Spindelhubelement Mit Pfaff-silberblau Spindelhubelementen den Weltraum erforschen

Redakteur: Stefanie Michel

Für ein Radioteleskop in der südafrikanischen Halbwüste entwickelte Columbus McKinnon Engineered Products ein neues Pfaff-silberblau-Spindelhubelement, das die Neigung der Radioteleskope spielfrei und millimetergenau justieren kann.

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Die Pfaff-silberblau-Elevations-Spindelhubelemente TQS 200 verstellen die Antennen der Radioteleskope spielfrei.
Die Pfaff-silberblau-Elevations-Spindelhubelemente TQS 200 verstellen die Antennen der Radioteleskope spielfrei.
(Bild: Columbus McKinnon Engineered Products)

Im Rahmen des MeerKAT-Projekts erforschen Astronomen in der südafrikanischen Karro-Halbwüste den Weltraum und nutzen dafür 64 Radioteleskopen des deutschen Herstellers Vertex Antennentechnik. Die hohen Anforderungen des Auftraggebers erforderten ein spezielles Antriebssystem für die Elevationsbewegung der Antennen.

Um die hohen Anforderungen des Auftraggebers zu erfüllen, mussten die Ingenieure ein spezielles Antriebssystem im Eiltempo entwickeln. In einer Rekordzeit von nur drei Monaten ab Anfrage wurde bis zur Serienfreigabe alles abgewickelt. Das Ergebnis war der TQS 200, ein neues Pfaff-silberblau-Spindelhubelement, das die Neigung der Radioteleskope mit Durchmessern von 13,5 m nun spielfrei und millimetergenau justieren kann. Alle einzelnen Vertex Antennen ergeben zusammen ein sogenanntes Square Kilometre Array (SKA) - es gilt heute als das größte Radioteleskop der südlichen Hemisphäre.

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Kugelgewindespindel über Torquemotor spielfrei angetrieben

Die Neigung jedes Teleskops wird millimetergenau durch das Spindelhubelement eingestellt. Es besteht aus einer vorgespannten Sonder-Kugelgewindespindel, die über einen Torquemotor mit einem Nennmoment von über 100 Nm spielfrei angetrieben wird. Die Herausforderungen bei dieser Sonderentwicklung ergaben sich aus der notwendigen hohen Steifigkeit, geringen Reibungsverlusten und spielfreier Verstellung bei bestmöglichem Wirkungsgrad. So mussten bei allen Spindelhubelementen kundenseitig fest vorgegebene Parameter, zum Beispiel ein geringes Leerlauf-Drehmoment von weniger als 60 Nm bei maximaler Drehzahl, hundertprozentig sichergestellt und entsprechend dokumentiert werden.

Bei einem Hub von 750 mm und einer Hubgeschwindigkeit in einem Regelbereich von 0,01 bis 42 mm/s bewegt der Antrieb eine Last bis 25 kN spielfrei und genauer als 5 Mikrometer. Hierfür ist ein spezieller binärer Encoder direkt auf der Motorwelle integriert. Eine Sicherheitsbremse ist formschlüssig mit allen Drehmoment übertragenden Teilen verbunden. Ihr Bremsmoment von 310 Nm sorgt zuverlässig dafür, dass der nicht selbsthemmende Antrieb in allen gewünschten Positionen sicher gehalten wird.

Mehrschichtlackierung schützt vor rauen Witterungseinflüssen

Die hochempfindlichen Teleskope sind den rauen örtlichen Witterungseinflüssen der Halbwüste unmittelbar ausgesetzt. Deshalb hat Columbus McKinnon Engineered Products das Spindelhubelement mit einer Mehrschichtlackierung (C5-M) versehen, die für den Küsten- und Offshore-Bereich mit hoher Salzbelastung geeignet ist. So sei das Hubelement optimal für die anspruchsvollen Umgebungsbedingungen ausgelegt und widerstehe Kondensation sowie Luftverunreinigung über Jahrzehnte ohne Beeinträchtigungen. Alle Übergänge, Schnittstellen, Kabeleingänge und -ausgänge sowie der Klemmenkasten wurden mit einem besonderen Dichtungskonzept versehen und garantieren die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV).

Die Applikation und der Einsatzort in der Wüste erfordern einen wartungsarmen Betrieb, der durch eine hochwertige Wälzlagerung und dem eigens für diesen Anwendungsfall entwickelten Schmierfett sichergestellt werden kann. Besonders anspruchsvoll bei der Neuentwicklung war die Forderung nach einer 30-jährigen Lebensdauer. Deshalb wurden alle im Kraftfluss befindlichen Bauteile und Baugruppen auf Dauerfestigkeit ausgelegt. Wie der Hersteller mitteilt wurde inzwischen in einem Vertex Versuchsaufbau die hohe Lebensdauer des TQS 200 auch in einem Dauertest nachgewiesen.

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