Hotfire-Test Case-Study IPL

Wenn ein selbstentwickeltes Raketentriebwerk auf dem Prüfstand zum ersten Mal Feuer fängt, entscheidet sich in wenigen Sekunden, ob aus monatelanger Konstruktion belastbare Daten oder ein dramatischer Stillstand werden. In dieser einen Sekunde hängt sehr viel an der Sensorik und an Menschen, die diese Sensorik verstehen. Wie ein französisches Studententeam aus dieser Mischung einen internationalen Wissenschaftspreis gewonnen hat, lesen Sie hier.

Wie das Innovative Propulsion Lab mit unseren Thermoelementen einen EUCASS Award gewann

Thermoelemente im Hotfire Test sind die unauffälligen Hauptdarsteller jeder seriösen Triebwerksentwicklung. Sie liefern Daten, an denen sich später Konstruktion, Werkstoffwahl und Sicherheitsabstände entscheiden, und sie tun das unter Bedingungen, die wenige Bauteile aushalten. Genau dort hat das Innovative Propulsion Lab, ein französisches Studententeam für Antriebsforschung, im vergangenen Jahr mit Sensorik aus unserer Fertigung gearbeitet. Aus dieser Zusammenarbeit ist ein wissenschaftliches Paper entstanden, das bei einer internationalen Aerospace-Konferenz mit dem Best Student Paper Award ausgezeichnet wurde. Diese Case Study zeigt, wie es dazu kam und was daraus für industrielle Anwender folgt.

Wer das Innovative Propulsion Lab ist

Das Innovative Propulsion Lab, kurz IPL, ist ein studentisches Forschungsteam aus Frankreich. Die Gruppe entwickelt Liquid Rocket Engines, also Raketentriebwerke mit flüssigen Treibstoffen, und betreibt dafür einen eigenen Hotfire-Prüfstand. Anders als bei vielen Hochschulprojekten geht es hier nicht um Modellraketen mit Festtreibstoff, sondern um Antriebe, die in puncto Komplexität und Sicherheitsanforderungen erheblichen Aufwand erfordern.

Wir bei Therma haben das Team im vergangenen Jahr erstmals mit Sensorik unterstützt. Die Anfrage kam aus dem Forschungsumfeld, wo unsere Produkte seit Jahren auch durch Universitätsteams im Motorsport eingesetzt werden, und passte nahtlos in unsere Linie. Aus einer punktuellen Sponsoring-Aktion ist eine über mehrere Projektphasen tragende Kooperation geworden, die das Team auch öffentlich auf LinkedIn dokumentiert hat.

Was eine Liquid Rocket Engine vom Hobbyprojekt unterscheidet

Eine Liquid Rocket Engine bringt Treibstoff und Oxidator getrennt in eine Brennkammer und reguliert die Verbrennung über Förderpumpen, Ventile und Einspritzgeometrien. Damit ist sie steuerbar, aber technisch deutlich anspruchsvoller als ein simpler Festtreibstoffmotor. Für die Sensorik bedeutet das viele Messpunkte, hohe Temperaturgradienten und eine sehr hohe Anforderung an Messsicherheit.

Warum Studententeams in der Antriebstechnik so wichtig sind

Studentische Antriebsteams sind heute oft die ersten, die neue Konfigurationen testen, weil sie keine Legacy-Systeme zu pflegen haben. Sie iterieren schnell, dokumentieren öffentlich und arbeiten eng mit Forschungseinrichtungen zusammen. Diese Iterationsgeschwindigkeit macht sie für uns zu sehr wertvollen Praxispartnern.

Warum Thermoelemente im Hotfire Test entscheidend sind

Ein Hotfire-Test bringt das Triebwerk fest auf einem Prüfstand verankert zur kontrollierten Zündung. Ziel ist nicht der Flug, sondern eine vollständige Charakterisierung des Aggregats unter realer Last. Thermoelemente im Hotfire Test sind dabei die schnellste und zugleich robusteste Möglichkeit, Temperaturen an heißen Bauteilen aufzuzeichnen.

Gemessen wird typischerweise an mehreren Punkten gleichzeitig, etwa an Brennkammer, Düse, Treibstoffleitungen und Strukturteilen. Aus den Kurven dieser Messstellen lassen sich Wärmeflüsse rekonstruieren, Materialgrenzen verifizieren und Modellrechnungen kalibrieren. Wer diese Daten nicht hat, fliegt blind durch die Auslegung.

