Die Raumfahrtindustrie hat sich in den letzten zehn Jahren grundlegend verändert. Heutzutage beschränkt sich die Weltraumforschung nicht mehr nur auf staatlich finanzierte Missionen.
Private Unternehmen innerhalb wie auch außerhalb der Raumfahrtindustrie sind derzeit ganz erpicht darauf, das große Unbekannte mit großen und kleinen Satelliten und Raumschiffen zu erkunden. Mit der zunehmenden Anzahl an Akteuren, Missionen und großen Satellitenkonstellationen wächst auch der Bedarf an innovativen Schmierstoffen für die Raumfahrt.
Die Produkte von FUCHS sind nach der Übernahme von Nye Lubricants im Jahr 2020 jetzt für Anwendungen am Boden wie auch im Weltraum verfügbar. Nye arbeitet seit über 65 Jahren mit führenden Raumfahrtorganisationen an der Entwicklung hochmoderner Rezepturen. Erst im Februar 2021 landete der Mars-Rover „Perseverance“ auf dem Mars. Mit dabei: ein Barrierefilm von Nye Lubricants. Die Nye-Schmierstoffe für Raumfahrtanwendungen haben langjährige Flugerfahrung und wurden erstmalig bei der Mercury-Mission 1963 eingesetzt. Die Produkte von Nye haben beim Schutz von Komponenten der Internationalen Raumstation, der Satelliten der GOES-R-Serie und des James-Webb-Weltraumteleskops, das voraussichtlich am 31. Oktober 2021 gestartet werden soll, eine entscheidende Rolle gespielt.
Der Mars-Rover „Perseverance“ und der Rover „Curiosity“ verwenden das Nye-Produkt NyeBar® Barrier Film, das in erheblichem Maße dazu beiträgt, dass kein Öl zur Mastkamera des Rovers gelangt und die Bildqualität beeinträchtigt.
Der Einsatz von solchen Schmierstoffen für die Raumfahrt dient meist dem Zweck, die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern, optische Systeme zu schützen, Bewegungen zu steuern und Verunreinigung zu verhindern. Die richtige Rezeptur für ein Schmiermittel zu finden, das diese Anforderungen insbesondere in der rauen Umgebung des Weltraums erfüllt, ist eine Herausforderung.
Entwicklung von Schmierstoffen für Raumfahrtanwendungen
Schmierstoffentwickler müssen ganz genau wissen, wie Weltraumanwendungen funktionieren und wie die raue Umgebung die Schmierleistung beeinflusst. „Extreme Temperaturen, Vakuumbedingungen, geringe Ausgasung, geringe Partikelgenerierung und eine lange Lebensdauer sind Eigenschaften, die bei der Entwicklung eines Schmierstoffs für die Raumfahrt berücksichtigt werden müssen, um dafür zu sorgen, dass Komponenten über die gesamte Lebensdauer der Anwendung zuverlässig funktionieren“, erklärt Dr. Jason Galary, Leiter des Bereichs Forschung, Entwicklung und Innovation bei Nye. Wenn eine Komponente ausfällt, kann sie ganz im Gegensatz zu einem Auto nicht einfach gewartet und repariert werden. Weltraummissionen kosten hunderte Millionen, wenn nicht Milliarden von Dollar, da gibt es keinen Spielraum für Fehlleistungen. Daher müssen sämtliche Materialien, einschließlich Schmierstoffe, geprüft werden, um sicherzustellen, dass sie über die gesamte Lebensdauer der Anwendung zuverlässig funktionieren.
„Bei der Entwicklung eines Weltraumschmierstoffs muss sichergestellt werden, dass die Komponenten während der gesamten Lebensdauer der Anwendung zuverlässig funktionieren.”
