antriebstechnik 11/2018

ELEKTROMOTOREN I TITEL
03 Der Precistep-Schrittmotor mit 8 mm
Durchmesser und 13,8 mm Länge liefert
ein Drehmoment von 0,65 mNm
Frequenz registrieren. Unterstützt wird die
Messung von Geräten, die Windstärke,
Luftdruck, Temperatur und das Magnetfeld
aufzeichnen. So lassen sich Informationen
gewinnen, ob detektierte Schwingungen
wirklich seismischen Ursprungs sind oder
nur das Resultat von Störfaktoren auf der
Marsoberfläche. In Summe kann das
Instrument Erschütterungen detektieren,
die den Boden des roten Planeten um
weniger als die Dicke eines Wasserstoffatoms
auslenken. Die NASA spricht deshalb
„vom sensibelsten Seismometer, das je gebaut
wurde.“ Die hohe Präzision ist nur deshalb
möglich, weil das von drei Faulhaber-
Schrittmotoren elektrisch angetriebene
Positioniersystem eine ausgeklügelte Nivellierung
vornimmt. Entwickelt wurde das
System übrigens in Deutschland am Max-
Planck-Institut für Sonnensystemforschung
in Göttingen.
Materialausdehnungen
kompensieren
Zur hohen Messgenauigkeit trägt zudem
ein thermischer Ausgleich des Federmechanismus
des Seismometers bei. Das
ist notwendig, weil die Temperaturen auf
dem Mars im Wechsel der Jahreszeiten
stark variieren. Die unterschiedlichen
Temperaturen lassen Werkstoffe schrumpfen,
sich ausdehnen und ihre Festigkeit
verändern. Das hat auch auf den Federmechanismus
Auswirkungen. Drei weitere
Schrittmotoren von Faulhaber (Serie
AM0820) haben deshalb die Aufgabe,
diese Veränderungen auszugleichen. Sie
messen im Durchmesser lediglich 8 mm,
sind knapp 14 mm lang und liefern ein
Drehmoment von 0,65 mNm. Sie arbeiten
mit einer Auflösung von 20 Schritten pro
Umdrehung und sind mit Planetengetrieben
gleichen Durchmessers kombiniert.
Die Edelstahlgetriebe sind für den Einsatz
auf dem Mars mit einem speziellen Schaft
versehen und haben ein besonders beschichtetes
Kugellager.
Weltraumtaugliche Schmierung
der Kugellager
Der Bau des Seismometers lang vornehmlich
in der Hand von Sodern, einer
Tochtergesellschaft der Ariane-Gruppe
aus Frankreich. Bei der Evaluation der
Antriebstechnik war Sodern auf der
Suche nach der besten technischen Ausstattung.
„Das war schon eine aufwändige
Recherche“, blickt Pressesprecher Rémy
Lambertin zurück. „Wir waren schließlich
in Begriff, eines der kleinsten Instrumente
zu bauen, das wir jemals auf den Mars geschickt
haben.“ Und kleiner bedeutet, dass
die Konstruktion auch zerbrechlicher ist.
Folglich lag die Messlatte hoch bei Aspekten
wie Robustheit, Langlebigkeit und
Betriebssicherheit.
Eine besondere Herausforderung beim
Einsatz innerhalb des Seismometers bestand
nach Auskunft von Rémy Lambertin
darin, die Antriebstechnik wirksam zu
schmieren. Ein spezielles Schmiermittel
ist deshalb notwendig, weil auf der Marsoberfläche
ein durchschnittlicher Druck
von lediglich 6,36 hPa herrscht. Das entspricht
in etwa dem Luftdruck auf der Erde
in 35 Kilometern Höhe. Die verlässliche
Schmierung der Kugellager der Motoren
sowie der Gleitteile der Getriebe mit einem
Produkt aus dem Hause Dicronite gehört
zu den entscheidenden Faktoren, um auf
der Marsoberfläche spielfrei und mit langer
Lebensdauer zu arbeiten.
Mindestens 160 Korrekturzyklen soll
die gemeinsam mit der französischen
Faulhaber Tochtergesellschaft konzipierte
Schrittmotor-Antriebslösung auf dem
Mars über einen Zeitraum von zwei Jahren
durchhalten. Die auf der Erde unternommenen
Lebensdauertests waren sogar auf
sechs Jahre ausgelegt – und dieses in
einem thermischen Arbeitsbereich von
– 120 bis + 70 °C. Kein Wunder eigentlich,
dass die Motoren die Tests mit Bravour
bestanden haben, Schrittmotoren von
Faulhaber haben sich schließlich in solch
anspruchsvollen Umgebungsbedingungen
bereits in anderen Mars-Missionen der
NASA und ESA bewährt. Die insgesamt
sechs Antriebsachsen arbeiten im SEIS mit
einer Positioniergenauigkeit, deren Toleranz
unter 0,1° liegt. Ihre Spielfreiheit
gewährleistet eine dauerhafte hohe Wiederholgenauigkeit
der Verfahrwege. Mit
ihrer Präzision und Zuverlässigkeit werden
die kleinen Schrittmotoren jetzt entscheidend
dazu beitragen, die Frage zu klären,
ob der Mars bebt.
Fotos: Aufmacher, 01 + 02: Sodern Ariane Group 2018;
03: Faulhaber
www.faulhaber.com
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