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Digital Scout HMI 2021

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Digital Scout HMI 2021

HANNOVER MESSE DIGITAL

HANNOVER MESSE DIGITAL EDITION 2021 berechneten Gebiet landen. Wie alle Objekte, die aus dem All in die Erdatmosphäre eintreten, heizt sich auch die Kapsel bei Kontakt mit der Atmosphäre stark auf. Gegen diese Einwirkung ist sie durch ihre rund-ovale Form und ein Hitzeschild wirksam geschützt. Eine besonders kritische Phase der Rückkehr beginnt erst kurze Zeit später, nachdem sie vom Luftwiderstand bereits stark abgebremst wurde und sich „nur“ noch mit Unterschallgeschwindigkeit bewegt. In diesem Abschnitt ihres Fluges ist die Kapsel bereits der irdischen Aerodynamik ausgesetzt. Jeder Luftwirbel beeinträchtigt ihre Flugbahn und ihre Ausrichtung. Ohne Flügel und Klappen gibt es keine Möglichkeit der Stabilisierung von außen. Es besteht die Gefahr, dass die Kapsel ins Trudeln gerät. Das geschah beispielsweise mit der Rückholkapsel der Genesis-Mission der NASA im Jahr 2004. Sie verlor in dieser Flugphase ihre vorgesehene Ausrichtung, konnte den Fallschirm nicht auslösen und stürzte ungebremst zu Boden. Um ein solches Szenario zu verhindern, muss also die Lage der Kapsel während des Fluges durch die Atmosphäre stabilisiert werden. Beim HADES-Projekt geschieht das durch Schwerpunktverlagerung. DAS REXUS/BEXUS-PROGRAMM Seit einem Jahrzehnt geben die deutsche (DLR) und die schwedische (SNSA) Raumfahrtbehörde Universitätsstudenten die Möglichkeit, wissenschaftliche Experimente auf Höhenforschungsraketen und Ballons durchzuführen, das REXUS/BEXUS-Programm. Dieses bilaterale Abkommen wurde durch eine Zusammenarbeit zwischen der schwedischen Raumfahrtagentur und der Europäischen Raumfahrtagentur (ESA) auch für Studenten aus anderen europäischen Ländern zugänglich gemacht. HADES (Hayabusa Active Dynamic re-Entry Stabilisation) ist ein Team von Studenten der Fachhochschule Westschweiz (HES-SO), das an der 12. Runde des REXUS/ BEXUS-Programms teilnimmt. Das aktuelle Experiment untersucht die dynamische Stabilität einer atmosphärischen Wiedereintrittskapsel. 02 02 Trotz der kompakten Statorabmessungen hat der kleine DC-Servomotor beachtliche mechanische Kennzahlen 03 Trotz der kompakten Statorabmessungen hat der kleine DC-Servomotor beachtliche mechanische Kennzahlen 04 DC-Linearantriebe der Serie „Quickshaft“ STABILISIERUNG DER RÜCKHOLKAPSEL DURCH SCHWERKRAFTVERLAGERUNG Die Kapsel soll im Prinzip dasselbe tun, was einen Surfer beim Wellenreiten auf dem Brett hält: Er gleicht die Einwirkung seines dynamischen „Untergrundes“ aus, indem er sein Körpergewicht einsetzt und dessen Schwerpunkt ständig verlagert. In die Sprache der Mechanik übersetzt, findet die ausgleichende Bewegung auf der x- und der y-Achse statt. Wenn man je ein Gewicht auf diesen Achsen hin- und herschiebt, kann man die von außen einwirkenden, destabilisierenden Kräfte kompensieren. Es lag nahe, lineare DC-Servomotoren im Inneren der Kapsel zu verwenden, um die beiden Gewichte zu bewegen. Praktischerweise reichte in diesem Fall die Motormasse selbst aus, um als Ausgleichsgewicht zu fungieren: Die stabilisierende Wirkung wird bereits erreicht, wenn sich zwei Motoren auf ihren Achsen mit entsprechender Geschwindigkeit hin- und herbewegen (Bild 2). Zusätzliche Masse wird dann nicht benötigt. Auf der Suche nach zuverlässigen Lösungen für diese Aufgabe und den entsprechenden Linearmotoren entschieden sich die 03 IMPRESSUM Verlag Vereinigte Fachverlage GmbH Lise-Meitner-Straße 2, 55129 Mainz Geschäftsführer: Dr. Olaf Theisen, Matthias Niewiem Verlagsleiter: Dr. Michael Werner www.vereinigte-fachverlage.de Handelsregister-Nr.: HRB 2270, Amtsgericht Mainz Umsatzsteuer-ID: DE149063659 Ein Unternehmen der Cahensly Medien Koordination: Dipl.-Chem. Katja Friedl, Maika Kirchhoff Redaktion Chefredakteure: Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer, Dipl-Ing. (FH) Eva Linder, Dipl.-Ing. (FH) Nicole Steinicke (verantwortlich für den redaktionellen Inhalt) Redakteure: Dipl.-Chem. Katja Friedl, Ivo Greuloch (Vol.), Dipl.-Ing. (FH) Martina Klein, Dipl.-Geogr. Martina Laun, Miles Meier, Dipl.-Ing. (FH) Inga Ronsdorf, Svenja Stenner, Dipl.-Ing. Manfred Weber, Vanessa Weingärtner (Vol.) Redaktionsassistenz: Melanie Lerch, Petra Weidt, Ulla Winter Gestaltung Sonja Daniel, Anette Fröder, Cornelia Grothe 30 DIGITAL SCOUT Ihr Kompass zur Hannover Messe 2021

