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9. November 2004 Administrator Forum
Technik: Flugmotoren
Gastkommentar: Flugmotoren und die wirtschaftliche Realität
Eine lebhafte Diskussion hatte sich die Redaktion von Pilot und Flugzeug auf ihrer Internetseite gewünscht. Nun - lebhaft ist es geworden, vor allem die Themen TT62 und Flugdieselmotoren stoßen auf reges Interesse. Nicht immer stehen die Beiträge jedoch auf dem Boden wirtschaftlicher und physikalischer Realitäten. In einem Gastkommentar erläutert der Chef von Thielert Aircraft Engines Grundlagen der wirtschaftlichen und technischen Auslegung von Antrieben für die Allgemeine Luftfahrt.
Zahlen und wirtschaftliche Realitäten bestimmen die Motorenentwicklung mehr als Wunschdenken |
Als PuF-Online-Leser fällt mir auf, dass in vielen Forum-Beiträgen leider pauschal angenommen wird, dass sich Technologie-Unternehmen wie wir wenig Gedanken bei der Entwicklung Ihrer Produkte machen. Falsch, wir denken schon aus Interesse am wirtschaftlichen Erfolg an unsere Kunden. Nur vom Markt akzeptierte Produkte sind für uns gute Produkte.
Da im Forum oft über unsere Produkte engagiert diskutiert wird, möchte ich die mir von Jan Brill gegebene Gelegenheit eines Gastkommentars wahrnehmen.
Nur wer den Unterschied zwischen „wünschenswert und machbar” kennt, kann ein Produkt auf den Markt bringen. Eine Flugmotor ist immer ein Kompromiss aus vielen Eigenschaften, wie z.B. Zuverlässigkeit, Wirtschaftlichkeit, Kraftstoffverfügbarkeit, Leistungsgewicht, Produzierbarkeit, Preis, Bedienbarkeit, Servicefreundlichkeit. Um alle diese Eigenschaften in einem für den Kunden möglichst guten Produkt zusammenzufassen, sind wir nach dem Ausschlussverfahren vorgegangen.
- Die Individualentwicklung eines Baukastenmotors ist theoretisch leicht, zuverlässig und wirtschaftlich, hat aber keine Chance auf Amortisation innerhalb von zehn Jahren Produktionszeit, weil die Entwicklungskosten und Produktionswerkzeugkosten im dreistelligen Millionenbereich liegen. Der Markt in den drei wesentlichen Leistungsklassen ist aber auf jährlich 2.400 Neumotoren beschränkt. Rechnet man 200 Mio. Euro Entwicklungs-, Werkzeug-, und Produktionsanlaufkosten für die Motorfamilie, hätte man eine Planzahl von 12.000 Motoren bei einem angenommenen Marktanteil von 50 Prozent. Das bedeutet, dass jeder Motor mit 16.666,- Euro belastet wird, wenn man keine Kapitaldienstkosten einrechnet. Inklusive niedrig gerechneter Kapitaldienstkosten würde man auf 25.000,- Euro pro Motor kommen. Wenn man weniger als die in den Raum gestellten 200 Mio. Euro investiert, wird zuallererst die Serienabsicherung auf der Strecke bleiben, also die Zuverlässigkeit. Bei geringeren Investitionen würden auch die Bauteilproduktionskosten der Serie nach oben gehen. Das ist aus unserer Sicht auch der Grund, warum es seit 40 Jahren keinen Motor für die Allgemeine Luftfahrt gibt, der sich neu am Markt etablieren konnte. Aus unserer Sicht bleibt also nur die Möglichkeit, einen bereits entwickelten Motor auf die spezifischen Anforderungen der Luftfahrt zu adaptieren, um die Entwicklungskosten zu reduzieren.
