Kann eine vorhandene Drohne auf kabelgebundene Stromversorgung umgerüstet werden?

Kurzantwort: Häufig ja, doch nicht jedes UAV lässt sich gleich einfach umrüsten. Entscheidend ist, ob der elektrische Bus des Fluggeräts eine externe geregelte Versorgung aufnehmen kann, ob das kabelgebundene Stromversorgungsmodul den Dauer- und Spitzenbedarf deckt und ob ausreichend Nutzlastkapazität, Einbauraum, Kühlung und eine sichere Integration der Reservebatterie vorhanden sind.

Viele Projekte für kabelgebundene UAV beginnen nicht mit einem speziell dafür entwickelten Fluggerät. Sie beginnen mit einem vorhandenen Multikopter, dessen Flugsteuerung, Antriebssystem, Nutzlast und Software der Betreiber beibehalten möchte.

Die Umrüstung dieses Fluggeräts auf einen kabelgebundenen Betrieb kann sinnvoll sein. Die technische Prüfung muss jedoch über den Abgleich einer Wattzahl hinausgehen. Die Umrüstung verändert den Weg der Energie zum Fluggerät und bringt neue elektrische, mechanische und betriebliche Einschränkungen mit sich.

Grundlegende Architektur der Umrüstung

Eine typische Umrüstung lässt sich vereinfacht so darstellen:

AC-Quelle → Bodenstromstation → Hochspannungs-Versorgungskabel → DC/DC-Modul an Bord → UAV-Versorgungsbus / Batteriepfad

Die Bodenstation erhöht die Übertragungsspannung, damit nutzbare Leistung durch ein vergleichsweise leichtes Versorgungskabel übertragen werden kann. Das DC/DC-Modul an Bord wandelt diesen Hochspannungseingang anschließend in die vom Fluggerät benötigte Spannung um.

1. Spannungsarchitektur des Fluggeräts prüfen

Beginnen Sie mit der Batterie- oder DC-Busspannung, nicht mit den Motordaten. Das Stromversorgungsmodul an Bord muss einen Spannungsbereich bereitstellen, den das Fluggerät sicher nutzen kann. Zwei UAV mit ähnlichem Leistungsbedarf können sehr unterschiedliche elektrische Busse verwenden. Die Nennleistung allein belegt daher keine Kompatibilität.

• Nennspannung der Batterie und Spannung bei vollständiger Ladung
• Anzahl der Batteriepacks sowie Reihen- oder Parallelschaltung
• Zulässiger Bereich für eine externe Stromversorgung, sofern dokumentiert
• Anforderungen an Steckverbinder und Polarität
• Abhängigkeiten von BMS, intelligenten Batterien oder Kommunikation

2. Tatsächliche Dauer- und Spitzenleistung messen

Verwenden Sie möglichst reale Daten aus dem Schwebeflug und dem Einsatz. Maximale Motorleistungen ersetzen keine Messung des Bedarfs des Fluggeräts. Das kabelgebundene System muss den anhaltenden Flug und die Nutzlast versorgen und zugleich genügend kurzzeitige Leistungsreserven für Start, Böenreaktion und Manöver bieten.

• Stabile Schwebeflugleistung mit der vorgesehenen Fluggerätekonfiguration
• Leistung bei aktiver Einsatznutzlast
• Bekannte kurzzeitige Leistungsspitzen und deren Dauer
• Erwartete Temperatur-, Höhen- oder Kühlbedingungen

3. Nutzung der Originalbatterie festlegen

Bei vielen Umrüstungen bleibt die Originalbatterie als Reserveenergiequelle erhalten, statt vollständig entfernt zu werden. In dieser Architektur kann die Batterie kurze Leistungsspitzen abdecken oder bei einer Unterbrechung der kabelgebundenen Versorgung eine begrenzte Energiemenge bereitstellen.

Die genaue Aufteilung der Leistung hängt vom Fluggerät, der Batterie, dem BMS und dem Modul an Bord ab. Die Reservebatterie muss deshalb als Bestandteil der Auslegung des Strompfads behandelt werden; sie darf nicht einfach als elektrisch passiv angenommen werden.

4. Nutzlastreserve prüfen

Die Umrüstung auf kabelgebundene Versorgung erhöht die Masse an Bord: DC/DC-Modul, Halterungen, Steckverbinder und der frei hängende Teil des Versorgungskabels. Auch nach der Installation der Einsatznutzlast muss das Fluggerät genügend Nutzlastreserve behalten.

• Maximale Startmasse des Fluggeräts und empfohlene Betriebsgrenzen
• Tatsächlich bereits installierte Nutzlast
• Masse des Moduls an Bord und seiner Befestigung
• Last des hängenden Versorgungskabels in der vorgesehenen Höhe
• Zusätzliche Last durch Schläuche oder andere Einsatzleitungen bei Reinigung oder anderen Anwendungen

5. Befestigung, Kühlung und Kabelführung bewerten

Auch ein kompaktes Modul ist ungeeignet, wenn es Sensoren verdeckt, den Schwerpunkt zu stark verschiebt, das Fahrwerk behindert oder nicht genügend Luftströmung erhält. Bei der Installation sind die mechanische Abstützung, die Zugentlastung der Kabel, die Zugänglichkeit der Steckverbinder und ein Kabelausgang zu berücksichtigen, der Propeller und Sensoren der Flugsteuerung nicht beeinträchtigt.

