Leiser, effizienter und klimaverträglicher: So kann der Flugverkehr dank Elektroantrieben zukünftig aussehen. Damit diese Vision Wirklichkeit wird, ist noch viel Grundlagenforschung erforderlich. Mit seiner weltweit einzigartigen Expertise im Bereich der Isolationsüberwachung von IT-Systemen ist Bender Industriepartner im EU-Projekt IMITAES, das zur elektrischen Sicherheit in E-Flugzeugen forscht. Für Bender-Ingenieure eine spannende Herausforderung, die sie gerne annehmen.
IMITAES (Insulation Monitoring for IT Aircraft Electrical Systems) ist ein Teilprojekt des EU-Programms Clean Sky, das im Rahmen von öffentlich-privaten Partnerschaften innovative Technologien zur Verringerung von luftfahrtbedingten Emissionen entwickelt. Das Ziel von IMITAES: eine Machbarkeitsstudie und ein Laboraufbau auf Technology Readiness Level 4 für ein Isolationsüberwachungsgerät, das in Elektroflugzeugen funktioniert und so das elektrische Fliegen sicher ermöglicht. Koordiniert wird das Projekt von der Universität Sheffield. Flugzeug-Triebwerkhersteller Rolls Royce stellt als Topic Manager den Anforderungskatalog zusammen, Bender entwickelt die erforderliche Technologie.
Ein voll- oder hybrid-elektrisch angetriebenes Flugzeug stellt völlig andere Anforderungen an das elektrische Bordnetz als Flugzeuge mit Gasturbinen-Antrieb, weil die elektrischen Triebwerke deutlich höhere Spannungen und viel größere Leistungsmengen benötigen. „Da geht es um Hochvolt-Spannungsnetze bis 1.500 V/DC und Leistungen im Megawatt-Bereich. Und mit der Größe der elektrischen Anlage wird auch die Frage der elektrischen Sicherheit immer komplexer“, erläutert Tobias Groh, Abteilungsleiter Forschung im Bereich Standards & Innovations bei Bender. Konkret bedeutet das: Es müssen viele intelligent geplante Redundanzen geschaffen und überwacht werden, um die Sicherheit und Verfügbarkeit der Stromversorgung zu maximieren. Dass so ein komplexes System im Megawatt-Bereich funktioniert, ist eine Herausforderung für die Messtechnik. „Aber das können wir bei Bender“, weiß Groh um die Stärke seines Entwicklerteams.
Bender erhielt den Zuschlag für das IMITAES-Projekt, unter anderem, weil das Unternehmen langjährige Erfahrung und einen Wissensvorsprung in drei für die elektrische Sicherheit in E-Flugzeugen entscheidenden Bereichen mitbringt: IT-Systeme, Isolations-Monitoring und komplexe Applikationen. „Die Ausfallsicherheit ist das zentrale Thema bei der Elektrizitätsversorgung in Flugzeugen, also dafür zu sorgen, dass wirklich immer Strom da ist“, erklärt Tobias Groh. „Das kennen wir bei Bender von vielen unserer Kunden in sensiblen Bereichen wie Krankenhäusern, Kraftwerken oder Rechenzentren. Sehr oft werden dann IT-Systeme eingesetzt, also ungeerdete Systeme.“ Der Vorteil der IT-Systeme: Tritt ein Isolationsfehler auf, wird dieser gemeldet, aber das System muss nicht abgeschaltet werden. So kann ein E-Flugzeug auch im Fehlerfall bis zur Landung sicher weiterfliegen.
Entscheidend ist dabei das Monitoring des IT-Systems. Und das ist seit jeher die Kernkompetenz von Bender, dessen Firmengeschichte mit der Erfindung des ISOMETER®s, des ersten patentierten Isolationsüberwachungsgerätes, begann. Ein Isolationsüberwachungsgerät speziell für E-Flugzeuge muss nicht nur für die hohen Spannungen und elektrischen Leistungen ausgelegt sein, sondern auch für die hohe Dynamik beim Energiebedarf der elektrischen Flugzeugantriebe und die extremen Umweltbedingungen in großer Höhe. Diese Komplexität kennt man bei Bender aus anderen Applikationen, so Groh: „Wir haben Erfahrung mit den Elektroanlagen in Zügen und in der Formel 1, wo ebenfalls hohe Leistungsmengen in Bewegung sind. Von daher kennen wir die spezifischen Probleme solcher Netze und können dafür schnell gute Lösungen entwickeln.“ Darüber hinaus hat Bender bereits erste Erfahrung mit dem elektrischen Fliegen gesammelt: Komponenten aus Grünberg sind in der „Spirit of Innovation“ verbaut, einem vollelektrischen Vorführ-Kleinflugzeug von Rolls Royce.
Für das Isolationsüberwachungsgerät, das im Rahmen des IMITAES-Projekt entsteht, hat Bender eine komplett neue technische Lösung entwickelt. Geholfen hat dabei neben der umfassenden Expertise und Erfahrung der Grünberger auch das hervorragend ausgestattete Prüflabor. So konnten die Entwickler die Auswirkungen von Umweltfaktoren wie etwa Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und Vibration auf die elektrische Sicherheit und die verwendeten Bauteile im Flugzeug nicht nur am Rechner simulieren, sondern auch im eigenen Prüflabor testen.
Mit der Grundlagenforschung, die Bender seit vielen Jahren betreibt, hat sich das Unternehmen in der Branche eine Sonderstellung erarbeitet. „Zu uns kommen viele Kunden, wenn sie ein Problem haben, das sonst keiner lösen kann“, ist Tobias Groh stolz. Bei internationalen Prestigeprojekten wie Clean Sky und IMITAES sei der Druck natürlich groß. „Aber es ist auch eine tolle Herausforderung, an so zentraler Stelle vorne mit dabei zu sein und die nachhaltige Mobilität grundlegend weiterzuentwickeln.“ IMITAES läuft noch bis zum Juni 2023. Aber auch für den nächsten Schritt steht Bender bereit, nämlich in den entsprechenden Gremien die notwendigen Normen für die elektrische Sicherheit im E-Flugverkehr mit vorzubereiten.