Walzplattierte Bänder erfüllen höchste Ansprüche in hochsensibler Elektronik

Das Kernforschungszentrum CERN in der Schweiz führt physikalische Grundlagenforschungen durch. Eine wichtige Anlage dafür ist der größte und schnellste Teilchenbeschleuniger der Welt mit dem Namen LHC (Large Hadron Collider). Mit ihm untersuchen die Forscher unter anderem den Aufbau von Materie und den Ursprung des Universums.

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

Nach mehreren Ausfällen, unter anderem durch eine Beschädigung des Kühlsystems, drohte ein weiterer Stillstand durch fehlende Ersatzteile. Deshalb erhielt der Geschäftsbereich Heraeus Materials Technology in Hanau den Auftrag, gemeinsam mit anderen deutschen und britischen Firmen entsprechende Teile zu fertigen.

In einem langwierigen und von zahlreichen Versuchen begleiteten Prozess, stellte Heraeus die Beschleunigungsröhrchen innerhalb von zwei Jahren her.

Die Produktionsphase bei Heraeus umfasste das Walzplattieren und hochgenaue Einbringen eines Sägezahnprofils in die Bänder. Abschließend wurden die Bänder in speziellen Fertigungsschritten zu Rohren verarbeitet.

Walzplattierung und Sägezahnprofil forderten die Experten in der Fertigung

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 ergänzt: „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.“

Die besonderen Anforderungen galten dem Material und seiner Verarbeitung

Der speziell hergestellte Sonderstahl wurde von Heraeus mit einer nur wenige Mikrometer dicken Kupferschicht plattiert und gleichzeitig mithilfe 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 km 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.