Pionier aus Leidenschaft


Die Glaskeramik ZERODUR® schreibt seit 50 Jahren regelmäßig neue Kapitel seiner Erfolgsgeschichte. Der Werkstoff dehnt sich praktisch nicht aus
und leistet dadurch nicht nur in der Astronomie Großes. Das Zusammenspiel von geförderten Großforschungsprojekten und herausfordernden Spezifikationen der Materialeigenschaften in industriellen Anwendungen sorgt immer wieder für Technologiesprünge, in denen SCHOTT gemeinsam mit seinen Kunden bei der Entwicklung und Umsetzung Pionierarbeit leistet.

Die Glaskeramik ZERODUR® schreibt seit 50 Jahren regelmäßig neue Kapitel seiner Erfolgsgeschichte. Der Werkstoff dehnt sich praktisch nicht aus
und leistet dadurch nicht nur in der Astronomie Großes. Das Zusammenspiel von geförderten Großforschungsprojekten und herausfordernden Spezifikationen der Materialeigenschaften in industriellen Anwendungen sorgt immer wieder für Technologiesprünge, in denen SCHOTT gemeinsam mit seinen Kunden bei der Entwicklung und Umsetzung Pionierarbeit leistet.

Im Lauf der Geschichte ...

... werden aus Fakten gern Anekdoten. So gibt es unterschiedliche Erzählungen darüber, wie das erste konkrete ZERODUR® Projekt entstand. 1968 soll der SCHOTT Werkstoffspezialist und spätere Vorstand für Forschung und Entwicklung, Dr. Jürgen Petzold, das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg besucht haben. Dem dortigen Direktor Prof. Hans Elsässer legte er stolz eine Handvoll ZERODUR® Glaskeramikteile auf den Schreibtisch. Auf dessen Frage, ob SCHOTT auch ein vier Meter großes Teil aus diesem Material herstellen könne, soll Petzold spontan „ja, natürlich“ geantwortet haben. In einer anderen Version habe Petzold den Institutsleiter gefragt, wo der Auftrag für einen Vier-Meter-Spiegelträger bleibe. Wie es wirklich war? Unklar. Und eigentlich auch unwichtig. Denn beide Versionen machen auf charmante Weise deutlich, dass sich Forschung und SCHOTT gegenseitig zu einer Pionierleistung getrieben haben, über die noch heute mit großer Anerkennung gesprochen wird. Das Treffen in Elsässers Büro blieb nicht ohne Folgen. Im November 1968 erhielt SCHOTT den Auftrag, der den Beginn seiner Erfolgsgeschichte kennzeichnete. Das MPIA bestellte zehn Spiegelträger mit unterschiedlichen Größen und einen Spiegelträger mit 3,60 Metern Durchmesser für das Calar-Alto-Observatorium in Spanien. Es war die Geburtsstunde von ZERODUR® Glaskeramik als Standardmaterial für astronomische Spiegelträger. Der erste große Astronomie-auftrag war der Beginn eines Kreislaufs aus sich gegenseitig fordernden und fördernden Kräften, der bis heute funktioniert: Um wissenschaftliche Projekte zu stemmen, werden Werkstoffe und Technologien entscheidend weiterentwickelt.
 

Auf jede Innovation folgt der nächste Technologieschritt

Ausgangspunkte sind fast immer Anfragen aus der Wissenschaft. Staatlich geförderte Großprojekte stellen eine Art Anschubfinanzierung für Innovationen dar. Da die Erkenntnisse anschließend in die Serienproduktion fließen und auf weitere Anwendungsbereiche adaptiert werden, profitieren davon letztlich alle Beteiligten.

