Kleinmotoren Meilenstein der Automation: Ein Antrieb erobert Welten

Für Maxon Motor ist der Mars längst gewohntes Terrain. Doch die Schweizer Antriebsspezialisten bleiben auch dem Planeten Erde treu: Hier wollen sie mit intelligenten Systemlösungen die Welt von morgen mitgestalten.

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Feiner Eisenoxid-Staub gibt dem Mars seine rötliche Färbung, Vulkane, Gebirge und Meteoriteneinschläge die Oberflächenstruktur. Gab es auf diesem so unwirtlich wirkenden Wüstenplaneten einst Leben? Der Antwort kam die Mars-Mission Opportunity der NASA womöglich mit einigen spektakulären Aufnahmen ein großes Stück näher, etwa als der Rover im Januar 2018 am Rand des Endeavour-Kraters feine Linien zeigte. Muster, die vor Jahrmillionen von lebensspendender Feuchtigkeit in den Boden gefroren worden sein könnten.

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Eigentlich sollte der im Januar 2004 gelandete kleine Roboter nur drei Monate herumfahren – daraus sind viele Jahre und Kilometer von Krater zu Krater geworden. Auch deshalb gilt der Mars-Rover Opportunity als eine der größten Erfolgsgeschichten der NASA – und als die von Maxon Motor, dem Antriebsspezialisten aus Sachseln im Schweizer Kanton Obwalden. Denn angetrieben wird der sechsrädrige Opportunity von Maxon DC-Motoren: 35 Präzisionsantriebe mit Durchmessern von 20 und 25 mm. Mehr als 78 Mio. Umdrehungen absolvierte jedes der sechs Räder seitdem auf dem Mars. So manches Mal harrte der Rover im Ruhezustand mangels aufgeladener Batterie, wenn sich windgefegter Staub auf die Solarpanels gelegt hatte, doch weiterhin fahrbereit.

„Opportunity trotzte in den vergangenen Jahren vielen kleinen und großen Sandstürmen“, erzählt Maxon-CEO Eugen Elmiger. Schon seit den 1980er-Jahren ist Maxon an Raumfahrt-Projekten beteiligt. Der Durchbruch kam für die Schweizer Antriebsspezialisten 1997 mit dem Mars-Rover Sojourner der US-Weltraumbehörde, gefolgt von den Zwillings-Rovern Spirit und Opportunity, alle von DC-Motoren aus dem Hause Maxon angetrieben.

Diese präzise laufenden Gleichstrommotoren setzen so ziemlich alles in Bewegung, was sich zuverlässig drehen soll – und muss. Denn was beispielsweise wie die Mars-Rover zuvor mehr als 50 Mio. km unterwegs zum Einsatz war, hat nur einen Anlauf, um dann auch erfolgreich zu sein.

Herzstück der DC-Motoren ist der eisenlose Rotor mit rautenförmiger Wicklung, für den die Ingenieure von Maxon 1970 das Herstellungsverfahren weltweit patentieren ließen. Diese Technologie macht aus Mini-Motoren kompakte, leistungsstarke und trägheitsarme Antriebe. Dank dem kleinen Massenträgheitsmoment haben die DC-Motoren zudem eine hohe Beschleunigung.

Motoren

Mars-Rover kämpft gegen Sandsturm

Weltraum als Teststrecke: Innovationen für die Erde

Ein Meilenstein also im Feld der Antriebstechnik – und der Grundstein für viele Innovationen, die später noch folgen sollten. Auch, weil sich seitdem aus der patentierten Technologie immer neue Anwendungsfelder erschließen, in denen es gilt, teils enorme Herausforderungen zu meistern. „Unsere bürstenbehafteten und bürstenlosen DC-Motoren sind im Weltraum härtesten Bedingungen ausgesetzt. Extremer Kälte, Hitze, Schlägen, Vibrationen“, erklärt Elmiger. „Dank dieser Erfahrungen können wir unsere Produkte für den Einsatz auf der Erde verbessern.“ Denn auch auf dem Blauen Planeten kommt es bekanntlich in vielen Anwendungen auf winzige Kraftpakete mit höchster Präzision an.

Gleichmäßiges Gangbild: Mobilität durch Exoskelette

Wie zum Beispiel in der Medizintechnik, für die der Schweizer Antriebsspezialist 2007 Maxon Medical gründete. Der Geschäftsbereich erzielt inzwischen 40 Prozent der Konzernerlöse von rund 400 Mio. Euro im Jahr 2017. Maxon Medical hat sich auf die Herstellung von hochpräzisen Antrieben für die Medizinindustrie spezialisiert. Dazu zählen beispielsweise Insulinpumpen, Opera­tionsroboter, Prothesen mit bürstenlosen Flachmotoren und Exoskelette – mechatronische Stütz- und Bewegungssysteme, bei denen Motoren die Bewegung von Gelenken übernehmen. Ein noch junger Markt, der mit Pionierlösungen wie von Maxon Motor und seinen Entwicklungspartnern neue Behandlungsansätze ermöglicht.

