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maxon Antriebe auf dem Roten Planeten - vom ersten Rover bis zur Mars-Drohne

Mehr als 100 Elektromotoren von maxon sind bisher auf dem Roten Planeten eingesetzt worden und haben kosmischer Strahlung, Staubst├╝rmen und Temperaturschwankungen getrotzt.  Mit dem Perseverance-Rover fliegen erneut Pr├Ązisionsantriebe zum Mars. Das Erfolgsrezept bleibt gleich: Industrielle Standardprodukte.

Marsmissionen ohne maxon Antriebssysteme – undenkbar! In den letzten zwei Jahrzehnten sind die DC-Motoren in praktisch allen erfolgreichen Robotermissionen eingesetzt worden. Mehr als 100 St├╝ck befinden sich inzwischen auf dem Roten Planeten und die Zahl wird weiterwachsen, sobald der NASA-Rover Perseverance 2021 seine Arbeit aufnimmt. Dabei machen Space-Missionen nur einen kleinen Teil der Projekte von maxon aus. Die meisten DC- und BLDC-Motoren, Steuerungen, Getriebe und Encoder des Schweizer Unternehmens landen in medizinischen Anwendungen, in der Industrieautomation oder in der Robotik.

Wieso also ist maxon ein so wichtiger Lieferant f├╝r Weltraum-Projekte? Die kurze Antwort lautet: Wegen der hohen Qualit├Ąt der Standardprodukte. Alle Antriebe, die bisher auf dem Mars eingesetzt worden sind, basieren auf Katalogprodukten, die auf der Erde in allen m├Âglichen Anwendungen eingesetzt werden. Nat├╝rlich sind jeweils Modifikationen n├Âtig, damit die Produkte den harschen Bedingungen trotzen k├Ânnen. Doch die Basis der Konstruktionen unterscheidet sich nicht.


Mit 11 DC-Motoren ins Ungewisse
Das war bereits 1997 so, als zum ersten Mal in der Geschichte ein Fahrzeug auf der Marsoberfl├Ąche herumkurvte, Bilder schoss und den Boden untersuchte. Der Sojourner Rover der NASA, mit sechs R├Ądern und einem Gewicht von nur 11 Kilogramm, sollte damals ein relativ g├╝nstiges Experiment werden. Entsprechend setzte man auf m├Âglichst viele industrielle Standardprodukte – so wie die 11 DC-Motoren, die f├╝r Antrieb, Lenkung und die Bedienung wissenschaftlicher Instrumente sorgten. Die maxon Antriebe mit ihrem typischen eisenlosen Rotor und der rautenf├Ârmigen Wicklung waren leistungsst├Ąrker und dynamischer als herk├Âmmliche DC-Motoren. Zudem modifizierten die Ingenieure von maxon die B├╝rsten und den Schmierstoff. Wirklich sicher, ob dies alles f├╝r eine gelungene Marsmission ausreichen w├╝rde, war man sich zu dieser Zeit aber nicht. Schliesslich fehlten die Erfahrungswerte. Und die Anforderungen waren beachtlich: Starke Ersch├╝tterungen beim Raketenstart, Vakuum und kosmische Strahlung w├Ąhrend der Reise, eine harte Landung auf dem Mars und schliesslich Staubst├╝rme sowie Temperaturschwankungen von -120 bis 25 Grad Celsius. Doch die Mission wurde zu einem Erfolg – und maxon weltbekannt. 

Bei den Raumfahrtagenturen steigerte sich der Drang, weitere Erkundungsmissionen zum Roten Planeten zu unternehmen. Schliesslich galt es, Antworten zu finden auf Fragen wie: Gibt es Wasser oder Eis auf dem Mars? Existiert Leben oder k├Ânnte es zumindest fr├╝her Leben gegeben haben? Und: Warum haben sich die Nachbarplaneten Erde und Mars derart unterschiedlich entwickelt?

maxon - Sojourner
Sojourner: Der erste Rover auf dem Mars landete am 4. Juli 1997. Einsatzdauer: drei Monate. maxon lieferte elf DC-Motoren mit einem Durchmesser von 16 Millimeter f├╝r die Antriebe, die Lenkung und die wissenschaftlichen Ger├Ąte.


