Flugzeugenteisung

Eine McDonnell Douglas MD-80 der American Airlines während der Enteisung

Es gibt nach ISO/SAE vier Flüssigkeitstypen. Typ II, III und IV bestehen aus etwa 50 % Glykol und 49 % Wasser und können bei Temperaturen bis mindestens −25 °C eingesetzt werden. Sie sind mit Verdickern versetzt, sodass sie besser anhaften. Dadurch bleibt das Enteisungsmittel (engl. aircraft deicing fluid, ADF) länger auf den Oberflächen des Flugzeugs und kann sogar schwammähnlich ein gewisses Maß an winterlichen Niederschlägen in sich aufnehmen und verflüssigen.

Solche aufgequollenen Enteisungsmittelrückstände können andererseits in größeren Höhen wieder gefrieren und, je nachdem wie viel des Glykolanteils in den hygroskopischen Polymer-(Verdicker-)resten durch Wasser ersetzt wurde, dann in den Ruderspalten die Steuerflächen blockieren und die Steuerbarkeit des Flugzeuges einschränken. Die Konsistenz dieser Rückstände hat dann einen sogenannten Stockpunkt (bei dieser Temperatur könnte man einen mit der Substanz gefüllten Becher umdrehen, ohne dass etwas herausfließt) zwischen −57 °C (quasi 100 % Glykol) und 0 °C (dann wären alle Glykolanteile durch Wasser ersetzt). Dieses Phänomen tritt hauptsächlich nach längeren winterlichen Trockenperioden mit nachfolgend einsetzenden Niederschlägen in Form von Regen oder bei Inversionswetterlagen auf. Daher ist es wichtig, diese Rückstände regelmäßig gründlich zu entfernen.[1]

Die Zeit, in der das Flugzeug vor Wiedervereisung geschützt ist, wird Vorhaltezeit (engl. holdover time, HOT) genannt. Die HOT richtet sich nach Art des Niederschlages, der örtlichen Temperatur (engl. outside air temperature, OAT) und der Stärke des Niederschlages. Ist ein Luftfahrzeug mit z. B. Schnee verunreinigt, entscheidet allein der Pilot oder ein von ihm Beauftragter, ob das Luftfahrzeug enteist wird. Auch über das Mischungsverhältnis der Enteisungsflüssigkeit entscheidet der Pilot. Die drei Typen II, III und IV werden entsprechend der benötigten Schutzwirkung in festen Mischungsverhältnissen mit Wasser verdünnt oder bleiben unverdünnt: 100 %, 75 % oder 50 % werden angewandt.

Die Typen II, III und IV unterscheiden sich in den verwendeten Verdickern. Typ III ist für langsam (< 85 Knoten) startende Flugzeuge (selten verwendet), Typ II für schnellere Maschinen und Typ IV entspricht dem Typ II mit einer größeren Scher- und Hitzebeständigkeit und einer längeren Vorhaltezeit.

Das Enteisungsmittel Typ I enthält diesen Verdicker nicht und ist daher gut zum Deicing oder (eingeschränkt) zum Anti-icing bei reinen Frostbedingungen ohne Niederschlag geeignet. Es besteht aus etwa 80 % Glykol und 20 % Wasser und wird entsprechend den jeweiligen Wetterbedingungen mit Wasser verdünnt. Es kann somit auch bei sehr niedrigen Temperaturen eingesetzt werden.[2]

Bei der sogenannten „Two-Step-Enteisung“ wird vorhandenes Eis oder Schnee in Abhängigkeit von der herrschenden Außentemperatur mit heißem Wasser oder einer Mischung aus Typ I oder Typ II und Wasser von relevanten Flächen entfernt und anschließend eine Schutzschicht (anti-ice) mit Typ II, III oder IV aufgetragen.