Weltraumtests
Das 2019 eröffnete Vacuum Aerospace and Semiconductor Test (VAST) Laboratory von Nye ist eine stark kontrollierte Umgebung, in der für den Betrieb im Vakuum konzipierte Schmierstoffe entwickelt und getestet werden. „Ein Vorteil, den Nye gegenüber seinen Wettbewerbern hat, ist, dass es das Vakuum im Weltraum in seinen eigenen, speziell angefertigten Umgebungstestkammern nachbilden kann“, so Dr. Galary. Im VAST-Labor können mithilfe eines einzigartigen Prüfgeräts, das Nye-Ingenieure entwickelt und gebaut haben, Schmierstoffe und Komponenten unter Extrembedingungen getestet werden, die denen im Weltraum entsprechen. Einige Vorrichtungen, wie Nyes Spiralbahn-Tribometer (Spiral Orbit Tribometer, SOT), unterstützen vom Kunden bereitgestellte Komponenten, um nachzustellen, wie ein Schmierstoff sich in einer bestimmten Anwendung verhält.
Das SOT von Nye wurde basierend auf einer Tribometriemethode gebaut, die im NASA Glenn Research Center entwickelt wurde. Mithilfe des SOT können Ingenieure anhand der Anzahl der Umlaufbahnen, die unterhalb eines bestimmten Reibungswerts liegen, die relative Lebensdauer eines Schmierstoffs vorhersagen. Beim Test wird ein Drucklager simuliert. Die Testergebnisse geben Aufschluss über Schmierstoffverbrauch, Degradation und Lebensdauer. Da dieser Test im Ultrahochvakuum durchgeführt wird und die Kontaktmaterialien angepasst werden können, kann das SOT viel Einblick in die Leistungsfähigkeit wichtiger Schmierstoffe geben.
Nye-Schmierstoffe im Weltraum
Erkenntnisse für Anwendungen auf der Erde
Ähnlich wie beim Vakuum des Weltraums können bei der Halbleiterproduktion durch Ausgasung und Partikelerzeugung Präzisionskomponenten verunreinigt werden und die Produktqualität und -ausbeute negativ beeinflussen. Die gesammelten Informationen über Raumfahrtanwendungen können auch Erkenntnisse für die Entwicklung von Schmierstoffen für Halbleiteranwendungen liefern, bei denen ebenfalls saubere Schmierstoffe und eine geringe Ausgasung erforderlich sind, damit Schmierstoffe Vakuumbedingungen standhalten.
Das Video „Lubricants in Space“ zeigt Beispiele von Schmierstoffen, die speziell für Anwendungen entwickelt wurden, die den extremen Bedingungen im Weltraum standhalten.
Wichtige Schmierstoffe: Mars-Rover
Wenn optische Systeme nicht mehr einwandfrei funktionieren, stehen eine Mission und Jahre harter Arbeit auf dem Spiel. Bei der Entwicklung des Mars-Rovers „Curiosity“ hatte die NASA die Befürchtung, dass der Lagerschmierstoff an der Mastkamera mit der Zeit wandern könnte. Durch Migration wandert der Schmierstoff weg von der Lageroberfläche, wodurch der Verschleiß beschleunigt und letztendlich der Bewegungsumfang eingeschränkt wird. Um die Beeinträchtigung der optischen Systeme bei Missionen zu verhindern, musste die NASA ein Produkt finden, das die Schmierstoffmigration verhindert. Das Produkt musste auch bei extrem niedrigen Temperaturen ohne Ausgasung zuverlässig funktionieren. Wenn ein Produkt kondensierbares Material ausgast, kann das Kameraobjektiv beschlagen. „Unsere NyeBar®-Barrierfilme verhinderten das Wandern von Öl und Korrosion am Mars-Rover „Curiosity“. Das Produkt war so effektiv, dass die NASA sich auch für seinen Einsatz beim Mars-Rover „Perseverance“ entschied“, sagt Dr. Galary.
Gus Flaherty (links) und Dr. Jason Galary (rechts) leiten die Entwicklung von Nye-Schmierstoffen für Raumfahrtanwendungen.
