Foto: Messe-Friedrichshafen
Foto: Messe-Friedrichshafen
Materialien entsteht auch ein
nöhres Gewicht. Obwohl Alumi
nium eine geringere elektrische
Leitfähigkeit besitzt, haben For-
scher des Fraunhofer IFAM ein
gießtechnisches Verfahren ent-
wickelt, mit dem Wicklungen aus
Aluminium mit höherem Nutfüll-
faktor gefertigt werden können,
die sich dennoch als Spulen eig-
nen. Gegossene Spulen zeichnen
sich durch eine flache Leiteran-
ordnung aus, die zu einem höhe-
Gegossene Alu- oder Kupferspulen für effizientere und preiswertere Elektromotoren
Elektromotoren für E-Bikes-, E-
Auto- und E-Flugmotoren sind in
ihrem Aufbau ähnlich, auch wenn
sie mit Drehstrom betrieben wer-
den. Sie besitzen über Eisenker-
ne gewicklte Kupferspulen, die
bei Stromdurchfluss, gesteuert
und hohe Fertigungs und Materi-
alkosten und gegenüber anderen
ren Nutfüllfaktor führt. Trotz höh-
eren Widerstandes ergibt sich
durch den größeren Querschnitt
bezogen auf die gesamte Spule
ein geringer Widerstand. Durch
die bessere Anbindung an das
Blechpaket und günstigere Aus-
nutzung des Bauraums resultiert
ein deutlich besseres thermisch-
es und elektromagnetisches Ver-
halten. Aus diesem Grund beteht
die Möglichkeit, gewickelte Kup-
ferspulen durch gegossene Alu-
minium- oder auch Kupferspulen
zu ersetzen. Damit der Nachweis
im direkten Vergleich gelingt,
wurden für die Studie handelsüb-
liche E-Bike-Motoren mit 250 Watt
eingesetzt. Die umgebauten Mo-
toren, mit unterschiedlichen
Blechpaketen und Spulen-Kombi-
nationen wurden anschließend
auf einem Prüfstand getestet.
Nach dem Umbau des E-Bike-Mo-
tors konnte der Nutfüllfaktor von
32 auf 60 Prozent erhöht werden.
Gleichzeitig ergab sich eine Ge-
wichtsersparnis um 10 Prozent.
Das Drehmoment stieg um 30
Prozent. Aufgrund des besseren
thermischen Verhaltens der Spu-
len erhöhte sich die Dauerleis-
tung bei Betriebstemperatur um
fast 20 Prozent. Gute Aussichten
für zukünftige elektrische An-
Bild oben: konventionelle Wickeltechnik
Bild unten: Spulen durch Giesstechnik
Muster von zwei in Feigusstechnik
hergestellten Spulen
Geringerer Widerstand durch
höheren Nutfüllfaktor
triebsstränge, denn wie aus Bre-
men zu erfahren war, denke man
auch an andere Anwendungen.
Denkbar seien aufgrund der hoh-
en Skalierbarkeit auch Elektro-
Antriebsmotoren für die Luftfahrt!
Die neue Entwicklung wird auf
der AERO in der Halle A7 präsen-
tiert.
Umgebauter Fahrradmotor
Vergleich alte und neue Technik
Foto: Fraunhofer IFAM
20.01.2020
H55 ist ein Spin-off von Solar Impulse.
Ursprünglich ging es aus der Entwick-
lung des ersten Schweizer Elektroflug-
zeug, einer umgerüsteten Silence Twis-
ter hervor. Der Firmenname wurde bei-
behalten. Nach der Neugründung von
H55 im Jahr 2017 verfolgte man eine
ganz neue Linie. Besonders durch die
Verstärkung von Solar Impulse-Pilot
André Borschberg richtete sich das am
Flugplatz Sion angesiedelte Unterneh-
Stärkung der regionalen Wirtschaft.
