Kalibrierung

Definition der Kalibrierung

Kalibrierung ist der dokumentierte, methodische Prozess, bei dem die Ausgabe eines Messgeräts oder -systems mit einem anerkannten Normal verglichen wird, das in der Regel eine höhere Genauigkeit und Rückführbarkeit besitzt. Ziel ist es, Abweichungen zu erkennen, zu dokumentieren und falls notwendig zu korrigieren, damit das zu prüfende Instrument (IUT) die für den vorgesehenen Einsatz erforderliche Genauigkeit einhält.

Laut Internationalem Wörterbuch der Metrologie (VIM):
„Kalibrierung ist eine Tätigkeit, die unter festgelegten Bedingungen eine Beziehung zwischen den Mengenwerten mit Messunsicherheiten, die durch Messnormale bereitgestellt werden, und entsprechenden Anzeigen mit zugehörigen Messunsicherheiten herstellt. In einem zweiten Schritt wird diese Information genutzt, um eine Beziehung zur Gewinnung eines Messergebnisses aus einer Anzeige herzustellen.“

In der Luftfahrt betrifft Kalibrierung eine breite Palette von Instrumenten und Systemen, von Druckhöhenmessern, Fahrtmessern und Kraftstoffdurchflussmessern bis hin zu Navigationshilfen wie VOR- und ILS-Sendern. Jedes System muss auf ein rückführbares Normal kalibriert sein, um sicherzustellen, dass seine Messungen internationalen, nationalen und herstellerspezifischen Vorgaben entsprechen, wie sie von ICAO-, EASA- und FAA-Vorschriften definiert sind.

Wo wird Kalibrierung eingesetzt?

Kalibrierung ist überall dort unerlässlich, wo Messgenauigkeit die Grundlage für Sicherheit, Konformität und betriebliche Effektivität bildet. In der Luftfahrt umfasst dies:

• Sensoren an Bord des Flugzeugs (Höhe, Geschwindigkeit, Temperatur, Druck, Kraftstoff)
• Bodenbasierte Navigations- und Überwachungseinrichtungen
• Avionik- und Instrumentenwartung/-kalibrierungslabore
• Umweltüberwachungsstationen an Flughäfen (Wetter, Lärm, Emissionen)
• Prüf- und Messgeräte in der Flugzeugherstellung und -überholung

Wie wird kalibriert?

Die Kalibrierung erfolgt durch den Vergleich der Ausgabe des Instruments an einer Reihe von Prüfstellen mit einem Referenznormal, das eine überlegene Genauigkeit und dokumentierte Rückführbarkeit aufweist. Weichen die Anzeigen über die Toleranzen hinaus ab, werden Anpassungen vorgenommen. Der gesamte Prozess – einschließlich der Daten vor und nach der Justierung, Unsicherheiten und Umgebungsbedingungen – wird sorgfältig dokumentiert.

Schlüsselbegriffe: Kalibrierung, Verifikation und Justierung

• Kalibrierung: Vergleich mit einem Normal und ggf. Justierung zur Wiederherstellung der Genauigkeit.
• Verifikation: Besteht-/Nicht-Besteht-Prüfung, ob Anzeigen innerhalb der Toleranz bleiben, ohne Anpassung.
• Justierung: Änderung interner Einstellungen oder Komponenten zur Wiederherstellung der Konformität.

Diese Unterscheidungen sind für die gesetzliche Konformität und die Wahrung der Messintegrität wesentlich.

Zweck und Bedeutung der Kalibrierung

Messgenauigkeit & Sicherheit

Genaue Messungen sind für sichere Abläufe, Wartung und Fertigung unerlässlich. Ungenaue Anzeigen von Höhen- oder Fahrtmessern können die Flugsicherheit gefährden. Kalibrierung gewährleistet korrekte Informationen und reduziert Risiken.