Hauptsitz von Nye Lubricants in Fairhaven, Massachusetts, USA
Lernen Sie die Nye-Schmierstoffe kennen
Nye-Schmierstoffe sind im FUCHS-Konzern zwar neu, aber in der Schmierstoffbranche bestens bekannt, und das seit bereits über 175 Jahren. William Foster Nye verließ 1840, gerade mal 16 Jahre alt, den Familienhof in Massachusetts, um in der Wirtschaftswelt seinen Platz zu finden. Sein Ziel war es, sich im Bereich der Schmieröle für empfindliche Maschinen und anderer neuer Technologien einen Namen zu machen. Er hätte sich wahrscheinlich nicht vorstellen können, dass sein Unternehmen sich einmal zu einem Konzern mit einem Umsatz von über 50 Millionen US-Dollar entwickeln würde und Produkte, die seinen Namen tragen, auf den Mars fliegen würden. Nye hat von der industriellen Revolution bis hin zum Informationszeitalter zur Entwicklung und Verbesserung von Funktion und Zuverlässigkeit innovativer Produkte und bahnbrechender Technologien beigetragen. Dazu zählen heute Anschlüsse, Lager und Getriebe von Elektrofahrzeugen, Produktionsanlagen für Halbleiter, Geräte für die Arzneimittelabgabe und sogar Vorrichtungen im Weltraum. Nye wurde 2020 Teil des weltweiten FUCHS-Konzerns.
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Was gab den Ausschlag für die Übernahme von Nye Lubricants?
Keith Brewer: Nye bringt spezifisches Ingenieurwissen und einen einzigartigen partnerschaftlichen Entwicklungsansatz mit in die Kundenbeziehung. Durch die Übernahme und das Nye-Team werden wir unsere R&D-Kompetenz und unser Engineering-Know-how ausbauen können. Gleichzeitig werden wir dank der Lieferkette und Marktpräsenz von FUCHS zukünftige Kundenanforderungen erfüllen.
Wie ergänzen die Produkte von Nye das Produktportfolio von FUCHS?
George Mock: Durch Nye haben FUCHS-Kunden weltweit jetzt Zugang zu einer breiten Palette an Spezialschmierstoffen, da beide Unternehmen weitestgehend die gleichen Branchen, Marktsegmente und Kunden bedienen, allerdings in unterschiedlichen Anwendungsbereichen. In der Automobilindustrie liegt der Schwerpunkt des OEM-Geschäfts von FUCHS auf Erstbefüllung und Originalmarken (Eigenmarken) für Produkte wie Motoröl, Getriebeöl, Stoßdämpferöl sowie Schmierfette. Nye ergänzt FUCHS durch das Angebot von „Lube-for-Life“-Produkten. Diese Schmierstoffe sind wichtige Designelemente, die dafür sorgen, dass das Produkt des Kunden funktioniert und während der Lebensdauer des Produkts keine erneute Schmierung erfordert.
Wie haben Nye und FUCHS während der Pandemie zusammengearbeitet?
George Mock: Obwohl durch COVID-19 persönliche Treffen nicht möglich waren, haben die Kollegen von Nye und FUCHS virtuell zusammengearbeitet und die besten Möglichkeiten entwickelt, ihren Kunden einen Mehrwert zu bieten.
Keith Brewer: Die Teams von Nye und FUCHS Lubricants Co. hatten füreinander immer ein offenes Ohr und haben Ressourcen gemeinsam verwendet, wie Forschungs- und Entwicklungskenntnisse, Herstellungskapazitäten und Marketingaktivitäten, damit wir unsere Kunden besser bedienen können.
Wie sehen die Pläne für die Zukunft aus? Ist es möglich, Nye-Produkte bei FUCHS zu erwerben?
Keith Brewer: Nye-Produkte sind mittlerweile in bestimmten FUCHS-Einrichtungen weltweit erhältlich. FUCHS Australasia und FUCHS do Brasil sind beispielsweise die offiziellen Distributoren von Nye-Produkten in Australien und Brasilien.