You CAN get it... Hardware und Software für CAN-Bus-Anwendungen… Experten von ESA und HADES für Produkte aus dem Programm ihres Sponsors Faulhaber. Hier fanden sie relativ schnell den passenden Antrieb anhand der physikalischen Anwendungsanforderungen. Diese waren beträchtlich: Als erstes muss der Motor robust sein, um die enormen Kräfte und Vibrationen beim Raketenstart und beim Wiedereintritt in die Atmosphäre auszuhalten. Vor allem bei letzterem wird es auch in der Kapsel bei Außentemperaturen am Hitzeschild bis über 5000 °C ziemlich heiß – nachdem sie im All extreme Temperaturen von -270 °C aushalten musste und dem dort herrschenden Vakuum ausgesetzt war. All das darf die Motoren nicht daran hindern, ihre Aufgabe zuverlässig und schnell zu erfüllen. Pro Sekunde müssen sie auf ihrer Bewegungsachse bis zu viermal hin- und herfahren. Dafür benötigen sie ein sehr starkes Hubmoment, da sie dabei gegen beträchtliche Brems- und Fliehkräfte arbeiten müssen. Gleichzeitig ist Platz, wie immer in der Raumfahrt, ein sehr knappes Gut. Die Motoren müssen also bei kleinsten Ausmaßen Höchstleistung liefern. HÖCHSTLEITUNG BEI KLEINSTEN ABMESSUNGEN Die Wahl fiel schließlich auf den DC-Servomotor LM 2070-12 (Bild 3), der in allen wichtigen Punkten überzeugte und sich in den Tests als sehr zuverlässig erwies. Zudem ließ sich die Motorsteuerung sehr leicht programmieren und ins Gesamtsystem einbinden. Trotz der kompakten Statorabmessungen von 20 x 20 x 70 mm (B x H x L) hat der kleine DC-Servomotor beachtliche mechanische Kennzahlen. Die Dauerkraft des Läuferstabes beträgt 9,2 N, als Spitzen- bzw. Stoßkraft stehen sogar bis zu 27,6 N zur Verfügung. Die robuste Gleitlagerung des Läuferstabes verkraftet problemlos Geschwindigkeiten bis 2,8 m/s. Getestet wurde die Stabilisierungslösung bisher in Klima- und Vakuumkammern sowie im Windkanal der Genfer Uni. Dort wurde die Reaktion der Kapsel auf den Luftwiderstand beim Flug durch die Atmosphäre simuliert. Dabei haben die Linearmotoren zuverlässig die Fluglage stabilisiert. Der für März 2020 geplante Praxistest mit echter Rückkehr aus dem Weltraum musste wegen der Corona-Krise ins Frühjahr 2021 verschoben werden. Die Kapsel wird an Bord einer REXUS-Rakete vom Esrange Space Centre im nordschwedischen Kiruna aufsteigen. Nach einer Beschleunigung mit bis zu 20 g soll sie eine Spitzengeschwindigkeit von 4.300 km/h erreichen und sich durch diesen Schwung etwa 100 Kilometer von der Erdoberfläche entfernen. Von dort wird dann die Weltraumkapsel, die später das Probenmaterial enthält, zurückgeschickt. Über das Gelingen des Experiments informiert http://hades-rexus.ch Bilder: Aufmacher und 01 Hades, 02–04 Faulhaber www.faulhaber.com 04 Alle Preise verstehen sich zzgl. MwSt., Porto und Verpackung. Irrtümer und technische Änderungen vorbehalten. PCAN-Ethernet Gateway FD DR Gateway für die Übertragung von CAN-FD-Nachrichten über IP-Netze zur Verbindung verschiedener CAN-FD-Busse oder für den Zugriff mit Computern über LAN. PCAN-miniPCIe FD PCAN-Explorer 6 570 € CAN-FD-Interface für PCI Express Mini. Als Ein-, Zwei- und Vierkanalkarte inkl. Software, APIs und Treiber für Windows und Linux erhältlich. ab 240 € Professionelle Windows-Software zur Steuerung und Überwachung von CAN-FD- und CAN-Bussen. ab 510 € www.peak-system.com Otto-Röhm-Str. 69 64293 Darmstadt / Germany Tel.: +49 6151 8173-20 Fax: +49 6151 8173-29 info@peak-system.com