Antriebs- und Steuerungstechnik

Motoren auf Mars-Mission

Kleinantriebe im Weltraum
Das Nasa-Marsfahrzeug ­„Spirit“ landete am 4. Januar um 05.35 Uhr (MEZ) erfolgreich auf dem Roten Planeten. „Opportunity“, das zweite Nasa-Fahrzeug, setzte am 25. Januar auf der Marsoberfläche auf. Bei beiden Missionen kommen je 43 Elektromotoren zum Einsatz, 39 davon sind „Swiss made“ – sie stammen von Maxon.

Mr. Spock ist fasziniert und James Bond würde wohl auch gern ein Fahrzeug mit derart faszinierender Technik haben. Die Rede ist von den Marsmobilen der Nasa, powert by Maxon. Die beiden identischen Fahrzeuge „Spirit“ (Geist) und „Opportunity“ (Chance, Gelegenheit) erforschen in unterschiedlichen Regionen die geologischen Verhältnisse des Roten Planeten. Zentrales Anliegen der Expedition ist es, die Marsoberfläche auf die Existenz von Wasser hin zu untersuchen.

Nachdem Maxon schon 1997 für das Marsmobil „Sojourner“ Antriebsmotoren lieferte, ist das Schweizer Vorzeigeunternehmen erneut an der aktuellen Mars-Expedition der Nasa beteiligt, die am 10. Juni 2003 begann. Die Entscheidung für die Elektromotoren aus Sachseln gründete sich einerseits auf die guten Erfahrungen mit dem Pathfinder und andererseits auf den extrem hohen Wirkungsgrad. Mit 80 bis 90 Prozent übertreffen die Maxon-Motoren andere Bauarten bei weitem. Bei den Motoren handelt es sich grundsätzlich um Standardprodukte mit Durchmesser 20 und 25 mm. Mit geringen Anpassungen wurden sie für die äusserst harten Bedingungen auf dem Mars modifiziert.

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Sie fahren und fahren und fahren...

In 90 Tagen nicht um die irdische Welt, aber Tausend Meter auf dem Mars. Die beiden Mobile operieren nun schon seit über drei Monaten auf dem Mars und sind immer noch „in guter Verfassung“. Daher entschied die Nasa Anfang April, die Mission bis zum September fortzusetzen. Dann verschwindet der Mars hinter der Sonne, wodurch der Funkkontakt zur Erde abbricht.

„Spirit“ und „Opportunity“ haben im April Ihr Ziel erreicht, drei Monate lang auf der Marsoberfläche nach Beweisen für die frühere Existenz von Wasser zu suchen. Die Beweise wurden gefunden und die Rover fahren auch nach 90 Tagen noch über die Marsoberfläche. Sie sind weiterhin nicht zu bremsen, denn jedes der beiden Marsfahrzeuge hat im April eine grössere Distanz zurückgelegt, als beide in den drei Monaten zuvor. ­„Opportunity“ sendete während dieser Zeit etwa 15,2 Gigabits Daten zur Erde, darunter auch 12.000 spektakuläre Bilder.

Zu diesem Erfolg trugen sicherlich auch die 39 Gleichstrommotoren von Maxon bei, die in jedem Fahrzeug eingebaut sind. Es handelt sich dabei um die Motortypen RE 20 und RE 25. Die Ziffer gibt den jeweiligen Motordurchmesser an. Während der RE 20 speziell für diese Applikation konstruiert wurde, ist der Motor RE 25 ein Katalogprodukt. Geringe Anpassungen waren jedoch nötig, denn die Motoren müssen extremen Bedingungen trotzen. Dazu gehören die großen Temperaturwechsel auf der Marsoberfläche von etwa minus 120 bis plus 25 Grad Celsius, die Erschütterungen und die spezielle Atmosphäre.

Eingesetzt werden die Motoren für den Antrieb der Roboterarme, für den Gesteinsbohrer, für den Steuerungsmechanismus und die Bedienung der Kameras sowie für die sechs High-Tech-Räder, die die etwa 180 Kilogramm schweren Fahrzeuge über die Marsoberfläche bewegen. Die neuen Marsmobile sind weitaus grösser konzipiert als ihr Vorgänger, der „Sojourner“. Ihre durchschnittliche Geschwindigkeit beträgt etwa einen Zentimeter je Sekunde (36 Meter in der Stunde), womit sie rund zehnmal schneller sind als der „Sojourner“. An einem Mars-Tag sollen sie bis 40 Meter zurücklegen. Das entspricht etwa der Distanz, die „Sojourner“ während seiner ganzen 90-tägigen Mission bewältigte.

Vielfältig einsetzbar – die Motorenfamilie EC-max

Maxon ist nicht nur für die Nasa ein bevorzugter Lieferant von Kleinantrieben. Die Motoren aus Sachseln werden in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt, von der Robotik bis zur Hightech-Medizin. Neu im Sortiment sind EC-max-Motoren, ein modulares Programm bis 120 Watt Nennleistung. Sie gehören zur Gruppe der elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren. Sie sind als Innenläufer konzipiert und ihre Welle dreht dank der eisenlosen Wicklung ganz ohne Rastmoment. Die weltweit patentierte Wicklung „System maxon“ hat aber noch weitere Vorteile: hohe Zuverlässigkeit und Dynamik, eine kleine Induktivität und einen hohen Wirkungsgrad.

Die robuste Produktfamilie umfasst fünf Motorgrößen mit Durchmessern von 16 bis 40 Millimeter. Jeden Motortyp gibt es in einer kurzen und einer (nahezu doppelt so) langen Version. Je nach Anwendungsfall kann der Motor mit Getriebe, Encoder und/oder Bremse kombiniert werden. Zieht man in Betracht, dass Motoren mehrere Wicklungstypen, Getriebe mehrere Untersetzungen und Encoder unterschiedliche Impulszahlen haben, ergibt sich daraus eine Kombinationsvielfalt mit über 10.000 Varianten.

Während der zweijährigen Entwicklungszeit wurden diverse Innovationen umgesetzt. Ein Beispiel ist das Motorgehäuse aus Edelstahl. Zusammen mit den Metallflanschen haben die Motoren eine hohe Temperaturstabilität, gute Wärmeabfuhr und Abschirmung gegen elektrische Felder. Die zugentlasteten Motorkabel sorgen für Flexibilität beim Anbau des Motors. Sie können sowohl radial als auch axial weggeführt werden und lassen sich mit Steckern unterschiedlichster Bauart versehen. Gunthart Mau

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