LILIUM: Ein Elektrokleinflugzeug für den Alltagseinsatz

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_Michael

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Nun mach mal die schöne Idee nicht durch irgendwelche Fakten kaputt. Bei 100A Belastbarkeit (25mm2 Kupfer) wiegt ein zweiadriges 50m Kabel etwas über 22kg. Das Gewicht skaliert mit dem Strom linear, die 100A werden sicher nicht ausreichen...
Irgendwann wurde hier im Thread abgeschätzt, dass beim Start wohl ein Megawatt oder noch mehr verbraucht würde. Man kann davon ausgehen, dass die elektrischen Systeme eines Lilium-Jets für Spannungen von deutlich unter 100 V ausgelegt sind. Da kommt man für ein Megawatt also auf Ströme von 10 KA.

Bahnstromsysteme wiederum arbeiten im Bereich von bis zu 50 KV. Dann käme man mit schlappen 20 A klar. Die notwendigen Konverter dürften vom Gewicht her dann aber jenseits von gut und böse sein... Hat her jemand Erfahrungswerte?
 

teletubi

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IDie notwendigen Konverter dürften vom Gewicht her dann aber jenseits von gut und böse sein... Hat her jemand Erfahrungswerte?
Keine Erfahrung, aber bei solch hohen Stromstärken ist alleine das Gewicht der Kabel ein sehr großer Faktor.
 
bodo

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Keine Erfahrung, aber bei solch hohen Stromstärken ist alleine das Gewicht der Kabel ein sehr großer Faktor.
Also dann doch kein bordgestütztes Kabel. Dann muss halt eine Möglichkeit her, das Kabel von außen zuzuführen. Ein 50m hoher Turm direkt an der Startstelle wäre mir selbst bei automatisch gesteuertem Start/Landung unsympathisch. Aber vielleicht eine ähnliche Konstruktion wie bei Hubsteigern, die mit dem startenden eVTOL parallel hochgeht (oder sogar damit verbunden ist) und sich nach dem Abkoppeln wieder absenkt. Hat jemand eine andere Idee?
 
Doppelnik

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Die Schwebeleistung wurde hier 2 x abgeschätzt (einmal von mir) und passte gut zu den angebenen Wert von Lilium selber (da hatte jemand mal ein Paper verlinkt). Wenn ich mich recht erinnere, war die Leistung ca. 2800 kW, das müsste also schon ein seeeeehr dickes Kabel sein....

Es mach keinen Sinn, ein VTOL mit einem dafür nötigen aufwendigen, versenkbaren Turm zu Kabelführung zu kombinieren, das führt das Konzept ab adsurdum, wieso dann nicht gleich eine kurze Start- und Landebahn?
 

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Man kann davon ausgehen, dass die elektrischen Systeme eines Lilium-Jets für Spannungen von deutlich unter 100 V ausgelegt sind.
Warum?
(Sehr) hohe Spannungen sind auch nicht unproblematisch (Berührsicherheit, notwendige Isolation usw.), aber ich vermute, der beste Punkt für ein eVTOL liegt nicht unter 100 V. Allein schon die Leitungsverluste dürften relevant werden bzw. die damit einhergehende Erwärmung in der Struktur..


mfg
 
Doppelnik

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Ich denke auch, es werden eher 400 V oder 800 V sein, das Kabel wäre aber dennoch viel zu schwer. Mit der Spannung steigt auch die Dicke der Isolierung und mit 800 V wär das ein verdammt dicker Schlauch....

An dieser Stelle möchte ich noch mal auf den Rekordflieger von Rolls Royce verweisen, dessen Rekordfliegerbatterie ganz weit von den Leistungs- und Energiedichtewerten entfernt ist, die Lilium im Alltag verwenden möchte.

Hat Rolls Royce keine Ahnung und die wissen nicht was sie tun?
Lilium könnte doch mit ihren Batterien locker den Rolls Royce Rekord brechen!
 
