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FAULHABER MICROMO LLC

14881 Evergreen Avenue

Clearwater, FL 33762-3008

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NRC Engineering & Precision Drives Co., Ltd.

17F., No. 890, Jingguo Rd., Luzhu Dist.

Taoyuan City 33858, Taiwan, R.O.C.

Tel.: +886 (0) 3-316-1838

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EDEL Teknoloji Sistemleri Sanayi ve Ticaret Ltd.Şti

Folkart TowersAdalet Mah.Manas Blv. No:47B/2809

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Gustavslundsvägen 145, 4 tr

167 51 Bromma

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W-903, SK V1 Center, 11 Dangsan-ro 41-g

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Tel.: +81 (0) 3 6404 1003

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www.shinkoh-faulhaber.jp

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22074 Lomazzo CO

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S.No. 100/5, Ambegaon

Pune - 411046

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Reading, RG7 8LN

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FAULHABER France SAS

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78180 Montigny-le-Bretonneux

Tel.: +33 (0) 1 30 80 45 00

info@faulhaber-france.fr

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ELMEQ Motor

Passeig Ferrocarrils Catalans 178

Cornellà de Llobregat 08940 (Barcelona)

Tel.: +34 93 422 70 33

marketing@elmeq.es

www.elmeq.es

MOVETEC OY

Suokalliontie 9

01740 Vantaa

Tel.: +358 (0) 9 5259 230

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www.movetec.fi

Routech s.r.o.

Dr. Milady Horákové 185/66

460 06 Liberec

Tel.: +420 489 202 971

info@routech.cz

www.routech.cz

Compower ApS

Marielundvej 29

2730 Herlev

Tel.: +45 (0) 44 92 66 20

info@compower.dk

www.compower.dk

Marte Científica e Instrumentação Industrial Ltda

Av Fco Andrade Ribeiro 430

37540-000 Santa Rita do Sapucai, MG

Tel.: +55 (11) 3411 4500

motores@marte.com.br

www.marte.com.br

FAULHABER Drive System Technology (Taicang) Co., Ltd.

Eastern Block, Incubator Building, No. 6 Beijing Road West

Taicang 215400, Jiangsu Province

Tel.: +86 (0) 512 5337 2626

info@faulhaber.cn

FAULHABER Benelux B.V.

High Tech Campus 9

5656 AE Eindhoven

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FAULHABER Austria GmbH

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[Translate to Deutsch:]

Eine Möglichkeit, um die Kosten in Grenzen zu halten, besteht darin, die Treibstoffverbrennung während des Starts so zu optimieren, dass Verluste minimiert werden. Ein speziell entwickeltes Treibstoff-Trimmventil garantiert hierbei optimale Leistungen. Angetrieben wird es von robusten und zuverlässigen Servomotoren von FAULHABER.

Moderne Trägerraketen arbeiten mit dem Raketentreibstoff RP-1, einer hochraffinierten Form von Kerosin, die zur Verbrennung mit Sauerstoff gemischt werden muss. In der Trägerrakete verlaufen 10-Zentimeter-Durchmesser-Leitungen von den Tanks mit RP-1 und Flüssigsauerstoff (LOX) kurz vor der Brennkammer zusammen, in die das Gemisch dann ab­gegeben wird.

Die Chemie der Verbrennung von RP-1 ist unkritisch. Ohne Sauerstoff brennt der Treibstoff nicht, aber solange Sauerstoff vorhanden ist, brauchen beide Kom­­­ponenten nicht unbedingt in einem prä­zisen Verhältnis gemischt zu werden. Das Problem ist allerdings, dass bei einer Abweichung vom optimalen Mischungsverhältnis zwischen LOX und RP-1 entweder der Sauerstoff- oder der Treibstoffvorrat zuerst zur Neige geht. Sobald aber die Verbrennung endet, wird der Rest zu unerwünschtem Ballast. Damit dieser Fall nicht eintritt, reguliert das Treibstoff-Trimmventil das Mischungsverhältnis in Echtzeit.

