Von der Idee einer Spiegelfertigung bis zum Blick ins Universum

 

Die nötige Präzision für die Entdeckung neuer Welten
GIZ-Vortrag über die Herstellung von Teleskopspiegel am TC Teisnach

 

Mit hochpräzisen Teleskopen blicken wir Menschen heutzutage Milliarden Lichtjahre in die Vergangenheit unseres Universums. Unvorstellbare Entfernungen machen die Dimension des Universums sichtbar. Diesen Blick erlauben hochgenaue Teleskopspiegel, deren Herstellung an die Grenzen des mechanisch Machbaren geht. Ihre Oberfläche darf dabei auf bis zu zwei Meter Spiegeldurchmesser nicht mehr als 30 Nanometer von der idealen, vorgegebenen Spiegelform abweichen. Diese Abweichung ist weniger, als ein Grashalm in einer Sekunde wachsen kann. Enorme Maschinen mit interferometrischen Messtürmen bis zu 10 Meter Höhe und einem Gewicht von 85 Tonnen schaffen die Stabilität und nötigen Auflagepunkte, um eine solche Genauigkeit zu erreichen. In diese Welt der kleinen und großen Dimensionen tauchten am vergangenen Donnerstag die Zuhörer beim Vortrag von Lutz Küpper von der IFasO GmbH, die am Technologie-Campus Teisnach mit der Technischen Hochschule Deggendorf (THD) die Produktion solcher Spiegel erforscht und revolutioniert. Den Vortrag mit dem Titel „Von der Idee einer Spiegelfertigung bis zum Blick ins Universum“ begleiteten auch der Präsident der Technischen Hochschule Prof. Dr. Peter Sperber und der Leiter des Technologie Campus Teisnach Prof. Dr. Rolf Rascher.

Die Idee, in Teisnach Spiegel für Teleskope herzustellen, entstand aufgrund einer Forschungsanfrage australischer Teleskopbauer, die nach einer Möglichkeit suchten, zusammen mit der THD bis zu zwei Meter große Spiegel präzise schleifen und polieren zu lassen. Die THD steuerte damals aus Forschungsmitteln entsprechend die Finanzen für das aufwändige und teure Vorhaben bei, so dass 2010 ein erstes Konzept für mögliche Verfahren und die Konstruktion des Ultra-Präzisions-Generators 2000 (UPG 2000) entstand, der Maschine, die die Aufgabe bewältigen konnte. Das darauf zusammengestellte Team aus erfahrenen, „alten Hasen“, jungen Ingenieuren von der Hochschule und hoch qualifizierten Fachkräften aus der Glasindustrie schaffte es bereits 2015, Teleskopspiegel der gewünschten Präzision aus Zerodurblöcken zu schleifen.

Dabei ist besonders die Lagerung und reproduzierbare Aufnahme der zu schleifenden bis zu zwei Tonnen schweren Glaskeramikblöcke bei Mess- und Schleifvorgängen ein schier endloses Thema. Um die nötige Stabilität zu erreichen, ist die Präzisionsmaschine auf einem Granitkörper aufgebaut. Die meisten der Führungs- und Verschiebeeinheiten sind als Hydrostaten ausgelegt, so dass die Spiegelrohlinge quasi auf einem Ölfilm schwimmend bewegt werden können. Zahlreiche Versuche mussten unternommen werden, um die verschiedenen Haltepunkte entsprechend auszulegen, die während des mehrstufigen Prozessablaufs mal für das Schleifen starr, für das Vermessen aber schwimmend agieren sollen.

Doch der Aufwand hatte sich gelohnt. In mehreren Schritten wie Schleifen, taktiler Messung, Polieren,  interferometrischer Messung können heute bei zahlreichen Wiederholungen der Schritte die geforderten Genauigkeiten erreicht werden. Ein kompletter Ablauf aller Vorgänge vom Rohling bis hin zur fertigen Oberfläche dauert dabei im günstigsten Fall zwei Monate. So wird einer der ersten in Teisnach produzierten Spiegel auf der 1788 Meter hohen Sternwarte auf der Lomnitzer Spitze in der Slowakei eingesetzt. Dort ermöglicht der Spiegel, der exakter geschliffen wurde, als ein Gras in einer Sekunde wachsen kann, den Blick in Milliarden Lichtjahre entfernte Regionen.

 

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