antriebstechnik 5/2026

SPECIAL: PRÜFSTÄNDE 01

SPECIAL: PRÜFSTÄNDE 01 01 Das 3D-Modell des Positioniertisches für die Hochleistungskamera an der Beamline P61A 02 Ein Messplatz in der Speicherring- Röntgenstrahlungsquelle PETRA III 03 Der Positioniertisch verfährt die Hochgeschwindigkeitskamera unter Hinzunahme einer Motorsteuerung mit einer Genauigkeit von ±2,5 µm 04 Die Hochleistungskamera hat inklusive der Bleiabschirmung ein Gewicht von rund 800 kg ( PETRA III). Der Ring der Anlage hat einen Umfang von 2,3 km und verfügt über 25 Strahlführungen (Beamlines) mit rund 60 Messstationen. ANALYSE DURCH RÖNTGENSTRAHLUNG In PETRA III werden Elektronen extrem beschleunigt und an jeder Strahlführung kontrolliert durch Magnete abgelenkt. Dabei entsteht Licht nahezu aller Wellenlängen, von Infrarotlicht bis hin zu harter Röntgenstrahlung. An mehreren Messplätzen trifft die so erzeugte Röntgenstrahlung auf Proben unterschiedlichster Art: An PETRA III forschen Molekularbiologen ebenso wie Chemiker oder Materialwissenschaftler. Speziell für letztere betreibt das Helmholtz-Zentrum Hereon die Strahlführung P61A. An dieser Beamline können mithilfe der Röntgenquelle ortsaufgelöst Eigenspannungen in Materialien analysiert und Phasenübergänge in Metallen beobachtet werden. Die Untersuchungen an PETRA III helfen der Industrie z. B. dabei, Solarzellen zu verbessern oder Ermüdungserscheinungen von Batterien zu untersuchen. Darüber hinaus liefern die Probenanalysen wertvolle Erkenntnisse für die Entwicklung leistungsfähigerer Materialien zur Energie- oder Datenspeicherung oder die Herstellung umweltfreundlicher Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen. NUTZEN FÜR WISSENSCHAFT UND INDUSTRIE Johannes Klingenberg ist Ingenieur beim Helmholtz-Zentrum Hereon und dafür verantwortlich, dass an der Beamline P61A alles bereit ist für die Experimente, die externe Nutzer dort nach Anmeldung durchführen. „Es gibt zwei Arten von Nutzern“, erzählt Klingenberg. „Zum einen Universitäten und Forschungseinrichtungen: Die wissen, wie ein Synchrotron funktioniert und werten auch die bei uns gewonnenen Daten selbst aus. Und es gibt die Industrie-Kunden, die sich mit der Technologie der Röntgenstrahlungsquelle nicht auskennen. Für die übernehmen wir auch die Aufbereitung und Auswertung der gemessenen Daten.“ Die Beamline P61A ist zurzeit die einzige Strahlführung an PE- TRA III, die alle Wellenlängen gleichzeitig nutzt (sogenannter Weißstrahl) - damit hat sie den höchsten Fluss an Röntgenstrahlung. Da die hohe Intensität eine kurze Belichtungszeit ermöglicht, können mit der an der Beamline installierten Hochgeschwindigkeitskamera sehr viele Bilder von den Proben aufgenommen werden: Aktuell sind es ca. 50.000 Bilder pro Sekunde Das ist eine unvorstellbar große Zahl, die aber wohl noch deutlich steigen wird: „In Zukunft soll die Kamera mehr als 100.000 Bilder pro Sekunde machen“, berichtet der Ingenieur, „damit können wir sehr schnell ablaufende Prozesse untersuchen, wie sie zum Beispiel bei Metall-3D-Druckern auftreten.“ URSPRÜNGLICHE OPTIK WURDE MODIFIZIERT Hereon setzt eine Hochgeschwindigkeitskamera der Marke Phantom von Vision Research ein. Da es sich dabei eigentlich um eine lichtoptische Kamera handelt, muss man einen Trick anwenden: „Unser Technikum in Geesthacht hat zusammen mit Zulieferern ein Spiegelsystem mit einem kleinen Kristall entwickelt“, so Klingenberg. Der Kristall befindet sich im Inneren der Kamera: Trifft die Röntgenstrahlung auf ihn, beginnt er zu leuchten. Die zu untersuchende Probe absorbiert einen Teil der Röntgenstrahlung, sodass der Kristall an den entsprechenden Stellen abgeschattet wird. Die Kamera ist über das Spiegelsystem auf den Kristall ausgerichtet und „sieht“ den Schatten auf dem Kristall. Damit sie diese Bilder aber überhaupt machen kann, muss sich die Kamera extrem präzise verfahren lassen. Dafür nutzt Hereon einen hochgenauen 2-Achs-Positioniertisch von Leantechnik, der eigens für diese Anwendung konstruiert wurde. SCHWERE KAMERA MUSS PRÄZISE VERFAHREN Die Vorgaben der Wissenschaftler waren klar: Der Positioniertisch soll die 800 kg schwere Kamera mit einer Genauigkeit von 10 µm verfahren. „Das Sichtfeld der Kamera ist 1 mm hoch und wir hatten die Vorgabe gemacht, dass sie es in 100 Schritten abfahren soll“, beschreibt Johannes Klingenberg die Ausgangslage. Die Hochgeschwindigkeitskamera wiegt deshalb so viel, weil die in ihr verbaute, empfindliche Elektronik mit einer dicken Bleihülle vor der Röntgenstrahlung geschützt werden muss. „Schwere Komponenten positionieren wir hier oft und auch die präzise 30 antriebstechnik 2026/05 www.antriebstechnik.de

