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ein ARL fliegt

 
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Beitrag01-06-2005, 23:55    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

Nachdem wir zum ALH immer wieder vom Thema abkamen, auf Jans Anregung ein neues Thema:
Nachdem die Idee schon seit meinem ersten Turbodiesel-Auto 1993 köchelte, hab ich mit meiner Freundin zusammen 1998 eine beschädigte Piper PA-18 Super Cub mit abgelaufenem Motor gekauft und mich bemüht, einen modernen Turbodiesel aufzutreiben, um damit einen zeitgemäßeren Flugzeugantrieb auf die Beine zu kriegen.
Wir haben die Flugzeugzelle in fünfjähriger Arbeit komplett überholt und an die neuen Anforderungen angepasst:
Tanks mit Rücklauf und Sprit-Temperaturüberwachung ausgerüstet
Motoraufhängung konstruiert, gebaut und getestet (4 Versionen verworfen, bis eine passte)
Reduziergetriebe konstruiert, Holzmodell gebaut, in GFK abgeformt, Wachsmodell gegossen und Gehäuse im Ausschmelzverfahren (Feinguss) gießen lassen.
Innereinen des Reduziergetriebes konstruiert und teils selbst angefertigt, teils durch einen genialen Getriebebauer in Zams (Konrad Traxl) fertigen lassen
Testbock mit Kopie des Original Piper - Brandschotts gebaut, Motor (der uns samt Elektronik-Entwicklung spendiert wurde) samt Getriebe und Propeller montiert und 2001 die ersten Testläufe absolviert.
Kühlung, Ladeluftkühlung überarbeitet, ein Konzept für eine neue Motorverkleidung erarbeitet, Formen gebaut, einen Prototyp gebaut und am Testbock getestet.
Standschubmessungen, Temperaturmessungen, Testläufe am Testbock.
Dann Einbau ins Flugzeug, Motorverkleidung in - vorläufig - "endgültiger " Form aus Epoxi-Kevlar gebaut, Bodenerprobung gemäß Erprobungsbrogramm der Austrocontrol.
Nach etlichen kleinen Rückschlägen (Ölverlust aus der Entlüftung des Getriebes, Kühlsystemänderungen wegen Lufteinschlüssen im Kühlsystem und Notwendigkeit der Verbesserung der Abströmung der heißen Luft hinter dem Kühler und einigen "Fischen" in der Elektrik usw.) Erstflug am 9. August 2004 in Innsbruck.

Der Original-Motor: Lycoming 0-320 mit 150 SAE-PS bei 2700 min-1
4 Zyl. Boxermotor, luftgekühlt, mit Steigstromvergaser (fuel-to-noise-converter) und 5,2 l Hubraum. Spezifischer Verbrauch ca 340g/KWxh = ca 40l AVGAS a € 1,50 pro Stunde bei Volllast, nicht unter 23l/h im Reiseflug. Konstruktion aus den 40er Jahren des vorigen Jahrhunderts.
Gewicht ohne Propeller, mit Nebenaggregaten flugfertig ca 180 kg
Propeller mit festen Blättern, Metall, 15 kg
Systemgewicht ca 195 kg
Wartung teuer und aufwändig (allein der Kerzenwechsel alle 100 h kostet 160 €!)
ständig teure Reparaturen (Risse in Zylindern, Ventilschäden) und miserable Qualität (laufend technische Mitteilungen mit behördlich vorgeschriebenen teuren Reparaturen!)

der ARL:
110 KW = 150 DIN PS bei (nach geänderter Motorabstimmung) 3750 min-1
Gewicht 135 kg incl. Schwungmasse.
Getriebe 30 kg, dazu noch Nebenaggregate, Kühler usw. ergibt incl 22 kg für den Composite constant speed Propeller und dem Heizungswärmetauscher incl. Öl und Kühlmittel ein Systemgewicht von 240 kg - etwa 45 kg mehr als original
Verbrauch bei bestpoint 205 g/KWxh Diesel um derzeit knapp E 1,-
Propellerwirkungsgrad durch niedrige Propellerdrehzahl und dadurch möglichen größeren Propellerdurchmesser wesentlich erhöht.
Bei halbem Tankinhalt ist Mehrgewicht bei gleicher Reichweite wie original kompensiert.
Bei vollem Tankinhalt incl. 2. Batterie und Trimmgewicht 70 kg Mehrgewicht, aber bei fast doppelter Reichweite.
Wesentlich weinger Lärm (wegen geringer Propellerdrehzahl)
Wesentlich weniger Verbrauch
Wesentlich billigerer Sprit
Tauglichkeit auch für Kerosin (mit der Bosch-Tandempumpe, nicht mit der LUK)
Wesentlich weniger Wartungsaufwand
Bessere Flugleistungen wegen großem constant speed Propeller und Nutzung der Höchstleistung, auch sind DIN-PS "dicker" als SAE-PS
Nachteile: komplexe Elektronik, die zwar redundant ausgeführt ist, aber doch Risiken bietet
Mehrgewicht, Reduziergetriebe notwendig (Drehschwingunsprobleme und damit Haltbarkeitsprobleme möglich)
Derzeit nur Experimentalzulassung möglich

