Die Fusion mit Microdrones bringt Schübeler mehr FuE-Möglichkeiten

Daniel Schübeler, CEO von Schübeler Technologies, nahm kürzlich an einem Software- und Technologie-Podcast teil, in dem es um vertikale Start- und Landetechnologie oder VTOL, VTOL-Technologie, ging. In diesem Podcast untersucht Daniel die Frage des Impeller-Antriebs für vertikale Start- und Landeplattformen, wie sie sich auf VTOL-Anwendungen auswirken und wie eine komplexe und komplizierte Lösung für den Impeller-Antrieb in der Praxis aussieht. Der Podcast kann im Player unten angehört oder in der bereitgestellten Zusammenfassung gelesen werden.

 

Schübeler Technologies und VTOL-Technologie

Das im Jahr 1997 gegründete Unternehmen Schübeler Technologies liefert modernste Impeller-Antriebsdüsen und stellt leichte Verbundwerkstoffe her. Mit einer vollständigen Produktpalette an robusten Turboventilatoren, Düsen, Kompressoren, Pumpen, Elektromotoren, Kohlefaser- und Aluminiumverbundwerkstoffen sind die Schübeler-Produkte für extreme Bedingungen und anspruchsvolle Außeneinsätze ausgelegt. Diese Komponenten bieten Schubkraft und leichtgewichtige Langlebigkeit für High-Tech-Anwendungen wie UAVs, den professionellen Motorsport und schwere Außengeräte.

Schübeler Technologies sieht Vertikalstart und -landung (VTOL) als vielversprechende Richtung für Drohnen in naher Zukunft. Daniel Schübeler, CEO von Schübeler Technologies, merkt an, dass das Unternehmen im Bereich der Drohnentechnologie ein VTOL-Vorreiter ist. „Wir sind Pioniere auf diesem Gebiet“, meint er. „Wir haben die erste VTOL-Drohne im Jahr 2010 gebaut. Es handelte sich um eine Kooperationsinitiative mit Kippflügel zwischen Schübeler, Microdrones und der RWTH Aachen, bei der die experimentelle VTOL-Flugzelle entwickelt wurde.“

Intelligente Technologie stellt die Weichen für die Zukunft von VTOL

VTOL gab es jedoch schon lange vor Schübeler Technologies. Die Geschichte des Senkrechtstarts und der Senkrechtlandung reicht bis in die Anfänge der modernen Luftfahrt zurück. Im Jahr 1907 flog ein primitiver Hubschrauber, der aber erst nach dem zweiten Weltkrieg Bedeutung in der Flugwelt gewann. Der springende Punkt bei VTOL ist die Physik, denn es spielen zwei gegensätzliche Forderungen eine Rolle – die Notwendigkeit, zu schweben und einen Vorwärtsflug zu realisieren.

Aufgrund dieses Schiebens und Ziehens befand sich VTOL lange Zeit im Bereich des Möglichen, aber nicht des Machbaren. Es war ein Bereich, der hauptsächlich für militärische Anwendungen vorgesehen war, aber intelligente Technologie beseitigt einige ihrer früheren Einschränkungen durch Impeller mit elektrischem Antrieb, die im Fokus von Schuebeler Technologies standen. 

Aber wie sieht es mit der Zukunft dieses Bereichs und neuen Anwendungen aus?

„VTOL ist heutzutage ein sehr bekanntes Wort bei all den Neugründungen im Transportwesen und im Lufttaxi-Markt“, so Daniel Schübeler, CEO von Schübeler Technologies. „Wenn man über die Machbarkeit nachdenkt, ist der Transport von Gütern realistischer als der von Menschen.“

Während es in dicht besiedelten Metrogebieten sicherlich sinnvoll ist, über das Lufttaxi-Geschäft nachzudenken, ist der Transport von Personen und Gütern durchaus verschieden. Es gibt mehr Vorschriften und Sicherheitsbedenken sowie einen Bedarf für größere Transportmittel. Die Markteinführung ist eine teure und komplexe Idee, aber viele Unternehmensgründer hoffen, genau das zu erreichen.

