Astrophysische Errungenschaften dank Kugelgewindetrieben

(Astro)physik, die Wissenschaft des Messens, Zählens und Verstehens. Was haben Schweizer
Kugelgewindetriebe damit zu tun? Insgesamt gibt es weltweit vier grosse Cherenkov-Teleskope der neusten Generation: Australien, Namibia, La Palma und USA. Fast 4000 elektrisch angetriebene, kaltgerollte Kugelgewindetriebe helfen den Forschern auf der Kanareninse,l den Kosmos zu beobachten und mehr Wissen über die geheimnisvollen Objekte und die extremen Vorgänge im Universum zu gewinnen. Die unterschiedlichen Positionierungen der Teleskope auf der Nord- und Südhalbkugel erlauben eine optimale Registrierung. Doch wozu dienen diese Beobachtungen genau und welche Rolle spielt Eichenberger Gewinde AG bei wertvollsten Errungenschaften?

 

Its "MAGIC"

Die beiden MAGIC-Teleskope (englisch: Major Atmospheric Gamma-Ray Imaging
Cherenkov Telescopes) sind mit einer Gesamtspiegelfläche von jeweils 17 Metern Durchmesser die empfindlichsten und grössten Cherenkov-Teleskope der Welt. Dies gilt insbesondere für den Energiebereich von unter 200 Gigaelektronenvolt (GeV). MAGIC richtet seine Augen auf Objekte, die Gammastrahlen von 30 GeV bis hin zu 100 TeV (Teraelektronenvolt) aussenden. Das Teleskop-Duo befindet sich in 2400 Metern über dem Meeresspiegel, wo ein meist klarer Himmel und geringe Lichtverschmutzung optimale Beobachtungs­bedingungen bieten. Auf La Palma wird quasi die Lufthülle der Erde zu einem gigantischen Teilchen-Detektor umfunktioniert. Innerhalb weniger Sekunden können die MAGIC-Teleskope auf jeden beliebigen Punkt am Firmament fokussiert werden. Dass sich die Teleskope so schnell auf die Quelle eines Gammastrahlenausbruchs ausrichten können, verdanken sie ihren leistungsstarken Antrieben und dem verhältnismässig geringen Gewicht. 947 Aluminiumspiegel-Segmente montiert auf Trägerplatten ergeben 247 m² Spiegelfläche. Jede der fast tausend 50 x 50 cm grossen Spiegelplatten wird auf zwei Seiten von einem erstaunlich flinken und strapazierfähigen Kugelgewindetrieb Typ Carry 12 x 2 mm angetrieben. Enorm präzise und verblüffend schnell richten diese effektiven, kaltgerollten Gewindetriebe die einzelnen Spiegel auf einen vorjustierten Laserpunkt aus.

Normalerweise lassen sich die Gammaquellen im Universum nur von Satelliten aus untersuchen; denn die Gammastrahlung kann die Atmosphäre nicht durchqueren. Der Fluss der kosmischen Gammaphotonen fällt jedoch zu größeren Energien hin stark ab, so dass sich für diese keine Weltraumobservatorien mehr lohnen. Die Gammablitze sind für das menschliche Auge unsichtbar, deshalb detektieren die Kameras in jedem MAGIC-Teleskop die von den Spiegeln reflektierten Blitze. Dann werden Impulse von den elektronischen Systemen verarbeitet. Durch Programme und Simulationen auf dem Computer kann nun rekonstruiert werden, welche Teilchen herabgekommen sind, welche uninteressant sind und welche schlussendliche Informationen geben können, aus welchem Teil des Weltalls und mit welcher Energie die Gammastrahlen gekommen sind.

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 Supernova-Überreste, aktive Galaxienkerne, Schwarze Löcher und Pulsare
werden inzwischen regelmässig beobachtet.


Errungenschaften aus der Astrophysik sind äusserst wertvoll

Die Physik erfindet keine Dinge und die Biologie heilt nichts. Ingenieure und Mediziner entwickeln meist auf Basis von Grundlagenforschung, die im Weltraum oder im Umfeld der Astronomie stattfinden kann. Die Astrophysik befasst sich mit den physikalischen Grundlagen der Erforschung von Himmelserscheinungen und ist ein Teilgebiet der Astronomie. Verschiedene technolo­gische Entwicklungen aus diesen Beobachtungen haben ihren Weg in unseren Alltag oder in andere wissenschaftliche Gebiete (Medizin, Biologie, Materialforschung) gefunden. Aus der Abteilung Strahlenforschung stammen unzählige technische Anwendungen:

  • CCD-Chips werden heute überall in Digitalkameras eingesetzt

  • Programmiersprachen wie Forth oder IDL, die für astronomische Anwendungen entwickelt wurden, werden heute in der Industrie verwendet.

  • (Kommerzielle) Satelliten nutzen astronomische Techniken, um aus Beobachtungen der Sterne ihre Position zu bestimmen.

  • Sonnenkollektoren nutzen Materialien, die zum Bau von Großteleskopen entwickelt worden sind.

