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maschine+werkzeug 05/2015

Ultrapräzision für den Weltraum

EXTRA Luft- und Raumfahrt

Fertigung - Die Kugler GmbH in Salem am Bodensee ist als Hersteller von ultrapräzisen und optischen Komponenten in verschiedene Luft- und Weltraumprojekte eingebunden.

Der Hersteller Kugler in Salem am Bodensee stellt ultrapräzise und optische Komponenten her, die in verschiedenen Luft- und Weltraumprojekten zum Einsatz kommen.

Das Bela-Instrument auf dem ›Bepicolombo‹-Satellit enthält beispielsweise ein Leichtgewichtsteleskop als Empfänger für den Laser-Höhenmesser. Dieses Leichtgewichtsteleskop ist aus zwei Spiegeln aufgebaut. Um eine leichte, aber gleichzeitig steife Struktur zu erhalten, bestehen die Bauteile aus Beryllium. Die Firma Ruag als Hersteller des Teleskops beauftragte die Kugler GmbH mit der Herstellung der optischen Flächen auf den Teleskopspiegeln.

Makellose Spiegelfläche

Die Fertigung der Spiegeloberflächen erfolgte durch Diamantdrehen. Die Bearbeitung mit Diamantwerkzeugen unterliegt speziell bei der Wahl des Materials gewissen Grenzen. Da Beryllium bei 900 Grad Celsius eine chemische Verbindung mit Kohlenstoff eingeht, lässt es sich nicht mit Diamant bearbeiten. Daher wurden die Berylliumteile verkupfert, um das Material bearbeitbar zu machen. Bei Spiegelflächen müssen typischerweise Rauheiten kleiner als 5 nm Ra und Formtoleranzen kleiner gleich 1 µ erreicht werden. Die Rauheit kann nur erreicht werden, wenn das Achsrauschen durch die Lagerung während der Bearbeitung extrem gering ist. Daher werden bei Kugler Maschinen mit Luft- oder Hydrolagerung verwendet.

Die hochgenaue Diamantbearbeitung erfordert einige eher unübliche Schritte: Vor der eigentlichen Bearbeitung wird ein Referenzwerkstück auf der Spindel befestigt, auf Rundlauf ausgerichtet und gewuchtet. Dann wird das Werkzeug optisch eingemessen und auf dem Referenzwerkstück eine Einstellsphäre gefertigt. Diese wird dann optisch vermessen, und gegebenenfalls müssen das Werkzeug neu eingestellt und die Werkzeugmesswerte korrigiert werden. Nun kann das Bauteil aufgespannt werden.

Die beiden Spiegel des Teleskops wurden separat gefertigt. Die Rohteile sind mit Referenzflächen versehen, welche ein genaues Spannen und Ausrichten der einzelnen Bauteile auf der Diamantdrehmaschine ermöglichen. Das genaue Ausrichten ist nötig, um mit der Endkontur des Spiegels in der Kupferschicht zu bleiben. Da Berylliumstaub giftig ist, war es wichtig, die Kupferbeschichtung nicht zu durchbrechen.

Neben dem genauen Ausrichten des Bauteils muss die Spindel sehr gut ausgewuchtet werden, da Vibrationen durch Unwucht später auf der Spiegeloberfläche sichtbar wären. Nach diesen vorbereitenden Schritten kann der Spiegel geschruppt werden. Dabei wird eine Spandicke zwischen 20 und 50 µ abgenommen. Nach dem Schruppvorgang wird der Spiegel auf der Messmaschine taktil vermessen, um den Bearbeitungszustand zu dokumentieren und frühzeitig korrigierend eingreifen zu können, sollte dies nötig sein. Anschließend wird der Spiegel erneut auf der Diamantdrehmaschine bearbeitet. Beim Schlichten werden Spandicken zwischen 1 und 2 µ von der Spiegeloberfläche abgenommen. Dabei muss auf eine gute Spanabfuhr geachtet werden, damit die Späne die optische Oberfläche nicht zerkratzen. Die Späne werden über eine Minimalmengensprühung abgeführt.

  • Fünf-Achs-Ultrapräzisionsmaschine ›Micromaster‹ von Kugler. Foto: Kugler GmbH

    Fünf-Achs-Ultrapräzisionsmaschine ›Micromaster‹ von Kugler. Foto: Kugler GmbH

  • Empfängerteleskop des Bela-Instruments von Ruag mit Spiegeln. Foto: Ruag AG

    Empfängerteleskop des Bela-Instruments von Ruag mit Spiegeln. Foto: Ruag AG

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Unternehmensinformation

Kugler GmbH

Heiligenberger Straße 100
DE 88682 Salem, Baden
Tel.: 07553-9200-0
Fax: -45

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