Alltag in der Zentrale der MAGIC-Teleskope, Kugelgewindetriebe bringen Ruhe

Heute forschen Astrophysiker mit riesigen, zum Teil über Kontinente zusammen­geschalteten Teleskopen. MAGIC heißen die beiden grossen Cherenkov-Teleskope des Roque de los Muchachos-Observatoriums auf der Kanareninsel La Palma. Sie spüren kosmische Gammastrahlen auf, die bei extremen Prozessen im Universum entstehen. MAGIC I und II lassen sich in wenigen Sekunden auf jeden Punkt am Firmament fokussieren. Mosaikartige Spiegelplatten richten sich dafür auf einen vorjustierten Laserpunkt aus. Angetrieben werden sie von jeweils zwei hoch präzisen, dynamischen Kugelgewindetrieben Carry 12 x 2 mm aus dem Hause Eichenberger.

 


Der Kosmos fesselt uns


Im Gegensatz zu vielen anderen Forschungsgebieten fasziniert die Astronomie auf eine ganz spezielle Art und Weise. Sie scheint bei uns Menschen ein Grundbedürfnis anzusprechen, den Wunsch, unsere Rolle im Universum zu verstehen, zu erfahren, was „da draußen im Weltall“ existiert. Wir sehen es als selbstverständlich an, dass Astronomen über den Urknall Bescheid wissen und uns erklären können, wie sich das Universum in den 13,8 Milliarden Jahren seit seiner Geburt entwickelt hat.

In der Tat ist es aber so, dass wir noch fast nichts über das Universum wissen. Mit den MAGIC-Teleskopen, welche 2400 m ü.M. auf einem Vulkanhang knapp unterhalb des Kraterrandes positioniert sind, werden zum einen die astronomischen Objekte im All beobachtet, zum anderen geht es um die Fragen der Grundlagenphysik. Die Dunkle Materie macht den größten Teil der Materie aus. Was der Rest ist, ist noch unbekannt. Um aber überhaupt ein physikalisches Gesamtbild zu bekommen, wie unser Kosmos entstanden ist, muss man die Dunkle Materie zuerst verstehen.


shutterstock_1924227905 La Palma Foto 5

MAGIC I links (2003)
Die Gesamt-Spiegelfläche beträgt 240 m², entsprechend einem Durchmesser des Reflektors von 17 Metern.
Die Kamera des Teleskops besteht aus einer dicht gepackten Matrix von Photomultipliern, welche das
Cherenkov-Licht registrieren. Sie wird von einer äusserst schnellen Elektronik ausgelesen. Für die Bilder der Luftschauer sind Belichtungszeiten von einer hundertmillionstel Sekunde notwendig. Durch Analyse der Form
und der Orientierung der Schauerbilder können die Luftbilder der kosmischen Gammaquanten effizient vom Hintergrund unterschieden werden. Aus der Gesamthelligkeit des Luftschauers wird die Energie des Gammas geschätzt. Die Trigger-Energieschwelle des Magic I – Teleskops liegt bei ca. 50 GeV.


MAGIC II rechts (2009)
In 85 Metern Entfernung zum MAGIC-Teleskop wurde ein weiteres Cherenkov-Teleskop errichtet.
Es ist mit MAGIC I bis auf die Aluminium-Reflektoren baugleich. Diese haben eine Seitenlänge von
einem Meter und deshalb die vierfache Fläche. Das Ziel dieser Erweiterung ist es, die geringe 
Photonenausbeute niederenergetischer Schauer zu verbessern. Durch die parallele Beobachtung
von Luftschauern mit beiden Teleskopen wird die Nachweisgrenze von Cherenkov-Blitzen um den Faktor 3 verbessert, wodurch auch schwächere Gammaquellen detektiert werden können.


Jäger des blauen Lichts

Die hochenergetische Gammastrahlung kommt mit Lichtgeschwindigkeit aus dem Universum und ist nicht sichtbar. In circa acht Kilometern Höhe prallen die Gammaphotonen auf die Erdatmosphäre und beginnen dort, mit den Molekülen der Luft in Wechselwirkung zu treten. Zu unserem Glück, denn Gammastrahlen sind energiereich und würden die Menschen töten. So aber entstehen ungefährliche Teilchenschauer – genau diese fangen die MAGIC-Teleskopen ein. Weil die ankommenden Teilchen sehr schnell sind, entstehen blaue Blitze. Man nennt das auch Cherenkov-Licht. Die Gammablitze sind für das menschliche Auge unsichtbar, deshalb detektieren die Kameras in jedem MAGIC-Teleskop die von den Spiegeln reflektierten Blitze.

