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Antriebs- und Speichertechnik

Schafft die Festkörperbatterie den Durchbruch?

Mehrere Unternehmen und For- schungsanstalten kündigen an, dass ihre Entwicklungen auf dem Sektor der Feststoffbatterien kurz vor der Serienreife stünden. Da ihre Separa- toren nicht mehr aus Elektrolyten, sondern aus Keramiken bestehen, seien sie unbrennbar, was nur die halbe Wahrheit ist, denn die Lithium- Anteile in der Batterie lassen sich nach wie vor entzünden. Solid Power aus dem US-Bundesstaat Colorado und Quantumscape aus San José in Kalifornien die von BMW und VW sowie Letztere auch von Bill Gates

Mit Millionen Dollar unterstützt werden, liefern sich unter den ganz großen Playern harte Presseduelle. VW ist sogar zu einem Drittel Anteilseigner von QuantumScape. So soll sich ein Akku in nur 15 Minuten auf 80 Prozent seiner Ladeleistung aufladen lassen, und selbst bei einer Temperatur unter 30 Grad Celsius soll der in seiner dop- pelt so starken Energiedichte (bis 500 Wh/kg) noch ohne große Leistungseinbußen funk- tionieren.

Weitere Meldungen aus der Elektroflug-Szene unter Neues 2020 chronologisch gelistet

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Die erste Konzept-Idee des Triple Boxwing sah einen Flugstundenpreis von nur 660 US- Dollar vor. Angsichts der Auswahl einer Honeywell-Wellenturbine als Stromlieferant für die zwei Magni500E- Elektromotoren, könnte dieser Preis jedoch nur die reinen Kerosinkosten decken. Faraday Aircraft will allerdings keine Flugzuege verkaufen, sondern nur vemieten. Das könnte für kleine Gesellschaften sehr lukrativ sein. Ob sich diese Art von Finanzierung als sinnvoll erweist, wird sich zeigen müssen. Ähnliche Modelle werden jüngst auch von Start-ups aus den Bereichen der Airtaxis angeboten.

07.01.2021

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Als Luftfahrtnation hat Großbritannien eine lange Tradition mit herausragenden Konstrukti- onen, an die Neil Cloughley, CEO und Gründer von Faradair Aircraft gerne mit seinem „Triple Boxwing“. BEHA M1H anknüpfen würde. Burt Rutan kramte eine uralte Idee eines Entenflug- zeugs heraus, was Gyroflug mit der Speed Canard umsetzte, doch die Serie wurde nach 30 gefertigten Maschinen gestoppt. Vor einem solchen Stopp möchten sich Hersteller schützen. Mutig ist nun das britische Luft- und Raumfahrt Start-up Faradair Aircraft mit einer geradezu revolutionären Idee an den Markt getreten. Mit dem unkonventionellen 18-sitzigen „Triple- Boxwing“ will das Unternehmen in den Markt drängen. Jüngst schloss Faradair eine Kaufbe- reitschaft zur Beschaffung der erforderlichen Elektro-Antriebsmotoren mit dem US-Hersteller MagniX für das Flugzeug ab, worüber sich CEO Roei Ganzarski selbstverständlich sehr freu- te, denn noch sind mit MagniX-Motoren nur wenige Prototypen ausgestattet worden. Gelingt der für dieses Jahr erneut geplante Erstflug des Geschäftsreiseflugzeugs Alice, könnte lang- sam Geld in die Kasse bei MagniX kommen, denn Entwicklungen sind teuer, sind da doch noch andere Player wie Rolls-Royce und Safran, die den Bereich Elektroantriebe als Neben- geschäft mitfinanzieren. Der von Faradair angedachte Boxwing mit drei Flügeln weist aller- dings auch eine ganze Reihe Vorteile auf. Als Commuter-Flugzeug mit einer dadurch stark eingegrenzten Spannweite ist es im Vergleich zu einem Blended Wing sehr viel leichter an vorhandenen Airports anzubinden. Der Schlüssel der BEHA M1H wird in erster Linie im revo- lutionären Hybrid-Antriebsstrang liegen, dessen Stromspender eine Gasturbine von Honey- well mit 1500 HP sein wird. Sie soll zwei Magni500E mit Strom versorgen, die zwei gegenläu- fige Propeller im Heck schubneutral antreiben. Mit 60 dBA wäre der Flieger so leise wie ein UL. Cambridge Consultans und Nova System in Grossbritannien unterstützen das Projekt des am Airfield Duxford beheimateten jungen Unternehmens. Bis jetzt gibt es auch nur Mo- dellstudien und Renderings, doch die Pläne, die den Machern vorschweben, reichen schon jetzt bis ins Jahr 2030. BEHA M1H soll von Start- und Landbahnen ab 300 Meter Länge starten und landen können. Eine Eigenschaft, die zumindest kein Commuter-Flugzeug, geschweige denn auch eine normale viersitzige Reisemaschine besitzt. Wieviel Kapazität in dem STOL- Flugzeug stecken, wird sich spätestens bis zum Jahr 2026 bei jetzt neu geplanten Erstflug er- weisen müssen. Neil Cloughley, CEO und Gründer von Faradair, der das Projekt 2015 startete, ist sich sicher, dass man auch nach dem Flugzeug fragen wird, wenn die Menschen die Wirt- schaftlichkeit dieses aussergewöhnlichen Flugzeugdesigns verstanden hätten. Umso opti- mistischer klingt die Ansage bis 2030 um die 300 Flugzeuge der „Triple Boxwing“ zu liefern.