Rex Bionics zählt sicherlich dazu, die Robotertechnologie einer in Auckland, Neuseeland, ansässigen Firma, die in der Mobilität eingeschränkten Menschen auf die Beine hilft: Tausende Präzisionsteile und ein Netzwerk aus 29 Mikro-Controllern steuern das Exoskelett, zehn DC RE 40 von Maxon sorgen für den ruckfreien und gleichmäßigen Antrieb der Gliedmaße, um nur ein Beispiel zu nennen.

Präzise Leistung gilt in Sachseln als Standardprofil

Ein weiterer Fokus ist auf die Industrieautomation gerichtet, in der sich ebenfalls fast alles um starke und höchst präzise Leistung dreht, nicht selten ebenfalls in äußerst rauen Umgebungen. Die Maxon Motor AG hat deshalb nicht von ungefähr ein Portfolio aufgebaut, das viele, selbst extreme Anforderungen bereits mit Standardprodukten löst. Ein Beispiel? Als ein Team der British Antarctic Survey (BAS) für seine Eiskern-Bohrungen 600 m tief ins Packeis der Antarktis starke Motoren mit hohem Drehmoment im Kleinformat benötigte, die zudem bei konstantem Drehmoment die Geschwindigkeit variieren können, lösten Maxons Ingenieure die Herausforderung mit dem Maxon EC 45 mit 250 Watt und einem Planetengetriebe GP 52.

Es sind die Anforderungen konkreter Anwendungswünsche, die Maxon Motor zu neuen Antriebskonzepten und Innovationen antreiben. Gemeinsam mit den Kunden entstehen so Lösungen, die sich in humanoiden Robotern und hochpräzisen Industrieanlagen finden, in Kameraobjekten, Tattoo-Maschinen, Rennautos, Herzpumpen oder Passagierflugzeugen.

Autonome Drohnentechologie

Ein Hubschrauber auf dem Mars

Intelligente Antriebssysteme erobern neue Gebiete

Und so entwickelt Maxon nicht nur seine Komponenten technologisch immer weiter, sondern wandelt auch sich selbst in Richtung Systemanbieter. Ein System, das kann für Maxon ein Motor plus Spezialgetriebe, Encoder, Bremsen, Elektronik, kundenspezifische Software, Batterie und Batteriemanagementsystem sein: „Unser Ziel sind intelligente Antriebssysteme“, erklärt Media Officer Stefan Roschi.

Und das stellt Maxon etwa bei den nächsten geplanten Mars-Missionen im Jahr 2020 unter Beweis. Hier liefert Maxon gleich für zwei Projekte komplette Antriebsmodule: für die NASA und für Exomars der europäischen ESA. Für den Rover der Exomars-Mission besteht das Antriebssystem aus dem Motor DCX 22L, einem Planetengetriebe GP 22 HD, einem Encoder sowie einer Magnetbremse, alles kompakt in einem Gehäuse untergebracht. 18 dieser Module werden im Fahrgestell eingebaut, wo sie für den individuellen Antrieb und die Steuerung der sechs Räder sorgen. Viele Tests für die Antriebe führt Maxon hierbei selbst durch. Mit Schweizer Qualitätsstempel also. Und auch in der Bohreinheit der italienischen Firma Selex ES für Exomars steckt die Schweizer Antriebsexpertise. Rund 300 Mitarbeitende von Maxon arbeiten an den Antriebslösungen für die Exomars-Mission von den verschiedenen Standorten des global agierenden Unternehmens aus vernetzt zusammen.

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Ergänzendes zum Thema

Kurz-Interview: Mit Strategie zum Systemanbieter entwickeln

Herr Elmiger, Maxon tritt jetzt vermehrt als Gesamtlösungsanbieter auf. Was steckt dahinter?

CEO Eugen Elmiger möchte Maxon für die Zukunft in Richtung intelligente Antriebssysteme entwickeln.

Auch wenn wir in den letzten 50 Jahren hauptsächlich Komponenten verkauft haben, waren doch rund 80 Prozent davon kundenspezifisch angepasst. Es war uns schon immer wichtig, die Anwendung des Kunden zu verstehen, damit wir ihm die optimale Lösung anbieten können.

DC-Motoren, Getriebe, Encoder und Steuerungen bieten wir ja schon lange an – und oft in Kombi­nation. Der Schritt zum Systemanbieter war vor diesem Hintergrund nur logisch.

