Technik und Sprache (10.1): Was ist ein Gelenktorsionsantrieb? 08.08.2016, 06:45

SmartBird ist ein ultraleichtes und leistungsstarkes Flugmodell, das den Vogelflug nachbildet. Wir wollen seine Beschreibung im Internet nachlesen und versuchen, die Darstellung der Forscher zu verstehen. Hier zuerst ein Überblick.

SmartBird - das Möwenmodell von FESTO¹⁾

Einer der ältesten Menschheitsträume: Fliegen wie ein Vogel, sich frei in der Luft bewegen und die Welt von oben betrachten, das hat schon vor 500 Jahren Leonardo da Vinci fasziniert. Er baute als Erster Schlagflügelmodelle, um den Geheimnissen des Vogelflugs näher zu kommen. Otto Lilienthal veröffentlichte 1889 das Buch „Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst; ein Beitrag zur Systematik der Flugtechnik“ (daraus stammt das Bild unten). Im Kapitel „Der Vogel als Vorbild“ beschreibt Lilienthal detailliert den Flug der Möwe. (In unserem Bild ist offensichtlich ein Storch dargestellt). 

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts gibt es Vogelflugstudien wie etwa die einer Forschergruppe an der Universität Toronto. Ihr gelang es 2006, erstmals ein durch Schwingenflug angetriebenes Fluggerät mit Pilot von der Landebahn abheben zu lassen. 2010 legte ein mit der Muskelkraft des Piloten angetriebenes Fluggerät eine Strecke von etwa 150 Metern zurück, nachdem es zuvor auf Flughöhe geschleppt worden war.

SmartBird (Bild unten von FESTO) ist ein ultraleichtes und leistungsstarkes Flugmodell. Mit ihm konnten die Forscher von Festo den Vogelflug nachbilden. Das der Silbermöwe nachempfundene Bionikprojekt ist eigenstartfähig, d. h. es kann von selbst starten, fliegen und landen – ohne zusätzlichen Antrieb. Ein aktiver Gelenktorsionsantrieb erlaubt es, die Flügel nicht nur auf- und abschlagen zu lassen, sondern sie gleichzeitig zu verdrehen. Dies ist ohne eine ausgetüftelte mechatronische Regelungseinrichtung nicht möglich. Der SmartBird kann sich nur mit dem Flügelschlag und ohne Hilfe weiterer Antriebe in die Lüfte heben – er startet, fliegt, gleitet, segelt durch die Luft, landet. 
Das Geheimnis des Auftriebs: Ein Vogelflügel ist so geformt, dass seine Oberseite stark gekrümmt ist, seine Unterseite ist dagegen flach. Daraus ergibt sich eine dicke Vorderkante und eine schmale, spitz zulaufende Hinterkante. Die Luft strömt schneller über die längere Flügeloberseite als über die Unterseite: Es entsteht ein Unterdruck an der Oberseite, der den Flügel nach oben saugt und so den Auftrieb erzeugt. Dieses Grundprinzip funktioniert beim Vogelflügel genauso wie bei seiner industriellen Kopie, der Flugzeugtragfläche. 

Beim SMARTBIRD weiß man nicht, worin die eigentliche Meisterleistung der Konstrukteure lag: das Gewicht des Zweimetervogels unter der Masse von zwei Päckchen Butter zu halten, oder in der Entwicklung der raffinierten Auftriebs- und Vortriebskinematik, die die Flügel schwingen und sich gleichzeitig verdrehen lässt. 

Schon die obige kurze Beschreibung enthält Fachbegriffe, mit denen nicht jeder etwas anfangen kann: Aerodynamik, Gelenktorsionsantrieb.  
Im Onlinetext fanden wir weitere. Aus der teilweise schweren Kost wollen wir nur einige nennen:
Aktive Torsion, passive Torsion, Agilität, Energieeffizienz, Funktionsintegration, Kybernetik, Aktuator, Anstellwinkel, Armflügelholm, Außenflügelrippe, Mikrocontroller ... 

Der tec.LEHRERFREUND hat den Hightec-Vogel in drei Ansichten gezeichnet. Sie sollen unter Anleitung des Lehrers mit Fachausdrücken vervollständigt werden. Weitere Aufgabenvorschläge finden Sie unter »Technik und Sprache (10.2): Eine Online-Beschreibung lesen«. 

Nach allem ist der »Gelenktorsionsantrieb« eine Einrichtung, die einen Flügel schlagen lässt und ihn gleichzeitig verdreht. Ein weiterer Beitrag wird uns dem Geheimnis näher bringen.

Daten des SmartBird: Rumpflänge 1,07 Meter; Flügelspannweite 1,96 Meter; Gewicht 450 Gramm; Elektroantrieb mit 23 Watt Leistung.

¹⁾ Weltweit führend in der Automatisierungstechnik und Weltmarktführer in der industriellen Aus- und Weiterbildung. Sitz Esslingen, Baden-Württemberg.