Karbonfaserprofile von Exel Composites bieten Präzision, Leistung und Langlebigkeit beim CERN

Die von Exel Composites entwickelten und hergestellten Karbonfaserkomponenten sind seit 9 Jahren in einer hochpräzisen Anwendung am Large Hadron Collider (LHC) des CERN in Genf erfolgreich im Einsatz. Als eine Schlüsselkomponente des Tragwerks für das Teilchenverfolgungssystem des Compact Muon Solenoid (CMS)-Detektors des LHC mussten die pultrudierten Profile von Exel strenge Toleranzvorgaben erfüllen und in dieser extrem anspruchsvollen Umgebung, in der jeder Ausfall maßgebliche wissenschaftliche Experimente beeinträchtigen würde, verlässlich auf höchstem Leistungsniveau arbeiten.

Der LHC ist der größte und leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt. Er besteht aus einem 27 km langen Ring aus supraleitenden Magneten mit einer Reihe von Beschleunigungsstationen, die den Teilchen auf dem Weg Energie zuführen. Im Inneren des Beschleunigers bewegen sich hochenergetische, nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigte Protonen in entgegengesetzten Richtungen, bevor sie an vier Stellen entlang des Rings kollidieren. Der CMS-Detektor ist an einem der vier Kollisionspunkte angeordnet und zeichnet die Wege von Partikeln mithilfe eines Silizium-Detektors auf, der aus rund 75 Millionen einzelnen elektronischen Sensorkanälen besteht, die in 12 konzentrischen Schichten angeordnet sind. Der Detektor muss die Teilchenbahnen mit sehr hoher Präzision aufzeichnen und dennoch leicht sein, um eine möglichst geringe Störung der Teilchen zu verursachen.

Die Exel Composites-Komponenten sind Teil der 688 hochpräzisen Strukturen, die die Silizium-Detektormodule tragen. Sie bestehen aus zwei 1,2 m langen Exel-U-Profilen aus Karbonfaser-Epoxid-Verbundwerkstoff mit einer Wandstärke von 0,7 mm und L-förmigen Querstreben, die eine Rahmenkonstruktion bilden, auf der die Teilchen-Detektionsmodule sitzen. Neben der für diese Anwendung erforderlichen Leichtbauweise und Strahlungstransparenz war es von entscheidender Bedeutung, dass die Exel-Profile extrem enge Toleranzen hinsichtlich Abmessungen und Geradheit einhalten und alle mechanischen Eigenschaften bei den niedrigen Temperaturen beibehalten, die im CMS vorherrschen. Um die erforderliche hohe Steifigkeit und thermische Stabilität zu gewährleisten, konzipierte Exel die Profile mit unidirektionalen (UD) Karbonfasern mit einem hohen Modul. Zur besseren Bearbeitbarkeit wurde zusätzlich ein dünnes Glasfaseroberflächengewebe verwendet. Alle Komponenten und Vorrichtungen wurden dann am Helsinki Institute of Physics montiert und auf Vorrichtungen geklebt, um Konstruktionen mit einer Maßhaltigkeit von ± 0,05 mm zu bauen.

Die erwiesenen Kompetenzen von Exel in der Herstellung von hochleistungsfähigen dünnwandigen, pultrudierten Profilen und die umfangreiche Erfahrung des Unternehmens bei der Konstruktion mit hochmoduligen Karbonfasern waren maßgebliche Erfolgsfaktoren in diesem Projekt. Exel hatte bereits zuvor erfolgreich mit dem CERN zusammengearbeitet und rund 200 km elektrisch isolierende Glasfaserprofile zur Umrahmung der supraleitenden Sammelschienen des LHC geliefert.

Exel lieferte die Detektortragwerkprofile von 2001 bis 2005 an das CERN und der endgültige Einsatz im Betrieb begann 2008. Der CMS-Detektor hat hervorragende Leistungen erbracht, die 2012 in der Entdeckung eines neuen Elementarteilchens, des Higgs-Bosons, gipfelten.

„Wir sind sehr zufrieden mit dem hohen Niveau an Technologie- und Entwicklungsunterstützung von Exel Composites“, kommentiert Antti Onnela, Projektingenieur für den CMS-Detektor beim CERN. „Wir hatten recht anspruchsvolle Anforderungen an diese Verbundwerkstoffkonstruktionen, die von früheren laminierten Versionen nicht erfüllt wurden. Exel entwickelte die benötigten dünnwandigen U-Profile, die sich als technisch überlegen, aber dank des Produktionsprozesses, der die Verschwendung von teuren Karbonfasern minimiert, wirtschaftlicher erwiesen. Nach 9 Jahren im CMS-Einsatz funktionieren die Exel-Teile weiterhin genauso einwandfrei wie am Anfang.“

„Wir sind sehr stolz darauf, dass Exel-Profile die Präzision und Leistung geliefert haben, die für den Betrieb dieses äußerst komplexen Instruments unerlässlich sind“, sagt Kari Loukola, Senior Vice President, Sales & Marketing, Exel Composites. „Dieses Projekt ist ein weiteres Beispiel dafür, wie unsere Pultrusionstechnologie die Herstellung von Profilen höchster Qualität ermöglicht, die den Kunden in den kommenden Jahren zuverlässige Leistung in den anspruchsvollsten Umgebungen bieten werden.“

Exel Composites

Exel Composites (www.exelcomposites.com) ist ein führendes Technologieunternehmen, das auf die Entwicklung, Herstellung und Vermarktung von Verbundwerkstofflösungen für anspruchsvolle Anwendungen spezialisiert ist. Exel Composites bietet beste Kundenerfahrungen durch kontinuierliche Innovation, erstklassige Betriebseinrichtungen und langfristige Partnerschaften.

Im Zentrum der Geschäftstätigkeit von Exel stehen die eigene Technologie, das Produktsortiment und die starke Marktposition des Unternehmens in ausgewählten Segmenten, in denen es ein starkes Qualitäts- und Markenimage besitzt. Profitables Wachstum wird durch die unermüdliche Suche nach neuen Anwendungen und die Entwicklung in Zusammenarbeit mit Kunden verfolgt. Das Know-how des Personals und Hochtechnologie sind maßgebliche betriebliche Faktoren für Exel Composites. Aktien der Exel Composites Plc sind an der Nasdaq Helsinki Ltd. notiert.

CERN

CERN (http://home.cern), die Europäische Organisation für Kernforschung, ist eines der weltweit führenden Laboratorien für Teilchenphysik. Die Organisation ist an der französisch-schweizerischen Grenze niedergelassen und hat ihren Hauptsitz in Genf. Am CERN erforschen Physiker und Ingenieure die fundamentale Struktur des Universums. Sie nutzen die größten und komplexesten wissenschaftlichen Instrumente der Welt, um die fundamentalen Bestandteile der Materie – die Elementarteilchen – zu untersuchen.