Erklärung eines VTOL-Fluggeräts oder Senkrechtstarters

A VTOL aircraft is one that can hover, take off and land vertically. The segment includes both fixed-wing aircraft and helicopters. While VTOL technology is understood to be valuable, it’s been challenging to be successful. One of the best examples of a VTOL aircraft is the Osprey, an aircraft helicopter hybrid.   

Ein VTOL-Fluggerät ist ein Fluggerät, das vertikal schweben, starten und landen kann. Zu diesem Segment gehören sowohl Starrflügelflugzeuge als auch Hubschrauber. Obwohl die VTOL-Technologie als wertvoll gilt, war es eine Herausforderung, damit erfolgreich zu sein. Eines der besten Beispiele für ein VTOL-Fluggerät ist die Osprey, ein Flugzeug-Hubschrauber-Hybrid.

Die größte Herausforderung bei der VTOL-Technologie liegt in der Schwebe- und Vorwärtsbewegung. Der Schwebeflug erfordert eine beträchtliche Luftmenge und hohen Schub bei geringer Leistung. Der Vorwärtsflug erfordert eine geringere Luftmenge und eine Beschleunigung auf hohe Geschwindigkeit.

Dabei handelt es sich um zwei sehr unterschiedliche Vorgänge, die gegeneinander arbeiten, so dass die Leistung unsicher ist. Aus diesem Grund war die Skalierbarkeit bisher keine praktikable Option.

„Neben Schübeler kann ich nur ein, vielleicht zwei Unternehmen nennen, die mit einem wirklich seriösen Hintergrund im Bereich elektrischer Impeller-Antriebe arbeiten“, sagt Schübeler. „Diese ein oder zwei Unternehmen arbeiten an ihren eigenen, maßgeschneiderten Lösungen für ihre eigene Art von Lufttransportprojekten. Man kann also mit Fug und Recht behaupten, dass Schübeler als einziges Unternehmen auf dem Markt eine breite Produktpalette auf einem sehr hohen technologischen Niveau anbietet. Unsere Produktpalette reicht derzeit von einigen hundert Watt bis zu 17 bis 18 Kilowatt pro Impeller.“

Intelligente Technologie und Innovation bringen VTOL in den Bereich des Möglichen

Allerdings befindet sich Schübeler Technologies auf dem Weg der Entwicklung elektrischer Antriebs-Impeller, um die Anforderungen für VTOL-Fluggeräte zu erfüllen, so dass Leistung und Flexibilität erhalten bleiben.

„Bei VTOL muss man den besten Kompromiss zwischen den beiden Anforderungen akzeptieren“, erklärt Daniel.  

Das Unternehmen arbeitet an elektrischen Antrieben, um die Anforderungen von VTOL zu erfüllen, wobei es im Laufe der Jahre von vorangegangenen Problemen wie überhitzten Motoren und Akkus, die keine ausreichende Reichweite hatten, gelernt hat.

Mit Innovationen entwickelten sie einen neuen Motor mit entsprechenden Kühlkonzepten. Das Unternehmen verfolgte einen systematischen Ansatz zur Lösung der Herausforderungen und verstand das Gesamtbild, wie Schwebe- und Vorwärtsflug ermöglicht werden können. Die jahrelange Perfektionierung dieser Impeller hat der Branche ein umfangreiches Sortiment für den Einbau in verschiedene Fluggeräte eingebracht.

Schübeler Technologies konzentriert sich weiterhin auf die Steigerung der Motoreffizienz und der mechanischen Robustheit, wodurch VTOL in Zukunft leichter zugänglich werden könnte, sobald mehr Anwendungen realisierbar werden.

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Das mit einem elektrischen Impeller ausgestattete Jet-Modell bricht den Geschwindigkeitsrekord und etabliert einen neue Richtung für kommerzielle UAV-Innovationen.

von Vicki Speed, Technologiereporterin

Innovation im Flugzeugmodellbau scheint nicht das Forum für den Fortschritt im kommerziellen und militärischen UAV-Betrieb zu sein – oder doch? Im Jahr 2019 wollte einer der weltweit erfolgreichsten Piloten im Hochgeschwindigkeitsflugmodellbau, Bruno Stükerjürgen, in Osnabrück, Deutschland, an einem der größten Geschwindigkeitswettbewerbe der Szene teilnehmen. Um im Wettbewerb bestehen zu können, war es Stükerjürgens Ziel, statt der herkömmlichen schlanken Bauweise eine maßgefertigte Flugzelle zu bauen, die den scheinbar unerreichbaren Rekord von 400 km/h für die Fluggeschwindigkeit von Modellflugzeugen übertreffen konnte.

