Hier beantworten wir Ihnen häufig gestellte Fragen zu unseren Elektroantrieben:
Wie kann man die Leistung eines Elektromotors mit der eines Verbrennungsmotors vergleichen?
Dazu muss man folgende Zusammenhänge kennen: Die HPD Motoren sind von ihrer Bauart her Drehstromsynchronmotoren mit einer konstanten Drehmomentkennlinie vom Stillstand ab über den gesamten Drehzahlbereich, unabhängig von Umgebungseinflüssen. Ein Verbrennungsmotor kann nur an einem bestimmten Drehzahlarbeitspunkt, bei optimalen Umgebungsbedingungen (Luftdruck, Temperatur, Treibstoffqualität etc.) sein maximales Drehmoment entwickeln. Daraus resultiert, dass man in der Praxis “Elektro PS“ nicht mit „Verbrennungsmotoren PS“ vergleichen sollte. Nach unserer Erfahrung und Messungen mit vielen umgerüsteten Fluggeräten von Verbrennungsmotoren auf die HPD Motorenreihe kann man bei der Antriebsauslegung eines bereits mit einem Verbrennungsmotor ausgestatteten Fluggerätes, von folgendem Zusammenhang ausgehen: 1,35 * „Elektro PS“ = „Verbrennungsmotoren PS“
Ist ein Elektromotor effizienter als ein Verbrennungsmotor?
Unsere Antriebssysteme (Akku, Ladesystem, Motormanagement, Motor und Propeller) haben einen Wirkungsgrad bei der Energieumsetzung zwischen 45% und 80% je nach Fluggeschwindigkeit des Fluggerätes. Das bedeutet, dass pro 1kWh in den Akku geladene Energie 0,45kWh bis 0,8kWh in den Vortrieb umgesetzt werden.
Ein gutes Verbrennungsmotorantriebssystem kommt dabei auf ca. 3-5%, das heißt dass aus einem Liter Benzin mit einem Energieinhalt von ca. 10 kWh nur ca. 0,3 bis 0,5kWh in Vorschub umgesetzt werden können.
In der Praxis verdeutlichen Messflüge den Zusammenhang folgendermaßen: Ein mittlerer Gleitschirm mit unserem HPD10 Antrieb und dem kleinsten Akkupack mit 1,2kWh Energieinhalt kann ca. 20 Minuten ohne Aufwinde fliegen. Ein mittlerer Gleitschirm hingegen mit einem guten Verbrennungsmotorantriebssystem benötigt hierfür ca. 2 Liter Benzin mit einem Energieinhalt von 20kWh.
Das entspricht einem Energieumwandlungsverhältnis von ca. 16:1 (Elektromotor zu Verbrennungsmotor)
Ist ein Fluggerät mit Elektromotor leiser als eines mit Verbrennungsmotor?
Ja, aber nur unter bestimmten Voraussetzungen. Der von einem Verbrennungsmotorantriebssystem ausgehende Lärm setzt sich zusammen aus dem Motorengeräusch, dem Laufgeräusch von Riemen oder Getriebeuntersetzungen, Resonanzgeräuschen und dem Luftgeräusch der Luftschraube. Sehr leise Verbrennungsmotoren kommen dabei auf Emissionswerte von ca. 60dbA.
Bei einem Elektroantriebssystem bleibt nur noch das Laufgeräusch der Luftschraube übrig, wenn es sich dabei um ein Direktantriebssystem, wie bei unserer HPD xx Motorenreihe, handelt.
Das Laufgeräusch der Luftschraube steigt massiv mit der Zunahme der Propellerdrehzahl an. Somit kann es durchaus sein, dass ein Elektroantriebssystem mit schnell drehenden, kleinen Propellern als „aggressiv“ laut empfunden wird. Auch bei Elektroantriebssystemen die mit einem Getriebe oder Riemen untersetzt sind, entsteht noch ein nicht zu vernachlässigender Reibungslärm.
Unser getriebeloses - elektro - Direktantriebssystem HPD xx ist auf eine Nenndrehzahl von 1950 1/min ausgelegt. Die speziell für diesen Drehzahlbereich entwickelten Luftschrauben H25K, H25F und H30V entwickeln bei einer Effizienz von ca. 50% eine Geräuschemission von 46 – 50 dbA! Das bedeutet, dass man diesen Antrieb in ca. 100m Abstand nicht mehr wahrnimmt. Wenn man weiterhin bedenkt, dass die Schalldaueremissionsgrenze in Wohngebieten 50dbA beträgt und man somit den Antrieb innerhalb eines Wohngebietes rund um die Uhr betreiben dürfte, kann man sagen: Der Elektromotor ist leiser als ein Verbrenner.
Wie hoch ist der Preis eines Elektroantriebes?
