Kalibrierprobleme bei Luftfahrtsensoren – Wie sich Drift und Alterung vermeiden lassen

 

→ Das unsichtbare Risiko

Drucksensoren zählen zu den unverzichtbaren Komponenten in der Luft- und Raumfahrt. Sie überwachen den Kabinendruck, steuern Triebwerksfunktionen, liefern Daten zur Höhenbestimmung und spielen eine zentrale Rolle bei der Zustandsüberwachung technischer Systeme. Ihre Messwerte sind oft sicherheitsrelevant – und müssen daher über den gesamten Einsatzzeitraum hinweg zuverlässig bleiben.

Doch genau hier liegt ein oft unterschätztes Risiko: Viele Sensoren unterliegen über die Zeit einem schleichenden Prozess der Veränderung – dem sogenannten Drift. Dabei verändern sich die Messwerte allmählich, ohne dass ein äußerlich erkennbarer Defekt vorliegt. Ursache dafür sind mechanische, thermische oder elektronische Alterungsprozesse, wie sie gerade im anspruchsvollen Umfeld der Luftfahrt besonders häufig auftreten. Die Folge: Abweichungen von den tatsächlichen Druckverhältnissen, die nicht nur zu Fehlfunktionen führen, sondern in sicherheitskritischen Systemen auch erhebliche Konsequenzen haben können.

Die Lösung? Langzeitstabile Drucksensoren, die selbst unter extremen Bedingungen über Jahre hinweg verlässliche Daten liefern. Ein Beispiel dafür ist der NG3000, ein speziell für die Luft- und Raumfahrt entwickelter Sensor, der den Kalibrieraufwand deutlich reduziert und gleichzeitig höchste Messsicherheit garantiert. Wie genau das gelingt und welche Vorteile sich daraus ergeben, erfahren Sie in diesem Beitrag.

 

→ Das Problem: Sensor-Drift und Alterung

In der Luft- und Raumfahrt gelten höchste Anforderungen an die Präzision und Zuverlässigkeit technischer Komponenten. Drucksensoren stehen dabei besonders im Fokus – denn sie liefern Daten, auf deren Basis sicherheitskritische Entscheidungen getroffen werden. Ein zentrales Problem vieler herkömmlicher Sensoren ist der sogenannte Drift.

Drift beschreibt eine allmähliche Veränderung des Messsignals, obwohl sich der tatsächliche Druck nicht geändert hat. Diese Veränderung kann im Bereich weniger Prozent oder Millibar liegen – ist aber in der Luftfahrt oft bereits kritisch. Der Drift setzt nicht plötzlich ein, sondern entsteht schleichend durch verschiedene physikalische und elektronische Einflüsse.

Ursache	Beschreibung	Typische Auswirkung
Mechanische Belastung	Vibrationen, Druckschocks oder dauerhafte Belastung der Membran	Materialermüdung, veränderte Nullpunkte oder Hysterese
Thermischer Stress	Starke Temperaturwechsel, extreme Umgebungstemperaturen	Dehnung von Bauteilen, Änderung der elektrischen Eigenschaften
Elektronische Alterung	Abweichungen in Referenzspannungen oder interne Bauteil-Degradation	Langfristige Abweichung der Signalverarbeitung

Diese Effekte führen dazu, dass Sensoren über Zeit immer ungenauer werden – oft unbemerkt. In der Luft- und Raumfahrt kann das gravierende Folgen haben:

• Ungenaue Kabinendruckregelung: Sensoren mit Drift liefern falsche Daten – die Regelung reagiert darauf fehlerhaft oder verzögert.
• Fehldiagnosen in redundanten Systemen: Weichen Druckwerte eines Sensors vom Soll ab, kann das zu falschen Umschaltungen oder Warnungen führen.
• Sicherheitsrisiken bei Triebwerksüberwachung oder Höhenmessung: Abweichungen in der Druckmessung beeinflussen kritische Parameter – bei Start, Steigflug oder Notfallregelung.

In einem Umfeld, in dem Sicherheit und Verlässlichkeit oberste Priorität haben, ist Drift deshalb kein Nebenaspekt – sondern ein zentrales Risiko, das aktiv adressiert werden muss.

