15.12.2015
Erschienen in: 07/ 2015 aerokurier

Elektroantrieb, das ideale System?Schleicher ASG 32El

Der elektrische Antrieb passt wie kein anderer zum Segelflug. Wenn die Piloten entspannt nach Hause fliegen wollen, ist der Elektromotor dafür prädestiniert.

ae 07-2015 Schleicher ASG 32El (01)

Die erste ASG 32 entstand als eigenstartfähiges Segelflugzeug. Foto und Copyright: Marzinzik  

 

Mit diesem Statement stellte Ulrich Kremer, Geschäftsführer von Alexander Schleicher Segelflugzeugbau, die ASH 32El, das erste Elektro-Segelflugzeug des Traditionsherstellers, vor. In einer gemeinsamen von der Fliegerschule Wasserkuppe initiierten Aktion erfuhr eine große Öffentlichkeit von den Vorzügen des Elektroantriebs bei Segelflugzeugen und speziell von der Entwicklung der ASG 32El. Die Fliegerschule, zu Hause im Naturreservat Rhön, ist sehr an dem umweltfreundlichen Doppelsitzer interessiert.

Die Schule hatte denn auch heftig getrommelt für die Vorstellung des Motorseglers mit elektrischer Heimkehrhilfe. Der Regierungspräsident von Kassel, Dr. Walter Lübcke, Landrat Bernd Woide und die Bürgermeister von Gersfeld und Poppenhausen waren dabei.

Was in dieser Landes-Offensive zur Entwicklung wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (LOEWE) entsteht, ließen sich in diesem Fall auch die Landtagsabgeordneten Thorsten Schäfer-Gümbel (SPD) und Markus Meysner (CDU) nicht entgehen.

Konstrukteur Michael Greiner erklärte Konzept und Umsetzung des mit dem neuen Kollegen Paul Anklam umgesetzten Projekts und stellte die Entwicklungspartner vor.

Bei Schleicher in Poppenhausen lagen die Gesamtverantwortung mit der strukturellen und elektrischen Integration und die Aufgabe der Zulassung. Die Universität Kassel, Fachgebiet „Elektrische Maschinen und Antriebe“, war bei Simulation, Tests und Optimierung mit dabei. Unterstützung kam von der Dualen Hochschule Baden-Württemberg, von Schicke Elektronik und MH Aero Tools mit Dr. Martin Hepperle bei der Auslegung des Propellers. Michael Greiner zur ASH 32El: „In dieser besonderen Anwendung kann der Elektroantrieb mit Vorteilen aufwarten, die es in anderen Bereichen der Elektromobilität gar nicht gibt.“

Stand der Technik sind heute Heimkehrhilfen auf Basis von Zweitaktmotoren mit hohem Schadstoffausstoß. Die Gemischschmierung und die unvollständige Verbrennung führen zu einer hohen Abgabe von schädlichen Verbrennungsprodukten. So stößt ein ähnlich ausgelegter Zweitaktmotor eines Rasenmähers pro Stunde so viele schädliche Kohlenwasserstoffe aus wie 200 Autos mit Katalysator.

Verbrennertriebwerke entwickeln zudem Lärm, während der Elektromotor leise läuft. Bei einem Elektromotorsegler ist im Grunde nur der Propeller zu hören, und dieses Geräusch geht im Umgebungslärm unter. Ein Vorteil, der dem Piloten und der Umgebung zugute kommt.

