Spiegelkomponenten für das Extremely Large Telescope - Breton
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- Bearbeitung von Spiegelkomponenten für das Extremely Large Telescope (ELT)

 

„Extremely“ präzise – Neue CNC-Maschine ermöglicht hochgenaue Bearbeitung von Spiegelkomponenten für das Extremely Large Telescope (ELT)

Bis ein Teleskopspiegel seine eigentliche Aufgabe in einem Teleskop wahrnehmen kann, ist es ein langer und anspruchsvoller Weg. Das betrifft nicht nur den Transport zum Einsatzort, sondern insbesondere die vielen Schritte während des Herstellungsprozesses. Denn hochpräzise optische Komponenten sind entscheidend für die Qualität der Bilder aus fernen Galaxien – und damit den Erfolg des gesamten Projekts.

Das Extremely Large Telescope der ESO (European Southern Observatory) hat mit seinem 39-Meter-Hauptspiegel und einem ausgeklügelten Spiegelsystem die Messlatte für Spezifikationen einzelner Bauteile erneut höher gelegt. Der Technologiekonzern SCHOTT, der kürzlich den Auftrag für den Sekundär (M2)- und Tertiärspiegel (M3) des ELT erhalten hat, ist für dieses Super-Projekt mit modernstem Equipment bestens vorbereitet: Ein jetzt fertiggestelltes neues 5-Achsen-CNC-Bearbeitungszentrum ermöglicht künftig die Herstellung von Spiegelträgern aus ZERODUR® Glaskeramik bis fünf Meter Durchmesser in nie zuvor gekannter Präzision.

Thomas Werner, Projektleiter ELT bei SCHOTT

„Die Bearbeitung ist so genau, dass künftig ZERODUR® Spiegelsubstrate mit einer Flächenformtoleranz von kleiner als 100 Mikrometer, bzw. 0,1 Millimeter, geschliffen werden können“, erklärt der bei SCHOTT für das ELT-Projekt Verantwortliche, Thomas Werner. „Die Präzision ist damit doppelt so hoch wie bei der vorherigen Maschine, die bei 0,2 Millimeter Hüllkurvengenauigkeit, so der Fachbegriff, liegt“, fügt der Experte hinzu.

Schleifen kann der Schwenkkopf der „Computerized Numerical Control“ (CNC)-Werkzeugmaschine gleichzeitig in alle Richtungen, die Bewegungsgeschwindigkeit der Schleifwerkzeuge liegt bei 60 Metern pro Minute beim Werkzeugwechsel – das Spektrum reicht dabei vom Grobschleifen, der sogenannten Schwerzerspanung, bis hin zu höchster Genauigkeit nahe der geforderten Endgeometrie beim Feinschliff. Thomas Werner: „Glaskeramiksubstrate können beim aufwendigen Schleifprozess dabei durchaus auch mal 10 Tonnen Gewicht abspecken. Dies gilt beispielsweise für den nur 100 Millimeter dicken und 3,5 Tonnen schweren M2-Spiegelträger mit 4,25 Metern Durchmesser, der einen extremen Krümmungsradius haben wird“. Weitere Besonderheiten: Die CNC-Bearbeitungsmaschine kann automatisch den Spindelkopf mit Arbeitsspindel wechseln. Dieser Prozess dauert zwei Minuten. Manuell benötigte man bisher acht bis 16 Stunden bedingt durch eine sehr aufwendige Ausrichtung. Die 140 Tonnen-Anlage im Mainzer SCHOTT Werk steht auf einem neuen, von einer Spezialfirma perfekt ausgelegten Fundament, für das 700 Tonnen Beton erforderlich waren. Sie läuft künftig im Dreifach-Schichtbetrieb rund um die Uhr. Der Bearbeitungstisch ist erstmals nicht ausschließlich aus Stahl, sondern mit einer speziellen Keramikabdeckung versehen, die den Tisch vor Korrosion schützt und einen teuren rostfreien Edelstahl ersetzt. Neu ist auch ein sogenannter Wender, mit dem die Spiegelsubstrate innerhalb von nur zwei Minuten automatisch gewendet werden können. Da außerdem ein 32-Tonnen-Kran zur Beschickung der Maschine und des Wenders angeschafft wurde, ist man zukünftig unabhängig von externen Krandienstleistern und damit deutlich flexibler und schneller.

Durch die zahlreichen Optimierungen bietet das CNC-Bearbeitungszentrum SCHOTT künftig mehr Prozessflexibilität bei der anstehenden Spiegelträger-Fertigung für das ELT. Thomas Werner abschließend: „Mit einer zweiten Schmelzwanne und dem vollsimultanen CNC-Bearbeitungszentrum für unsere ZERODUR® Glaskeramik sind wir „extremely“ gut für das ELT-Projekt vorbereitet.“ Nachdem erste ZERODUR® Scheiben für den M4-Spiegel bereits in 2016 das Werk in Mainz verlassen haben, sollen der Sekundärspiegel im Januar 2019 und der M3-Spiegel im Juni 2019 ausgeliefert werden. ZERODUR® Glaskeramik verfügt über einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten nahe Null und ist mittlerweile in vielen größeren Teleskopprojekten im Einsatz.

Das optische System des E-ELT und die Rolle von ZERODUR®



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