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May 23, 2023

Vereinfachung der Wartung von Flugzeugabfällen und Wassersystemen

Diehl Aviation sagt, dass eine Reduzierung des Wasserverbrauchs an Bord, beispielsweise durch die Wiederverwendung von Grauwasser, Einsparungen ermöglichen kann

Laut Diehl Aviation können durch die Reduzierung des Wasserverbrauchs an Bord, beispielsweise durch die Wiederverwendung von Grauwasser, auf einem Langstreckenflug einer Boeing 787 bis zu 210 kg eingespart werden.

Die komplexen Rohrleitungs- und Filtersysteme, die den Bordtoiletten und Bordküchen von Verkehrs- und Geschäftsflugzeugen zugrunde liegen, entwickeln sich weiter, da OEMs nach geringerem Gewicht, höherer Zuverlässigkeit und neuerdings auch integrierter Gesundheitsüberwachung und Diagnose streben. Ein gewisses Verständnis der Wasser- und Abfallmanagementprobleme an Bord und deren Auswirkungen auf die Wartung hilft, diesen Trend zu verdeutlichen.

„Der Wartungsaufwand bei der Trinkwasserversorgung ist überschaubar, bei der Abwasserentsorgung ist der Aufwand aufwändiger“, sagt Jan Boris Philipp, Leiter Forschungssysteme bei Diehl Aviation. „Die Hauptaufgabe der Trinkwasserinstandhaltung besteht darin, Tanks, Leitungen und Ventile regelmäßig zu reinigen, zu entkalken und teilweise zu desinfizieren. Der dafür erforderliche Aufwand ist überschaubar und in der Regel gut planbar. Beim Abwasser sieht die Situation anders aus.“ "

Philipp weist darauf hin, dass Abwasser entweder als „graues“ Wasser klassifiziert wird, das beim Händewaschen in Toiletten oder in der Kombüse entsteht, oder als „schwarzes“ Wasser, das Exkremente aus der Toilette oder Essensreste aus der Kombüse enthält.

„Anlagen, die Schwarzwasser verarbeiten, sind überdurchschnittlich wartungsintensiv, da es sich um aggressive Gemische handelt, die in Tanks gesammelt, getrennt und am Boden entsorgt werden müssen“, sagt Philipp. „Die aggressive Umgebung, der die Komponenten und die Sensorik ausgesetzt sind, kann viel häufiger zu Beeinträchtigungen führen und muss viel häufiger überprüft werden, um festzustellen, ob Teile negativ beeinflusst wurden.“

Trotzdem neigen Fluggesellschaften dazu, Abfall- und Wassersysteme als ihre geringste Sorge anzusehen – bis etwas wirklich schief geht, sagt Teddy Gil, Chief Administrative Officer von Sheffield Aerospace, einem Beratungsunternehmen für Luftfahrttechnik in Texas.

„Das liegt daran, dass diese Systeme normalerweise nicht als flugtauglichkeitskritisch gelten. Das ist alles andere als richtig“, sagt Gil. „Flugverspätungen werden auf funktionsunfähige und/oder verstopfte Abfallsysteme zurückgeführt, da Passagiere von Natur aus dazu neigen, die Toilette zu benutzen, um falsche oder übergroße Gegenstände zu entsorgen, was die Toilette und sogar die Abflussleitungen verstopft. In seltenen Fällen sind die Ventile der Systeme negativ.“ von diesen Gegenständen betroffen sind und zu Reinigungs- und Reparaturzwecken entfernt werden müssen.“

Verstopfungen können auch auf eine schlechte Konstruktion zurückzuführen sein, insbesondere wenn die vom Erstausrüster entwickelten Abflussleitungen die Mindeststandards für die Verstopfungsbeständigkeit nicht erfüllen. Ein Beispiel, das Gil nennt, betraf einen Bordküchenabfluss eines Airbus A330, der mit einem 90-Grad-Winkel konstruiert wurde. enger Ellenbogen, der Schmutz festhielt.

„Durch die leichte Neigung der Rohre zur Seite konnten wir genügend Freiraum schaffen, um eine größere Kehranlage zu installieren“, sagt Gil. „Diese Designänderung erforderte zwar etwas mehr Material. Mit minimalen Zusatzkosten konnten wir das Problem jedoch vollständig beseitigen.“

Auf die Frage nach Verbesserungen bei der Trinkwasseraufbereitung weist Gil auf einen Schwachpunkt hin: Kaffeemaschinen. „Diese hatten eine ganze Reihe von Problemen, die von Überläufen bis hin zu schlechter Wasserqualität reichten“, sagt er. „Die neue Generation von Kaffeemaschinen wurde durch die Integration einer besseren Filterung, Selbstdiagnose und Wasserabschaltung verbessert, um ein Überlaufen zu verhindern, sowie durch ein geringeres Gewicht im Vergleich zu älteren Kaffeemaschinen.“

Chuck Zahnow, technischer Flugzeugwerksvertreter für Citation und Hawker am Standort Battle Creek, Michigan von Duncan Aviation, stimmt zu, dass Abfallmanagementsysteme im Hinblick auf Wartungs- und Schadensbegrenzungsmaßnahmen problematischer sind. „Bei der Trinkwasseraufbereitung geht es hauptsächlich um Filterwechsel und Sterilisation. Auf der Abfallseite sind Korrosion und Komponentenversagen das Problem“, stellt er fest.

