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ZERODUR® Glaskeramik
Entdeckung der Vergangenheit
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Touristen lieben die Kanaren aufgrund ihrer einzigartigen Landschaft und des
angenehmen Klimas. Astronomen zieht es dorthin wegen der klaren Nächte. Denn
die Inselgruppe im Atlantik gilt weltweit als eine der idealen Standorte, um das
Universum zu beobachten. Die dortigen Forschungseinrichtungen und ihre
Wissenschaftler gehören zu den renommiertesten auf dem Gebiet. Die großen
internationalen Sternwarten des Archipels sind auf Teneriffa und La Palma zu finden.
Die ersten wurden 1985 eingeweiht, mittlerweile sind dort bereits 20 Teleskope
installiert.
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Neues Himmelsauge
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Vor mehr als acht Jahren begann die Planung des bislang wohl ehrgeizigsten und
prestigeträchtigsten Projekts des Astrophysikalischen Instituts der Kanaren (IAC):
Standort des 150 Millionen DM (75 Millionen Euro) teuren Vorhabens, dem Gran
Telescopio Canarias (Grantecan, GTC), ist der Roque de los Muchachos auf La
Palma. Das Observatorium wird vom spanischen Staat und der regionalen Regierung
der Kanaren finanziert. Außerdem sind beträchtliche Mittel aus den europäischen
Strukturfonds zur Verfügung gestellt worden.
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"Heißes" Schauspiel: Mitte Februar 2000
startete SCHOTT mit dem Gießen des
ersten Rohlings für das
Grantecan-Projekt.
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Für den Primärspiegel, das „Herzstück" des Teleskops, erhielt SCHOTT - gegen
die Konkurrenz aus den USA und Russland - aufgrund der überlegenen Qualität des
Werkstoffs „ZERODUR®" den Zuschlag.
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Hohe Ansprüche an Material
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Der segmentierte Primärspiegel hat einen Durchmesser von 10,4 Metern, eine
Oberfläche von 82 Quadratmetern und setzt sich aus den 36 hexagonalen Segmenten
aus „ZERODUR®" Glaskeramik zusammen. Ein 1,9 Meter durchmessendes Segment ist
85 Millimeter dick und fast 500 Kilogramm schwer. Nicht nur aufgrund der hohen
Anforderungen an die optische Qualität ist der Primärspiegel das anspruchsvollste
Teil des Teleskops. Die Unterstützungssysteme der einzelnen Segmente mit
elektromechanischen Einrichtungen erfordern höchste Präzision. Die aktive Optik
erlaubt, kleinste geometrische Unregelmäßigkeiten des Gesamtsystems zu
korrigieren und sorgt für optimale Ausrichtung und damit hohe Abbildungsqualität.
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Mit Top-Teleskopen vergleichbar
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Das GTC - eines der zur Zeit größten spanischen Wissenschaftsprojekte und das
größte europäische Teleskop der nördlichen Halbkugel - wird mit seiner
Leistungsfähigkeit sich vergleichen können mit dem Keck-Teleskop auf Hawaii (USA)
und dem Very Large Teleskop des European Southern Observatory (ESO) auf dem
Cerro Paranal in Chile. Das spanische Observatorium erhöht aber nicht nur die Zahl
der Teleskope der 8-10-Meter-Klasse weltweit, es wird eine große Kollektoroberfläche
mit einer ausgezeichneten Bildqualität vereinen und geeignet sein für ein
Beobachtungsspektrum im sichtbaren wie infraroten Bereich. Dies ermöglicht
wissenschaftliches Arbeiten in einer großen Bandbreite.
Mit dem Grantecan steht das bisher beste Instrument zur Erforschung des Himmels
der Nordhalbkugel zur Verfügung. Durch den Bau des GTC wird die mögliche
Beobachtungskapazität für die nördliche Hemisphäre in Europa gesteigert und der
Standort auf den Kanarischen Inseln als das European Northern Observatory (ENO)
gefestigt.