Zur Erreichung seines Ziels griff er auf das Fachwissen seines Flugzeugmodellbaukollegen Daniel Schübeler zurück, dem Gründer der Schübeler Technologies GmbH, einem führenden deutschen Hersteller von modernsten Impellerantrieben und Leichtbaukomponenten, der zum kommerziellen UAV-Entwickler Microdrones gehört.

Schübeler empfahl einen elektrisch angetriebenen Impeller (oder auch EDF-Antriebssystem), ähnlich den in Luftfahrzeugen und Flugzeugen verwendeten Fan Antrieben, um höhere Fluggeschwindigkeiten zu erreichen. Das Ergebnis übertraf die Erwartungen von Stükerjürgen bei weitem und öffnete die Tür für die Entwicklung einer neuen Generation unbemannter kommerzieller und militärischer Systeme, bei denen Sicherheit und Geschwindigkeit zählen.

Optimiert für Geschwindigkeit

Stükerjürgens Flugzelle wurde von einem Studenten der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen entworfen.

Stükerjürgen lieferte die Paramater wie Luftwiderstandskoeffizient und Referenzfläche an Schübeler Technologies, um den Impeller zu entwerfen. Ob robuste Fans, Ventilatoren, Kompressoren oder Elektromotoren, die Produkte von Schübeler Technologies sind so konzipiert, dass sie extremen Bedingungen und anspruchsvollem Außeneinsatz standhalten und High-Tech-Anwendungen wie UAVs, professionellem Motorsport und schweren Außengeräten Schubkraft und leichtgewichtige Langlebigkeit bieten.

Ein Impeller ist ein ummantelter Axialventilator mit niedrigem Durchmesser, ideal zur Erzeugung von höherem Druck, geringerem Volumendurchsatz und hoher Strahlgeschwindigkeit. Im Gegensatz zu einem freiliegenden Propeller haben Impeller, auch Axialventilatoren oder Fans genannt, Rotorblätter, die in einer Verkleidung montiert sind. Diese Konstruktion ist entscheidend für die Effizienz der Rotorblätter (d. h. hoher Schub, geringe Energie). Selbst der kleinste Fehler in einem aerodynamischen System kann zu einem Effizienzverlust von 30 bis 40 Prozent führen.

Schübeler war der Ansicht, dass die elektrische Impellerlösung einfacher zu fertigen sein würde als konventionelle elektrische Antriebs- oder Mehr-motorenlösungen und eine höhere Agilität bieten würde.

Für Stükerjürgens Flugzelle arbeitete Schübeler mit dynamischen Leistungskurven – die für jeden Schübeler-Impeller verfügbar sind – um den Stromverbrauch bei verschiedenen Geschwindigkeiten vorherzusagen. Das Team entwarf auch die Ein- und Auslassgeometrien, entscheidende Elemente für jedes optimierte Antriebssystem. Das Design der Rotorblätter war ebenfalls entscheidend für die Entwicklung eines sicheren und zuverlässigen Systems, das hohen Schub mit geringer Energiezufuhr und somit längere Flugzeiten ermöglicht. Erste Schätzungen ergaben, dass der DS-51-AXI HDS (90 mm) mit einem Standardmotor mindestens 430 km/h erreichen und dabei weniger als 6 kW verbrauchen würde.

Stükerjürgen und Schübeler stellten das Konzept einige Monate später beim Osnabrücker Modellflugwettbewerb unter Beweis.

Stükerjürgens Flugzelle, die von einem Katapult aus gestartet wurde, erreichte eine Höchstgeschwindigkeit von 460 km/h und eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 430 km/h in der Bahn – und das bei einem um rund 500 W geringeren Energieverbrauch im Vergleich zu anderen Antriebssystemen.