Zur Veranschaulichung sagt Zahnow, dass der Abfalltank der Citation-Jets mit optischen Sensoren ausgestattet ist, die dazu neigen, sich mit Schmutz zu verstopfen. Insbesondere bei Toiletten mit externer Wartung kann dies dazu führen, dass die Sensoren den Wasserstand im Tank falsch anzeigen.

„Die [Tank-]Sensoren werden mit einem Schleudergerät gereinigt, einem Gerät, das den Tank mit sauberem Wasser besprüht“, sagt er. „Eine regelmäßige Wartung ist erforderlich, um ein sauberes System aufrechtzuerhalten und Ablagerungen zu beseitigen, die durch die Ansammlung von Filmen aus menschlichen Ausscheidungen sowie durch die Entsorgung von anderen Papierprodukten als Toilettenpapier entstehen.“

Laut Zahnow ist Korrosion häufig das Ergebnis der Zugabe chemischer Produkte zum Abwasser zur Hygiene und Geruchskontrolle. „Auf der Citation-Linie sehen wir dies unter dem Wassertank, normalerweise, wenn das Flugzeug vor einem Wartungsereignis steht, das uns zu dieser Stelle führt“, sagt er.

Zahnow weist darauf hin, dass die OEMs das Korrosionsproblem unter Wassertanks durch den Einsatz verbesserter Verbundwerkstoffe angegangen sind, die eine längere Haltbarkeit bieten. „Bei den aktuellen Designs sind die Tanks robuster und es kommt selten vor, dass sie ausgetauscht werden müssen“, sagt er. „Gleichzeitig enthalten die Ablagen unter den Tanks, die dabei helfen, austretende Flüssigkeiten oder kleine verschüttete Flüssigkeiten aufzufangen, mehr Kunststoff. Und wir sehen weiterhin viel weniger Metallteile.“

Zu den vorbeugenden Wartungstrends, die Zahnow nennt, gehört die Installation optischer Sensoren, die dabei helfen sollen, den Flüssigkeitsstand der Toilette zu bestimmen und so eine Überfüllung zu vermeiden. „Das Hinzufügen dieser Sensoren hat dieses Ziel erreicht, aber es hat zu einigen Problemen beim Wartungsprozess geführt“, sagt er. „Die meisten Ausfälle treten auf, wenn der Sensor verschmutzt ist und „denkt“, der Tank sei überfüllt, selbst wenn der Tank völlig leer ist. In diesem Fall öffnet sich das Füllventil nicht und lässt keine Flüssigkeit in den Tank gelangen.“

OEMs von Wasser- und Abfallmanagementsystemen drängen auf gewichtssparende Konstruktionen bei kritischen Komponenten wie Abflussleitungen. „Leichtere Metalle und Kunststoffe ersetzen weitgehend die schwereren Abflussleitungen aus Aluminium und Edelstahl, die von der Kombüse ausgehen“, sagt Jim Kimball, Vizepräsident für technische Abläufe bei FEAM Aero. „Außerdem sind die Abfallleitungen bei den heutigen Vakuum-Toilettensystemen schmaler geworden als bei den alten Toiletten mit Schwerkraftentleerung. Viele sind mit Teflon ausgekleidet, um sie widerstandsfähiger gegen den Abfall zu machen.“

Aus Sicht der Wartung sind die Abfallleitungen laut Kimball anfällig für die Bildung von Kalkablagerungen – insbesondere an schwer zugänglichen Stellen. „Eine regelmäßige Wartung der Abwasserleitung, einschließlich häufigem Waschen, ist unerlässlich“, sagt er. „Wenn eine Abfallleitung ausfällt, kann das Flugzeug tagelang außer Betrieb sein, während Techniker das System auseinandernehmen, um festzustellen, wo die Verstopfung liegen könnte.“

Kimball sagt, er kenne keine neue Technologie, die den Ort eines Hindernisses lokalisieren könne. „Es zu finden, ist immer noch etwas altmodisch“, sagt er. „Es gibt jedoch Unternehmen, die Reinigungsprodukte entwickeln, die die Abflussleitungen in einem neuwertigen Zustand halten können.“

Dennoch machen neue Technologien einen Unterschied. Für Flugpassagiere wird die Benutzung der Toilette zum freihändigen Vorgang. Beispielsweise führt Adams Rite Aerospace, ein Spezialist für Kaltwassersysteme für Verkehrsflugzeuge, Touchfree ein, seine neueste Produktreihe, die sensorgesteuerte Wasserhähne, Seifenspender, Spülschalter, Abfallklappen und Toilettensitze umfasst.

