DG-1001TE - lautlos und sicher nach Hause kommen!

A. Konzept

Es ist nicht ganz unbekannt, dass wir nach vielfachen Überlegungen dem Elektroantrieb etwas skeptisch gegenüber standen, insbesondere für den Zweck eines eigenstartfähigen Flugzeugs. Die Energiemenge, die selbst schwere Batterien enthalten, ist im Vergleich zum Tank eines Verbrennungsmotors auch mit den heute verfügbaren modernen Batterien der Lithium-Polymer-Technik noch immer einfach zu klein.

Aber wie wäre es denn mit einem Elektro-Turbo-Antrieb bestellt?
Da werden doch ganz andere Anforderungen gestellt, die man so zusammenfassen kann:

Ein Turboantrieb muss noch einfacher zu bedienen sein, als ein Selbststarter-Triebwerk. Der Grund liegt darin, dass der Turbomotor viel seltener benutzt wird und deshalb die Piloten nicht den Übungsstand haben wie bei einem Selbststarter, der bei jedem Flug läuft.
Ein Turboantrieb ist natürlich kleiner und leichter und benötigt nur eine sehr begrenzte Menge der "kostbaren" elektrischen Energie. Den nächsten Flugplatz mit Schleppmaschine erreichen zu können, wäre als Minimalforderung theoretisch schon genug.
Wenn man sicher davon ausgehen kann, mit der Energie eines Turboantriebs mindestens 100-120 KM weit fliegen zu können, sollte in jedem Fall eine sichere Rückkehr möglich sein.

Man sieht, dass aus diesen Gründen die Realisierung eines Elektro-Turbo Antriebs mit wesentlich weniger Kompromissen erkauft werden kann, als es derzeit noch bei Eigenstartern möglich ist.

Wir hatten uns aber auch von Anfang an vorgenommen, eine weitere, in unseren Augen sehr wesentliche Besonderheit zu realisieren:

B. Die Sicherheit eines Elektroantriebs.

Das mag auf den ersten Blick verblüffen, denn was kann schon an einem E-Antrieb unsicher sein?
Leider eine ganze Menge!

Um die elektrischen Ströme in beherrschbaren Größenordnungen zu halten, muss man relativ hohe Gleichspannungen verwenden in der Größenordnung von jenseits 200 Volt. Ein Stromschlag von Gleichspannung dieser Größenordnung kann dazu führen, dass die Muskeln kontrahieren und man an der Spannungsquelle festklebt.......

Natürlich sind alle Kabel gut isoliert, aber wenn die Batterien im Flügel untergebracht sind, sind lange Kabelverbindungen unvermeidlich. Und was passiert, wenn bei einer harten Außenlandung vor einem Felsen der Flügel nach vorn schwingt, abreißt und die Kabelenden durch die Gegend und gegen leitende Kohlefaserstrukturen fliegen, während der Pilot angeschnallt ist? Ich mag mir das gar nicht vorstellen!

Und ich mag mir auch nicht vorstellen, was mit einer defekten Zelle passiert, sollte zufälligerweise nach Jahren die Überwachung gerade dieser Zelle defekt geworden sein. Ich will das gar nicht weiter ausführen sondern erklären, was wir von Anfang an als "Essentials" aufgestellt haben:

Die Batterien müssen immanent kurzschlussfest sein - selbst wenn man einen Nagel hinein schlagen würde, dürften die Zellen nicht anfangen zu brennen.
Die Batterien müssen in den Motorkasten passen. Dort sind sie im Falle eines Aufschlags besser geschützt als im Flügel.
Die Batterien im Motorkasten müssen in einer brandsicheren Box gekapselt sein, damit es im Fall einer Kette von Fehlfunktionen, zu keiner Beeinträchtigung des Flugzeuges und seiner anderen Systeme kommt.
Die Spannung führenden Kabel müssen so kurz wie möglich und fern vom Kopf des Piloten verlegt sein.

Wenn diese Grundsätze beachtet werden, darf man den Antrieb bestimmt als den "sichersten Elektroantrieb für Segelflugzeuge" bezeichnen.