- Ein Benzinmotor aus dem PKW wäre von der Leistung und dem Gewicht attraktiv. Er hält den hohen geforderten Dauerlasten aber nicht stand, da er nicht dafür konzipiert wurde. Ein Benzinmotor wird für ein Lastkollektiv entwickelt, das weit unter Vollast liegt. Das Arbeitsprinzip des Benziners macht ihn sehr leicht, denn sein Verbrennungsdruck nimmt überproportional zur abgeforderten Last ab. Das geht beim Dieselmotor anders. Er ist seit jeher schwerer als sein Otto-Bruder, weil er schon im Teillastbereich einen hohen Verbrennungsdruck produziert. Dieselmotoren für Transporter und kleine LKW werden für ein sehr hohes Lastkollektiv ausgelegt, da man davon ausgeht, dass Transporter oft mit Vollgas auf der Autobahn betrieben werden. Der PKW-Benziner scheidet also in einer frühen Stufe der Machbarkeitsrecherche aus.
- Andere Arbeitsprinzipien, wie Wankel, sind so wenig verbreitet, dass das Entwicklungsrisiko zu groß ist, auch wenn es theoretische Vorteile für die Anwendung in der Luftfahrt gibt. Der Wankelmotor konnte sich besonders wegen seines Zuverlässigkeitsproblems nicht durchsetzen. Zudem gibt es weltweit nur einen Hersteller, der aktuell Wankelmotoren für PKW produziert.
- Schaut man sich die Systemvorteile eines Dieselmotors an, gibt es neben dem Vorteil der Auslegung für einen hohen Vollastanteil noch zwei weitere Vorteile, denn der Dieselmotor besitzt eine qualitative Gemischaufbereitung. Das bedeutet, er läuft immer mager und kann durch Magerlauf keinen Schaden nehmen. Das Gemisch wird durch Selbstzündung entzündet, was zur Folge hat, dass es keine klopfende Verbrennung geben kann. Diese Systemvorteile machen den Dieselmotor einfacher zu steuern als einen Ottomotor. Hier sehen wir also einige signifikante Unterschiede für eine Luftfahrtanwendung, denn der Funktionsrahmen einer Diesel-FADEC ist wesentlich geringer als der einer Ottomotor-FADEC.
- Der Punkt Kraftstoffverfügbarkeit geht eindeutig für Jet Fuel aus, denn 99% des weltweiten Luftfahrtkraftstoffs ist Jet Fuel. Alle automobilen Kraftstoffe sind nur mit starken Einschränkungen an Flughäfen lieferbar. Hauptursache dafür werden auch in Zukunft Haftungsgründe sein, denn die automobile Lieferkette unterliegt anderen Qualitätssicherungen als die Lieferkette der Luftfahrt.
Nach diesen grundsätzlichen Überlegungen gab es nur noch die Möglichkeit, einen Dieselmotor aus einem PKW zu adaptieren. Das haben wir getan,und dabei sind wir automatisch diverse Kompromisse eingegangen.
Aus Gewichtsgründen ersetzt ein 135-PS-Jet -Fuel-Motor einen 160 - 180-PS-Motor. Da die meisten in der Klasse verwendeten Motoren von Lycoming keinen Verstellpropeller besitzen, drehen sie niedriger und geben so im Steigflug keine Nennleistung ab. Es ergibt sich ein effektiver Leistungsunterschied zum O-320 von ca. 10 PS in Meereshöhe bei ISA und einer Steiggeschwindigkeit mit VY (Beispiel Cessna 172N). Ab dort wird der Leistungsunterschied geringer, bis er dann ab ca. 2500 ft und ISA zum Vorteil des aufgeladenen Diesels wird. Der Motor benötigt einen eigenen Motorträger und einen für die Drehzahl abgestimmten Propeller, sowie 3 Kühler, was die ansonsten verhältnismäßig geringen Kosten etwas relativiert.
