finsterwalder-charly.de - Finsterwalder & Charly - Hanggliding and Paragliding Equipment since 1974

Checklist Scott-e

FAQ Elektroantrieb

• 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 FAQ’s – Elektroantrieb HPDxx 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.
  > Steigflug: t = C / A; t= 24Ah / 200A = 0,12h = 7,2minuten = 432 Sekunden
  > 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.
  
  

Geiger Engineering
Joachim Geiger
Kronacher Straße 41
96052 Bamberg

Telefon: 0951 96 49-220
Telefax: 0951 96 49-219

Scott-E - drive system without environmental pollution

Charly Produkte will introduce one of the first electric ascent aids. This ascent aid for paraglider pilots is being developed in a cooperation of Werner Eck, Geiger Engineering, Electric Sports, Flytec, and Charly Produkte.

Taking to the sky nearly noiseless like a bird, floating energy efficiently in the sky looking for thermal updrafts, being in complete harmony with nature. This vision was the starting point for the development of the Scott-E which uses Flytec's electric drive system. The Scott-E makes all this reality - and it has nothing in common with the well-known heavy electric drives from the past.

The Scott-E opens up completely new vistas for the pilot:

• Absolutely vibration-free, almost noiseless take-off and flying without CO2 emission.
• Launching in the lowland, in a meadow on the outskirts, or on a beach and then alighting at the same location. Flying becomes possible anytime and almost anywhere. Neither a mountain railway nor a towing aid is necessary and thanks to the return flight push of the electric drive system, outlandings and the organization of the return fare are things of the past. This does not only save you time and money but also lots of stress.
• Benefit from thermal tubes at locations you were not able to access up to now. You thus expand the potential air spaces by a multiple!
• The brushless HPD 10 engine is absolutely maintenance-free. There are no engine parts that are subject to mechanical abrasion anymore.
• No fuel- and oil stench during transport. After the flight, there are no more hot engine parts that permanently dirty your hands or burn your fingers.
• The complete drive system with airscrew and accumulator can be easily stowed away taking up a minimum of space.
• The accumulators can be charged from any domestic socket and are are very long-living with a durability of approx. 1,000 charging cycles. To fully charge the accumulators (mean value of 24-60 Ah) costs about 0.60 EUR which is way cheaper than a comparable amount of fuel for a combustion engine.
  
  

This is what you should know about the Scott-E:

• The electric drive system, developed by Geiger/Eck and produced by Flytec, is an absolute high-tech product. It is even the world leader in its class between 10 and 15 kW. With an engine power of approx. 1 kW per 0.33 kg weight, it achieves a power density which is regarded as unsurpassed worldwide.
• The peak performance of the electric HPD 10 drive system approximately corresponds to the 50-fold performance of a common e-bike motor!
• HPD 10/HPD 13.5 possess an energy conversion efficiency of approx. 94%. Also for electric motors, this is an absolute top mark (certain e-bike motors possess an energy conversion efficiency of only about 84%, the value of common gas engines is just 5%).
• HPD drives by Flytec as well as all its components are specifically designed for lightweight, manned aircrafts and thus possess all required characteristics for these special fields of application.
• Optimal engine speed.
• Optimal propeller shape and size referring to performance efficiency and a minimal noise level which is far below the legal requirements.
• Optimal design of the retractable propeller for the speed range and the stresses and strains characteristic for paragliding.
• The design of the engine control is perfectly tailored to the particular safety-related and ergonomic needs of the pilot. The hard- and software employed for this purpose corresponds to the latest rules and guidelines of international industrial engineering. The complete drive system is protected worldwide by several patent records.

Charly Produkte offers an innovative allround harness specifically fitted to the Scott-E which provides full comfort and safety to the pilot during motor- as well as during free flight use.

Charly Produkte's network stands by for a worldwide distribution.

Documents:

• Test Report Lithium Ion Battery pack

VC-Modul / Virtueller Käfig

Die Schlüsseltechnologie für das Starten und Fliegen mit einem E-Antrieb ohne mechanischen Käfig.

Wie funktioniert das und warum gibt es für den Piloten eine größere Sicherheit als ein mechanischer Käfig?

