Garant für Präzision

Spezial: Gleit- und Wälzlager

Dünnringlager – In einem neuartigen Terminal, das Laserstrahlen überträgt, konnten die Ultra-Slim-Dünnringlager aus dem Programm von Rodriguez die Anforderungen nach einer genauen Bewegungssteuerung in allen Belangen erfüllen.

19. Mai 2016

Mit neuartigen Laserkommunikationssystemen lassen sich bei aeronautischen Anwendungen große Datenmengen übertragen. So können Luftbilder bereits während des Fluges zu einer Bodenstation übertragen werden – und zwar über so große Entfernungen, dass auch das Weltall greifbar nahe scheint. Klingt futuristisch, ist aber längst Realität: Die Vialight Communications GmbH hat die entsprechenden Systeme zur Marktreife gebracht.

Das Unternehmen ist ein Spin-off des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR und beschäftigt sich mit optischer Freiraumkommunikation (FSO). Konkret entwickelt und implementiert das aus Wissenschaftlern bestehende Team Laserkommunikationssysteme für die Übertragung großer Datenmengen bei aeronautischen Anwendungen. »Der Hintergrund ist, dass moderne Kamerasysteme zur Aufnahme von Luftbildern eine große Menge an Daten erzeugen«, schildert Dr. Markus Knapek, CEO von Vialight.

Sollen die aufgenommenen Bilder schnell zur Auswertung bereitstehen und bereits während des Fluges zu einer Bodenstation übertragen werden, stellt die Kommunikationsverbindung häufig den Flaschenhals dar: »Bislang wurden diese Daten vor allem über Funklösungen übertragen, die aber physikalischen und regulatorischen Einschränkungen unterliegen. Somit sind die Übertragungsraten im praktischen Einsatz leider stark begrenzt.«

Die Laser-Datenübertragungssysteme von Vialight hingegen können wesentlich höhere Datenraten erreichen. Sie sind außerdem kompakter und leistungsfähiger als klassische Funkgeräte und darüber hinaus nur schwer abzuhören. Entsprechend kommt die Technologie vor allem für die Bereiche Aufklärung und Verteidigung, Telekommunikation und Wissenschaft in Frage – aber auch für die Filmindustrie sind die Lösungen interessant. »Bis vor Kurzem haben wir uns noch darauf konzentriert, mit unseren Produkten das Konzept selbst zu demonstrieren«, so Dr. Markus Knapek. »Inzwischen sind unsere Laserterminals aber marktreif und wir haben mit der Serienproduktion begonnen.«

Komponenten gesucht

Für diese neue Phase der Vermarktung suchte Vialight im Jahr 2014 nach hochqualitativen Komponenten für sein Micro Laser Communication Terminal »MLT-20«. Dabei handelt es sich um eine Lösung für kleine Flugobjekte wie Drohnen oder Helikopter. Das besonders kompakte System mit einem Gewicht von nur fünf bis acht Kilogramm verfügt über einen innovativen Ausrichtungsmechanismus, benötigt wenig Energie und kann Wärme gut abführen. Das Terminal ist für das dynamische Verhalten von sehr agilen, schwingungsreichen Flugobjekten optimiert; es überträgt Daten mit einer Rate von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde über eine Strecke von bis zu 50 Kilometern.

Der Außenanbau des MLT-20 ist auf ein Minimum reduziert und dementsprechend klein. Die gesamte Sensorik und Steuerungseinheit befindet sich in einem kleinen, integrierten Gehäuse. Das Laserkommunikationssystem besteht aus zwei Einheiten. Außen am Rumpfbehälter befindet sich die Einheit zur groben Ausrichtung des Systems. Diese wird durch eine kleine Glaskuppel geschützt, die nicht viel größer ist als eine Kaffeetasse. Hinzu kommt die entsprechende Einheit zur Feinausrichtung im Inneren des Behälters: Eine spezielle Sensorik und ein beweglicher Spiegel sorgen hier dafür, dass die Vibrationen des Flugzeugs ausgeglichen werden und die Ausrichtung des Laserstrahls stabil bleibt.