Dazu erhält H55 noch weite 5 Millionen
direkt vom Kanton. Zuvor kam bereits
Unterstützung von der Stadt Sion und
dem Centre de Cautionnement et de
Financement. Durch das finanzielle
Engagement können so nun die For-
schungs-, Produktions- und Testein-
richtungen des Unternehmens besser
genutzt werden. Wie Gregory Blatt mit-
teilte, werde man sich in Zukunft noch
stärker darauf konzentrieren, die ge-
samte Antriebskette, angefangen von
der Energiequelle und ihrem Manage-
Im schweizerischen Wallis spezialisiert man sich auf elektrische Antriebsstränge
men auf die Entwicklung von elektri-
schen Antriebstriebsträngen aus,
während man man nach einem Flug-
zeughersteller suchte, der eine Koope-
rationsbasis darstellt. Auf der AERO
2019 präsentierte man sich zusammen
mit dem tschechischen Flugzeugher-
steller BRM Aero. Wie auch andere
Flugzeughersteller hat man bei H55
sehr schnell erkannt, dass es wenig
Sinn macht, eigene Flugzeuge zu ent-
wickeln, zumal BRM Aero mit der Bri-
stell ein ideales Flugzeug zur Umrüs-
tung auf ein elektrisches Trainerflug-
zeug geeignet ist. Das Team Bosch-
berg, CEO der Firma, zusammen mit
Sébastien Demont und Gregory Blatt
sehen damit eine erste Kundenanwen-
dung, die erfolgversprechend auf an-
dere Flugzeugmuster anwendbar sein
wird. Nach gründlicher Flugerprobung
mit einem Rolls-Royce E-Motor (vor-
her Siemens) weist das System, was
man bis Ende 2021 zertifizieren möch-
te, immerhin eine maximal mögliche
Motorlaufzeit von 1,5 Stunden auf, was
einer echten Flugzeit von 45-60 Minu-
ten entspricht. Diese Angaben decken
sich auch mit anderen Herstellern. Un-
abhängig davon soll gemeinsam mit
BRM Aero die Bristell Energic EASA
zertifiziert werden. Nachdem im Grün-
dungsjahr H55 bereits durch ND Capi-
tal (Silicon Valley) unterstützt wurde,
flossen 25 Millionen Franken des Kan-
tion Wallis in den Innovationspark zur
Errichtung des Campus Energypolis in
das auch H55 einziehen wird. Dies zur
Der Zweisitzer Bristell Energic meistert auch steile Aufstiege
ment, über Schub und Leistung bis hin
zu Pilotschnittstellen- und Steuerungs-
systemen weiter zu entwickeln. Die
junge Firma hat sich auf die Fahnen ge-
schrieben, zu einem führenden Unter-
nehmen heranzuwachsen, das Lösun-
gen für CO2-freies Fliegen durch den
Einsatz elektrischer Antriebe für die
Luftfahrt findet.
Foto: H55
17.06.2020
Die AERO als Testballon
Die totale Flugzeit mit Rolls-Royce
Elektromotor liegt bei 90 Minuten
CO2-freies Fliegen als Ziel
Foto: Rolls-Royce
Rolls-Royce Antriebsmotor
Foto: H55
André Borschberg, CEO von H55
Weisen konventionelle Elektromotoren
Leistungsdichten von 3-5 kW/kg auf,
so sollen vollsupraleitende Motoren
auf Leistungsdichten von 20 kW/kg
erbringen. Der Aufwand dafür ist aber
un-gleich höher als bei konventionel-
len elektrischen Maschinen. Die ameri-
kanische Firma Magnix prognostiziert
so-gar 22 kW/kg.
Sowohl in Russland als auch in der
westlichen Welt wird fieberhaft an Lö-
sungen für Verkehrsflugzeuge gearbei-
tet, die eines Tages kleinere Turbofan-
triebwerke gänzlich durch Elektromo-
toren ergänzen sollen. In Russland
denkt man zunächst an einen 9 bis 18-
sitziges Zubringer bzw. Regionalflug-
zeug, was ein- oder auch zweimotorig
sein kann.
Synchronmotoren, die bis jetzt aus-
schließlich mit Drehstrom im Luftfahrt-
bereich verwendet werden, schleppen
den Nachteil von Wechselstromverlus-
ten mit sich. Das heißt, Gewicht und
Baugrößen sind dadurch vorbestimmt.
