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) Motoren ) Hybridmotor von Flight Design Zurzeit gibt es auf dem Markt viele unterschiedliche Ansätze zur Energieeinsparung und Motorenoptimierung. Viele besonders fortschrittliche Systeme arbeiten mit rein elektrischen Lösungen, deren Schwäche die relativ begrenzte Strommitnahmemöglichkeit (Batterien) ist. Eine mögliche Zwischenlösung für dieses Dilemma präsentierte die Firma Flight Design auf der AERO 2009 mit einem Hybridantrieb (Flügel berichtete in der letzten Ausgabe). Die von Flight Design vorgestellte An- triebslösung basiert auf einem weitge- hend unveränderten Rotax 914-Motor, dem ein 30 kW (40 PS) Elektromotor förmlich aufgesattelt wurde. Zu diesem Zweck verlegte man den Ansaugtrakt an der linken Vergaserseite des Rotax um einige Zentimeter nach außen, so dass in dem entstandenen Raum der Elektromo- tor untergebracht werden konnte. Dieser Elek- tromotor nimmt genau den Platz ein, wo sonst die optional lieferbare, kleiner dimensionierte Lichtmaschine von Rotax sitzt. Eine Besonderheit des Hybridantriebs von Flight Design liegt darin, dass die Kraftabgabe des Elektromotors über einen Poly-V-Riemen an die Propellernabe des Rotax-Motors erfolgt. Auf diese Weise hat man mehrere Fliegen mit einer Klappe geschlagen: Die Zusatzleistung wird an den Propeller abgegeben, ohne dadurch den Ori- ginalmotor, insbesondere die Motorkurbelwelle und das Reduktionsgetriebe, zu belasten. Mit dieser eleganten Lösung werden die zu- sätzlichen PS genau dorthin übertragen, wo man sie auch braucht. Dadurch bleibt die Zuverläs- sigkeit des Motors erhalten, da der Basismo- tor kaum verändert wird. Außerdem liefert der Elektromotor noch zusätzliche Sicherheit, da im Falle des Motorausfalls, z. B. durch fehlenden Treibstoff, nach wie vor noch etwa netto 35 PS zur Verfügung stehen für die Verlängerung des Gleitfluges zum Notlandeplatz, effizient unter- stützt von einem Constant-Speed-Propeller. Boostpower Der Elektromotor wird als Elektro-Booster (Booster = Leistungsverstärker) während der Startphase und im Steigflug genutzt. Sobald man die abgefragte Leistung beim Übergang in den Reiseflug drosselt, mutiert der Elektromotor zum Generator und lädt die Batterie nach. Dieser Ladeprozess findet auch im Sinkflug bei mini- maler Treibstoffzufuhr statt, wenn der drehende Propeller, in diesem Falle als Bremse wirkend, seine Energie an den Generator liefert. Für den Piloten ist dieses System sehr leicht zu kontrollieren, da er nur den Original-Gashe- bel bedienen muss. Bei diesem Gashebel han- delt es sich nicht um eine elektrische Variante, sondern um eine klassische Seil- oder Gestän- gelösung zur Bedienung der Vergaser. Der ein- zige Unterschied ist, dass am Ende des normalen Gashubs eine leichte Sperre überwunden wird, die den Elektromotor zuschaltet. Sobald man den Gashebel zum Übergang in den Horizontalflug zurückzieht und der Elektro- motor keine Leistung mehr liefert, dreht der Ro- tax-Motor über den Riemen den Elektromotor. Die Steuer-Elektronik schaltet dazu automatisch in den Generatormodus. Dieses intelligente System regelt automatisch die Stromabgabe an den Elektromotor bzw. die Stromproduktion im Generator und zwar nicht schlagartig im On-Off-Verfahren, sondern sanft und kontinuierlich. Praktisch bedeutet dies: Je mehr Gas man nach Überwindung der Sperre gibt, desto mehr Strom wird an den Elektromotor geliefert. Nach dem Zurückziehen des Gashebels über die Sperre schaltet sich die Generatorfunk- tion nach einer Minderung der Motorleistung unterhalb der 90 Prozent-Marke sanft ein. Hybrid-Komponenten Das gesamte Hybrid-System von Flight Design besteht zusätzlich zum Rotax 914-Motor aus den Komponenten Batterie, Motorsteuerungselektro- nik und Elektromotor/Generator. Zur Stromspei- cherung entschied man sich für eine Lithium-Ei- senphosphat-Batterie (LiFePO), ein Derivat der bekannten Lithium-Ionen-Batterien, bei der die Kathoden mit einer Lithium-Eisen-Phosphat- Verbindung (LFP, LiFePO4) realisiert sind. Die- se Batterietechnik wählte man wegen der ther- mischen Stabilität und der hohen Energie- und Leistungsdichte. Die Schnellladefähigkeit, die aus der thermischen Unempfindlichkeit dieser Batterietechnik resultiert, gewährleistet mindes- tens 2000 Ladezyklen der Batterie. Oliver Reinhardt, Direktionsmitglied der Fir- ma Flight Design, gibt sich im Gespräch mit Flügel sehr optimistisch: „Wir gehen sogar da- von aus, dass diese Zahl wesentlich höher sein kann, auch bis zu 4000 Zyklen, natürlich bei ei- ner normalen Verwendung mit nicht kompletter Entladung der Batterien.