Gesetzliche Konformität

Luftfahrtbetriebe unterliegen strengen Vorschriften (ICAO, ISO/IEC 17025, FAA, EASA), die eine regelmäßige, dokumentierte Kalibrierung kritischer Instrumente und Systeme fordern. Die Einhaltung wird durch Audits überprüft und ist für Zertifizierungen notwendig.

Rückführbarkeit

Kalibrierung sichert Rückführbarkeit – eine lückenlose Kette dokumentierter Kalibrierungen, die jede Messung mit einem anerkannten Normal (meist SI-Einheiten) verbindet. Dies ist entscheidend für Auditierbarkeit, Qualitätssicherung und rechtliche Absicherung.

Prozesskontrolle

In Fertigung und Wartung bildet Kalibrierung die Grundlage der Prozesskontrolle, indem sichergestellt wird, dass alle Messungen – wie Drehmoment, Ausrichtung oder Umweltwerte – zuverlässig sind.

Unterstützung von Industriestandards

Kalibrierung ist integraler Bestandteil von Qualitätsmanagementsystemen (ISO 9001, AS9100, EASA Part 145). Regelmäßige Kalibrierung belegt die Einhaltung von Best Practices und Kundensicherheit.

Referenznormale und Rückführbarkeit

SI-Einheiten und BIPM

Das Internationale Einheitensystem (SI) bildet die Grundlage aller Messungen. Das Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) verwaltet das SI und internationale metrologische Aktivitäten.

Nationale Metrologie-Institute (NMIs)

Jedes Land benennt ein NMI (z. B. NIST in den USA, PTB in Deutschland, NPL im Vereinigten Königreich), das für die Pflege primärer Normale mit Rückführbarkeit auf das SI verantwortlich ist. Diese Institute bieten Kalibrierdienste und Referenznormale an.

Rückführbarkeitspyramide

Jedes Kalibrierzertifikat muss die Rückführbarkeitskette angeben, sodass jede Messung über ein NMI auf SI-Einheiten rückführbar ist.

Der Kalibrierprozess: Schritt für Schritt

1. Vorbereitung: Auswahl geeigneter, rückführbarer Referenznormale mit höherer Genauigkeit als das zu prüfende Gerät (TUR ≥ 4:1). Stabilisierung der Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchte, Druck).
2. Vergleich: Vergleich der Anzeige des Instruments an mehreren Prüfstellen mit dem Referenznormal, vollständige Datenerfassung.
3. Abweichungsbestimmung: Berechnung und Bewertung der Abweichungen gegenüber Spezifikationen und Toleranzen.
4. Justierung: Falls außerhalb der Toleranz, Justierung des Instruments nach Herstellervorgaben.
5. Wiederholungsmessung: Überprüfung, ob das Instrument nun die geforderte Genauigkeit erfüllt, durch erneuten Vergleich.
6. Dokumentation: Erfassung aller Ergebnisse, Unsicherheiten, Umgebungsbedingungen und Anpassungen. Ausstellung eines Kalibrierzertifikats mit Angaben zur Rückführbarkeit, Ergebnissen und nächstem Fälligkeitsdatum.

Luftfahrtbeispiel:
Ein Pitot-Statik-Tester, kalibriert nach einem NIST-rückführbaren Normal, erzeugt bekannte Drücke für einen Fahrtmesser. Die Anzeigen werden verglichen, bei Bedarf justiert und die Ergebnisse für die Flugzeugunterlagen dokumentiert.

Kalibrierarten

• Mechanische Kalibrierung: Für Drehmomentschlüssel, Waagen, Mikrometer – stellt Struktur- und Montagepräzision sicher.
• Elektrische Kalibrierung: Für Voltmeter, Oszilloskope, Avionik-Stromversorgungen – garantiert elektrische Messgenauigkeit.
• Thermische Kalibrierung: Für Thermometer, RTDs, Thermoelemente – unerlässlich für Motor-/Umweltüberwachung.
• Druckkalibrierung: Für Barometer, Transmitter, Höhenmesser, Pitot-Statik-Systeme – entscheidend für Höhe und Geschwindigkeit.
• Längen-/Maßkalibrierung: Für Messschieber, Endmaße – verhindert Montagefehler und sichert Konformität.
• Durchflusskalibrierung: Für Kraftstoff-/Luftdurchflussmesser – wichtig für Kraftstoffmanagement und Motorleistung.
• Spezialkalibrierung: Für Laborpipetten, Hochfrequenzgeräte und Navigations-/Radarsysteme.