C. Der Antrieb

Es gab noch eine weitere Forderung, die wir uns von Anfang an gestellt haben:

Das komplette System darf nicht - oder zumindest nicht wesentlich - teurer sein als ein vergleichbarer Antrieb mit Verbrennungsmotor.

Diese Forderung schloss extrem hohe Wirkungsgrade von vorn herein aus, weil das "unbezahlbare Entwicklungskosten" ausgelöst hätte. Es sollte statt dessen vielmehr auf möglichst verfügbare Industrieteile zurück gegriffen werden.

Teilweise hat das auch funktioniert, aber einige Bauteile mussten dann doch individuell entwickelt werden.

Und es stellte sich während der Entwicklung heraus, dass das Platz- und Gewichtangebot im Verhältnis zur benötigten Batterie sich bei der DG-1001 wesentlich günstiger darstellt, als bei der ursprünglich angedachten "LS10-ste". So entwickeln wir also im ersten Schritt den Doppelsitzer mit dem Elektroantrieb und weitere Flugzeugtypen folgen dann später, wenn wieder eine neue Batteriegeneration verfügbar ist.

Und auch der Tatsache, dass der Entwicklungszyklus neuer Batterien wesentlich kürzer ist als der eines Flugzeugs, wurde Rechnung getragen:

Die Batterien müssen in einem verstellbaren Rack im Motorraum untergebracht werden, das es gestattet, bei Verfügbarkeit eines neuen Batterietypen mit höherer Leistung mit wenig Aufwand auf diesen umzusteigen.

So wird man die Modernität des Antriebs über viele Jahre erhalten können und ist nicht auf einen einzigen Batterietyp festgelegt.

D. Die Motorsteuerung

Es ist schon "Firmentradition", dass DG auch hier wieder eigene Wege geht.

Es wird also das bekannte DEI-NT von Firma Schicke Electronic geben, und dass die ganze Bedienung sich auf das Einschalten des Antriebs beschränkt und alles weitere automatisch verläuft, hat bei DG Flugzeugbau ja sowieso schon Tradition.

E. Einsatzspektrum

Alles, was mit der DG-1001S bzw. DG-1001T möglich ist, sollte mit der DG-1001TE auch funktionieren und erlaubt sein. Das Leergewicht wird nicht wesentlich über dem der DG-1001T mit vollem Tank liegen, und eine elektrische Unterstützung beim Start mit einer schwachen Schleppmaschine wird auch möglich sein - wenn man es denn will.

F. Verfügbarkeit

Die Entwicklung ist seit Frühjahr 2009 in vollem Gange - das Bild oben natürlich eine Fotomontage!

Wir rechnen damit, dass die Serienproduktion ab 2011 anläuft, allerdings muss erst noch "Vater Staat" seinen Segen dazu geben (ZIM-Förderprogramm!).

Die Entwicklung geht weiter

Nach der AERO 2009 hatten wir die weitere Entwicklung der DG-1001TE unterbrochen, weil wir erst die Sicherheit über die staatliche Förderung haben wollten.

In der Zwischenzeit hatten sich Frau Merkel und (damals!) Herr Steinbrück getroffen, und die beiden haben offiziell beschlossen, das Entwicklungsprogramm eines innovativen Segelflugzeugherstellers in der Nähe von Karlsruhe voll zu unterstützen!

Na ja, soviel ist es auch wieder nicht, aber es hilft, die Entwicklungskosten überschaubar zu halten, so dass auch der spätere Preis des Systems für Sie "bezahlbar" bleiben wird.
Wir schätzen, dass der Preis für die DG-1001TE höchstens 10.000 Euro über dem für eine klassische Turboversion liegen wird!

Die heutige Planung ist, kurzfristig einen Elektro-Turboantrieb zu entwickeln, der genau in den Motorkasten der DG-1001T passt, um auf diese Weise einfach zu einer praktischen Machbarkeitsstudie zu kommen.

Und wenn die DG-1001TE dann fliegt und wir die genauen Leistungsdaten der Praxis haben, werden wir weiter sehen.

