Hr. 48-Volt og hans flyvemaskiner

Toni Roth under jomfruflyvningen i 2021 med sin frontmotoriserede Taurus fra flyvepladsen i Mengen, lidt nord for Friedrichshafen. Den FES-monterede Taurus er nyeste elektrificeringsprojekt fra den tyske elektroingeniør. Mere om det i artiklen!

Link to automatic translation

Herover: Video af det selvstartende 120 kilos svævefly ATOS, som Toni Roth har været involveret i. 

Først revolutionerede han hang-gliding-scenen med sit elektriske selvstarts-kit ”e-lift” og det elektrisk selvstartende 120 kilo svævefly ATOS. Derefter byggede han forskellige en- og tosædede trikes, også i kombination med ATOS-svæveflyet fra AIR. Alle disse trikes blev drevet af de næsten uforgængelige luftkølede 48-volts Geiger-motorer.

Geiger og Roth begyndte at arbejde som et team. Og dette samarbejde viste snart første succes. Nogle af de få andre trike-producenter begyndte også at bruge motorsystemer fra Geiger-Roth.

Forespørgslen fra Comco Ikarus, en producent af ultralette fly, som ledte efter et alternativt drivsystem til sine mere end 1500 producerede C42-fly, kom som en overraskelse.
Et hold østtyske ingeniører havde sagt ja til at ombygge flyet, men havde problemer med at integrere 55 kW-motoren i systemet.

Toni Roth med Comco Icarus C42, som han hjalp med at elektrificere.

“Toni”, ingeniøren fra øvre Schwaben tog over, og forsøgs- og forskningsflyet C42 CS Elektro blev for første gang præsenteret på AERO-messen i 2018. Forsøg på at forøge rækkevidde for C42’eren ved at integrere en range-extender mislykkedes på grund af forkerte data fra producenten, som lovede meget høj ydeevne, hvilket den lille forbrændingsmotor dog ikke var i stand til at realisere.

I 2019 købte og ombyggede Toni en Silent AE-1 fra Air Energy, det første elektriske fly nogensinde fra en serieproduktion oprindeligt bygget i Italien med en klassisk motorpylon (Silent AE-1 er en tidlig version af UL-svæveflyet Silent Electro, som nu flyver med FES og propel i næsen, red.). Sammenlignet med den originale elmotor gav Tonis indbyggede 16 kW Geigermotor fra Geiger-modelserien HPD 16 en meget bedre stigekapacitet.

Toni Roth i sin modificerede Silent AE 1

El-motorinstallation i Silent.

Toni Roth deltog med Birdy på elektroflyvnings-messen i Grechen i 2020. Bemærk propelmonteringen.  (foto: Jens Trabolt)

Toni Roth i Birdy-prototypen.

Motoren sidder i Birdy-kroppen og driver via en kardan-aksel propellen i sideroret.

Birdy i luften.

Klenhart-Design, som i mellemtiden havde besluttet at bruge en Geiger-motor med drivaksel i det ultralette svævefly Birdy (læs mere i linket herunder), bad Toni om at fremstille de komplette motorsystemer. Denne ordre oversteg næsten hans produktionskapacitet. Men med en god organisation er intet umuligt for Toni. Og sådan blev 10 komplette motorsystemer med drivaksel og foldepropel fra af franske E-Props samlet i hans lille værksted i Weingarten, lidt nord for Friedrichshafen.

Læs om Birdy – helt ny tysk konstruktion 

Med Birdy-prototypen kom Toni på tredjepladsen ved 2020-Electrifly-In-konkurrencen i Grenchen, Schweiz. Her gælder det om at flyve længst mulige distance og ankomme for egen kraft til udstillingen.

Toni skulle kæmpe hårdt mod Klaus Ohlmann, der kom først ind med den langt kraftigere Antares 20 E. De første Birdys vil i øvrigt snart blive leveret, primært til tyske kunder, men også til Schweiz, Frankrig, Canada og USA.

Toni Roth i luften med sin modificerede Pipistrel Tarus til electrifly-in i 2021 (foto: Markus A. Jegerlehner/fotojeger gmbh)

Næseoperation til Pipistrel Taurus

Udover Silent AE-1 drømte Toni om at eje et to-sædet fly, som han kunne flyve længere med end med Pipistrel Velis, hvis flyvetid – med nutidens batterier – er begrænset til cirka en time. Han kom til den konklusion, at aerodynamik er alt. Den to-sædede Pipistrel Taurus forekom ham et passende fly: Det er et to-sædet ultralet svævefly som fra begyndelsen er designet som et selvstartende fly. Med et vingefang på 15 meter og derfor et højt sideforhold burde Taurus klare sig med yderst beskeden motorkraft, hvilket tidligere er blevet demonstreret af studerende fra Stuttgart Universitet med forskningsflyet e-Genius (som NORDIC GLIDING fløj i 2015, red.)

e-Genius har ikke kun de samme vinger som Taurus (dog forlænget med 2 meter), men også den komplette fuselage – og næsesektion fremstillet i Slovenien. I 2007 var Taurus allerede på markedet som et ultralet motorsvævefly.

Pipistrel, den slovenske producent, der startede som en lille trike-producent, er i mellemtiden blevet en af ​​de største ultralet-producenter på verdensplan og er førende med udviklingen og fremstillingen af ​​den første EASA-certificerede elektriske træningsfly Velis.

Men det er ikke bare i eGenius, at Taurus-konceptet har haft succes. Taurus G4 med specialfremstillet tvillinge-fuselage og centerplaceret 145 kW elektromotor vandt 1. præmien i den prestigefulde Green-Flight-Challenge arrangeret af CAFE-Foundation i 2011.