Schübeler: „Das System ist schnell, leistungsstark und hocheffizient. Wir erreichten einen Wirkungsgrad von rund 65 Prozent, was vergleichbar ist mit schnell drehenden Propellern für höhere Geschwindigkeiten.“ Er ist besonders stolz darauf, dass die Realität den theoretischen Zahlen sehr nahe kam und fügte hinzu: „Unsere Ergebnisse aus der Praxis stimmten gleich beim ersten Mal mit unseren Vorhersagen über Leistung und Geschwindigkeit überein. Wir benötigten nicht mehrere Entwicklungsschleifen – das ist sehr zufriedenstellend.“

Bruno Stükerjürgens kundenspezifische Flugzeugzelle mit einem Schübeler EDF-fähigen Antriebssystem.

EDF im Extrembereich

Während das Projekt Stükerjürgen ein unterhaltsames und sehr erfolgreiches  Experiment war, um zu demonstrieren, dass ein elektrischer Impeller ein sehr schnelles Modellflugzeug antreiben kann, hat es sich im UAV-Bereich als viel bedeutender erwiesen.

„Grundsätzlich konnten wir nachweisen, dass Impellerantriebssysteme bei guter Integration eine effiziente Alternative zu Propellern darstellen,“ erklärt Schübeler. „Ein elektrisches Impellerantriebssystem bietet im Vergleich zu Systemen mit kleinen Strahltriebwerken erschwinglichere Energieoptionen für unbemannte Fluggeräte.“

Nach gängiger Auffassung ist für die Erhöhung des Schubs eines elektrischen Impellers, also die Erzeugung von mehr Leistung und Geschwindigkeit, zusätzliches Gewicht erforderlich. Das Entwicklungsteam von Schübeler kann jedoch die Impellersysteme – einschließlich optimaler Steigung, Rotoranzahl, Durchmesser, Gewicht und Auswuchtung – auf jede beliebige UAV-Flugzelle und die gewünschten Flugparameter abstimmen, was exakt dem entspricht, was sie für Stükerjürgens Flugzelle taten. Schübeler entwickelt auch die HST® Produktfamilie, die häufig von Universitäten für die Windkanalforschung verlangt wird. So ist beispielsweise die Impeller/Motor-Kombination DS-51HST in einer 1100-kV- und einer 950-kV-Version erhältlich.

Das Schübeler-Team ist imstande, die Leistung seiner Impellerantriebssysteme unter sehr präzisen Flugbedingungen, selbst bei extremen Anwendungen, vorherzusagen. Ein Produkt von Schübeler wird sogar in der Stratosphäre in ca. 16.000 Meter (55.000 Fuß) Höhe eingesetzt.

„Die elektrischen Impellerantriebssysteme der Zukunft bewegen sich in Richtung einer ausgewogenen Mischung aus Schwebeflug, Langsamflug und hoher Reisefluggeschwindigkeit in Kombination mit längeren Flugzeiten“, kündigt Schübeler an.

Eine Nahaufnahme des Impeller DS-51-AXI HDS (90 mm).

Mit Strahlgeschwindigkeit voraus

Schübeler und sein Team konzentrieren sich zudem auf die tiefergehende Entwicklung professioneller Antriebssysteme für kommerzielle UAVs. „Bei diesen schwierigen Anwendungen stehen wir vor thermischen und mechanischen Herausforderungen; es gibt immer die Möglichkeit zur kontinuierlichen Verbesserung bei der Entwicklung und Fertigung von Motoren.“ sagt er.

Der langfristige Auftrag, so Schübeler, bestehe darin, akkubetriebene elektrische Flugplattformen so gut zu konstruieren, dass sie anspruchsvolle Missionen erfüllen können. Er wies auf die mögliche Nutzung von elektrischen Impellern als Steuer- und Antriebssysteme für Fluggeräte in Anwendungen hin, bei denen die Größe begrenzt ist und hohe statische Schübe erforderlich sind, z. B. bei Fluggeräten, die vertikal starten und landen können (VTOL), bei Luftkissenfahrzeugen oder sogar bei gesteuerten Tragflächenflugzeugen.

