Ein eVTOL ist ein elektrisches Senkrechtstart- und -landeflugzeug, das mit elektrischem Antrieb ohne Start- und Landebahn senkrecht startet, schwebt und landet. Die meisten Konzepte sind für die Advanced Air Mobility und die urbane Luftmobilität als leisere, emissionsfreie Alternative zu Hubschraubern gedacht.

Wie werden eVTOLs auf Sicherheit geprüft?

Hersteller kombinieren dimensionelle Messtechnik, Computertomographie, optische 3D-Digitalisierung und zerstörungsfreie Prüfung mit Struktur- und Verformungstests. So wird nachgewiesen, dass Composites, Batterien, Motoren und Strukturen die strengen Zuverlässigkeitsziele der Zertifizierung erfüllen.

Warum sind Composites und Batterien bei der eVTOL-Fertigung so kritisch?

Composites tragen Strukturlasten bei minimalem Gewicht, weshalb verborgene Defekte wie Delamination die tragende Struktur gefährden können. eVTOL-Batterien liefern hohe Leistung, wodurch Zelldefekte wie Elektroden-Überstand, Metallpartikel und Tab-Verbiegung zu sicherheitskritischen Risiken für ein thermisches Durchgehen werden.

Wie unterstützt die industrielle Messtechnik die eVTOL-Zertifizierung?

Die Zertifizierung verlangt rückverfolgbare, datengestützte Qualitätsnachweise. Die industrielle Messtechnik erzeugt präzise, dokumentierte Messdaten über Forschung, Produktion und Wartung hinweg und liefert damit die Nachweise, die Behörden wie die FAA und die EASA erwarten.

eVTOL: Präzise Qualitätssicherung für Flugtaxis

eVTOL Keyvisual - eVTOL rendering depicting the future of advanced air mobility.

Wie Präzisionsmesstechnik die Zukunft des Fliegens sichert

eVTOLs bewegen sich vom Prototyp in die Serienfertigung. Damit stellt sich eine Frage: Wie lässt sich für eine völlig neue Klasse von Fluggeräten die Sicherheit der kommerziellen Luftfahrt gewährleisten? Die Antwort liegt in der Qualitätssicherung. Von Aerostrukturen aus Kohlefaser bis zu Hochleistungs-Batteriepaketen muss jedes sicherheitskritische Bauteil präzise geprüft werden. Dieser Artikel erklärt, was ein eVTOL ist, wie diese Fluggeräte gebaut werden und warum die industrielle Messtechnik zum Rückgrat der eVTOL-Fertigung geworden ist.

Was ist ein eVTOL?

Ein eVTOL, kurz für „electric vertical takeoff and landing“ (elektrisches Senkrechtstart- und -landeflugzeug), enthält seine Definition bereits im Namen. Das elektrisch angetriebene Fluggerät kann in der Luft auf der Stelle schweben sowie senkrecht starten und landen. Damit benötigt es keine Start- und Landebahn, wie sie herkömmliche Starrflügelflugzeuge voraussetzen. Die meisten Konzepte entstehen für die urbane Luftmobilität (Urban Air Mobility, UAM) und sollen eine leisere, sauberere und kosteneffizientere Alternative zu herkömmlichen Verkehrsmitteln bieten, etwa als Flugtaxi (auch Lufttaxi genannt) oder Lieferfluggerät. Um sich ein eVTOL-Flugzeug praktisch vorzustellen, hilft das Bild einer Kombination aus einer großen Multirotor-Drohne und einem kleinen Elektroflugzeug, ausgelegt auf die Sicherheitsstandards des Luftverkehrs.

Das Potenzial ist groß: Schnelle Direktflüge über verstopfte Städte hinweg, regionale Verbindungen ohne aufwendige Infrastruktur und die Aussicht auf einen emissionsfreien Betrieb in der Luft. Die Herausforderungen sind jedoch ebenso hoch, denn dieselbe Gewichtsempfindlichkeit, die den elektrischen Flug erst möglich macht, lässt nur einen sehr geringen Spielraum für Fertigungsabweichungen.

