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Das ideale Stativ

Moderne optische Aufnahmegeräte und Kameras erzeugen gestochen scharfe Bilder; aber nur wenn sich bei langen Verschlusszeiten die Position zum Objekt nicht verändert. Bei anderen Anwendungen wiederum ist eine exakte Nachführung der Optik gefragt. Die Lösung für beide Anforderungen sind Kleinstantriebssysteme. Ihre Bandbreite reicht vom Bürsten- motor über elektronisch kommutierte Antriebe bis hin zu Schrittmotoren.

Drei Gyroskope stabilisieren die Plattform mit der Kamera in allen Raumrichtungen. Je zwei 220 W DC-Antriebe pro Raumachse übernehmen den Ausgleich der Schwankungen, um das Objektiv permanent auf das Motiv auszurichten.

Die hohe Leistungsfähigkeit moderner Kamerasysteme kann nur dann genutzt werden, wenn der Anwender für optimale Bedingungen sorgt. Denn schon bei geringem Wackeln wird das Bild unscharf. Hier helfen kleine, hochpräzise und dynamikstarke Antriebe weiter. Egal ob es um eine gyroskopische Stabilisierung, schnelle Ausgleichsbewegungen oder eine hochpräzise Justierung einzelner Komponenten geht. Aus der Vielfalt der im Markt angebotenen Kleinantriebe, wie beispielsweise von der Firma Faulhaber, findet sich immer eine passende Aktorlösung.

Ein scharfes Bild gelingt am Besten mit einem Stativ und ist normalerweise auch nicht allzu schwierig. Entsprechende Aufnahmen von der Wasseroberfläche aus sind hingegen deutlich anspruchsvoller, denn ein schwimmendes „Stativ“ ist den Einflüssen des schwankenden Untergrunds ausgesetzt. Hier ist eine dynamische Ausgleichsvorrichtung die Voraussetzung für eine ruhige Kameraführung. Gelöst wird diese Aufgabe mit einer stabilisierenden Montageplattform.

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Die Stabilisierungseinrichtung für den Schlauchbooteinsatz besteht aus einer Plattform, einem 4,5 Meter langen Auslegerkran und dem Gestell zur Montage auf dem Boot. Am Bug montiert musste dabei das zulässige Gewicht beachtet werden, um die Seegängigkeit des Bootes nicht zu sehr zu beeinträchtigen. Diese Vorgaben forderten, dass der Kran bei 4,5 Metern Länge und einem Gewicht von 300 kg die Stabilisierungsplattform mit 75 kg Eigengewicht plus Kameranutzlast verkraftet. Die Plattform selbst trägt eine Kameranutzlast bis zu 40 kg. Drei Gyroskope stabilisieren die Plattform in allen Raumrichtungen. Die rechnerunterstützten Ausgleichsbewegungen in Echtzeit, d.h. den Ausgleich der Schwankungen um das Objektiv immer auf das Motiv auszurichten, übernehmen je zwei 220 W DC-Antriebe pro Raumachse in „push-pull“-Anordnung. Dieser Aufbau reduziert das Getriebespiel auf vernachlässigbare Werte. Mit unter 2 kg Gewicht ist diese Antriebslösung das Optimum, was sowohl schnelle Reaktion wie auch robuste Auslegung angeht.

Ausgleichen in Echtzeit

Der Schritt vom Meer zum Weltraum stellt ganz andere Anforderungen. Hier geht es oftmals darum, Licht von leuchtschwachen Sternen einzufangen. Große Spiegelteleskope sind aber teuer und unhandlich. Daher geht man mittlerweile zu flexiblen Lösungen über, bei denen die Aufnahmeoptik in einzelne bewegliche Elemente aufgeteilt wird. Kleinantriebe sorgen für eine gezielte Justierung der Optik, um Materialabweichung, Schwerkraftdeformation oder Brechungsschwankungen der Atmosphäre zu minimieren. Gefragt sind hier kleinste Antriebe mit spielfreiem Getriebe und höchster Zuverlässigkeit, auch über Jahre hinweg.

Im Lamost (Large Sky Area Multi-Optic Fibre Spectroscopy Telescope), einem Teleskop in China, wird das gesammelte Licht über tausende Glasfasern zur Auswerteoptik übertragen. Für die präzise Einstellung der Fasern setzten die Erbauer auf die Kompetenz der Schweizer Faulhaber Tochter Precistep SA. Die Lösung bestand in einem Zusammenschluss von 4.000 einzelnen biegsamen Glasfasern. Diese können nun über Getriebe mit hoher Präzision individuell justiert werden. Ein großes Problem dabei ist die möglichst geringe Baugröße, um eine hohe Leuchtdichte am Kamerachip zu erreichen. Jede einzelne Faser ist in zwei Achsen separat positionierbar. Dies erfordert daher je zwei Antriebe, insgesamt also 8.000. Bei der hohen Anzahl und Packungsdichte der inklusive Getriebe nur 10 mm „dicken“ Antriebe ist an Wartung oder gar Ersatz kaum zu denken. Allein das Steuerungskabel besteht aus über 32.000 Einzellitzen und misst rund 30 cm im Durchmesser. Daher war die Anforderung an die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Komponenten enorm. Optimal abgestimmte Schmierstoffe und spielarme Planetengetriebe ergaben dann in der Summe die geforderte Präzision bei hoher Zuverlässigkeit.
Für irdische Aufgaben eröffnen moderne Kameras ebenfalls völlig neue Möglichkeiten. So lassen sich 360°-Panoramaaufnahmen ebenso umsetzen wie der Druck extremformatiger Bildleinwände aus 32-bit-HDR-Bildern. Der sogenannte Roundshot VR Drive erlaubt schnell und kostengünstig die Kamera für den „Rundumblick“ aufzurüsten. Bei bis zu 999 Stopps pro 360° Umdrehung lassen sich hochwertige Panoramablicke generieren. Alternativ kann auch ein Objekt definiert gedreht werden bei fester Kameraposition. Die Auflösung des auf der Motorwelle sitzenden Encoders wird durch mögliche Untersetzungen von 3,71 bis 23.014 : 1 für die Abtriebsseite nochmals verbessert. Das Abgangsdrehmoment darf dabei bis zu 700 mNm, die Temperatur -25 bis +85 °C betragen; dabei ist eher der Akku als der Antrieb der begrenzende Faktor für den Einsatz des Gerätes.

Andreas Zeiff, Stutensee/Dr. Peter Stipp

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