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SKF spielt wegweisende Rolle im All: Das muss klappen!

Das „Intermediate eXperimental Vehicle“ der ESA ist etwa so groß wie ein Kleinwagen. Am unteren Heck befinden sich die beiden Steuerklappen, die mit Hilfe von Rollengewindetrieben aus dem Hause SKF betätigt werden.
(Bild: Neri)
Beim belgischen Luft- und Raumfahrt- unternehmen SABCA werden die elektromechanischen Aktuatoren für das IXV gefertigt.
(Bild: Sander de Wilde)
Ein Prototyp des elektromechanischen Aktuators von SABCA in der Entwicklungsphase.
(Bild: Sander de Wilde)
Herzstück der SABCA-Aktuatoren für die Steuerklappen des IXV sind hochleistungsfähige Rollengewindetriebe von SKF.
(Bild: SKF)

2014 Oktober 14, 08:00 CEST

Im November will die Europäische Weltraumbehörde ESA ihr „Intermediate eXperimental Vehicle“ ins All schießen. Wenn die Raumfähre wieder in die Atmosphäre eintritt, erwarten sie Temperaturen von weit über 1.000 Grad. In diesem flammenden Inferno sollen zwei Steuerklappen den Gleiter sicher zur Erde zurücklenken: ein wahrhaft „heißer Ritt“ für spezielle Rollengewindetriebe von SKF.


Schweinfurt, den 14. Oktober 2014


„Es ist ein kleiner Schritt für einen Menschen, aber ein gewaltiger Satz für die Menschheit“. Mit diesen Worten schrieb Neil Armstrong beim Betreten des Mondes am 21. Juli 1969 Geschichte. Hier und jetzt, 45 Jahre später, hat auch die ESA „Historisches“ vor: Ihr Intermediate eXperimental Vehicle (IXV) soll den Europäern den Weg zu einer wiederverwendbaren Raumfähre ebnen. Damit diese ebenso bedeutsame wie schwierige Mission im wahrsten Sinne des Wortes „klappt“, verfügt die unbemannte Drohne an wegweisender Stelle über spezielle Rollengewindetriebe von SKF. 


Im November soll das IXV von einer Vega-Trägerrakete auf eine suborbitale Reise katapultiert werden. 320 Kilometer oberhalb des Weltraumbahnhofs Kourou in Französisch-Guayana wird sich das mit Sensoren vollgestopfte Raumschiff von der Rakete lösen und weiter steigen – bis auf eine Höhe von rund 450 Kilometern. Von diesem Scheitelpunkt aus stürzt der rund zwei Tonnen schwere Flugkörper von der Größe eines Kleinwagens wieder zur Erde zurück. Dabei beschleunigt er auf ein Tempo von gut 27.000 Kilometern pro Stunde. 


1.600 °C bei 27.000 km/h
Sobald das IXV mit dieser Geschwindigkeit auf die obersten Schichten der Atmosphäre trifft, bricht die Hölle los: Mehr als 20 Minuten lang muss der Hitzeschild Temperaturen von über 1.600 °C standhalten, um zu verhindern, dass sich der ESA-Hoffnungsträger in einen „Meteoritenregen“ auflöst. Ebenso wichtig ist es, dass in diesem Inferno aus Hitze und Vibrationen die Steuerung des Raumfahrzeugs einwandfrei funktioniert: Lassen sich die erforderlichen Manöver nicht wie berechnet ausführen, drohen dem Gleiter die gleichen Konsequenzen wie bei einem unzureichenden Hitzeschutz.


Architekt des Intermediate eXperimental Vehicle ist Thales Alenia Space – Italy (TAS-I). Für dieses Projekt hat TAS-I rund 20 Subunternehmen unter Vertrag genommen, darunter auch SABCA (Société Anonyme Belge de Constructions Aéronautiques), einen belgischen Luft- und Raumfahrtspezialisten. „Bislang müssen wir in Europa viel technisches Know-how für Wiedereintrittssysteme hinzukaufen“, erläutert SABCA-Projektleiter Didier Verhoeven. Vor diesem Hintergrund seien Projekte wie das IXV enorm wichtig, um den Europäern für die Zukunft mehr Unabhängigkeit in der Raumfahrt zu sichern. „Die für die Wiedereintrittsphase geplanten Versuche und die aus den Flügen gewonnenen Erkenntnisse werden uns dabei helfen, unsere Position als bedeutender Player in diesem strategisch wichtigen Bereich zu stärken“, ist Verhoeven überzeugt.


70 kN zum Lenken
In ihrer Fabrik in Haren unweit von Brüssel haben Verhoeven & Co. unter anderem die Aktuatoren gebaut, die die Steuerung der Klappen am Heck des IXV sicherstellen sollen. Diese Klappen müssen nicht nur schnell und hochpräzise, sondern auch extrem robust und zuverlässig sein. Beispielsweise ist es erforderlich, dass beide Klappen jeweils mit einer Kraft von rund 35 Kilonewton ihre definierten Positionen halten, damit die Drohne in jeder Phase des Wiedereintritts auf der gewünschten Bahn durch die Atmosphäre rast.