Welche Arten von eVTOL gibt es?

Die Branche hat sich auf vier grundlegende Bauweisen verständigt, die Effizienz, Komplexität und Reichweite jeweils unterschiedlich gewichten. Die von einem Hersteller gewählte Konfiguration bestimmt unmittelbar, welche Prüf- und Toleranzanforderungen gelten.

Multirotor

Multirotor-Konzepte nutzen mehrere fest stehende Rotoren und besitzen keine Tragfläche; den Auftrieb erzeugen sie ausschließlich über den Schub. Sie sind am einfachsten zu bauen und zu zertifizieren, doch der fehlende Tragflächenauftrieb begrenzt Reichweite und Geschwindigkeit. Die verteilten Rotoren erfordern eine präzise und gleichmäßige Rotor- und Propellergeometrie, damit jede Auftriebseinheit identisch arbeitet.

Lift-plus-Cruise

Lift-plus-Cruise-Fluggeräte verfügen über eigene Rotoren für den Senkrechtauftrieb, separate Propeller und eine feste Tragfläche für den Vorwärtsflug. Diese Bauweise erlaubt unabhängige Antriebssysteme und macht Kippmechanismen überflüssig. Das vereinfacht die Zertifizierung, kann im Reiseflug aber einen gewissen aerodynamischen Widerstand erzeugen. Eine präzise Geometrie von Tragfläche und Rumpf ist daher entscheidend für ein vorhersehbares Flugverhalten.

Schematic illustration of a vectored-thrust (tilt-rotor) eVTOL with rotors tilting between lift and cruise

Kipprotor (Vectored Thrust)

Kipprotor-Konzepte schwenken die Rotoren oder die gesamte Tragfläche, um dieselben Antriebseinheiten sowohl für den Auftrieb als auch für den Reiseflug zu nutzen. Das liefert die höchste Effizienz und Geschwindigkeit, doch die beweglichen Mechanismen und der Übergangsflug bringen die größte mechanische Komplexität und die engsten Toleranzen für die rotierenden Baugruppen mit sich.

Schematic illustration of a winged lift eVTOL with two rotors and a compact body

Kippflügel (Tilt-Wing)

Kippflügel-Konzepte schwenken die gesamte Tragfläche samt Rotoren aus der senkrechten Startposition in die waagerechte Reiseflugposition. Wie Kipprotor-Fluggeräte nutzen sie dieselben Antriebseinheiten für Auftrieb und Vorwärtsflug und sind dadurch sehr effizient. Der schwenkbare Flügel erhöht allerdings die mechanische Komplexität und erfordert eine sehr präzise Steuerung des Übergangs vom senkrechten zum tragflächengetragenen Flug.

Warum ist die Qualitätssicherung bei eVTOL so wichtig?

ZEISS coordinate measuring machine and ZEISS ScanBox measuring an e-Motor.

eVTOL-Entwickler stehen vor einer besonders anspruchsvollen Ausgangslage: Sie müssen die Sicherheitsstandards der kommerziellen Luftfahrt erfüllen und zugleich auf rasch steigende Produktionsmengen skalieren. Aufsichtsbehörden setzen für einen katastrophalen Ausfall eine Wahrscheinlichkeit von 1 zu 1 Milliarde über 1 Milliarde Flugstunden an. Dieses Zuverlässigkeitsniveau lässt sich nur erreichen, wenn die Qualität jedes einzelnen Bauteils gemessen, dokumentiert und rückverfolgbar ist.