_Michael

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Ich denke auch, es werden eher 400 V oder 800 V sein, das Kabel wäre aber dennoch viel zu schwer. Mit der Spannung steigt auch die Dicke der Isolierung und mit 800 V wär das ein verdammt dicker Schlauch....
Google mal nach Hochspannungs-Kabeln. Die sind erstaunlich dünn. Auch im Bereich von dutzenden Kilovolt hat man keine "Schläuche".
 
gero

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Die Leistung, die am Ende durch muss, macht's. Und wenn wir 2000kW brauchen, muss dann auch bei Hochvolt viel Strom durch. Und das kostet Kupfer und damit Gewicht.

gero
 
Doppelnik

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Wenn ich den unten genanten Ansatz verwende lande ich bei 1540 kg für 20 m Kabel. Zugrunde gelegt hab ich 2800 kW und 800 V => 3500 A. Der Strom muss aber einmal hin und wieder zurück, daher benötigt man 2x 3500 A, damit komme ich auf ca. 1,5 t für das Kabel. Mit Aluminium statt Kupfer ginge es sich noch etwas leichter und kurzzeitig kann man so ein Kabel sich auch mal überbeanspruchen, aber es sollte klar sein, dass diese Lösung nirgendwo hin führt.

Nun mach mal die schöne Idee nicht durch irgendwelche Fakten kaputt. Bei 100A Belastbarkeit (25mm2 Kupfer) wiegt ein zweiadriges 50m Kabel etwas über 22kg. Das Gewicht skaliert mit dem Strom linear, die 100A werden sicher nicht ausreichen...
 

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Die Leistung, die am Ende durch muss, macht's.
Die Stromstärke definiert den mindestens nötigen Querschnitt, wesentlicher Paramter ist dabei die Erwärmung. Daher spielen dann auch so Sachen wie Bündelung von Kabeln oder die Luftdichte (in Form der max. zulässige Höhe) zur Wärmeabfuhr eine Rolle.
Und da sind hohe Spannungen im Vorteil. Erkauft man sich halt mit Isolationsproblemen, der Gefahr von Überschlägen bei Anschlüssen und schlechter Arbeitsicherheit bei Test usw.
Empfehle z.B. AC43.13, SECTION 5. ELECTRICAL WIRE RATING (Page 11-21 , im PDF Seite 511)

mfg
 
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_Michael

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Die Leistung, die am Ende durch muss, macht's. Und wenn wir 2000kW brauchen, muss dann auch bei Hochvolt viel Strom durch. Und das kostet Kupfer und damit Gewicht.
Nein, das ist nicht korrekt. Die Dicke und damit das Gewicht des Leiters ist einzig von der lokalen Verlustleistung abhängig, und die verhält sich quadratisch zur Stromstärke. Von der über dem gesamten Kabel anliegenden Spannung weiss das Kabel lokal gesehen nichts.

Wenn man sich noch die Durchschlagsfestigkeit [1] verschiedener Materialien anschaut, so sieht man auch, dass man bereits mit wenigen Milimetern bis in den dreistelligen Kilovoltbereich hinein isolieren kann.

Also rein vom Kabel her wäre eine Hochspannungsversorgung also kein Problem. (Interessant ist aber, wie sehr wir es schaffen, eine Idee detailiert zu besprechen, die schon vom groben Konzept her idiotisch ist.)

[1] Durchschlagfestigkeit – Wikipedia
 
Doppelnik

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mal zum Vergleich:


dieses Kabel kann 16 A, ich nehmen an, 16 A hin und zurück. Für die Schwebeleistung bräuchte man bei 800 V (die ich mir bei einem aufrollbaren Kabel kaum vorstellen kann...) 3500 A, also 218 x so viel, das wären 875 kg für 10 m, also 1750 kg für 20 m. Damit bin ich wieder bei der gleichen Größenordnung, mit Aluminium, kurzzeitiger Überlastung u.s.w. kann ich den Wert sicher noch erheblich drücken, aber nicht so weit, dass es die eingesparte Batteriemasse rechtfertigen würde.

Edit: ist Drehstrom, hab ich zu spät gesehen, der Unterschied sollte aber nicht allzugroß ausfallen (irgendwas mit Wurzel 3....)
 
florian

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Grob überschlagen komme ich auf maximal 400kg Leiter Gesamtmasse bei bei einer mittleren Leiterlänge von 4 Metern zwischen den Akkus und den Motoren. Bei 100A Stromaufnahme im Schwebebetrieb und geschätzt 120A max. pro Motor sollte pro Kabel bzw. Stromschiene 16mm^2 leitender Querschnitt ausreichend sein (Kupfer). Wenn die Regler direkt an den Motoren sitzen reichen zwei Leiter pro Motor.

