DC-Motoren Kleinstantriebe für eine spektakuläre Lasershow

Anbieter zum Thema

FAULHABER Antriebssysteme

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

Lasershows sind heute aus Großveranstaltungen nicht mehr wegzudenken. Hinter den magisch leuchtenden Lichtgebinden stecken jede Menge High-Tech und Knowhow. Auch die kleinen DC-Antriebe, die in den Laserprojektoren für Strahlausrichtung und Effekterzeugung sorgen, müssen Beachtliches leisten.

Spektakuläre Anwendungen gibt es für das Berliner Unternehmen Laseranimation Sollinger, das hochwertige Lasersysteme und -steuerungen entwickelt und produziert, zuhauf. Zum Beispiel der „Global Rainbow“ der Künstlerin Yvette Mattern: Sieben bunte und starke Laserstrahlen, die vom Berliner Ernst-Reuter-Platz in Richtung Siegessäule in die Höhe leuchten und die Atmosphäre der ganzen Innenstadt verändern. Oder „Another Moon“ vom Künstlerduo Kimchi and Chips, das über der Zeche Zollverein in Essen einen zweiten Mond am Himmel erscheinen lässt.

Muster und Farbgebung: Stärken und technische Herausforderungen

Die oft überraschenden, manchmal atemberaubenden Lichteffekte beruhen auf den Eigenschaften des Laserstrahls. Bei Intensität, Strahlbündelung und Reichweite übertrifft er Lichtstrahlen aus anderen künstlichen Quellen um ein Vielfaches. Gleichzeitig ist der Laser aber optischen und technischen Beschränkungen unterworfen, wie Richard Schäfer, Vertriebsleiter bei Laseranimation Sollinger erklärt: „Der Strahl ist üblicherweise sehr dünn, bei unseren Geräten beträgt sein Durchmesser in der Regel um die vier Millimeter. Auf einer Projektionsfläche erscheint also immer nur ein kleiner Punkt.“ Um trotzdem ein Muster wie ein Logo, einen Schriftzug oder bewegte Bilder zu erzeugen, setzt die Laserprojektion auf die Trägheit des menschlichen Auges. Genau gesagt ist es die Bildverarbeitung im Gehirn, die ja auch bei einem Film aus 24 Einzelbildern pro Sekunde einen kontinuierlichen Verlauf zusammendenkt. Bewegt sich der Laserstrahl nur schnell genug, sieht der Mensch statt eines herumflitzenden Lichtpunktes die projizierte Animation. Dafür wird der Strahl im Projektor mittels zweier Spiegel für die x- und y-Achse abgelenkt

Bildergalerie

Herausfordernde Farbgebung des Laserstrahls

Eine weitere Herausforderung galt es bei der Farbgebung zu meistern. Die Farbe eines Lasers hängt vom laseraktiven Material ab, in dem der Strahl erzeugt wird. Bei der Laserprojektion ist es der Halbleiter. Laserdioden können aber nur wenige Grundfarben erzeugen, hauptsächlich Rot, Grün und Blau. Die Highend-Geräte von LaserAnimation Sollinger verfügen darüber hinaus über Coherent OPSL Quellen für Gelb, Orange und Cyan. Um einen weißen Strahl zu produzieren, müssen Strahlen mehrerer Farben kollinear übereinandergelegt werden. Dasselbe gilt für andere Farben. Um die unterschiedlichen Töne der gesamten Palette herzustellen, wird zusätzlich die Intensität der einzelnen Strahlen moduliert.

Filter für Farbvielfalt

Je besser es gelingt, die unterschiedlichen Laserquellen mit jeweils verschiedenen Wellenlängen so gut wie möglich kollinear übereinander zu legen, desto schärfer und präziser wirkt das Ergebnis für das menschliche Auge. Dazu werden dichroitische Filter verwendet, die bestimmte Wellenlänge umlenken, während andere Wellenlängen (also Farben) die Filter passieren. So können unterschiedliche Laserstrahlen zu einem einzigen Strahl übereinandergelegt werden. Ein entsprechender weißer Strahl für das menschliche Auge ist dann die Kombination aus roten, grünen und blauen Quellen. Das funktioniert allerdings nur, wenn die Strahlen ganz genau und vor allem langfristig beisammenbleiben, und das auch noch in großer Entfernung. Schließlich sollen Laserinstallationen oft auf hunderte Meter oder sogar mehrere Kilometer zu sehen sein. Entsprechend präzise muss man die dichroitischen Filter justieren, wie Richard Schäfer erklärt: „Eine Abweichung von einem hundertstel Grad ergibt auf hundert Meter einen Versatz von 1,7 Zentimeter. Damit liegen die Einzelfarben nicht mehr übereinander und können vom Auge unterschieden werden, der Farbmisch-Effekt wäre dahin.“

