Postet eure Erfahrung mit dem Dreamliner (B787)

Über den Dreamliner (Boeing 787) wurden hier im FlugundZeit-Blog schon einige Beiträge veröffentlicht, sowohl zu den Batterie-/Akku-Problemen als auch zum Erstflug der 787-9.

Nun geht Boeing an die Passagiere und lädt ein, in Sozialen Netzwerken (Social Media) Erlebtes von einem Flug mit einer B787 zu veröffentlichen.

Die Aufforderung lautet, bei allen im Netz geposteten Fotos und Videos einer B787 den Hashtag #Dreamliner Stories mit zu posten. Boeing sammelt alles mit diesem Hashtag versehene interaktiv grafisch auf einer Website (siehe Introbild).

Das oben gezeigte Bild ist nur ein Screenshot, die Liveversion mit Updates gibt es hier.

B787 Feuer in London durch ELT verursacht

Das Feuer an Bord der Ethiopian B787 am Flughafen London Heathrow (12. Juli) ist nach derzeitigem Kenntnisstand durch ein ELT (Emergency Locator Transmitter) verursacht.
Das ELT enthält eine nicht wieder aufladbare Lithium-Mangan Batterie. Es besteht nach den Britischen Unfalluntersuchern allerdings kein Zusammenhang zu den großen Lithium-Iionen Akkus (aufladbaren Batterien), die die lange Bodenzeit des Dreamliners zu Beginn des Jahres verursachten, da diese an anderen Stellen im Flugzeug verbaut sind.
Laut Hersteller Honeywell ist diese Art ELT seit 2005 von der FAA (Federal Aviation Administration) zugelassen und in zahlreiche verschiedene Flugzeugtypen eingebaut.

Anmerkung hkl: Ein ELT ist ein Notsender. der nach einem Aufschlag des Flugzeugs automatisch ein Notsignal absetzt und von Satelliten und Suchmannschaften geortet werden kann. Die meisten in Verkehrsflugzeugen eingebauten ELT sind mobile Einheiten. Sie können nach dem Unfall von der Crew mit von Bord genommen werden, damit die Crew eventuell auch außerhalb und weiter entfernt vom Wrack gefunden werden kann. Über die internationale Notfrequenz 121,5 MHz kann mit diesem ELT sogar direkt verbal kommuniziert werden, wenn die Rettungsmannschaften nahe genug sind.

Dreamliner B787, die dritte, Update

Update am 13.3.2013

Die amerikanische Behörde FAA (Federal Aviation Adminstration) genehmigt den Lösungsplan für das 787-Akku-Problem der zur erneuten Zulassung der 787 führen soll. Er besteht aus drei Massnahmen-Richtungen:

  1. Änderungen am Akkudesign, die einerseits Fehler an einzelnen Zellen verhindern sollen und andererseits ausschließen sollen, dass, wenn doch welche auftreten, beschädigte Zellen auf andere eine schädliche Auswirkung haben. Dass soll unter anderem durch thermische und elektrische Abschottung erreicht werden.
  2. Optimierungen bei der Akkuherstellung: mehr Tests der Akkukomponenten vorm Zusammenbau.
  3. Der Akku wird ummantelt. Wenn er trotzdem in Brand geraten sollte, soll dies keine Auswirkung  auf ein sicheres Fluggeschehens haben. Das Feuer soll nicht durch die Ummantelung dringen.

So der Plan. Nach genehmigten Tests und Testflügen wird man weitersehen.

Hoffentlich sind die hohen Erwartungen der Beteiligten gerechtfertigt.
Wir bleiben dran.

 

 

Update am 11.2. nach dem Testflug

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Laut NTSB war bei der 787 der JAL ein Kurzschluss in einer der acht Zellen die Ursache des Feuers in Boston Logan Airport am 7. Januar. Soweit nun bekannt, sei die Batterie und nicht das Flugzeug (also auch nicht die Verkabelung) die Ursache. Diese Feststellungen sind wichtig für die Schadensersatzansprüche, sie lösen allerdings noch nicht das generelle Problem der Akkus.
Die Temperatur innerhalb des beschädigten Akkus soll mehr als 500 Grad F (260° C) betragen haben.