Die von SABCA entwickelten Aktuatoren werden mit Hilfe von Computern und Elektromotoren gesteuert bzw. angetrieben. „Die von uns für das IXV gebauten Aktuatoren haben ihre Wurzeln in einer Sonderkonstruktion“, so Didier Verhoeven, Projektleiter bei SABCA: „Im Prinzip entstammen sie der Schubvektorsteuerung, die wir bereits für den Antrieb der ZEFIRO-Düsen in der Vega-Trägerrakete entwickelt hatten. Diese Steuerung haben wir nun an die Erfordernisse des IXV angepasst.“


Hintergrund dieses Ansatzes war ursprünglich der begrenzte Etat: Aus Kostengründen galt es, möglichst viele vorhandene Komponenten wiederzuverwenden. Inzwischen setzen sich mechatronische Lösungen in der Raumfahrttechnik aber ohnehin immer mehr durch. „In der Zeit, als wir an der Ariane-5-Trägerrakete gearbeitet haben, waren noch die hydraulische Stellantriebe das Mittel der Wahl“, erinnert sich Verhoeven. „Heute lässt sich in der Luft- und Raumfahrtindustrie jedoch ein deutlicher Trend hin zu elektromechanischen Aktuatoren beobachten. Ergo haben wir diese Lösung nicht nur für die Vega-Rakete, sondern auch für das IXV gewählt.“


Multitalent von SKF
Kern dieser elektromechanischen Aktuatoren sind hochleistungsfähige Rollengewindetriebe. Dass SABCA und Verhoeven dabei auf ein Produkt aus dem Hause SKF vertrauen, ist das Ergebnis einer maßgeschneiderten Entwicklung: „Die Ingenieure von SKF haben den Rollengewindetrieb so ausgelegt, dass er exakt unseren Anforderungen entspricht. Wir gehen also davon aus, dass er den enormen Vibrationen standhält, schnell und akkurat arbeitet und dabei hilft, die Klappen optimal in Position zu bringen“, so Verhoeven. „Denn Robustheit, Kraft, Schnelligkeit und Präzision sind von entscheidender Bedeutung, um während der Wiedereintrittsphase durch symmetrische beziehungsweise asymmetrische Verstellung der Klappen für den richtigen Neigungs- beziehungsweise Rollwinkel des IXV zu sorgen.“ Das bedeutet auch: Obwohl es sich bei den SKF Rollengewindetrieben um vergleichsweise kleine Teile des gesamten Systems handelt, müssen sie im Herzen der Aktuatoren doch eine extrem verantwortungsvolle Aufgabe erfüllen.


Zur anspruchsvollen Aufgabe der Linearantriebe gehört – so paradox es klingen mag – auch deren absolute Bewegungslosigkeit. Tatsächlich spielt das „Bremssystem“ der Aktuatoren bereits beim Start der Rakete eine bedeutende Rolle: Die Halterungsfedern dieses Systems müssen so beschaffen sein, dass sie den enormen Vibrationen insbesondere beim Zünden der Triebwerke standhalten. Weder beim Abheben von der Erde noch im All darf es zu einer sogenannten „Kaltverformung“ kommen, die womöglich das Lösen der Bremse verhindert – und damit später, beim Wiedereintritt in die Atmosphäre, dazu führt, dass die Klappen ihre nun unverzichtbare Beweglichkeit einbüßen. 


1000-fach geprüft
Projektleiter Verhoeven ist indes guter Dinge: „Wir haben die Bremse mit einem speziellen Fett geschmiert und sie dann in über 1.000 Testzyklen unter Vakuumbedingungen geprüft. Es gab keinen einzigen Fall von Kaltverformung.“ Außerdem seien die Aktuatoren samt Bremsen von 2013 bis Anfang 2014 vielen weiteren Klima-, Vakuum-, Schock- und Schwingungstests unterzogen worden, ohne dass dabei ernstzunehmende Probleme auftauchten.


Am Starttag wird Didier Verhoeven sicher trotzdem mit erhöhtem Puls gen Himmel blicken und sämtliche verfügbaren Infos aus dem Kontrollzentrum gespannt verfolgen. Rund 100 Minuten lang werden die ESA-Experten so viele Daten wie möglich sammeln, bevor das Intermediate eXperimental Vehicle im pazifischen Ozean wassert. „Wir sind stolz, an diesem Projekt beteiligt zu sein. Es ist der erste Schritt auf einem sehr langen Weg, an dessen Ende hoffentlich eine europäische bemannte Weltraummission und deren sichere Rückkehr zur Erde steht“, so Verhoeven abschließend. Deshalb müsse das mit den Klappen – auch mit Hilfe von SKF – unbedingt klappen. 


Pressekontakt:


Dietmar Seidel, Leiter Technische Fachpresse Deutschland,

Tel. 09721-56 2843, E-Mail: dietmar.seidel@skf.com


SKF ist ein weltweit führender Anbieter von Wälzlagern, Dichtungen, Mechatronik-Bauteilen und Schmiersystemen mit umfassenden Dienstleistungen in den Bereichen Engineering, Wartung und Instandhaltung sowie Training. Weltweit ist SKF in mehr als 130 Ländern präsent und arbeitet mit rund 15.000 Vertragshändlern zusammen. Der Umsatz der Unternehmensgruppe betrug im Jahr 2013 MSEK 63.597. Die Anzahl der Mitarbeiter lag bei 48.401.

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