Alles nur ein Kompromiss, aber ein Guter, wie wir meinen, denn eine Diesel-172 ist Ihrer Lycoming-Schwester bei den gefürchteten Bedingungen (Sommer und 2500ft Platzhöhe) überlegen. Ähnliches gilt für die PA-28 und die DA40, wobei die Diamond-Flugzeuge durch ihre aerodynamische Effizienz mit den relativ geringen Motorleistungen beachtlich schnell fliegen. Wir würden uns wünschen, dass sich unsere Motoren in dem Trainingsflugzeug-Segment schnell durchsetzen. Man kann eine umgerüstete Cessna 172 heute für das gleiche Geld fliegen wie eine C152, und das ist Fortschritt. Eine DA40 legt auf Streckenflügen bessere Verbrauchswerte pro geflogenem Kilometer hin als manches sparsame Auto.
Wir stimmen mit allen Forum-Teilnehmern überein, dass ein leichterer, stärkerer und günstigerer Motor wünschenswerter wäre, er ist aber nicht machbar, ohne dass man enorme Kosten dafür in Kauf nehmen würde. Für einen Preis, der eher mit einer kleinen Propellerturbine vergleichbar ist, wäre technisch mehr machbar.
Frank Thielert
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Sehr geehrter Herr Thielert, leider kann ich Ihre Behauptung bezüglich Leistung Ihres Dieselmotors im Vergleich zum Benziner nicht ganz teilen. Bei einem Einweisungsflug mit einer Diesel Cessna 172 wurde der Unterschied trotz normaler Bedingungen (15 Grad 1018hPa und normalen Windverhältnisse) mehr als deutlich. Eine normale Benziner 160PS Cessna 172 schafft den Take-off in EDFE (damals noch knapp 1000m) spielend ohne 10 Grad Klappen und erst Vollgas und dann Bremsen lösen. Die Thielert Variante überzeugte leider durch minimale climb-Performance und Fliegen nahe der min-speed um überhaupt Höhe aufzubauen. Der von Ihnen beschriebene Vorteil in der Höhe stellte sich dann aber ein. Aber was bringt mir der wenn ich nur mit Mühe überhaupt in die Luft komme, und das bei nur 2 Personen ohne Gepäck und halbvollen Tanks. Ich bin der Meinung das die Idee des Diesels durchaus der richtige Weg ist, aber die gewählte Leistungsklasse leider zu gering ist. Ich hoffe das in der nächsten Entwicklungsstufe etwas mehr Power vorhanden sein werden.
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Guten Tag Herr Thielert,
auch ich bin der Meinung, das es von Vorteil wäre, etwas mehr Leistung zu haben. Selbst bei starren Prop´s gibt Steig- bzw. Reiselatten. Die Steiglatte dreht doch schon recht hoch, so um die 2500-2600, was ja dann schon etwas Leistung ist. Ich habe mir auch Ihr Leistungsdiagramm im PuF angesehen, ich selber habe eine leichte 2-mot mit 2 x 160 PS non turbo und Verstellprop. Denn Vorteil eines Turbo Diesels mit 135 PS sehe ich da ausser beim Verbrauch kaum. Ihr Motor hatte in der Höhe (10000-12000 ft) nur ca 10 PS mehr.
Weiterhin gibt es auch viele 160-200 PS Motoren (Piper Arrow, Cessna ) mit Verstellprop. Dort ist natürlich auch Bedarf an Diesel vorhanden, nur bitte mit vergleichbaren Werten und es wäre gut, wenn man den vorhandenen Verstellprop behalten könnte, so wären auch die Kosten mehr im Rahmen zu halten.
Ich kann Ihre Argumentation bezüglich Invest und Return of Invest schon verstehen, und es ist mir auch klar, das es auf dem PKW Markt nicht genau den Diesel geben wird, der einfach so in ein Flugzeug passt.
Soweit ich weiß, hat der Centurion 1,7 Liter Hubraum, wenn man das dann umrechnet, käme man bei 2 Liter auf ca 160 PS, bei 2,2 auf 175 PS und bei 2,7 auf 214 PS (wobei das dann ein 5 Zylinder wäre), das Problem wird wohl dann sein, das sowas in kein Flugzeug passt, da Reihenmotor.