Allerdings sei das aus Sicht des (untersuchenden) NTSB noch kein Freibrief für die ausstellende Behörde FAA und auch nicht für Boeing. Denn die Ausfallrate der Akkus war bedeutend größer als von Boeing bei der Zulassung versprochen, ebenso die Wahrscheinlichkeit eines Brandes benachbarter Zellen, wenn eine in Brand gerät (propagation to adjacent cells).

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Der Dreamliner fliegt wieder. Wenn auch nur Boeing-intern und zu Testzwecken.

Die Testflüge sollen Daten darüber sammeln, wie Temperaturwechsel den Li-Ionen-Akku in der B787 bei unterschiedlichen Flugzyklen beeinflussen, unter Berücksichtigung von Vibrationen bei Start- und Landung.

(Das entspricht doch recht gut unserer bisherigen Analyse.)

Akribisches Fahnden nach dem Fehler
Quelle: NTSB

Zudem soll wohl auch untersucht werden, ob Feuchtigkeit, die von aussen in den Akku eingetreten sein könnte, eine Rolle bei den Vorfällen spielt.

Nach Boeing – auch das ist nicht wirklich überraschend – arbeiten die mehr als 100 Ingenieure und technischen Experten rund um die Uhr: einerseits um die Vorfälle aufzuklären und andererseits an einer (vielleicht davon unabhängigen) Lösung, um die 50 B787-Flugzeuge der Airlines so schnell wie möglich wieder in die Luft zu bekommen.

Eine der untersuchten Schnelllösungen soll darin bestehen, ein internes Überhitzen des Akkus zu verhindern und zudem austretende heiße Gase und Flüssigkeiten schneller ableiten.

Aber selbst wenn das alles erfolgreich sein sollte, soll es noch Wochen oder Monate dauern, bis die Traumflieger wieder im Alltag fliegen.

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Soweit die offiziellen Statements. Nichts wirklich neues. Was aber spannender ist, sind die technischen Details, die so langsam durchsickern. Und da sich im Flug-Blog auch jede Menge Fachleute engagiert den Kopf zerbrochen haben, warum und wie man es besser machen könnte, einige weitergehende technische News zum Weiterdiskutieren:

Thermische Überhitzung
Quelle: Airbus

Stand der Untersuchungen:

Aus Gründen der höheren Kapazität begannen Flugzeughersteller zunehmend, die bewährten Ni-CD-Akkus durch Li-Ionen Akkus zu ersetzen. Die Brandgefahr bei letzteren entsteht durch thermische Überhitzung in einer oder mehrerer Zellen. Überhitzung beschleunigt das Übergreifen des Feuers auf die anderen Zellen und über kurz oder lang auch auf die Umgebung des Akkus.

JAL APU Akku
Quelle: NTSB

Nach einem NTSB-Zwischenbericht ergab die Untersuchung der beschädigten Akkus des ANA-Fliegers, dass die Größe der Einzelzellen das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Feuerausbreitung wesentlich mehr als linear beeinflusst. (Mehr Substanz, mehr Puff, würde einem ja schon der Hausverstand sagen). Dazu konnten Kurzschlüsse im Akku nachgewiesen werden.

Lithium Batterien und Akkus
Quelle: Airbus

Bedeutend kleinere Lithium-Ionen Akkus sind seit mehr als 10 Jahren in Flugzeugen im Einsatz. Unter anderem auch beim ELT (Emergency Locator Transmitter), also dem Device, das nach einem Crash den Unfallort senden soll. Im Airbus 350 gibt es etwa
Li-Akkus an fünf Stellen, die beiden Blackboxen (Voice- und Flugdatenrekorder) mit eingeschlossen.

In der 787 wiegt jede Akku-Einzelzelle allein rund 3 Kilo, ein gesamter Akku knapp unter 30 Kilogramm. Die Nennkapazität einer Zelle beträgt 75 Ah, der Spannungseinsatzbereich rund 2,5 bis 4,1V; für den gesamten Akku liegt er bei 20 bis 32,2V.