6. Versorgungskabel auf Höhe und Leistung abstimmen

Die Kabellänge beeinflusst mehr als nur die maximale Flughöhe. Sie verändert den elektrischen Widerstand, den Spannungsabfall, die hängende Masse, die Windlast und die Anforderungen an die Kabeltrommel. Ein für den Betrieb in 50 m Höhe vorgesehenes System kann eine andere Kabelarchitektur benötigen als ein System für 150 m oder mehr.

Geben Sie für eine erste Prüfung die erforderliche Arbeitshöhe und die gesamte Kabellänge an, die Sie auslegen möchten. Diese Größen hängen zusammen, sind aber nicht immer identisch.

7. Stromquelle am Boden prüfen

Die gewählte Bodenstation muss zur Stromquelle am Einsatzort passen. Prüfen Sie Spannung, Phasen, Frequenz und die Kapazität der Quelle. Ein Generator oder eine mobile Stromquelle muss die Bodenstation auch unter tatsächlicher Last versorgen können; ein bloßer Abgleich der auf dem Typenschild angegebenen Leistung genügt nicht.

8. Daten- und Kommunikationsanforderungen berücksichtigen

Nutzt das Fluggerät nur seine üblichen RF-Verbindungen für Steuerung und Video, kann das Versorgungskabel ausschließlich Strom übertragen. Erfordert der Einsatz kabelgebundene Daten, optische Videoübertragung oder eine geringere Abhängigkeit von RF-Übertragung, lässt sich ein kombiniertes Strom- und Glasfaserkabel prüfen. Dies betrifft das Versorgungskabel, die Kabeltrommel, die optische Drehverbindung und die Schnittstellengeräte.

Wann die Umrüstung meist unkompliziert ist

• Das Fluggerät hat einen bekannten DC-Bus oder eine batterieäquivalente Spannung.
• Gemessene Dauer- und Spitzenleistungen liegen vor.
• Ein vorhandenes Modul an Bord erfüllt die elektrischen Anforderungen.
• Das Fluggerät bietet genügend Nutzlastkapazität und Einbauraum.
• Die gewünschte Kabellänge passt zu einer praktikablen Kabel- und Bodenstationskonfiguration.

Wann eine vertiefte technische Prüfung erforderlich ist

• Das Fluggerät verwendet eine proprietäre Kommunikation mit intelligenten Batterien oder eine ungewöhnliche Stromversorgungsarchitektur.
• Die benötigte Spannung oder Stromstärke liegt außerhalb der angebotenen Moduloptionen.
• Die Nutzlast liegt nahe an der Massengrenze des Fluggeräts.
• Das Projekt erfordert ungewöhnlich lange Versorgungskabel oder eine hohe Leistung.
• Glasfasersteuerung, kundenspezifische Steckverbinder oder eine mechanische Neukonstruktion sind erforderlich.
• Der Fluggerätehersteller dokumentiert die Integration einer externen Stromversorgung nicht.

Informationen für eine Empfehlung zur Umrüstung

• Modell und Hersteller des Fluggeräts
• Batteriespezifikation oder DC-Busbereich
• Kontinuierliche Schwebeflugleistung und bekannte Spitzenleistung
• Einsatznutzlast und deren Leistungsaufnahme
• Erforderliche Betriebshöhe und Kabellänge
• Verfügbare AC-Versorgung am Boden
• Vorgesehene Betriebstemperatur / Höhe, sofern relevant
• Ob die Originalbatterie an Bord bleiben soll
• Ob Glasfaserdatenübertragung erforderlich ist
• Fotos oder Zeichnungen des verfügbaren Befestigungsbereichs

Häufige Fragen

Lässt sich jede Drohne auf kabelgebundene Stromversorgung umrüsten?

Nein. Viele industrielle Multikopter können auf eine Umrüstung geprüft werden. Die Machbarkeit hängt jedoch von der elektrischen Architektur des Fluggeräts, dem Leistungsbedarf, der Nutzlastreserve, dem Einbauraum und den Integrationsanforderungen ab.

Muss ich die Originalbatterie der Drohne entfernen?

Nicht unbedingt. Manche Architekturen behalten die Originalbatterie als Reserve bei. Die richtige Anordnung hängt vom Fluggerät, dem Batteriesystem und dem Stromversorgungsmodul an Bord ab.

Funktioniert ein kabelgebundenes Modul mit mehr kW automatisch besser?

Nein. Ausgangsspannung, Strombelastbarkeit, Eingangsbereich, Masse, Kühlung und die Kompatibilität des Gesamtsystems sind ebenso wichtig wie die beworbene Leistungsangabe.

Besprechen Sie Ihr Projekt für ein kabelgebundenes UAV mit uns

Wir entwickeln Stromversorgungssysteme für kabelgebundene UAV passend zum Fluggerät, zur Nutzlast, zur Betriebshöhe und zur verfügbaren Stromversorgung am Boden. Senden Sie uns für eine erste Prüfung das Fluggerätemodell oder die elektrischen Spezifikationen, den Dauer- und Spitzenleistungsbedarf, die erforderliche Kabellänge, den Einsatzzweck und das Zielland.