Beschreibung der TEMPUS-Anlage



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.

Die TEMPUS-Anlage wurde von der Firma EADS entwickelt. Ein solcher Anlagentyp wurde bereits auf drei Spaceshuttle-Missionen erfolgreich eingesetzt. Die Europäische Weltraumorganisation ESA und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) planen darüber hinaus eine Anlage für die Internationale Raumstation (ISS).

Die Experimente während dieser Parabelflugkampagne dienen einerseits der Vorbereitung künftiger Experimente auf der ISS, andererseits werden bereits jetzt für technisch interessante Legierungen Materialdaten gewonnen. So etwa von der Hydro-Aluminium GmbH, den Universitäten Ulm und Bochum sowie dem Max-Planck-Institut für Eisenforschung. Weiterhin wird mit TEMPUS Grundlagenforschung betrieben. Experimente hierzu stammen vom DLR-Institut für Materialphysik im Weltraum und der Universität Göttingen. Alle Experimente wurden in enger Zusammenarbeit mit dem Nutzerunterstützungszentrum (MUSC) des DLR in Köln-Porz vorbereitet. Das MUSC übernimmt auch die Aufbereitung der Videodaten aller Experimente.

Neben der Hochgeschwindigkeitskamera, die Aufnahmen der fortschreitenden Erstarrungs-front 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.


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