Spannweiten-Verkürzung durch „Triple Boxwing“ am BEHA M1H

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Airbus „Pods“bestehen aus den folgenden Elementen: je ein achtblättriger Propeller mit dem Elektromotor, Brennstoffzellen mit einer Leistungselektronik und einem Wasserstoff-Druck- Tank sowie ein Kühlsystem. Die Leistungselektronik wandelt den Strom für die Elektromotoren um. Dank der elektrischen Energie dreht sich die Motorwelle und dreht so den Propeller. Ein weiteres auffälliges Merkmal der „Pod“ -Konfiguration sind die abnehmbaren Vorrichtungen. Dies bedeutet, dass jeder „Pod“ in Rekordzeit zerlegt und wieder zusammengebaut werden kann. Dieser Ansatz könnte eine praktische und schnelle Lösung für die Wartung und mög- licherweise das Auftanken von Wasserstoff an Flughäfen bieten. Es wird erwartet, dass das fortschrittliche Tragflächen-Design zu einer verbesserten Effizienz und Leistung führt.

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Es ist schon einige Monate her, als Airbus seine ersten Ideen zur direkten Verwendung von Wasserstoff in Stahltriebwerken für seine Verkehrsflugzeuge vorstellte. Theoretisch könne man den Turbinen den Wasserstoff, der in großen Drucktanks mitgeführt werden muss, di- rekt in die Brennkammern einführen. Welche Probleme damit verbunden sind, bleibt außen vor. Nun legte Airbus gleich nach und skizzierte eine realistischere Idee, die obendrein si- cherstellt, dass das Konzept der Wasserstoffverbrennung über Brennstoffzellen auch die umweltfreundlichere und damit auch lärmärmere Version darstellt. Das ZEROe-Konzeptflug- zeug, welches selbstverständlich auch skalierbar sein soll, eigne sich auch für größere Strecken. Der Clou ist die sogenannte „Pod“-Konfiguration. Der einzelne „Pod“ wird als modulares System entwickelt, welches ja nach Größe des Flugzeugs aus zwei, vier, sechs oder noch mehr über die Flügel verteilte „Pods“ enthält. Im Fall des jüngst vorgestellten Konzeptes gehören Wasserstoff-Brennstoffzellen zu den eigentlichen Schlüsselkomponen- ten. „Die Pod-Konfiguration ist im Wesentlichen ein verteiltes Brennstoffzellen-Antriebs- system, das dem Flugzeug über sechs, entlang des Flügels angeordnete Antriebe Schub verleiht“, erklärt Matthieu Thomas, leitender Ingenieur von ZEROe Aircraft. „Wasserstoff- Brennstoffzellen haben sehr unterschiedliche Designüberlegungen, daher wussten wir, dass wir einen einzigartigen Ansatz entwickeln mussten.“ Tatsächlich muss die Wasser- stoff-Brennstoffzellentechnologie noch auf ein großes Verkehrsflugzeug in Passagierflug- zeuggröße skaliert werden. Kleinere experimentelle Wasserstoffflugzeuge mit bis zu 20 Sitzen können mit traditionellen Starrflügelkonfiguration mit ein oder zwei Propellern aus- kommen, auch wenn Designstudien mit Flugzeugen kleinerer Dimensionen bereits mit mehreren Propellern ähnlich des Airbus-Konzeptes realisiert werden (siehe APUS-Projekte). Mehr Passagierkapazität und größere Reichweite erfordern jedoch eine ausbaufähigere Lösung. Aus diesem Grund untersucht Airbus eine Vielzahl von Konfigurationen, einschließ- lich der „Pods“, um festzustellen, welche Option das Potenzial hat, auf größere Flugzeuge skaliert zu werden. Die "Pod"-Konfiguration ist ein guter Ausgangspunkt, um weitere Unter- suchungen darüber anzuregen, wie die Wasserstofftechnologie auf Verkehrsflugzeuge aus- geweitet werden kann. Dies ist nur eine Option, aber viele weitere werden konzipiert, bevor eine endgültige Auswahl getroffen wird, deren Entscheidung, die bis 2025 erwartet wird. Jeder „Pod“ ist im Wesentlichen ein eigenständiges Propellerantriebssystem, das von Wasserstoff-Brennstoffzellen angetrieben wird.

