Schrittmotoren von Faulhaber sorgen für präzise Messergebnisse

Schrittmotoren

Schrittmotoren von Faulhaber sorgen für präzise Messergebnisse

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Ende November 2018 hat ein hochsensibles Seismometer den Mars erreicht, um die Frage zu klären, ob es auf unserem Nachbarplaneten seismische Wellen, also Marsbeben gibt. Mit an Bord des SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) sind sechs kleine Schrittmotoren, die gleich zwei wichtige Aufgaben erfüllen: Sie positionieren die Messmechanik und gleichen die als Folge starker jahreszeitlicher Temperaturschwankungen auftretenden Spannungskräfte aus.

Andreas Seegen, Leiter Marketing bei Faulhaber und Ellen-Christine Reiff, Redaktionsbüro Stutensee

Inhaltsverzeichnis

1. Das sensibelste Seismometer, das je gebaut wurde
2. Weltraumtaugliche Schmierung der Kugellager
3. 6 Antriebsachsen mit hoher Positioniergenauigkeit

 

Erdbeben sind ein sicheres Zeichen für Massebewegungen im Inneren eines Planeten. Diese Erkenntnis ist noch gar nicht so alt. Erst vor 100 Jahren hat der deutsche Geowissenschaftler Alfred Wegener die anfangs von Kollegen belächelte Theorie der Kontinentalverschiebung aufgestellt, die zu einer wesentlichen Grundlage für das heutige Modell der Plattentektonik geworden ist. Das Wissen über Kontinentalplatten, die sich auf dem Erdmantel verschieben, gehört heute zum Schulunterricht. Auf der Erde sind die Folgen der Plattentektonik bekannt. Sie verändert auf unserem Planeten die geologischen Formen. Es entstehen tiefe Grabenbrüche und hohe Bergrücken. Doch wie sieht die Situation auf dem Mars aus?

Das sensibelste Seismometer, das je gebaut wurde

Ein typisches Beispiel dafür, wie die Bewegung der Kontinentalplatten die Landschaft auf der Erde formt, liefert der knapp 400 km lange Oberrheingraben. Ähnlich könnte auf dem Mars der Canyon Valles Marineris entstanden sein, der bei bis zu 7 km Tiefe allerdings zehnmal so lang wie der Oberrheingraben ist. Gibt es auf unserem Nachbarplaneten also auch eine Plattentektonik? Ist dieser Prozess abgeschlossen oder dauert er an? Bebt der Mars? Seismische Messungen sollen diese Fragen beantworten. Die am 5. Mai 2018 von der Nasa gestartete Mission „Insight“ wird dazu beitragen. Der Mars-Lander hat viele wissenschaftliche Instrumente dabei, unter anderem das SEIS. Das Seismometer ist durch eine Vakuumkammer und eine Isolierhülle vor Umwelteinflüssen abgeschirmt. Konstruktiv besteht es aus mehreren seismologischen Sensoren, die Bodenbewegungen in verschiedener Intensität und 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 Planeten um weniger als die Dicke eines Wasserstoffatoms auslenken. Die Nasa spricht deshalb „vom sensibelsten Seismometer, das je gebaut wurde“. Die Präzision ist nur deshalb möglich, weil das von drei Faulhaber-Schrittmotoren elektrisch angetriebene Positioniersystem eine ausgeklügelte Nivellierung vornimmt. Entwickelt wurde das System am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen.

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 des Herstellers (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 lag in der Hand von Sodern, einer Tochtergesellschaft der Ariane-Gruppe. Bei der Evaluation der Antriebstechnik war Sodern auf der Suche nach der besten technischen Ausstattung. „Das war schon eine aufwendige 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 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. Die verlässliche Schmierung der Kugellager der Motoren sowie der Gleitteile der Getriebe mit einem Produkt von Dicronite gehört zu den entscheidenden Faktoren, um auf der Marsoberfläche spielfrei und mit langer Lebensdauer zu arbeiten.

6 Antriebsachsen mit hoher Positioniergenauigkeit

Mindestens 160 Korrekturzyklen soll die mit der französischen Faulhaber-Tochter 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 – in einem thermischen Arbeitsbereich von -120 °C bis +70 °C. Kein Wunder, dass die Motoren die Tests mit Bravour bestanden haben, Schrittmotoren des Antriebsspezialisten haben sich schließlich in solch Umgebungsbedingungen bereits in anderen Mars-Missionen bewährt. Die sechs Antriebsachsen arbeiten im SEIS mit einer Positioniergenauigkeit, deren Toleranz unter 0,1 Grad liegt. Ihre Spielfreiheit gewährleistet eine hohe Wiederholgenauigkeit der Verfahrwege. Mit ihrer Präzision und Zuverlässigkeit werden die kleinen Schrittmotoren jetzt dazu beitragen, die Frage zu klären, ob der Mars bebt. jg

www.faulhaber.com

Details zu den Schrittmotoren von Faulhaber:

hier.pro/ZhZj7



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