Die Verwendung von Enteisungsflüssigkeiten kann zur Belastung der Kabinenluft führen. Bei Untersuchungen einer Passagiermaschine, bei der Auffälligkeiten zu verzeichnen waren, wurden in der Kabinenluft Propylenglykol-Konzentrationen von bis zu 2,5 mg/m³ festgestellt.[3]

In Newark (USA) und seit Januar 2006 auch in Oslo kommt eine Infrarotenteisungsanlage zum Einsatz. Hier werden Flugzeuge bis zu einer Größe eines Airbus A320 oder einer Boeing 737 in einer Halle mit der Wärme von Infrarotlampen enteist. Danach können sie in der Halle durch das Aufbringen einer Anti-icing-Flüssigkeit gegen Wiedervereisung geschützt werden. Dieses Verfahren gilt als umweltfreundlich und ist je nach Kontamination des Flugzeugs mit winterlichen Anhaftungen auch recht schnell.

Die Gantry (engl. Gerüst, Portal) war eine stationäre Enteisungsanlage auf dem Flughafen München (MUC). Sie wurde Ende der 80er Jahre entwickelt und kam in acht Wintersaisons zum Einsatz. Die Flugzeuge wurden dabei in die Maschine hinein geschleppt und dort enteist.

2001 hätte sie aufgrund der fehlenden Eignung für Flugzeuge mit Winglets und größere Flugzeuge wie der Boeing 777, Boeing 747 oder dem Airbus A380 modernisiert werden müssen. Jedoch brauchen mobile Enteisungsfahrzeuge heutzutage weniger Personal und sind kosteneffizienter – somit hätte sich die Modernisierung nicht gelohnt. Heute ist die Anlage abgebaut.

Propeller werden meist mittels Beheizung durch elektrischen Strom enteist. Der Energiebedarf dafür ist hoch. Um die elektrische Leistung des Flugzeuges nicht zu überfordern, werden immer nur einzelne Heizflächen paarweise symmetrisch in Intervallen (z. B. 5 Min.) eingeschaltet. Das Problem sind unsymmetrische Vereisungen am Propeller, die zu starken Vibrationen führen können; die Drehzahl ist möglichst weit zu reduzieren. Bei elektrischer Enteisung am Vierblattpropeller werden jeweils zwei gegenüberliegende Propellerblätter gleichzeitig enteist.

Scheiben der Verglasung werden mit eingebetteten Widerstandsschichten oder -drähten enteist.

Das Forschungszentrum Karlsruhe und DaimlerChrysler Aerospace Airbus haben ein Enteisungsverfahren mittels Mikrowellen mit einer Frequenz von über 20 GHz beschrieben, das für Faserverbundwerkstoffe geeignet ist.[4]

Pneumatische Enteisungsvorrichtung an der Flügelvorderkante einer ATR 72-200

Kleinere Maschinen verfügen auch heute noch an den gefährdeten Stellen über Gummimatten (engl. boots), die während des Fluges durch Pressluft zyklisch aufgeblasen werden und so Eisansatz absprengen können. Flugzeugtypen im kommerziellen Luftverkehr mit dieser Vorrichtung sind beispielsweise Baureihen der De Havilland DHC-8, ATR 42/ATR 72, Saab 340/Saab 2000, Fokker 50 und Dornier 328.

Alternativ gibt es auch Enteisungssysteme, die an den gefährdeten Stellen Enteisungsflüssigkeit (isopropanol- oder ethylenglykolhaltig) aus feinen Poren herauspressen. Auf diese Weise wird ein Eisansatz verhindert oder abgelöst. Allerdings ist die maximale Einsatzdauer durch die Tankgröße eingeschränkt. Dieses Enteisungsverfahren basiert auf Gefrierpunkterniedrigung (FPD, freezing point depression) und wird für Scheiben, Tragflächen und Propeller eingesetzt.[5]

Wie aufblasbare Gummimatten hatten auch poröse Textilien von Dunlop, die Enteisungsflüssigkeit austreten ließen, den Nachteil, das Abgleiten von Stahlseilen von Sperrballons entlang der Flügelvorderkante hin zu (je Flügel mehreren) Pyrotechnik-Spreng-Kabel-Abschneidern zu behindern. Für den Einsatz der niedrigfliegenden britischen RAF-Bomber im Zweiten Weltkrieg über dem Deutschen Reich sollte eine gepanzerte Flügelvorderkante, die Enteisungsmittel austreten lassen kann, entwickelt werden.