Das VC-Modul oder der virtuelle Käfig gibt nur dann den Strom für den Motor frei, wenn sich alle Betriebsparameter des Gleitschirms und die Positions- und Bewegungsdaten des Piloten mit dem Antrieb auf dem Rücken in sicherem Zustand befinden. Das ist der Fall, wenn der Schirm sich sauber über dem Piloten in ruhigem Flugzustand befindet und die Propellerachse ruhig und nicht zu stark nach oben oder unten geneigt ist. Was nun sauber oder ruhig oder zulässig geneigt ist, das ergibt sich aus den eingestellten zulässigen Toleranzen, den "Arbeitsfenstern".

Diese sehr schnelle Reaktion ist notwendig, damit vom Auftreten der Störung bis zum Stillstand des Propellers weniger Zeit vergeht als die Leine in oder gar das Tuch brauchen um in eine gefährliche Nähe des Propellers zu kommen. Ähnliches gilt für den Startlauf, wo die Störung auch durch eine Taumelbewegung des Piloten oder durch eine falsche Körperhaltung hervorgerufen werden kann.

Die hohe Übertragungsrate der Datenströme zwischen der Zentraleinheit und den Sensoren führt zu einer praktisch verzögerungsfreien Reaktion des Systems. Damit ist eine sehr hohe Sicherheit vor einer gefährlichen Kollision des Propellers mit Teilen des Gleitschirms gegeben.

Durch konventionelle vom Piloten auszulösende Schalter ist eine vergleichbare Sicherheit niemals zu erreichen. Das liegt daran, dass der Pilot eine Störung häufig erst dann mitbekommt, wenn die Auswirkung der Störung (Schirmklappen, Vorschießen, Wegdrehen...) schon eingetreten sind. Bis dahin ist aber möglicherweise schon so viel Zeit verloren, dass ein Stillsetzen des Propellers bis zu einer Kollision nicht mehr möglich ist. Vor allem beim Startlauf bei schwachem Wind ist es dem Piloten kaum möglich die Lage seines Schirmes zu beobachten. Die Gefahr von Leinenfressern oder Propellerbruch ist dann extrem hoch. 

Das Starten mit dem Scott-E braucht deswegen eine gewisse Übung unter verschiedenen Wetterbedingungen. Das VC-System informiert den Piloten mittels eines akustischen Signals über die Motorfreigabe. Damit lernt er/sie schnell einen sauberen Start durchzuführen. Die "Stimme des VC" ist ungnädiger als die eines Fluglehrers. 

Hier noch einige Filmsequenzen aus der Praxis

Es erfolgt erst eine Startfreigabe, sobald alle Sensoren „grünes Licht“ geben. Der Pilot korrigiert zu Beginn seine  Schirmkappe ein wenig. Nach der Freigabe gibt er Gas und lässt sich von dem Antrieb in die Luft schieben. Bei einer Körpervorlage würde keine Freigabe erfolgen.

Bei dieser Groundhandling Übung lässt der Pilot den Motor nur langsam laufen. Der Wind erleichtert das Aufstellen des Gleitschirms. Es ist gut zu erkennen, das bei Körpervorlage des Piloten der Antrieb sofort abstellt. Sobald der Pilot wieder eine aufrechte Position einnehmt, kann der Scott-e gestartet werden. Ein Abstellen würde auch erfolgen,  sobald der Schirm nach hinten fällt, vorschießt oder seitlich abkippt.

                                Langsamens Piepsen – keine Freigabe!                                      Schnelles Piepsen – Ready for take off  

Dieser Pilot macht seinen ersten Start aus flachem Gelände. Er stellt den Gleitschirm in den Wind und korrigiert die Schirmposition. Mit Hilfe des „virtuellen Instruktors“ ( = VC Modul) ist es um ein vielfaches leichter, den Bewegungsablauf für den E-Start zu trainieren. Sobald alle Positionen stabilisiert sind, erhält er Freigabe und kann den Antrieb starten.

Hier zeigt das VC Modul eine weitere Stärke. Der Pilot provoziert einen Klapper. Der Sensor in der linken Kappenhälfte (in Flugrichtung gesehen) gibt diese Information innerhalb Millisekunden an den Scott-e weiter. Der Antrieb Schaltet sofort und ohne zu tun des Piloten ab. Sobald sich die Kappe wieder gefüllt hat, kann der Antrieb wieder gestartet werden.

Bei diesem Start gibt es eigentlich keine Kritikpunkte. Eventuell hat sich der Pilot einen „Tick“ zu früh ins Gurtzeug gesetzt.

Weitere Informationen:

• Scott-e Checkliste
• FAQ´s Elektroantrieb v. Geiger Engineering
• Elektrische Antriebssysteme v. Flytec AG