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Das Magazin für Forschung und Innovation
 

Elektromobilität

Weltrekord-Motor wird flügge

Das Kunstflugzeug Extra 330LE hat seinen Jungfernflug erfolgreich absolviert. Ein Durchbruch: Erstmals hob ein Elektroflugzeug mit einer Leistungsklasse von einem Viertel Megawatt ab.

Ein wichtiger Schritt für die Elektrifizierung in der Luftfahrt: Ein Kunstflugzeug des Herstellers Extra Aircraft hat mit einem elektrischen Antriebsstrang den Jungfernflug gemeistert. Entscheidend war der Weltrekord-Motor von Siemens.

Ein wahres Kraftpaket ist er, der 2015 vorgestellte elektrische Flugzeugmotor. Nur 50 Kilogramm schwer, bringt er eine Leistung von 260 Kilowatt – ein bisher unerreichtes Leistungsgewicht. Aber nicht nur deshalb geht er in die Geschichtsbücher der Luftfahrt ein. Denn Siemens-Experten haben ihn samt komplettem Antriebsstrang in das zweisitzige Flugzeug Extra 330LE eingebaut und in die Luft gebracht.

Dieser Erstflug ist ein Meilenstein in der Geschichte elektrischer Flugzeugantriebe“, erklärt Frank Anton, Leiter von eAircraft bei Siemens Corporate Technology. So gelang es erstmals, ein Elektroflugzeug in der Kategorie zertifizierter Flugzeuge (CS-23) und in der Leistungsklasse von einem Viertel Megawatt zum Fliegen zu bringen – und das mit Flight Conditions der European Aviation Safety Agency und einer Flugerlaubnis des Luftfahrtbundesamtes.

Luftfahrtgeschichte in Hüxne geschrieben

Auf dem Flugplatz im nordrhein-westfälischen Hünxe hob die Maschine ab und landete nach zehn Minuten wieder sicher am Boden. Inzwischen hat das Flugzeug mehrere Testflüge absolviert. Damit verfügt Siemens nun über ein fliegendes Beispiel eines Elektroantriebes für die Medium-Power-Klasse. Auch für den Flugzeughersteller Extra ist dieses Projekt etwas Besonderes. „Wir sind stolz, dass erstmals eines unserer Kunstflugzeuge mit elektrischem Antrieb geflogen ist“, sagt Firmengründer und Geschäftsführer Walter Extra.

Erstmals gelang einem Elektroflugzeug in der Leistungsklasse von einem Viertel Megawatt ein erfolgreicher Jungfernflug.

Kunstflug ideal für elektrische Antriebe

Warum ist ausgerechnet ein Kunstflugzeug für Siemens interessant? Dieser Flugzeugtyp eignet sich besonders gut für das Testen elektrischer Antriebe, da er robust genug ist, um im Flug durch starke Beschleunigungen um alle drei Achsen den Antriebsstrang an seine Belastungsgrenzen zu bringen. Das zweisitzige Flugzeug ist für die nächsten Jahre der ideale Erprobungsträger, wenn es darum geht, das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten zu analysieren und weiterzuentwickeln.

Verbaut sind der Elektromotor SP260D und ein Umrichter von Siemens, sowie Batterieblöcke der slowenischen Firma Pipistrel. Der Propeller stammt von der Bayerischen Firma MT Propeller. Das Antriebssystem wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Deutschen Luftfahrtforschungsprogramms gefördert.

Um diese Antriebskomponenten einbauen zu können, musste das Flugzeug mehrere Bedingungen erfüllen. „Voraussetzung war eine sehr robuste Maschine aus der Kategorie voll zertifizierter Flugzeuge, die möglichst viel Gewicht tragen kann“, erklärt Frank Anton. Die Lösung: Ein Serienflugzeug mit separaten Rohrgitterrahmen, um Bauteile einfacher verbauen und jederzeit modifizieren zu können.