Die Anschaffungskosten eines Elektroantriebssystems sind insbesondere aufgrund der noch relativ hohen Akku-Kosten um etwa 30% höher als die eines Verbrennungsmotors vergleichbarer Leistung und Komforts (E-Starter, Monitoring etc.). Allerdings muss man bei einem Vergleich beider Systeme einige Fakten berücksichtigen:
- Die Betriebskosten eines Elektroantriebes beschränken sich auf die Stromkosten beim Aufladen. z.B.: beinhaltet ein 24Ah LiIon Akkupack mit 14 Zellen ca. 1,2kwh Energie. Damit kann man etwa 20 Minuten mit einem GS fliegen. Diese Energie aus der Steckdose kostet im Mittel etwa 30cent. Die Vergleichbaren Energiekosten aus Treibstoff für einen Verbrenner liegen bei ca. 1,50 €.
- Der Elektroantrieb ist vollständig wartungsfrei. Wartungskosten entfallen!
- Der E-Antrieb ist hochverfügbar bei jeder Witterung und bringt konstante Leistung in jeder Flughöhe.
- Der E-Antrieb entwickelt mit unseren Luftschrauben einen Geräuschpegel von 47-50dbA. Das liegt unterhalb der Daueremissionsgrenze für Wohngebiete! Somit können auch geräuschsensitive Fluggebiete erschlossen werden.
- Der Kompakte Aufbau des Elektroantriebes lässt schlanke und aerodynamisch gute Designs zu.
- Das System arbeitet vollständig emmissionsfrei.
Kann man für einen Elektromotor die vorhandenen Propeller für Verbrennungsmotoren verwenden?
Konventionelle Propeller werden auf die hohen Schwingungsbelastungen eines Verbrennungsmotors ausgelegt. Das erfordert relativ dicke Profile, die aerodynamisch nicht optimal sind. Unsere Propeller haben speziell für den Elektroflug mit HPD - Motoren ausgelegte wesentlich dünnere und effektivere Profile, die deutlich weniger Antriebsleistung pro Schub benötigen. Man kann also bei gleichem Akku länger fliegen.
Sind die Akkus sicher?
Die Akkutypen aus unserem Lieferprogramm kommen aus der KFZ-Branche. Sie werden dort für Elektro- und Hybridautomobile eingesetzt. Das bedeutet, dass diese Akkus speziellen Vorschriften und Zulassungen entsprechen müssen. Dazu werden die Akkus speziellen Tests, wie Höhensimulation, Thermischen Einwirkungen, Vibration, Schock, Kurzschluss, Aufprall, Tiefentladung, Überladung etc., unterzogen. Die Akkus dürfen in der Praxis beispielsweise bei einem Crash in Folge dessen der Akku mechanisch und elektrisch (Kurzschluss) zerstört wird, keine wesentliche, exotherme Reaktion zeigen (Feuer entwickeln). Darüber hinaus werden in unserem Antriebssystem alle relevanten Parameter der Akkus (Zellenspannung, Temperatur, Strom, Leistung etc.) überwacht.
Wie hoch ist die Lebensdauer der Akkus?
Zur Lebensdauer der Akkus gibt es zwei spezifische Grenzwerte. Je nach Akkutyp gibt es eine Zyklenzahl bei welcher der Akku noch 80% seiner Kapazität abgeben kann und bei welcher er entsorgt werden sollte. Der erste Wert (80%) liegt bei ca. 800 bis 1200 Lade/Entladezyklen. Nach etwa 1500 bis 2500 Zyklen sollten die Akkus entsorgt werden. Als Ladezyklen zählen vollständige Ladungen/Entladungen.
Muss man die Akkus vor jedem Flug nochmals Laden?
Unsere LiIon oder LiPoly Akku’s haben eine gemessene Selbstentladungsrate von ca. 0,3Ah pro Monat, abhängig vom Ladezustand und Alter. Selbst wenn ein Akku in der Flugsaison nach dem Laden 4 Wochen steht, ist der Kapazitätsverlust vernachlässigbar klein.
Wie schnell kann man die Akku’s wieder Aufladen?
Unsere Akku’s sind schnellladefähig. Je nach Typ kann der Ladestrom zwischen 1C und 2C (1-2*Nennkapazität (C)) liegen. Die Ladezeit bis 90% der benötigten Ladung berechnet sich aus der Kapazität des Akkus dividiert durch den Ladestrom: t = C/I Beispiel: Ein 24Ah Akkupack mit einem ACS9 Ladegerät benötigt somit t= 24Ah / 9 A = 2,67 Stunden mit dem ACS18 benötigt derselbe Akku t = 24Ah / 18A = 1,33 Stunden.
Werden die Akku’s noch leistungsfähiger?
Es gibt viele Entwicklungen und Forschungsarbeiten die darauf abzielen noch leistungsfähigere Akkus auf den Markt zu bringen. Wenn die Automobilbranche endlich mit Engagement auf die E-Antriebstechnologie aufspringt, werden diese Energiespeicher in Zukunft auch kommen. Mittelfristig wird das Entwicklungspotenzial mit etwa 20% innerhalb der nächsten 2 Jahre angegeben.
