Ausarbeitung

Konstruktion

Konzept
Um eine möglichst realitätsnahe Abbildung zu erstellen, sollte das 4:1 Model des Hexacopters als Vorbild genommen werden. Des Weiteren wurden auch hier schon viele Bauteile als Vorgabe verwendet. Das waren zum einen der komplette Aufbau der Ausleger, also Abmessungen des CFK-Rohrs, zu verwendende Auftriebseinheiten, Motorhalterungen und die Scharniere zur Befestigung der CFK-Rohre am Multicopter. Ein weiteres Merkmal war die zu beachtende Sandwichbauweise des Multicopters. Als Lagerung wurde ein Stehlager der Firma Igus eingeplant, da dieses alle rotatorischen Freiheitsgrade ermöglicht. Bei dem Lager handelt es sich um den Typ ESTM-16 da dieser die genau passenden Masse aufweist, wodurch keine weiteren Adapter benötigt wurden. Die Lager bieten zwar nur in einer Rotationsachse die vollen 360° Drehbewegung, dies ist allerdings vollkommen ausreichend, da eine Auslenkung von einer ganzen Umdrehung nicht erforderlich ist.

Lager ESTM-16:
Wie auf den Abbildungen zu sehen, ist nur eine Achse in der Lage, die vollen 360° Drehung zu ermöglichen. Die Beiden anderen Achsen ermöglichen einen Winkel von 22°. Dieser ist aber ausreichend, da der spätere Aufbau dazu dienen soll, die Regelparameter so einzustellen, dass es keine Abweichungen gibt. Das heißt, das Ziel ist es, den Aufbau immer im Nullpunkt zu halten. Daher erfüllt das Lager alle nötigen Voraussetzungen für den Aufbau.

CAD Modellierung

Wippe
Die Wippe ist das Herzstück des Aufbaus, da sie alle erforderlichen Bewegungen ermöglicht. Abbildung 5 zeigt den Aufbau mit dem Stehlager der Firma Igus, sowie den Sandwichaufbau in dem die Ausleger mit ihren Antriebseinheiten verbaut sind. Die beiden Platten des Sandwichaufbaus werden aus 3mm Aluminiumblech gefertigt, im Original 4:1 Model sind diese Teile aus CFK gefertigt. Das Aluminium wurde hier gewählt, da es eine höhere Flexibilität bietet, wenn es zu Umbauten und Erweiterungen kommt.

Als Lagerungsachse der Wippe wird ein CFK-Rohr verwendet um Gewicht einzusparen und so möglichst realistische Messwerte zu erhalten.

Als Nächstes wurde ein Träger benötigt der gleichzeitig mehrere Funktionen erfüllt.

1. Aufnahme der Lagerungsachse
Es wurde ein Konzept von Fest- und Loslagerung gewählt, da der Träger an zwei Seiten der Achse befestigt wurde. Das Festlager verhindert das seitliche Wegrutschen der Achse. Das Loslager stützt die Achse zusätzlich ab. Durch diesen Aufbau werden Spannungen durch die Lagerung verhindert. Zusätzlich sollte die Achse noch drehbar gelagert bleiben. Daher wurden auf der Achse Sicherungsringe angebracht.

2. Führung der vertikalen Bewegung
Die Wippe wird durch Linearführungen geführt um vertikale Bewegungen zu ermöglichen. Die Linearführung wurde durch vier Führungsachsen realisiert (siehe späterer Abschnitt). Der Träger dient hier als Lagerung der Wippe und Verbindungsstück.

3. Begrenzung des Wipp Winkels
Da eine Drehbewegung um volle 360° nicht notwendig ist, sowie zusätzliche Sicherheitsrisiken birgt, wird noch eine Begrenzung des maximalen Winkels benötigt. Dazu wurden 2 Ausleger konstruiert an denen Stangen befestigt werden, die unter der Wippe entlangführen und als Anschlag dienen. Durch diesen Aufbau ist immer eine Begrenzung des Winkels möglich unabhängig von der momentanen vertikalen Position des Aufbaus.

Aufgrund der benötigten tribologischen Eigenschaften des Trägers wird dieser aus Iglidur Filament im 3D-Druckverfahren hergestellt.

Auf den beiden nachfolgenden Bildern ist der fertige Aufbau der Wippe zu sehen.

Gestell:

Das Gestell soll die Wippe in ihrer Position halten. Dafür ist ein Mindestgewicht von 20kg erforderlich, da dies in etwa der Auftriebskraft der Motoren entspricht. Des Weiteren sollte das Gestell auch noch leicht demontierbar und erweiterbar sein. Daher fiel hier die Wahl auf Aluminiumprofile die ein ausreichendes Gewicht haben und durch den Profilaufbau die nötige Flexibilität bieten. Das gesamte Gestell besteht aus zwei identischen gespiegelten Teilen. Dadurch ist eine einfache Montage und Demontage des Aufbaus möglich, um diesen auch zu transportieren. Außerdem ist durch die Konstruktion und leichte Veränderungen auch ein Umbau für das 1:1 Model der Wippe möglich.

Berechnungen:
Um die Abmessungen des Gestells zu bestimmen, waren bestimmte Abmessungen wichtig um zu verhindern, dass drehende Teile des Aufbaus das Gestell berühren.
Berechnung Mindesthöhe:

Stehlager(Drehpunkt) -> Rotorkante: 1225 mm ; Winkel Auslenkung 20°

Berechnung Mindesthöhe Wippe um Kontakt mit dem Boden auszuschließen.
h=sin⁡(20°)*1300mm=444,6mm

Um etwas mehr Spielraum zu erhalten, wurde die Länge mit 1300mm angenommen und eine Mindesthöhe von 500mm festgelegt.

Berechnung Auslenkung der Wippe zur Seite:
l=sin⁡(15°)*125mm=32,35

Hier wurde mit 15° anstelle 11° Auslenkung gerechnet um etwas Toleranz bei späteren Änderungen zu haben.

Nachfolgend noch einige Bilder des fertigen Aufbaus: