Die TEMPUS-Anlage



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

Kurz gefasst versteht man unter elektro-magnetischer Prozessführung das Levitieren ("Schweben") und Heizen mittels hochfrequenter elektromagnetischer Felder, die in einer Spule erzeugt werden. So können elektrisch leitende Proben mit typischen Durchmessern von sechs bis zehn Millimetern durch magnetische Induktion zum Schweben gebracht, induktiv erhitzt und aufgeschmolzen werden. Der entscheidende Unterschied dieses Verfahrens zu herkömmlichen Schmelzöfen besteht im behälterfreien Prozessieren und damit nicht mit einem Tiegel in Berührung stehender zum Teil äußerst reaktiver Metall-schmelzen. Dadurch gelingt es, die Schmelze auch unterhalb des Schmelzpunktes bis zu gewissen Temperaturen 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 es etwa, technische Gießprozesse (beispielsweise Aluminium-Motorblöcke) in Simulationen oder die Produktion von magnetischen Werkstoffen zu optimieren.

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

Des Weiteren werden dadurch deutlich schwächere Rührkräfte in der flüssigen Probe erzeugt (bei der erdgebundenen Levitation unvermeidbar), 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. Nachdem die TEMPUS (Hardware-Entwickler: Firma EADS, ehemals Dornier) schon auf drei Spaceshuttle-Missionen erfolgreich eingesetzt wurde, planen die Europäische Weltraumorganisation ESA und das DLR eine Anlage für die Internationale Raumstation (ISS).

Die Experimente während des 7. DLR-Parabelflugs dienen der Durchführung vorbereitender Experimente für die ISS. Die an technisch interessanten Legierungen durchzuführenden Experimente der Hydro-Aluminium GmbH (G.-U.Grün, Dr. Bender), der Universitäten Ulm (Prof. Fecht, Dr. Wunderlich; Projekte THERMOLAB und IMPRESS), Bochum (J. Strohmenger) und des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung (Prof. Frommeyer). Weiterhin wird mit TEMPUS Grundlagenforschung betrieben, dies vom DLR-Instituts für Raumsimulation (Prof. Egry, Dr. Kolbe, Dr. Volkmann), dem Leibnitz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Dr. Hermann, Dr. Löser) und der Universität Göttingen (Prof. Samwer).

Alle Experimente wurden in enger Zusammenarbeit mit dem Nutzerunterstützungszentrum (MUSC) des DLR in Köln-Porz vorbereitet. Das MUSC wird auch die Aufnahme und Verarbeitung der digitalen Videodaten durchführen. Zusätzlich wird in der Anlage TEMPUS erstmals die Prozessierung von Silizium- und Germanium-Legierungen durch den Einbau eines Lasers zur Vorheizung solcher Proben ermöglicht.


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