Die aktuellen Instrumente auf Satelliten sind sehr empfindlich gegenüber Verunreinigungen. Ziel dieser Tätigkeit ist die Entwicklung einer Molekularabsorptionsbeschichtung, die in der Nähe empfindlicher Oberflächen - z. B. optischer Instrumente - angebracht werden kann, um die Verschmutzung gering zu halten.

Nach der Entwicklung im Rahmen von SLPMC2 hat das Projekt “A3Lub2” AAC erfolgreich die Validierung des neuen Materials TS8591 durch ENSINGER Sintimid (AT) durchgeführt. Daraufhin wurden alle kritischen Lager, die für einen Large Deployable Reflector (LDR) benötigt werden, hergestellt. AAC führte umfangreiche Tests mit der neuen “DYNAX”-Einrichtung durch, die eine Kombination von axialer und radialer Vorspannung sowie deren Wechsel in-situ ermöglicht. Sie konnten mit dem Erfolg abschließen, für den LDR der Erdbeobachtungsmission “CIMR” ausgewählt worden zu sein.

Das primäre Hauptziel dieses Projekts war die Entwicklung einer Antriebseinheit für den Raumfahrtsektor, die aufgrund ihres universellen Ansatzes für viele Anwendungen eingesetzt werden kann. Angestrebt wurde eine 66% Kostenreduzierung bei Raumfahrtantrieben und eine Verkürzung der Lieferzeiten von derzeit typischerweise 10 Monaten auf weniger als 3 Monate. AAC war an der Auswahl der tribologischen Komponenten und der Prüfung der Antriebseinheit beteiligt.

Der Begriff “nachgiebige Mechanismen” bezieht sich auf Massenkomponenten, die tribologische Komponenten wie Lager oder Zahnräder ersetzen können: Im Gegensatz zu einem Lager oder einem Zahnrad benötigen sie keine Schmierung. Mit Hilfe von Shape Memory Alloys (SMA) können Bewegungen ohne den Einsatz eines klassischen Motors erzeugt werden. Im Rahmen des ESA-Projekts 4Dprint hat RHP (AT) einen nachgiebigen Mechanismus (Drehantrieb) im 3D-Druckverfahren hergestellt. Die Leistung wurde unter TVAC bei AAC getestet. Dazu wurde der Getriebeprüfstand HADES angepasst, um Steifigkeit, Ausgangsdrehmoment und Ausgangswinkel in TVAC zu messen.

In den letzten Jahren hat AAC ein neuartiges hybrides multifunktionales Piezo-/Temperatursensor- und Überwachungskonzept für die Überwachung der Fließfront, der Aushärtung und des strukturellen Zustands von Verbundwerkstoffteilen entwickelt, die durch Harzinfusion hergestellt werden, hauptsächlich für Luftfahrtanwendungen.
Das Hauptziel von “LiMoCoSS” ist es, die Idee des oben genannten Konzepts zu nutzen und eine Sensor- und Überwachungstechnologie für weltraumrelevante Verbundwerkstoffstrukturen und Fertigungstechniken wie das Nasswickeln zu entwickeln, um die Verbundwerkstoffstrukturen während der Herstellung, der Lagerung, des Transports und der Nutzung live zu überwachen.

Ziel dieser Aktivität ist die Entwicklung eines Verdunstungsmodells für langlebige Mechanismen, das alle wichtigen Missionsfaktoren berücksichtigt, die den Gesamtmassenverlust von Schmierstoffen beeinflussen. Es wird ein webbasiertes Tool zur Berechnung des Ausgasungsverhaltens erstellt, um Raumfahrtingenieuren die Möglichkeit zu geben, ihre Mechanismen noch genauer zu konstruieren.

Die ESA hat ein mit 1 Million Euro dotiertes Projekt unter der Leitung von HPS, AAC und DLR finanziert, um multifunktionale Folien der nächsten Generation für Raumfahrtanwendungen zu entwickeln. Mit dem Ziel, den Schutz und die Leistung von Satelliten zu verbessern, konzentriert sich das Projekt auf die Entwicklung fortschrittlicher Materialien mit Eigenschaften wie ATOX-Beständigkeit, Nicht-Reflexion und Anpassungsfähigkeit für den Einsatz in der thermischen Isolierung, in Deorbiting-Systemen und in Stealth-Technologien.