“ Zusätzlich erklär- te uns Reinhardt, dass die Batteriekapazität für eine fünfminütige Vollbelastung des Elektromo- tors ausreicht und dann in 20 Minuten wieder voll aufgeladen werden kann. Bei einer normalen Nutzung des Hybridan- triebs mit Gasrücknahme nach dem Start kann die Batterie in etwa sieben bis zehn Flug-Minu- ten wieder voll aufgeladen werden, weil die Bat- terien bei dieser schonenden Startprozedur nicht komplett entleert werden. Dank des Batteriedes- igns lassen sich einzelne Zellen unterschiedlich kombinieren, so dass man sie in einer Langform in der Tragfläche oder in einem quadratischen Block für den Motorraum gruppieren kann. Bewährte Automobiltechnik Die Motorsteuerungselektronik, die gleichzeitig auch Stromumrichter ist, stammt aus der Tech- nik der Hybridautos und ist deswegen wesent- lich preisgünstiger als sie vor ein paar Jahren gewesen ist. Nur die Software musste den spe- ziellen Anwendungsgegebenheiten für kurzfri- stige Maximalleistung angepasst werden. Der Elektromotor/Generator stammt auch aus dem KFZ-Bereich: Gehäuse, Stator-Metallteile und der Rotor sind Großserienproduktionen ent- nommen. Nur die Wicklung des Stators fertig- te man für den spezifischen Einsatz extra an. 32 Flügel 3/09 Durch den Einsatz dieser Teile büßte man leicht an Effizienz ein, die aber nach wie vor 95 Pro- zent beträgt. Der Elektromotor verfügt über ein Drehmoment von 40 Nm, vom Stillstand bis zur maximalen Drehzahl von 7000 U/min. Der Elektromotor/Generator ist, wie gesagt, mit dem Motor über einen Polyester-Riemen verbunden, dessen Spannung mit einer Exzenterrolle gere- gelt ist, die auch eine Sicherheitsfunktion hat. Beim Festsetzen des Generators entlastet diese den Druck auf den Riemen und entkoppelt so den Generator/Elektromotor vom Benzinmotor. Wie uns CEO von Flight Design, Matthi- as Betsch, anlässlich einer Pressekonferenz auf der Sun 'n Fun wissen ließ, wiegt dieses An- triebspaket bei der Gesamtleistung von 155 PS in etwa so viel wie ein Lycoming 160 PS-Flug- motor. Das Mehrgewicht von diesem gesamt- en Hybridpaket beträgt gegenüber dem nackten Rotax-Motor insgesamt 50 Kilo, 30 Kilo für die zwei Batterien und 20 Kilo fiir Elektromotor und Steuerelektronik. Von diesem Gewicht muss man fünf bis sieben Kilo aufgrund des Fehlens des Rotax-Anlassers und der optionalen Rotax- Lichtmaschine abziehen. 180 PS-Hybrid Auf der Konferenz sprach Matthias Betsch öf- ter von der Gesamtleistung des Antriebpakets mit 180 PS, das auch gewichtsmäßig den zurzeit in Flugzeugen verwendeten Antrieben überlegen sein wird. Nach Abzug der Elektromotorleistung von 40 PS bleiben 140 PS für die Benzinmotor- leistung, die zurzeit kein Rotax-Motor erbringt. Mit dieser Feststellung in einem kürzlichen In- terview konfrontiert, erläuterte uns Oliver Rein- hardt: „Wir sind mit Rotax gezielt in Kontakt ge- treten, das Rating des Motors nach oben in den 140 PS-Bereich zu erweitern und wir gehen da- von aus, bald dieses Antriebspaket in dieser Lei- stungskategorie anbieten zu können." Auf un- sere Frage, wo dieses Motorpaket eingesetzt werden kann, da es ja offensichtlich für ULs zu groß und zu stark sei, erwiderte Betsch: „Wir re- den zurzeit mit allen möglichen Flugzeugherstel- lern, die so einen Antrieb verwerten können und es wäre möglich, dass wir ihn demnächst auch selbst in einem größeren, viersitzigen Flight De- sign-Flugzeug, das noch nicht existiert, verbau- en werden." Auf die Zulassungsfrage hin angesprochen erklärte Betsch uns: „Dadurch, dass der origi- nal- zertifizierte 914-Rotax-Motor technisch un- angetastet bleibt und nur einige Zusatzgeräte eingebaut bzw. ausgetauscht werden, bleibt die Zertifizierung des Motors wahrscheinlich be- stehen." Ganz aktuell teilte uns kurz vor Re- daktionsschluss Oliver Reinhardt mit: „Die STC (Supplemental Type Certificate) ist mit der EASA abgesprochen, eigentlich war es der Vor- schlag der EASA selbst." Der Prototyp des Hybridantriebs ist mittler- weile auf dem Prüfstand gelaufen, wird zurzeit auf dem Boden erprobt und soll noch in die- sem Jahr in die Luft gehen. Flight Design sieht ihr neues Konzept - die Kombination eines eta- blierten Verbrennungsmotors in Kombination mit einem Elektromotor - als effiziente Zwi- schenlösung zum technologisch noch nicht aus- gereiften, reinen elektrischen Antrieb. Marino Boric II Flügel 3/09