TKS ist die Markenbezeichnung des Verfahrens, entwickelt von der TKS (Aircraft Deicing) Ltd. Auf Betreiben der britischen Regierung wurde 1942 diese neue Kooperation aus 3 Spezialunternehmen mit den Anfangsbuchstaben T, K und S gebildet:

• Tecalemit Ltd. (in Deutschland Deutsche Tecalemit GmbH) erzeugte Schmieranlagen, insbesondere Dosierpumpen.
• Kilfrost Ltd. stellte Enteisungschemikalien her.
• Sheepbridge Stokes (heute Teil der GKN Gruppe) produzierte damals neu entwickelte poröse Metallwerkstoffe auf Basis von Pulvermetallurgie.

Der entwickelte de-icing strip (Enteisungsstreifen) besteht aus einem Rohr mit etwa einem halben Zoll (1,27 cm) quadratischem Querschnitt, dessen Vorderseite durch poröses Sintermetall gebildet wird und ging gegen Ende des Zweiten Weltkrieges (also gegen 1945) in Produktion. Damit ausgerüstet wurden die Handley-Page-Halifax-, Avro-Lincoln- und Vickers-Wellington-Bomber.[6]

Um 1950 wurden von TKS effizientere poröse Paneele für diese Funktion eingeführt, hergestellt aus NiRo-Stahlpulver und später gewalztem und gesintertem Drahtgewebe. Letzteres wird noch heute produziert. Ein Begriff dafür ist weeping wing (weinender Flügel).[7]

In den 1970ern kam die Idee Laserbohrungen zu nutzen, in den 1980ern kam so gebohrtes Titanblech auf. Noch heute in Verwendung ist folgende Konstruktion an der Flügelnase: 0,7–1,2 mm dünnes Titanblech mit 124 Laser-Bohrungen pro Quadratzentimeter mit 0,064 mm Durchmesser, hinterlegt mit einer porösen Membran zur gleichmäßigen Verteilung der Enteisungsflüssigkeit, die über Nylonschläuche von 14- oder 28-Volt-Pumpen mit 40–55 Watt Leistung aus einem Tank geliefert wird.[8]

1994 wurde TKS von Aerospace Systems & Technologies (AS&T) erworben.

Bei Düsenflugzeugen, die mit ihren Triebwerken genügend Abwärme liefern, geschieht die Beheizung durch Zapfluft aus dem Triebwerk (engl. thermal anti ice, TAI). Die sehr heiße Zapfluft wird durch Hohlräume hinter der Flügelvorderkante geblasen. Die Hitze kann das Material (Aluminium) schwächen und schädigen. Deshalb muss die Temperatur in diesem Bereich überwacht werden. Am Boden darf thermal anti ice nicht eingesetzt werden, da der kühlende Flugwind fehlt. Zum Start wird thermal anti ice auch möglichst ausgeschaltet, um den Triebwerken nicht Startleistung zu entziehen. Bei Ausfall eines Triebwerkes während des Startes könnte wegen der Zapfluft für thermal anti ice die fehlende Leistung den kritischen Unterschied zwischen „Start mit einem Triebwerk“ und „Unfall während des Starts“ ausmachen. Dasselbe gilt für die Landung, da die Piloten immer auf ein Durchstarten vorbereitet sein müssen.

Bei Flugzeugen mit Kolbentriebwerken dient oft eine Vergaservorwärmung zur Verhinderung einer Vergaservereisung.