Dreamliner B787, die zweite

Nachschlag. Update. Statusreport.

Seit drei Wochen sind die 50 Dreamliner nun am Boden. In einem Zwischenbericht am Sonntag sagte die amerikanische Untersuchungsbehörde NTSB, dass sie bisher noch keine Ursache der Akku-Feuer gefunden hat. Ebenso gab das amerikanische Transportministerium am Montag eine Veröffentlichung heraus, dass beim Hersteller GS Yuasa in Kyoto keine Ursache gefunden werden konnte.

Nach Aussagen von Boeing arbeiten mehrere hundert firmeneigene Ingenieure und Experten in Teams rund um die Uhr an der Ursachenfindung und -Behebung.

Aus dem Boeing Statement zum Update:

In order to ensure the integrity of the process and in adherence to international protocols that govern safety investigations, we are not permitted to comment directly on the ongoing investigations.

Eine finanzielle Analyse der Firma Jefferies & Co. schätzt, dass der Dreamliner Ausfall Boeing bisher mehr als 500 Millionen Dollar kostet. Das könne aber locker bis auf 5 Milliarden USD steigen.

Der Dreamliner ist eigentlich ein Langstreckenflugzeug. Aber manchmal kann auch auf inländischen Flügen die Kapazität des Transportmittels nicht groß genug sein.

Mangels bisher gefundener Fehler kommen nun auch andere auf die Idee, dass eine mögliche Ursache im konkreten Einsatz liegen könnte: dass die innerjapanischen Kurzstreckenflüge – und damit die in kurzen Zeiten häufige Lade- und Entladevorgänge – Grund für die Akku-Probleme sein könnten. Also eine Sachlage, die vorher so nicht als kritisch gesehen und getestet worden war.

Die Reaktionen von Lithium sind sehr temperaturabhängig. Ein ladender Akku wird heiß. Der externe Temperaturbereich eines Flugzeugs kann zwischen Bodenzeit und Reiseflug von über 30 Grad auf minus 50 Grad Celsius locker schwanken. Und das bei Kurzstreckenflügen mehrfach am Tag. Ein klimatisiertes elektrisches Compartment, das immer auf das selbe Grad genau die Raumtemperatur ausgleicht, wäre sehr kostenintensiv. Klimatisierung ja, aber sicher in einer Bereichsspanne. Zudem gibt es auf jedem Flug eine Vielzahl an Vibrationen, sowie häufige Lageänderungen gegenüber der Waagerechten. Alles Sachen, die man so nicht von Tests am Boden 1:1 übernehmen kann.

Aus technischer Sicht wird die Fehlersuche sicher noch spannend. (Aus menschlicher und wirtschaftlicher Betrachtung ist die Lage eher deprimierend.)

Dreamliner B787 mit Akku-Albtraum


„Wir haben uns an die große Sicherheit in der kommerziellen Luftfahrt gewöhnt“, meint ein früherer Mitarbeiter der amerikanischen Luftfahrtbehörde FAA. Da kommt es natürlich gar nicht gut, wenn alle 50 weltweit ausgelieferten Boeing 787 wegen mehrerer Brände an Bord von der FAA auf unbestimmte Zeit gegrounded sind.

Der Grund für die Zwangsflugpause

Gewicht ist ein Kostenfaktor bei Treibstoffpreisen, die weltweit nur eine Richtung kennen, und die ist aufwärts. Die zunehmende Elektronik zur Steuerung und Navigation moderner Flugzeuge setzt redundante Ausfallsicherung voraus. Und da letztere im normalen Flugalltag ungebraucht mitgeschleppt wird, sollten Backup-Geräte möglichst leicht sein. Akkus sind eine der Notfall-Lösungen für den Stromausfall an Bord.