SPECIAL: PRÜFSTÄNDE 02 03 04 Positionierung von Komponenten ist für uns Alltag. Die Kombination aus beidem ist aber deutlich schwieriger“, erklärt Johannes Klingenberg. Da Hereon aus Zeitgründen selbst keine passende Kamera-Positioniervorrichtung konstruieren konnte, schrieb das Institut den Auftrag aus. Den Zuschlag bekam der Lineartechnik-Spezialist Leantechnik, der hochgenaue Zahnstangengetriebe und Positioniersysteme für Anwendungen in den verschiedensten Branchen fertigt. Neben der hohen Präzision der Getriebe überzeugte die Wissenschaftler vor allem ihr Aufbau: Führung und Antrieb sind in einer einzigen Komponente verbaut, sodass die Einheit nicht nur extrem genau verfährt, sondern auch sehr kompakt baut. Das ist bei den beengten Platzverhältnissen an der Beamline ein großer Vorteil. BESONDERS GENAUES ZAHNSTANGENGETRIEBE In dem Positioniertisch sind insgesamt acht Lifgo hp-Zahnstangengetriebe verbaut - vier pro Verstellrichtung (x- und z-Achse). Die Lifgo hp-Getriebe sind noch einmal wesentlich genauer als die ohnehin schon sehr präzisen Lifgo-Getriebe von Leantechnik: Sie erreichen eine Positioniergenauigkeit von ±5 µm. In Verbindung mit einer Motorsteuerung erreichen die Lifgo hp-Getriebe sogar eine Genauigkeit von ±5 µm. Eine solche Steuerung 05 Leantechnik fertigt neben dem Lifgo hp eine große Bandbreite weiterer hochgenauer Zahnstangengetriebe kommt auch am Positioniertisch an der Strahlführung P61A zum Einsatz. Die Zahnstangengetriebe verfahren also deutlich präziser als von den Wissenschaftlern gefordert. Erreicht wird diese Präzision durch den speziellen Aufbau der Lifgo hp-Zahnstangengetriebe: Anders als bei den übrigen Getrieben ist das Kugellager hier seitlich angeordnet und fixiert. Über ein Exzenterlager kann der Anwender mithilfe eines Schlüssels das Zahnflankenspiel stufenlos einstellen. Das Spiel wird über eine seitliche, außermittig platzierte Einstellwelle definiert: Sie verfügt über eine Außenverzahnung, die in die Verzahnung des Antriebswellen-Lagers des Getriebes greift. Der Anwender kann das Spiel zwischen der Ritzelwelle der Zahnstange sowie der Außenverzahnung des Antriebswellen-Lagers mithilfe eines Schlüssels und der Einstellwelle stufenlos verändern und auf nahezu Null reduzieren. Neben der hohen Präzision waren Johannes Klingenberg und seinen Kollegen beim Positioniertisch aber noch andere Details wichtig: So sollte zum Beispiel die seitliche Verfahrung von der Höhenverfahrung des Positioniertisches getrennt realisiert werden. Das ist nötig, weil es an der Beamline je nach Nutzer und Projekt ganz unterschiedliche Versuchsanordnungen gibt. Es kann vorkommen, dass nur die x-Verfahrung oder nur die z-Verwww.antriebstechnik.de antriebstechnik 2026/05 31