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DER KONSTRUKTEUR 4/2018

DER KONSTRUKTEUR 4/2018

ANTRIEBSTECHNIK 03 03

ANTRIEBSTECHNIK 03 03 Die Schrittmotoren wurden an die harten Anforderungen auf der Marsoberfläche angepasst Aufnahmen mit unterschiedlicher Polarisation erzeugt. „Geplant ist, täglich zehn Bilder zur Erde zu schicken“, fährt Jones fort. Was auf den ersten Blick recht wenig klingt, entpuppt sich in der Praxis durchaus als anspruchsvoll: Zunächst erstellt die Kamera für jedes Bild drei Aufnahmen. Diese werden dann jeweils zur Erde geschickt und dort für das endgültige Bild übereinandergelegt. Mehr als zehn Bilder pro Tag sind aufgrund der geringen Datenbandbreite der Funkkommunikation zwischen Mars und Erde nicht möglich. Jedes Funksignal zwischen den benachbarten Planeten ist zudem ungefähr 20 Minuten unterwegs. Elf Objektivfilter pro Rad ermöglichen es, den Pan-Cam-Weitwinkelkameras unterschiedliche Aufnahmen mit veränderten Polarisationen zu machen. Die Filterräder rotieren und müssen für scharfe Bilder exakt in Position gebracht werden. Als Antrieb setzt MSSL an jeder Achse einen Schrittmotor aus dem Precistep-Schrittmotor- Portfolio von Faulhaber ein. Für diese Wahl sprachen gleich mehrere Gründe: Die MSSL- Ingenieure waren bei der Entwicklung der Panoramakamera auf der Suche nach Motoren, die unter Marsbedingungen verlässlich und präzise positionieren und dazu auch noch sehr klein bauen. Schrittmotoren empfehlen sich für diese außergewöhnliche Applikation außerdem, weil sie ohne Positionsrückmeldung je nach Ausführung mit www.DerKonstrukteur.de „SCHRITTMOTOREN KÖNNEN NICHT NUR IM WELTRAUMEINSATZ HOHE ANFORDERUNGEN ERFÜLLEN“ Andreas Seegen, Leiter Marketing bei Faulhaber DIESE SCHRITTMOTOREN KÖNNEN AUF DEM MARS ÜBERLEBEN einer Auflösung von bis zu 1 280 Schritten pro Umdrehung genau positionieren und in der Handhabung deutlich einfacher und robuster sind als klassische Servomotoren. Auch der Fokussiermechanismus der hochauflösenden Kamera wird deshalb von einem solchen Precistep Schrittmotor angetrieben. Der Rotor besteht aus einem Kunststoffträger für zehn bis zwölf magnetische Polpaare, je nach Motorausführung. Das große Magnetvolumen garantiert ein hohes Drehmoment. Der Motor folgt exakt dem außen angelegten Feld, ohne dass er dafür aufwändig geregelt werden muss. „Der Schrittmotor ist somit die perfekte Lösung für unsere optische Anwendung, da er die Objektiveinstellung dank seines Rastmoments auch ohne Strom halten kann. Zudem werden durch die Ansteuerung im offenen Regelkreis Jitter (Servozittern) vermieden; es entstehen sehr scharfe und klare Bilder“, erklärt Sébastien Vaneberg, Vertriebsingenieur bei der Faulhaber Precistep SA. Diese Schweizer Gesellschaft ist innerhalb der Faulhaber Group auf besonders kleine Schrittmotoren spezialisiert. Der Motoraufbau und eigens entwickelte Fertigungsverfahren erlauben eine schnelle Anpassung der Antriebe an kundenspezifische Anforderungen. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Was sich in Luft- und Raumfahrt bewährt, bietet auch für andere anspruchsvolle Einsatzbereiche gute Voraussetzungen. Hohe Zuverlässigkeit, wenig Gewicht, hohe Leistungsdichte, geringes Trägheitsmoment, hochgenaues Positionieren und geringer Stromverbrauch sind in vielen Anwendungen gewünscht. Anforderungen wie Vakuumtauglichkeit, Verträglichkeit hoher Temperaturunterschiede, Robustheit gegen Vibrationen und hohe Beschleunigungen können die Kleinstantriebe ebenso erfüllen. Dank des modularen Standardprogramms genügen meist geringe Modifikationen, um auch eher speziellen Aufgabenstellung Rechnung zu tragen. AN DIE ANWENDUNGSANFORDERUNGEN ANGEPASST Die an den Rotationsachsen im Filterwechselsystem der Pan Cam eingesetzten zweiphasigen Schrittmotoren der Serie AM1020 beispielsweise messen im Durchmesser lediglich 10 mm, sind knapp 16 mm lang und liefern ein Drehmoment von 1,6 mNm. Sie arbeiten mit einer Auflösung von 20 Schritten pro Umdrehung und sind mit einem Präzisionsgetriebe gleichen Durchmessers kombiniert, das eine Übersetzung von 64:1 liefert. In enger Engineering-Zusammenarbeit mit MSSL haben die Antriebsspezialisten die Motoren zudem für den kommenden Einsatz auf der Marsoberfläche entsprechend angepasst. Hierzu zählen zum Beispiel ein vakuumtauglicher Trockenschmierstoff sowie angepasste Sinterlager. „Die Motoren müssen auf dem Mars überleben können“, bringt Jonathan Jones die Anforderungen an die Antriebe auf den Punkt. Und damit später nach der Landung nichts dem Zufall überlassen bleibt, testet das Mullard Space Science Laboratory die Komponenten der Panoramakamera aktuell in einer Versuchsumgebung. Die Rahmenbedingungen bei den Tests gehen dabei noch über die Verhältnisse auf dem Mars hinaus. Die Antriebe müssen 5 000 Zyklen positionieren und dabei wechselnden Temperaturen zwischen - 130 und + 50 °C ertragen. „Der Versuch läuft und die Motoren übertreffen unsere Erwartungen“, freut sich Jonathan Jones. „Auf dem Markt haben wir nichts Vergleichbares gefunden, als es um die Konzeption der Antriebe ging.“ Faulhaber gehört zudem zum Standard der European Space Agency (ESA). Bilder: Aufmacherbild, 01 und 02 ESA/ATG medialab; 03 Faulhaber www.faulhaber.com 20 DER KONSTRUKTEUR 4/2018

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