Präzisionsbearbeitung für die Spitzenforschung
Das Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) in Garching bei München hat seine Ursprünge in einer Projektgruppe für Laserforschung, die 1976 am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik gegründet wurde. Den Status als eigenes Institut erhielt es fünf Jahre später.
Mit vier Abteilungen in unterschiedlichen Bereichen der Laserentwicklung und Quantenphysik erforscht das MPQ seither die Wechselwirkung von Licht mit Quantensystemen. Die Abteilungen des Instituts beschäftigen sich mit Quantenmaterie bei extrem niedrigen Temperaturen, mit den Grundlagen der Quantenoptik und mit der Attosekundenphysik. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in Experimenten mit einzelnen Quantenteilchen und -informationen. Die jeweiligen Labore nutzen komplexe und hochpräzise Apparaturen, die mit Unterstützung der hauseigenen Werkstatt gebaut werden. Auf Werkzeugmaschinen von DMG MORI fertigen 15 Fachkräfte Präzisionsbauteile mit anspruchsvollsten Geometrien. Der Maschinenpark umfasst in der 5-Achs-Simultanbearbeitung eine DMU 40, eine DMU 50 und eine DMU 65 monoBLOCK. Hinzu kommt eine CLX 450 für die Drehbearbeitung.
Zwei Nobelpreise für Physik
Die Forschung am Max-Planck-Institut für Quantenoptik gewährt Physikern und Physikerinnen immer tiefere Einblicke in den Mikrokosmos. Die Resultate sind so bahnbrechend, dass bereits zwei Nobelpreise für Physik nach Garching gingen – der erste 2005 an Professor Theodor W. Hänsch für die Entwicklungen der auf Laser gegründeten Präzisionsspektroskopie. Mit ihr lässt sich die Farbe des Lichts von Atomen und Molekülen äußerst genau bestimmen. Auf diese Weise können Frequenzen mit einer Unsicherheit von einigen Millionsteln eines Milliardstels gemessen werden. Hochpräzise Laserspektroskopie von Wasserstoff und ähnlichen Elementen erforscht Professor Theodor W. Hänsch am MPQ in der Emeritus Gruppe für Laserspektroskopie.
2023 wurde der Nobelpreis Professor Ferenc Krausz verliehen. Ihm und seinem Team gelang es Anfang des Jahrhunderts einen einzelnen Röntgenpuls mit einer Dauer von 650 Attosekunden zu isolieren. Eine Attosekunde entspricht dem Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Das entspricht dem Verhältnis von einer Sekunde zum Alter des Universums. In dieser unvorstellbar kleinen Zeitskale vollzieht sich auch die Wechselwirkung von Elektronen miteinander oder mit Licht in Materie. Es erfordert also extrem kurze Belichtungszeiten, um die Elektronen auf atomarer Ebene in Echtzeit zu beobachten oder zu steuern. Die Attosekundenphysik trägt genau dazu bei. Einen praktischen Nutzen sieht Professor Ferenc Krausz in der Medizin. Denn auch in biologischen Systemen spielen Elektronenbewegungen eine Rolle. Basierend auf Femtosekundenlasern werden in seinem Forschungsbereich Infrarot-, Röntgen- und Partikelquellen entwickelt, die in der Krebsfrühdiagnose und -therapie Anwendung finden.
5-Achs-Simultanbearbeitung für komplexe und hochgenaue Werkstücke
Der hohe Anspruch in der Forschung am MPQ setzt sich in der hauseigenen Werkstatt fort. „Die Labore benötigen sehr spezielle und genaue optische Instrumente, um ihre Experimente durchführen zu können“, erklärt Michael Rogg, der seit 1986 am Institut ist und die Werkstatt bereits 13 Jahre leitet. „Ingenieure und Ingenieurinnen konstruieren nach den Vorgaben der Forschenden Gerätekomponenten, die wir in den geforderten Qualitäten und Genauigkeiten herstellen.“ Für diese Aufgabe stehen dem Werkstattteam unter anderem moderne 5-Achs-Simultanbearbeitungszentren von DMG MORI zur Verfügung. Die jüngste Anschaffung war eine DMU 40 im Dezember 2023. „Die Stabilität der Maschinen und ihre umfangreichen Kühlmaßnahmen erlauben eine präzise Bearbeitung der oftmals komplexen Geometrien“, so Michael Rogg.
Komplexität und Präzision auf der einen Seite und die hohe Materialvielfalt auf der anderen Seite sind das, was die Aufträge in der Werkstatt des MPQ charakterisiert. „Da viele Experimente im Vakuum durchgeführt werden, sind Edelstahlkomponenten gängig, aber auch Aluminium, Kupferlegierungen oder spezielle Kunststoffe werden aufgrund individueller Eigenschaften verwendet“, erklärt Michael Rogg das breite Spektrum an Werkstoffen. Die Herausforderung bestehe darin, das Verhalten der vielfältigen Materialien auch in der Bearbeitung zu berücksichtigen. Eine weitere Herausforderung sind die individuellen Bearbeitungsstrategien. Die meist kleinen Werkstücke können sehr filigran sein, was eine möglichst spannungsfreie Bearbeitung erfordert. Michael Rogg verweist auf Toleranzen, die im Extremfall im Bereich weniger Mikrometer liegen: „Da kann schon ein Gewindeschneider für ungewollte Verformungen sorgen.“ Deshalb wurde auf der DMU 65 monoBLOCK bereits ein M1-Gewinde gefräst und nicht geschnitten.
Motivierte Fachkräfte mit hoher Lernbereitschaft
In der Fertigung verantwortet immer eine Person, das komplette Bauteil – von der Programmierung bis zur finalen Qualitätskontrolle. Damit begründet Michael Rogg den hohen Bedarf an gutem Personal: „Anders als in der Industrie geht es in der Forschung nur sekundär um Wirtschaftlichkeit. In erster Linie zählt das perfekte Ergebnis. Das heißt, wir suchen besonders motivierte Fach- und Nachwuchskräfte mit hoher Lernbereitschaft.“ Aktuell bereitet das MPQ drei Auszubildende auf diese spannende Tätigkeit vor.
Langjähriger Partner in der Zerspanung
In der Kooperation mit Forschungsinstituten, Hochschulen und Berufsschulen ist die DMG MORI Academy für die Ausstattung der Werkstätten zuständig. Sie kennt die dortigen Anforderungen sehr genau und weiß um die Unterschiede zur Industrie. Im Fall des MPQ blickt Michael Rogg auf eine langjährige Zusammenarbeit mit der DMG MORI Academy: „Wir nutzen die CNC-Technologie von DMG MORI seit Jahrzehnten. Bei neuen Anschaffungen können wir sicher sein, stets Fertigungslösungen zu erhalten, die unsere hohen Anforderungen erfüllen.“
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Hans-Kopfermann-Straße 1
85748 Garching bei München
www.mpq.mpg.de
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