Bruno Stükerjürgen und die Schübeler Technologies GmbH setzen die Untersuchung elektrischer Impeller für Hochgeschwindigkeits-Flugzellen im Jahr 2020 fort. Schübeler zum Abschluss: „Als nächstes entwickeln wir ein Antriebssystem, das 500 km/h erreichen kann, wobei für die zusätzlichen 40 km/h eine enorme Leistungssteigerung erforderlich ist. Diese Art von Leistungssprung kommt nicht nur aus der Effizienz, aber wir freuen uns darauf, ihn zu erzielen.“

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Das Versinken in der Alltagsarbeit bei der Führung eines kleinen Unternehmens kann von den eigentlich wichtigeren Aufgaben ablenken: dem Produktdesign und der Produktentwicklung. Verwaltungsaufgaben, organisatorische Belange und der Vertrieb in einem internationalen Markt haben oft Vorrang vor Forschung und Entwicklung.

Dies war der Fall für Daniel Schübeler, CEO und Gründer der Schübeler Technologies GmbH, einem führenden Hersteller von modernster Aero-Antriebstechnik und Leichtbauteilen. Ende letzten Jahres fusionierte das Unternehmen mit Microdrones, dem richtungsweisenden Anbieter voll integrierter Systeme für Vermessungs-, Kartierungs-, LiDAR- und Inspektionsanwendungen in den Bereichen Bauwesen, Bergbau, Energie, Landwirtschaft und Infrastruktur.

Mit dem gemeinsamen Interesse am technologischen Fortschritt und der Motivation, UAVs in neue Höhen aufsteigen zu lassen, haben sich diese beiden Unternehmen zusammengeschlossen und kombinieren Wissen und Erfahrung, die beiden Unternehmen zugutekommen. Während die Fusion die Kapazitäten der UAV-Technologie von Microdrones ausbaut, hat Schübeler nun die Freiheit, sich auf Forschung und Entwicklung zu konzentrieren und Spitzeninnovationen zu realisieren, die die Zukunft von UAVs, Elektrojets und vielem mehr bestimmen werden.

Sehen Sie sich dieses Video an, um zu erfahren, warum die Interessenvertreter von Schübeler der Meinung sind, dass die Fusion mit Microdrones dem Unternehmen mehr Raum, mehr Tools und mehr Möglichkeiten eröffnet.

XB-70 Nachbau in Aktion!

Über mehr als 20 Jahre hat sich die Schübeler Technologies GmbH weltweit als führender Hersteller von modernen elektrischen Antriebssystemen und leichten Flugzellstrukturen etabliert. Die Produkte von Schübeler Technologies sind so konzipiert, dass sie extremen Bedingungen und anspruchsvollem Außeneinsatz standhalten und Schubkraft und leichtgewichtige Langlebigkeit für High-Tech-Anwendungen wie im professionellen Motorsport und bei schweren Außengeräten bieten.

 

Ende letzten Jahres freute sich Schübeler Technologies über die erfolgreiche Fusion mit Microdrones, dem Entwickler des weltweit ersten kommerziellen unbemannten VTOL-Fluggeräts. Die Fusion im Jahr 2018 war jedoch nicht der Beginn für diese beiden deutschen Hersteller und auch nicht die erste Einführung von Schübeler Technologies in die Welt der UAVs. Ihre Geschichte reicht fast 15 Jahre zurück, als der Erfinder Udo Jürss eine Prototyp-Quadkopter-Drohne entwickelte, die für ihre Funktionstüchtigkeit in einer Vielzahl von Anwendungen große Bekanntheit erlangte. Zusammen mit dem Algorithmikmeister Jan Wendel und dem Gründer und Aerodynamik-Experten Daniel Schübeler gründete er Microdrones im Jahr 2005.