Die Verwendung von linearen Piezomotoren bietet attraktive Vorteile (z. B. ein hervorragendes Verhältnis zwischen Drehmoment und Masse, Irreversibilität und stabile Positionierung im stromlosen Zustand). Reibungsbasierte Aktoren benötigen keine Energie während der Haltezeiten. Im Rahmen eines ESA-Projekts war AAC dafür verantwortlich, den Reibungskoeffizienten für die Stick-Slip-Bewegung solcher Piezomotoren repräsentativ zu validieren. Aufgrund der nicht vielversprechenden Ergebnisse konnte AAC im Rahmen eines FFG-Projektes “Friction-to-Move” eine neue Beschichtung entwickeln, die eine mittlere und stabile Reibung in Umgebungsluft und Hochvakuum bietet. 

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer verbesserten, vereinfachten Methode zur Vorhersage der Schmiermittelverdunstung durch Labyrinthdichtungen, die von Konstrukteuren von Raumfahrtmechanismen verwendet werden kann. Diese Vorhersage ist von entscheidender Bedeutung, um zu prüfen, ob sich am Ende der Lebensdauer noch eine ausreichende Menge Schmiermittel in den Lagern befindet, und um zweitens die potenziellen Risiken einer molekularen Verunreinigung nahe gelegener empfindlicher Oberflächen abzuschätzen.

Für Kugellager wurden Stähle mit einer hohen Härte entwickelt, um eine gute Verschleißfestigkeit zu erreichen und hohen Kontaktbelastungen standzuhalten, die jedoch nicht gegen Spannungsrisskorrosion (SCC) beständig sind. Der Trend zu höherer Effizienz und Massenreduzierung führt jedoch zu “integrierten Lösungen”, wie der Kombination von Lager und Gehäuse, bei der Zugspannungen in den Ringen auftreten und das Problem der SCC-Kompatibilität auftritt. Im Rahmen des Projekts wurde eine Wärmebehandlung validiert, die es dem Cronidur-Stahl ermöglicht, SCC-Tests bei einem Spannungsniveau von 50% von Rp02 ohne Anzeichen von Korrosion und Spannungsrisskorrosion standzuhalten. Als Harmonic Drive ® Getriebe wurde ein Wellengeneratorlager verwendet, das aus Cronidur gefertigt und mittels AAC thermisch behandelt wurde. Ein Lebensdauertest im thermischen Vakuum wurde fast 6 Monate lang durchgeführt (von +90°C bis -40°C) und zeigte, dass sich die Lagerringe in einem guten Zustand befanden.

Schleifringe sind ein gängiger Baustein von Satelliten und werden zur Übertragung von elektrischen Signalen und elektrischer Leistung auf eine Drehachse verwendet. In den letzten Jahren wurde auf diesem Gebiet viel geforscht und es wurde festgestellt, dass die derzeitigen Tribometer bei der Prüfung von Schleifringen an ihre Grenzen stoßen. Ziel des Projekts “LuST” ist es, die bestehende Testmethode auf niedrige Temperaturen auszuweiten, um zu überprüfen, ob geschmierte Schleifringe nicht nur bei Raum- und Hochtemperaturen, sondern auch bei niedrigen Temperaturen eingesetzt werden können.

Im Jahr 2019 konnte ein ASAP-Projekt unter bilateraler Finanzierung von Österreich (FFG) und Deutschland (DLR) erfolgreich abgeschlossen werden. Es zielte auf die Erhöhung des Drehmoments und der Lebensdauer von feststoffgeschmierten Harmonic Drive® Getrieben (HDs) ab. Gemeinsam mit dem Hersteller Harmonic Drive SE (DE) und einem österreichischen Lieferanten für Wärmebehandlungen (HMW) wurden angemessene Anstrengungen zur Optimierung des Nitrierprozesses für PH-Stähle unternommen, die für Zahnräder im Weltraum verwendet werden. Das Hauptproblem bestand darin, dass herkömmliche Nitrierverfahren die Bildung so genannter “weißer Ätzschichten” verursachen, die auf PH-Stählen sehr spröde sind. Das neue Verfahren zielt darauf ab, diese Schichten zu vermeiden und lediglich die Härte unter der Oberfläche zu verbessern, um eine bessere mechanische Unterstützung der tribologisch beanspruchten Oberfläche zu gewährleisten. Abschließende Lebensdauertests wurden an neu nitrierten Harmonic Drive ® Zahnrädern durchgeführt, die durch die Verwendung von Zinnbeschichtungen in der Verzahnung vollständig feststoffgeschmiert wurden. Die Lebensdauer konnte von weniger als 4000 Umdrehungen auf fast 15.000 Umdrehungen gesteigert werden.