Der Siemens-Motor verfügt über ein bisher unerreichtes Leistungsgewicht von 5 Kilowatt pro Kilogramm.

Mehrere Projekte, ein Ziel: die Elektrifizierung der Luftfahrt

Siemens arbeitet nicht nur mit Extra Aircraft zusammen, um die Luftfahrt zu elektrifizieren. Kooperationen mit anderen mittelständischen Herstellern schaffen bei Piloten das Bewusstsein für den praktischen Nutzen elektrischer Antriebe. So gelang im April 2016 mit dem zweisitzigen Trainingsflugzeug Magnus eFusion ein Erstflug. Diese Maschine soll künftig dabei helfen, das – in der elektrischen Luftfahrt so entscheidende – Batteriesystem weiterzuentwickeln. Von deutlich größerer Dimension ist die Kooperation zwischen Siemens und Airbus: Beide Unternehmen wollen bis 2020 die technische Machbarkeit hybrid-elektrischer Antriebssysteme für Regionalflugzeuge mit bis zu 100 Passagieren nachweisen. Dabei geht es um Leistungen bis zu 10 Megawatt.

Elektroantriebe bieten vielfältige Vorteile

„Wir sind überzeugt, dass elektrische Antriebe im Luftverkehr unersetzlich werden“, erklärt Frank Anton. Die Europäische Kommission will bis 2050 mit neuen Technologien die CO2-Emissionen in der Luftfahrt bis zu 75 Prozent senken, obwohl das Volumen des Luftverkehrs in der gleichen Zeitspanne deutlich wachsen und sich sogar verdoppeln könnte.

Mit den heute verbreiteten Gasturbinen-Antrieben kann diese Vision nicht Realität werden. Die Lösung ist die Elektrifizierung der Luftfahrt. Das Konzept: „Hybrid-elektrische Antriebssysteme treiben Propeller oder Mantelpropeller elektrisch an und erzeugen den Strom mit Gasturbinen, die auf konstante Reiseleistung optimiert werden können“, erklärt Anton. Im Steigflug kommt zusätzliche Energie aus Batterien hinzu.

Durch die Trennung von Energieumwandlung und Schuberzeugung ergeben sich für die Flugzeugentwicklung neue Möglichkeiten, denn die zentrale Energieumwandlung und die verteilte elektrische Schuberzeugung können so jeweils einzeln optimiert werden. Die Einsparmöglichkeiten sind enorm: Siemens-Experten erwarten Reduktionen des Kraftstoffverbrauchs und des Schadstoffausstoßes um bis zu 50 Prozent.

„Dieser Erstflug ist ein Meilenstein in der Geschichte elektrischer Flugzeugantriebe.“

Außerdem sind elektrische Flugzeuge wesentlich leiser als herkömmliche Maschinen. Nicht nur die Anwohner, sondern auch die Betreiber selbst können profitieren, denn mit leisen elektrischen Antrieben wären Abend- und Nachtflüge möglich, die bislang aus Lärmschutzgründen verboten sind. Das steigert die Auslastung der Flugzeuge und damit die Profitabilität der Geschäftsmodelle enorm.

Die Siemens-Experten wollen Leistungsdichte, Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit ihrer Komponenten immer weiter verbessern. Ihre Motivation ist aber nicht nur die reine Optimierung – am Horizont sehen sie immer auch den Erstflug ihres Antriebs. Den Reiz beschrieb bereits der deutsche Luftfahrtpionier Otto Lilienthal: „Eine Flugmaschine zu erfinden bedeutet wenig, sie zu bauen schon mehr, aber sie zu fliegen ist das Entscheidende."


Die Erforschung des Elektrifizierung der Luftfahrt ist ein erstes Projekt der neuen Einheit next47, mit der Siemens disruptive Ideen stärker fördern und neue Technologien schneller vorantreiben will.

Ulrich Kreutzer