Getriebe

Getriebe auf Weltraummission

| Autor / Redakteur: Markus Jansson / Sandra Häuslein

Seit mehr als vier Jahrzehnten ist der Getriebetyp Harmonic Drive in Raumfahrtanwendungen im Einsatz.
Seit mehr als vier Jahrzehnten ist der Getriebetyp Harmonic Drive in Raumfahrtanwendungen im Einsatz. (Bild: © Romolo_Tavani - Fotolia.com)

Warum sich Harmonic-Drive-Getriebe für den Einsatz im Weltall eignen, welche konstruktiven Herausforderungen es gibt und wie sich diese bewältigen lassen, verraten wir hier.

Getriebe des Typs Harmonic Drive sind mittlerweile nicht mehr aus der Raumfahrt wegzudenken. 1970 erstmals in Radantrieben für das Lunar Rover Vehicle der NASA im Einsatz, ist das Getriebe heute beispielsweise in Antriebslösungen für Solar Array Drive Mechanisms oder Antenna Pointing Mechanisms zu finden. Vor allem die technischen Merkmale dieser Getriebe prädestinieren sie für den Einsatz in der Raumfahrt. Die Einbausätze mit ihrer hohen einstufigen Übersetzung in einer Stufe sind kompakt und spielfrei. Außerdem zeichnen sie sich durch eine hohe Torsionssteifigkeit und Übertragungsgenauigkeit aus.

Vor allem die geltenden Umgebungsbedingungen im Weltraum stellen besonders hohe Ansprüche an die Getriebe und Schmierstoffe: zum Beispiel das vorherrschende Vakuum von bis 10-17 mbar und extreme Temperaturen, welche je nach Einsatz mit zwischen –150 °C und 200 °C auf einen Mechanismus wirken. Dennoch muss dieser zuverlässig funktionieren, da bei einem Ausfall keine Reparatur möglich ist.

Extreme Umgebungsbedingungen erfordern spezielle Antriebstechnik

Aus diesem Grund wurde der Einbausatz Harmonic Drive für Anwendungen im Weltraum an die Umgebungsbedingungen angepasst. Dies betrifft im Wesentlichen die verwendeten Werkstoffe, die den hohen Ansprüchen der ESA-Standards genügen müssen. Aber auch die ausgewählten Schmierstoffe, die für den zuverlässigen Betrieb des Getriebes eine Schlüsselrolle einnehmen, spielen eine entscheidende Rolle. Schließlich können nur einige wenige Schmierfette überhaupt im Vakuum eingesetzt werden und genügen dabei noch den hohen Ansprüchen der europäischen Raumfahrtbehörde. Hinzu kommt, dass sich diese Sonderschmierstoffe im Getriebe gänzlich anders verhalten als jene, die im industriellen Umfeld verwendet werden. Mit Testreihen und Entwicklungstätigkeiten konnte die Harmonic Drive AG, mit Unterstützung der ESA Getriebe mit raumfahrttauglichen Schmierstoffen immer weiter verbessern. Detaillierte Informationen dazu liefert der Wissenskasten auf Seite 60.

Schmierfett oder tribologisch wirksame Schichten?

Dennoch bringen fettgeschmierte Getriebe einen wesentlichen Nachteil mit sich: Der Temperatureinsatzbereich ist – aufgrund des Schmierstoffes – stark eingeschränkt. Bei Temperaturen unterhalb von –60 °C werden die Schmierstoffe so hochviskos, dass ein Betrieb kaum mehr möglich ist. Steigt die Temperatur über 90 °C, wird der Schmierstoffverlust durch Ausgasung zu hoch, da ein exponentieller Zusammenhang zwischen Ausgasung und Temperatur besteht. Dies stellt insbesondere dann ein Risiko dar, wenn sich optische Instrumente in der Nähe befinden. Schlägt sich der Schmierstoff beispielsweise auf Linsen nieder, kann die Funktion der Optik stark beeinträchtigt werden. Um dieses Problem zu umgehen, können anstelle von Schmierfetten tribologisch wirksame Schichten eingesetzt werden. Dies ist im Raumfahrtbereich insbesondere bei Wälzlagern eine gängige Praxis. Dabei werden vorrangig Molybdändisulfid (MoS2) oder Blei (Pb) eingesetzt. Beide Materialien erzielen die besten Standzeiten, wenn sie im PVD–Verfahren (Physical Vapour Depostition) abgeschieden werden. Die Schichtdicken können bei diesem Verfahren gut kontrolliert werden und liegen in aller Regel im niedrigen einstelligen µm-Bereich, wodurch sich beide Materialien grundsätzlich auch zur Beschichtung von Getriebekomponenten eignen.

Ergänzendes zum Thema
 
Aufwendige Testreihen für raumfahrttaugliche Harmonic-Drive-Einbausätze

Inhalt des Artikels:

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 43853461 / Antriebstechnik)