Das größte Problem: VW will derzeit von einer industriellen Verwertung der Entwicklung nichts wissen. Zu sehr fürchtet man einen Imageschaden, wenn ein TDI herunterfallen sollte (was irgend wann einmal passieren würde, ob nun VW was dafür könnte oder nicht), zu gering sind die zu erwartenden Stückzahlen.

Wir hatten nicht als einzige die Idee. Fast gleichzeitig hatte ein Herr Thielert die Idee und entwickelte auf Basis des Daimler Benz 170 CDI einen ähnlichen Antrieb. Sein problem: der Grundmotor ist nur auf 66 KW ausgelegt. Um einen gerade noch brauchbaren Antrieb zuwegen zu bringen, musste er den Grundmotor auf 99 KW pushen. Das packt er wohl nicht wirklich, zumal ein Flugmotor ein Lastkollektiv von etwa 65% oder mehr hat, ein Automotor eines von 15 bis 20%. Sein Vorteil: 30 Leute und etliche Subventionsmillionen aus der Ostförderung. Deshalb gibt es den Motor als Centurion 1,7 schon zu kaufen.
Allerdings mit den common rail Risiken: wenn die Hochdruckpumpe geht, steht der Motor. Wenn eine Einspritzdüse hängt, brennt er ab. Es sind auch schon etliche stehengeblieben.

Der TDI hätte da wesentlich mehr Potenzial - wenn VW nur wollte.
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Arno
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Beitrag02-06-2005, 7:02    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

Hallo,

hab den Bericht über den Umbau im Aero Kurier gelesen. War sehr interessant aber das muß wohl doch ne Menge Arbeit gewesen sein (vor allem die ganzen Formalitäten). Flugdiesel interessieren mich auch und den Centurion kenne ich schon ne Weile. Hat der Motor auch ein Notlaufprogramm? Bestimmt hat er das aber reicht die Leistung dann noch um beim fliegen nicht an Höhe zu verlieren?
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Blaumann
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Beitrag02-06-2005, 9:13    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

Hallo, Arnold
In beiden Steuergeräten ist ein Notlaufprogramm vorgesehen, das die Leistung auf mindestens 50% hält. Für den Fall, dass im Bereich der ATL-Steuerung was passiert, (Schlauch ab oder Steuergerät kennt sich nicht mehr aus und nimmt Ladedruck total weg) ist am Lader ein mechanischer Anschlag, der verhindert, dass ein gewisser Mindest-Ladedruck unterschritten wird. Dabei wird in Kauf genommen, dass die Kiste im Notlauf rußt oder für die Zeit bis zur möglichen Landung üerhöhte Abgastemperaturen auftreten.

Eine manuell bedienbare Umschaltbox ermöglicht das Umschalten auf das andere Steuergerät, wenn es Probleme geben sollte, jedes Steuergerät hat seinen eigenen unabhängigen Satz an Sensoren. Für den 2.KW-Sensor wurde genau gegenüber dem serienmäßigen eine Öffnung in das ZKG gefräst und ein Adapter eingeklebt. Inzwischen könnte man die KW vom 2l Vierventiler nehmen. Die hat eine Bohrung und damit wäre es möglich, als 2. KW Sensor einen zu nehmen, der in den Wellendichtring integriert ist. Die sind allerdings nicht so robust.
Der Hallgeber an der NW für das 2. Steuergerät ist winkelversetzt, das Steuergerät entsprechend programmiert.
Es ist in der Umschaltbox sichergestellt, dass immer nur eine Endstufe zur Ansteuerung der PD-Elemente aktiv sein kann.
Eine automatische Umschaltbox ist im Testbetrieb. Die schaltet automatisch um, wenn im Bereich eines Steuergeräts Fehler auftreten.
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Jan6K

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Beitrag02-06-2005, 15:12    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

Hi,

wie loest ihr das Problem mit der duenner werdenden Hoehenluft? Ich meine, wie hoch kann man damit fliegen, ohne dass die Leistung deutlich zurueckgenommen werden muss, damit der Lader nicht ueberdreht?

