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Widerstände für den Weltraum

23. November 2020, 15:30 Uhr   |  Interview mit Daniel Theis, Industry Manager Aerospace

Widerstände für den Weltraum
© Isabellenhütte Heusler

Seit mehr als zehn Jahren fertigt die Isabellenhütte Präzisionswiderstände für Raumfahrtanwendungen nach der ESA-Spezifikation ESCC4001. Seit kurzem steigt aber auch dort die Nachfrage nach geringer qualifizierten Bauteilen. Warum das so ist, fragten wir Daniel Theis, Industry Manager Aerospace.

DESIGN&ELEKTRONIK: Herr Theis, welche Bauelemente bei der Isabellenhütte sind für Raumfahrtanwendungen spezifiziert und wo werden diese eingesetzt?

Daniel Theis: Zu den ESCC-qualifizierten Bauteilen der Isabellenhütte gehören Widerstände aus den SMx-Serien, also SMP, SMS und SMT als die klassischen Vertreter der Chipwiderstände, sowie SMV-Widerstände. Mögliche Anwendungen sind zum Beispiel DC-DC-Wandler oder Batteriemanagement-Systeme in Satelliten oder Zentralsteuerungen in Trägerraketen. Die Aufgaben der Widerstände unterscheiden sich nicht wesentlich von denen auf der Erde – beispielsweise im Automotive-Sektor. Das Herausfordernde sind die Umgebungsbedingungen wie beispielsweise die erhöhte Strahlung im Weltall. Allerdings sind davon eher aktive Komponenten oder Halbleiter betroffen, denn sie können stärker in Mitleidenschaft gezogen werden als passive Bauelemente.

Was zeichnet ESCC-qualifizierte Widerstände aus?

Daniel Theis: Da sind die Präzision, die Zuverlässigkeit und Belastbarkeit der Bauteile und ihre hohe Langzeitstabilität zu nennen. Schließlich können Bauteile im Weltraum nicht einfach ausgetauscht werden. Wenn Trägerraketen beim Start starke Vibrationen erzeugen, halten die Widerstände dies dank ihrer großen Lötpads und der bleiverzinnten Kontakte sehr gut aus. Dies wirkt sich auch günstig auf mögliches Whisker-Wachstum aus, das durch die Blei-Zinn-Beschichtung vermieden wird.

Warum wollen Raumfahrtingenieure auf geringer qualifizierte Bauteile ausweichen?

Daniel Theis: Wir stellen in der Luft- und Raumfahrtbranche verschiedene Strömungen fest: Einerseits gibt es die festen Vorgaben und Spezifikationen der Raumfahrtagenturen, nach denen sich viele Hersteller richten, um ein sicheres Produkt bereitzustellen. Andererseits steigt im Zuge der Kommerzialisierung der Raumfahrt aufgrund der Vielzahl von New-Space-Projekten die Nachfrage nach günstigeren Bauteilen, die ebenso funktionstüchtig sind. Daher können durchaus auch andere Widerstände der Isabellenhütte geeignet sein, die beispielsweise die Spezifikationen des Automotive-Sektors erfüllen. Hier müssen die Hersteller in Raumfahrtprojekten zwischen Kostenreduzierung durch niedriger qualifizierte Bauteile einerseits und der Erhöhung des Ausfallrisikos beim Einsatz dieser Komponenten andererseits abwägen.

Isabellenhütte Heusler, New Space, Resistors, Daniel Theis
© Isabellenhütte Heusler

Daniel Theis ist Industry Manager Aerospace bei der Isabellenhütte.

Für welche Anwendungen könnte das sinnvoll sein?

Daniel Theis: Es besteht in der Branche eine große Unsicherheit darüber, ob Bauteile abseits der QLP(Qualified Parts List; Anm. d. Red.) der ESA den Anforderungen genügen können und sicher genug für den Einsatz im Weltraum sind. Viele Ingenieure möchten sich hier nicht auf Experimente einlassen und bevorzugen daher zertifizierte Komponenten. Jedoch werden oft die tatsächlichen Anforderungen außer Acht gelassen, die an die Bauteile bei der jeweiligen Mission gestellt werden. Diese können durchaus deutlich geringer ausfallen, wenn es zum Beispiel nur um eine kurze Verweildauer im All geht. Bei kurzfristigeren Missionen, bei denen Satelliten nur wenige Monate im All genutzt werden, oder bei Trägerraketen, die nur einen einzigen Einsatz haben, rechnen sich QPL-gelistete Bauteile oft nicht und die Anwender suchen nach kostengünstigeren Alternativen. Wenn Ingenieure dann auf Automotive-Komponenten zurückgreifen möchten, fehlen ihnen oft aussagekräftige Informationen über die Leistungsfähigkeit der Bauteile.

Welche Empfehlungen haben Sie für Raumfahrtingenieure?

Daniel Theis: Raumfahrtingenieure tun gut daran, einmal über den eigenen Tellerrand hinauszublicken und die Anforderungen an die nötigen Bauteile aufgrund der Art der Mission zu hinterfragen. Wenn diese nämlich geringer sind als bei langfristigen und anspruchsvollen Projekten wie Navigations- und Wettersatelliten, lohnt es sich, seinen Blick für geringer qualifizierte Teile beispielsweise aus dem Automotive-Bereich zu öffnen. Die Isabellenhütte hilft gerne dabei, Qualifizierungsdaten bereitzustellen und zu prüfen, aber auch Nachqualifizierungen gemäß zum Beispiel ESA-Vorgaben durchzuführen. So sinkt das Risiko für die Verwendung von Automotive-Bauteilen bei gleichzeitiger Kostenersparnis.

Qualifikationsdaten unserer Bauteile und Qualifizierungen bieten wir gerne als Dienstleistung an. Das heißt, wir können einerseits umfangreiche Daten zu bereits gelaufenen Qualifizierungen weitergeben sowie kundenindividuelle Nachqualifizierungen von Bauteilen durchführen, beispielsweise nach Spezifikationen der ESA, der NASA oder nach kundenspezifischen Anforderungen.

Wie reagiert die Isabellenhütte auf die steigende Nachfrage im Raumfahrtbereich?

Daniel Theis: Um noch schneller und individueller auf New-Space-Anfragen reagieren zu können, trennen wir unsere Fertigung von EEE-Komponenten (elektrische, elektronische und elektromechanische Bauteile für den Raumfahrtsektor; Anm. d. Red.) künftig von der Produktion der Automotive-Bauteile. Seit September 2020 stehen eigene Produktionslinien ausschließlich für die EEE-Bauteile zur Verfügung, sodass wir zeitliche Engpässe bei der Lieferung vermeiden und auftragsgemäß fertigen und liefern können.

Aktuell arbeiten wir daran, einen ISA-WELD-Widerstand nach ESCC-Spezifikation zu qualifizieren und so in der QPL zu etablieren. Er erweitert das Widerstandsspektrum im unteren Bereich von 0,2 Milliohm bis zwei Milliohm, für den es derzeit kein qualifiziertes Bauteil gibt. Daneben qualifizieren wir günstigere Automotive-Komponenten für mögliche New-Space-Projekte nach, um unser Produktportfolio an gelisteten Bauteilen komplementär zu ergänzen.

Herr Theis, herzlichen Dank für das Gespräch.

Das Interview führte Ralf Higgelke.

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