Verbrennungsmotor durch E Antrieb ersetzen

Elektrische Antriebe
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fliegerschmidt
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Verbrennungsmotor durch E Antrieb ersetzen

Beitrag von fliegerschmidt »

Hallo

Ich bin OUV Mitglied und habe vor 28 Jahren eine Kitfox 4 Klassic / Göbler Hirth F30/ Rotax C Getriebe / 68“ WarpDrive gebaut und in der Beschränkten Sonderklasse zugelassen.
Mein F30 hat nicht mehr viele Stunden nach, die Ersatzteile werden knapp, Hirth Engines baut den F30 nicht mehr. Wenn ich meine mittlerweile 28 Jahre alte Kitfox verkaufen will, geht das nur mit einem anderen, passenden Motor, für den man auch für eine längere Zeit Ersatzteile bekommt.

Einen anderen Motor einbauen ist eine große Änderung und bedeutet: Ein ergänzendes 2. Gutachten, VVZ und Flugerprobung, ergänzendes 3. Gutachten, Lärmmessung, danach die erneute Zulassung. Neben dem Umbau muss auch noch viel Papier erstellt und auf die Gutachten und LBA Genehmigungen gewartet werden.

Da liegt der Gedanke nahe, einen E – Antrieb einzubauen mit dem ich mindestens 1 Stunde im Stück fliegen kann, denn längere Flüge sind reizen mich nicht mehr.
Meines Wissens gibt schon zwei UL`s mit E-Antrieb:
a) UL eSpyder: Motor 24 KW, Akku 13 KWh 75 V Flugzeit 45 Minuten
b) Velis Electro: Motor 57,6 KW, Akku 2 x 11 KWh Volt ??? Flugzeit 60 Minuten

Eigentlich sollte man nicht Äpfel mit Birnen vergleichen, - trotzden:
Mein E – Smart: Motor 35/55 KW, Akku 17,6 KWh 391 V im ECO Betrieb reicht im Sommer eine Ladung für 150 Km.
Mein F30 leistet 59 KW/ 5.000 U/min/ 104 Nm. Im Reiseflug 4.000 U/min (50% Leistung 30 KWh) fliegt meine Kitfox 4 zweisitzig den zulässigen 480 Kg Abfluggewicht in 1.000 ft mit 115 Km/h.

Der Siemens Motor der Velis Electro (57,6 KW max) wäre für den Umbau perfekt und würde etwa 15 Kg Gewicht (F30 + Getriebe + Vergaser + Abgasanlage) einsparen. 101 Liter Tankfüllung noch einmal 72 Kg.

E-Kitfox 4: Leergewicht 264,5 Kg (279,5) + Pilot + Passagier + Gepäck = 128,5 Kg, Batterie 87 Kg, zulässiges Gesamtgewicht = 480 Kg

Bei einer umgerüsteten E-Kitfox (zulässiges Gesamtgewicht 480 Kg) dürfte die Batterie 87 Kg wiegen und müsste ein Speichervermögen von 30 KWh haben, um einen einstündigen Reiseflug bei 50% Leistung (115 Km/h) zu ermöglichen.

Meine E-Smart Batterie wiegt 175 Kg und hat ein Speichervermögen von 17,6 KWh

Bei der Velis Electro kann ich mir einen einstündigen Flug / bzw. Platzrunden mit Passagier mit 2 x 11 KWh = 22 KW Batterien nicht so richtig vorstellen. Es sei denn die Batterien sind gegenüber meiner 6 Jahre alten E-Smart - Batterie erheblich leistungsfähiger und leichter geworden.

Wer hat die Velis Electro schon mal geflogen oder kennt sich bei den Batterien (Leistung / Gewicht) aus?

Mit freundlichen Grüßen
W. Schmidt
p.S. mittlerweile habe ich Leistungsdaten gefunden s. Anhang
Dateianhänge
E Velis Electro von Pipistrel.pdf
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E Spyder von Yuneec.pdf
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Siggi
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Re: Verbrennungsmotor durch E Antrieb ersetzen

Beitrag von Siggi »

Hallo fliegerschmidt,

Toni Roth hat eine C42 mit E-Antrieb ausgerüstet: https://toniroth.com/ikarus-c-42-cs-elektro/

Servus: Siggi
fliegerschmidt
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Re: Verbrennungsmotor durch E Antrieb ersetzen

Beitrag von fliegerschmidt »

