Vom rauen Industrieeinsatz bis in den Weltraum

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Die Landeeinheit Philae der Rosetta-Mission bei der Arbeit Grafik: MPE / Faulhaber
Die Landeeinheit Philae der Rosetta-Mission bei der Arbeit Grafik: MPE / Faulhaber

Um in Luft- und Raumfahrttechnik Kosten gering zu halten, soll möglichst auf Sonderanfertigungen verzichtet werden. Baukastensysteme bringen hier viele Vorteile. Kleinstantriebe aus dem umfangreichen Faulhaber-Produktprogramm werden als funktionale Antriebssysteme aus Motor, Getriebe, Bremse und Encoder angeboten. Die einzelnen Antriebskomponenten sind optimal aufeinander abgestimmt, arbeiten perfekt zusammen und erreichen so eine sehr hohe Effizienz. Diese Lösungen haben sich in Anwendungen der Luft- und Raumfahrt bewährt, dazu gehören u.a. das Projekt mit der Raumsonde Rosetta und dem ballistischen Lander Philae oder das StarTiger-Programm der ESA. Bei unbemannten Luftfahrzeugen sorgen DC-Kleinstmotoren als Antrieb in der Kraftstoffpumpe für den nötigen Druck in einem 200 g leichten Einspritzsystem. Schließlich bringen Kleinantriebe im Flugverkehr mehr Komfort für Passagiere, z.B. durch automatisierte Fensterverdunkelungen.

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Eine Million Kilometer von der Sonne entfernt ist es heißer als auf ihrer Oberfläche. Warum das so ist, wollen Forscher mithilfe zweier Satelliten klären, die ab 2017 die Sonne umkreisen werden.  Foto: ESA
Eine Million Kilometer von der Sonne entfernt ist es heißer als auf ihrer Oberfläche. Warum das so ist, wollen Forscher mithilfe zweier Satelliten klären, die ab 2017 die Sonne umkreisen werden.
Foto: ESA

Die Luft- und Raumfahrttechnik stellt hohe Anforderungen an die eingesetzten Kleinstantriebe. Doch auch in anderen Industriebereichen, wie zum Beispiel der Medizintechnik, dem Transportwesen, der Militärtechnik oder in Kernkraftwerken sind die Anforderungen sehr hoch. Was sich also in Luft- und Raumfahrt bewährt hat, kann sich auch dort Einsatzbereiche erschließen.

Anspruchsvolle Anwendungen fordern heute von Kleinstantrieben unter anderem hohe Zuverlässigkeit, geringes Gewicht, hohe Leistungsdichte, geringes Trägheitsmoment, hochgenaues Positionieren und geringen Stromverbrauch. In Spezialanwendungen kommen dann noch Eigenschaften wie Vakuumtauglichkeit, Verträglichkeit hoher Temperaturunterschiede, Robustheit gegen Vibrationen und hohe Beschleunigungen dazu.
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Modularität ist Trumpf
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Der Koronagraph, der auf dem beschatteten Satelliten die Strahlung des Sonnenkranzes einfangen soll, wurde auf einem Hexapod montiert.  Foto: Symetrie
Der Koronagraph, der auf dem beschatteten Satelliten die Strahlung des Sonnenkranzes einfangen soll, wurde auf einem Hexapod montiert.
Foto: Symetrie

Selbstverständlich stellt kaum eine Anwendung diese Anforderungen gleichzeitig. Allen Anwendungen gemeinsam ist aber der Wunsch auf Sonderanfertigungen zu verzichten, um die Kosten möglichst gering zu halten. Modulare Standardprogramme können hier ihre Vorteile ausspielen: Kleinstantriebe aus dem umfangreichen Faulhaber-Produktprogramm werden als funktionale Antriebssysteme aus Motor, Getriebe, Bremse und Encoder angeboten. Die einzelnen Antriebskomponenten sind optimal aufeinander abgestimmt, arbeiten perfekt zusammen und erreichen so eine sehr hohe Effizienz.

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Auf der Erde, in den Wolken und im Weltraum bewährt

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Unbemannte Luftfahrzeuge, benötigen zuverlässige Antriebssysteme, die mit geringsten Treibstoffmengen lange Flugzeiten ermöglichen.  Grafik: Faulhaber
Unbemannte Luftfahrzeuge, benötigen zuverlässige Antriebssysteme, die mit geringsten Treibstoffmengen lange Flugzeiten ermöglichen.
Grafik: Faulhaber

Einsatzbereiche mit extremen Anforderungen für modularen Kleinantriebe finden sich viele, zum Beispiel beim Projekt mit der Raumsonde Rosetta und dem ballistischen Lander Philae. Auch hier sollte aus Kostengründen möglichst auf Sonderentwicklungen verzichtet werden. Beim Schönaicher Kleinantriebsexperten fanden die Entwickler geeignete Standardantriebe, die alle mechanischen Anforderungen erfüllten; den besonderen Bedingungen des Weltalls konnte dann durch wenige, nicht allzu kostenträchtige Modifikationen Rechnung getragen werden.