Ein Duo ├╝bertrifft alle Erwartungen
Nach dem Erfolg von Sojourner entschied die NASA, gleich zwei weitere wissenschaftliche Untersuchungsroboter ins All zu schicken: die Zwillingsrover Opportunity und Spirit. Sie spielten in einer anderen Liga als Sojourner, waren je 185 Kilogramm schwer und mit Instrumenten versehen, die den Boden abb├╝rsten und Marsgestein anbohren konnten. Im Januar 2004 landeten die Fahrzeuge unabh├Ąngig voneinander auf dem Planeten und starteten ihre Mission, die mindestens drei Monate dauern sollte. Spirit arbeitete schlussendlich sechs Jahre lang, bevor er im Sand steckenblieb. Zwilling Opportunity brachte es auf 15 Jahre und legte dabei mehr als 45 Kilometer zur├╝ck. F├╝r die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen bedeutete diese Mission ein wahrgewordener Traum: Jetzt konnten sie mit Hilfe der Rover nachweisen, dass einst fl├╝ssiges Wasser auf dem Roten Planeten existiert haben musste – eine Voraussetzung f├╝r Leben.

maxon - Spirit_Opportunity
Spirit & Opportunity: Die Zwillingsrover landeten im Januar 2004 auf dem Mars. Spirit sammelte sechs Jahre lang Daten, Opportunity war 15 Jahre aktiv und legte ├╝ber 45 Kilometer zur├╝ck. Beide Rover wurden mit 35 maxon Antrieben ausger├╝stet. Dank leichten Modifikationen halten die DC-Motoren Temperaturschwankungen von -120 bis +25 Grad problemlos aus.

maxon hatte einen wichtigen Beitrag geleistet: Je 35 b├╝rstenbehaftete DC-Motoren mit einem Durchmesser von 20 respektive 25 Millimetern waren in den Fahrzeugen verbaut und f├╝r Antrieb, Steuerung oder den Roboterarm zust├Ąndig. Weitere acht Elektroantriebe wurden in der Landeeinheit der Rover verwendet.

├ähnliche Motoren kamen auch 2008 zum Einsatz, als die NASA die n├Ąchste Mission zum Roten Planeten schickte: Die station├Ąre Sonde Phoenix. Diese suchte nach gefrorenem Wasser und fand es schliesslich in einer Bodenprobe, die zur Analyse erhitzt wurde. maxons Antriebe richteten dabei die Solarpanels der Sonde aus und bewegten den Roboterarm.

maxon - Phoenix Lander
Phoenix: Die fix stationierte Marssonde landete am 25. Mai 2008 auf dem Mars, um dort mit ihrem Roboterarm Gesteinsproben aus dem Boden zu holen und zu analysieren. Einsatzdauer: F├╝nf Monate. maxon lieferte neun b├╝rstenbehaftete DC-Motoren des Typs RE 25 mit speziellen Kugellagern f├╝r die Ausrichtung der Solarpanels sowie f├╝r den Roboterarm.


Ein Motor h├Ąmmert sich durch den Marsboden
Seit damals hat sich technisch viel getan. Heute befinden sich zwei weitere Roboter auf dem Mars: Zum einen der Curiosity Rover, der bez├╝glich Gr├Âsse und Messger├Ąten alle bisherigen Missionen in den Schatten stellt. Das Gef├Ąhrt ist seit 2012 im Einsatz, fast eine Tonne schwer und mit zehn Instrumenten ausgestattet. In diesem Projekt ist maxons Beitrag zwar klein, aber wichtig. Schliesslich stellte das Unternehmen MR-Encoder zur Verf├╝gung, die f├╝r die Steuerung der Motoren n├Âtig sind.

maxon - Curiosity Rover
Curiosity: Der aktuell gr├Âsste Rover landete im August 2012 auf dem Mars und ├╝bertraf seine Vorg├Ąnger nicht nur in technischer Hinsicht. Curiosity ist so gross wie ein Kleinfahrzeug, 900 Kilogramm schwer und wird angetrieben durch eine Radionuklidbatterie. maxon best├╝ckte ihn mit pr├Ązisen Encodern, die auf den Antriebsachsen angebracht sind.