Die Zertifizierungsrahmen spiegeln diese Anforderungen wider. In den USA zertifiziert die Luftfahrtbehörde FAA (Federal Aviation Administration) diese Fluggeräte über einen eigenen Sonderzulassungsweg, in Europa nutzt die EASA (European Union Aviation Safety Agency) ihre dedizierte Special Condition for VTOL (SC-VTOL). Beide Behörden verlangen umfangreiche, datengestützte Nachweise über die strukturelle Integrität und die Systemzuverlässigkeit. Diese Entwicklung macht die Messtechnik in der Luft- und Raumfahrt von einer nachgelagerten Aufgabe zu einem zentralen Baustein der eVTOL-Zertifizierung und -Sicherheit. Für Flugtaxi-Hersteller in Deutschland und weltweit rückt die Qualitätssicherung damit früh in die Entwicklung.

Explore ZEISS Aerospace Quality Solutions

Welche eVTOL-Komponenten müssen präzise geprüft werden?


Komponente	Prüffokus	Typische ZEISS-Methode
Aerostruktur und Composites	Delamination, Poren, Harzkonsistenz, Geometrie von Rumpf- und Tragflächensektionen	Röntgen, optische 3D-Digitalisierung und industrielle Mikroskopie
Rotoren, Propeller und Lüfterschaufeln	Profilgeometrie, Wuchtung und Oberflächenqualität, die Vibration und Effizienz bestimmen	Optische 3D-Digitalisierung und KMG
Elektromotoren	Integrität der Stator- und Rotorwicklung, Prüfung der Nutkeile am Stator des Motors sowie enge Toleranzen für die Leistung	Röntgen, KMG und industrielle Mikroskopie
Batteriezellen und -packs	Elektroden-Überstand, Metallpartikel, Tab-Verbiegung und Modul-/Pack-Risiken für ein thermisches Durchgehen	KMG, Röntgen und industrielle Mikroskopie
Fahrwerk und Strukturbauteile	Sicherheitskritische Teile mit schwer zugänglichen Merkmalen sowie Bewegungsanalyse	KMG und optische 3D-Digitalisierung
Interieur	Passung, Ausrichtung und Geometrie von Kabinenbauteilen	Optische 3D-Digitalisierung und Reverse Engineering

Was sind die größten Fertigungs- und Qualitätsherausforderungen für eVTOL-Hersteller?

Um das Gewicht der Batterien auszugleichen, bestehen die tragenden Strukturen eines eVTOL überwiegend aus Faserverbundwerkstoffen. Diese Composites sind schwierig zu prüfen, weil die kritischsten Defekte wie Delamination oder innere Poren von außen unsichtbar sind. Solche verborgenen Fehler können unter Last zu Strukturversagen führen. Daher ist es entscheidend, die Harzkonsistenz und die Qualität der Verklebung über den gesamten Fertigungsprozess hinweg zu prüfen.

Die Präzision des verteilten elektrischen Antriebs ist die zweite Herausforderung. Ein verteilter elektrischer Antrieb umfasst zahlreiche rotierende Baugruppen. Die Anforderungen an Form- und Lagetoleranzen (GD&T) für Motoraufnahmen, Wellen und Rotorausrichtung müssen daher sehr enge Toleranzbänder einhalten, um Vibrationen zu beherrschen. Ebenso wichtig ist es, Gewicht und Wuchtung an allen Auftriebspunkten zu prüfen, denn selbst kleine kumulierte Abweichungen können die Flugstabilität beeinträchtigen.

Die eVTOL-Batterie stellt eigene Anforderungen an die Qualitätssicherung. Anders als die Batterien herkömmlicher Elektrofahrzeuge müssen eVTOL-Batterien beim Start und bei der Landung sehr hohe Leistung liefern. Zellqualität und thermisches Verhalten sind damit sicherheitsentscheidend. Zelldefekte müssen erkannt werden, bevor eine Batteriezelle verbaut wird. Zusätzlich stellt der eVTOL-Antrieb besondere Anforderungen an die Integrität der Wicklung und an die Wärmeableitung.

Die drei klassischen Zelldefekte, die unten dargestellt sind, müssen erkannt werden, bevor eine Zelle überhaupt in die Montage gelangt

Alle drei Defekte sind von außen unsichtbar und werden vor der Montage zerstörungsfrei mit industrieller Computertomographie (CT) erkannt.

