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
Fraunhofer IFAM Fraunhofer IFAM
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.
H55 H55
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
ASuMED ASuMED
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
H55 H55
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
e+a e+a
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
Zero Avia Zero Avia
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

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