Masterarbeit im Bereich Maschinenbau­­/­­Mechatronik - Entwicklung eines Schrittmotor-basierten Antriebs für Gifford-McMahon Cryocooler

Cryocooler sind Kühlgeräte zum Erreichen kryogener Temperaturen (kleiner -153°C). In unseren Empfangssystemen werden sie zur Kühlung von Low-Noise-Amplifier (LNA), welche das astronomische Signal aufnehmen, eingesetzt. Hier wird mit Temperaturen im Bereich von 10K (-263°C) gearbeitet, um die Empfindlichkeit der LNAs zu verbessern und die Aufnahme sehr schwacher, radioastronomischer Signale überhaupt erst zu ermöglichen. Kommerzielle Cryocooler verwenden standardmäßig Drehstrommotoren als Antrieb. Die übliche Ansteuerung eines Drehstrommotors ist über Frequenzumrichter realisiert, um die Möglichkeit der Drehzahlregelung zu bieten. Der Betrieb von Frequenzumrichtern bringt einige Nachteile mit sich. Zum Einen die Verwendung von 400V-Technik und zum anderen die durch das Umrichten erzeugten, steilen Signalflanken, welche zur Aussendung von elektromagnetischen Störungen führen. Besonders Letzteres stellt eine große Einschränkung für den Einsatz von Frequenzumrichtern in der Nähe von astronomischen Empfangssystemen dar, da hierdurch die zu messenden Nutzsignale stark beeinflusst werden können. Daher ist in der hier ausgeschriebenen Masterarbeit zu untersuchen, ob Stepper-Motoren bei dieser Anwendung eine Alternative darstellen können. Es befinden sich einzelne Hersteller von Cryocoolers am Markt, welche bereits Stepper-Motoren einsetzen. Die Kenndaten dieser Motoren sind für unseren Anwendungsfall jedoch nicht passend. Größte Einschränkung dieser Cryocooler sind deren schwache Leistungsdaten. Geplant ist daher, einen der von uns aktuell verwendeten, leistungsstarken Cryocooler, auf Stepper-Motor-Antrieb umzurüsten. Wir haben hierzu bereits Kontakt mit dem Hersteller des Cryocoolers aufgenommen und konnten sein Interesse an diesem Vorhaben wecken. Er stellt weitergehende Kenndaten des Cryocoolers sowie CAD-Modelle zur Verfügung und erklärte sich bereit, Ansprechpartner bei technischen Fragen zu sein. Gliederung der Masterarbeit: Machbarkeitsstudie Erstellen eines Konzepts für den Umbau sowie Teststand (CAD-Fertigungsdokumentation) Implementieren eines Testaufbaus Auswerten der Ergebnisse