Antriebe in der Antarktis

Eiskalt zuverlässig

Antriebe für antarktische Temperaturen
Maxon Motor RE 25 mit einem Durchmesser von 25 Millimeter und Graphitbürsten.
Das Teleskop des „Dome C“ in der Antarktis ist ununterbrochen in Betrieb. Bei Wetterbedingungen, die zu den härtesten auf unserem Planeten zählen. Hier sind Maxon Motoren im Einsatz – sie sind für minus 125 Grad Celsius ausgelegt.

Die Forschungsstation „Station Concordia“ (kurz Dome C genannt) liegt in der östlichen Antarktis auf 3.200 Meter über dem Meeresspiegel – an einem der kältesten Orte der Erde. Jüngst fielen hier die Temperaturen auf einen neuen Rekordtiefststand von minus 84,6 Grad Celsius. An diesem unwirtlichen Ort ist seit vielen Jahren ein Teleskop des französischen Laboratoire Universitaire d‘Astrophysique de Nice (LUAN) in Betrieb – 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche. Montiert ist das Teleskop auf einem motorisch angetriebenen Unterbau, einem sogenannten Telescope Mount des Typs 3600GTO von Astro-Physics. Das US-amerikanische Unternehmen entwickelt und produziert hochpräzise Telescope Mounts und hat viel Erfahrung in unterschiedlichsten Einsatzgebieten. So sind bereits seit Anfang 2000 diverse Einheiten der Baureihen 900GTO und 1200GTO in der Antarktis ohne Unterbrechung im Einsatz. Gerade der störungsfreie, kontinuierliche Betrieb ist von größter Bedeutung, da Wartungsarbeiten schwierig und sehr gefährlich sind. Denn tiefe Temperaturen und unbändige Windverhältnisse machen den Wartungsteams die Arbeit im Freien schier unmöglich und in der sechs Monate dauernden Polarnacht unausführbar. Dies hat zur Folge, dass das ganze System über mindestens ein halbes Jahr hinweg rund um die Uhr störungsfrei funktionieren muss.

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Man kann sich leicht vorstellen, dass das Reduziergetriebe eine der wichtigsten Komponenten eines Telescope Mounts ist. Denn um dem Teleskop eine durchgehend konsistente Sicht auf ein bestimmtes Objekt am Firmament zu ermöglichen, muss es kontinuierlich, ruckelfrei und stabil bewegt werden. Bleibt diese Nachführung aus, verlässt das Objekt das Sichtfeld des Teleskops sehr schnell – dann ist eine unterbrechungsfreie Aufzeichnung dessen Spur nicht mehr möglich. Um das Objekt optisch im Sichtfeld zu „fixieren“, muss der rund 250 Kilogramm schwere Unterbau entsprechend angetrieben werden.

Keine Wartung im Eis

Wally Piorkowski, Produktionsleiter bei Astro-Physics und Wissenschaftler, spricht aus der Praxis: „Begründet auf der hohen Ausfallsicherheit und Langlebigkeit verwendet Astro-Physics für alle Telescope Mounts ausschließlich Antriebe von Maxon Motor.“ Die eingesetzten Schmiermittel in den Lagern sind auf die extremen Temperaturen, wie sie bei Dome C in der Antarktis herrschen, abgestimmt. Einmal montiert müssen die Motoren von Maxon nicht weiter nachgeschmiert werden, was unter diesen Umgebungsbedingungen auch kaum zu bewerkstelligen wäre. Die Motoren haben eisenlose Wicklungen und Neodym-Magneten, die höchste Leistung bei minimalem Bauvolumen ermöglichen. Zur mechanischen Kommutation der Motoren werden entweder Graphit- oder Edelmetallbürsten eingesetzt. Ihre lineare Charakteristik machte die Implementierung in die Telescope Mounts unkompliziert.

In jedem Unterbau befinden sich zwei Achsen: Eine Achse, die Rektaszensionsachse, ist parallel zur Erdachse ausgerichtet und ermöglichet die Bewegung des Teleskops über den Erd-Äquator. Konkret: Der Motor treibt entgegen der Erdrotation, sodass das Objekt am Himmel fixiert zu stehen scheint. Das Reduktionsgetriebe ist eine Eigenentwicklung von Astro-Physics. Die zweite Achse, die Deklinationsachse, ist im rechten Winkel zur Rektaszensionsachse angeordnet und bewegt das Teleskop intermittierend im Winkelabstand des Objektes zum Himmelsäquator. Die Motoren beider Achsen sind mit Drei-Kanal-Encodern des Typs HEDS 5540 ausgerüstet. Mit dieser Anordnung der um 90 Grad zueinander versetzten Achsen ist die Orientierung in jeder gewünschten Richtung möglich. „Wir benutzen Maxon A-max-Motoren für unsere kleineren Unterbauten und Maxon RE25-Motoren für Telescope Mounts, wie sie in Dome C eingesetzt sind“, fährt Wally weiter fort. Der RE25 bietet höchstes Drehmoment und die höchste Leistungsdichte seiner Klasse.

Rastmomentfreier Lauf

„Ein ebenso wichtiges Argument zum Einsatz von Maxon-Motoren ist der Umstand, dass diese über kein magnetisches Rastmoment verfügen“, fügt er hinzu. Als Rastmoment wird die ruckhafte, abgehackte Bewegung bezeichnet, welche die meisten eisenbehafteten Motoren aufweisen. Demgegenüber haben Maxon-Motoren einen eisenlosen Kern und gewähren damit einen rastmoment-freien Lauf – auch bei niedrigsten Drehzahlen, was zur Verwendung in einem Telescope Mount Grundvoraussetzung ist.

Martin Rüegg/pb

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