Aber Sie können ja an Hand der regen Diskussion sehen, das dort ein wirklich deutliches Interesse vorhanden ist und es einen Markt geben könnte.
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Hmm...
Seit wann ist denn die Leistung bei Standard-Atmosphäre in Meereshöhe kritisch???*
Sie ist kritisch an heissen Tagen und/oder hochgelegenen Plätzen, oder?
Und da, da wo es kritisch ist, da hat der Diesel mehr Leistung. Das ist doch gut. Da, wo es völlig unkritisch ist, da hat er halt ein kleines bisschen weniger. Damit kann ich leben.
Also, ich sehe da kein Problem.
Gerhard Uhlhorn
(*okay, Helgoland-Düne ist eine Ausnahme ;-)
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Natürlich mag es schön sein bei warmen Temperaturen und niedrigem Druck dann Power zu haben. Aber ich möchte nicht wieder eine Lösung die mal gut, mal "damit kann (oder muß) ich leben" ist, sondern beides vereint. Und unkritisch sehe ich es nicht wenn bei normalen Bedingungen einem 4sitzigen Flieger beim Start schon die Puste fast ausgeht, und so habe ich ihn leider erleben müssen. Solange der Diesel auch wieder eine Lösung ist die mal gut, mal nur naja ist stellt er für mich noch nicht die Lösung des MotorProblems der AL dar. Und es ist nicht nur Helgoland Düne, sondern unzählige Plätze in der Republik und im angrenzenden Ausland, die aufgrund der Startbahnlänge oder gar als Graspiste durchaus die volle Power verlangen. Der Diesel mag der Richtige Weg sein, aber beim ersten richtige Schritt geht er auch noch auf Krücken.
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Klar, das hätte ich auch gerne. Aber die Alternativen sind ein deutlich höherer Preis oder Verzicht auf moderne Motoren. Das hat der Herr Thielert doch verständlich gemacht, oder?
ich denke, das ist ein akzeptabler Kompromiss -- insofern, dass solche ISA-Tage nur selten sind.
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Sehr geehrter Herr Christoph,
den von Ihnen geschilderten Leistungsunterschied darf es nicht geben. Wir haben diverse Vergleichsflüge durchgeführt und können dabei kein Leistungsdefizit erkennen. Eine Vergleichsmessung wurde z.B. beim Puf Seminar am 25.09.2004 durchgeführt und ist auf der Puf Webseite unter https://pilotundflugzeug.de:8001/servlet/use/Home.class nachzulesen.
Wir vermuten, dass es sich um einen Einzelfall handelt und würden uns dem gerne annehmen. Können Sie uns bitte das Kennzeichen nennen, damit wir mit dem Halter Kontakt aufnehmen können. Gern möchten wir Sie zu einem erneuten Vergleichsflug einladen und kommen dazu auch nach EDFE.
Mit freundlichem Gruß
Thielert
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Ich muß jetzt erst mal sagen, daß innovative otto-motoren keine neuentwicklung brauchen, da die Produktionstechnik immer die gleiche ist, der Verbrauch berechenbar und die Haltbarkeit der einzelnen Materialien und Härtetechniken bekannt sind. Siehe Motoren aus dem Autobau, die immer mehr Einzug in die Al halten. Das Manko ist die Einstellung und vor allem die Werbung. Wenn man lycoming und co ansieht die 50 Jahre alte Motoren für 25000$ anbieten, die nicht einmal fähig sind druckdosen einzubauen, die das leanen überflüssig machen, gibt mir stark zu denken. Diese Technik gab es schon im zweiten Weltkrieg und ist nichts neues. Genau so sehe ich es mit den "neuen" innovativen Motoren. rotax oder jabiru, eine innovation vom motor her, aber mit dermaßen veralteter Vergasertechnik, daß mir speiübel wird. Andere Leute bauen innovative "flug"motoren mit Einspritztechnik wie limbach, bauen diesen modernen motor aber nicht als flugmotor, sprich trockensumpfschmnierung, sondern mit Ölwanne, die nach meiner Meinung nur in ein Auto gehört. ein Flugmotor "muß" in allen fluglagen funktionieren. Diese sogenannten Flugzeugbauer schimpfen dann um mangelnden Umsatz, die die Preise in die Höhe treiben und die der einzelne tragen muß. Deshalb meine
Bitte an rotax jabiru limbach sauer und co.
