Lager für die Zeitmaschine

Lager - In Südafrika entsteht eines der leistungsfähigsten astronomischen Teleskope der Südhalbkugel der Erde. Einen erheblichen Beitrag zur Realisierung des ehrgeizigen Projekts leistet hochpräzise Lagerungstechnik aus Deutschland für den Spiegel und die Kuppel der Sternwarte.

23. August 2005

Auf dem Great Karoo-Plateau, 350 Kilometer nordöstlich von Kapstadt, entsteht das größte optische Teleskop südlich des Äquators. Seit 1998 laufen die Bauarbeiten dieses internationalen Gemeinschaftsprojekts mit der Bezeichnung SALT (Southern African Large Telescope), an dem unter anderen auch die Universität Göttingen beteiligt ist. Im November 2005 sollen die Arbeiten abgeschlossen und die volle Leistungsfähigkeit des Teleskops erreicht sein. Das 30 Millionen US-Dollar teure Teleskop kann Licht erfassen , das nur ein Milliardstel so stark ist, wie es das menschliche Auge sehen kann. Damit könnte das Teleskop noch das Licht einer brennenden Kerze erkennen, die auf dem Mond steht. Das Fernrohr ermöglicht damit einen Blick auf Sterne, Galaxien und Quasare in einem Zustand, als das Universum erst ein Zehntel seines heutigen Alters erreicht hatte.

Die Konstruktion des insgesamt 82 Tonnen schweren Teleskops basiert auf dem Hobby-Eldery-Teleskop in Texas, wurde jedoch in vielen technischen Details weiterentwickelt und verfeinert. Die Spiegeleinheit mit einem Durchmesser von 11 Metern besteht aus 91 hexagonalen aluminiumbeschichteten Einzelspiegeln, die einzeln ausgerichtet werden können. Die gesamte Spiegeleinheit wird von Luftlagern getragen und soll dann von einer hochpräzisen Lagerung geführt werden. Auf der Suche nach einer hochgenauen Lagerung für den Königszapfen des Teleskops wandte sich der südafrikanische Radarsysteme-Hersteller Reutech im April 2001 an die INA-Schaeffler KG. Anwendungsingenieure des Lager- und Führungsspezialisten empfahlen nach reichlicher Prüfung für die Anwendung ein Rundtischlager mit integriertem Meßsystem. Das letztlich verwendete Modell YRTM mit 395 Millimetern Durchmesser besitzt einen eingeschränktem Axial- und Radialschlag von drei Mikrometern sowie einen Encoder mit einer Meßgenauigkeit von ± 3 Winkelsekunden, was exakt den Anforderungen des Kunden entsprach.

Genau bei wenig Bauraum

Für die INA-Ingenieure war dieser Auftrag nur der Anfang: Auch bei der Frage nach der Lagerung des beweglichen Rahmens für die Signalaufnahme im Brennpunkt oberhalb des Teleskopspiegels wandten sich die südafrikanischen Teleskopbauer an die Lagerspezialisten aus Deutschland. Dieser viereinhalb Tonnen schwere sogenannte Tracker nimmt das gebündelte Lichtsignal auf und muß dazu den sich scheinbar am Himmel drehenden Sternbildern mit einer Genauigkeit von 6 Mikrometern permanent nachgeführt werden. Eine besondere Herausforderung war dabei jedoch nicht allein die geforderte Genauigkeit, sondern auch der zur Verfügung stehende Bauraum. Über die Art der Lösung war man sich schnell klar: Eine derartige Präzision konnten allein Teleskoparme in Verbindung mit Kardan gelenken liefern. Ein Griff ins Regal war jedoch nicht möglich, da die vorhandenen Typen maßlich nicht in den Bauraum paßten. Die Lagerspezialisten aus Herzogenaurach entwickelten deshalb speziell für diese Anwendung sechs kundenspezifische Teleskoparme aus ein Meter langen Teleskopstreben mit dazu passenden INA-Kardangelenken. In ausgefahrenem Zustand erreichen diese Streben eine Länge von eineinhalb Metern.

Die gesamte Technik ist auf mehr als 30 Jahre Nutzung ausgelegt und muß dabei einer ziemlich harten Beanspruchung widerstehen: So herrschen in 1.800 Metern Höhe in Südafrika zwischen Tag und Nacht Temperaturunterscheide von mehr als 40 Grad Celsius - mit entsprechenden Auswirkungen auf die Kinematik, Schmierung und Paßgenauigkeit. Zum Ausgleich der Temperaturschwankungen beim Öffnen des Daches besitzt das Teleskop deshalb eine eigene Klimaanlage. Eine Stützrollenkombination von INA führt zudem das drehbare Kuppeldach, das einen Durchmesser von 26 Metern hat und mehrere Tonnen schwer ist. Dabei sorgen insgesamt 58 Rollen des Typs NUKR 40 für den richtigen Dreh des Kuppeldaches. Drehbar ist das Kuppeldach, damit sich das Fenster in Korrelation zur Spiegelstellung nachführen läßt. Trotz der geforderten Präzision und der hohen Massen arbeitet die Nachführung von Trakker, Teleskop und Kuppeldach jedoch so schnell, daß ein neues Sonnensystem oder ein Himmelskörper in weniger als fünf Minuten erfaßt werden kann.

Insgesamt erforderte die erfolgreiche Abwicklung des Projekts ein gutes Teamwork zwischen den Vertriebsingenieuren von INA Südafrika und den Ingenieuren der Abteilung Anwendungstechnik Produktionsmaschinen, schließlich werden viele der Präzisionsprodukte üblicherweise in Werkzeug- oder Produktionsmaschinen verbaut. So war es eine große Herausforderung für die Ingenieure, die Lagerungen und Linearführungen für das Teleskop zu adaptieren.

Im Oktober 2004 bestätigte der Betreiber, daß die Lager sämtliche Tests bestanden haben und zur vollsten Zufriedenheit laufen. Damit stehen die Chancen gut, daß INA einem neuen Teleskop-Design mit zum Durchbruch verholfen hat, bei welchem nur 20 Prozent der Kosten eines herkömmlichen Teleskops anfallen, obwohl es rund 70 Prozent des Himmels erfassen kann. Es werden bereits acht weitere Teleskope geplant, die dann in den USA gebaut werden sollen.

Andreas Pieper, INA

FAKTEN

- Das südafrikanische Großteleskop SALT enthält Dutzende Komponenten der INA-Schaeffler KG. Verbaut wurden unter anderem:

- 1 Rundtischlager der Baureihe YRTM mit magnetischem Meßsystem MEKO

- 58 Kurvenrollen der Baureihe NUKR

- 6 Teleskopstreben der Serie GLAE

- 9 Kardangelenke der Reihe GLK

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2005