Bis etwa 1 MW reichen Luft- oder Was-
serkühlungen voll aus. Die Verkehrsflie-
gerei stellt aber Forderungen, die weit
über die Megawatt-Bereiche hinausge-
hen. Dafür bieten sich kryogene Sys-
teme an.
Nun ist diese Technologie nicht so ganz
neu. Für Schiffsantriebe werden kryo-
gen gekühlte E-Motoren schon länger
erfolgreich eingesetzt. Ein noch junger
50-Mann-Betrieb, SuperOx in Moskau,
hatte sich zunächst auf stickstoffge-
kühlte Supraleiter und Krystastaten
spezialisiert.
2017 wurde das Projekt Advanced
Supraconductor Motor Experimental
Demonstrator (ASuMED) von der Euro-
päischen Union initiiert und gefördert.
war ein Teil des Horizon 2020 For-
schungs- und Innovationsprogramms.
Das Programm wurde von einem erfah-
renen Konsortium gebildet, bestehend
aus: Air Liquide, Hochschule Aschaf-
fenburg, Karlsruher Institut für Techno-
logie, K&S GmbH Projektmanagement,
Oswald, Rolls-Royce, SuperOx, Univer
sity of Cambridge und Demaco, wäh-
rend Airbus bei dem Projekt eine bera-
tende Rolle einnahm.
Um hohe Stromdichten verlustfrei zu
übertragen, eignen sich leider konven-
tionelle Kupferliegerungen nicht mehr.
Hochtemperatursupraleiter werden
deswegen bevorzugt bei 77 K betrie-
ben, vorausgesetzt, dass die Strom-
dichte gering genug ist, damit die
(stromabhängige) Sprungtemperatur
nicht überschritten wird. Die dazu aus-
reichende Kühlung mit flüssigem
Stickstoff ist besonders preiswert.
Solche Anwendungen gibt es in der
Messtechnik und in Kabeln. Bei der
Verwendung von Wasserstoff müsste
man auf -240 Grad Celsius gehen.
Statt nun aber eine gewöhnliche Kup-
ferlegierung einzusetzen, sind für
Hochtemperatursupraleiter (Niedertem-
peratursupraleiter bewegen sich unter
von -196 Grad Celsius bis -272,06 Grad
Celsius) (absoluter Nullpunkt -273
Grad Celsius) andere Werkstoffe erfor-
derlich. Eine neuartige, unerwartete
Klasse von Hochtemperatursupralei-
tern wurde 2008 in Japan entdeckt. Es
sind Verbindungen aus Eisen, Lanthan,
Phosphor und Sauerstoff, die bei extre-
mer Kälte dabei supraleitend werden.
Grundsätzlich ist die Auswahl der Ma-
terialien für Leitungen und Spulen eine
Philosophie für sich, die bei extrem
nie-drigen Temperaturen auftreten.
Ziel des Projekts war es, einen kryoge-
nen Motor in der 1 MW-Klasse für die
Luftfahrtindustrie zu entwickeln, der
den Treibstoffverbrauch und den Aus-
stoß von Treibhaus-Gasen reduziert.
Unter Supraleitung versteht man das
Phänomen, dass bestimmte Materia-
lien ihren elektrischen Widerstand ver-
lieren, wenn sie extrem abgekühlt wer-
den. Elektrische Ströme werden dann
nicht mehr durch den spezifischen
Widerstand behindert. Dadurch leiten
sich Möglichkeiten ab, kompakte und
dennoch sehr leistungsfähige und
effektive elektrische Motoren zu bau
en. Solche Elektromotoren können
dann wesentlich kompakter gebaut
werden.
Das leichte und kompakte ASuMED-
Triebwerk nutzt die Supraleitung, um
die nötige Leistungsdichte und den
Wirkungsgrad zu erreichen, die für ein
hybridelektrisches Triebwerk mit ver-
teiltem Schub (HEDP) erforderlich
sind, das zukünftige auch große Ver-
kehrsflugzeuge antreiben soll. Durch
die Verwendung von kryogenem Gas
in Kombination mit fortschrittlichen
Kühlsystemen (Hilfsgeräten) wird der
ASuMED-Motor auf extrem niedrige
Temperaturen gekühlt, um supralei-
tende Eigenschaften zu nutzen. Das
Projekt wurde nach drei Jahren Dauer
2020 abgeschlossen.