Ein ASAP-Projekt unter bi-lateraler Finanzierung von Österreich (FFG) und Deutschland (DLR) zielte auf die Verbesserung des Drehmoments und der Lebensdauer von feststoffgeschmierten Harmonic Drive ® Getrieben (HDs) ab. Gemeinsam mit dem Hersteller Harmonic Drive SE (DE) und einem österreichischen Lieferanten für Wärmebehandlungen wurde ein neues Nitrierverfahren für PH-Stähle entwickelt, die für Getriebe im Weltraum verwendet werden. Das neue Verfahren zielt darauf ab, eine spröde WE-Schicht zu vermeiden und lediglich die Härte des Untergrunds zu verbessern. Im Rahmen des ESA-MREP-Projekts “Mechanisms working at low temperatures” wurde 2021 ein Harmonic Drive ® Getriebe mit neu nitrierten Teilen ausgestattet. Lebensdauertests über 63.000 Abtriebsumdrehungen unter permanenten Temperaturwechseln zwischen -80°C und -5°C waren bei hohem Wirkungsgrad erfolgreich.

Metallische Gläser in loser Schüttung (Bulk Metallic Glass, BMG) sind immer noch eine exotische Art von Material. Tatsächlich handelt es sich um schnell abgekühlte metallische Legierungen. Durch die schnelle Abkühlung wird der amorphe Zustand der Flüssigkeit “eingefroren” und die Kristallisation verhindert. AAC unterstützte im Unterauftrag von RHP die Materialcharakterisierung und die Anwendungstests an Federn und Niederhalte- und Auslösemechanismen (HDRM). BMG, das mit sich selbst in Kontakt ist, zeigte bei Reibungstests unter Startbedingungen eine erstaunlich geringe Haftung. Daher könnten metallische Massengläser eine interessante neue Option für HDRMs sein.

Um nicht von Nicht-EU-Lieferanten abhängig zu sein, wurde von ENSINGER SINTIMID (AT) mit Unterstützung von AAC ein neuer Werkstoff auf PTFE-Basis entwickelt. Sein gezielter Einsatz als Käfig in Kugellagern bietet die Möglichkeit, dass der Schmierstoff von den Kugeln aus dem Käfig auf die Laufbahnen übertragen wird. Lager, die nur mit einem Käfig aus dem neuen PTFE-basierten Werkstoff ausgerüstet werden können, zeigten in Langzeit-Kugellagertests ein geringes Drehmoment.

Im Rahmen des ESA-Projekts “Magnetic Brake” hat ein österreichisches Konsortium ein Bremssystem entwickelt, gebaut und getestet, das an einem Motor angebracht werden kann und dessen Haltemoment erhöht. Dieses Gerät - die Magnetbremse - ist berührungslos, verschleißfrei und hilft, den Stromverbrauch von Satelliten zu reduzieren. Die Aufgabe von AAC bestand darin, die Magnetbremse unter Weltraumbedingungen (Hochvakuum, heiß und kalt) zu testen und die vorhergesagte Leistung zu überprüfen. Die Testkampagne wurde 2023 erfolgreich abgeschlossen und das Gerät übertraf die Spezifikationen der ESA.

35 Jahre Jubiläum des “Materials Testhouse” @ AAC 

AAC ist stolz darauf, bekannt zu geben, dass der Rahmenvertrag mit ESTEC über die Charakterisierung metallischer Werkstoffe (“ESA-Testhaus”) im Jahr 2024 sein 35-jähriges Bestehen erreicht hat. Der erste Vertrag unseres Raumfahrtkonzerns mit der ESA/ESTEC konnte 1989 abgeschlossen werden. Seitdem war AAC 4 Mal erfolgreich, diesen Vertrag im offenen Wettbewerb zu etablieren. Ziel ist es, neue Materialien und Prozesse für den Einsatz im Weltraum zu validieren. Der Vertrag soll Daten liefern, die Raumfahrtingenieure benötigen, um neue Materialien oder Prozesse bei ihren Missionen einzusetzen. Da die Qualifizierung für den Weltraum kosten- und zeitaufwendig ist, ist dies in der Regel nicht innerhalb einer Mission möglich. 

In jüngsten Studien wurde die Validierung der SCC-Beständigkeit neuer, durch AM (Additive Manufacturing, 3D-Druck) hergestellter Materialien fortgesetzt. Eine der Schlüsselkompetenzen im Rahmen dieses Vertrags ist das “Kaltschweißen”, das von der ESA in den 1990er Jahren initiiert wurde. Schließlich einigte sich die ESA mit AAC auf eine Testmethode zur Bewertung von Kontaktpaaren hinsichtlich ihres Risikos des Kaltschweißens und veröffentlichte sie als “STM-279”. In der Zwischenzeit wurden mehrere Paare geprüft und die dabei gewonnenen Daten sind in einer Online-Datenbank verfügbar. Aufgrund neuer Anforderungen wurde die Norm kürzlich vom AAC aktualisiert und wird derzeit von der ESA geprüft.