Ende 2018 landete zudem die n├Ąchste station├Ąre Sonde InSight auf dem Mars. Die NASA-Ingenieure verwendeten f├╝r das Ausfahren der Solarpanels die bew├Ąhrten RE 25 Motoren, die bereits in den Zwillingsrovern Spirit und Opportunity steckten. Gleichzeitig kam zum ersten Mal ein neuer, b├╝rstenbehafteter DCX-Antrieb zum Zug, mit dessen Hilfe eine Temperatursonde (genannt Maulwurf) mehrere Meter in den Marsboden geh├Ąmmert werden soll.

maxon - InSight NASA
Insight: Die station├Ąre Sonde landete Ende 2018 auf dem Roten Planeten. RE 25 Motoren waren f├╝r das Ausfahren der Solarpanels zust├Ąndig. Zudem kommt ein DC-Motor DCX 22 zum Einsatz, der die Temperatursonde (Maulwurf) bis zu f├╝nf Meter in den Boden h├Ąmmern soll.


Das n├Ąchste Abenteuer steht an
Derzeit blicken die Mitarbeitenden von maxon einmal mehr gespannt Richtung Mars: 2020 schickt die NASA den Rover Perseverance, mit dessen Hilfe Spuren von ehemaligem Leben gefunden werden soll. Seine wichtigste Aufgabe besteht darin, Bodenproben zu nehmen, sie in Beh├Ąltern zu versiegeln und so zu platzieren, dass sie von einer sp├Ąteren Mission zur Erde zur├╝ckgebracht werden k├Ânnen. F├╝r die Handhabung der Proben im Innern des Rovers werden mehrere BLDC-Motoren von maxon eingesetzt. Sie sind unter anderem im kleinen Roboterarm verbaut, der die Proben von Station zu Station navigieren wird. Auch bei der Versiegelung der Probenbeh├Ąlter und deren Platzierung kommt maxon zum Einsatz.

maxon - Perseverance-Rover
Mars2020: Der Perseverance-Rover soll im Februar 2021 auf dem Mars ankommen. Mit dabei sind zehn b├╝rstenlose DC-Motoren (neun EC 32 flat und ein EC 20 flat in Kombination mit einem Planetengetriebe GP 22 UP). Auch der Mars-Helikopter, der an der Unterseite des Rovers mitreist, ist mit maxon Antrieben best├╝ckt. Sechs DCX Motoren sind f├╝r Neigung der Rotorbl├Ątter zust├Ąndig.

Nat├╝rlich basieren auch diese Antriebe auf Standard-Katalogprodukten – neun EC 32 flat und ein EC 20 flat in Kombination mit einem Planetengetriebe GP 22 UP. Die maxon Ingenieure haben die Antriebe ├╝ber mehrere Jahre modifiziert und ausf├╝hrlich getestet – zusammen mit den Spezialisten vom Jet Propulsion Laboratory JPL, das im Auftrag der NASA alle unbemannten Missionen handhabt.

maxon - EC20 flat
Die modifizierte Antriebskombination aus einem b├╝rstenlosen DC-Motor EC 20 flat und dem Getriebe GP 22 UP kommt im NASA-Rover zum Einsatz.

maxon - EC32 flat
Neun Exemplare dieses EC 32 flat sind im Perseverance-Rover zu finden.

Nur fliegen ist sch├Âner
Der Perseverance Rover wird am 18. Februar 2021 auf dem Mars landen – aber nicht allein. Im Gep├Ąck hat er die Helikopter-Drohne Ingenuity. Die Drohne wiegt 1,8 Kilogramm, ist solarbetrieben und soll auf kurzen Fl├╝gen Luftbilder schiessen. Mit diesem Experiment wird in erster Linie das Konzept f├╝r weitere Drohnen getestet. Und wen wundert’s: Auch in diesem Ger├Ąt ist maxon drin. Sechs b├╝rstenbehaftete DCX-Motoren mit einem Durchmesser von 10 Millimetern steuern die Neigung der Rotorbl├Ątter und somit die Flugrichtung. Falls der Helikopter abhebt, wird maxon erneut Teil einer grossartigen Ingenieursleistung auf dem Mars sein – 24 Jahre nach Sojourner.

maxon - DCX10
DCX 10 Antriebe, von denen sechs St├╝ck im Mars-Helikopter eingesetzt werden.