Oder kommt das bei dem Flugzeug nicht vor, weil die Flughoehe entsprechend beschraenkt ist?

Viele Gruesse,

Jan
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Beitrag02-06-2005, 15:39    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

Am Boden haben wir 140.000 min-1 am großen Lader, von 170.000 erlaubten.
Der Spielraum reicht bis knapp 10000 Fuß Flughöhe, dann ist der Lader am Drehzahllimit. Kleinflugzeuge brauchen meist nicht mehr.
Ab dieser Höhe wird per Datensatz der Ladedruck kontinuierlich zurückgenommen, wie das im PKW je nach Type und Abstimmung ab rund 500 m Seehöhe passiert.
Die bisher verwendeten Otto-Saugmotoren bringen in 5000 Fuß schon nur mehr 75% Leistung - da sind wir im Vergleich sowieso Kaiser!
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Beitrag02-06-2005, 15:57    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

Der Massanausgleich des langhubigen 1,9er Block ist in Relation zum Orginal-Boxer doch eher schlecht.

Leidet die Zelle unter Vibrationen, wenn ja wie fangt ihr das auf?
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Jan6K

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Beitrag02-06-2005, 16:14    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

Hi,

sowas wie einen richtigen Auspuff habt ihr da vermutlich nicht dran, oder? Gleich nach dem Turbo ins Freie, oder doch noch ein wenig Schalldaempferzeugs wegen Krach und Abgasgegendruck?

Wobei ich mir vorstellen kann, dass der Propeller ohnehin mehr Krach als der Motor macht...

Startet ihr den elektrisch mit mitlaufendem Propeller (->heftige Belastung fuer den Anlasser), oder gibts da eine Kupplung zum Trennen, oder wird das ganze extern gestartet?

Viele Gruesse,

Jan
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Beitrag02-06-2005, 16:19    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

Hallo,
mich interessiert die Getriebekonstruktion. Die Drehunförmigkeit eines 4 Zylinder Turbodiesels ist schon recht hoch. Im PKW nutzt man schon ZMS. Habt ihr aus so was oder ist das ein normaler Zahnradtrieb?
Ohne STG läuft nichts mehr im Gegensatz zum Continental oder Lycoming. Habt ihr die zweite LIMA im Gewicht schon drin?

Eine PA18 ist zum Glück auch mit stehendem Quirl gut und kurz zu landen.

Mit freundlichem Gruß
Christian
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ulf
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Beitrag02-06-2005, 16:53    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

chris11 hat folgendes geschrieben:
Eine PA18 ist zum Glück auch mit stehendem Quirl gut und kurz zu landen.

Schau mal an, bei solchen Gelegenheiten merkt man, wie viele Leute hier sich auch weiter oben auskennen icon_cool.gif

Mein Motor ist aber meistens unten geblieben (-> Windenstart, gibt die schönsten Beschleunigungskicks, zumindest in der Zivilluftfahrt icon_twisted.gif )
Gruß Ulf
_________

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Beitrag02-06-2005, 17:00    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

Zitat:
Der Massenausgleich ... eher schlecht ... Vibrationen

Ein Reihenvierzylinder hat eigentlich keinen schlechteren Massenausgleich als ein Vierzylinder-Boxer. Hingegen sind die bewegten Massen eines 1,9l Vierzylinders wesentlich geringer als die eines 5,2l Vierzylinders. Wegen der Luftkühlung beim Lycoming sind außerdem die Zylinderabstände relativ groß, sodass die für den Massenausgleich wirksamen Massenkräfte entsprechende Momente erzeugen. Außerdem dreht der Lycoming nur 2700 min-1 max., entsprechend schlecht ist die Drehgleichförmigkeit. Der ARL schüttelt daher viel weniger. Wir haben ihn auch weich aufgehängt: oben Konuslager von Simrit mit Shorehärte 35, unten die aus dem Fahrzeug bekannten hydraulisch gedämpften Lager.
Wegen des großen Hubraums und Zylinderabstandes baut der Boxer übrigens gleich lang wie der R4.

