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Echtzeit-Drucksensoren für Kühlsysteme in der Luftfahrt

Die europäische Luftfahrtstrategie liegt darin, Wachstum und Innovationen mit sichereren, saubereren und kosteneffektiveren Reisen für die Bürger zu erreichen. Ein wegweisendes Sensorsystem zur Zustandsüberwachung wird einen wichtigen Beitrag zu diesen Zielen leisten.

Klimawandel und Umwelt
Energie

Motoren sind allgegenwärtig, sie wandeln elektrische in mechanische Bewegungsenergie um. Sie stecken in unseren Waschmaschinen, in unseren Autos und sogar in unseren Computern, wo sie den Lüfter antreiben. Flugzeuge haben einen sogenannten Startergenerator, der beim Starten der Maschine als Motor funktioniert. Der Startergenerator erzeugt Wärme als Nebenprodukt der Energieumwandlung. Dies erfordert ein Kühlsystem, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Denn durch ein defektes Kühlsystem wird wahrscheinlich auch der Motor beschädigt. Die meisten Startergeneratoren von Flugzeugen sind ölgekühlt und aktuelle Drucksensoren erkennen Schwellenwerte, ohne dass der Druck in Echtzeit gemessen werden muss. Das Ingenieurteam des EU-finanzierten Projekts SOCOSYS hat den Stand der Technik mit der Entwicklung eines Drucksensors, der den Druck kontinuierlich messen und anzeigen kann, erheblich vorangebracht.

Innovative Designs für raue Betriebsbedingungen

Derzeitige Druckschalter sind „binär“, d. h. sie erkennen niedrigen und hohen Druck und geben einen Alarm aus, wenn ein voreingestellter Schwellenwert überschritten wird. Da eine Zustandsüberwachungsfunktion ein völlig neues Konzept für ölgekühlte Startergeneratoren für die Luftfahrt war, war die Definition der erforderlichen Spezifikationen ein wesentlicher Bestandteil des Projekts. Neben einem zuverlässigen Betrieb bei einer Umgebungstemperatur von bis zu 180° C mussten die Sensoren auch widerstandsfähig gegen Schmutz und mechanische Störeinflüsse einschließlich Vibrationen sein. Nach Aussage der Projektkoordinatorin Isabelle Vallet, waren „Zuverlässigkeit und Umgebungstemperaturen die wichtigsten, einander nicht ergänzenden Herausforderungen im Projekt. Tatsächlich führt eine steigende Umgebungstemperatur zu einer geringeren Zuverlässigkeit.“ SOCOSYS lieferte gleich vier Sensor-Prototypen, die alle im Labor geprüft wurden und nachweislich der Betriebsumgebung von Startergeneratoren standhalten und dabei die Öltemperatur genau überwachen können. Beschleunigte Alterungstests der elektronischen Funktionen von 70 Proben zeigten weiterhin, dass auch die Zuverlässigkeitsspezifikationen erfüllt wurden.

Die Zukunft der Zustandsüberwachungssensoren für raue Umgebungen

Als nächstes werden die Sensoren auf einem Prüfstand implementiert, bevor sie zur Endprüfung in Flugzeuge eingebaut werden. Mit Blick auf die Zukunft plant SOCOSYS die Vermarktung und Verbreitung der innovativen Zustandsüberwachungssensoren für ähnliche Umgebungen wie Motoren. Die kontinuierliche Zustandsüberwachung verspricht eine Verbesserung der Motorfunktion, da ein möglicher Druckabfall vor Erreichen des Schwellenwerts erkannt und damit die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass die Ölfilter verstopfen. Eine verbesserte Funktion erhöht dabei den Wirkungsgrad der Motoren und trägt zur Reduzierung von Treibhausgasen und Betriebskosten bei. Schließlich kann die Zustandsüberwachung den Zeit- und Kostenaufwand für turnusmäßige Inspektionen und die damit einhergehenden Ausfallzeiten minimieren. SOCOSYS-Sensoren leisten einen wichtigen Beitrag, von dem nicht nur die Hersteller und Dienstleister von Fluggesellschaften, sondern auch alle Reisenden sowie die Umwelt profitieren. Vallet erläutert dazu: „Die Sensoren und die Zustandsüberwachungsfunktion eines Startergenerators werden zur Entwicklung von Flugzeugen beitragen, die elektrischer, sicherer und kostengünstiger sind und gleichzeitig die Treibhausgasemissionen reduzieren sowie dabei helfen, die wichtigsten Ziele der europäischen Luft- und Raumfahrtindustrie zu erreichen.“ Insgesamt sollten die Sensoren die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Luft- und Raumfahrtindustrie in einer zunehmend vernetzten globalen Gemeinschaft von Privatpersonen und Unternehmen stärken.

Schlüsselbegriffe

SOCOSYS, Sensor, Startergenerator, Zustandsüberwachung, Temperatur, Druck, Öl, Motor, Zuverlässigkeit, Luft- und Raumfahrt, Flugzeug, Kühlung, Emissionen, Motoren

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