Gruss,
Florian
 
Doppelnik

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Grob überschlagen komme ich auf maximal 400kg Leiter Gesamtmasse bei bei einer mittleren Leiterlänge von 4 Metern zwischen den Akkus und den Motoren. Bei 100A Stromaufnahme im Schwebebetrieb und geschätzt 120A max. pro Motor sollte pro Kabel bzw. Stromschiene 16mm^2 leitender Querschnitt ausreichend sein (Kupfer). Wenn die Regler direkt an den Motoren sitzen reichen zwei Leiter pro Motor.

Gruss,
Florian
Hier ging es aber nicht um die interne Verkabelung, sondern um eine Nabelschnur für Start und Landung.

Das interne Kabelgewicht ist im Liliumpaper gar nicht enthalten, 400 kg wären tödlich...
 
_Michael

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Weiss jemand, mit welchen Spannungen man letztlich an die Motoren geht?
 
Doppelnik

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Also bei E-Fahrzeugen sind 400 V Standart und 800 V immer wieder mal zu lesen (vielleicht auch schon ausgeführt). Wenn die nicht ganz wahnsinnig sind und auf vorhandene Komponenten (außer bei den Wunderbatterien und Motoren) zurückgreifen wollen, dann tippe ich auf 800 V (man muss an jedem Gramm sparen...

Die 400 kg für die interne Verkabelung ist sicher zu hoch angesetzt, mit Alu statt Kupfer kann man leichtere Kabel bauen und man kann für Start und Landung größere Verluste zulassen.

Die thermische Belastung ist aber dennoch hoch, bei der Landung braucht man riesige Energie, das Laden der Batterie erfolgt mit Sicherheit als Schnellladen und beim Start benötigt man ebenfalls wieder eine riesige Leistung. Im Falle eines Startabbruchs, fände ich es angemessen auch wieder landen zu können (ernuet riesige Energie).

Die arme Batterie benötigt erst rund 2800 kW für das Schweben bei der Landung, wird danach mit vermutlich vergleichbarer Leistung geladen und startet dann erneut mit 2800 kW, ggf. mit Notlandung mit ebenfalls 2800 kW.

Zum Vergleich, der Akku des Rekordflugzeugs von Rolls Royce wog 30 % mehr (1,3 t) und leistete "nur" 750 kW (auch nur für wenige Minuten...).
 
AE

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Die etablierten und bewährten Kupferkabel bekommen zunehmend Konkurrenz vom silber glänzenden Aluminium. Das Leichtmetall weist nur rund zwei Drittel der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer auf. Deshalb erfordert bei gleicher Länge und gleichem Widerstand eine Leitung aus Aluminium einen etwa 1,5-fach größeren Querschnitt gegenüber einer Kupferleitung. Dem entgegen beträgt das Gewicht von Aluminium nur rund ein Drittel von Kupfer. „Dort wo Gewichts- oder Kostenvorteile des Aluminiums stark ins Gewicht fallen, wird schon länger auf Aluminium gesetzt. So nutzt insbesondere der Flugzeugbau die Gewichtsvorteile. Hochspannungsleitungen werden vor allem aus Kostengründen mit Aluminium realisiert. Bei Schienenfahrzeugen und Automobilen sprechen beide Vorteile für Aluminium“, sagt Philipp Teepe, Marketing Manager bei Nexans.


Wer also seine Berechnung auf Kupferbasis durchgeführt hat, muss dem Wert für Alu halbieren; grobe Schätzung :).
 
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Gibt es bei Kleindrohnen eigentlich Versuche mit (zusätzlicher) Stromversorgung über ein Kabel, bspw. für lange stationäre Schwebeflüge an gleichbleibender Position?
Gibt es, und zwar nicht nur im Versuch, sondern im richtigen Einsatz, u.a. bei der französischen Polizei. Nennt sich 'tethered drone':
 

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Größere Querschnitte benötigen auch größere Biegeradien (wobei Flächen gegenüber Längen mit r^2 wachsen bzw. Biegeradien entsprechend mit sqrt(r) zum Querschnitt.). Dazu die (andere) Korrosionsanfälligkeit und die geringere mechanische Festigkeit. Und Löten ist doof, aber wo macht man das noch.
Aber klar: wenn Gewicht ein entscheidender Faktor ist, dann sollte man über Alu in Kabeln mal nachdenken. Wird ja auch in vielen Flugzeugen eingesetzt, seit vielen Jahrzehnten.

mfg
 
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