EFIS Systeme (Bericht von Hellmut Penner)

Quelle: AeroRevue 3/2017

Noch sind keine zehn Jahre vergangen, seit die ersten Glas-Cockpits in Motorflugzeugen auftauchten. Damals noch fast unbezahlbar, erschliessen sie sich dank günstigerer Preise neue Märkte. Die AeroRevue präsentiert eine Typenübersicht über die gängigsten EFIS-Systeme für Segelflugzeuge, Ecolights und Experimentals.

Wer hat als Segelflieger oder Motorflugpilot nicht schon davon geträumt, ein Panel wie in einem Airbus oder einer Boeing vor sich zu haben? Doch das will gut bezahlt sein. ETSO (European Technical Standard Order)-zugelassene Geräte mit elektronischer Anzeige kosten von vornherein über 3000 Franken. Das gilt aber nur etwa für Kurskreisel oder künstliche Horizonte. Möchte man eine Kartenfunktion dazu haben, liegt man schnell bei über 7000 Franken – und das ist eher die unterste Kategorie.
Doch es geht auch anders. Zumindest gilt das für Segelflugzeuge, Ecolights und Experimentals; genügend Platz auf dem Panel vorausgesetzt. Besitzer dieser Flugzeuge haben den Vorteil, dass alle Instrumente, die über die Grundinstrumentierung hinausgehen, keine Zertifizierung benötigen, weil mit ihnen sowieso nicht nach IFR geflogen werden darf. Um diese Anzeigegeräte, die auch Electronic Flight Instruments (EFIS) genannt werden, geht es in diesem umfassenden Vergleich. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass dieser Vergleich sich ausschliesslich auf Geräte für Segelflugzeuge, Ecolights und Experimentals bezieht. Nur in Ausnahmefällen können EFIS-Systeme mit DO 160-Nachweis auch in Motorflugzeuge eingebaut und genutzt werden: Dies nur, sofern entsprechende zertifizierte Betriebe den Einbau vornehmen und schriftlich ein Gerätekennblatt darüber vorliegt.

RTCA-Geräte bedeutend teurer

Im Gegensatz dazu sind RTCA-Geräte (Radio Technical Commission for Aeronautics) in der Regel aber fast doppelt so teuer. Der Laie wundert sich darüber zu Unrecht. Sieht doch die FAA-Richtlinie zur Prüfung eine Liste von über 20 Parametern wie Temperatur, Schock, Spannungsspitzen, EMV, Entflammbarkeit, Druck, Feuchte, Vibration oder auch magnetische Effekte vor, um nur einen Teil davon zu erwähnen. Doch genau diese Nachweise kosten aufgrund des enormen Prüfungsaufwandes zusätzlich Geld. Dabei machen es sich die grossen Anbieter zuweilen sehr leicht, um auch den Markt der unteren Preissegmente abzuschöpfen: Sie verkaufen die gleichen Geräte unter anderen Typbezeichnungen, ohne Zertifizierung, fast zum halben Preis. Der liegt aber dennoch höher als der Durchschnitt.
Um trotzdem preiswerte Systeme anbieten zu können, hat auch die übrige Industrie eine ganze Palette von Instrumenten für Glas-Cockpits entwickelt, die neben ICAO-, Jeppesen und DFS-Karten auch eigene kostenlose Karten bieten, die zumeist aber nur jährlich ein automatisches e-Update erfahren (die kostenpflichtigen Karten werden in sehr viel kürzeren Zeitabständen aktualisiert). Doch neben der AHRS-Funktion (Attitude and Heading Reference System) sowie dem ADAHRS (Air Data Attitude and Heading Reference System) bieten die modernen EFIS-Systeme je nach Typ zusätzlich ein komplettes Informationssystem über den Ist-Zustand des Motors. Einige wenige Systeme bieten sogar das Zuschalten von Videokameras. Werden Ecolights als Schleppflugzeuge genutzt, ist eine solche Kamera sehr nützlich.