Die Treibstoff-Trimmvorrichtung besteht aus einer Drosselklappe, die von einem Servomotor betätigt wird. Damit dies mit der richtigen Geschwindigkeit und dem richtigen Drehmoment erfolgt, ist die Baugruppe mit einem Planetengetriebe, das für ein Untersetzungsverhältnis von etwa 151 : 1 sorgt, sowie mit einem zu­­­sätzlichen geräteinternen Getriebe ausgerüstet. Für die einzelnen Komponenten wurde vom Entwicklerteam ein beträchtlicher Sicherheitsspielraum eingeplant, um auch gegen die gängigsten Ausfallarten gewappnet zu sein. Die Motorwelle ist direkt mit dem Ventil gekoppelt und sorgt für die nötigen Feinverstellungen.

Bürstenlose Motoren für Raumfahrt Ventil Brennstoff Rakete
Bürstenlose Motoren für Raumfahrt Ventil Brennstoff-motor
Das Treibstoff-Trimmventil sitzt unmittelbar über dem Triebwerk, wo die Zuleitungen von den Tanks mit RP-1- Treibstoff und Flüssigsauerstoff zusammenlaufen, und gewährleistet eine gleichmäßige Leerung der beiden Tanks.

Extreme Einsatzbedingungen

Von der Präzision abgesehen, verlangen die meisten Anwendungen von Servomotoren tendenziell ein hohes Drehmoment, hohe Geschwindigkeit oder eine kompakte Bauform. Im Fall des Treibstoff-Trimmventils war die zentrale Anforderung an die Motoren einfach: Sie mussten den Start überstehen. Insbesondere in der ers­ten Stufe entstehen extreme Stöße und Vibrationen. Während der rund dreiminütigen Brenndauer einer Raketenstufe produziert das Triebwerk rund 440.000 kN Schub, wodurch gewaltige Kräfte auf das sich in unmittelbarer Nähe befindende Treibstoff-Trimmventil wirken.

Als sich das Entwicklerteam an die Auswahl der passenden Komponenten für das Treibstoff-Trimmventil machte, fiel während der Vibrationstests ein Motor nach dem anderen aus. Um die Zahl der Fehlerstellen zu minimieren, gingen die Ingenieure von Bürstenmotoren zu bürstenlosen Motoren über. Das wichtigste Kriterium dabei lautete: Kann der Motor diese Betriebsbedingungen überstehen? Mit anderen Worten: Das Getriebe musste den Belastungen standhalten, die Hall­­sensoren durften nicht beschädigt sein, kurz – es durfte in diesem extremen Betriebsumfeld einfach zu keinerlei Ausfällen kom­­­­­men. Auf der Suche nach einem Hersteller, dessen Motoren diese Torturen überleben, stießen die Ingenieure auf FAULHABER.

Bürstenlose Motoren für Raumfahrt Ventil Brennstoff erste phase
Die erste Raketenstufe beinhaltet fünf Triebwerke, von denen jedes mit einem servomotorbetriebenen Treibstoff- Trimmventil ausgerüstet ist, das für eine gleichmäßige Treibstoffverbrennung sorgt.

Nun produzieren Raketentriebwerke nicht nur Vibrationen, sondern auch Hitze, aber das Wärmemanagement bietet - anders als man vielleicht annehmen würde - in diesem Anwendungsfall keine besonderen Herausforderungen. Ein großer Teil der Hitze wird einfach durch Abstrahlung und Reflexion abgeführt. Interessanterweise sind beim Wärmehaushalt nicht hohe, sondern eher tiefe Temperaturen problematisch. Beispielsweise zünden die Triebwerke während des Betriebs der zweiten Stufe möglicherweise nur kurzzeitig. Anschließend fliegt die Trägerrakete unter Umständen für 45 Minuten weiter, bevor eine zweite Brennphase stattfindet. Zu diesem Zeitpunkt ist die Rakete schon außerhalb der Atmosphäre, wo ziemlich niedrige Temperaturen herrschen.
Um sowohl die Kosten als auch die Produktionszeitpläne unter Kontrolle zu halten, verfolgt man die Philosophie, nach Möglichkeit mit Lagerteilen zu arbeiten. So wurden dann auch keine besonderen Maßnahmen ergriffen, um die Motoren von FAULHABER für die Anwendung robuster zu machen – das Entwicklerteam bestellte einfach Standardprodukte.
Die Ingenieure machten sich außerdem das Express-Prototyping-Programm von FAULHABER zunutze und kam so in kürzester Zeit zu den benötigten Mustern.

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