Das Fahrgestell des Mars-Rovers »Curiosity« 08.08.2012, 07:34

Fahrgestell Curiosity, technische Zeichnung, Vorschaubild

Die Curiosity fährt über Stock und Stein. Die Baugruppe, die dabei den tec.LEHRERFREUND besonders interessiert: Wie haben die Wissenschaftler das Fahrwerk und seine Kinematik gestaltet? Vorschlag für ein Arbeitsblatt.

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6. 8. 2012
Die NASA-Mission Mars Science Laboratory ist geglückt: Das bisher größte Forschungsfahrzeug, der Rover1) »Curiosity«, konnte erfolgreich auf dem Mars abgesetzt werden. Mit fast 1 Tonne Gewicht und 4,5 m Breite ist das Roboterfahrzeug mit zahlreichen Analysegeräten ausgestattet. An einem etwa zwei Meter langen Mast trägt es zwei in alle Richtungen verstellbare Kameras.
Zwei Jahre lang soll  das Fahrzeug auf dem Roten Planeten umherfahren und eine brennende Frage der Wissenschaft beantworten helfen: Hat es auf dem Mars einst Leben gegeben? 

1) Unter einem Rover versteht man in der Raumfahrt allgemein einen Roboter, die sich mobil auf der Oberfläche anderer Himmelskörper fortbewegt.

Der Curiosity wird auf ihren Erkundungsfahrten viel zugemutet; sie fährt buchstäblich über Stock und Stein, bergauf und bergab, durch Schotter und Sand. Dabei sollte sie niemals umstürzen. Geschähe es doch, müsste sich das Zweimilliardendollar-Objekt wieder selbst auf die Räder helfen.

Die Baugruppe, die den tec.LEHRERFREUND besonders interessiert: Wie haben die Wissenschaftler das Fahrwerk und seine Kinematik gestaltet?
Sucht man im Internet nach Informationen darüber, dann ist z. B. die Rede von einer »bogie suspension«, einer Bogieaufhängung. Wir lieben das Wort schon deshalb nicht so, weil man in deutschsprachigen Ländern wirklich ohne den Begriff »bogie« auskommt. Pendelachse, Schwingachse, auch Schwenkachse, wären durchaus zumutbare deutsche Alternativen. Es geht dabei immer um eine Radaufhängung, die in der Lage ist, Hindernisse und Bodenunregelmäßigkeiten auszugleichen oder solche in schwierigeren Fällen zu überwinden. 
Wenn schon »bogie«: Was versteht man darunter? Im Englischen ist es ein Allerweltsbegriff und heißt: Drehgestell, Fahrgestell, Radsatz usw.

Heute werden z. B. fast alle Schienenfahrzeuge als Drehgestellfahrzeuge gebaut. Das Gegenstück zur Drehgestell-Lösung ist die einfachere Starrachse

Eisenbahn-Drehgestell; Bild: Partim - Hauptbaugruppen eines Drehgestells (CC BY 3.0)

Drehgestelle bringen diese Vorteile:
- Lange Fahrzeuge nehmen Kurven besser.
- Drehgestelle arbeiten mit zwei Federstufen, die für eine gute Entkoppelung zwischen dem Wagenkasten und den Unregelmäßigkeiten der Gleislage sorgen. Dies heißt: besserer Fahrkomfort.
- Der Schienenverschleiß ist deutlich geringer. 

Das Fahrwerk der Curiosity weist eine entfernte Verwandtschaft zum Drehgestell auf. Trotzdem ist es ganz anders, denn 
- Die Curiosity ist im Vergleich zu einem Schienenfahrzeug ein leichtes Fahrzeug 
- Die Curiosity fährt im Vergleich zu einem Schienenfahrzeug sehr langsam
- Sie fährt nicht auf Schienen 
- Sie muss in alle Richtungen lenkbar sein
- Sie muss Sand, Steinbrocken, Gräben und andere Unebenheiten überwinden können.  

Holzvollernter

Auch er fährt über starke Bodenunebenheiten, über Holzstämme usw.

 

Und so sieht der NASA-Marsrover aus:

Bild WIKI 

Im Folgenden ist seine Radaufhängung vereinfacht dargestellt. Sie besteht aus zwei an Drehpunkten miteinander verbundenen Schwingen. Die ein V bildenden Stäbe der Schwingen sind starr zueinander angeordnet. Die beiden voderen und hinteren Räder lassen sich einzeln lenken.
Der Antrieb eignet sich als Geometrieaufgabe

Aufgabe: Konstruieren Sie die Schwingenpositionen auf den unterschiedlich gestalteten Unterlagen A, B und C

Lösungsvorschläge dafür finden Sie in einem späteren Beitrag.

Die Skizze unten ist als Hilfe für das Arbeitsblatt gedacht

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