Wegsensorik von Micro-Epsilon

Tausende Wegsensoren für weltgrößtes Spiegelteleskop

In Chile wird das weltgrößte Spiegelteleskop gebaut. Die ESO (European Southern Observatory) vertraut dabei auf Wegsensorik von Micro-Epsilon. Die eingesetzten induktiven Wegsensorsysteme bestimmen die Positionen der einzelnen Spiegelsegmente in drei Achsen, eine davon auf wenige Nanometer genau.

Mehr als 5.000 induktive Wegmesssysteme werden für das Spiegelteleskop benötigt, gefertigt werden die Sensoren federführend von Micro-Epsilon. (Bild: Micro-Epsilon)

Die Arbeiten am größten optischen und nahinfraroten Teleskop der Welt, dessen Fertigstellung für das Jahr 2024 geplant ist, schreiten voran. Das revolutionäre European Extremely Large Telescope (kurz: E-ELT) wird von der European Southern Observatory (kurz: ESO) auf dem Cerro Armazones in Chile gebaut und in seiner Größe einmalig sein. Ein Großauftrag für dieses Projekt, der tausende hochpräzise Sensoren umfasst, wurde nach Niederbayern an den Sensorspezialisten Micro-Epsilon vergeben.

Die Sensoren, die das Unternehmen für den Teleskopgiganten liefert, spielen eine zentrale Rolle im Forschungsprojekt. Das riesige Teleskop nutzt ein nie dagewesenes optisches System aus fünf Spiegeln, welches optische und mechanische Elemente erfordert, die die moderne Technologie an ihre Grenzen bringen. Alleine der Hauptspiegel wird einen Durchmesser von 39 Metern aufweisen und sich über ein halbes Fußballfeld erstrecken. Der Spiegel mit einer Gesamtgröße von 978 Quadratmetern wird aus 798 einzelnen Segmenten bestehen, die je 1,4 Meter breit, aber nur fünf Zentimeter dick sind. Diese wabenförmigen Segmente müssen exakt zueinander ausgerichtet sein, um ein perfektes Abbildungssystem zu ergeben. Die relative Position der Spiegelsegmente kann sich aufgrund externer Störungen ändern wie durch Windlast, wechselnde Temperatureinflüsse oder auch Schwerkraft, die je nach Ausrichtung des E-ELT unterschiedlich wirkt.

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Sensoren des Fames-Konsortiums

Die exakte Positionierung im Nanometerbereich ermöglichen die eingesetzten Sensoren des Fames-Konsortiums, welches sich aus den beiden Unternehmen Fogale im südfranzösischen Nîmes und Micro-Epsilon zusammensetzt. Gefertigt werden die Sensoren federführend von Micro-Epsilon. Es sind die präzisesten Sensoren, die je in einem Teleskop verwendet wurden. Sie messen relative Positionen auf eine Genauigkeit von wenigen Nanometern und bilden dadurch einen fundamentalen Teil des komplexen Systems. Ihre Langzeit- und Temperaturstabilität und ihre Resistenz gegen äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit prädestinieren sie für Anwendungen im Außeneinsatz.

Die Herausforderung bei diesem Großprojekt, das die Lieferung von mehr als 5.000 induktiven Wegmesssystemen umfasst, liegt dabei in der geforderten Präzision der Messwerte im Nanometerbereich und dies unter schwierigen Umgebungsbedingungen. Die eingesetzten Sensoren beruhen auf dem Prinzip der induktiven Kopplung und greifen auf das Know-how von Micro-Epsilon im Bereich der Wirbelstromtechnologie zurück. Gemessen wird verschleißfrei und berührungslos mit hoher Präzision und Auflösung. Der besondere Vorteil der Sensoren liege darin, dass sie sich unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen wie Schmutz, Druck oder Feuchtigkeit zeigen. Ein Sensor besteht jeweils aus einer Sendespule und einer auf dem benachbarten Spiegelsegment gegenüberliegenden Anordnung mehrerer Empfangsspulen. Die Sendespule wird mit einem Wechselstrom gespeist. Die durch induktive Kopplung induzierten Spannungen in den Empfangsspulen sind abhängig von der Position zur Sendespule.

Durch die patentierte Verrechnung der einzelnen Teilsignale kann die Position der Segmente zueinander in drei Achsen bestimmt werden. Der Aufbau der Spulen in der patentierten Embedded Coil Technology (ECT), wie sie auch bei Wirbelstromsensoren von Micro-Epsilon Verwendung findet, unterscheidet sich von herkömmlichen Sensoren mit gewickelter Spule. Die Spule wird hier in ein anorganisches Trägermaterial eingebettet. Durch den innovativen Aufbau besitzen die Sensoren eine extrem hohe Temperatur- und Langzeitstabilität sowie eine hervorragende Reproduzierbarkeit.

Revolution in der Erforschung des Universums?

Der Bau extrem großer Teleskope nimmt in der bodengebundenen Astronomie weltweit eine entscheidende Rolle ein und soll das astrophysikalische Wissen enorm voranbringen. Das vielseitige E-ELT der nächsten Generation ermöglicht die Erforschung von hochrot verschobenen Galaxien, Sternentstehung, Exoplaneten und protoplanetaren Scheiben. Die ESO erwartet sich von dem Projekt, dass das E-ELT mit seinem gigantischen Hauptspiegel und dem Konzept für Adaptive Optik die Erforschung des Universums revolutionieren wird, wie bei Galileo vor rund 400 Jahren, als er zum ersten Mal ein Teleskop gen Himmel richtete. Es soll sich den größten wissenschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit stellen. Gibt es erdähnliche Planeten, auf denen sich Leben bilden könnte? Welche Eigenschaften haben die ersten Sterne und Galaxien, die Dunkle Materie, die Dunkle Energie und frühe Schwarze Löcher?

Das Teleskopsystem mit einem Gesamtgewicht von 2.800 Tonnen kann um 360 Grad gedreht werden. Im Vergleich zu heutigen Spitzenteleskopen wird das E-ELT vier bis fünfmal größer sein und rund 15 Mal mehr Licht auffangen können. Damit wird es 100.000.000-mal mehr Licht erfassen als das menschliche Auge, 8.000.000-mal mehr als das Teleskop von Galileo und insgesamt mehr Licht als alle existierenden Acht- bis Zehn-Meter-Teleskope der Erde zusammen. as

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