Antriebe fürs Nachjustieren

Nun ist es durchaus nicht außergewöhnlich, dass Laserprojektionsgerät den Betrieb in Berlin verlässt, um einen Tag später zum Beispiel für eine Lasershow in Dubai aufgestellt zu werden. Nach minus zwanzig Grad auf dem Frachtflug heizt sich das Gehäuse in der Wüstensonne auf sechzig Grad oder mehr auf. Trotz hochwertiger Materialien und ausgefeilter Befestigungstechnik ist da ein gewisser Verzug in der Optik unvermeidlich. Die Position der dichroitischen Filter muss also leicht nachjustiert werden. Für diesen Zweck sind die Halter der dichroitischen Spiegel mit einem Antrieb versehen: Bürstenlose DC-Motoren der Serie B-Micro von Faulhaber mit integriertem Getriebe erledigen die Aufgabe der softwaregesteuerten Feineinstellung auf mindestens ein Tausendstel Grad genau. Mit Durchmessern zwischen 3 und 5 mm bei 8 bis 14,6 mm Länge sind die sensorlosen Micro-Motoren in 2-Pol-Technologie sehr kompakt und liefern ein vergleichsweise hohes Dauerdrehmoment bis 18 µNm.

Bildverarbeitung

Industriekameras überprüfen Blindenschrift auf Verpackungen

Schutzklappe und Beugungsgitter

In den Laserprojektoren gibt es aber auch noch weitere Einsatzbereiche für die leistungsstarken Kleinstantriebe, zum Beispiel als Schutzeinrichtung. Da das intensive Laserlicht nicht unkontrolliert ins menschliche Auge gelangen soll, sind die Projektoren mit einem zweistufigen Abschaltmechanismus ausgestattet. Neben einer elektronischen Schutzschaltung gibt es für den Notfall auch einen mechanischen Shutter. Seine Klappe wird während des regulären Betriebs von einem motorisierten Drehmagneten offengehalten. Bei einer Störung stoppt die Sicherheitsschaltung den Motor und lässt so die Klappe in den Strahlaustritt fallen.

Weitere Antriebe des Schönaicher Antriebsexperten kommen im Grating-Modul, also dem Beugungsgitter zum Einsatz. Damit kann ein Laserprojektor neben Beams und Grafiken auch vielfältige Muster und Effekte erzeugen. Die Effekte können nicht nur an einer Projektionswand, sondern auch freischwebend im Raum inszeniert werden. Die Räder im Grating-Modul werden von Schrittmotoren in Position gebracht, um ein bestimmtes Gitter für die Projektion auszuwählen. Die kreisförmigen Gitter selbst werden dann von bürstenlosen DC-Motoren in eine Bewegung versetzt. Das erzeugt einen zusätzlichen optischen Effekt, der vom wilden Zappeln bis zur schleichenden Veränderung eines Bildes führen kann.

Automation App Award

Die beste Automatisierer-App braucht Ihre Stimme!

Präzision und Wiederholgenauigkeit

„Für solche Effekte werden häufig mehrere Projektoren in parallelem Betrieb eingesetzt“, erklärt Richard Schäfer. „Sie können ihre Wirkung nur entfalten, wenn sich die Gitter völlig synchron bewegen, bei höchster und niedrigster Drehzahl ebenso wie beim Start/Stopp-Betrieb mit ständigem Richtungswechsel.“ Die Projektoren und die Grating-Module sind mit Technik vollgepackt, der Bauraum ist äußerst eng. Nur sehr kleine Motoren finden darin Platz. Dennoch sind höchste Präzision und Wiederholgenauigkeit hier zusätzliche Mindestanforderungen. Hier wurden spielfreie Getriebe integriert, die wesentlich dazu beitragen, die hohen Anforderungen zu erfüllen. Auf die Frage nach dem Beginn der Zusammenarbeit mit Faulhaber antwortet Richard Schäfer, das müsse vor seiner Zeit gewesen sein, und bei der Suche nach der ersten Bestellung stößt er auf die Jahreszahl 2003. Demnach haben sich die Motoren in diesem anspruchsvollen Anwendungsbereich seit zwanzig Jahren bewährt.