  • In der Nuklearmedizin werden sowohl bei den bildgebenden Verfahren von Computergestützter Tomographie (CT), Positron Emission Tomographie (PET) und Magnetresonanztomographie (MRT) Detektorsysteme und Ausleseelektronik eingesetzt, wie sie ursprünglich für die Grundlagenforschung in der Kern- und Teilchenphysik entwickelt wurden. Im Falle von PET wie auch in der Tumortherapie mit Radiopharmaka werden gezielt Radioisotope eingesetzt.

  • Bereits kurz nach der Entwicklung der ersten Beschleuniger wurde der Einsatz von Ionenstrahlen für die Tumortherapie bei der Krebsbekämpfung entwickelt. Heute werden Gammastrahlen, Protonen- und Schwerionenstrahlen sowie Neutronen erfolgreich für die Bestrahlung von Tumoren eingesetzt. Solche Bestrahlungen werden zudem an der Ionenmikroprobe SNAKE am MLL-Tandembeschleuniger intensiv für die radiobiologische Forschung auf Zell- und Gewebeniveau eingesetzt, um die Reparaturmechanismen in biologischen Zellen besser zu verstehen.

  • Sensoren, die zur Teleskopsteuerung entwickelt wurden, werden zur Temperaturüberwachung in Brutkästen für Babys eingesetzt.

  • Eine Technik zur Verbesserung der Bildqualität von radioastronomischen Aufnahmen wird heute überall in WLAN-Netzwerken verwendet.

  • Die gaschromatische Analyse von Gepäckstücken auf Flughäfen, bei denen nach Sprengstoff und Drogen gesucht wird, stammt von einer Marsmission.

  • Methodische und technologische Entwicklungen aus der Kern-, Teilchen-, und Astroteilchenphysik haben in der Vergangenheit zu einer Vielzahl von Anwendungen in anderen wissenschaftlichen Gebieten geführt. So sind z.B. Ionenstrahlen und Neutronenstrahlen heute unverzichtbar bei so vielfältigen Anwendungen wie der Herstellung von mikroelektronischen Bausteinen, der Vergütung von Oberflächen, der Herstellung neuer Materialien und Funktionswerkstoffe, der Analyse von Werkstoffen, Kunstgegenständen, archäologischen Objekten und biologischen Zell- und Gewebeproben oder für die medizinische Therapie. Die Neutronenstreuung hat sich hierbei zu einem eigenständigen Gebiet in der Physik der kondensierten Materie entwickelt.

 


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Flinke Kugelgewindetriebe öffnen das Auge ins Universum


Kugelgewindetriebe mit Leistungskraft und Funktionssicherheit

 

2020 registrierten die beiden MAGIC-Teleskope einen Gammablitz, dessen intensive Strahlung alle bisherigen Messungen übertraf. Doch die Beobachtungs­daten hatten noch mehr zu bieten: Mit ihren Auswertungen konnten Wissen­schaftler bestätigen, dass die Licht­geschwin­dig­keit im Vakuum konstant ist und nicht von der Energie der Licht­teilchen abhängt... Jede Theorie muss durch Daten bestätigt oder falsifiziert werden. Physik ist die Wissenschaft des Messens, Zählens und Verstehens. Wenn in solchen Momenten nicht rasch reagiert werden kann, gehen einmalige Chancen für bedeutende Erkenntnisse verloren.

Die beiden 70 Tonnen schweren Instrumente lassen sich in weniger als 20 Sekunden in jede beliebige Position drehen. Damit die mosaikartigen Teleskope die geforderte kurze Reaktionszeit und die ausserge­wöhnliche Präzision überhaupt erreichen können, ist eine technische Meisterleistungen notwendig und die Zuverlässigkeit der mechanischen Antriebselemente ist unabdingbar. Trotz widrigster Wetterbedingungen und starker Temperaturunter­schiede müssen die Gewindetriebe absolut störungssicher ihren Auftrag ausführen.

Und das tun sie, denn die Eichenberger Gewinde AG bietet eine ausserordentliche Qualität. Sie beginnt bereits bei der Entwicklung und Massfertigung der optimalen Gewindegeometrie für spezielle Anwendungen. Eine sorgfältige Materialauswahl und moderne Herstellungsverfahren ergeben robuste, verschleissfreie Produkte mit hohem Wirkungsgrad, die über einen langen Lebenszyklus hinweg eine hohe Wertbeständigkeit aufweisen.


Version 4-1

Kugelgewindetrieb 12x2 mit Einzelgang-Kugelrückführung


Egal wie spezifisch die Anforderungen sind

Konstrukteure stehen regelmässig vor der Aufgabe, für die Realisierung linearer Bewegungen die jeweils passende Antriebstechnik festzulegen. Oft sind hohe Zustellgenauigkeiten und oszillierende Bewegungen hoher Frequenz bei kleinsten Hüben oder hoher Dynamik im Dauereinsatz zu bewältigen. Sicherheit und Zuverlässigkeit stehen im Mittelpunkt. Häufig stellt geringer Bauraum bei grosser Belastung eine Herausforderung dar. Die Wartungs- und Lebensdauer und nicht zuletzt die Kosten spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Eichenbergers Spindeltechnologie, das Gewinderollen (Kaltumformung der Mantelfläche runder Teile), vereint höchste Tragfähigkeit und Kraftdichte mit enormer Dynamik und Präzision bei maximaler Laufleistung.  


Carry

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