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Multikopter, Drohne
digitale Kommunikation
digitale Messung und Vermessung

Drohnen bzw. Multikopter sind kleine, ferngesteuerte Fluggeräte die mittlerweile in den unterschiedlichsten Lebens- und Arbeitsbereichen Einzug halten. Mit mehreren in einer Ebene angeordneten Propellern erreichen Multikopter eine hohe Flugstabilität und können sowohl autonom, als auch durch den Menschen ferngesteuert fliegen. Typische Einsatzgebiete von Drohnen sind der Militär-, Industrie- sowie der Hobbysektor.

Ansprechpartner

Knuth Ensenmeier

Handwerkskammer für Schwaben

Drohnen erreichen Orte, an die wir selbst nicht – oder nur mit großem Aufwand und hohen Kosten verbunden – gelangen könnten und eröffnen uns neue Perspektiven und Möglichkeiten. Die Technik einer Drohne ist grundsätzlich mit der eines Hubschraubers vergleichbar. Bei Drohnen werden die Propeller jedoch fest und direkt an der Motorwelle installiert. Dadurch wird der Auftrieb direkt über die Erhöhung oder Verringerung der Motordrehzahl gesteuert. Drohnen werden meist als Quadrokopter mit vier Rotoren, vereinzelt sogar als Hexa- oder Octokopter mit sechs bzw. acht Rotoren gebaut. Wichtig für den Aufbau von Multikoptern ist es, die Rotoren in die Ecken des Rumpfes zu setzen. Außerdem sollte der Abstand der Rotoren zueinander jeweils identisch sein, damit keine negative Hebelwirkung auftritt. Der Schwerpunkt der Drohne befindet sich mittig.

Beim Thema Steuerung einer Drohne gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Für die meisten Modelle gibt es Fernbedienungen, mit der sich die Flugmanöver lenken lassen. Als Alternative zum Controller bieten viele Hersteller außerdem die Steuerung per App an, sodass sich der Multikopter per Tablet oder Smartphone lenken lässt.

Zwischen 1950 und 1970 gab es mehrere, vor allem militärisch motivierte Entwicklungen für Helikopter mit mehreren Rotoren. Das Prinzip von Multikoptern hat sich im 1:1 Maßstab der realen Luftfahrt allerdings nicht durchgesetzt. Dies lag bzw. liegt hauptsächlich am gewaltigen mechanischen Aufwand, der getrieben werden muss, um mehrere Propeller durch eine Verbrennungskraftmaschine anzutreiben. Grund für die Notwendigkeit einer Verbrennungsmaschine im großen Maßstab war und ist die viel zu kurze Flugdauer, verbunden mit einem deutlich zu schweren Akkusystem, eines großen elektrisch betriebenen Multikopters.

Im heutigen Industrie- und Hobbysektor gibt es eine Vielzahl von Drohen unterschiedlicher Hersteller. Die Bandbreite erstreckt sich von sehr kleinen Drohnen mit geringer Transportkapazität, bis hin zu relativ großen Drohnen, die eine Zuladung von bis zu 225 kg ermöglichen. Der Nutzung von Transportdrohnen stehen momentan jedoch rechtliche Fragestellungen im Wege, wodurch die Einsatzszenarien deutlich beschränkt werden.

Drohnen kommen heute bereits in folgenden zivilen Anwendungsgebieten zum Einsatz:

  • Luftaufnahmen (Fotografie, Videoaufnahmen)
  • Technische Kontrolle (z.B. von Hochspannungsmasten oder Solaranlagen)
  • Vermessungstechnik
  • Forstwirtschaft, Landwirtschaft, Jagd
  • Erkundung, Forschung
  • Tierschutz, Naturschutz
  • Polizei, Feuerwehr

Multikopter verfügen über vielfältige Einsatzbereiche im Handwerk. So sind sie bereits bei Vermessungs- und Inspektionsaufgaben von Dächern oder Photovoltaiksystemen, bei der Sichtprüfung von Blitzschutzsystemen oder der Kartierung und Vermessung von Immobilien im Einsatz. Des Weiteren werden sie zur Objektüberwachung und Baustellendokumentation und zur Infrarot-Thermografie bei Objekten eingesetzt.  Die Mulitkopter sind ein gut zu handhabendes Werkzeug, das sehr viele zeitaufwändige, kostenintensive oder auch gefährliche Arbeitsschritte mit minimalem Aufwand bewältigen kann. Sie bieten den Handwerksbetrieben somit v.a. einen deutlichen Zeit- und Kostenvorteil.

