlich kommt die Systemkomplexität des Drohnenantriebs hinzu, denn aerodynamische Effekte des Propellers sowie die aktive Kühlung durch den Luftstrom haben einen wesentlichen Einfluss auf das Motordesign. 

Können Sie hier von Produktinnovation sprechen oder geht es eher darum, das Gesamtkonzept Drohne zu optimieren? 

Das Zusammenspiel aller Bauteile ist für einen bestmöglichen Einsatz entscheidend. Es geht also primär darum, ein System zu entwickeln, in dem alle Komponenten aufeinander abgestimmt sind. Die Motor- und auch Steuerungstechnologie an sich ist für maxon nichts Neues, sondern spezifisch für diesen neuen Markt optimiert. 

Welche technologischen Sprünge sind hier noch denkbar? 

Neue Materialien und Technologien führen zu immer stärkeren und kompakteren Motoren. An der Systemoptimierung aller Bauteile arbeitet maxon bereits heute. Der grosse Sprung dürfte allerdings eher in der Vernetzung, Kommunikation und Intelligenz der Systeme liegen. Es wird immer wichtiger, dass in einem solchen komplexen System die Bauteile untereinander kommunizieren und wichtiges Feedback an die Betreibenden melden können.  

Welches Innovationspotenzial hat der Drohnenantrieb?

In der genannten Kommunikationsfähigkeit steckt ein grosses Potenzial. Zusätzlich sehen wir auch im Bereich der prädiktiven Instandhaltung (engl. Predictive Maintenance) grosse Entwicklungschancen und Möglichkeiten. Dabei handelt es sich um die gezielte und vorbeugende Wartung der Systeme und des Antriebs. 

Setzen Sie auch Katalogprodukte ein, die spezifisch angepasst werden? 

Im Bereich der Drohnenantriebe, also der Motoren, die die Propeller antreiben, hat maxon neue, spezifisch dafür ausgelegte Motoren mit darauf abgestimmter elektronischer Steuerung entwickelt. Die grundlegende Motortechnologie entspringt aber bewährten Katalogprodukten für verschiedenste Industrieanwendungen. In anderen Teilen der Drohne, wie etwa Gimbal-Systemen oder Greifmechanismen, setzen wir auf bewährte Katalogprodukte, die je nach Kundenanforderungen optimiert und modifiziert werden. 

Was ist aus Sicht des Motorenlieferanten bei unbemannten Fluggeräten anders als bei bodengebundenen Transportsystemen?

Die Sicherheit und Verlässlichkeit der Komponenten steht absolut im Fokus. Besonders bei neuen Technologien, die sich erst noch in der Öffentlichkeit und im regulatorischen Umfeld etablieren müssen, sowie generell im Luft- und Raumfahrtbereich, ist ein störungsfreier Betrieb unablässig. Die Reduktion des Gewichts der Komponenten bei allen Fluggeräten ist ein weiterer wichtiger Aspekt. Dies ist in Kombination mit hohen Ansprüchen an die Qualität und die Umweltanforderungen ein anspruchsvoller Drahtseilakt zwischen Robustheit und gewichtsoptimiertem Design. 

Drohnen sind nichts Neues. Was können Sie als Komponentenlieferant dazu beitragen, dass sich die Drohnentechnik insgesamt weiterentwickelt?

Drohnen gibt es zwar seit einigen Jahren, doch erst jetzt passiert der grosse Sprung von Hobby- zu professionellen Anwendungen und Dienstleistungen. Das professionelle Umfeld stellt andere und vor allem deutlich höhere Anforderungen an alle Elemente der Drohnen. Hier kann der Komponentenlieferant mit zuverlässigen, qualitativ hochwertigen und sicheren Produkten einen grossen Unterschied machen und zur Weiterentwicklung der Drohnentechnologie beitragen. 

Wie eng ist hier Ihre Zusammenarbeit mit dem Systemhersteller? 

In allen Industrien versucht maxon eine enge Beziehung mit Kunden zu pflegen, denn nur so sind die bestmöglichen Lösungen realisierbar. Auch bei Drohnen trifft das zu. Nur in Zusammenarbeit mit dem Systemhersteller können die individuellen Anforderungen herauskristallisiert werden und in die Entwicklung mit einfliessen. Das reicht von einfachen Modifikationen bis hin zu kundenspezifischen Antrieben und Steuerungen. In unserem Entwicklungsprozess werden zudem Rückmeldungen vom Systemhersteller in der Weiterentwicklung und zur Optimierung verwendet.