Dünnringlager ermöglicht größere Präzision bei der Übertragung von Laserstrahlen
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: Das Unternehmen ViaLight Communications hat die entsprechenden Systeme zur Marktreife gebracht. In dem erfolgreichen Laserterminal MLT-20 des Unternehmens sorgt ein Dünnringlager von Rodriguez für größte Genauigkeit bei der Datenübertragung.
Die ViaLight Communications GmbH ist ein Spin-off des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR und beschäftigt sich mit optischer Freiraumkommunikation (Free-Space Optical Communications; 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, ViaLight CEO. 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 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 von ViaLight angebotene 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.“
Zuverlässige Komponenten für ein innovatives Laserterminal
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 5-8 Kilogramm verfügt über einen innovativen Ausrichtungsmechanismus, benötigt wenig Energie und kann Wärme gut abführen. Das Terminal ist für das dynamische Verhalten von agilen, schwingungsreichen Flugobjekten optimiert; es überträgt Daten mit einer Rate von bis zu 10 Gbps über eine Strecke von bis zu 50 km.
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 Grobausrichte-Einheit; diese wird durch eine kleine Glaskuppel (nicht viel größer als eine Kaffeetasse) geschützt. Hinzu kommt eine Feinausrichte-Einheit 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.
Hohe Anforderungen an die Kugellager
Das Laserterminal muss die Bodenstation flexibel verfolgen können, um die Datenverbindung stets aufrecht zu erhalten. Die Grobausrichte-Einheit 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 nichtlineare Reibung innerhalb des Systems so weit wie möglich reduziert wird. „Für den Einsatz in der Azimutachse der Grobausrichte-Einheit waren wir deshalb auf der Suche nach Kugellagern, die diese hohen Anforderungen erfüllen konnten“, erinnert sich Dr. Markus Knapek. „Wichtig waren uns vor allem eine hohe Genauigkeit und Geschwindigkeit, wenig Reibung, kleine Dimensionen und wenig Gewicht.“
Als leistungsstarker Systemlieferant hochwertiger Antriebskomponenten konnte die Rodriguez GmbH helfen. Im Sortiment befinden sich nämlich unter anderem ULTRA-SLIM® Dünnringlager, die die Anforderungen von ViaLight auf ganzer Linie erfüllen. Diese Lager des Herstellers Kaydon sind 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 besonders schlanken Lager überzeugen bei Durchmessern von 35 bis 200 Millimetern mit einem besonders kleinen Querschnitt von nur 2,5 bis 3 Millimetern. In den Laserterminals von ViaLight kommen ULTRA-SLIM® Dünnringlager mit den Maßen von 60 x 66 x 2,5 mm zum Einsatz, die aus Edelstahl gefertigt sind. „Edelstahl ist eine gute Wahl, wenn wie bei ViaLight besonders hohe Präzision und Korrosionsbeständigkeit gefordert sind“, weiß Ulrich Schroth, Geschäftsbereichsleiter Value Added Products bei Rodriguez. „Typische Einsatzgebiete der Dünnringlager sind übrigens die Raumfahrt, die Halbleiterindustrie und die Medizintechnik.“
ViaLight ist sehr zufrieden mit den ULTRA-SLIM® Dünnringlagern. „Dank dieser speziellen Lager konnten wir die Genauigkeit unserer Grobausrichte-Einheit 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 km 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 km war dabei kein Zufall: Sie entspricht ungefähr der Strecke, die ein Laserstrahl zurücklegen müsste, um von der Erde aus den Weltraum zu erreichen.