Zitat:
Starten - auskuppeln...?

Wir haben wohl eine Autokupplung als Drehmomentbegrenzung (gegen die Abstellschläge, zum Schutz des Getriebes) und wegen der integrierten "flexplate" (Federpaket mit Reibungsdämpfer gegen Drehschwingungen) eingebaut, die ist aber nicht zum Auskuppeln vorgesehen. Ein ZMS verwenden wir nicht, das würde leut den LUK-Leuten die Abstellschläge nicht verkraften. Das Anlassen funktioniert problemlos über einen Serienanlasser aus dem Passat. Es ist kein Zahnrad- sondern ein Zahnkettengetriebe mit einer 55 mm breiten Spezialkette. Das Hauptproblem sind die Abstellschläge, weil das Getriebe im Betrieb "überkritisch", also oberhalb der Resonanzdrehzahl der Schwingungssysteme Motor/Propeller betrieben wird und beim Anlassen und beim Abstellen der kritische Resonanzbereich durchfahren werden muss. Die Abstellschläge haben während der Erprobung am Prüfstand eine kräftige Hardyscheibe aus dem Kardan eines 7er BMW innerhalb von 10 Betriebsstunden völlig zerlegt!

Zitat:
2. Lichtmaschine...

haben wir nicht - wir laden über eine Lichtmaschine 2 Batterien, wobei die entsprechenden Stromkreise über Dioden völlig voneinander getrennt sind. Fällt die Lichtmaschine aus, fliegen wir mit Batteriestrom bis zum nächsten Flugplatz (2x 45 Ah). Jedes SG hängt an einem eigenen Stromkreis. Nur für den Anlassvorgang werden über ein Relais beide Batterien parallel geschaltet. Übrigens: im PKW ist das Anlasserkabel immer heiß. Das darf im Flieger wegen Kurzschlußgefahr nicht sein. Wenn wir aber schon in Batterienähe ein entprechendes Relais einbauen mussten, war es logisch, gleich zwei zu nehmen und damit dem Anlasser genügend Saft und den Batterien Schonung zu gönnen. Die Klemme am Anlasser für das Relais ist gegen das Pluskabel kurzgeschlossen.

Zitat:
Schalldämpfer...

Nach verschiedenen Versuchen haben wir ihn weg gelassen. Der Propeller ist jedenfalls lauter, man hört fast keinen Unterscheid mit/ohne Schalldämpfer. Dafür hat man keine Probleme mit Schwingungsrissen und weniger Gewicht. Der ATL nimmt die meiste Energie sowieso aus den Abgasen raus und wirkt als schalldämpfer.
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Beitrag02-06-2005, 19:36    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

ulf hat folgendes geschrieben:

Mein Motor ist aber meistens unten geblieben (-> Windenstart, gibt die schönsten Beschleunigungskicks, zumindest in der Zivilluftfahrt icon_twisted.gif )


Wie beruhigend gesundes Brummen von vorne wirkt, wird Dir schlagartig klar, wenns bei einem Start auf einem Innenstadtflughafen auf 300 Fuß plötzlich anfängt zu stottern. Für eine Umkehrkurve reichts auf keinen Fall und nur ungeeignetes Gelände vor dir. Schön wenn dann für den Rest der Platzrunde wenigstens noch die halbe Leistung da ist.

@flugdieselKFZ-Schrauber Profil anzeigen: flugdiesel

Habt ihr eine JAR 23 Zertifizierung geplant ?

Mit freundlichem Gruß
Christian
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Beitrag02-06-2005, 21:00    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

chris11 hat folgendes geschrieben:
Wie beruhigend gesundes Brummen von vorne wirkt, wird Dir schlagartig klar, wenns bei einem Start auf einem Innenstadtflughafen auf 300 Fuß plötzlich anfängt zu stottern . . .

Bei gelegentlichen F-Schlepps war mir in wenigen m über Grund auf Kurs vom Platz weg wohl ähnlich mulmig zumute, bis ich den Platz wieder sicher im Gleitwinkel hatte.

Das ist das Geniale am Windenstart: Egal in welcher Höhe die Winde aussetzt oder auch das Seil reißt - Du kommst immer wieder ohne Probs auf den Platz zurück (solange Du nicht wie ein Irrer startest, also noch vor dem Abriß die Nase wieder runterbekommst . . .).
Gruß Ulf
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Beitrag02-06-2005, 21:15    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

[quote="chris11"][quote="ulf"]


Zitat:
Habt ihr eine JAR 23 Zertifizierung geplant
?

