FuE-Projekt „Hybrid-Motor” mit Thüringer Aufbaubank

För­der­ge­ber: Thü­rin­ger Auf­bau­bank, Euro­päi­scher Fonds für regio­na­le Ent­wick­lung, Euro­päi­sche Uni­on

Begüns­tig­ter: Drei­ling Maschi­nen­bau GmbH

 

Mit dem Kick-Off-Mee­ting am 03.08.2020 star­te­te offi­zi­ell das von der Thü­rin­ger Auf­bau­bank ein­zel­be­trieb­li­che FuE-Pro­jekt zur „For­schung und Ent­wick­lung auf dem Gebiet der intel­li­gen­ten Antriebs­tech­nik mit dem Ziel der Hybri­di­sie­rung eines ver­bren­nungs­mo­to­ri­schen Antriebs­stran­ges (VM-Power­train) für luft­fahrt­tech­ni­sche Sys­te­me, im spe­zi­el­len Fall für Ultra­leicht – Heli­ko­pter“.

Die Pro­jekt­ziel­stel­lung besteht dar­in, den Antrieb­strang für einen UL-Heli­ko­pter des Typs CoAX 2D bestehend aus 6‑Zy­lin­der-Flug­mo­tor (120 kW) mit Motor­steue­rung, Rotor­ge­trie­be und Koaxi­al­ro­tor zu hybri­di­sie­ren.

Gegen­über dem vor­han­de­nen Stand der Tech­nik sind durch die Hybri­di­sie­rung wesent­li­che Fort­schrit­te in Bezug auf Flug­dy­na­mik und Flug­si­cher­heit zu erwar­ten.

Die im Rah­men der indus­tri­el­len For­schung ange­streb­te und zu unter­su­chen­de Hybrid­lö­sung fällt in die Kate­go­rie der Mild-Plug-In-Hybri­de und besteht aus den Haupt­kom­po­nen­ten Kur­bel­wel­le, Kopp­lung, Star­ter­ge­ne­ra­tor, Li-Bat­te­rie, Leis­tungs­elek­tro­nik und einer intel­li­gen­ten Hybrid­steue­rung.

Der Star­ter­ge­ne­ra­tor hat zwei Funk­tio­nen zu erfül­len, die des Lade­strom­erzeu­gers für das Laden der Li-Bat­te­rie und die des E‑Motors als zusätz­li­che Antriebs­kom­po­nen­te für den Betrieb des Koaxi­al­ro­tors. Der Star­ter­ge­ne­ra­tor wird über eine Kupp­lung mit der Kur­bel­wel­le des Flug­mo­tors gekop­pelt.

Die Li-Bat­te­rie ist der Ener­gie­spei­cher des Hybrid­sys­tems und wird im Nor­mal­flug­be­trieb (Rei­se­flug) vom Star­ter­ge­ne­ra­tor gela­den. Zusätz­lich kann die Li-Bat­te­rie auch von der Steck­do­se gela­den wer­den, wenn der Heli­ko­pter auf dem Flug­platz steht.

Beim Star­ten und beim Steig­flug lie­fert die Li-Bat­te­rie zusätz­li­che Ener­gie für einen Boost-Betrieb an den Star­ter­ge­ne­ra­tor, der in die­ser Betriebs­art als E‑Motor geschal­tet ist und sei­ne Antriebs­leis­tung an den Antriebs­strang des Koaxi­al­ro­tors abgibt, so dass die Leis­tung des Flug­mo­tors sich mit der des Star­ter­ge­ne­ra­tors addiert.

Eine beson­de­re Rol­le über­nimmt der Hybrid­teil (Li-Bat­te­rie, Star­ter­ge­ne­ra­tor, Leis­tungs­elek­tro­nik, Steue­rung) im soge­nann­ten Not­lan­de­mo­dus, d.h. in einer Not­fall­si­tua­ti­on bei Aus­fall des Flug­mo­tors. Im Moment des Trieb­werk­ver­sa­gens kommt es am Rotor zur Strö­mungs­um­kehr, d.h. die Anströ­mung der Rotor­blät­ter erfolgt von unten nach oben und der Rotor wird ver­gleich­bar einem Wind­rad von der Luft­strö­mung ange­trie­ben. Die Rota­ti­on wird in die­sem Fall als Auto­ro­ta­ti­on bezeich­net und erzeugt einen Auf­trieb, der der Absturz­be­schleu­ni­gung ent­ge­gen­wirkt. Bei aus­rei­chend star­ker Auto­ro­ta­ti­on bleibt der Heli­ko­pter steu­er­bar und kann not­ge­lan­det wer­den.

Die Auf­ga­be der Bat­te­rie besteht dabei dar­in, die zur Unter­stüt­zung und Auf­recht­erhal­tung der Auto­ro­ta­ti­on not­wen­di­ge Ener­gie für einen kur­zen, begrenz­ten Zeit­raum bereit­zu­stel­len. Das setzt vor­aus, dass der Lade­zu­stand der Li-Bat­te­rie von der Hybrid­steue­rung so gere­gelt wird, dass der für einen Not­lan­de­mo­dus erfor­der­li­che Ener­gie­vor­rat stets vor­han­den ist und erhal­ten bleibt. Die mecha­ni­sche Umset­zung erfolgt der­art, dass im Not­lan­de­mo­dus der Star­ter­ge­ne­ra­tor vom Flug­mo­tor (VM) ent­kop­pelt und als bat­te­rie­be­trie­be­ner E‑Motor direkt mit dem Rotor­ge­trie­be gekop­pelt wird, um so die Auto­ro­ta­ti­on zu unter­stüt­zen.

Für die Ver­rin­ge­rung der Absturz­ge­fahr bei Heli­ko­ptern ist das ein Novum und kann ein wich­ti­ger Bei­trag zur Erhö­hung der Flug­si­cher­heit wer­den. Der Not­lan­de­mo­dus wur­de beim Patent­amt Mün­chen zum Patent ange­mel­det.

Bei der Umset­zung des For­schungs­vor­ha­bens wird die Drei­ling Maschi­nen­bau GmbH durch eine umfas­sen­de För­de­rung der Thü­rin­ger Auf­bau­bank unter­stützt.

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