Supraleiter mit Elektromotoren über 500 kW und für zukünftige Verkehrflugzeuge
06.08.2020
Konventionelle Kühlungen reichen
nur bis maximal 1 kW aus
Bessere Legierungen ermöglichen
wirksamere Supraleiter
Foto: Messe-Friedrichshafen
Foto: Messe-Friedrichshafen
Foto: Airbus
Schweizer Batterien mit Pfiff
Foto: MagniX
27.04.2021
dante Batterieüberwachung auf Zellen-
ebene. André Borschberg, Executive Chair-
man von H55, kommentierte die Partner-
schaft wie folgt: „Wir sind von der Vision
von Harbor Air und MagniX, dem Pionier-
geist und dem Engagement für eine sau-
bere Luftfahrt angezogen worden. Die Zu-
sammenarbeit wird unsere Synergien und
Komplementaritäten nutzen. Wir alle ver-
stehen, dass der Weg zur elektrischen Luft-
fahrt kompliziert ist. Gleichzeitig wird un-
sere kombinierte Erfahrung durch die Bün-
delung der Kräfte zu einer schnelleren Zer-
tifizierung führen. Dies wiederum bietet
eine schnelle und sichere Möglichkeit, den
Markt zu erreichen und die elektrische Luft-
fahrt bekannt zu machen.“
H55 ging aus dem ersten Schweizer Elek-
troflugprojekt hervor, das mit einem Sie-
mens-Elektromotor 2017 als aEro1 (E- Ver-
sion der deutschen Silence) mit einem
schon seinerzeit sehr fortschrittlichen Bat-
terie-Management-System (BMS) von sich
reden machte. H55 erfuhr durch André
Borschberg, der mit dem Solar Impulse die
Welt umrundete, eine zusätzlich treibende
Kraft. Das Unternehmen hat sich in einem
Forschungs-Camp in Sion/Wallis etabliert,
wo es sich auf komplette elektrische An-
triebsstränge spezialisiert hat und diese
auch für andere Hersteller anbietet. Die
Weiterführung der frühen Erfahrungen
führten inzwischen auch zur Elektrifizie-
rung des Motorflugzeugs Bristell B23.
Die drei international tätigen Partner sind
nun bemüht, das eBeaver-Programm durch
gemeinsame Anstrengungen zu einer sau-
beren, effizienten und leisen kommerziel-
len Luftfahrt schneller durch die Zertifizie-
rung schon im kommenden Jahr ans Ziel
zu steuern.
Die drei Partner, Harbour Air in Vancouver-
ver/Kanada, MagniX in den USA und H55
aus der Schweiz schmiedeten ein strategi-
sches Bündnis, das 2019 begonnene Pro-
jekt zur Umrüstung von den DeHavilland
Beavers auf elektrische Antriebsstränge
mit höherer Effizienz fortzusetzen. Ziel ist
es, die bereits zahlreich durchgeführten
Flugversuche, die mit den kompletten
Antriebssträngen von Magnix geliefert wur-
den, nun mit einem verbesserten Batterie-
system von H55 auszustatten und die
Wasserflugzeuge von Harbor Air in eine
vollelektrische kommerzielle Flotte nach
der Zertifizierung umzurüsten.
H55 und die Ausgründung von Solar Impul-
se wird seine bewährte modulare Batterie-
technologie bereitstellen, um das Verhält-
nis von Gleichgewicht zu Gewicht und Aus-
dauer des eBeavers zu verbessern. Die
Batteriemodule des Unternehmens haben
eine der höchsten Energiedichten auf dem
Markt und bieten dem eBeaver das gesam-
te Energiespeichersystem und eine redun-
Motorneuentwicklung mit Schweizer Präzision
An der deutsch-schweizerischen Grenze, im Kanton Aargau, unweit von Rheinfelden,
hat sich Anfang der achtziger Jahre ein kleines Unternehmen auf dem Sektor Elektro-
maschinen und Antriebe zu einer international tätigen Firma hochgearbeitet, deren
Schwerpunkte Synchron- und Asynchron-Motorelemente sowie Spezialmotoren sind.