Der Flugzeugbauer prüft Wasserstoff-Konzepte für die Zukunft

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Der Verzicht eines Pod unter dem Flügel für einen Range Extender, in dem ein Generator mit der Wankel-Motoreinheit AE 50 R von Austro Engines untergebracht werden sollte, forderte das Entwicklungsteam um Dr. Reiner Stemme heraus, grundsätzliche Änderungen vorzunehmen. Der jetzt im Rumpf integrierte Range Extender ist jedoch nur eine Option. In der Standardversion werden drei der ursprünglich nur zwei Batterien vorgesehen. Zu den Batterien gibt RS.aero bekannt, das die Serienbatterien „State of the art 2021“ sein werden, was bedeutet, dass es sich um Lithium-Ionen-Batterien mit mindestens 265 Wh/kg handeln wird. Was bei Segelflugzeugen im Gegensatz zu UL‘s noch als recht ungewöhnlich ist, ist der Verbau eines serienmäßigen Rettungssystems von BRS in dem doppelsitzigen Hochleis- tungsmotorsegler. Die Fertigstellung ist für April und der Erstflug für Mai dieses Jahres vor- gesehen.

06.01.2021

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Die am Flugplatz Schönhagen bei Berlin angesiedelte Reiner Stemme.aero GmbH, die zur Rei- ner Stemme Company gehört, nicht zu verwechseln mit der Stemme AG in Strausberg, gab jetzt bekannt, dass es in der Vergangenheit Finanzierungsprobleme gab und nicht zuletzt aber Covid 19 zu einer Verlangsamung der Entwicklung geführt habe. Dr. Reiner Stemme ent- schuldigte sich im Januar dieses Jahres in einem persönlichen Schreiben an seine Kunden, das auch die Verlangsamung des Projektes seine positiven Auswirkungen gehabt habe, dass eigentlich im letzten Jahr hätte flügge sein sollen. Schlussendlich, so Dr. Stemme, sei es sogar ein Segen für das Projekt gewesen. So haben Piloten und Fluglehrer dank des Kernteams die zusätzliche Zeit für eine fortschrittlichere Technologie genutzt, um ein besseres Flugzeug zu entwickeln. Leichter, einfacher, sicherer, effizienter, leistungsfähiger und bequemer. Wesent- liche Verbesserungen wurden bei Gewichtsreduzierung, dem Range Extender (REX) -Design, der rein elektrischen Flugdauer, der Bodenabfertigung und eine zukunftssichere Integration von Batterien der nächsten Generation sowie einer Reihe weiterer Verbesserungen erzielt, die sich im überarbeiteten Projekt der elfin20.e zusammenfügen. In der Zwischenzeit sei auch ist die Finanzierung durch eine „große Institution im Gange“, um die endgültige Entwicklung für Produktionsstart abzudecken. Im Detail zeigt sich die Stemme elfin 20.e rein äußerlich in einem ähnlichen Design wie die Stemme S10 und S12, mit dem patentierten Propeller-Falt- system, der sich bei Nichtbenutzung unter dem verschiebbaren Propellerdom zusammenge- faltet ist und so einen umlaufenden Spalt für den Propeller freigibt bzw. schließt. Die wesentli- chen Änderungen drehen sich um das elektrische Antriebssystem. Explizit entfällt der demon- tierbare Pod unter dem Flügel, indem sich der Range Extender befinden sollte. Das mit einem von Austro Engines AE 50R mit 41 kW und einem Emrax Generator kombinierte Range Exten- der-System liefert den Strom für zusätzlich nutzbare Reichweiten. Der Verbrauch soll bei 16 Liter Kerosin pro Stunde betragen. Das System wird sich im hinteren Rumpfteil befinden. In der Standard-Version ist jedoch an eine reine Stromversorgung aus drei 10,5 kWh Batterien gedacht, die anstelle der ursprünglich zwei Batterien eine elektrische Motorflugdauer von 2,5 Stunden ermöglichen. Angesichts dieser Leistungssteigerung wird sich der Kunde sogar fra- gen, ob ein Range Extender für ihn überhaupt Sinn macht, zumal in den kommenden Jahren immer größere Leistungsdichten bei den Batterien zur Verfügung stehen werden. Das Weg- lassen des Pods bewirkt nach Firmenangaben eine Reichweitenerhöhung um 10 %, was einer effektiven Reichweite von 600 nm (1100 km) entspricht. Anstelle des Siemens-Motors hat Stemme nun den 65 kW Emrax 260 vorgesehen, der einen Dreiblatt-Propeller antreiben wird.

Mit einem leicht veränderten Konzept wird Stemme‘s elfin 20.e verbessert

Zeichnung: RS.aero