Mineralguss hilft, die atomaren Details der Materie zu erforschen.

EPUCRET liefert Maschinengestell für Röntgenlaser

(industrietreff) - Eine Röntgenlichtquelle, die bislang unbekannte Einblicke in den Zustand der Materie liefert, ist derzeit beim schweizerischen Paul Scherrer Institut in Planung. Die Wellenlänge der Großforschungsanlage SwissFEL ist ein Bruchteil eines Nanometers - sprich ist so klein, dass selbst atomare Details erkennbar werden. Das Herzstück der Anlage, der Injektor, wird auf einem schwingungsresistenten Mineralgussgestell von EPUCRET aus Deutschland ruhen. Erste Prototypen sind bereits im Einsatz. Der Bau des Injektors gilt gleichzeitig als erste Testphase für den SwissFEL.

Physiker, Biologen und Mediziner warten mit Spannung auf den Tag, an dem der Schweizer-Freie-Elektronen-Laser (SwissFEL) seine Arbeit aufnimmt. Bis dahin sind die Forscher und Ingenieure vom Paul Scherrer Institut (PSI) aus Villigen in der Schweiz an der Reihe, den Traum zu realisieren. Mit einer Anlage, die nach ersten Schätzungen 280 Millionen Schweizerfranken kosten soll und sich über eine Länge von 700 Metern erstrecken wird. Ziel ist es, vor allem dynamische Prozesse in Molekülen oder Festkörpern auf kleinsten Zeitskalen transparent zu machen. „Oft sind die relevanten Prozesse ultraschnell. Viele chemische Reaktionen spielen sich innerhalb von wenigen Femtosekunden, also Billiardstelsekunden, ab. Mit unserer Anlage wird es möglich, diese Vorgänge wie in einem Film verfolgen zu können oder Moleküle abzubilden, die bisher für bildgebende Verfahren zu klein waren oder sich nicht fixieren ließen“, erläutert Johan Wickström vom PSI. Er verantwortet Ent-wicklung und Fertigung des Girders für die SwissFEL-Anlage. Je kleiner die Energie, desto präziser müsse der Röntgenlaser arbeiten. Das sei, laut Wickström, nur zu gewährleisten, wenn die Basis stimmt. Und dem ist so. Das Gestell des Injektors, das auch Girder genannt wird, besteht aus Mineralguss von EPUCRET und hat sich bereits bewährt. Die ersten Prototypen sind bereits getestet und analysiert. Eine Kleinserie der Maschinenbetten ist seit kurzem am PSI im Einsatz.

Sie haben eine Länge von fast fünf Metern und ein Gewicht von 4.400 Kilogramm.
Absolute Stabilität für die Materie
„Die Herausforderungen bei dem Projekt liegen in der hohen Funktionalität, der Präzision für die zu montierenden Komponenten sowie der absoluten Stabilität“, erläutert Dr. Utz-Volker Jackisch, Geschäftsführer von EPUCRET Mineralgusstech-nik. Der Girder muss schwingungsdämpfend sein, eine Eigenfrequenz über 40Hz leisten, eine gute Steifigkeit haben und zudem soll er eine präzise Oberfläche haben. Nichtmagnetische Eigenschaften, hohe Temperaturstabilität sind ebenfalls gefragt und die Kosten müssen im Rahmen bleiben. Der Girder soll auch gut mit bereits montierten Komponenten transportierbar sein.
Vor allem die Schwingungsdämpfung, die Steifigkeit und die dank Schleifbearbeitung hohe mögliche Genauigkeit von zehn µm über eine Länge von fünf Metern haben das PSI überzeugt. Ein weiterer Pluspunkt war das Integrationspotential von Mineralguss. So wurden etwa Profilschienen eingesetzt, um einen variablen Aufbau der Komponenten zu ermöglichen. „Da bei diesem Forschungsprojekt störende Einflüsse durch das Gestell absolut zu vermeiden sind, ist Mineralguss auch wegen seiner nicht magnetischen Eigenschaft und Korrosionsbeständigkeit bestens geeig-net“, ergänzt Jackisch.

Mineralguss zeigt bei hoher Dynamik seine Stärken
„Wir mussten vor allem überlegen, wie wir das statische, dynamische und thermi-sche Verhalten des Injektors in Einklang bringen. Prinzipiell hatten wir den Vorteil, dass Mineralguss bei hoher Dynamik seine Stärken zeigt“, beschreibt Marc Dizda-revic, verantwortlich für den technischen Vertrieb und Betreuer des Projekts bei EPUCRET Mineralgusstechnik. Mineralguss dämpft die Schwingungen und reduziert Geräuschemissionen. „Mineralguss besitzt eine bis zu zehnmal bessere Werk-stoffdämpfung als Grauguss oder geschweißte Gestellwerkstoffe“, so Dizdarevic. Körperschallanalysen belegen überdies die Reduzierung des Schalldruckpegels von über 20 Prozent. Aber auch die hohe spezifische Wärmekapazität und niedrige Wärmeleitfähigkeit von 2,9 W/mK machen Mineralguss zur ersten Wahl bei den Experten aus der Schweiz. Beide Eigenschaften bewirken ein träges Verhalten bei dem Werkstoff gegenüber kurzzeitigen Temperaturschwankungen. Zusätzlich kön-nen wärmende oder kühlende Aktoren in das Mineralgussgestell integriert werden. „Die genannten Eigenschaften von Mineralguss wie Schwingungsdämpfung und hohe Eigenfrequenz wurde durch das PSI mit Berechnungen und praktischen Mes-sungen geprüft und belegt“, so Wickström.

Bau des Injektors bis Ende 2010 abgeschlossen
Allein im vergangenen Jahr hat EPUCRET 12.000 Tonnen Mineralguss im Maschi-nen- und Gerätebau verarbeitet und ist damit Marktführer. Mit seinem Einsatz in der Großforschungsanlage für die Schweiz hat sich Mineralguss einmal mehr gegen-über Stahl und Grauguss durchgesetzt. Für Dr. Utz-Volker Jackisch ein klares Zei-chen. „Die Zusammenarbeit mit dem Paul Scherrer Institut ist für uns eine erst-klassige Referenz, die uns auch für andere Forschungsprojekte empfiehlt. Die Fle-xibilität von Mineralguss lässt daran keinen Zweifel“, freut sich Jackisch.
„Die rundum durchdachte Antwort von EPUCRET auf unsere Anforderungen bringt uns einen wichtigen Schritt nach vorne. Die Zusammenarbeit mit EPUCRET ist eine professionelle und effiziente, das ist auch ein wichtiger Aspekt gewesen. Wir sind überzeugt, dass wir so bis Ende 2010 den Bau des Injektors abschließen werden“, sagt Wickström. Sein Institut steht bei der Entwicklung der Anlage unter starkem Konkurrenzdruck. Derzeit werden in verschiedenen Ländern Röntgenlichtquellen entwickelt, die ultrakurze Laserpulse liefern sollen. Berühmteste Beispiele: die Linac Coherent Light Source (LCLS) in Kalifornien und der europäische Röntgenlaser XFEL, der 2014 in Hamburg an den Start gehen soll. „Vor diesem Hintergrund brauchen wir innovative Konzepte. Mineralguss ist dabei eine wichtige Komponente“, bestätigt Wickström.

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Datum: 30.08.2010 - 13:34 Uhr
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