Hallo Siggi
Danke für den Hinweis, auf Toni Roth und seiner Ideenschmiede www.electric-flight.eu
aus Oberschwaben. Der Hybrid-Antrieb hat einen Geiger- Elektromotor HPD 40 mit 55 KW, und einen 30 Kw Viertakter. Flugdauer elektrisch 1 Stunde, 5 Stunden im Hybridbetrieb.
Youtube Videos:
https://www.youtube.com/results?search_ ... r%C3%BCgen
https://www.youtube.com/results?search_ ... 42+elektro
https://www.youtube.com/watch?v=WKeGQXyypkg
Sehr interessant wäre zu wissen: wie viel wiegen und kosten E-Motor, Viertakter und die Batterien. Kann man E-Motor und Batterien schon käuflich erwerben - und vor allem, wird die Umrüstung teurer als ein nagelneuer Rotax 912
mfG Fliegerschmidt
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Re: Verbrennungsmotor durch E Antrieb ersetzen

Beitrag von Admin »

Ich gehe fest davon aus, dass eine Umrüstung auf Elektro heutzutage immer deutlich teurer wird als die Verbrenner-Alternative.
Dir Batterien sind ziemlich teuer, aber auch die Motoren kosten viel zu viel, wenn man bedenkt wie einfach sie aufgebaut sind im Vergleich zum Verbrenner. Dann noch Regelung und Ladetechnik...

Ich habe es mal für eine SD-1 durchgerechnet und man liegt beim E-Antrieb bei ca. 14...15.000Euro für eine Stunde Flugzeit bei bescheidener Reisegeschwindigkeit. Den teuersten Verbrenner kauft man für ca. die Hälfte.

Ich finde E-Antrieb trotzdem sehr interessant, denn es muss ja irgendwie starten. Alle bisherigen Projekt sind aber wohl keine echten Alternativen zum konventionellen Antrieb. Zu mindest bei Motorflugzeugen. Im Bereich selbststartender Segelflugzeuge macht der E-Antrieb auch heute schon richtig Sinn. Bei langsamen Geräten wie Motorschirmen wohl auch.
Viele Grüße, Tim.
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www.voss-aero.com
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Andres
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Re: Verbrennungsmotor durch E Antrieb ersetzen

Beitrag von Andres »

Es muss ja nicht gleich ein Segelflugzeug sein, aber ich glaube nicht, dass man jedes Flugzeug sinnvoll elektrifizieren kann. Ich betrachte z.B. die elektrische C42 sehr skeptisch. Um eine fliegende Schrankwand elektrisch zu fliegen, sind die Energiespeicher noch zu teuer. Beim eBirdy sieht das aber ganz anders aus. Aus finanziellen Gründen würde ich mir eine Elektrifizierung so oder so sehr genau überlegen. Falls es aus Überzeugung ist, ist das eine andere Geschichte – ich selbst baue einen elektrischen Flieger. Wenn es um Überzeugung geht, spielt das eine oder andere Euro extra weniger eine Rolle. Es wird noch lange Zeit günstige Verbrenner geben, wobei man die allgemeine Richtung der Entwicklung im Straßenverkehr sehr genau betrachten kann: Die Verbrenner werden früher oder später von der Straße verschwinden. Die hohe Kosten der Abgasreinigung macht sie für Hersteller immer uninteressanter. Und ganz ehrlich, der Aufbau eines elektrischen Antriebs ist viel einfacher. Es werden hunderte Teile mit eigener Wertschöpfung weniger benötigt. Einige Hersteller und Zulieferer haben ein Wechsel aus dem Grund lang hinausgezögert. Sie wussten nicht wo ihre Wertschöpfung ansetzten soll ... Den Flugzeugmotor wird es entsprechend gehen, aber deutlich langsamer. Schließlich erlaubt man noch Blei im Flugbenzin, obwohl es seit Ewigkeiten im Staßenverkehr nicht erlaubt ist. Dennoch entstehen immer mehr Plätze, die nur Elektroflug erlauben. Diese sind durchaus akzeptierter bei den Anwohnern, als laute Verbrenner.