Inzwischen ist die in eine AG umgewandelte Firma „e+a“ stark gewachsen und mit
90 Mitarbeitern weltweit tätig.
Foto: e+a
10.07.2021
Zwischen e+a und der ETH-Zürich beste-
hen enge Beziehungen. Die Verbindung
führte nun über Studenten zur Ausgrün-
dung eines Clusters an das Entwicklungs-
zentrum auf den Airport Dübendorf, dem
früheren Militärflughafen von Zürich. Es
handelt sich um ein Fokusprojekt der ETH.
Das sind Projekte, die von Studenten wäh-
rend einer Laufzeit von zwei Semestern
bearbeitet werden. Die Studenten bekom-
men dafür eine Abschlussnote. Ziel soll
auch für eine spätere Ingenieurtätigkeit
sein, Sponsoring-Beiträge in Form von
Hardware und Barmitteln zu beschaffen.
Dies kann in der kurzen Zeit von zwei
Semestern nicht geschafft werden, da
dafür nur wenige Arbeitsstunden zur Ver-
fügung stehen. Es gilt also auch zu ent-
scheiden, was selber durchgeführt oder
versucht wird, mit externen Partnern wie
in diesem Falle mit e+a auf den Weg zu
bringen.
Ermutigt durch einen erfolgreichen E-Mo-
tor für ein Elektromotorrad, entstand eine
Initiative seitens der Studenten zur Ent-
wicklung eines luftgekühlten Synchron-
motors als Innenläufer mit einer Betriebs-
spannung von 400 Volt Drehstrom, die
„e+a“ übernahm.
Der Motor soll nach erfolgreiche Testläu-
fen in das Bausatzflugzeug „e-Sling“ des
südafrikanischen Herstellers Sling Aircraft
verbaut werden. Dazu wurde die Konstruk-
tion, ein Viersitzer, leicht modifiziert.
Durch eine Spannweitenvergrößerung
erhielt das Flugzeug eine größere Stre-
ckung. Anstelle des regulär verbauten
Vierzylinder-Verbrenners mit 85 kW wur-
de nun der 100 kW von e+a eingebaut, der
mit 2300 UpM dreht. Bei kühlendem Luft-
strom, so die Entwickler, sollen auch 110
kW und mehr „drin sein“. Das Gewicht
des kom-pletten Motors inklusive Gehäu
se, Lagerung und Welle beträgt 39,2 kg.
Das 19,1 kg schwere Statorelement ist ei-
ne total vergossene Einheit, sodass das
Rotorelement nur 5,7 kg wiegt.
„earo“ wie der Motor fortan bezeichnet
wird, soll auch skalierbar sein, was beim
jetzigen Aufbau durch die vergossene Sta-
toreinheit den Vorteil hat, dass man auch
eine Flüssigkeitskühlung bei benötigten
höheren Leistungen vorsehen kann.
Aktuell wird der Prototyp des Motors
gerade im Flugzeug eingebaut und ange-
passt, nachdem stundenlange Testläufe
auf dem Bremsprüfstand im Werk erfolg-
ten. Hersteller e+a hat indes schon grös-
sere Pläne. Man möchte jedoch „zunächst
gerne am Markt schnuppern“, wie Ent-
wicklungsleiter Dr. Marc. C. Schöning mit-
teilte. Preisvorstellungen habe man noch
nicht, denn ein Serienpreis nach Staffeln
ist noch nicht bekannt. Aktuell sind die
Stator- und Rotorbleche gelasert. Hierzu
müssten die aktuellen gelaserten Stator-
und Rotorbleche mit einem Stanzwerk-
zeug gestanzt werden und die Verguss-
und Montagewerkzeuge serientauglich
weiterentwickelt werden.
Es ist auch angestrebt, den Motor nach
EASA-Vorgaben zu zertifizieren. Nach
dem Erstflug, der noch im Juli erfolgen
soll, ist geplant, das Flugzeug nebst neu-
entwickelten Elektro-Flugmotor in Gren-
chen auf dem Electrifly-in zu präsentie-
ren. Auch an einer AERO-Beteiligung ist
gedacht.