Messung / Vermessung
Flächen auf Gebäuden oder Strukturen an Fassaden werden mit Hilfe von Drohnen dreidimensional vermessen und digital weiterverarbeitet. Dabei können entweder ausgewertete Bilddaten zur Vermessung verwendet werden oder mit sehr viel höherer Präzision ein Laserscanner eingesetzt werden. Während fotografische Systeme sehr schnell über entsprechende mathematische Auswertungen Ergebnisse liefern, die für Angebote, Mengenberechnungen und Positionierungen im Handwerk ausreichend sind, bieten Millimetergenaue Laserscanner große Datenmenge, die direkt zur Produktion z. B. von Steinfiguren oder Stahlteilen verwendet werden können. Grundsätzlich ist jedoch das Startgewicht zu beachten, das bei Fotosystemen in der Regel im unteren kritischen 4,5 kg liegt. Dies ist eine Grenze, ab der eine Einzelaufstiegsgenehmigung nötig wird und auch preislich ein deutlicher Unterschied zu bemerken ist. Daher werden im Handwerk entweder kleine Drohen eingesetzt oder man greift auf Dienstleister zurück, die dann die präzise Vermessung im Auftrag vornehmen.

Steinmetze, beispielsweise, erhalten mittels der übertragenen Daten Vorlagen für Reparaturen bzw. Nachbildungen von Statuen und Gewölben an Kirchen und Gebäuden und können anschließend diese mittels 5-Achs-Fräsmaschinen erstellen. Von der Feststellung des Schadens an der Statue oder dem Bauteil einer Kirche über das Angebot und die Herstellung erfolgt bereits heute eine komplett geschlossene digitale Wertschöpfung, ohne den langfristigen Einsatz eines Gerüstes. Nur das Einsetzen der Bauteile erfolgt noch traditionell. Hier muss dann spätestens auch ein Gerüst oder eine Hebebühne verwendet werden.

Dachdecker können aus der Vogelperspektive Aufnahmen aus allen gewünschten Blickwinkeln erstellen, wodurch sich die Genauigkeit der Informationen erhöht und das Arbeitsrisiko für Mitarbeiter gesenkt wird, indem diese nicht mehr eigenständig auf das (beschädigte) Dach klettern müssen. Die exakten und schnell erzeugten Aufmaße begünstigen zudem eine schnelle Angebotserstellung.

Auch im Baubereich, wie z.B. im Tagebau oder Straßenbau, können mithilfe der Drohnen exakte Aufnahmen des Geländes erzeugt werden. Die Bilder können dann photogrammetrisch ausgewertet und anschließend georeferenzierte 3D-Umgebungen am Computer erstellt werden.

Vor allem schwer zugängliche Objekte wie Brückenpfeiler, Dächer, oder Windkraftanlagen können mit Drohnen auf Mängel oder Störungen untersucht werden. Ist das Umfeld schwer zugänglich oder sogar lebensbedrohlich, wie z. B. bei Staudämmen, Schienen oder Hochspannungsleitungen, so bieten Drohnen bei laufendem Betrieb die Möglichkeit einer schnellen und effizienten Inspektion. Die hochauflösenden Bilder und Videos können direkt vor Ort oder später im Büro zur Dokumentation, Analyse und zur Planung weiterer Maßnahmen genutzt werden.

Immer mehr Dächer in Deutschland verfügen über thermische oder photovoltaische Solarzellen (PV). Reinigung, Inspektion und Fehlerdiagnose erfolgen schnell und kostengünstig über Multikopter, die neben der hochauflösenden Digitalkamera zusätzlich mit Wärmbildsensoren ausgestattet sind. Defekte Solarzellen zeigen über eine sog. Thermographie sehr schnell und frühzeitig erste Mängel, die dann später zu Totalausfällen führen. So können im Bereich SHK bzw. Elektroinstallation defekte Teile wie z. B. Ventile einer thermischen Solaranlage eindeutig und schnell erkannt und anschließend ersetzt werden.