 

→ Konventionelle Gegenmaßnahmen und ihre Grenzen

Um dem Problem der Sensor-Drift und Alterung zu begegnen, setzen viele Luftfahrtunternehmen auf bewährte, aber aufwändige Gegenmaßnahmen. Zwei zentrale Strategien sind dabei im Einsatz:

• Regelmäßige Nachkalibrierung: Sensoren werden in festgelegten Intervallen ausgebaut und auf spezialisierter Messtechnik nachkalibriert. Dies geschieht oft im Rahmen von Wartungszyklen am Boden oder bei Systemchecks im Labor.
• Redundanzsysteme mit Plausibilitätsabgleich: In sicherheitskritischen Anwendungen werden mehrere Sensoren parallel betrieben. Ihre Messwerte werden softwareseitig verglichen, um Ausreißer oder Fehlfunktionen zu erkennen und auszublenden.

Diese Methoden haben sich in der Praxis bewährt – sie bringen jedoch erhebliche Nachteile mit sich:

Problem	Auswirkung
Hoher Wartungsaufwand	Jede Nachkalibrierung verursacht Arbeitszeit, Materialkosten und personellen Aufwand.
Stillstandszeiten	Fluggeräte oder Testsysteme müssen für die Kalibrierung außer Betrieb genommen werden – das reduziert die Verfügbarkeit.
Sicherheitsrisiken zwischen Kalibrierzyklen	Drift tritt kontinuierlich auf – Fehler können unentdeckt bleiben, bis der nächste Wartungstermin erreicht ist.

Gerade bei steigenden Anforderungen an Verfügbarkeit, Effizienz und Betriebskosten geraten diese konventionellen Lösungen zunehmend an ihre Grenzen. Es braucht Sensorik, die das Problem an der Wurzel packt – und Drift von vornherein minimiert.

 

→ Die Lösung: Langzeitstabilität mit dem NG3000

Drift ist kein unvermeidbares Übel – sondern eine technische Herausforderung, die sich mit den richtigen Mitteln dauerhaft beherrschen lässt. Der NG3000 wurde genau zu diesem Zweck entwickelt: als hochstabiler Drucksensor für extreme Anforderungen in Luftfahrt- und Raumfahrtanwendungen.

Was macht den NG3000 so stabil?

Im Gegensatz zu vielen Standardlösungen kombiniert der NG3000 mehrere technische Merkmale, die gezielt auf langfristige Genauigkeit und Zuverlässigkeit ausgelegt sind:

• Piezoresistive Sensorelemente auf Siliziumbasis:
  Das Herzstück des Sensors besteht aus einem stabilen, temperaturfesten Siliziumchip. Dieser ist besonders driftarm und bietet ein exzellentes Signal-Rausch-Verhältnis. Die piezoresistive Technologie sorgt für eine lineare, hochauflösende Druckmessung über Jahre hinweg.
• Integrierte Temperaturkompensation:
  Thermische Einflüsse zählen zu den Hauptursachen für Drift. Der NG3000 verfügt über eine werksseitige Temperaturkompensation im Bereich von −55 °C bis +150 °C (optional bis +177 °C). Dadurch bleibt das Ausgangssignal auch bei starken Umgebungsschwankungen stabil und exakt.
• Driftminimierendes Elektronikdesign:
  Die vollständig analoge Signalverarbeitung, kombiniert mit einem hermetisch dichten Gehäuse, verhindert Alterungseffekte durch elektrische oder chemische Einflüsse. Die Sensorik ist unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen und Feuchtigkeit.

Vorteile für den Anwender

Der Einsatz des NG3000 bringt nicht nur technische Vorteile – er reduziert auch operative Risiken und senkt die Lebensdauerkosten erheblich:

Kurz gesagt: Der NG3000 ist nicht nur ein Sensor – sondern eine Investition in die langfristige Betriebssicherheit moderner Luftfahrtsysteme.

 

→ Praxisbeispiel: Wenn Zeit zur Herausforderung wird

Ein mittelgroßer europäischer Luftfahrtzulieferer testet im Rahmen eines Langzeitprojekts ein redundantes Drucküberwachungssystem für die hydraulische Steuerung von Fahrwerken. Die Herausforderung: Das System soll über mindestens fünf Jahre hinweg wartungsarm funktionieren – bei über 3.000 Starts und Landungen pro Jahr, unter Dauerbelastung durch Vibrationen, Temperaturwechsel und schnelle Druckveränderungen (bis 20 bar/min).