Man muss bedenken, dass es die jetzige Akkugeneration seit ca. 6 Jahren gibt, die Kosten und die Verfügbarkeit am Markt dafür aber erst in den letzten beiden Jahren für Massenanwendungen brauchbar geworden ist.
Sind elektroangetriebene Leichtfluggeräte in Deutschland zugelassen?
Derzeit gibt es mehrere mit der HPD-Motorenreihe angetriebene Ultraleichtfluggeräte, welche über den DULV oder DMSV als UL zugelassen sind.
Welchen Schein benötigt man dafür?
Derzeit benötigt man in Deutschland für die zugelassenen Muster (E-Lift oder Silent-X etc.) die Berechtigung für Fussstart UL. Allerdings gibt es bereits eine Beauftragung des DHV vom BMV die elektroangetriebenen Fluggeräte mit bestimmten Eigenschaften (Thermiktauglichkeit, Energiebegrenzung etc.) als neue „Startart - Elektro“ einzuführen. Dazu wird dann analog zum Windenstart oder F-Schlepp eine Ausbildung und/oder Einweisung beim einer vom DHV beauftragten Stelle genügen.
Was ist der Unterschied zwischen dem HPD10 und den HPD13.5?
Der Index nach der Typbezeichnung High Power Direct gibt die Dauerleistung in Kilowatt an. Somit kann der HPD10 10kW Dauerleistung und der HPD13.5 13,5kW Dauerleistung abgeben. Der HPD10 eignet sich dabei für einsitzige Leichtfluggeräte, der HPD13,5 für doppelsitzige, bzw. schwerere Ultraleichtfluggeräte. Mit den entsprechenden Luftschrauben aus unserem Programm entwickeln die Antriebe zwischen 500N (1,30m Propeller am HPD10) und ca. 750N Standschub (1,40m Propeller am HPD13.5). Die Spitzenleistung der Motoren liegt dabei jeweils um ca. 25% höher als die Nennleistung. Sie kann kurzfristig, z.B.: während der Startphase für ca. 1-2 Minuten abgegeben werden und erhöht den Schub nochmals.
Wie lange kann man mit einem Akku fliegen oder steigen?
Die Flug- oder Steigzeit, hängt ausschließlich von der Größe des Akkus, bzw. der Energiequelle ab.
Die Flugzeit im Kraftflug berechnet sich vereinfacht sehr leicht indem man die Kapazität des installierten Akkus durch die Stromaufnahme dividiert: t = C/A .
Als Berechnungsbeispiel nehmen wir den Strombedarf eines Gleitschirms (mittlere Schirmgüte und mittleres Pilotengewicht) beim Steigen (St) bei etwa 2m/s mit 200A an. Im Horizontalflug bei ca. 35km/h Fahrt benötigt dieses Fluggerät etwa 70A. Als Akku nehmen wir unseren kleinen 24Ah Akkupack.
à Steigflug: t = C / A; t= 24Ah / 200A = 0,12h = 7,2minuten = 432 Sekunden
à Horizontalflug: t = C / A; t= 24Ah / 70A = 0,33h = 20 minuten = 1440 Sekunden
Der Gleitschirm kann somit eine Steighöhe von h = St * t = 2m/s * 432s = 864m erreichen, oder eine Strecke von s = v * t = 35km/h * 0,33h = 11,5 km zurücklegen. Oder beides kombiniert.
Die Flugzeit oder die Steighöhe kann man mit entsprechend größeren Akkus (40Ah, 60Ah …) oder anderen Energiequellen nach oben skalieren. Beispielsweise hat Gerard Thevenot mit einem Drachentrike, angetrieben mit unserem HPD10 und gespeist von einer Brennstoffzelle, im Jahr 2009 den Ärmelkanal überquert und einen weiteren Rekordflug von 1h12min Flugzeit aufgestellt.
Kann man Rekuperieren?
Prinzipiell kann man den Antrieb auch als Generator betreiben. Damit kann man beispielsweise einen Schnellabstieg realisieren oder die Landeeinteilung steuern.
Eine Energierückgewinnung ohne großen Aufwand (automatische Propellersteigungsanpassung etc.) ist sehr uneffizient und somit praktisch nicht sehr interessant.
Ist ein Elektroantrieb ökologisch sinnvoll?
Ja. Der Elektroantrieb ist sogar ein zwingendes Glied eines ökologisch durchgängigen Prozesses. Da das System „emmissionsfrei“ arbeitet, ist am Einsatzort des Antriebs keine Belastung der Natur gegeben. Also der „Verbrauch“ (das Umsetzen) der Energie ist bereits umweltverträglich. Natürlich kann man von einer vollen ökologischen Durchgängigkeit erst dann sprechen, wenn der Strom zum Laden der Akku’s auch aus naturverträglichen Kraftwerken kommt. Diese langfristige Entwicklung zeichnet sich ja allerdings durch verschiedene Projekte jetzt schon ab.