Baut endlich einen Motor mit einspritzung und trockensumpfschmierung, einen Motor, der in allen Fluglagen läuft und bietet ihn zu einem fairen Preis an. Dann gibt es auch mehr Piloten, die sich dazu entschließen, ein flugzeug selbstzubauen und somit den Umsatz steigern. Und hierzu braucht man keine 300 Millionen Euro Entwicklungskosten, sondern nur ein Woche Planungs- und Berechnungszeit und nicht mehr. für alles und für jedes Material und Leistung gibt es Listen und Auswertungen, auf die "alle" motorenbauer zurückgreifen. Es gibt so viele Experimentals, die Kunstflugfähig z.B. sind. Ich fordere mal einen jeden Piloten auf, im Internet nach einem kunstflugfähigen Flugmotor zu suchen zwischen 100 und 130 PS. Ihr werdet staunen.....
Entweder findet ihr gar nichts, oder auf den internetseiten hört die Information auf. Diesmal möchte ich die Firma Göbbler und Hirth loben. Ihr seit auf dem richtigen Weg. Diese Leute schicken beim Kauf des Motors ihre Ingeneure vor Ort und bauen sogar den Motor ein. Und das alles im Preis des Motors inbegriffen. Das ist Innovation. Und das zu einem Preis, die ein drittel betragen zu dem von rotax und Jabiru.
Alle Achtung Leute von Hirth Engines.
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Unser Luftsportverein hat zur Zeit eine DA 40 TDI von Thielert gemietet.Hatte also Gelegenheit diese Maschiene zu fliegen.
Im Vergleich mit unserer MS 893 E Lyc 180 PS(76,78,78,78 Kompression) war die Startrollstrecke sogar etwas geringer, Anfangssteigflug und Reisesteigflug ist besser.
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Hallo Herr Thielert!
Ich kann all Ihre Argumente in irgendeiner Form nachvollziehen.
Daß die Flugzeuge, die mit Ihrem Motor ausgestattet sind, bei bestimmten Tests unter bestimmten Voraussetzungen ähnlich gut sind, als die 180PS Dinosaurier aus amiland mag ja auch noch sein.
Datenblätter hin und her, Tatsache ist jedoch, daß einem 125 PS Dieselmotor doch einfach ein gutes Drittel an Dampf fehlt um zu einem echten Konkurrenzprodukt zu o.g. zu werden.
Unser Verein hat letztes Jahr eine DA40 gekauft. Aus wirtschaftlichen Gründen wäre die Wahl auf jeden Fall auf eine Dieselversion gefallen.
Allerdings wollen/müssen wir mit der Kiste halt auch F-Schlepp machen. Somit hat sich die Dieselversion von Anfang an ins Abseits katapultiert.
Mein Fazit dazu ist, so hart es auch klingt:
Wenn man als Ersatz zu einem 180PS Benzinmotor einen 125PS Diesel anbietet, dann hat man schlicht und ergreifend am Markt vorbei entwickelt.
Und genauso wird es den Franzosen gehen mit dem SMA, der ist nämlich wieder zu stark und deshalb zu teuer.
Wenn es irgendjemand mal fertigbringt und einen brauchbaren 160-180 PS Diesel anbietet --> das würde in nicht zu verhinderndem Erfolg ausarten!!
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Meine Rede, einen 160-180 PS Diesel mit Verstellprop. Am besten so, das man den bereits vorhandenen (fals da) übernehmen kann. Alle PA28 (auch Arrow) würden da drauf springen, viele C172 192 usw Robin Tobago usw. Denn dort ist der markt.....
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