Sonnige Aussichten

Technik | Maschinenelemente

Dünnringlager – Astronomische Teleskope benötigen hochpräzise Antriebe für die Spiegel, Kameras und Linsen. Bei einem Sonnenteleskop auf La Palma übernimmt ein einzelnes Dünnringlager die komplette Führung der optischen Systeme.

10. Dezember 2013

Zu den wichtigsten Anforderungen an technische Einrichtungen zählt heute vor allem höchste Präzision bei einer möglichst kompakten Baugröße. Dies betrifft nicht nur Maschinen für den industriellen Einsatz, sondern zum Beispiel auch Anlagen in wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen, wie etwa Teleskope zur Beobachtung des Weltalls. Ein Beispiel dafür ist das Dutch Open Telescope (DOT) auf der Kanareninsel La Palma.

Das optische Sonnenteleskop wurde im Jahre 1997 in Betrieb genommen und bis 2007 von Wissenschaftlern der Universität Utrecht zur Beobachtung des Sonne eingesetzt. Heute ist es Teil der Europäischen Nordsternwarte und kann von den unterschiedlichsten Forschungseinrichtungen genutzt werden. Eine Besonderheit des Teleskops ist seine offene Bauweise, bei der Turm, Montierung und Teleskop während der Beobachtung ungeschützt dem Wind ausgesetzt sind. Dies hat den Vorteil, dass die am Spiegel erreichten Temperaturen durch die Windkühlung relativ konstant bleiben und sich damit Bildunschärfen durch Konvektion der warmen Luft spürbar reduzieren.

Die hervorragende Auflösung des DOT ist deshalb ideal für eine Kombination von Teleskop, Spektralfilter und Polarimeter. Ein solcher Aufbau erfordert jedoch eine extrem biegesteife Auslegung der gesamten Stützstruktur, um eine Bewegung der Konstruktion im Wind und damit Unschärfen bei der Abbildung zu verhindern. Zugleich stellen die Astronomen höchste Anforderungen an die Präzision der computergesteuerten Antriebstechnik für die optischen Elemente, die sich auf den Mikrometer genau justieren lassen müssen.

So erfordert eine einwandfreie Funktion des Teleskops eine hochpräzise Rotation der Kamera in axialer Richtung. Zudem müssen sich die Einstellungen der optischen Elemente exakt reproduzieren lassen, weil jede Aufnahme zu einem späteren Zeitpunkt an exakt derselben Stelle wiederholt werden muss. Dabei darf sich die Position der einzelnen, schnell aufeinanderfolgenden Aufnahmen nur um Bruchteile einer Pixelgröße der CCD-Kamera verschieben.

Höchste Präzision

Eine besondere Herausforderung stellt diese Anwendung deshalb an die eingesetzten Wälzlager. So darf das Lager ein Spiel von maximal einem Mikrometer erlauben und der Rundlauf um höchstens einen hundertstel Millimeter variieren. Zugleich wird jedoch die Anzahl geeigneter Lager durch den vorgegebenen Elementdurchmesser von 63,5 Millimeter enorm eingeschränkt. Eine Lösung fanden die Konstrukteure des Teleskops jedoch in dem leicht vorgespannten Vierpunktlager KA 025 XPOK aus der Baureihe Reali Slim des Dünnringlagerspezialisten Rodriguez mit Sitz in Eschweiler.

Es besitzt unter den gegebenen Krafteinwirkungen keinerlei Lagerspiel, weder in axialer noch in radialer Richtung, sodass ein einzelnes Lager die komplette Führung der optischen Systeme übernehmen kann. Durch die kompakte Bauweise können dabei mehrere rotierbare optische Elemente eng hintereinander gebaut werden. Zudem ermöglichen die eingesetzten Reali-Slim-Lager beim Einsatz in dem Sonnenteleskop erstmals, ein älteres Spektralfiltersystem mit vergleichsweise geringem Aufwand auf dem neuesten Stand der Technik einzusetzen und so seine Vorteile vollständig zu nutzen.

Der Einsatz von Dünnringlagern bietet sich überall dort an, wo hohe Anforderungen an Gewichtseffizienz, Kompaktheit und Miniaturisierung bei gleichzeitig höchster Präzision und einfacher Montage gestellt werden. Bewährt haben sie sich zum Beispiel in Antrieben von Solarzellen oder Radarsystemen in der Luft- und Raumfahrtindustrie, beim Handling von Wafern oder in Drehdurchführungen und Robotermodulen in der Halbleiterindustrie, in Präzisionsrundschalttischen oder Werkzeugwechslern im Maschinenbau oder als Element von Schleifringen, Operationsgeräten oder Lasersystemen in der Medizintechnik.

Kompakt und leicht

Die Reali-Slim-Dünnringlager zeichnen sich dabei durch ihr Gewicht sparendes Design und einen besonders geringen Querschnitt aus, der auch bei steigendem Bohrungsdurchmesser nicht zwingend zunehmen muss. Dies erlaubt häufig den Einsatz von Hohlwellen, um Komponenten wie Luft- und Hydraulikleitungen oder elektrische Leitungen und Schleifringe unterzubringen. Durch die hohe Steifigkeit und das niedrige Startmoment können sie zudem höchste Anforderungen an Geschwindigkeit, Temperatur und Lasten erfüllen. Vierpunktlager können dabei aufgrund ihrer spezifischen axialen und radialen Eigenschaften oftmals zwei konventionelle Lager ersetzen und ermöglichen so gleichermaßen kompakte wie kostengünstige Konstruktionen.

Auf einen Blick

- Die Rodriguez GmbH in Eschweiler ist ein Spezialist für Dünnringlager. Zum Angebot zählen unter anderem Lager mit besonders kleinem Querschnitt oder Hybridlager mit Keramik-Wälzkörpern. Sämtliche Lager sind wahlweise als Rillenkugellager, Vierpunktlager oder Schrägkugellager lieferbar. Edelstahlausführungen liefert das Unternehemn auf Wunsch auch mit Kugelkäfigen aus Polyamid, PEEK oder Edelstahl.

Erschienen in Ausgabe: 09/2013