Der Motor und Steuerung sind zwar nicht geschenkt, sind aber nicht die größten Posten. Das sind immer noch die Akkus. Die kWh Speicherkapazität liegt aktuell bei etwa 1500 EUR. Die Gesamteffizienz von Steckdose zu Propeller liegt in etwa bei 60%. Klingt wenig, aber verglichen mit einem Verbrenner ist das hoch (< 35%). Die TBO Entfällt. Nur die Akkus müssen nach etwas 1000 Zyklen erneuert werden.
Ich habe es mal für eine SD-1 durchgerechnet und man liegt beim E-Antrieb bei ca. 14...15.000Euro für eine Stunde Flugzeit bei bescheidener Reisegeschwindigkeit. Den teuersten Verbrenner kauft man für ca. die Hälfte.
Wann hast du das abgeschätzt? Kleiner Verbrenner sind vielleicht günstig, aber ein Rotax 912 ist auch nicht gerade geschenkt. Zudem kommt, dass man etwa 20 - 25 EUR pro Flugstunde an Sprit für einen 912er mit 100 PS einrechnen muss. Die kWh Strom ist zwar deutlich gestiegen, liegt aber aktuell deutlich niedriger. Mit einer eigenen PV-Anlage ist der Strom sogar "geschenkt". Daher entfallen diese Betriebskosten bzw. sind ein Bruchteil. Nach 1000 Stunden Laufzeit macht dieser Unterschied schnell einige Tausend Euro aus. Daher wäre ich bei Preisvergleiche vorsichtig. Man muss sehr gründlich rechnen ;-)
fliegerschmidt
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Re: Verbrennungsmotor durch E Antrieb ersetzen

Beitrag von fliegerschmidt »

Hallo
Im Internet Bilder und Videos zu finden ist einfach, - verlässliche nachvollziehbare Leistungsdaten schon schwieriger. Vom 120 Kg UL`s E-Song und E-Silent findet man Leistungsdaten, aber keine Preise. Von der E-CS42 Hybrid habe ich einen guten Bericht und den Umrüstungspreis (15.000 bis 20.000€) aber keine Leistungsdaten gefunden.
Im Anhang habe ich verschiedene Technische Daten zusammengestellt.

Noch einmal zum besseren Verständnis der Vergleich zwischen Äpfel und Birnen:
Energiebedarf eines: Diesel PKW bei Überlandfahrten = 42 KWh auf 100 Km
E-Auto bei Überlandfahrten = 24,2 KWh auf 100 Km (58% des Diesels)
E-UL im langsamen Reiseflug = **,** KWh auf 100 Km (**** bitte ergänzen)

Energiedichte:
70 Kg Benzin (Tankvolumen 100 l) = 840 KWh, - Motorwirkungsgrad von rund 33% es werden 280 KWh in Propellerschub umgesetzt. 100 l Tankvolumen finden in den Flügeln / Rumpf Platz
70 Kg Wasserstoff (Tankvolumen 1.000 l) = 2.331 KWh, Motorwirkungsgrad von rund 33% es werden 777 KWh in nutzbaren Propellerschub umgesetzt. 1.000 l Tankvolumen könnte man in einer Kitfox 4 oder einer C42 weder im Rumpf noch in den Flügeln unterbringen.
Für die gleiche Flugleistung wie bei einem Benzinmotor 777: 280 = 2,78 wäre ein Tankvolumen von 278 l flüssigen ungekühlten Wasserstoff = 19,46 Kg ausreichend. Die Gewichtseinsparung = 50 Kg ist durch ein höheres Tankgewicht schnell aufgezehrt. Denn ungekühlter flüssiger Wasserstoff hat bei Raumtemperatur einen Druck zwischen 250 – 700 bar. Durch Diffusion entstehen hohe Verluste: ein halbvoller Tank eines BMW Hydrogen7 ist nach 9 Tagen Nichtnutzung leer (s. Wikipedia).
70 Kg Li-Ion Akku hätte eine Energiedichte (0,120 – 0,180 Kg/KWh) zwischen 8,4 – 12,6 KWh, auch bei einem E-Motor Wirkungsgrad von 90% reicht das vielleicht für 1 bis 2 Platzrunden.
Lithium-Schwefel-Zellen sind leichter und leistungsfähiger, man erwartet frühestens 2026 Akkus mit einer Energiedichte von 0,6 KWh/ Kg – dann könnte ein 70 Kg Akku 42 KWh speichern, dann sind vielleicht 2 Stunden Flüge möglich.