Kalibrierung vs. Verifikation vs. Justierung

Dokumentation, Kalibrierzertifikate und gesetzliche Anforderungen

Kalibrierzertifikate

Müssen enthalten:

• Eindeutige Instrumentenkennung (Seriennummer, Modell)
• Referenznormale und Rückführbarkeit
• Kalibrierergebnisse (vor/nach Justierung)
• Messunsicherheiten (laut ISO GUM)
• Umgebungsbedingungen
• Kalibrier- und nächstes Fälligkeitsdatum
• Rückführbarkeitsnachweis
• Kalibrierverfahren/-methode
• Unterschrift und Akkreditierung des Technikers/Labors

Gesetzliche Anforderungen

• ISO/IEC 17025: Kompetenzanforderungen für Kalibrierlabore (erforderlich für die Luftfahrt).
• ICAO: Rückführbare Kalibrierung und Dokumentation für kritische Systeme.
• FAA/EASA: Kalibrierzertifikate sind für Wartungsunterlagen und Betriebszulassung erforderlich.
• Weitere: Branchenspezifische Vorgaben (AS9100, GMP, CLIA etc.).

Aufbewahrungsfristen

Kalibrierunterlagen müssen nach gesetzlichen Vorgaben (typisch 2–5 Jahre) aufbewahrt und für Audits verfügbar sein.

Kalibrierintervalle und -planung

Kalibrierintervalle werden risikobasiert festgelegt und berücksichtigen:

• Herstellerempfehlungen
• Nutzungsintensität
• Gesetzliche/branchenspezifische Vorgaben
• Messkritikalität
• Umgebungsbedingungen
• Stabilitätshistorie des Instruments

Intervalle können für kritische oder stark beanspruchte Instrumente verkürzt oder bei nachgewiesener Stabilität und dokumentiertem Risiko verlängert werden.

Beste Praxis im Kalibriermanagement

• Nutzen Sie ausschließlich akkreditierte, ISO/IEC 17025-konforme Kalibrierlabore.
• Führen Sie einen robusten Kalibrierplan und ein Nachverfolgungssystem.
• Stellen Sie sicher, dass alle Kalibrierzertifikate vollständig, aktuell und rückführbar sind.
• Überprüfen Sie regelmäßig die Kalibrierintervalle basierend auf Instrumentenhistorie und Risiko.
• Schulen Sie das Personal hinsichtlich Bedeutung der Kalibrierung und ordnungsgemäßer Dokumentation.
• Halten Sie Kalibrierumgebungen kontrolliert hinsichtlich Temperatur, Feuchtigkeit und Sauberkeit.

Zusammenfassung

Kalibrierung ist das Fundament von Messintegrität, Sicherheit und Konformität in der Luftfahrt und allen Präzisionsbranchen. Durch die Einhaltung weltweiter Standards, die Sicherstellung der Rückführbarkeit und eine konsequente Dokumentation können Organisationen Risiken minimieren, Betriebszuverlässigkeit gewährleisten und gegenüber Behörden und Kunden ihre Sorgfaltspflicht belegen.

Weiterführende Literatur

• Internationales Wörterbuch der Metrologie (VIM)
• ISO/IEC 17025:2017 – Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien
• NIST – National Institute of Standards and Technology
• ICAO Annex 10 – Aeronautical Telecommunications
• FAA-Vorschriften zur Instrumentenkalibrierung

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