Die Technologie dahinter

Wie aber kommt ein Mix aus analogen und digitalen Daten zu einem Display und wie sollte ein Display beschaffen sein? Natürlich muss zwischen den Flug- und den Motordaten unterschieden werden. Das AHRS bezieht die Daten aus kleinen Beschleunigungssensoren, einem Dreiachsen-Gyroskop und einem Magnetometer. Teile davon kennen wir vom Natel und den Airbags. Das sind winzige Bauelemente, die Logikelemente und mikromechanische Strukturen in einem oder mehreren Chips vereinen. Diese Sensoren nennt man MEMS (Micro- Electro-Mechanical Systems) und Piezo- oder SMM-Sensoren (Silicon Micro Machine). Diese Rotationssensoren, oder auch das Gyroskop, messen die Drehbewegungen um die drei Achsen Yaw, Pitch und Roll. In den meisten Fällen sind der Beschleunigungs- und Rotationssensor in einem Bauteil miteinander kombiniert. Darüber hinaus benötigt man aber ein Magnetometer, das die Magnetfeldstärke misst und zusammen mit dem Beschleunigungsmesser als digitaler Kompass funktioniert, um festzustellen, wo sich der magnetische Norden befindet. Auch diese Sensoren bestehen aus sehr kleinen Chips, den ebenfalls MEMS- oder Fluxgate-Magnetometern. Damit ist das AHRS mit Lagesensoren versorgt. Die Lageberechnung erfolgt daraus mittels eines schnellen Mikrocontrollers.
Das Magnetometer ist Sensor für die optimale Nutzung der Karten, wenn eine entsprechende Funktion mit eingebaut ist. Dazu steht als vierter im Bunde der GPS-Empfänger, der Informationen über die geographische Position für das Navigationsprogramm misst. Und mit kapazitiven Sensoren werden über Aussenanschlüsse der statische und dynamische Luftdruck gemessen.
Vereinigt auf gedruckten Schaltungen, die auf einen Mikroprozessor zulaufen, werden alle Daten an die Displays abgegeben. Die elektronische Einheit kann entweder separat in einem Gehäuse oder In-Circuit untergebracht werden oder, wie in den meisten Fällen, als Stand-Alone-Gerät alles in Einem. Die beiden vorgenannten Geräte bieten die Möglichkeit, über WLAN oder eine RS232-Schnittstelle die Verbindung herzustellen und das Basisgerät am zentralsten Punkt des Flugzeugs unterzubringen, was man auch bei separat zu verwendenden Sensoren so tun würde, denn nicht jeder Hersteller integriert oder liefert auch alle Sensoren im Blockpreis mit.
Stand-Alone-Geräte haben den Vorteil einer sehr kompakten Bauweise und man kann sich ein Gehäuse sparen. Bei Segelflugzeugen und Ecolights ein entscheidendes Kriterium.

Vereinfachte Displays

Gegenüber den klassischen «Uhrenläden» weisen Displays zunächst eine sehr grosse Vereinfachung auf. Besonders positiv ist ihr niedriges Gewicht. Bei einer Totalumstellung von konventioneller Instrumentierung auf ein Glas-Cockpit lassen sich im Extremfall einige Kilogramm einsparen. Da ihre Bauarten je nach Hersteller sehr unterschiedlich sein können, ist ihr Stromverbrauch auch nicht unerheblich. Wichtig ist die Leuchtstärke, die in Candelar gemessen wird. Ein Wert unter 500 cd ist fast nicht zumutbar. Werte darüber bieten leider nur die verschiedenen Tablets, die aber wegen ihrer Spiegelungen durch die hochglanzpolierten Gläser bei Sonnendirekteinstrahlung ihre Nachteile haben. Transflektive Displays mit nachregulierbarer Beleuchtung bei trübem Licht wären das Optimum, doch solche Systeme bieten die wenigsten Hersteller. Licht kostet aber Strom, deswegen ist eine Direktstromversorgung über die Bordstromanlage immer die einfachere Lösung. Interne Zusatzbatterien müssen nachgeladen werden, was hinreichend bekannt ist vom Natel.
Der ursprünglich von Schweizer Piloten entwickelte und weitverbreitete FLARM ist fast schon ein Must-have. Ein Teil der EFIS-Hersteller bietet eine Verbindung über die 232er-Schnittstelle an, die es ermöglicht, die FLARM-Infos mit auf das Display zu spielen. Es kann auch als passives TCAS (Traffic Alert and Collision Avoidance System) fungieren und somit auch vor Verkehr von Flugzeugen ausgerüstet mit Mode S-, Mode A/C- sowie ADS-B-fähigen Transpondern warnen.

Übersicht über Marktmodelle als Querschnitt

Die Marktübersicht über 28 verschiedene Modelle von 17 Herstellern auf den folgenden Seiten stellt nur einen Querschnitt eines überreichen Angebots dar. Nur wenige Hersteller werden direkt in der Schweiz vertreten, was auch für den Service gilt. In Deutschland befinden sich gleich mehrere Hersteller oder Europa-Vertretungen.
Die Bandbreite am Markt verfügbarer Systeme ist sehr umfangreich. Unbrauchbare Geräte gibt es ebenso wenig wie perfekte. Firmen wie Garmin, die schon Jahrzehnte am Markt sind und mit ihren Produkten eine Art Langzeitgarantie von 10 bis 15 Jahren bieten, haben es natürlich leichter als zum Beispiel das junge Ingenieurteam In-Circuit, das den Markt für sein Einfachprodukt erst erobern muss. Die Geschwindigkeit, mit der sich das Produkt verbreitet und etabliert, spricht aber für sich.
Ein Blindkauf im Internet ist aber weniger ratsam. Auf der sicheren Seite sind Interessierte immer, wenn sie sich auf Messen, Events oder noch besser beim Zubehörshop ihres Vertrauens direkt beraten lassen. Geschulte Experten beraten Kunden in der Bedienung des avisierten Gerätes, was sonstmühsam aus einer PDF-Bedienungsanleitung im Eigenstudium erlernt werden muss.

Kompletter Bericht mit Gerätevergleich und Tabellen ist hier: AR03_28-33_EFIS_d