„Ohne Kunden, die uns vertrauen, wäre dies alles nicht möglich. Das wissen wir zu schätzen, und dafür bedanken wir uns. Nur gemeinsam mit unseren Partnern war es in den vergangenen 50 Jahren möglich, die Grenzen des Machbaren immer wieder aufs Neue zu verschieben“, meint Dr. Thomas Westerhoff, Leiter des Strategischen Geschäftsfeldes ZERODUR®. Und so hat sich in dieser Zeit ein eigentlich einfaches, aber weitreichendes Prinzip herausgebildet: Auf jede Innovation folgt der nächste Technologieschritt. Auf den Vier-Meter-Spiegel folgten weitere Bestmarken. Heute bestehen die Hauptkomponenten nahezu aller bedeutenden Spiegelteleskope weltweit aus ZERODUR® Glaskeramik. Die vier Hauptspiegel des Very Large Telescope (VLT) in Chile mit einem Durchmesser von jeweils 8,20 Metern sind die größten jemals hergestellten monolithischen Glasteile. Das Wissen, das der Bereich Advanced Optics dabei aufgebaut und dann kontinuierlich weiterentwickelt hat, hilft SCHOTT noch heute. Dieses Projekt war die Initialzündung, um die Industrialisierung von ZERODUR® auch außerhalb des Astronomiebereichs zu beschleunigen.

SCHOTT ist mit ZERODUR® Glaskeramik Marktführer im Bereich von Materialien, die sich durch eine extrem geringe thermische Ausdehnung auszeichnen. Der Werkstoff steckt heute in Maschinen zur Herstellung von Computer-Chips und Displays für Smartphones und Fernsehgeräte, in Navigationsgeräten von Flugzeugen sowie in hochpräzisen Messgeräten. Der Astronomiebereich macht allerdings nur einen kleinen Anteil am Gesamtumsatz von ZERODUR® aus. Für SCHOTT ist dieses Engagement vergleichbar mit dem Motorsporteinsatz eines Automobilherstellers. Die Erkenntnisse und Erfahrungen, die SCHOTT dabei in den Bereichen Schmelze, Guss, Keramisierung, Kühlung und Bearbeitung gewinnt, sind für die Serienproduktion unbezahlbar. Das VLT-Projekt ist für SCHOTT eine Art tech-nologisches Marketing mit enormer Schub- und Strahlkraft.

Die chemische Zusammensetzung der ZERODUR® Glaskeramik ist seit der Patentanmeldung 1967 unverändert. Doch der Keramisierungsprozess, der letztlich für die extrem geringe thermische Ausdehnung des Werkstoffs ver-antwortlich ist, wurde über Jahrzehnte entscheidend verbessert.
 

Die Grenzen des Machbaren verschieben sich immer wieder

Dasselbe gilt auch für die Messtechnik, mit der diese Ausdehnung nachgewiesen wird. Die Kombination aus Verbesserungen der Messtechnik und des Herstellungsprozesses führte dazu, dass SCHOTT immer engere Qualitätsstufen anbieten konnte. Das Ergebnis: Computer-Chips mit immer kleineren Strukturgrößen oder Flachbildschirme mit immer höherer Auflösung. Ausgiebige Bruchtests an ZERODUR® Testscheiben haben es SCHOTT zudem ermöglicht, die Lebensdauer von Bauteilen zu bestimmen. So ist es erstmals möglich, exakt vorherzusagen, wie lange ZERODUR® nach welcher Bearbeitung und unter welchen Bedingungen hält. Derartige Statistiken hat kein Wettbewerber in diesem Umfang bisher veröffentlicht.

SCHOTT verschiebt mit ZERODUR® immer wieder die Grenzen des technisch Machbaren. Mit jedem neuen Projekt wachsen Erfahrungen und Fachwissen. Auf Fachkonferenzen wird das Know-how zur Anwendung von ZERODUR® kontinuierlich Designern und Entwicklern der Kunden vorgestellt. In den vergangenen zehn Jahren veröffentlichte SCHOTT mehr als 100 Publikationen auf Fachtagungen. Neben den verbesserten Materialeigenschaften gehören dazu auch Themen wie Prozessabläufe und Anwendungstechnik. Das gewonnene Know-how hilft auch beim Bau des Extremely Large Telescope (ELT), das nur wenige Kilometer vom VLT entfernt in der chilenischen Atacama-Wüste entsteht.