Was möchten Sie mit dieser Neuausrichtung hin zum Systemanbieter erreichen?

Unser Ziel ist es, Mechanik, Elektronik und Software in die Anwendung des Kunden optimal zu integrieren. Erste Erfahrungen haben wir bereits gesammelt – unter anderem mit unserem E-Bike-Nachrüstkit Bikedrive. Die Akkus beziehen wir zwar extern, das Batteriemanagementsystem ist aber von uns entwickelt worden. Auch die gesamte Elektronik im Motor und im Powergrip ist made by Maxon. Diesen Systemgedanken wollen wir auch auf andere Anwendungen ausweiten, speziell in den Bereichen E-Mobility und Robotik.

Wo sehen Sie die größten Entwicklungsmöglichkeiten und Chancen für Maxon?

Viele Märkte beginnen zu verschmelzen. Die Robotik und Medizintechnik fügen sich in der robotischen Rehabilitation zusammen, nur um ein Beispiel zu nennen. Das ist unsere Chance, denn wir kennen die einzelnen Märkte und können unser Wissen diszi­plin­übergreifend transportieren und optimale Lösungen zusammen mit den Kunden erarbeiten. Wir wollen die Leaderrolle im Antriebsmarkt weiter ausbauen und uns dafür, wie gesagt, verstärkt auf mechatronische Antriebssysteme spezialisieren. Gut möglich, dass wir künftig Robotergelenke oder sogar Arme oder Beine entwickeln und produzieren.

In dem vernetzen Kosmos eines Systemanbieters

Seine globale Ausrichtung flankiert Maxon durch den Ausbau und die Digitalisierung seiner mittlerweile acht globalen Produktionsstätten in der Schweiz, Deutschland, Ungarn, Südkorea, USA, Frankreich, Niederlande und China. In der Schweiz hat Maxon gerade für 30 Mio. Franken ein neues Innovationszentrum fertiggestellt. Und in den USA wird bald ein neuer Produktionsstandort nahe Boston eröffnet. Maxon ist zudem in über 30 Ländern mit Vertriebsgesellschaften vertreten.

Inzwischen ist die Positionierung als Systemanbieter im ganzen Unternehmens-Kosmos von Maxon erkennbar – in mehr als nur einer Dimension, um im Bild zu bleiben. So hat sich Maxon Motor nun in Business Units organisiert, um seine Sales Engineers und Entwickler auf zukunftsweisenden Gebieten zusammenzuführen. Auf diese Weise lässt sich das hoch spezialisierte Know-how verschiedener Disziplinen für die Entwicklungen von Systemlösungen bündeln. Aerospace und Medical sind eine Business Unit, auch E-Mobility & Robotics, Transportation und Industrial Automation. „Ingenieure werden so mehr und mehr zu Spezialisten in Anwendungsfeldern, können Lösungen für Kunden konzipieren und nicht nur Antriebe, Encoder oder Steuerungen“, erklärt Eugen Elmiger die Strategie. Dass dieses Konzept aufgeht, zeigt etwa das Antriebssystem Door Drive, das in Aufzügen von Schindler täglich mehr als einer Milliarde Menschen die Türen öffnet.

Antriebstechnik

So steigern Sie den Wirkungsgrad von Antriebskomponenten

Für Innovationskraft sorgen auch neue Ansätze wie das 2016 kreierte Young Engineers Program sowie Innovation Labs an der Hochschule in Luzern und der Technischen Hochschule in Lausanne.

Um technologisches Know-how ging es auch vor rund einem Jahr bei der Akquise der Zub Machine Control AG, die sich im Bereich der Industrieautomation auf Motion Control und intelligente Mehrachsensteuerung spezialisiert hat. „Die Steuerungen von Maxon ergänzen sich perfekt mit den Master-Controller-Lösungen von Zub“, erklärt Elmiger. Ein weiterer Schritt zum Systemanbieter: „Maxon ist damit noch besser in der Lage, Komplettlösungen inklusive Energieversorgung aus einer Hand anzubieten.“ Verschiedene Projekte zur Systemintegration laufen bereits, beispielsweise auf den Feldern der Elektromobilität und der Robotik. Erstes konkretes Produkt ist Maxon Bikedrive, eine E-Bike-Lösung mit kompaktem, drehmomentstarken und robusten Heckmotor, Batterie und dem Controller Powergrip.

Und auch hierin zeigt sich wieder der globale Lösungsanbieter. Denn Maxon hat sein Know-how aus der Raumfahrt auch in den Bikedrive gepackt. Und von hier fährt auch die Expertise 2020 wieder auf den Roten Planeten mit. Nicht nur die DC-Motoren, sondern ganze Antriebssysteme – made in Sachseln.

Motoren

Maxon Motor verzeichnet Umsatzrekord

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