 

Seitdem verzeichnet Microdrones ein exponentielles Wachstum und bietet voll integrierte Systeme für Vermessungs-, Kartierungs-, LiDAR- und Inspektionsanwendungen in den Bereichen Bauwesen, Bergbau, Energie, Landwirtschaft und Infrastruktur. Während er auch nach der Gründung von Microdrones ein stetiger Entwicklungspartner blieb, entschied Schübeler sich, ein eigenes Unternehmen zu gründen. Seit 1997 baut Schübeler Technologies seine Aktivitäten aus und erweitert seine Fähigkeiten zur Leistungsoptimierung, entwickelt und produziert effiziente Antriebstechnik und Leichtbaukomponenten, darunter einen CFK-Axialventilator für den Sport- und Hobbybereich, ultraleichte und hocheffiziente Lithium-Batterien und andere innovative und robuste Lösungen, die den extremen Anforderungen des professionellen Motorsports und UAV-Anwendungen standhalten. Von der Konzeption und Konstruktion über Machbarkeitsstudien bis hin zur Fertigung liefert Schübeler Technologies maßgeschneiderte Komplettlösungen für höchste Ansprüche.

 

Als wegweisender Gründer engagiert sich Daniel Schübeler weiterhin für die Weiterentwicklung der UAV-Technologie. Der Zusammenschluss der beiden Unternehmen vereint die Talente, die Technologie, das Know-how und die Investitionskapazitäten von Microdrones und Schübeler Technologies, um UAVs zu neuen Höhen zu führen – ein dynamisches Szenario für den weiteren Erfolg. Mit leistungsfähigen Turboventilatoren, Düsen, Kompressoren, Pumpen, Elektromotoren, Kohlefaser- und Aluminiumverbundwerkstoffen hat Microdrones jetzt einen beispiellosen Zugang zu einer vollständigen Produktpalette robuster Komponenten, um die eigenen fortschrittlichen UAV-Systeme weiter zu unterscheiden.

 

Vivien Heriard-Dubreuil, Präsident von Microdrones, konzentriert sich auf die zukünftige Entwicklung von Drohnen und erklärt: „Wir möchten unseren Kunden neue Technologien und Fähigkeiten in der Luftfahrt in Form von unbemannten Fluggeräten der nächsten Generation anbieten.“

 

„Die Fusion liegt mir sehr am Herzen, aber sie ist auch praktisch sinnvoll.  Wir können nun das Wissen bündeln, das wir in den letzten zwanzig Jahren in beiden Unternehmen aufgebaut haben“, sagt Schübeler. „Die Kombination unserer Teams wird in den kommenden Jahren zu erstaunlichen Lösungen führen.“

 

Bei dieser Fusion hält Schübeler Technologies seine Marke, kombiniert aber Dienstleistungen in den Bereichen Verwaltung, Organisation sowie internationaler Vertrieb und erweitert gleichzeitig die Leistungsfähigkeit der UAV-Technologie von Microdrones. Schübeler setzt auch die Weiterentwicklung anderer bestehender Geschäftsfelder wie Flugzeugmodellbau, kundenspezifische Forschungs- und Entwicklungsprojekte fort, um die verschiedenen Nischenzielgruppen, darunter ambitionierte Flugmodellbauer, zu bedienen.

 

 

Frohe Weihnachten und alles Gute für 2019. Wir sind mit einer kleinen Truppe am 2. Januar zurück und arbeiten mit der gewohnten Mannschaft ab dem 7. Januar 2019.

 

Im Rahmen der fortlaufenden weltweiten Expansion ist Microdrones stolz darauf, eine Fusion mit Schübeler Technologies bekannt zu geben. Seit der Gründung im Jahr 1997 hat Schübeler ein globales Unternehmen aufgebaut, das fortschrittliche Lüfterantriebsdüsen und die Herstellung von leichten Verbundwerkstoffen anbietet.

 

Mit einer vollständigen Produktpalette an robusten Turboventilatoren, Düsen, Kompressoren, Pumpen, Elektromotoren, Kohlefaser- und Aluminiumverbundwerkstoffen sind die Schübeler-Produkte für extreme Bedingungen und anspruchsvolle Außeneinsätze ausgelegt. Diese Komponenten bieten Schubkraft und leichtgewichtige Langlebigkeit für High-Tech-Anwendungen wie UAVs, den professionellen Motorsport und schwere Außengeräte.

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