Der in Kraftfahrzeugen bewährte Bleiakku hatte schon bei Handys ausgedient: zu schwer, zu groß, veraltet. Lithium (Li), ein silbriges, schimmerndes Metall ist der zeitgemässe Nachfolger für Akkus transportabler Kleingeräte wie Laptops, Mobiltelefone und Herzschrittmacher. Diese Akkus sind klein, leicht und teuer aufgrund des seltenen Vorkommens von Lithium. Ihr zudem extrem reaktionsfreudiger Inhalt brachte schon Apple vor einigen Jahren eine Ersetzaktion für Li-Polymer-Akkus in seinen MacBooks ein.. Einige Akkus hatten durch Überhitzung Feuer gefangen und/oder waren explodiert.

Alle Laptop-Akkus überhitzten erst nach einiger Zeit im Gebrauch. Kein neues MacBook wäre mit bekannten Akku-Problemen ausgeliefert worden. Zumindest der Dreamliner der Fluggesellschaft All Nippon Airways flog bereits seit zwei Jahren und lud demnach etliche Male seine Li-Ionen-Akkus wieder auf. Könnte es sein, dass die Akkus im täglichen Einsatz, nach einiger Zeit, nach einer bestimmten Anzahl von Ladevorgängen, unbekannte Ausfallerscheinungen zeigen? Sich chemisch (oder physikalisch), bisher unerwartet, so verändern, dass es zur Überhitzung kommt?

Höhere Temperatur verstärkt die an sich schon extreme Reaktionsfähigkeit des Leichtmetalls weiter, Feuer erst recht. Beides muss also beim Einsatz unbedingt vermieden werden. Akkus an Bord haben ihren Haupteinsatz, wenn die normale Stromversorgung nicht (mehr) funktioniert. Eine Notsituation an Bord heißt aber auch, dass etwas oder vieles nicht so funktioniert wie im Handbuch beschrieben. Da ist der Ausfall von Kühlung, ein kleines Feuerchen als Beiwerk des ursprünglichen Auslösers gut möglich. In Kombination mit Lithium als Allheilmittel ist das Resultat denkbar schlecht.

Wie schließt man nun bei einem Akku aus, dass er sich nicht schon auf dem täglichen Flug zu sehr erwärmt? Überlastung bei der Ansteuerung vermeiden und beim Laden im Alltag wäre ein guter Ansatz.

Leichter als Lithium mit der Ordnungszahl 3 im Periodensystem der Elemente sind nur Helium und der Wasserstoff. Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Protonen in Atomkern an. Je mehr Protonen, je höher also die Ordnungszahl, umso schwerer ist das Element.

Jeder Akku, der nicht auf Lithium basiert, wird also schwerer. Und vermutlich auch größer. Platz ist in einem Verkehrsflugzeug auf der unteren Ebene aber nicht das Thema. Zumindest nicht, solange nicht ein neuer, anderer Akku genau an die Stelle des kleineren Vorgängers gezwängt werden muss. Dann helfen nur eine Neuanordnung des gesamten Akku-Ladesystems, andere Verkabelung und damit vermutliche größere bauliche Änderungen. Wenn man als Airline auf jedes Kilo schaut, das man bei der Bordausstattung einsparen kann, dann trifft ein höheres Gewicht bei einem Akku, der technisch gesehen, viel leichter sein könnte, natürlich hart. In jedem Fall müssen Akkus dreißig Minuten lang allem, was sie versorgen sollen, Strom liefern.

Zurück zum Traumflugzeug mit Problemen. Boeing arbeitete schon bei der Entwicklung des Dreamliners eng mit der Zulassungsbehörde FAA zusammen. Das ist an sich nicht ungewöhnlich, auch mit der Europäischen Behörde EASA macht ein Hersteller das bei einer Flugzeug-Neuzulassung idealerweise so. Denn dann kann die Behörde bei der Zulassung später nicht sagen: „Oh, wenn Sie das so und so implementiert hätten, dann wäre das perfekt. Aber genau so wie das jetzt realisiert ist, können wir ihre Konstruktion leider nicht Flugtauglich schreiben.“

