Gleichstrommotoren von Maxon kommen im Mars Rover zum Einsatz
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Gleichstrommotoren von Maxon kommen im Mars Rover zum Einsatz

Präzisionsantriebe
Gleichstrommotoren von Maxon kommen im Mars Rover zum Einsatz

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Mehr als 100 Elektromotoren des Schweizer Antriebsspezialisten Maxon wurden auf dem Roten Planeten bisher eingesetzt und haben kosmischer Strahlung, Staubstürmen und Temperaturschwankungen standgehalten. Mit dem Perseverance Rover der NASA fliegen nun Präzisionsantriebe erneut zum Mars. Der Schlüssel zum Erfolg ist derselbe wie zuvor: Standard-Industrieprodukte.

» Stefan Roschi, Corporate Marketing Communication, Maxon Group, Sachseln, Schweiz

Inhaltsverzeichnis
1. Ins Unbekannte mit 11 Gleichstrommotoren
2. 35 Gleichstrommotoren für Antrieb, Steuerung und Roboterarm
3. Ein Gleichstrommotor hämmert durch den Marsboden
4. Gleichstrommotoren zur Handhabung der Proben
5. Perseverance Rover landet im Februar 2021 auf dem Mars
6. Ein kleiner Beitrag zur Weltraumrevolution
7. Start für den europäischen Rover mit Maxon-Gleichstrommotoren im Jahr 2022
8. Spezialist für Qualitätsantriebe und -systeme

Mars-Missionen ohne Maxon-Antriebssysteme sind mittlerweile undenkbar. In den letzten zwei Jahrzehnten wurden diese Gleichstrommotoren in praktisch allen erfolgreichen Robotermissionen eingesetzt. Mehr als 100 von ihnen befinden sich bereits auf dem Roten Planeten, und die Zahl wird wieder steigen, sobald der NASA Perseverance Rover 2021 seine Arbeit aufnimmt. Weltraummissionen machen jedoch nur einen kleinen Teil der Projekte der Maxon Motor AG, Sachseln, Schweiz, aus. Die meisten DC- und BLDC-Motoren, Steuerungen, Getriebe und Encoder des Schweizer Unternehmens werden in medizinischen Anwendungen, in der industriellen Automatisierung oder in der Robotik eingesetzt.

Getriebe laut Entwicklungsleiter Lukic wichtiges Standbein von Maxon Motor

Warum ist der Hersteller so ein wichtiger Lieferant für Raumfahrtprojekte? Die kurze Antwort liegt in der hohen Qualität der Standardprodukte. Alle Laufwerke, die auf dem Mars verwendet wurden, basieren auf Produkten aus dem Katalog des Unternehmens, die auf der Erde in den unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt werden. Natürlich müssen Änderungen an ihnen vorgenommen werden, damit die Produkte den rauen Bedingungen standhalten. Trotzdem sind die Grundkonstruktionen gleich.

Ins Unbekannte mit 11 Gleichstrommotoren

1997, zum ersten Mal in der Geschichte, fuhr ein Fahrzeug auf der Marsoberfläche herum, machte Fotos und untersuchte den Boden. Der Sojourner Rover der NASA mit sechs Rädern und einem Gewicht von nur 11 kg sollte zu dieser Zeit ein relativ kostengünstiges Experiment sein. Es wurde beschlossen, so viele industrielle Standardprodukte wie möglich zu verwenden – beispielsweise die 11 Gleichstrommotoren, die zum Antrieb, zur Lenkung und zum Betrieb wissenschaftlicher Instrumente verwendet werden. Die Maxon-Antriebe mit ihrem typischen eisenlosen Rotor und ihrer rhombischen Wicklung waren leistungsstärker und dynamischer als herkömmliche Gleichstrommotoren. Die Ingenieure des Unternehmens haben auch die Bürsten und das Schmiermittel modifiziert. Zu dieser Zeit war niemand sicher, ob die Änderungen für eine erfolgreiche Marsmission ausreichen würden. Man hatte keine Erfahrung und die Herausforderungen waren gewaltig. Die Antriebe mussten „überleben“: starke Vibrationen während des Raketenstarts, Vakuum und kosmische Strahlung während der Reise, eine harte Landung auf dem Mars, Staubstürme und Temperaturschwankungen von -120 bis + 25 °C. Die Mission war jedoch ein Erfolg und die Schweizer wurden weltbekannt. Der Drang, weitere Erkundungsmissionen zum Roten Planeten durchzuführen, wuchs unter den Weltraumagenturen. Sie suchten nach Antworten auf große Fragen wie: Gibt es Wasser oder Eis auf dem Mars? Gibt es dort Leben oder hätte es dort zumindest früher existieren können? Und warum haben sich die planetarischen Nachbarn Erde und Mars so unterschiedlich entwickelt?

