Motoren im Härtetest

Hauseigenes Maxon-Labor

Motoren im Härtetest

Antriebssysteme für den Einsatz im industriellen Umfeld müssen viel aushalten. Doch die Anforderungen hinsichtlich Vibrationen, Schocks und Temperaturbeständigkeit steigen nochmals, wenn es um einen Einsatz im Weltall geht. Entsprechend harten Prüfungen müssen sich die Motoren dann zuvor im Labor stellen.

Die Europäische Weltraumorganisation ESA plant gemeinsam mit der russischen Roskosmos eine eigene Marsmission. 2016 soll unter dem Namen ExoMars eine Sonde auf die Reise zum Nachbarplaneten geschickt werden, zwei Jahre später folgt ein Mars-Rover. Dieser wird wohl etwas kleiner als sein Vorgänger sein, aber über eine Bohreinheit verfügen, mit der er Gesteinsproben aus zwei Metern Tiefe hochholen kann. Die Proben werden dann direkt im Rover analysiert.

Ein Astronaut erfährt beim Start einer Rakete ein drei- bis vierfaches der Erdbeschleunigung. Bei Kunstflugmanövern werden Maximalwerte bis 8g erreicht. Kein Vergleich zu dem, was die Technik beim Einsatz im Weltall aushalten muss. Deshalb werden Motoren und Getriebe im Entwicklungslabor von Maxon Motor im Schweizer Obwalden auf Herz und Nieren geprüft. Vor Ort findet sich jede Menge technisches Equipment – z.B. Vakuumkammern, Klima- und Temperatursysteme oder ein mechanischer Schocktester. Im zuletzt genannten Prüfgerät werden die die Motoren auf ihre Schockresistenz bis hin zu extremen Werte von 2.500g geprüft. Aktuell befinden sich Antriebssysteme für die ExoMars-Mission, konkret Motor/Getriebe-Kombinationen für die Radantriebe des Rovers, auf dem Prüfstand.

Zwei Jahre Laufzeit und mehr

Ergänzend zum Labor sind im Raum für die Lebensdauertests von Motoren endlose Reihen von Gerüsten aufgereiht, die alle mit unterschiedlichen Motoren und Steuerungen bestückt sind. Hier werden mehr als 1.000 Motoren auf ihre Lebensdauer getestet. Teilweise gibt es Antriebe, die bereits mehr als 20.000 Stunden laufen. Die Tests werden nahezu täglich von den Entwicklungsingenieuren des Labors überprüft. Besonders harten Testbedingungen müssen sich die Motoren stellen, die in bis zu 200°C heisse Ölbäder getaucht werden. Dabei handelt es sich um Maxon-HD-Antriebe, die speziell für Anwendungen in Öl entwickelt wurden, wobei auch durch leichte Modifikation ein Betrieb unter 200°C Luft möglich ist. Einsatzgebiete liegen zum Beispiel im Bereich der Tiefenbohrung – dort herrschen hohe Temperaturen, extreme Druckverhältnisse und starke Vibrationen, denen die HD-Antriebssysteme problemlos standhalten. Um sicherzustellen, dass diese Antriebe einwandfrei in der Tiefe funktionieren, sind kontinuierliche Tests unerlässlich.

Marsatmosphäre im Labor

Die robusten Motoren von Maxon sind ebenso für die Luft- und Raumfahrt geeignet, wie die mittlerweile stattliche Zahl an Referenzen belegt. Der erste Roboter, Sojourner, ein Rover mit sechs Rädern, der am 1997 auf dem Mars landete, war nur 10,5kg schwer. Fast drei Monate durchquerte er die sandige Landschaft und sendete Daten und Bilder zurück. Angetrieben wurde das Gefährt von elektrischen Maxon-DC-Motoren. Die hochstehenden Antriebe mit ihren eisenlosen Wicklungen waren an den Rädern angebracht und wurden für die Lenkung sowie die Bedienung der wissenschaftlichen Apparate benötigt. Nachfolger waren die Fahrzeuge Spirit und Opportunity. Drei Monate sollten sie ihren Dienst erfüllen; Spirit sendete sechs Jahre Signale zur Erde. Opportunity ist noch heute, elf Jahre nach der Landung, unterwegs. Zu jedem Rover sind 35 DC-Motoren von Maxon verbaut und dabei für den Antrieb der sechs Räder, den Steuerungsmechanismus, den Gesteinsbohrer, den Roboterarm und die Kameras zuständig. Zusätzlich wurden je acht Maxon-Motoren in den Landeeinheiten verwendet. Die fest stationierte Raumsonde Phoenix landete 2008 auf dem Mars und lieferte schon nach kurzer Zeit den Beweis dafür, dass es nicht nur an den beiden Polkappen Eis gibt, sondern auch in anderen Regionen unter der Oberfläche. Hier lieferte Maxon Motor neun Präzisionsantriebe der RE-Reihe für die Ausrichtung der Solar-Panels. Der Rover Curiosity ist 900kg schwer und landete im August 2012 auf dem Mars, ausgestattet mit einem Roboterarm sowie einem Chromatografen und einem Spektrometer zur Analyse der Gesteins- und Erdproben. In diesem Gefährt kommen Maxon-MR-Encoder zum Einsatz, die für die Steuerung der Motoren verantwortlich sind. Um die Motoren für ihren Einsatz im Rahmen der ExoMars-Mission vorzubereiten, findet man im Labor deshalb auch eine Vakuumkammer, mit der neben reinem Vakuum auch die dünne Marsatmosphäre simuliert werden kann. „Die Motoren werden in der Kammer genau den Umweltbedingungen ausgesetzt, wie sie auf dem Mars herrschen“, erklärt Entwicklungsingenieur Nico Steinert. „Nur so können wir dem Kunden garantieren, dass unsere Antriebe einwandfrei an diesem fernen Ort funktionieren.“ Die futuristisch wirkende Hochvakuumanlage wurde speziell für die ExoMars-Mission aufgebaut. Dort laufen Tests für die Motoren und Getriebe, die im Jahr 2018 auf dem Mars zum Einsatz kommen sollen. Mit der Kammer kann ein Druck von unter 10-6mbar und Temperaturen von -150 bis +200°C erreicht werden. Durch das hauseigene Entwicklungslabor ist Maxon Motor in der Lage, seine Antriebssysteme ausführlich zu prüfen und eventuell auftretende Probleme rechtzeitig zu erkennen und zu beseitigen. Die Entwicklung der Antriebssysteme soll somit stetig vorangetrieben werden, und die Qualität gewährleistet bleiben.

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