TEMPUS Parabelfluganlage



 TEMPUS Parabelfluganlage
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Die TEMPUS-Parabelfluganlage ist eine wissenschaftliche Experimentieranlage für die Forschung an schmelzflüssigen und unterkühlten Metallen und Legierungen. Die Abkürzung TEMPUS steht für "Tiegelfreies elektromagnetisches Positionieren unter Schwerelosigkeit", was die zugrunde liegende Technik beschreibt.

In der Anlage können elektrisch leitende Proben mit Durchmessern von sechs bis zehn Millimetern in einer stromdurchflossenen Spule zum Schweben gebracht, erhitzt und aufgeschmol-zen werden. Da die Proben frei in der Spule schweben, wird im Gegensatz zu herkömmlichen Schmelzprozessen in Öfen kein Behälter (Tiegel) benötigt. Die teilweise chemisch äußerst reaktionsfreudigen Metallschmelzen kommen daher nicht in Berührung mit dem Tiegelmaterial. Dadurch werden sie nicht verunreinigt und es gelingt sogar, die Metalle unterhalb ihres Erstarrungspunktes flüssig zu halten (Unterkühlung).

Dieses Verfahren ermöglicht daher, über einen weiten Temperaturbereich präzise Messungen von Material- und thermophysikalischen Eigenschaften der flüssigen Metallschmelze durchzuführen. Die Kenntnis dieser Materialdaten ermöglicht beispielsweise die Optimierung technischer Gießprozesse oder die Produktion von magnetischen Werkstoffen.

Unter Schwerelosigkeit sind zur Positionierung der Proben in der Spule weit schwächere Magnetfelder nötig als unter herkömmlichen Bedingungen auf der Erde. Dadurch kann das Heizfeld nach dem Schmelzen der Probe abgeschaltet werden und somit der Temperaturbereich, in dem flüssige Proben untersucht werden können, zu niedrigeren Temperaturen hin ausgedehnt werden.

Es verbleibt dann nur noch das Positionierfeld, welches lediglich schwache Rührkräfte in der flüssigen Probe erzeugt, so dass die Schmelze annähernd ungestört beobachtet werden kann. Dies wirkt sich sehr positiv auf die Genauigkeit einiger Messmethoden und die daraus gewonnenen Materialdaten aus.

Das Konzept der TEMPUS-Anlage wurde im Institut für Materialphysik im Weltraum des DLR entwickelt. Es wurden von der Firma EADS drei Module der Anlage gebaut: neben dem in Parabelflügen eingesetzen Typ wurde ein Modul bereits auf drei Spaceshuttle-Missionen erfolgreich eingesetzt, und ein weiteres Modul flog kürzlich auf TEXUS-Raketenmissionen mit. Die Europäische Weltraumorganisation ESA und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) haben darüberhinaus bei EADS eine Anlage für die Internationale Raumstation (ISS) in Auftrag gegeben.

Die Experimente während der Parabelflugkampagnen dienen hauptsächlich der Vorbereitung künftiger Experimente auf der ISS.  In einigen Fällen ist es möglich, bereits im Rahmen der Parabelflugexperimente grundlegende Fragen der Erstarrung zu beantworten und Materialdaten für technisch interessante Legierungen zu gewinnen.

Die TEMPUS-Anlage verfügt über umfangreiche berührungsfreie Diagnosemöglichkeiten. Neben der Hochgeschwindigkeitskamera, die Aufnahmen der fortschreitenden Erstarrungsfront aus der unterkühlten Schmelze ermöglicht, werden im April 2008 auch wieder Daten gemessen, die der Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von aufgeschmolzenen Proben dienen. Zusätzlich wird die Sauerstoffatmosphäre in der TEMPUS-Prozesskammer durch einen Sensor genauer charakterisiert.

An den Parabelflugkampagnen sind neben Universitäten (Bochum, Göttingen, Ulm) auch Großforschungseinrichtungen (DLR, Max-Planck-Institut für Eisenforschung) sowie industrielle Partner (Hydro-Aluminium GmbH) beteiligt. Alle Experimente werden in enger Zusammenarbeit mit dem Nutzerunterstützungszentrum (MUSC) des DLR vorbereitet.


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