Zerspanen

Auch Hightech braucht Ersatzteile

Das Kernforschungszentrum Cern in der Schweiz 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 Entdecken von ersten 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 im Jahr 2008 sah es noch nicht nach den erwähnten Erfolgen aus, weil eine Beschädigung des Kühlsystems 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 Firmen entsprechende Teile zu fertigen.

Lieferzeit beträgt zwei Jahre

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 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 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."

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Hintergrund: Anforderungen ans Material

Der speziell hergestellte Sonderstahl wird von Heraeus mit einer nur wenigen Mikrometer dicken Kupferschicht plattiert und gleichzeitig mit Hilfe einer Profilanlage mit dem Sägezahn-Spezialprofil versehen. "Eine große Herausforderung ist die Qualitätssicherung. Jeder der Bandabschnitte 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 Eigenschaften und mechanische Stabilität beibehalten. lg

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