Nachhaltiger Multicopter als Forschungsprojekt
Fraunhofer WKI entwickelt gemeinsam mit Industriepartnern Prototyp eines Multicopters mit reduziertem Kunststoffanteil
Gemeinsam mit den Unternehmen Leichtwerk und Jowat hat das Fraunhofer Institut für Holzforschung WKI einen neuen Multicopter auf Basis regional verfügbarer Rohstoffe entwickelt. Dank eines biobasierten Strukturdesigns sowie einer modularen Bauweise gilt das neue Fluggerät als nachhaltiger als vergleichbare, konventionelle Drohnensysteme.
Der zivile Markt für Drohnen wächst seit einigen Jahren, insbesondere Multicopter werden stark nachgefragt. Das Marktwachstum führt jedoch zu einem hohen Bedarf kritischer Materialien für die Multicopter-Produktion. "Unser Ziel war es daher, ein ressourceneffizientes Multicopter-System auf Basis nachwachsender, regional verfügbarer Rohstoffe zu entwickeln. Derzeit marktgängige Multicopter bestehen zumeist aus faserverstärkten Kunststoffen. Für das neue Multicopter-System sollten größtenteils Rohstoffe eingesetzt werden, die in Deutschland hergestellt werden", sagt Dr. Arne Schirp, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Holzforschung Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI). Außerdem sollte der Kunststoffanteil in den Multicoptern reduziert werden.
Geeignete Klebstoff- und Beschichtungssysteme
Das Konzept für das Multicopter-System stammt von der Leichtwerk AG, die das Verbundprojekt koordiniert und die luftfahrttechnische Entwicklung vorgenommen hat. Zur Erprobung und Optimierung wurden Betriebs- und Flugversuche durchgeführt. Der Projektpartner Jowat SE war mit der Entwicklung geeigneter Klebstoffsysteme betraut. Das Unternehmen Auro aus Braunschweig stellte Beschichtungssysteme auf Basis nachwachsender Rohstoffe zur Verfügung, die zur Anwendung in der Drohne getestet wurden.
"Bisher kommen für nahezu alle am Markt erhältlichen Multicopter konventionelle, faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz. Ihre hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten übertreffen zum Teil die Lastenanforderungen von Multicoptern. Unser Ziel am Fraunhofer WKI bestand darin, passgenaue nachhaltigere Materialien zu entwickeln und herzustellen, die den Lastenanforderungen ausreichend gerecht werden und überwiegend aus nachwachsenden Ressourcen bestehen. Wichtig war auch, die einfache Austauschbarkeit von gegebenenfalls defekten Komponenten sicherzustellen", erläutert Dr. Schirp.
Naturfaserverstärkte Biokunststoffe
Für den neuen Multicopter kommen Lagenwerkstoffe aus 3D-Furnieren, naturfaserverstärkte Kunststoffe auf Duroplastbasis und thermoplastisch verarbeitbare, naturfaserverstärkte Biokunststoffe zum Einsatz. Die Rotorblätter bestehen, anders als bei herkömmlichen Multicoptern, aus Furnierholz. Der entwickelte Multicopter verfügt über 25 kg Abflugmasse. Durch seine modulare Bauweise kann er für spezifische Verwendungsfälle angepasst werden. Das Drohnen-System ist wasser- und staubdicht.
Durch die Erprobung verschiedener Ansätze konnten erfolgreich Verfahren entwickelt werden, um Bauteile in der gewünschten Form auf Furnierbasis umzusetzen. Die Forschenden konnten ebenfalls Verfahren entwickeln, um Bauteile aus Flachsfaser-Prepreg und Flachsgewebe herzustellen.
Zur Optimierung der Materialien führten die Forschenden diverse Tests durch, unter anderem hinsichtlich Steifigkeit, Festigkeit sowie Wasseraufnahme und Quellung. Die Beschichtungen wurden mittels künstlicher und natürlicher Bewitterungszyklen getestet. Die entwickelten Materialien wurden für die Prototypenentwicklung verwendet. Die Flugtauglichkeit des Prototyps wurde in einem Testflug nachgewiesen.
Ein Video vom Testflug des Multicopters und weitere Informationen finden Sie hier.