35 Gleichstrommotoren für Antrieb, Steuerung und Roboterarm

Nach dem Erfolg von Sojourner beschloss die NASA, zwei weitere wissenschaftliche Forschungsroboter gleichzeitig in den Weltraum zu schicken: die Twin Rover Opportunity und Spirit. Sie gehörten zu einer ganz anderen Klasse als Sojourner, wogen jeweils 185 kg und waren mit Instrumenten ausgestattet, die den Boden bürsten und in Marsgestein bohren konnten. Im Januar 2004 landeten die Fahrzeuge getrennt voneinander auf dem Planeten und begannen ihre Mission, die mindestens drei Monate dauern sollte. Spirit arbeitete schließlich sechs Jahre lang, bevor er im Sand steckte. Seine doppelte Chance machte es zu 15 Jahren, in denen er mehr als 45 km zurücklegte. Für die beteiligten Wissenschaftler war diese Mission ein wahr gewordener Traum: Mit Hilfe der Rover konnten sie zeigen, dass auf dem Roten Planeten einst flüssiges Wasser existiert haben muss – eine Voraussetzung für das Leben.

Maxon leistete einen wichtigen Beitrag: In jedem der Fahrzeuge wurden 35 bürstenbehaftete Gleichstrommotoren mit Durchmessern von 20 oder 25 mm eingesetzt, die für den Antrieb, die Steuerung und den Roboterarm verantwortlich waren. Weitere acht elektrische Antriebe wurden in der Landeeinheit der Rover eingesetzt. Ähnliche Motoren wurden 2008 erneut eingesetzt, als die NASA ihre nächste Mission mit der stationären Phoenix-Sonde zum Mars schickte. Sie suchte nach gefrorenem Wasser und fand es schließlich in einer Bodenprobe, die zur Analyse erhitzt wurde. Die Antriebe des Herstellers richteten die Sonnenkollektoren der Sonde aus und bewegten ihren Roboterarm.

Ein Gleichstrommotor hämmert durch den Marsboden

Seitdem sind viele technische Entwicklungen eingetreten. Heute gibt es zwei weitere Roboter auf dem Mars: Einer ist der Curiosity Rover, der in Bezug auf Größe und Messinstrumente alle bisherigen Missionen in den Schatten stellt. Das Fahrzeug ist seit 2012 im Einsatz, wiegt fast 1 t und ist mit zehn Instrumenten ausgestattet. In diesem Projekt ist der Beitrag der Schweizer gering, aber entscheidend. Das Unternehmen stellte MR-Encoder zur Verfügung, die zur Steuerung der Motoren benötigt werden. Ende 2018 landete die nächste stationäre Sonde, InSight, auf dem Mars. Zur Erweiterung der Solarmodule verwendeten die NASA-Ingenieure die RE-25-Motoren, die zuvor in den Twin Rovers Spirit and Opportunity installiert waren. In der Zwischenzeit wurde erstmals ein neuer gebürsteter DCX-Antrieb eingesetzt, um einen Temperaturfühler („Maulwurf“ genannt) mehrere Meter in den Marsboden zu hämmern.

Gleichstrommotoren zur Handhabung der Proben

Das Maxon-Team blickt erneut aufgeregt auf den Mars: 2020 sendet die NASA den Perseverance Rover, der hoffentlich dazu beitragen wird, Spuren früheren Lebens zu entdecken. Seine wichtigste Aufgabe ist es, mehrere Bodenproben zu entnehmen, in Behältern zu verschließen und auf der Marsoberfläche abzulegen, damit eine zukünftige Mission sie zur Erde zurückbringen kann. Für die Handhabung der Proben im Rover werden mehrere BLDC-Motoren des Herstellers verwendet. Einige sind im Roboterarm installiert, der die Proben von Station zu Station bewegt. Motoren der Schweizer werden auch zum Verschließen und Ablegen der Probenbehälter verwendet. Diese Antriebe basieren auf Standardprodukten aus dem Maxon-Katalog – neun EC-32-Flachmotoren und ein EC-20-Flachmotor in Kombination mit einem GP22-UP-Planetengetriebe. Die Ingenieure des Unternehmens haben die Antriebe über viele Jahre hinweg modifiziert und gründlich getestet, und zwar in Zusammenarbeit mit den Spezialisten des Jet Propulsion Laboratory (JPL), das alle unbemannten Missionen für die NASA abwickelt.