Ab Ende 2025 wird das „größte Auge der Menschheit“ die Atmosphäre von Planeten entfernter Sterne auf Spuren von extraterrestrischem Leben untersuchen. Für den Primärspiegel baut SCHOTT eine Serienfertigung für Rundscheiben mit 1,5 Metern Durchmesser auf. Inklusive der Wartungs und Ersatzsegmente werden 949 Scheiben für die nach der Politur sechseckigen ZERODUR® Glaskeramik-Segmente produziert. Eine solche industrielle Serienfertigung von Astronomie-Spiegelträgern in diesem Umfang hat bisher noch niemand bewerkstelligt. Auch von den Aufträgen für das ELT erwartet SCHOTT einen weiteren Schub – und neue Erkenntnisse, die schon bald anderen Anwendungsgebieten zugutekommen. Die Anekdoten werden nicht ausgehen.
Auch bei Bauteilen bis zu vier Metern setzt ZERODUR® Glaskeramik Maßstäbe.
Homogen und porenfrei

Auch bei Bauteilen bis zu vier Metern setzt ZERODUR® Glaskeramik Maßstäbe.

Faszination ohne Ende

Die Bandbreite der vielen Anwendungen der Glaskeramik ZERODUR® fasziniert immer wieder. ZERODUR® wird in wissenschaftlichen Experimenten zur Bestimmung von Naturkonstanten wie der Planck-Länge mit der unvor-stellbaren „Größe“ von 10–35 m, eine Zahl mit 35 Nullen – 0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 001 – verwendet. Auch in den neuesten astronomischen Teleskopen zur Untersuchung von Licht an der Grenze des Weltalls in einer Entfernung von 1026 m kommt ZERODUR® zum Einsatz. Damit decken ZERODUR® Anwendungen mehr als 61 Größenordnungen ab.

Der Herstellungsprozess von ZERODUR® birgt seine eigene Faszination. Glas mit einer Temperatur von mehr als 1.300 °C wird in einem archaisch anmutenden Prozess in Formen gegossen. Die Atmosphäre beim Guss erinnert an einen Hochofenabstich in der Stahlproduktion und auf den ersten Blick nicht an äußerste Präzisionsarbeit. Und doch wird nach weiteren Prozessschritten eine thermische Ausdehnung von nur noch 10–9 m pro Grad Temperaturänderung eingestellt. Diese kleine Zahl bedeutet eine Änderung um eine Haaresbreite auf 50 km Länge.

Aber die Erfolgsgeschichte von ZERODUR® gäbe es nicht ohne das beispiellose Engagement der unzähligen SCHOTT Mitarbeiter, die sich seit mehr als 50 Jahren immer wieder den neuesten Herausforderungen gestellt haben. Ob im Sommer bei über 40 °C in schweißtreibender Schutzkleidung beim Gießen oder beim Verladen schwerer Scheiben von 4 m Durchmesser im Schneetreiben: Die SCHOTT Mitarbeiter sind immer mit außerordentlichem Engagement und voller Konzentration im Einsatz.

Faszinierend ist auch das Vertrauen unserer Kunden in ZERODUR®, das durch die jahrzehntelange enge und erfolgreiche Zusammenarbeit gewachsen ist. Die sich ständig ändernden Anforderungen unserer Kunden an die Bearbeitung und die immer engeren Spezifikationen der Materialeigenschaften haben das ZERODUR® Team kontinuierlich herausgefordert und damit ZERODUR® im Laufe der letzten 50 Jahre immer weiter verbessert.

Das Extremely Large Telescope der Europäischen Südsternwarte mit seiner enormen Größe von 39 m Durchmesser wird ab 2025 neue faszinierende Bilder mit nie dagewesener Auflösung von der Grenze des Weltalls liefern und Neues, heute noch Unbekanntes, entdecken. Beste Voraussetzungen, dass ZERODUR® auch in der Zukunft für neue Faszinationen sorgen wird.

Kontakt