Dokumentation
Für den Bereich des Bauwesens werden Drohnen zur Dokumentation des Baufortschritts eingesetzt. Dabei werden die Videos und Bilder in regelmäßigen Abständen gespeichert und zeigen nach Fertigstellung die einzelnen Arbeiten mit genauem Nachweis, wann etwas durchgeführt wurde. Erste Anwendungen, bei denen auch Drohnen innerhalb von Gebäuden mit Hilfe von 360° Kameras den gesamten Baufortschritt täglich dokumentieren, sind bereits verfügbar. Dabei wird der Flugweg über Sensoren eigenständig überwacht, um Hindernissen auszuweichen. Dies ist nicht nur im Streitfall von Nutzen, wenn Behinderungsanzeigen oder Baumängel zu bewerten sind, auch bei späteren Arbeiten kann auf das Bildmaterial zurückgegriffen werden um beispielsweise Wasser oder Stromleitungen in Boden, Wand und Decke vor dem Bohren von Löchern zu orten.

Im Handwerk haben auch Fotografen die Möglichkeiten der Nutzung von Multikoptern für sich entdeckt und erstellen Luftbilder oder Dokumentationen als Erweiterung ihres üblichen Angebots im Bereich Fotografie. Werbefilme, Livesendungen, Fotoszene, Sportübertragungen und Events aller Arten können mit Hilfe der Drohnen in Höhen von bis zu über 3000 Metern realisiert werden.  Die neuen Perspektiven und die entfallenden Rüstzeiten sowie die damit einhergehenden Kostenvorteile können in diesem Handwerksbereich überzeugen. So setzt beispielsweise seit ca. einem Jahr ein großer Fertighausbauer aus dem Allgäu auf die Bewerbung seiner Musterhäuser mit Videos, die mittels Drohnen in einer 360° Perspektive aufgenommen wurden.

 

Im Handwerk spielt das Thema Logistik und Ersatzteil-Beschaffung eine immer größere Rolle für die Kundenzufriedenheit. Denn eine zuverlässige, effiziente und schnelle Logistik bietet auch Handwerksbetrieben entscheidende Wettbewerbsvorteile. Vor diesem Hintergrund testet eine Reihe von Unternehmen den Einsatz von Transportdrohnen. Derzeit ist der gewerbliche Einsatz noch untersagt. Die Gesetzgebung arbeitet gerade an einer entsprechenden Regelung. Geplant sind räumlich klar definierte Luftraumkorridore die dann wie „Autobahnen“ genutzt werden können. Der schnelle und effiziente Transport von Ersatzteilen per Drohne spart dem Handwerker zusätzliche Fahrten vom Kunden zum Lager und somit Zeit und Geld. Während die Drohne die benötigten Teile liefert, kann der Handwerker sich bereits der Vorbereitung auf die Arbeitsschritte, wie z. B. dem Abmontieren von defekten Teilen, widmen.

Denkbar ist zukünftig der Transport von Kleinmaterial und Werkzeugen per „Luftpost“. Da hier keine hohen Flughöhen nötig sind und nur wenige Personen informiert werden müssen, überwiegen die möglichen Vorteile den gesetzlichen Einschränkungen und bieten schnell Kosten- und Zeitvorteile. Auch die Luftversorgung mit dringend benötigten Ersatzteilen für den SHK-Bereich oder das Elektrohandwerk könnten den Zeitaufwand für Reparaturen und Wartungsarbeiten zukünftig revolutionieren.

Für die schnelle Verbreitung der vielversprechenden Multikopter-Technologie ist die stark zunehmende Regelungsdichte für das Handwerk eher hinderlich und dient vornehmlich dem Schutz der Privatsphäre. Führerschein, Kennzeichnungspflicht und Aufstiegsgenehmigungen sind hier nur Beispiele, die Einstiegsbarrieren darstellen. Trotzdem ist das Wachstum seit Jahren mit zweistelligen Prozentzahlen zu vermerken. Darüber hinaus werden von verschiedenen Unternehmen und Instituten Schulungen und Lehrgänge zum Thema Drohnen und Multikopter angeboten. Dort wird den Teilnehmern der verschiedensten Gewerke der Nutzen und der Umgang mit den unbemannten Fluggeräten nähergebracht.

Heckmann, D. (2017). Rechtliche Aspekte automatisierter Systeme. In D. Heckmann, & A. Schmidt, Informatik Spektrum (S. 430-439). Springer Berlin Heidelberg.

Mayer, I. (3. März 2018). Focus Online. Von https://praxistipps.focus.de/drohne-mit-dem-handy-steuern-so-klappts_100364 abgerufen

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Schoenebeck, G. v. (22. Dezember 2016). Ingenieur.de. Von https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/luftfahrt/neue-schwerlast-drohne-griff-300-fliegt-225-kg/ abgerufen

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