Das Laserterminal muss die Bodenstation flexibel verfolgen können, um die Datenverbindung in jeder Phase der Übertragung aufrechtzuerhalten. Die Grobausrichtungseinheit des MLT-20 basiert deshalb auf einem zweiachsigen Kippmechanismus mit Direktantrieben. Um die Lasterstrahlen optimal übertragen zu können, muss der Ausrichtungsmechanismus mit einer extrem hohen Genauigkeit arbeiten. Das wiederum lässt sich nur erreichen, indem die nicht lineare Reibung innerhalb des Systems so weit wie möglich reduziert wird. »Für den Einsatz in der Azimutachse der Grobausrichtungseinheit waren wir deshalb auf der Suche nach leistungsfähigen Kugellagern, die diese hohen Anforderungen erfüllen konnten«, erinnert sich Dr. Markus Knapek. »Wichtig waren uns vor allem Kriterien wie eine hohe Genauigkeit und Geschwindigkeit, wenig Reibung, kleine Dimensionen und wenig Gewicht.«

Gezielt ausgewählt

Unter den möglichen Kandidaten für diesen Auftrag fiel die Wahl auf die Rodriguez GmbH aus Eschweiler. Das Unternehmen sieht sich selbst als leistungsstarken Systemlieferanten hochwertiger Antriebskomponenten, und mit den Ultra-Slim-Dünnringlagern befanden sich im Sortiment genau die Komponenten, die die Anforderungen von Vialight auf ganzer Linie erfüllen konnten. Diese Lager des Herstellers Kaydon sind laut Rodriguez insofern einzigartig, als dass jede Serie auf einem einzigen, kleinen Querschnitt basiert, der mit steigendem Bohrungsdurchmesser konstant bleibt. Damit erlauben sie die kompakte, gewichtsparende Gestaltung von Lagern und gleichzeitig die Durchführung von Kabeln oder Wellen durch die Bohrung.

Die laut Hersteller besonders schlanken Lager weisen bei Durchmessern von 35 bis 200 Millimeter einen überdurchschnittlich kleinen Querschnitt von lediglich 2,5 bis drei Millimetern auf.

Robust dank Edelstahl

In den Laserterminals von Vialight kommen Ultra-Slim-Dünnringlager mit den Maßen von 60 x 66 x 2,5 Millimeter zum Einsatz, die aus Edelstahl gefertigt sind. »Edelstahl ist eine gute Wahl, wenn wie bei der vorliegenden Anwendung besonders hohe Präzision und Korrosionsbeständigkeit gefordert sind«, weiß Ulrich Schroth, Geschäftsbereichsleiter Value Added Products bei Rodriguez. »Als typische Einsatzgebiete der Dünnringlager sehe ich vor allem die Raumfahrt, die Halbleiterindustrie und die Medizintechnik.«

Der Auftraggeber ist sehr zufrieden mit den Ultra-Slim-Dünnringlagern von Rodriguez. »Dank dieser speziellen Lager konnten wir die Genauigkeit unserer Grobausrichteeinheit maßgeblich verbessern«, erläutert Dr. Markus Knapek. »Das belegen auch anspruchsvolle Praxistests wie zuletzt auf den Kanarischen Inseln, wo Laserstrahlen über eine große Entfernung von 145 Kilometern übertragen wurden.« Das Projekt erfolgte in Zusammenarbeit mit der European Space Agency (ESA): Zwischen Berggipfeln auf Teneriffa und La Palma wurde eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Laserterminal MLT-20 und einer mobilen Bodenstation der DLR etabliert.

Die Distanz von 145 Kilometern war bei der Ausführung der Übertragung kein Zufall: Sie entspricht ungefähr der Strecke, die ein Laserstrahl zurücklegen müsste, um von der Erde aus den Weltraum zu erreichen.

Rodriguez

• Anbieter von Dünnringlagern, Präzisionsrollenlagern, Sonderlagern und Lineartechnik.

• Kundenorientierung als Schlüssel für erfolgreiche Forschung, Entwicklung und Fertigung.

Vialight

• Spin-off des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR, Firmensitz in Gilching.

• Team aus Wissenschaftlern, die sich mit Laser-kommunikationssystemen für die Übertragung großer Datenmengen auf Basis von optischer Freiraumkommunikation (FSO) beschäftigen. 

Erschienen in Ausgabe: 04/2016