Für eine technische Vertiefung zur Sensorauswahl im Aerospace-Umfeld empfehlen wir den Pillar-Beitrag Temperatursensor im Raketentest und Aerospace. Dort sind die grundsätzlichen Anforderungen, Werkstofffragen und Vergleichskriterien zwischen Thermoelement und Widerstandsthermometer in Anwendung im Aerospace-Bereich beschrieben.

Was Hotfire bedeutet

Hotfire bezeichnet die kontrollierte Zündung des Triebwerks am Boden, in der Regel über ein definiertes Burn-Window von wenigen Sekunden bis zu mehreren Minuten. Während dieser Zeit laufen alle Subsysteme im Realbetrieb. Sensorik, die hier ausfällt, fehlt im entscheidenden Moment.

Welche Messgrößen sicherheitsrelevant sind?

Sicherheitsrelevant sind vor allem Temperaturen an Brennkammerwänden, Düsenhälsen und an Bauteilen unmittelbar stromabwärts der Einspritzung. Hinzu kommen Strukturtemperaturen an Stellen, an denen Werkstoffe unter Hitze und Druck gleichzeitig belastet werden. Jede einzelne dieser Messstellen entscheidet mit, ob der Test fortgesetzt oder abgebrochen wird.

Warum Ansprechzeit und Robustheit gleichzeitig zählen

Eine zu langsame Reaktion verschluckt den eigentlichen Temperaturpeak, eine zu fragile Bauform überlebt die mechanischen Lasten am Prüfstand nicht. Beides muss zugleich gelöst sein, und genau das ist die Domäne mineralisolierter Mantelelemente und sauber konstruierter Einbauten.

Welche Sensoren das Team von uns eingesetzt hat

Im Aufbau des Teams sind in der vergangenen Saison im Wesentlichen zwei Bauformen aus unserer Fertigung zum Einsatz gekommen. Die Auswahl fiel weniger über Datenblattvergleich als über die konkrete Einbausituation und die zu erwartende Temperaturklasse. Das ist in unseren Augen die einzig sinnvolle Reihenfolge, wenn Sensorik unter realen Bedingungen funktionieren soll.

Konkret haben wir das Einschraub-Thermoelement Typ K mit Glasfaser für Messstellen mit Gewinde an druckführenden Bauteilen geliefert sowie das Oberflächen-Thermoelement Typ K mit Kapton für flache Strukturmessungen am Triebwerksgehäuse. Beide Bauformen stammen aus unseren Standardkategorien für Einschraub-Thermoelemente und Oberflächen-Thermoelemente, beide gefertigt in Lindlar.

Die wichtigsten Gründe für genau diese Konfiguration:

• Einschraubvariante mit Glasfaserisolierung für eine dichte und hochtemperaturbeständige Anbindung an druckführende Komponenten
• Oberflächensensor mit Kapton-Klebefolie für eine schnelle Applikation ohne Bohrungen oder Vorbereitungen am Bauteil
• Glasfaserisolierung mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit auch in unmittelbarer Nähe heißer Komponenten
• Bauformen, die ein studentisches Team selbst sicher montieren und tauschen kann, ohne Spezialwerkzeug

Einschraub-Thermoelement Typ K mit Glasfaser

Diese Bauform sitzt in einem Gewinde und führt die Messspitze definiert in das zu messende Medium oder Bauteil. Glasfaser als Isolierung erlaubt hohe Dauertemperaturen und ist gegen mechanische Reibung am Mantel deutlich unempfindlicher als reine Kunststoffisolierungen.

Oberflächen-Thermoelement Typ K mit Kapton

Der Sensor wird auf eine Bauteilfläche aufgeklebt und liefert die Temperatur der Oberfläche, ohne in das Bauteil eindringen zu müssen. Für Strukturmessungen unter Zeitdruck im Vorfeld eines Hotfire ist das eine sehr pragmatische Lösung.

Warum die Bauform mehr über das Ergebnis sagt als der reine Messbereich

Ein Thermoelement vom Typ K kann theoretisch in vielen Konfigurationen in einem Raketentriebwerksumfeld arbeiten. Über die Qualität der Messung entscheidet aber, wie und wo der Sensor sitzt, wie thermisch eingekoppelt er ist und wie schnell er auf Änderungen reagiert. Die Bauform ist hier praktisch immer der Hebel.

Wie der Hotfire-Test konkret ablief

Auf dem Prüfstand wurde das Triebwerk fest fixiert, die Treibstoff- und Oxidatorleitungen waren angeschlossen, alle Sensoren mit Vergleichsstelle und Datenerfassung verkabelt. Die Sensorik des Teams war auf Brennkammer, Düsenbereich und tragende Strukturen verteilt, ergänzt um Kontrollpunkte an den Versorgungsleitungen. Das Bild ist klassisch für Hotfire-Aufbauten und unterscheidet sich nur in Details von industriellen Triebwerksprüfständen.