En videreudvikling af Taurus blev senere berømt som et af verdens første hydrogendrevne fly i 2016 (Det hydrogendrevne Lange Antares DLR H2 viste vejen som test-fly DLR-regi allerede 2009, red.). Det tyske center for Luft – og rumfartsforskning (DLR) anvendte flykroppen fra Taurus G4 med tvillingkroppen. Hele motor – og brændsescelle-systemet var placeret i pylonen i midten.

Traditionelt er den originale seriebyggede Taurus udstyret med en ”klassisk” motorpylon med alle dens velkendte fordele og ulemper. Denne model leveres enten med en 53 hk 2-taktsmotor eller med en 40 kW elmotor. Selvom standard-pylon-løsningen motorer har vist sig at være effektiv, har Toni besluttet at ombygge Taurus til en “FES”-version, fordi – som han også oplevede med sin Silent AE-1 – at ind – og udfældning af motoren er for langsom. Foto: Markus A. Jegerlehner/fotojeger gmbh

Det særligt smarte FES-system (front electric sustainer), opfundet af det slovenske firma LZ-Design, gav ideen til projektet. Tidligere har Toni udviklet og testet foldepropeller med sine trike-konstruktioner, så konceptet er ikke helt nyt for ham.

Taurus-Instrumentpanel med motorinstrument

Under LX9070-instrumentet er det nye drivlinje-instrument som viser motor – og batteridata. Det giver detaljerede data (volt, ampere, propel-omdrejninger, temperatur etc.)

Som erstatning for de standard fabriksinstallerede 20 Ah/4,75 kWh Li-Po-batterier bruger Roth 6 Geiger-batteripakker, der hver rummer 3,1 kWh.

Med nu 18 kWh er der meget overskud til den nye HPD-40-motor med 40 kW – samme kræfter som Taurus-originalmotoren – til at accelerere tomvægten på 306 kg ved start. Nu er der bare en solid el-kabelforbindelse mellem batteriboksen bag tyngdepunktet i flykroppen og motorstyringssystemet, som er placeret direkte bag motoren og instrumentpanelet. En tyndere kabelforbindelse fører fra motorstyringen til hovedafbryderen på panelet og til throttle, der elektrisk set er et potentiometer. Dermed kan motoren tændes og afbrydes uden forsinkelse.

Ligesom den originale Pipistrel batteristyring har Geiger-BMS en indbygget DC/DC 12 Volt-konverter, som ikke kun har ansvaret for motoren, men også for strømforsyningen, som inkluderer radio, navigationssystem og et nyudviklet panelinstrument af Geiger Engineering til overvågning af motoren og batterierne. Dette instrument er nu også tilgængeligt for alle andre brugere af elektriske motorer fra Geiger.

Flere 3-, 4- og 5-bladede propeller monteret på næsen blev testet på motoren, men det viste sig, at den 3-bladede propel havde den bedste ydelse. På grund af det lave landingsstel på Taurus var en 2-bladet propelløsning ikke mulig. (Lav propel-frigang er et klassisk FES-problem, og det løses ofte af producenterne ved at montere et særligt højt understel på modeller med FES-selvstart, red.)

Hvis man bare flyver i lokalområdet, kan man nøjes med at tilslutte 4 af 48-volts batterierne til hovedkredsløbet, og det er nok. Batterierne kan oplades direkte via den indbyggede 230-volts oplader, hvilket tager 3 timer. Til længere flyvninger på over 2 timer, fungerer 6 batterier bedre.

Under hele udviklingsprocessen har Toni holdt sig i tæt kontakt med Pipistrel, producenten af ​​flyet, og med de ansvarlige ingeniører og certificeringsteamet fra DULV (Det tyske ultraletforbund), som – udover DAeC (Den tyske aeroklub) – er den ansvarlige myndighed på vegne af LBA (De tyske luftfartsmyndigheder).

I august 2021 blev jomfruflyvningen udført i Mengen lufthavn. Næsen på Taurus med dens 3-bladede propel ser stadig lidt kantet ud. Dette skyldes, at næsen på fuselagen– som det sker med mange svæveflytyper – uundgåeligt er oval, og propelbladene har endnu ikke samme kontur som fuselagen.

Vandt e-Trophy

Roth var ivrig efter at begive sig ud på en længere flyvning. En uge før 2021-Electrifly-in i Grenchen fløj han 160 km med den ombyggede Taurus på ren motorkraft som generalprøve. Men afstanden til Grenchen i Schweiz, hvor Electrifly-In hvert år finder sted, er 186 kilometer, hvilket han også klarede d. 11. september, 2021 og vandt førstepræmien i e-Trophy i kategorien ”elektrisk svævefly” for den længste non-stop flyvning med el. Hvert år hædrer det schweiziske firma Waterjet vinderen af ​​langdistancekonkurrencen med store pengepræmier. Det elektriske motorfly Pipistrel Velis scorede længste distance på 72 km.

I 2022 flytter det internationale Electrifly-In fra Grenchen til den schweiziske hovedstad Bern med egen lufthavn og bedre faciliteter til præsentationer. Alt i alt meget bedre forhold og formentlig mere omtale for arrangementet. Også fra politisk side, da Bern har et rød-grønt byparlament, der fremmer emissionsfri mobilitet.

Toni Roth, den travle ingeniør, som i praksis kunne nyde sit otium, arbejder stadig på at forbedre detaljerne på sin FES-Taurus. Samtidig overvejer han allerede nye projekter som at bygge et let slæbefly med meget stærkere batterier eller med et brændselscellesystem. Tiden vil vise, om Toni Roth vil fortsætte med at bruge “sine” typiske 48-volts fremdriftssystemer.

Toni Roth fremviser Geiger HPD 16 som er standard-el-systemet til de fleste trikes.