Die FAA und Boeing einigten sich darauf, dass Lithium-Ionen-Akkus im Dreamliner eingesetzt werden können und dürfen, solange bei einem Brand während eines Fluges Flammen und Rauchentwicklung unter Kontrolle gehalten werden können ohne weiteren Schaden anzurichten. Die Akku-Zulassung, eine Sondervereinbarung der FAA mit Boeing, beinhaltete auch, dass im Falle des Falles der Akku von selbst geordnet abbrennt ohne den Einfluss von Menschen. Das genügte der Vereinigung der Linienpiloten ALPA (Air Line Pilots Association) schon damals nicht. Sie forderte, dass ein Akkufeuer von der Crew aktiv löschbar sein muss. Dies wiederum setzt neben dem Vorhandensein von tragbaren, stets griffbereiten (Halon-)Feuerlöschern im Flugzeug auch die schnelle Erreichbarkeit des Akkus für die Crew voraus. Miteingeschlossen wäre das regelmässige Training, ein Lithium-Ionen-Akkufeuer sicher zu beenden.

Im Januar 2010 gab die FAA einen Abschlussbericht zu einer eigenen Sicherheitsüberprüfung über die Entflammbarkeit von Li-Ionen und Li-Ionen-Polymer-Akkus in Flugzeugen heraus: Flammability Assessment of Lithium-Ion and Lithium-Ion Polymer Battery Cells Designed for Aircraft Power Usage. Dieser Abschlussbericht ist 30 Seiten dick und kommt zum (nicht wirklich überraschenden) Schluss, dass Li-Ionen und Li-Ionen-Polymer-Akkus heftig auf externes Feuer reagieren können. Beim Test traten entflammbare Elektrolyte aus, entzündeten sich und heizten so das bereits bestehende Feuer unter großem Druck- und Temperaturanstieg weiter an.

Ein Hand-Feuerlöscher mit Halon 1211 konnte im FAA-Test sowohl Li-Ionen- als auch Li-Ionen-Polymer-verursachte Feuer zunächst löschen. Bei Li-Ionen-Polymer-Akkus konnte das Halon ein Wiederaufflammen des Brandes nicht verhindern.

Der Stand

Schon zum ganz normalen In Betrieb nehmen eines Verkehrsflugzeugs ohne Bodenstrom brauchen die Piloten aufladbare Batterien (Akkus). Erst so kann alle weitere Elektrik gestartet werden.

Die Generatoren an den Triebwerken sorgen für die primäre Stromversorgung im Flugzeug. Fällt diese in der Luft aus, sind mehrere Backup-Lösungen gefordert: Akkus liefern sofort Strom wenn die Triebwerke ausfallen, bis nach einigen Sekunden der Notfall-Propeller, Ram Air Turbine genannt, durch den Fahrtwind anläuft. Dieser Not-Propeller produziert primär Hydraulikdruck und zudem auch Strom. Das dritte Backup, wenn die Stromerzeugung über die Triebwerke fehlt, wäre die APU (Auxiliary Power Unit), eine tatsächliche Turbine, die mit Treibstoff betrieben wird. Bei abgeschalteten oder ausgefallenen Triebwerken wird die APU über einen Akku gestartet.

Mitte Januar 2013 gerieten Li-Akkus sowohl in einer Boeing 787 der Japan Airlines (am Boden in Boston) und in einer 787 der Fluggesellschaft All Nippon Airways (im Flug) in Brand. Dreamliner von United Airlines und Qatar Airways hatten im Dezember 2012 ebenfalls Probleme mit ihrer Elektrik. Die JAL-Boeing wurde von der amerikanischen Behörde NTSB untersucht, da der Vorfall in Boston stattfand. Der ANA-Dreamliner wurde von den Japanern unter die Lupe genommen, da er sich auf einem japanischen Inlandsflug befand. Die zunächst angenommene Überlastung bei der Ansteuerung des Akkus fällt offenbar weg: Beide Kommissionen kamen unabhängig voneinander zur Erkenntnis, dass keine Überspannung vorlag.

Offizielles Statement von Boeing:

Alle modernen Düsenverkehrsflugzeuge sind mit Batterien ausgestattet. Die vermehrt elektrische Architektur der 787 hat mit den Batterien wenig zu tun. Die maßgebliche Innovation, die die verbesserte Effizienz ermöglicht, ist die gesteigerte Erzeugung von elektrischer Energie und die Eliminierung von Hochdruck-Zapfluft (pneumatischen) Systemen. Die Funktionen, die vorher durch Druckluft betrieben wurden, werden nun elektrisch angetrieben.