Zunächst wurden klassische Industrie-Drucksensoren eingesetzt – mit analogen Ausgangssignalen und standardmäßiger Temperaturkompensation. Bereits nach 18 Monaten traten erste Probleme auf: Die gemessenen Druckwerte drifteten um bis zu ±0,3 % vom Soll, was in der Sicherheitslogik des Flugzeugs zu Fehlalarmen führte. Daraufhin wurde ein kostspieliger Sensorwechsel und eine Nachkalibrierung notwendig.

Um dieses Problem dauerhaft zu lösen, wurde das System anschließend mit dem NG3000 neu aufgebaut – einem speziell für luftfahrtkritische Anwendungen entwickelten Drucksensor mit erhöhter Langzeitstabilität.

Technischer Vergleich unter realistischen Bedingungen

Nach fünf Jahren im vergleichbaren Einsatz ergab sich folgendes Bild:

Kriterium	Konventioneller Sensor	NG3000
Gesamtdrift nach 5 Jahren	±0,55 % FS	±0,06 % FS
Kalibriereingriffe erforderlich	3× im Einsatzzeitraum	0× im Einsatzzeitraum
Wartungsbedingte Ausfallzeit	21 Stunden	< 2 Stunden (nur Sichtprüfung)
Fehlalarme durch Toleranzüberschreitung	4 Fälle	0 Fälle

Analyse: Woher kommt die Differenz?

Der Unterschied liegt im Inneren des Sensors:
Der NG3000 nutzt ein hochpräzises piezoresistives Silizium-Element, das direkt mit einem metallischen Drucküberträger (wahlweise Edelstahl, Inconel oder Titan) gekoppelt ist. Die hermetisch verschweißte Gehäusekonstruktion verhindert jegliches Eindringen von Feuchtigkeit – eine häufige Driftursache bei nicht hermetisch geschützten Sensoren.

Außerdem erfolgt die Temperaturkompensation nicht nur über passive Bauteile, sondern aktiv über temperaturabhängige Kennlinienkorrektur auf Sensorebene – auch bei extremen Werten von −55 °C bis +150 °C. Dadurch bleibt die Messgenauigkeit stabil, selbst wenn der Sensor zyklisch thermisch belastet wird.

Fazit aus der Anwendung

Der Umstieg auf den NG3000 führte nicht nur zu einer zuverlässigeren Systemperformance, sondern auch zu deutlich geringeren Betriebskosten. Die Kombination aus geringer Drift, robuster Bauweise und reduziertem Kalibrieraufwand überzeugte nicht nur die Wartungsteams – sondern auch die Projektleiter, die das System in Serie bringen wollen.

 

→ Zusammenfassend: Nachhaltige Sensorik für maximale Sicherheit

Drucksensoren sind das Rückgrat vieler sicherheitskritischer Systeme in der Luft- und Raumfahrt. Doch selbst kleine Messabweichungen, wie sie durch Drift oder Alterung entstehen, können im Betrieb schwerwiegende Folgen haben – von Fehlfunktionen bis hin zu sicherheitsrelevanten Systemabschaltungen.

Genau hier setzt der NG3000 an: Seine herausragende Langzeitstabilität, kombiniert mit hochtemperaturfester Konstruktion, vibrationsresistenter Elektronik und präziser Temperaturkompensation, macht ihn zu einem echten Problemlöser für anspruchsvolle Luftfahrtanwendungen.

Die Mehrwerte im Überblick:

• Messstabilität über Jahre: Weniger Drift, weniger Nachkalibrierung, weniger Unsicherheit
• Hohe Verfügbarkeit: Reduzierte Wartungszeiten bedeuten mehr Flugzeit und geringere Standkosten
• Technische Sicherheit: Verlässliche Daten in redundanten Systemen, auch unter extremen Bedingungen

Typische Einsatzbereiche, in denen der NG3000 besonders punktet:

• Triebwerksüberwachung (Fuel/Oil/Pressure Monitoring)
• Kabinendruck- und Umweltkontrollsysteme (ECS)
• Hydraulikdruckmessung in Steuer- und Fahrwerksystemen
• Redundante Überwachung in Fluglage- und Navigationssystemen
• Komponentenprüfung und Bodenteststände unter Dauerbelastung

Ob in der zivilen Luftfahrt, im Verteidigungsbereich oder bei unbemannten Luftfahrtsystemen – die Anforderungen an Sensorik wachsen stetig. Der NG3000 liefert dafür die technologische Grundlage: robust, präzise und langfristig zuverlässig.