Kleinflugzeuge und UL künftig mit Wasserstoff anstatt Benzin oder Diesel zu betreiben ist nicht realisierbar.
Unsere Verbrennungsmotoren längerfristig durch einen E-Antrieb oder Hybrid zu ersetzen ist durchaus realisierbar, wenn die Akkus preiswerter werden und die Umrüstung nicht teurer wird als der Einbau eines neuen Verbrennungsmotors. Am Ende der Umrüstung steht die Lärmmessung, die Lärmquelle Verbrennungsmotor: Ansaugluft, Motor, Abgassystem entfallen, - die Lärmquelle Propeller bleibt.

Kennt jemand die Lärm Messwerte eines E-Flugzeuges?

mfG Fliegerschmidt
Dateianhänge
E-UL Technische Daten Vergleich.pdf
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E CS42 Hybrid von Como Ikarus.pdf
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Zuletzt geändert von fliegerschmidt am 08 Jun 2021, 13:49, insgesamt 1-mal geändert.
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Andres
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Re: Verbrennungsmotor durch E Antrieb ersetzen

Beitrag von Andres »

E-UL im langsamen Reiseflug = **,** KWh auf 100 Km (**** bitte ergänzen)
Das lässt sich nicht so einfach beantworten, weil im Gegensatz zum Pkw der Verbrauch sehr vom Flugzeug abhängt: Gleitzahl, Masse, usw. Angepeilt sind für unsere Schneewittchen eine Leistung von etwa 2,5 kW, um langsam fliegen zu können. Langsam bedeutet um die 80 km/h. Um 110 km/h zu fliegen benötigen wir etwa 5 kW. Das passt übrigens zu den Daten des eBirdys. Damit bekommt man für diese zwei Flugzeuge mit guter Gleitleistung (>25) und kleiner Masse (<300 kg) Werte um 3 bis 4,5 kWh auf 100 km. Eingerechnet ist noch nicht der Steigflug, der sehr energiehungrig ist, aber immerhin zum Teil wieder abgeglitten werden kann. Die Reserve muss natürlich noch drauf.

Eine zweisitzige C42 hat ganz andere Werte, die Du über Masse, Gleitzahl und Reisegeschwindigkeit abschätzen kannst: sagen wir realistische 500 kg, langsame Reise 120 km/h bei einer Gleitzahl von etwa 10. Die Gesamteffizienz von Akku bis Prop beträgt etwa eta = 0,95 × 0,9 × 0,7 = 0,6 (Coulomb, Inverter, Propeller). Daraus bekommt man eine benötigte Leistung von 27,3 kW und somit entsprechend 22,7 kWh auf 100 km. Aber, wie gesagt, ein Flugzeug mit Gleitzahl 10 zum Reisen zu elektrifizieren ist sehr fragwürdig. Zielführender wäre ein Flugzeug um den Antrieb zu konstruieren oder sich auf Flugzeuge mit hoher Gleitleistung zu fokussieren.

Viele Grüße,
Andrés
fliegerschmidt
Beiträge: 14
Registriert: 24 Feb 2020, 16:51

Re: Verbrennungsmotor durch E Antrieb ersetzen

Beitrag von fliegerschmidt »

Hallo Andres
Deinen Beiträgen entnehme ich, dass Du Dich mit der elektrifizierung eines Fliegers intensiv befasst hast und selber einen baust.
Ja, je besser die Gleitzahl, desto lohnender eine elektrifizierung, auch bei den noch hohen Akkupreisen, besonders wenn der Antrieb zum Eigenstart oder als Flautenschieber genutzut wird.
Die Gleitzahlen von einfachen Fliegern (Kitfox 4 und C42) sind wohl vergleichbar, die ändern sich auch in Abhängigkeit von der Luftdichte. Bei der Flugerprobung meiner Kitfox 4 habe ich in 5.000 Ft = 1/10, in 3.000 ft = 1/11,5 und in 1.000 ft = 1/12,7 gemessen.
Bei Kitfox / C42 und Co muss man abwägen ob es sich rechnet.
Ich bin sowohl Zweitakter als auch E-Fan: Photovoltarikanlage, mehrere E-Fahrrad- Umbauten, E-Auto (Twizy / E-Smart) was fehlt ist ein E-Flugzeug. Mittlerweile bin ich 79 Jahre alt, realistisch gesehen, rentiert sich die Elektrifizierung (15.000 - 20.000 €) meiner Kitfox wohl kaum.

Berichte weiter über Dein E-Flugzeug - Projekt.
mfG Fliegerschmidt
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