 

Gammablitze von der Erde aus anzupeilen, ist eine schwierige Aufgabe. Sie können jederzeit irgendwo am Himmel aufleuchten und rasch wieder verschwinden. In MAGIC I und MAGIC II fokussieren innerhalb von nur 20 Sekunden fast tausend Spiegel entfernteste Aktivitäten im Universum. Dass sich die Teleskope so schnell auf die Quelle des Gammablitzes 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 die robusten, kaltgerollten Gewindetriebe die einzelnen Spiegel auf einen vorjustierten Laserpunkt aus.

 

shutterstock_338556356 La Palma Foto 3-1
Obwohl Gammastrahlenblitze sehr häufig auftreten, stellen sie
noch immer ein Mysterium für die Wissenschaft dar. 


Arbeiten in der Kontrollzentrale

 

Rund 150 Wissenschaftler aus 24 Einrichtungen in neun europäischen Ländern gehören zur MAGIC-Kollaboration. Es ist schwer, Beobachtungszeit bei MAGIC zu bekommen, denn die Nachfrage ist bei 150 Astroforschern immer grösser als das Zeitangebot. Durch Programme und Simulationen auf dem Computer können die MAGIC-Mitarbeiter rekonstruieren, welche Teilchen herabgekommen sind, welche uninteressant sind und welche schluss­endlich Informationen geben können, mit welcher Energie und woher aus dem Weltall sie gekommen sind.
Das klingt, als ob die Gammastrahlen-Detektive in der Kontrollzentrale gemütlich vorm Bildschirm sitzen und Kaffee schlürfen. Aber mitnichten! Ihr Einsatz ist anstrengend und herausfordernd, denn die Technik muss immer 100 Prozent funktionieren. Bei MAGIC betonen die Wissenschaftler die beste Technologie der Welt zu haben. Trotzdem müssen sie Ausfälle bei der Hardware der Rechner oder bei den Teleskopen manuell beheben. Im letzteren Fall ziehen sich die Astrophysiker Helme und Sicherheitsausrüstung an und suchen den Fehler vor Ort. Das heisst, sie klettern in das riesige Gerüst der Teleskope und beweisen Ihre Schwindelfreiheit im Höheneinsatz und bei jedem Wetter. Sie ersetzen beispielsweise Kameras oder Spiegel. Schäden entstehen oft durch das raue Wetter auf dem Roque de los Muchachos.
Die Wissenschaftler arbeiten vorwiegend nachts. Im Durchschnitt teilen sich 4 MAGIC-Mitarbeiter die Aufgaben. Es gibt einen grossen Wettbewerb um Stellen in der Astrophysik und vor allem auf La Palma. Bieten die Forschungen mit den Cherenkov-Teleskopen doch einzigartige Gelegenheiten Daten zu sammeln und aufzuschlüsseln. Jede Theorie muss durch Daten verifiziert werden. Das ist Physik, die Wissenschaft des Messens, Zählens und Verstehens.

Kugelgewindetriebe für höchste Zuverlässigkeit


Die MAGIC-Konstruktionen mit jeweils 17 Metern Durchmesser sind die weltweit grössten Teleskopspiegel ihrer Art und zugleich die dynamischsten. Damit über die ganze Anlage hinweg fast zweitausend quadratische Spiegelplatten die geforderte kurze Reaktionszeit und die ausserge­wöhnliche Präzision überhaupt erreichen können, gewährleisten fast 4000 Schweizer Kugelge­wind­­etriebe enorme Leistungskraft (Wirkungsgrad > 0,9) bei höchster Funktionssicherheit und Robustheit. Die elektrisch aktivierten Kugelgewindetriebe Typ Carry setzen die Drehbewegung der Motoren in eine perfekte Linearbewegung um. Trotz widrigsten Wetterbedingungen und starken Temperaturunterschieden erfüllen sie ihren Auftrag absolut zuverlässig.

Die Kraftprotze Carry werden im Hause Eichenberger im Gewinderollverfahren und in grossen Serien kostengünstig hergestellt und gehärtet. Entwicklung, Produktion und Qualitätsmanagement greifen bei Eichenberger perfekt ineinander. Dadurch können aussergewöhnlichste Lösungen flexibel realisiert werden.

 

Version 3-1

Kugelgewindetrieb 12x2 mit Einzelgang-Kugelrückführung


Immer im Fokus: Effiziente, wirtschaftliche Gesamtlösung für Kunden

 

Die Antriebstechnik befindet sich in einem Spannungsfeld. Zunehmender Zeit- und Kosten­druck stehen den Zielen wie präzise Verfahren, hohe Tragzahlen und Geschwindigkeiten oder lange Lebensdauer gegenüber. Im Laufe der Jahrzehnte entstand eine eindrucksvolle Auswahl an Kugel- und Gleitgewinde­trieben. Eichenbergers Entwickler versuchen stets, auf einem bestehenden Produkt aufzubauen und den Gewindetrieb den anwen­dungs­spezifischen Anforderungen entsprechend anzupassen. Dies bringt einen entschei­denden Preisvorteil mit sich und macht das Kundenprodukt wettbewerbsfähiger.


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