Der Pilot eines Elektromotorseglers profitiert zudem vom Vorteil des zuverlässigen Startens ohne Anstürzen. Da konventionelle Heimkehrhilfen meist keinen Anlasser haben und im Windmühleneffekt gestartet werden, ist dafür immer ein Höhenverlust in Kauf zu nehmen. „Der Elektroantrieb startet dagegen prompt“, so Michael Greiner, „und nach dem Ausfahren, nach rund acht Sekunden bei der ASG 32El, steht sofort die volle Leistung zur Verfügung.“

Der Elektromotor bringt seine volle Leistung unabhängig von der Flughöhe. So können im Gebirge auch höhere Pässe im Motorflug genommen werden, während einem nominell gleichstarken Zweitakter schon die Luft ausgegangen ist. Der Verbrenner entwickelt aufgrund systembedingter Unwucht Vibrationen, dagegen läuft der Elektromotor ruhig und ohne Verschleiß. Der Verbrenner benötigt zudem regelmäßige Wartung, seine rund 200 Einzelteile werden stark beansprucht. Der Elektromotor besteht allein aus einem Stator und einem Rotor.

Hochenergiezellen kontra Hochstromzellen

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Konstrukteur Michael Greiner (vorn) mit viel Prominenz aus Politik und Verwaltung an der ASG 32El. Foto und Copyright: Marzinzik  

 

Ziel bei der Entwicklung der elektrischen Variante der ASG 32 war eine Reichweite von 100 km. Der Motor sollte dazu 25 kW Wellenleistung bringen und die Akkukapazität für 20 Minuten Betrieb bei einer Propellerdrehzahl von 2500 U/min reichen. Für die Zulassung musste mit der Luftfahrtbehörde EASA ein Programm entwickelt werden. Die Zusatzforderungen für Elektromotorsegler, die Special Condition „Installation of Electric Propulsion Units in Powered Sailplanes“, wurden ein Jahr nach Projektstart im März 2014 veröffentlicht.

Zur Umsetzung gehörte ein benutzerfreundliches Bedienkonzept: die Beschränkung auf einen Leistungssteller (Gashebel), der gleichzeitig die Funktion eines Wahlschalters für Motorbetrieb beziehungsweise Segelflug übernimmt. Ein Instrument im Cockpit steuert die Abläufe und stellt Informationen grafisch dar (Restkapazität, Leistung, Drehzahl, Temperaturen, Fehlermeldungen).

Bei der Auswahl des Zelltyps für die Batterie war zwischen Hochenergiezellen und Hochstromzellen zu wählen. Hochenergiezellen wie sie zum Beispiel in Laptops und E-Bikes Verwendung finden, haben den Nachteil der begrenzten Leistungsabgabe bei der für die Heimkehrhilfe erforderlichen Batteriegröße und sind zudem temperaturempfindlich. Man entschied sich deshalb für Hochstromzellen, wie sie in Akkuwerkzeugen genutzt werden. Ihr Nachteil ist ein geringerer Energieinhalt, dafür verkraften sie hohe Leistungsabgaben ohne aktive Kühlung und sind robust aufgebaut, was ein wichtiger Sicherheitsaspekt ist. Auch sie lassen sich schnellladen. Die Zahl der Ladezyklen hat nur geringen Einfluss auf die Kapazität.

Beim Triebwerk fiel die Wahl auf einen für höhere Leistungen dimensionierten Motor, um Temperaturprobleme und einen schlechten Wirkungsgrad zu vermeiden. Genau für 25 kW dimensionierte Motoren erreichten in den Vortests nicht das erforderliche Drehmoment und zeigten Temperaturprobleme bei den geforderten 20 Minuten Laufzeit. Der jetzt ausgewählte Motor ist luftgekühlt und kommt auch beim 20-minütigen Betrieb nicht an die Temperaturgrenze. Sein Wirkungsgrad zusammen mit dem Stromrichter beträgt rund 90 Prozent. Der zugekaufte Stromrichter wurde ebenfalls auf Luftkühlung umgestellt und erhielt für den Einsatz im Flugzeug ein leichteres Gehäuse.

Inzwischen hat die Integration aller Systemteile ins Flugzeug stattgefunden. Der Antriebsstrang wurde ausgiebig auf dem Prüfstand getestet. Jetzt stehen die Abstimmung von Batterie und Stromrichter an, EMV-Tests sowie die Bodenerprobung. Im Anschluss kann der Erstflug erfolgen.

aerokurier Ausgabe 07/2015

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Gerhard Marzinzik


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