Perseverance Rover landet im Februar 2021 auf dem Mars

Der Perseverance Rover wird am 18. Februar 2021 auf dem Mars landen – aber er wird nicht allein sein. Es wird die Hubschrauberdrohne Ingenuity mit sich führen. Die Drohne wiegt 1,8 kg, ist solarbetrieben und für Luftaufnahmen auf kurzen Flügen ausgelegt. In diesem Experiment wird in erster Linie das Konzept für weitere Drohnen dieser Art getestet. Es ist keine Überraschung, dass die Schweizer auch an diesem Gerät beteiligt sind. Sechs gebürstete DCX-Motoren mit einem Durchmesser von 10 mm steuern die Neigung der Rotorblätter, die die Flugrichtung bestimmt. Wenn der Hubschrauber abhebt, wird das Unternehmen wieder Teil einer großartigen technischen Leistung auf dem Mars sein – 24 Jahre nach Sojourner.

Ein kleiner Beitrag zur Weltraumrevolution

Maxon ist heute ein wichtiger Lieferant für Raumfahrtprojekte. Die Antriebssysteme des Schweizer Unternehmens befinden sich in Satelliten, dienen zur Regulierung von Raketentriebwerken und sind auf der Internationalen Raumstation (ISS) installiert. Dieser Erfolg ist kein Zufall. Die Ingenieure des Unternehmens haben im Laufe der Jahre viel gelernt – insbesondere aus der engen Zusammenarbeit mit Kunden, insbesondere dem Jet Propulsion Laboratory (JPL), das alle unbemannten Missionen für die NASA abwickelt. Infolgedessen wurden die Qualitätsstandards schrittweise angehoben und neue Testverfahren und -verfahren entwickelt. Der Antriebsspezialist verfügt nun über ein spezialisiertes Team, das alle Weltraumprojekte abwickelt. Der grundlegende Ansatz für die Bewältigung aller Arten unterschiedlicher Anwendungen ist jedoch derselbe wie immer. Das Standardkatalogprodukt wird modifiziert und getestet, bis alle Anforderungen vollständig erfüllt sind. Dieser Ansatz spielt eine wichtige Rolle in der gegenwärtigen Revolution der Weltraummissionen. Hochpreisige Spezialprodukte werden zunehmend durch modifizierte Industrieprodukte ersetzt. Dies führt zu niedrigeren Projektkosten, was wiederum einem breiteren Teilnehmerkreis den Zugang zum Raum eröffnet. Das Unternehmen wird in den kommenden Jahren viele weitere Anwendungen für diesen „New Space Market“ entwickeln können.

Start für den europäischen Rover mit Maxon-Gleichstrommotoren im Jahr 2022

In dem ExoMars Rover, den die Europäische Weltraumorganisation (ESA) Richtung Mars sendet, sind mehr als 50 Antriebssysteme von Maxon installiert. Der Rover mit dem Namen „Rosalind Franklin“ sollte ursprünglich im Jahr 2018 starten. Die Mission wurde jedoch auf 2020 verschoben und ist nun für das Jahr 2022 geplant. Viele verschiedene Kombinationen von Antriebssystemen mit Gleichstrommotoren, Getrieben und Encodern sind erforderlich. Sie bewegen und steuern den Rover, fahren seinen Bohrer und bewegen seine Sonnenkollektoren, seinen Kamerakopf und vieles mehr. (jg)

Mehr Informationen zu den Bürstenbehafteten Gleichstrommotoren von Maxon:

hier.pro/FjWCf

Kontakt:
Maxon Motor Gmbh
Truderinger Str. 210
81825 München
Tel. +49 89 420493–0
shop.de@maxongroup.com
www.maxongroup.de


Der aktuell größte Rover landete im August 2012 auf dem Mars und übertraf seine Vorgänger nicht nur in technischer Hinsicht. Curiosity ist so groß wie ein Kleinfahrzeug und wird angetrieben durch eine Radionuklidbatterie. Maxon bestückte ihn mit präzisen Encodern, die auf den Antriebsachsen angebracht sind
Bild: NASA

Spezialist für Qualitätsantriebe und -systeme

Maxon entwickelt und baut bürstenbehaftete und bürstenlose DC-Motoren. Die Produktepalette umfasst zudem Getriebe, Encoder, Steuerungen sowie komplette mechatronische Systeme. Antriebe der Schweizer werden überall eingesetzt, wo besonders hohe Anforderungen gestellt werden: etwa in den NASA-Rovern auf dem Mars, in chirurgischen Handgeräten, Humanoiden Robotern und präzisen Industrieanlagen. Um in diesem anspruchsvollen Markt vorn zu bleiben, investiert das Unternehmen einen großen Teil des Umsatzes in Forschung und Entwicklung. Weltweit beschäftigt das Unternehmen rund 3000 Mitarbeitende an neun Produktionsstandorten und ist in über 30 Ländern mit Vertriebsgesellschaften präsent.

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