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Die kompakte Einspritzanlage mit Steuerungsmodul, Pumpe, Druckspeicher, Zündmodul, Einspritzdüse und Sensoren wiegt nur 200 g  Foto: Currawong
Die kompakte Einspritzanlage mit Steuerungsmodul, Pumpe, Druckspeicher, Zündmodul, Einspritzdüse und Sensoren wiegt nur 200 g
Foto: Currawong

Die ESA (European Space Agency) plant für 2017 in ihrem StarTiger-Programm den Start zweier Satelliten um zu klären, warum es eine Million Kilometer von der Sonne entfernt heißer ist als auf ihrer Oberfläche. Für die präzise Positionierung der dazu notwendigen Messinstrumente sorgen Hexapoden. Angetrieben werden auch diese präzisen parallelkinematischen Positioniersysteme von DC-Kleinstmotoren aus Schonaich, die dann im Weltraumeinsatz ihre Leistungsfähigkeit beweisen können.

Unbemannte Luftfahrzeuge sind ein weiterer äußerst anspruchsvoller Einsatzbereich. Auch hier haben sich Lösungen der Kleinantriebsexperten bewährt, nämlich in einem 200 g leichten Einspritzsystem. DC-Kleinstmotoren sorgen hier als Antrieb in der Kraftstoffpumpe für den nötigen Druck im Einspritzsystem. Hohe Leistungsdichte bei geringem Gewicht und große Zuverlässigkeit sind die Eigenschaften, die ihnen diese Anwendung abverlangt.

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PRECIstep-Scheibenmagnetmotor mit redundanten Wicklungen  Bild: Faulhaber / Precistep
PRECIstep-Scheibenmagnetmotor mit redundanten Wicklungen
Bild: Faulhaber / Precistep

Sicherheit spielt in vielen Anwendungsfällen eine wichtige Rolle. Ein kleiner, zweiphasiger Schrittmotor mit zwei Wicklungen pro Phase kann dann die Grundlage für miniaturisierte, ausfallsichere Antriebslösungen bilden.

In der Flugsicherheit kommen Kleinstantriebe zum Einsatz zum Beispiel bei der Arretierung von Kabinentüren, Notausgängen oder des Pilotensitzes, der für Start und Landung in einer bestimmten Position fixiert sein muss. Eine weitere Anwendung ist die Verstellung der Ventile, die den Druck in der Klimaanlage regulieren. Um sich langfristig im Wettbewerb zu behaupten, müssen Fluglinien und Kabinenausrüster aber neben Sicherheit auch auf höheren Komfort für die Passagiere setzen, z.B. mit per Knopfdruck ausfahrbaren Halterungen für Tablett-PCs oder automatisierte Fensterverdunkelungen. Der Bedarf an „flugtauglichen“ Antriebssystemen, die vor allem zuverlässig, langlebig, klein und leicht sein müssen, steigt also ständig.

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Antriebe, die in Flugzeugsitzen verbaut werden, um den Komfort der Passagiere zu erhöhen, müssen eine ganze Reihe spezieller Anforderungen erfüllen.  Bild: Faulhaber
Antriebe, die in Flugzeugsitzen verbaut werden, um den Komfort der Passagiere zu erhöhen, müssen eine ganze Reihe spezieller Anforderungen erfüllen.
Bild: Faulhaber

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Die Antriebsexperten aus Schönaich
Die Faulhaber-Gruppe mit ihren 1.600 Mitarbeitern ist spezialisiert auf Entwicklung, Produktion und Einsatz von hochpräzisen Klein- und Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen bis zu 200 Watt Abgabeleistung. Dazu zählt die Realisierung von kundenspezifischen Komplettlösungen ebenso wie ein umfangreiches Programm an Standardprodukten wie bürstenlose Motoren, DC Kleinstmotoren, Encoder und Motion Controller. Die Marken der Faulhaber-Gruppe gelten weltweit als Zeichen für hohe Qualität und Zuverlässigkeit in komplexen und anspruchsvollen Anwendungsgebieten wie Medizintechnik, Bestückungsautomaten, Präzisionsoptik, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie Robotik. Vom Mikroantrieb mit 1,9 mm Durchmesser bis zum leistungsstarken 44-mm-DC-Kleinstmotor kombinierbar mit verschiedenen Präzisionsgetrieben, bietet das Unternehmen zuverlässige Systemlösungen für eine Vielzahl von Anwendungen.

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