100 kW für Bausatz-Viersitzer
Skalierung des Motors ist möglich
eSling vor dem Einbau des Motors
Motorflansch mit Motor (Prototyp)
Bild: Smartflyer
Bild: Smartflyer
Foto: Messe-Friedrichshafen
Foto: Messe-Friedrichshafen
Foto: Messe-Friedrichshafen
Foto: Messe-Friedrichshafen
Foto: Airbus
Erste Boden-Tests für 600 kW Antriebe
Foto:ZeroAvia
13.08.2021
suchung, wie wasserstoffbetriebene Flug-
zeuge eine führende Rolle in der Zukunft
des nachhaltigen Fliegens spielen können.
Schon zuvor hatte ZeroAvia ein Zweigun-
ternehmen in England gegründet, wo ge-
genwärtig für ergänzende Flugversuche
eine der zwei Piper Malibus stationiert ist.
Der im Bild zu sehende Bodentest um-
fasste den flugorientierten 600-kW-An-
triebsstrang von ZeroAvia, der den 15-Ton-
nen-Hyper-Truck-, eine mobile Bodentest-
plattform von ZeroAvia über den Asphalt
zog. Der Hyper-Truck, ist auf Basis eines
schwere Militär-Lkw entwickelt worden. Er
ist für den Antriebstrang ZA-2000 mit 2MW
ausgelegt, der auch zum weiteren Testen
von Systemen für wasserstoff-elektrisch
angetriebene Flugzeuge mit 40-80 Sitzplät-
zen verwendet werden kann. Die jetzt be-
gonnenen Bodentests des 600-kW-An-
triebssystems unterstützen die laufende
Entwicklung des HyFlyer II-Pro-gramms
des Unternehmens, das ein wasserstoff-
elektrisches, emissionsfreies Antriebssys-
tem für Flugzeugzellen mit einer Größe
von 10 bis 20 Sitzen liefern wird.
Val Miftakhov, CEO und Gründer von Zero-
Avia, sagte: „Diese Tests sind wichtige
Schritte, um unser nächstes großes Ziel
mit der Flugerprobung in unseren 19-sitzi-
gen Flugzeugen, sowohl in den USA als
auch in Großbritannien auf dem Do 228-
basierten Prototypen zu erreichen“. Die
ersten Testflüge mit dem umgerüsteten
Dornier 228-Erprobungsträger von HyFlyer
II werden voraussichtlich noch in diesem
Jahr von im britischem ZeroAvia-Werk in
Kemble aus stattfinden. Parallel laufen
auch seit März 2021 die Entwicklungen
eines 2 Megawatt Antriebstranges für was-
serstoff-elektrisch angetriebene Flugzeuge
mit 40-80 Sitzplätzen.
Das amerikanisch-britische Start-up Zero
Avia, bekannt durch seine ersten Flüge mit
den wasserstoffgespeisten Antrieben in Pi-
per Malibus geht jetzt einen Schritt weiter.
Dazu wurden zwei gebrauchte Maschinen
des Typs Dornier 228 beschafft, die zuvor
im Liniensatz waren. Die in den Malibus
verwendeten elektrischen Triebwerke be-
sitzen eine Leistung von 250 kW.
In der Serienversion der Dornier 228 be-
sitzt die Maschine zwei Propellerturbinen
mit je 579 kW. Der nächste Schritt, so das
mit Hauptsitz in Hollister/Kalifornien an-
sässige Unternehmen, gelte der Entwick-
lung eine 600 kW-Antriebsstranges. Dieser
wird von der britischen Regierung mit um-
gerechnet 16,3 Mio Dollar unterstützt, um
einen wasserstoffelektrischen Luftfahrt-
antrieb mit 19 Sitzen gleich welchen Typs
im Rahmen des HyFlyer II-Programms zu
entwickeln. Weitere 21,4 Mio. Dollar sind
durch ein Venture-Kapital gesichert. Die
Finanzierung folgt einer Partnerschaft mit
British Airways in einem Projekt zur Unter-
Elektrisches Fliegen - die Zukunftsperspektive
Elektrisches Fliegen - die Zukunftsperspektive
Motoren
Bild: Smartflyer
Bild: DLR