Autor:
Stefan Roschi, maxon Group
Bilder Copyright: NASA/JPL-Caltech, maxon Group


maxon – Kleiner Beitrag zu einer Space-Revolution
Heute darf maxon zu Recht behaupten, ein wichtiger Lieferant f├╝r Weltraum-Projekte zu sein. Die Schweizer Antriebssysteme finden sich in Satelliten, regulieren Raketentriebwerke oder kommen auf der internationalen Weltraumstation ISS zum Einsatz. Der Erfolg kommt nicht von ungef├Ąhr. ├ťber die Jahre haben die maxon Ingenieurinnen und Ingenieure viel gelernt – vor allem durch die enge Zusammenarbeit mit den Kunden, insbesondere das Jet Propulsion Laboratory JPL, das im Auftrag der NASA alle unbemannten Missionen handhabt. Dadurch konnten die Qualit├Ątsstandards sukzessive gesteigert und neue Pr├╝fverfahren und Prozesse erarbeitet werden.

Bei maxon handhabt inzwischen ein spezialisiertes Team alle Space-Projekte. Doch das Prinzip hinter den L├Âsungsans├Ątzen f├╝r die verschiedensten Anwendungen ist nach wie vor dasselbe: Das Standard-Katalogprodukt wird modifiziert und getestet, bis es alle Anforderungen komplett erf├╝llt. Dieser Ansatz spielt eine wichtige Rolle in der aktuellen Revolution bei Weltraummissionen. Hochpreisige Spezialprodukte werden vermehrt durch modifizierte Industrieprodukte ersetzt. Das f├╝hrt zu g├╝nstigeren Projekten, die wiederum einer gr├Âsseren Gruppe den Zugang zum Weltraum erm├Âglichen. F├╝r diesen ┬źNew Space┬╗-Markt wird maxon in Zukunft noch viele spannende Anwendungen entwickeln d├╝rfen. 


Der Europ├Ąische Rover startet 2022
Mehr als 50 Antriebssysteme von maxon befinden sich im ExoMars Rover, der von der Europ├Ąischen Weltraumorganisation ESA zum Mars geschickt wird. Der Rover mit dem Namen ┬źRosalind Franklin┬╗ sollte urspr├╝nglich schon 2018 starten. Die Mission wurde dann aber auf 2020 verschoben und ist inzwischen f├╝r das Jahr 2022 vorgesehen. Verschiedenste Kombinationen von Antriebssystemen aus DC-Motoren, Getrieben und Encodern sind f├╝r die Fortbewegung und Steuerung des Rovers n├Âtig, treiben den Bohrer an, bewegen die Solarpanels, den Kamerakopf und vieles mehr.

maxon - ExoMars-Rover 2022
ExoMars: Im ExoMars-Rover, der 2022 zum Mars fliegen soll, stecken 17 verschiedenen Konfigurationen aus b├╝rstenbehafteten oder b├╝rstenlosen DC-Motoren in Kombination mit Getrieben, Bremsen und Encodern. Der Rover soll mit einem 2 Meter langen Bohrer Bodenproben entnehmen und diese vor Ort analysieren.


maxon - der Schweizer Spezialist f├╝r Qualit├Ątsantriebe
Die Firma maxon entwickelt und baut b├╝rstenbehaftete und b├╝rstenlose DC-Motoren. Die Produktepalette umfasst zudem Getriebe, Encoder, Steuerungen sowie komplette mechatronische Systeme. maxon Antriebe werden ├╝berall eingesetzt, wo besonders hohe Anforderungen gestellt werden: etwa in den NASA-Rovern auf dem Mars, in chirurgischen Handger├Ąten, Humanoiden Robotern und pr├Ązisen Industrieanlagen. Um in diesem anspruchsvollen Markt vorne zu bleiben, investiert das Unternehmen einen grossen Teil des Umsatzes in Forschung und Entwicklung. Weltweit besch├Ąftigt maxon rund 3000 Mitarbeitende an neun Produktionsstandorten und ist in ├╝ber 30 L├Ąndern mit Vertriebsgesellschaften pr├Ąsent.

Unser Kundenversprechen
Kundenspezifische Antriebssysteme, kompromisslose Qualit├Ąt, wegweisende Innovation.
In enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden entwickeln wir innovative mechatronische Antriebssysteme zu wettbewerbsorientierten Preisen. Unsere Schweizer Herkunft verpflichtet uns dabei stets zu kompromissloser Qualit├Ąt. Wir sind erst zufrieden, wenn wir die perfekte Antriebsl├Âsung f├╝r jede Anwendung gefunden haben.

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