Gleitlager für Satelliten-Entfaltungssysteme 

Kommunikation, Meteorologie und Erdbeobachtung

Wetter-, Kommunikations- und Erdbeobachtungssatelliten kreisen im erdnahen Orbit (Low Earth Orbit, LEO). Sobald die Satelliten ihre Umlaufbahn erreicht haben, werden die Sensoren, Antennen und Reflektoren entfaltet. 
Diese Entfaltungssysteme gehören zu den zentralen mechanischen Baugruppen moderner Satelliten. Systeme wie die Large Deployable Antennas (LDA) und Large Deplacabel Reflectors (LDR(S)) mit dem Antenna Deployment and Base Mechanism (ABDM) können im Orbit Durchmesser von mehr als zehn Meter erreichen. Damit solche großdimensionierten Strukturen zuverlässig eingesetzt werden können, sind hochpräzise und langlebige Lagerlösungen erforderlich, die auch unter den extremen Bedingungen des Weltraums funktionsfähig bleiben.
Ensinger Kunststoffe in Antennenreflektoren

Funktionsanforderungen an Lagerlösungen im Orbit

Die Lagerlösungen im Weltraum unterliegen außergewöhnlichen Betriebsbedingungen. Sie müssen unter Vakuum, extremen Temperaturwechseln und starker Strahlung funktionieren. Schmierstoffe wie Fette und Öle verdampfen oder führen zur Ausgasung, was empfindliche Komponenten beeinträchtigen können. Da eine Nachschmierung im Orbit nicht möglich ist, ist ein dauerhaft stabiles Reibverhalten entscheidend. 
Gleichzeitig müssen die Lager über Millionen von Bewegungszyklen hohe Präzision und geringe Reibwerte beibehalten. Bereits ein ruckartiges Anlaufen oder Stocken kann das kontrollierte Entfalten der Antennen und Reflektoren gefährden. So muss der Lagerkäfig aus einem geeigneten Werkstoff hergestellt sein, der durch Abgabe eines Schmiermittels die Lebensdauer des Lagers verlängert.
Zudem fordern die Einsatzbedingungen Lagerkonstruktionen, die hohe Festigkeit bei geringem Gewicht bieten und auch unter thermischer Belastung ihre Formstabilität und Maßhaltigkeit behalten.

Werkstoffentwicklung im ESA-Projekt SLPMC2 - TECASINT 8591 

Um die Anforderungen zu erfüllen und die Abhängigkeit von Lieferanten aus Übersee zu reduzieren wurde das Projekt "Self-Lubricating Polymer Matrix Composites (SLPMC2) initiiert. In Rahmen diese Projektes entwickelte Ensinger Sintimid in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltfahrtorganisation ESA und Aerospace & Advances Composites (AAC) die neue, tribologische Werkstofftype TECASINT 8591.
Der selbstschmierende, PTFE basierte Kunststoff mit speziellen Gleitadditiven und Füllstoffen erfüllt die hohen tribologischen Anforderungen wie geringe Reibung und Verschleiß bei langsamen Gleitgeschwindigkeiten ohne Stick-Slip-Effekte. Das Schmiermittel wird dabei durch das Gleiten der Kugeln vom Käfigmaterial TECASINT 8591 abgetragen und auf den Laufring des Kugellagers übertragen, wodurch eine gleichmäßige und dauerhafte Schmierwirkung entsteht. Selbst bei kryogenen Temperaturen und unter Vakuum zeigt dieses Material hervorragende Gleiteigenschaften und ist somit für den Einsatz als Kugellagerkäfig und lineare Kugelführungen im Weltraum bestens geeignet. 
Das Ensinger-Material ist eine geeignete und von der ESA zugelassene Alternative zum bekannten PGM-HT.
Neben den tribologischen Eigenschaften erfüllt der Werkstoff die Ausgasungsgrenzwerte nach ECSS Q70-02 und zeigt eine geringe Nachschwindung.

TECASINT 8591 grey

 TECASINT 8591 grey auf Basis von PTFE mit speziellen Gleitadditiven zeichnet sich durch hervorragende Selbstschmiereigenschaften ...

Konstantes Drehmoment und zuverlässiges Reibverhalten

Eine besondere Herausforderung ist vor allem ein konstantes Drehmoment über mindestens 20 Millionen Lagerumdrehungen. Untersuchungsergebnisse zeigen, dass sich TECASINT 8591 im Vergleich zum Wettbewerbsprodukt PGM-HT durch ein geringeres Kugellagerdrehmoment auszeichnet. Unerwünschte Stick-Slip-Effekte treten nicht auf. 

Lagertest TECASINT 8591 gegenüber PGM-HT

Freigabe durch die ESA

Während der Projektphase untersuchte AAC alle relevanten Eigenschaften des neuen Materials, darunter Dichte, Härte, Wärmeausdehnung, die selbstschmierenden Eigenschaften, Ausgasungsverhalten sowie Reibungs- und Verschleißverhalten über einen breiten Temperaturbereich, und testete erste Anwendungsmöglichkeiten in Zusammenarbeit mit Industriepartnern. Selbst bei kryogenen Temperaturen und im Vakuum zeigt der Werkstoff hervorragende Gleiteigenschaften. Nach der Auswertung der Ergebnisse wurde TECASINT 8591 von der ESA als Alternative zum bisherigen Single-Source-Material PGM-HT freigegeben. Erste Kunden testen den Werkstoff bereits für Lagerkäfige in entfaltbaren Antennen und Reflektoren.

Typische Eigenschaften

  • Ausgezeichnete Selbstschmierung
  • Niedriger Reibungskoeffizient 
  • Keine Stick-Slip-Effekte
  • Weniger Verschleiß und Reibung
  • Geringes Lagerdrehmoment
  • Enge Toleranzen und keine Schrumpfung
  • Geringe Ausgasung nach ECSS Q 70-02
  • Wärmeausdehnungskoeffizient CLTE vergleichbar mit PGM-HT (bisheriges Material)