Die DG-1001TE nähert sich der Fertigstellung!

Während wir natürlich in den letzten Monaten schwerpunktmäßig die DG-1001M zur Serienreife gebracht haben, ging aber die Entwicklung am Elektroturbo durchaus weiter.

Und so können wir heute ankündigen, dass der Erstflug im frühen Frühjahr 2011 stattfinden wird und dass die versprochenen Leistungsdaten auch eingehalten werden.

Durch den nahezu vibrationsfreien Lauf eines Elektromotors konnte der Motorträger sehr klein gehalten werden (s.o.!), was wieder Gewicht spart, das für zusätzliche Batteriekapazitat genutzt werden kann.

Wir verwenden zwei geschlossene Batteriekästen - einen im "Motorraum", wo ja nun sehr viel Platz ist und einen im oberen Rumpfteil, dort, wo bei der DG-1001T der Tank sitzt. Beide Batteriekästen sind also gekapselt und mit ganz kurzen Kabeln zum Wechselrichter (links im Bild) und Motor versehen. In soweit konnten wir also die Grundsätze unseres Sicherheitskonzeptes voll umsetzen.

Der Motor selbst ist ein vorhandener Industriemotor - musste also nicht komplett neu entwickelt werden. Es werden nur die Wicklungszahlen modifiziert auf die vorhandene Spannung und die gewünschte Leistung.

Unser verantwortlicher Ingenieur Jelmer Wassenaar hat einen Bericht geschrieben über die Details der Konstruktion. Den können Sie hier einsehen - wir machen da keine Geheimnisse draus! Die elektronischen Komponenten der Steuerung werden wieder von unserem Partner Schicke Electronic entwickelt.

Zwischenbericht.pdf

- friedel weber -

Standläufe des Motors der DG-1001TE im Probelaufgestell

Hier sieht man Jelmer Wassenaar, den "Vater" der DG-1001TE, bei seinen Testläufen.

Bei Standläufen am Boden stellte sich kurz nach dem Einstellen auf Vollgas eine Drehzahl von 2.700 U/min ein bei Verwendung des Propellers der DG-1001T. Das bedeutet eine um etwa 15% höhere Leistung als mit dem Verbrennungs-Turbo. Die Steigleistung müsste noch einmal deutlich höher liegen, was die Messungen ergeben werden.

Diese Drehzahl bleibt - wie ein Dauerlauf ergab - etwa 20 Minuten lang ziemlich konstant und fällt danach sehr schnell unter die Grenze, bei der das System zur Batterieschonung abschaltet.

In diesen 20 Minuten - in der Praxis wohl eher innerhalb 2 x 10 Minuten! - sollte das Flugzeug ausreichend gestiegen sein, um im Sägezahnflug mindestens die angestrebten 100 KM weit fliegen zu können. Das gesetzte Ziel scheint also übererfüllt worden zu sein. Nun sind wir gespannt auf den unmittelbar bevorstehenden Erstflug!

Hier zeigt ein Video die Testläufe und das sehr schnelle und unkomplizierte Ein- und Ausfahren:

Standlauf im Probelaufgestell

Erstflug der DG-1000TE

von Jelmer Wassennaar

Als ich im Oktober 2009 bei DG in der Konstruktion angefangen habe, war die DG-1001TE noch in der Konzeptphase. Über eine Idee und eine ausführliche theoretische Auslegung war das Projekt noch nicht hinausgekommen.

In der ersten Auslegung war noch geplant, Motor und Wechselrichter mit einem Projektpartner als Sonderentwicklung zu machen. Nach kürzester Zeit stellte sich aber heraus, dass das praktisch nicht umzusetzen war.

Danach ging es erst mal auf die Suche nach einem Motor-Wechselrichter System, was mit dem bestehenden DG-1001T Propeller betrieben werden konnte. Via Deutschland und China kamen wir letztendlich zu einer sehr erfahrenen Firma in Slowenien. Mit dieser Firma kamen wir dann schnell zu der Einigung, ihr funktionierendes Antriebssystem an die besonderen Anforderungen des DG-1001TE Konzeptes anzupassen. Danach erfolgte die Systemintegration vom Antrieb und Batterien im Rumpf der DG-1001T.