Die Zündung läuft sequenziell, beginnend mit der Treibstoffzufuhr, gefolgt von der Initialzündung und einem definierten Burn-Window. In dieser Zeit registrieren die Thermoelemente einen schnellen Temperaturanstieg, ein meist kurzes Plateau und anschließend ein Abklingen. Notabschaltungen sind in solchen Sequenzen vorgeplant und werden über Grenzwerte an genau diesen Sensoren ausgelöst.

Aus den Kurven dieses Tests konnte das Team sehr saubere Datensätze gewinnen. Saubere Daten bedeutet hier wenig Rauschen, plausible Anstiegsgradienten und eine klare Wiederholbarkeit über mehrere Zündungen. Das ist die Voraussetzung für jede weitere wissenschaftliche Auswertung. Bewegtbilder vom Prüfstand und der Sensorbestückung hat das Team in zwei Instagram-Beiträgen veröffentlicht, einer zur Aufbauphase mit montierter Sensorik und einer zum Hotfire selbst.

Sensorpositionen am Triebwerk

Sensoren wurden an Brennkammerwand, Düsenhals, Treibstoffleitung und mehreren Strukturpunkten platziert. Diese Verteilung erlaubt es, Wärme nicht nur lokal, sondern als Pfad durch das Triebwerk zu erfassen.

Was eine saubere Messkurve ausmacht

Eine saubere Messkurve zeigt einen klar identifizierbaren Anstieg, ein erwartetes Plateau und ein konsistentes Abklingen, ohne erratische Sprünge. Wo solche Sprünge doch auftreten, lassen sie sich auf konkrete Ursachen zurückführen, etwa eine Materialveränderung oder einen Sensorausfall.

Vom Messdatensatz zum preisgekrönten Paper

Aus den Messreihen der vergangenen Saison hat das IPL ein wissenschaftliches Paper geschrieben und auf der European Conference for AeroSpace Sciences eingereicht. Die Konferenz fand 2025 in Rom statt und ist eines der wichtigsten Foren für studentische und professionelle Beiträge zur Antriebsforschung. Das Paper ist öffentlich als PDF zugänglich und beschreibt die thermische Charakterisierung des Aggregats über die Hotfire-Sequenz.

Auf dieser Konferenz wurde der Beitrag mit dem Best Student Paper Award ausgezeichnet. Aus unserer Sicht ist das die schönste Form der Validierung, die Sensorik bekommen kann. Sie steht nicht in einem Marketingtext, sondern in einer Peer-Review-fähigen Quelle, die andere Forscher zitieren können.

Die EUCASS als Bewährungsfeld

Die EUCASS bringt Teams aus Hochschulforschung, Industrie und Raumfahrtorganisationen zusammen. Wer hier mit einem Paper besteht, hat eine Methodik vorgelegt, die vor einem fachlich harten Publikum standhält. Für ein studentisches Team ist das eine außergewöhnliche Bewährung.

Warum gute Daten der Anfang von guter Forschung sind

Eine wissenschaftliche Arbeit ist nur so belastbar wie die Daten, auf denen sie steht. Wenn die Sensorik bereits am Prüfstand wackelt, kann auch die beste Auswertung daraus keinen sauberen Befund machen. Genau deshalb beginnt die Qualität eines Papers oft schon Wochen vor dem Schreiben, beim Aufbau am Triebwerk.

Was IPL für Race2Space in Großbritannien plant

Die Saison 2026 geht für das Team an einen weiteren Standort. Mit einem überarbeiteten und deutlich leistungsstärkeren Triebwerk nimmt das IPL am Wettbewerb Race2Space im Vereinigten Königreich teil. Race2Space richtet sich an studentische Antriebsteams und stellt Anforderungen, die noch einmal deutlich über jenen der bisherigen Hotfire-Reihe liegen.

Race2Space als nächster Prüfstein

Race2Space fordert ein dokumentiertes Sicherheits- und Testkonzept, ein qualifiziertes Triebwerk und eine vor Ort durchgeführte Demonstration. Die Sensorik wird damit nicht nur Messmittel, sondern Teil des regulatorischen Nachweises.