Nö, wir nicht. Wir haben das Ganze als proof of concept angelegt und fliegen mit Experimentalzulassung. Aber es war von Anfang an so ausgelegt, dass es zulassungsfähig wäre. Also nichts mit "nur für Experimental" nur mit einem SG oder mit Zahnriemen oder so. Wenn es gelingt, VW dazu zu bringen, wenigstens im Lizenzweg einem Interessierten (solche gibts) die Nutzung der Technologie zu ermöglichen, wird das wer zur Serienreife entwickeln und zulassen.

Und zum Windenstart: mach ich auch oft, hat seine Vorteile, aber auch seine Tücken.
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Beitrag02-06-2005, 22:17    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

Hallo,

warum sollte VW da was gegenhaben, wenn das jemand drittes durchziehen möchte?
Geld werden die zwar damit nicht viel verdienen können (siehe Porsches Flugmotorenprojekt) aber solange die keine Änderungen an ihren Kokillen vornehmen müssen, warum nicht. Das irgendwann einmal jemand mit (vieleicht nicht wegen) ihrem Motor vom Himmel fällt, ist nichts besonderes. Die Qualität der Orginalen oder überholten US-Boxer ist mittlerweile schauerlich und liegt weit unter dessen, was Mitte des vorigen Jahrhunderts üblich war. 2000h TBO ohne mechanische Probleme erreichen nur noch die wenigsten Typen.

Als Problem für den ARL sehe ich höchstens, das in 10-20 Jahren zwecks Überholung Orginalersatzteile nachgefragt werden.

Mit freundlichem Gruß
Christian
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Beitrag02-06-2005, 22:39    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

Hast recht, aber die haben wegen der verrückten Rechtsprechung in USA, Stichwort "deep pocket Prinzip" fürchterliche angst for Produkthaftung und Imageschäden. Sind wegen der Audi-sache "unintended acceleration" gebrannte Kinder.

Zitat:
Als Problem für den ARL sehe ich höchstens, das in 10-20 Jahren zwecks Überholung Orginalersatzteile nachgefragt werden.


Auch das ist klar: in der Fliegerei sind viel längere Produktzyklen üblich als im Automobilbereich. Deshalb gehts ja auch nur, wenn jemand anders unter eigener Verantwortung, lediglich unter Nutzung der Technologie von VW (deren "Blaupausen") ein solches Ding produziert. Dann geht er den passenden produktzyklus mit.

Es ist wahr: die Lycomings u.a. sind nicht nur auf dem technischen Level der 1940er Jahre stehen geblieben, die Fertigungsqualität ist heute so miserabel wie nie zuvor. Bei den Contis z.B. serienweise Nockenwellenschäden wegen Härtungsfehlern.... innerhalb von 70 Jahren sollte man es schon lernen können, wie man eine spezifische Leistung von 30 PS/l beherrscht. Ein Technologietransfer vom Auto zur "innovationsträchtigen" Fliegerei ist dringend nötig. Der Thielert hat es gezeigt: Obwohl er vom Grundmotor alles andere als ideal und viel zu schwach ist, die Leute kaufen ihn weil sie mit dem Lycoming/Continental-Schrott nichts mehr zu tun haben wollen.
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Beitrag02-06-2005, 23:09    Titel: ein ARL fliegt Antworten mit Zitat

flugdiesel hat folgendes geschrieben:
Hast recht, aber die haben wegen der verrückten Rechtsprechung in USA, Stichwort "deep pocket Prinzip" fürchterliche angst for Produkthaftung und Imageschäden. Sind wegen der Audi-sache "unintended acceleration" gebrannte Kinder.


Ja aber gerade in den USA ist doch noch unter Carter ein spezielles Gesetz zur Fliegerei geschaffen worden, das die Haftung begrenzt. Zeitweilig hatten da schon alle Hersteller die Produktion von Einmots eingestellt. Daher sollte Heute das Haftungsrisiko dort in der Fliegerei überschaubar sein.

Wobei speziell in USA 100LL nicht teurer wie Jet A1 oder Fahrzeugdiesel ist (hat z.Zt. dort nur eine lausige "LKW" Qualität). Daher wirds in USA eher schwierig mit kommerziellen Argumenten die simple Uralttechnik durch aufwendigere Turbodiesel (gerade in der Wartung) zu ersetzen.

Mit freundlichem Gruß
Christian
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