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LUCIFER - Nah-Infrarot Kamera & Spektrograph für das LBT


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Die LUCIFER MOS-Einheit

3d-Modell des Systems für den Maskenwechsel
Bild 1: 3d-Modell des Systems für den Maskenwechsel

Die MOS-Einheit ist ein hoch komplexes Untersystem von LUCIFER, das folgende Aufgaben erfüllt:

  1. Bereitstellung von 10 Langspalt- und Gesichtsfeld-Masken und von 23 Multispalt-Masken in LUCIFER,
  2. Positionierung und Verriegelung jeder dieser Masken in der Fokalebene des Teleskops mit einer Genauigkeit von etwa 0,01 mm,
  3. Austausch der Masken zwischen ihren Magazinen und der Fokalebene,
  4. Austausch des Magazins mit den Multispalt-Masken bei Betriebstemperatur des LUCIFER Kryostaten (etwa 80 K).

Die MOS-Einheit besteht aus der Maskenwechsel-Einheit, die sich im LUCIFER Kryostaten befindet, und zwei Hilfskryostaten sowie Hilfsmitteln zu deren Betrieb, die für den Magazinwechsel benötigt werden.

Die Maskenwechsel-Einheit

Die Maskenwechsel-Einheit im Test-Kryostaten
Bild 2: Die Maskenwechsel-Einheit im Test-Kryostaten

Das Maskenwechsel-Einheit befindet sich im LUCIFER Kryostaten und wird daher bei einer Temperatur von 80 K betrieben. Da sich der Kryostat um seine optische Achse dreht, muß die Einheit in beliebiger räumlicher Orientierung funktionieren. Die Aufgaben der Maskenwechsel-Einheit werden von folgenden Komponenten übernommen (Bild 1 und 2):

  1. Die Fokaleinheit positioniert und verriegelt eine Maske in der Fokalebene des Teleskops mit einer Genauigkeit von etwa 0,01 mm.
  2. Das stationäre Magazin und das Wechselmagazin nehmen die Masken auf.
  3. Die Masken sind in Rahmen eingebaut, die sowohl die Verbindungen zu anderen Komponenten herstellen, als auch die zylindrische Form der Masken definieren (die Bildfläche besitzt einen Krümmungsradius von 1030 mm).
  4. Der Roboter ergreift mit zwei Fingern eine Maske, entnimmt sie durch eine Drehbewegung aus dem Magazin, transportiert sie mit einer Verschiebung zur Fokaleinheit und positioniert sie wiederum durch eine Drehbewegung über den Zentrierstiften der Fokaleinheit. Durch eine weitere Verschiebung des Roboters wird der Rahmen auf die Zentrierstifte geschoben. Zwei Schrittmotoren bewegen die Finger des Roboters und drehen den "Kopf", der die Finger trägt.
  5. Der Linearantrieb des Roboters besteht aus einem Schienensystem und einer Motor getriebenen Kugelumlaufspindel, mit deren Mutter der Roboter verbunden ist. Damit wird der Roboter über einen Weg von bis zu 45 cm parallel zu den Magazinen verfahren. Außerdem kann die Drehung der Spindel und damit die Position des Roboters verriegelt werden.
  6. Der Niederhalter verriegelt die Masken in den Magazinen und gibt nur diejenige Maske frei, die vom Roboter zur Fokaleinheit gebracht werden soll. Nur für den Magazinwechsel werden alle Masken gleichzeitig entriegelt.
  7. Der Magazin-Antrieb umfasst ein Schienensystem ähnlich dem des Roboters, aber mit grösserer Spurweite und eine Schraube mit 23 mm Ganghöhe zum Antrieb des Magazins während des Wechsels. Außerdem ist eine Verriegelung für das Magazin integriert.
  8. Der Verschluss im Strahlungsschild von LUCIFER gibt die Öffnung, durch die das Magazin ausgetausch wird nur während des Austauschvorgangs frei, wodurch die Wärmezufuhr durch Strahlung minimiert wird.
  9. Alle bisher erwänten Komponenten, mit Ausnahme der Fokaleinheit, sind in die MOS-Struktur eingebaut, die alle notwendigen Verbindungen zur LUCIFER Struktur herstellt.
Bilder der beschriebenen Komponenten sind in der LUCIFER Bildgalerie zu sehen.

Magazinwechsel

3d-Modell der Konfiguration für den Magazinwechsel
Fig.3: 3d-Modell der Konfiguration für den Magazinwechsel.

Der Magazinwechsel ist komplizierter als der Maskenwechsel, weil drei unabhängige Systeme, nämlich LUCIFER und die beiden Hilfskryostat daran beteiligt sind. In beide Kryostaten sind Schienen- und Antriebssysteme eingebaut, die baugleich mit dem Magazin-Antrieb in LUCIFER sind. Zusätzlich sind in die Hilfskryostaten schaltbare thermische Brücken zur Kühlung der Maskenrahmen eingebaut. Für den Magazin-Transfer muss der Hilfskryostat relativ zu LUCIFER so gut ausgerichtet sein, dass die Schienen in den Kryostaten mit einer Genauigkeit von besser als 0,5 mm zueinander fluchten.

Der Magazinwechsel beginnt, indem der leere Hilfskryostat an LUCIFER angeflanscht und das Volumen zwischen beiden Kryostaten ausgepumpt wird. Nachdem erst das Schiebeventil des Hilfskryostaten und dann dasjenige von LUCIFER geöffnet wurde, gibt der Verschluss die Öffnung im Strahlungsschild von LUCIFER frei. Nun kann das Magazin mit den bereits benutzten Masken von LUCIFER in den Hilfskryostaten gefahren werden. Der Antrieb des Magazins erfolgt dabei zuerst über die Schraube in LUCIFER. Über eine Schraubenumdrehung treiben die Schrauben in beiden Kryostaten das Magazin an, dann wird das Magazin nur noch von der Schraube im Hilfskryostaten bewegt. Dabei müssen beide Schrauben so synchronisiert werden, dass eine feste Beziehung zwischen ihren Drehwinkeln besteht, damit ihre Gewinde Teil einer einzigen Schraube sind.

Nachdem das Magazin von LUCIFER in den leeren Hilfskryostaten gefahren wurde, werden die Ventile geschlossen, das Volumen zwischen den Kryostaten belüftet, und die beide Kryostaten voneinander getrennt. Anschließend wird Hilfskryostat mit den vorgekühlten, neuen Masken an LUCIFER angeflanscht, und nach den eben beschriebenen Vorbereitungungen wird das Magazin vom Hilfskryostaten in den LUCIFER Kryostaten gefahren.


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last update: 02/05/2006, editor of this page: Reiner Hofmann
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