„Mit Touchfree kombinieren wir Infrarot-Technologie mit den neuesten thermoplastischen Entwicklungen, um die Flugzeugtoilette hygienischer, aber auch zuverlässiger und leichter zu machen“, sagt Ali Dadvar, Vizepräsident für Vertrieb und Marketing bei Adams Rite Aerospace.

Die Abfallklappe und der Spülschalter sind so konzipiert, dass sie über einen optischen Infrarotsensor aktiviert werden. „Unsere Touchfree-Produkte verfügen über die Möglichkeit, über eine zusätzliche Leiterplatte für die Flugzeugkommunikation zu verfügen. Die aktuelle Version der Touchfree-Produkte verfügt jedoch nicht darüber, wie aus dem Feedback der Fluggesellschaften hervorgeht“, sagt Dadvar.

Die Agile Smart-Toilette von Collins Aerospace bietet integrierte Gesundheitsüberwachung, integrierten Speicher für Diagnosen und eine RS232-Schnittstelle für Wartung und Fehlerkommunikation, bemerkt Don Roulett, der Business Development Manager des Lieferanten. Er sagt, dass der patentierte Spritzschutz von Collins Aerospace die Aerosolisierung des Abwassers in der Toilette und das Austreten von Abfall rund um die Schüssel verhindert.

„Beim Design der Agile-Toilette wurde besonderer Wert darauf gelegt, dass die Zuverlässigkeit viermal höher ist als bei den Toiletten der vorherigen Generation“, sagt er. „Es ist derzeit in den Boeing 737, 747, 757, 767 und 777 sowie im Airbus A320 verbaut.“

Diehl Aviation arbeitet an Forschungsprojekten zur vorausschauenden Wartung, beispielsweise an einem patentierten System zur Vorhersage von Rohrverstopfungen. Der OEM beteiligt sich außerdem am Forschungsprojekt i+sCabin2.0, an dem Safran und Thales sowie Institutionen wie die Technische Universität Hamburg in Deutschland beteiligt sind. „Das Projekt zielt darauf ab, Daten aus der gesamten Kabine zu sammeln – Bordküchen, Gepäckfächer, Sitze und Toilettenanlagen“, sagt Philipp. „Ziel ist eine smarte Kabine, die den Bedarf an Wartungs- und Reparaturarbeiten an einzelnen Komponenten vorhersieht und meldet.“

Er sagt auch, dass die Forschung an leichteren Komponenten mit einem vielschichtigen Ansatz fortgesetzt wird. Die Gewichtseinsparungsforschung von Diehl basiert auf drei Säulen. Der erste Fokus liegt auf neuen Materialien wie kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder Titan. Beispiele hierfür sind die von Diehl entwickelten Titantanks und die 2020 auf den Markt gebrachte ultraleichte InnoLite-Toilette. Sie besteht aus CFK und ist 20 % leichter als die Vorgängermodelle.

Die zweite Säule befasst sich mit der Wasserreduzierung. „Unsere Grauwasser-Wiederverwendungseinheit sammelt Grauwasser aus dem Waschbecken, bereitet es auf und verwendet es zum Spülen der Toilettenanlage“, bemerkt Philipp. „Bei einer Boeing 787 können dadurch beispielsweise bis zu 210 kg Gewicht eingespart werden.“

Systemeinfachheit ist das Ziel der dritten Säule. „Das jüngste Beispiel ist unser Einzeltank für Langstreckenflugzeuge“, sagt Phillip. „Bisher waren Langstreckenflugzeuge mit zwei oder drei Tanks für Trink- oder Abwasser ausgestattet. Diehl bietet jetzt eine Eintanklösung in einem Langstreckenflugzeug an, die eine Gewichtsersparnis von 50 kg mit sich bringt.“

Philipp sagt, Diehl habe auch Aufbereitungssysteme mit UV-Technologie entwickelt, um Wasser beim Nachfüllen zu desinfizieren. Einer wird auf das Zirkulationssystem angewendet. „In den Rohren desinfiziert UV-Licht kontinuierlich das Wasser, sodass sich während des Fluges keine Keime bilden oder verbreiten“, sagt er.