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Das Cherenkov-Telescope-Array-Projekt (CTA) ist aktuell eines der ehrgeizigsten Großprojekte der Astrophysik. Das Ergebnis wird das größte und genaueste Gammastrahlenobservatorium der Welt sein. Dabei spielen die Stromversorgungen von PULS eine entscheidende Rolle.
Das CTA-Observatorium setzt sich aus mehr als 100 Teleskopen verschiedener Größen – mit 4, 12 und 23m Spiegeldurchmesser – zusammen, die in der nördlichen und südlichen Hemisphäre installiert werden. Mittels dieser äußerst sensiblen Teleskope können Forscher hochenergetische Gammastrahlung, so genannte „Very High Energy (VHE) Gamma Rays“ im Universum ausfindig machen. Die Teleskope sind etwa zehnmal präziser als aktuelle Instrumente. Dadurch erwarten sich die Forscher bahnbrechende neue Informationen über inter- und extragalaktische Objekte. Entscheidend für den Erfolg des Projekts sind die absolute Zuverlässigkeit und ein möglichst wartungsarmer Betrieb der Teleskope in den verschiedenen Klimazonen. Dabei spielt die Auswahl der richtigen Stromversorgung eine wichtige Rolle.
Die Hutschienen-Netzteile des Herstellers PULS sind für ihre hohen Wirkungsgradwerte, kompakte Bauform, lange Lebensdauer und Robustheit bei rauen Umgebungsbedingungen bekannt. Im CTA-Projekt sind das die zentralen Anforderungen an die Stromversorgungen, die die Energieversorgung der Teleskope gewährleisten sollen.
Mit knapp 1800 Pixel auf der Suche nach Antworten
Das Ziel des CTA-Projekts ist es, einige der ungeklärten Fragen in der Astrophysik zu beantworten. Das Observatorium wird Forschern in Zukunft beispielsweise dabei helfen, die Auswirkungen von hochenergetischen Partikeln in der Evolution kosmischer Systeme zu verstehen und den Kosmos nach neuen VHE-Gamma-Ray-Quellen abzusuchen.
Unter Leitung von Prof. Ulrich Straumann beteiligt sich auch das Physik-Institut der Universität Zürich an diesem ehrgeizigen Großprojekt. Gemeinsam mit weiteren internationalen Teams arbeiten die Züricher an der Entwicklung einer Kamera für das 12m-Teleskop. Das Teleskop verfügt demnach über einen Spiegel mit 12m Durchmesser und eine Brennweite von 16m.
Die Kamera, die sich direkt im Brennpunkt des riesigen Teleskops befindet, wiegt knapp zwei Tonnen und setzt sich aus 147 Modulen mit jeweils 12 lichtempfindlichen Detektoren zusammen. Hinzu kommt die entsprechende Verstärker- und Digitalisierungselektronik mit der Möglichkeit zur dezentralen Datenspeicherung. Die komplette Kamera enthält knapp 1800 einzelne Pixel. Das Sichtfeld des Teleskops beträgt ungefähr 7°, was eine sensitive, sechseckige Kamerafläche mit einem Durchmesser von 2m ergibt.
Wirkungsgrad, Größe und Lebensdauer sind bei der Stromversorgung entscheidend
Bei einem Projekt dieser Größenordnung und wissenschaftlichen Tragweite ist die Auswahl von möglichst effizienten Stromversorgungen besonders wichtig. Die Entwickler der Universität Zürich entschieden sich nach einer intensiven Recherche für die DIN-Schienen Stromversorgungen von PULS. So kommen im Schaltschrank der Kamera die AC/DC-Wandler CPS20.241 (24V / 20A) und QT40.241 (24V / 40A) sowie die MOSFET-Redundanzmodule YR40.242 und YR80.241 zum Einsatz. Die Stromversorgung wird sicherheitshalber redundant aufgebaut, um die Verfügbarkeit der Kamera trotz der rauen Umgebungsbedingungen jederzeit gewährleisten zu können.
Bei den PULS-Netzteilen loben die Schweizer insbesondere den hohen Wirkungsgrad (QT40.241: 95,3%, CPS20.241: 94%), die geringe Baubreite (QT40.241: 110mm, CPS20.241: 65mm) und die lange Mindestlebensdauer (QT40.241: > 7,5 Jahre, CPS20.241: > 10 Jahre, jeweils bei Volllast und +40°C Umgebungstemperatur). „Mit den Netzteilen von PULS können wir mit dem zur Verfügung stehenden Platz die geforderte Ausgangsleistung von 4,5 kW problemlos erreichen“, erklärt Dr. Achim Vollhardt, der als Elektroniker am Kamera-Projekt beteiligt ist.
Sein Kollege, der Senior Scientist Dr. Arno Gadola fügt hinzu: „Die Dokumentation der Netzteile ist sehr ausführlich und enthält auch detaillierte Informationen über deren Lebenserwartung. Somit können wir gut abschätzen, wie hoch die Lebensdauer der Netzteile unter unseren Betriebsbedingungen ist.“
CPS20.241
1-Phasen Hutschienen-Netzteil
24V, 20A
QT40.241
3-Phasen Hutschienen-Netzteil
24V, 40A
YR40.242
MOSFET Redundanzmodul
24V, 40A
YR80.241
MOSFET Redundanzmodul
24V, 80A
Volles Potential unter widrigen Umgebungsbedingungen
Das CTA-Projekt ist eine Anwendung, die den Stromversorgungen alles abverlangt: Herausfordernde technische wie klimatische Bedingungen, höchste Ansprüche an die Effizienz sowie ein globaler Einsatz mit möglichst geringem Wartungsaufwand. Doch genau in diesem Umfeld spielen die Stromversorgungen von PULS ihr volles Potential aus.
Für die Schweizer PULS Electronic GmbH ist die enge Zusammenarbeit mit der Universität Zürich in Verbindung mit dem CTA-Gammastrahlenobservatorium ein besonders spannendes Projekt.
„Wenn unsere Netzteile im Rahmen des CTA-Projekts dazu beitragen, dass wir das Universum und unsere Existenz noch besser verstehen, dann ist das neben dem technischen und ökonomischen Erfolg auch eine ganz persönliche Freude und Befriedigung für mich und unser Unternehmen“, sagt Heinz Setz, Geschäftsführer von PULS in der Schweiz.
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