Auch Hightech braucht Ersatzteile

Fokus

Woher wir kommen, wohin wir gehen, ist nicht nur eine Kern-, sondern auch eine Cern-Frage. Der Teilchenbeschleuniger soll wenigstens einige Fragen nach dem Werden, Sein und Vergehen der Welt beantworten – wenn er geht.

07. Februar 2012
Fundamental: Mit Hilfe dieser Röhren sollen grundlegende Fragen des Seins an sich geklärt werden.
Bild 1: Auch Hightech braucht Ersatzteile (Fundamental: Mit Hilfe dieser Röhren sollen grundlegende Fragen des Seins an sich geklärt werden.)

Das Kernforschungszentrum Cern bei Genf führt physikalische Grundlagenforschung durch. Eine wichtige Anlage dafür ist der größte und schnellste Teilchenbeschleuniger der Welt (LHC, Large Hadron Collider). Mit ihm untersuchen die Forscher unter anderem den Aufbau von Materie und den Ursprung des Universums. Erfolge sind zum Beispiel das Entde-cken erster Anzeichen der sogenannten Gottesteilchen (Higgs-Teilchen – sie sind dafür ›verantwortlich‹, dass Materie Masse hat).

Bereits 2005, beim Bau des LHC, lieferte Heraeus speziell walzplattierte Bänder mit Sägezahnprofil. Diese verwendeten die Wissenschaftler für die Teilchenstrahlführung der Beschleunigungsröhrchen des technisch anspruchsvollen Systems.

Zu Beginn des Forschungsbetriebs 2008 sah es noch nicht nach den erwähnten Erfolgen aus, weil eine Beschädigung im Kühlsystem zu einem längeren Ausfall führte. Nach der Reparatur wurde allen Projektbeteiligten klar, dass bei einem erneuten Ausfall die Anlage für längere Zeit still stehen würde – es sind nämlich keine weiteren Ersatzteile vorrätig. Deshalb erhielt der Geschäftsbereich Heraeus Materials Technology den Auftrag, gemeinsam mit anderen deutschen und britischen Unternehmen entsprechende Teile zu fertigen.

Der gesamte Fertigungsprozess der Beschleunigungsröhrchen sowie der Ersatzteile ist sehr zeitintensiv und dauert zirka zwei Jahre. Allein die Herstellung des Sonderstahls bei einem externen Spezialisten dauerte knapp zehn Monate. Die nächste Produktionsphase bei Heraeus umfasste das Walzplattieren und hochgenaue Einbringen eines Sägezahnprofiles in die Bänder, was weitere vier Monate in Anspruch nahm.

Diese Phase ist nun auch abgeschlossen. Abschließend werden die Bänder nach speziellen Verarbeitungsschritten zu Rohren verarbeitet.

Dabei war die Walzplattierung des Bandes nur eine der Besonderheiten, die die Fertigung bei Heraeus mit sich brachte. Auch das Sägezahnprofil ist laut Joachim-Franz Schmidt, Fertigungsleiter Walzwerk bei Heraeus, »recht exotisch und lässt sich nicht auf jeder x-beliebigen Maschine herstellen«.

Er erklärt die Besonderheit: »Das Sägezahnprofil wird durch Rollen hergestellt. Zwar wäre es auch möglich, das Profil zu stanzen aber das dafür benötigte Werkzeug wäre nicht nur sehr komplex im Aufbau, sondern auch sehr teuer. Die stattdessen eingesetzte Rolle hat eine vergleichsweise einfache Struktur, bei der es ›nur‹ darauf ankommt, das Profil hoch- und toleranzgenau zu schleifen, aber gerade die Fertigung sehr komplexer Strukturen und Formen ist Teil unserer täglichen Arbeit.«

Höchste Anforderungen

Der speziell hergestellte Sonderstahl wird von Heraeus mit einer nur wenige Mikrometer dicken Kupferschicht plattiert und gleichzeitig mit Hilfe einer Profilanlage mit dem Sägezahn-Spezialprofil versehen. »Eine große Herausforderung ist die Qualitätssicherung. Jeder Bandabschnitt muss eine absolut identische Qualität und Verarbeitung haben. Dies gilt vor allem für die profilierten Sägezähne auf der Kupferschicht« erklärt Schmidt.

Die Sägezähne dienen der Reflexion der bei den Experimenten im LHC aus der Teilchenkollision freigesetzten Strahlung. Jede winzigste Abweichung in der Sägezahngeometrie könnte den Reflexionswinkel verändern und damit zu fehlerhaften Messergebnissen führen.

Um die Teilchen in den 27 Kilometer langen Beschleunigungsröhren des LHC in die richtige Spur zu lenken, werden sie im Vakuum bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt von zahllosen supraleitenden Magneten gelenkt. Diese extremen Bedingungen stellen besondere Anforderungen an die Materialien. Die walzplattierten Bänder müssen auch bei – 270 °C, der Betriebstemperatur des LHC, ihre besonderen magnetischen Eigenschaf-ten und mechanische Stabilität beibehalten.

Der Edelmetall- und Technologiekonzern Heraeus mit Sitz in Hanau ist ein weltweit tätiges Familienunternehmen mit einer 160-jährigen Tradition. Seine Kompetenzfelder umfassen die Bereiche Edelmetalle, Materialien und Technologien, Sensoren, Biomaterialien und Medizinprodukte, Dentalprodukte sowie Quarzglas und Speziallichtquellen.

Mit einem Produktumsatz von 4,1 Mrd. € und einem Edelmetallhandelsumsatz von 17,9 Mrd. € sowie weltweit über 12900 Mitarbeitern in mehr als 120 Gesellschaften hat Heraeus eine führende Position auf seinen globalen Absatzmärkten.

Erschienen in Ausgabe: 01/2012