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Im Zeitplan
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Im Januar 2000 wurden die ersten beiden Spiegelrohlinge fertig. Die hohen
Anforderungen - nicht nur an die innere Qualität des Materials, sondern auch an die
Genauigkeit der Geometrie durch die Bearbeitung - erfordern den Einsatz modernster
Messtechnik wie beispielsweise eines Laser-Trackers, um die Spezifikation zu
erfüllen.
Von Mainz kommen die Spiegelträger zur französischen Firma REOSC nach Paris,
wo die optische Politur erfolgt. SCHOTT wird bis Ende 2001 alle 42
Spiegelträger-Segmente, davon sechs als „Reserve", liefern. Mit einem vorläufigen
Primärspiegel aus acht bis zehn Segmenten will GTC am Ende von 2002 die ersten
Beobachtungen durchführen. Die restlichen Segmente werden im Lauf des Jahres
2003 installiert bis schließlich 2004 das Gesamtsystem seinen vollen Betrieb
aufnehmen wird.
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Die Spiegelsegmente werden aus
„ZERODUR®" Glaskeramik gefertigt, deren
Wärmeausdehnungskoeffizient praktisch
nahe Null liegt.
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36 hexagonale Segmente bilden den Primärspiegel: Mit 10,4
Metern Durchmesser und 11,3 Metern Maximalgröße ist
Grantecan das weltgrößte Teleskop.
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Modernste Messtechnologie
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Um den hohen Anforderungen an Maß- und Formtoleranzen gerecht zu werden,
setzte SCHOTT erstmalig ein 3D-Laser-Tracker-System ein. Dabei handelt es sich um
ein mobiles SD-Koordinatenmesssystem. Die Funktionsweise: Ein Laserstrahl wird
vom Laserkopf des Gerätes auf ein sogenanntes „Target" gelenkt, welches der
Bediener auf die zu messende Position setzt. Der Laserstrahl wird durch den im
Target eingebauten Reflektor zurückgeworfen. Der Laser-Tracker registriert den
notwendigen Zielwinkel und den Abstand des Laserkopfes vom Reflektor. Aus den
Daten errechnet das System unmittelbar die räumlichen Koordinaten des Reflektors.
Der Laser-Tracker verfügt sowohl über eine hohe Messgenauigkeit (0,01 mm pro
Meter Abstand vom Laserkopf) als auch über einen großen Messbereich von bis zu
35 Meter.
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Einsatz auch in Produktion
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Die geringen Klimaanforderungen an das Messsystem und die hohe Mobilität
erlauben, dass der Laser-Tracker nicht nur in speziellen Messräumen, sondern auch
direkt an der Bearbeitungsmaschine in der Fertigung eingesetzt werden kann.
Dadurch wird die notwendige enge Abstimmung während der Bearbeitung mit der
Qualitätssicherung möglich. Somit kann durch eine schnelle Rückmeldung von
Messergebnissen korrigierend in den Prozess eingegriffen werden.
Durch die Entwicklung ausgeklügelter Prüf- und Auswerteroutinen können mit dem
Laser-Tracker Messaufgaben realisiert werden, die mit Standardprüfmethoden nur
aufwendig oder nicht möglich sind.
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Anspruchsvolle Aufgaben
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Das Spektrum an Einsatzmöglichkeiten im Grantecan-Projekt reicht von einfachen
Winkelsummenkontrollen in frühen
Fertigungsschritten über die hochgenaue Radien- und Flächenformbestimmung der
konkaven Spiegelseite bis hin zu einer aufwendigen Formvermessung der gesamten
sechseckigen Grundform. Auch die Überprüfung der Genauigkeit der
Bearbeitungsmaschinen gehört zum Aufgabenfeld des Laser-Trackers, da bei hohen
Genauigkeitsanforderungen im Zehntelmillimeterbereich selbst kleinste
Fertigungsabweichungen zu einem Ausfall eines gesamten Spiegelsegments führen
können.
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Vorteile des Laser-Trackers sind nicht
nur seine hohe Messgenauigkeit,
sondern auch seine Mobilität und
ausgeklügelten Prüf- und
Auswertungsroutinen.
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SCHOTT Karriere
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