Eine Publikation der Binkert Medien AG
Umwandlung elektrischer Signale in andere physikalische Grössen : Ausgabe 01/2015, 09.04.2015

Aktuatoren in der Luftfahrt

In der Luftfahrtbranche gibt es eine Vielzahl Anwendungen, die von Aktuatoren gesteuert werden. Dazu zählen unter anderem die Regelung und Begrenzung von Drehzahl und Geschwindigkeit durch die Verstellung von Hebeln und Klappen. maxon-Motoren kommen dabei in diversen Aktuatoren erfolgreich zum Einsatz.

Bilder: maxon motor, Sitec Aerospace

Aktuatoren setzen elektrische Signale in mechanische Bewegung oder andere physikalische Grössen wie z.B. Druck oder Temperatur um und greifen damit aktiv in ein Regelungssystem ein. Bei Aktuatoren kommt es in bestimmten Anwendungsbereichen wie der Luftfahrt darauf an, bei einem geringen Gewicht und engen Platzverhältnissen möglichst hohe dynamische Kräfte zu erreichen und auch Umgebungsbedingungen wie starken Vibrationen, Hitze und Kälte mühelos zu widerstehen.

Antriebe der Aktuatoren sind immer redundant ausgeführt

Die Aktuatoren der Sitec Aerospace GmbH kommen in nahezu allen Systemen im Flugzeug zum Einsatz, das heisst, die Geräte sind in Wasser-, Sauerstoff-, Hydraulik-, Treibstoff- und Luft-Systemen zu finden. Ebenso erfüllen die Aktuatoren mit Ventilen Sicherheitsfunktionen, bei denen im Notfall der Fluss eines Mediums unterbrochen wird. Auch die Frischluft wird in einem Flugzeug-innenraum ständig gezielt befeuchtet, diese Aufgabe übernimmt ein sogenanntes Humidification System Valve.

Sitec Aerospace (www.sitec-aerospace.com) mit Sitz im deutschen Bad Tölz ist Zulieferer für die beiden grössten Flugzeughersteller, die direkt oder indirekt durch die Systemhersteller mit den Aktuatoren und Ventilen beliefert werden. Auch bei vielen neuen Flugzeugprogrammen von grossen und kleinen Herstellern wie Airbus A350 oder Bombardier C-Series sind die Aktuatoren für verschiedene Bereiche im Einsatz. Bei sicherheitsrelevanten Funktionen des Flugzeugs werden in der Regel immer zweimotorige Aktuatoren verwendet. Denn Flugzeuge sind grundsätzlich so kons-truiert, dass wichtige Systeme zwei- oder dreimal vorhanden sind.

Genau dem gleichen Prinzip folgen auch die Aktuatoren, die mit zwei Antrieben ausgestattet sind, falls eines der Systeme nicht funktionieren sollte. Einer dieser Aktuatoren sitzt beispielsweise am Triebwerk und sperrt die Treibstoffzufuhr im Falle eines Brandes ab. Diese Funktion muss unter allen Umständen und jederzeit gewährleistet sein, daher werden diese Aktuatoren immer mit zwei Motoren ausgestattet.

Hohe Anforderungen an die Technik

Einsatzgebiete für Aktuatoren und auch für Ventile im Flugzeug sind sehr vielfältig. Dementsprechend müssen die Aktuatoren und Ventile verschiedensten Anforderungen genügen. Beheizte Wasserventile müssen beispielsweise bei –55 °C ebenso funktionieren wie bei 85°C. Dementsprechend robust müssen auch die verwendeten Motoren sein. Die wichtigsten Voraussetzungen an die Motoren sind: ein optimales Volumen/Leistungs-Verhältnis, eine geringe Stromaufnahme, Temperaturbeständigkeit, Langlebigkeit, Beständigkeit gegen Vibrationen und Stösse und eine hohe Korrosionsbeständigkeit.

Für die Aktuatoren verwendet Sitec bürstenbehaftete Motoren von maxon motor. Diese DC-Motoren sind mit leistungsstarken Permanentmagneten ausgerüstet. «Herzstück» des Motors ist die ganz spezielle eisenlose maxon-Wicklung. Gegenüber konventionellen Gleichstrommotoren zeigt dieses Motorprinzip ganz besondere Vorteile: In den DC-Motoren rotiert eine reine Kupferwicklung ohne Ankereisen. Die Massenträgheit wird so dank dem leichtgewichtigen Rotor besonders klein. Die Beschleunigung ist sehr hoch. Das magnetische Rastmoment fehlt völlig; eine günstige Eigenschaft für Positionierantriebe, denn der Rotor hält in jeder beliebigen Position an. Zu den elektrischen Aktuatoren kommen maxon-Motoren auch beim Interieur eines Flugzeuges zum Einsatz. Die Motoren sind auch ein Teil eines elektromechanischen Antriebs, das dem Passagier das Schliessen der Staufächer über den Sitzen erleichtert.

Optimal für Luftfahrtanwendungen

Die Motoren für Sitec Aerospace wurden kundenspezifisch, beispielsweise mit einer direkten Verzahnung auf der Welle, modifiziert. Die bürstenbehafteten Motoren erweisen sich durch ihre robuste Lagerung der Motorwelle und die hohe Lebensdauer als besonders geeignet für die sehr anspruchsvollen Anwendungen in der Luftfahrt.

Infoservice


maxon motor ag
Brünigstrasse 220, 6072 Sachseln
Tel. 041 666 15 00, Fax 041 666 16 50
info@maxonmotor.com, www.maxonmotor.com



Bei sicherheitsrelevanten Funktionen des Flugzeugs kommen in der Regel immer zweimotorige Aktuatoren zum Einsatz


«Herzstück» des Motors ist die eisenlose Wicklung, System maxon


Für die Aktuatoren verwendet Sitec bürstenbehaftete DC-Motoren von maxon motor


Ein Aktuator für die Luftfahrt von Sitec Aerospace

Eisenloser Motor

Dieses Motorprinzip hat seine ganz besonderen Vorteile: kein magnetisches Rastmoment und geringe elektromagnetische Störungen. Der Wirkungsgrad übertrifft mit bis zu 90 Prozent andere Motorsysteme bei Weitem. Zu jedem Motortyp gibt es zahlreiche Wicklungsvarianten. Sie unterscheiden sich durch den Drahtquerschnitt und die Windungszahl. Die verwendeten Drahtdurchmesser liegen zwischen 32 µm und 0,45 mm. So ergeben sich unterschiedliche Anschlusswiderstände der Motoren. Ebenfalls variieren jene Motorparameter, welche die Umwandlung von elektrischer und mechanischer Energie beschreiben (Drehmoment- und Drehzahlkonstante). Der Anwender erhält dadurch die Gelegenheit, den für seinen spezifischen Anwendungsfall am besten geeigneten Motor auszuwählen.