Warum wir Studententeams im Aerospace Umfeld unterstützen

Unsere Arbeit ist seit über drei Jahrzehnten von einem klaren Anwendungsfokus geprägt, ursprünglich industriell, dann zunehmend im Motorsport bis hinauf in die Formel 1. Die Brücke zum Aerospace ist daraus organisch entstanden, weil viele Anforderungen sich gleichen, etwa hohe Temperaturen, kurze Ansprechzeiten, mechanische Lasten und reproduzierbare Messsicherheit. Studententeams sind in dieser Welt für uns inzwischen feste Auftraggeber.

Diese Kooperationen sind kein Marketingbaustein, sondern ein technischer Rückkanal in unsere eigene Fertigung. Wir lernen aus ungewöhnlichen Einbausituationen, aus den schnellen Iterationen der Teams und aus den Anforderungen, die sich aus den jeweiligen Wettbewerben ergeben. Wo Sensorik unter solchen Bedingungen besteht, besteht sie auch in industriellen Anwendungen.

Die wichtigsten Punkte, warum wir die Zusammenarbeit aktiv suchen:

• Direkter Praxisrückkanal aus extremen Anwendungen, die ein typischer Werkprüfstand selten erzeugt
• Belastungsstress-Test für unsere Bauformen, der unsere Standards laufend schärft
• Beitrag zur Nachwuchsförderung in Antriebs- und Messtechnik, einer der dünnen Stellen im deutschen wie europäischen Ingenieursnachwuchs

Vom Motorsport zum Aerospace

Motorsport hat uns gelehrt, mit hohen Beschleunigungen, Vibrationsspektren und Temperaturwechseln in sehr engen Einbausituationen umzugehen. Dieselben Anforderungen finden sich in einer Liquid Rocket Engine fast eins zu eins wieder, nur in einer anderen Domäne.

Was wir aus Studentenprojekten lernen

Studentische Teams stellen Fragen, die ein eingespielter Industriekunde nicht stellen würde, einfach weil sie keine Routine im Weg haben. Genau diese Fragen führen regelmäßig zu kleinen Verbesserungen an unseren Bauformen.

Was Sie als Ingenieur aus dieser Case Study mitnehmen können

Auch wenn Hotfire-Tests im industriellen Alltag selten sind, gilt die zugrundeliegende Logik in vielen Bereichen. Wo Sensorik unter Temperatur, Druck und mechanischer Last gleichzeitig arbeiten muss, entscheidet die Bauform vor dem Datenblatt. Das ist die wichtigste Übersetzung dieses Falls in den Werkalltag.

Die zweite Lehre liegt in der Ansprechzeit. Eine Messstelle, die zu träge reagiert, liefert glatte und scheinbar plausible Kurven, in denen aber die eigentlichen Ereignisse fehlen. In sicherheitskritischen Anwendungen ist genau dieser Punkt häufig der Unterschied zwischen einem dokumentierten Vorgang und einer übersehenen Anomalie.

Die dritte Lehre ist die Beratung. Bevor eine Sensorik bestellt wird, lohnt sich ein Gespräch über Einbausituation, Medium und Lastprofil. Wir kennen das aus dem Motorsport, aus dem Aerospace und aus klassischer Industrie, und in allen drei Bereichen sparen frühe Klärungen am Ende deutlich Zeit. Wenn Sie eine vergleichbare Aufgabe vor sich haben, sprechen Sie uns an.

Wann sich eine individuelle Lösung lohnt

Eine Sonderfertigung lohnt sich, sobald eine Standardgeometrie nicht zu der Einbausituation passt oder sobald Toleranzen über den Standard hinaus benötigt werden. Wir fertigen solche Sondermaße in der Regel innerhalb von ein bis zwei Wochen.

Fazit

Aus einer ersten Sponsoring-Anfrage des Innovative Propulsion Lab ist eine Zusammenarbeit geworden, an deren Ende ein Best Student Paper Award auf der EUCASS 2025 in Rom stand. Für uns ist das die belastbarste Form von Validierung, weil sie nicht aus einer Werbeumgebung kommt, sondern aus einer wissenschaftlichen Bewertung. Für das Team ist es die Bestätigung, dass eine sauber aufgebaute Hotfire-Reihe und solide Sensorik eine sehr gute Grundlage für Forschungsarbeiten sind.

Die nächste Station ist Race2Space im Vereinigten Königreich, mit einem leistungsstärkeren Triebwerk und einer angepassten Sensorbestückung. Wir bleiben am Projekt, beobachten die nächste Iteration mit Interesse und freuen uns über die Linie, die sich aus all dem ergibt. Wenn Sie eine vergleichbare Messaufgabe in der Industrie vor sich haben, lassen Sie sich von uns beraten.