Battery CT scan showing electrode overhang and anode/cathode misalignment

Elektroden-Überstand

Versatz von Anode und Kathode an den Zellkanten.

Risiko: Interner Kurzschluss.

Battery CT image highlighting metallic contamination between electrode layers

Metallpartikel

Verunreinigungen aus der Zellproduktion.

Risiko: Thermisches Durchgehen.

Battery CT scan displaying bent current collector tab and weld deformation

Tab-Verbiegung

Verformte Ableiter (Tabs) oder Schweißfehler.

Risiko: Leistungsverlust, Erwärmung.

Checkliste: Qualitätssicherung für eVTOL im Überblick

Zwei Fertigungswelten zusammenzubringen, die Luft- und Raumfahrt mit ihrer Tradition kleiner Stückzahlen und manueller Prüfung und die höheren Stückzahlen der eVTOL-Produktion, ist der Grund, warum automatisierte Inline-Messung und eVTOL-Tests nicht mehr optional, sondern unverzichtbar sind.

Composite-Strukturen auf Delamination, Poren und Harzqualität prüfen
Form- und Lagetoleranzen (GD&T) sowie enge Toleranzen an Motoraufnahmen, Wellen und Rotoren sicherstellen
Gewicht und Wuchtung an allen Auftriebspunkten bestätigen
Batteriezellen auf Elektroden-Überstand, Metallpartikel und Tab-Verbiegung prüfen
Wicklungen des Elektromotors und Nutkeile am Stator kontrollieren
Rückverfolgbare, dokumentierte Messdaten für die FAA-/EASA-Zertifizierung zusammenstellen
Automatisierte Inline-Prüfung in den Produktionsprozess integrieren

Welche Mess- und Prüfmethoden sichern die eVTOL-Qualität?

X‑ray and CT inspection views showing the internal structure, wiring, and cells of a lithium-ion battery module.

Wegen der Gewichtsempfindlichkeit von eVTOLs sind die Sicherheitsmargen klein, und die Prüfung muss zugleich präzise und schnell sein. Die folgenden Methoden greifen über den gesamten Produktionsprozess hinweg ineinander.

Battery cell X-ray analysis in ZEISS INSPECT visualizing electrode layers, electrical connections, and dimensional inspection results.

Röntgen: 2D-Röntgensysteme prüfen Motorgehäuse mit schneller, kontrastreicher Bildgebung auf Porosität und Lunker. Die Computertomographie (CT) untersucht komplexe Bauteile zerstörungsfrei; bei Batterien macht sie inneren Elektrodenversatz, Verunreinigungen und fehlerhafte Beschichtungen sichtbar. Eine KI-gestützte Auswertung beschleunigt die Entscheidungsfindung, indem sie Defekte erkennt und klassifiziert; bei additiv gefertigten Teilen findet die CT innere Poren oder eingeschlossenes Pulver.

Optische 3D-Digitalisierung: Erfasst in Sekunden Millionen von Messpunkten, gleicht ein Bauteilprofil mit dem CAD-Modell ab und prüft die großen Formen zum Aushärten von Kohlefaserteilen, um Verzug frühzeitig zu erkennen.

KMG: Prüft Motorgehäuse, Wellen und Strukturschnittstellen auf Mikrometer-Toleranzen; Multisensor-Systeme verbinden taktile und optische Messung.

Industrielle Mikroskopie: Unterstützt die metallurgische und werkstoffkundliche Analyse, von der Oberflächenprüfung bis zur Charakterisierung neuer Leichtbaulegierungen und Composites.

3D-Testing und Photogrammetrie: Die vollflächige Verformungsanalyse während Ermüdungs- und Strukturtests bestätigt, dass eine Aerostruktur sich wie in der Simulation vorhergesagt verhält – zentral für die Prüfung in der Luft- und Raumfahrt und die Zertifizierung.