Dazu wäre anzumerken: Im Gegensatz zum Englischen gibt es im Deutschen einen Unterschied zwischen Batterie (nicht aufladbar) und Akku (aufladbare Batterie). Bei allen derzeit diskutierten Li-Ionen-Problemen handelt es sich um Akkus – einmal Nutz- und dann Wegwerf-Batterien aus diesem kostbaren Rohstoff wären in einem Flugzeug fehl am Platz und zudem sinnlos überteuert.

Statement der FAA:

„Auswirkungen des Akkuversagens waren entflammbare Elektrolyte, Schäden durch Hitzeeinwirkung und Rauch an zwei 787-Flugzeugen. Wenn diese Bedingungen nicht behoben werden, könnten sie Schäden an kritischen Systemen und Strukturen und ein Feuer im elektrischen Compartment nach sich ziehen.“
(“The battery failures resulted in release of flammable electrolytes, heat damage, and smoke on two Model 787 airplanes. These conditions, if not corrected, could result in damage to critical systems and structures, and the potential for fire in the electrical compartment.”)

Nach einem Report der Seattle Times letzte Woche hatte eine amerikanische Firma  namens Securaplane Technologies, die an der Entwicklung der elektrischen Ladesysteme des Dreamliner beteiligt war, bei einem Akku-Test ein so starkes Feuer erzeugt, dass ein ganzes Gebäude unkontrolliert niederbrannte.

Lithium Akkus sind auch in anderen modernen Verkehrsfliegern im Einsatz, etwa in Airbus- und Embraer-Flugzeugen. Allerdings sind die Akkus dort von einem anderen Hersteller und in ihrer Leistung wesentlich kleiner. Der Dreamliner-Akku soll die Größe einer Umzugskiste haben. Viele Verkehrsflugzeuge setzen Nickel-Cadmium-Akkus ein. Nickel hat die Ordnungszahl 28, mit 48 ist Cadmium sogar ein Schwermetall. Schwerer, weniger leistungsfähig und hochgiftig ist auch nicht die gesuchte Lösung für die Zukunft.

Wie geht es weiter?

Das Entgegenkommen für Boeing in der Dreamliner-Zulassung wird der FAA nun von einigen Seiten angekreidet: Zu große Kompromisse für die Industrie seien auf Kosten der Sicherheit bei der Sonderbehandlung gemacht worden. Die FAA reagierte prompt. Nun bleiben alle 50 bisher weltweit ausgelieferten Dreamliner am Boden, bis die Ursache der Akku-Brände und eine sichere Lösung für leistungsstarke und leichte Akkus für den Dreamliner gefunden ist.

So schnell wie Hersteller Boeing sich wünscht, dass dieses Problem aus der Welt ist, wird es wohl nicht gehen. Vor der Lösung des Problems muss erst die Ursache der Brände gefunden werden. Ist die Ursache ein Designfehler im Flugzeug oder liegt es eher an der Akkucharge, an einer fehlerhaften Produktion des Herstellers? Da sind die amerikanischen Untersucher von Boeing, der Untersuchungsstelle NTSB noch anderer Meinung als die japanischen Kollegen des Akku-Herstellers GS Yuasa und der japanischen Untersuchungsbehörde JTSB. Auch wenn offiziell alle vorbildlich zusammenarbeiten bei der Fehlersuche.

Bisherige Ansätze haben noch kein Ergebnis gebracht. Auf Boeing werden vermutlich hohe Kosten zukommen: Entschädigungszahlungen wegen der Flugausfälle, (größere) Änderungen am Flugzeug und eine neue Genehmigung des Akku- und Elektrosystems sind gute Kandidaten dafür. Lufthansa ist von den Dreamliner-Problemen nicht betroffen – die deutsche Airline hat keine Boeing 787 im Einsatz.


Elektroniktest im ANA-Dreamliner vor der Auslieferung/Fotos: Helga Kleisny