Gleichzeitig galt es für unseren Projektpartner Utz Schicke, das Elektroniksystem zu einer praxistauglichen Einheit zu entwickeln.

Das Elektroniksystem in der DG-1001TE beinhaltet die einfache Bedienung für den Piloten über das bekannte DEI-NT. Gleichzeitig kontrolliert das DEI-NT weitere Systeme. Dazu gehören das Batteriemanagementsystem für das exakte Überwachen der Batteriespannung und der Temperatur jeder einzelnen Einzelzelle, sowie ein onboard-Ladegerät und der Wechselrichter.

Nach 1,5 Jahren Entwicklungszeit war es Samstag den 7. Mai endlich soweit. Wegen den besseren Räumlichkeiten fand der Erstflug am Heimatflugplatz von unserem Geschäftsführer Holger Back in Nastätten statt.

Mit 625kg Abflugmasse startete ich um 12.45 hinter den Dimona vom Aero Club Nastätten, mit Jochen Back als Schlepppilot. Jochen wird in zwei Wochen an den deutschen Meisterschaften in Zwickau teilnehmen und wird die DG-1001TE in der Doppelsitzerklasse fliegen.

Der Motor fährt vollautomatisch über den Zündschalter des DEI-NT aus, wie üblich bei den DG Flugzeugen mit Motor. Eine Startertaste gibt es nicht mehr, nach dem vollständigen Ausfahren dreht der Motor sofort hoch, wenn der Gashebel nach vorne geschoben wird.

Es ist deutlich zu merken, dass der Elektromotor mehr Leistung hat als der Verbrennungsmotor von Solo aus der DG-1001T. Auch die Laufruhe und das Geräusch ist natürlich viel angenehmer im Vergleich zum Verbrennungssystem. Besonders der Schallpegel im höheren Frequenzbereich ist niedriger, was für das menschliche Gehör angenehmer ist. Vom Boden war nur ein leichtes Brummen hörbar, was gerade das normale Umgebungsgeräusch überstiegen hat.

Der Wechselrichter regelt die Motordrehzahl sanft hoch und wird auf die eingestellte Drehzahl konstant gehalten. Wenn schneller geflogen wird, dreht die Funktion vom Motor und Wechselrichter um und das Triebwerk funktioniert als Generator. Der Wechselrichter macht dann Gleichstrom und die Batterien können im Flug wieder aufgeladen werden.

Das Eigensinken mit ausgefahrenem Triebwerk ist deutlich geringer im Vergleich zu der DG-1001T mit Verbrennungssystem. So war es durchaus auch in schwächeren Bärten möglich, mit ausgefahrenem Triebwerk und stehendem Propeller weiter zu steigen.

Die genaue Steiggeschwindigkeit im Motorlauf ließ sich nicht ermitteln, da die Luft durch Thermik und starkem Wind sehr turbulent war. Die erste Eindrücke machten aber klar, dass die Werte mindestens mit denen der DG-1001T vergleichbar sein werden, also in der Größenordnung von 1,5 m/s und mehr liegen.

Unser Ziel einen wartungsfreundlichen, zuverlässigen und einfach zu bedienender Elektroantrieb nach DG Standard zu entwickeln, haben wir mit der DG-1001TE mehr als erreicht.

Flyer und Datenblatt der DG-1001TE

und hier in einer "gestylten" Version:

verwandte Themen und Artikel:
	DG-1000 - Entwicklung
	DG-1001TE- Erfahrungen
	DG-1000 - Flugbericht von Derek Piggott
	Die Trimmbox der DG-1001
	Kunstflugerprobung der DG-1000S/18m
	DG-1000 brummt Flugzeugschlepp mit laufendem Turbotriebwerk
	DG-1001M - der Selbststarter

DG Flugzeugbau GmbH / Passion, Power + Performance