Qualitätssicherung über den gesamten eVTOL-Lebenszyklus

Eine zentrale Stärke der ZEISS Messtechniklösungen für die Luft- und Raumfahrt ist, dass sie den gesamten Produktlebenszyklus abdecken und nicht nur einen einzelnen Fertigungsschritt. In der Forschung und Entwicklung validieren optische 3D-Bewegungs- und Dehnungsanalysen sowie Gefügeuntersuchungen neue Konstruktionen. In der Produktion sorgen Inline-Messung, Werkzeugverschleiß-Überwachung und geschlossene Datenrückführung für gleichbleibende Qualität in der Serie. In Wartung, Instandsetzung und Überholung (MRO) vergleichen Reverse Engineering und Oberflächendefektanalyse verschlissene Teile mit ihrem Ausgangszustand

Die Prinzipien, die ZEISS auf Flugzeugstrukturen, Hubschrauber und Raumfahrtkomponenten anwendet, lassen sich unmittelbar auf diese neue Klasse von Fluggeräten übertragen.

Welche ZEISS Lösungen unterstützen die eVTOL-Fertigung und -Prüfung?

ZEISS bietet ein umfassendes, vernetztes Portfolio: taktile, optische, Röntgen- und Mikroskopie-Technologien sowie integrierte Software für rückverfolgbare, weltweit verfügbare Qualitätsdaten. Die folgenden Lösungen sind für eVTOL besonders relevant.

Ein eVTOL ist ein elektrisches Senkrechtstart- und -landeflugzeug, das mit elektrischem Antrieb ohne Start- und Landebahn senkrecht startet, schwebt und landet. Die meisten Konzepte sind für die Advanced Air Mobility und die urbane Luftmobilität als leisere, emissionsfreie Alternative zu Hubschraubern gedacht.
Es gibt vier Grundtypen: Multirotor mit festen Rotoren und ohne Tragfläche; Lift-plus-Cruise mit zusätzlicher Tragfläche und separaten Reiseflugpropellern; Kipprotor (Vectored Thrust), das seine Rotoren zwischen Senkrechtauftrieb und Vorwärtsflug schwenkt; und Kippflügel (Tilt-Wing), das dazu die gesamte Tragfläche schwenkt.
Hersteller kombinieren dimensionelle Messtechnik, Computertomographie, optische 3D-Digitalisierung und zerstörungsfreie Prüfung mit Struktur- und Verformungstests. So wird nachgewiesen, dass Composites, Batterien, Motoren und Strukturen die strengen Zuverlässigkeitsziele der Zertifizierung erfüllen.
Composites tragen Strukturlasten bei minimalem Gewicht, weshalb verborgene Defekte wie Delamination die tragende Struktur gefährden können. eVTOL-Batterien liefern hohe Leistung, wodurch Zelldefekte wie Elektroden-Überstand, Metallpartikel und Tab-Verbiegung zu sicherheitskritischen Risiken für ein thermisches Durchgehen werden.
Die Zertifizierung verlangt rückverfolgbare, datengestützte Qualitätsnachweise. Die industrielle Messtechnik erzeugt präzise, dokumentierte Messdaten über Forschung, Produktion und Wartung hinweg und liefert damit die Nachweise, die Behörden wie die FAA und die EASA erwarten.

Quellen und Hinweis

Disclaimer: This article provides general information on eVTOL aircraft and quality assurance. Product specifications and certification requirements are subject to change and ongoing technical development.

Sources:

www.faa.gov/air-taxis – FAA: Advanced Air Mobility and Air Taxis (Zertifizierungsrahmen)
www.easa.europa.eu – EASA: Special Condition VTOL (SC-VTOL)
www.nasa.gov/aam – NASA: Advanced Air Mobility Mission
ZEISS Messtechnik für die Luft- und Raumfahrt entdecken →
Sprechen Sie mit einem ZEISS Experten für Messtechnik in der Luft- und Raumfahrt →

eVTOL