Schweizer Hochpräzision stabilisiert den SwissFEL

Ab 2016 soll der Röntgenlaser SwissFEL am Paul Scherrer Institut in Betrieb gehen. Damit werden Forschende extrem schnelle Vorgänge wie die Entstehung neuer Moleküle bei chemischen Reaktionen verfolgen, die detaillierte Struktur lebenswichtiger Proteine bestimmen oder den genauen Aufbau von Materialien klären. Die Erkenntnisse werden zu praktischen Anwendungen führen wie etwa zu neuen Medikamenten, effizienteren Prozessen in der chemischen Industrie oder neuen Materialien in der Elektronik.

Herausforderung: exakte Wellenbahn

Der SwissFEL ist ein Hightech-Projekt an der Grenze des derzeit Machbaren: eine Anlage von mehr als 700 Metern Länge, die mit einer Präzision von weniger als einem Tausendstelmillimeter Abweichung gebaut werden muss. Zum Beispiel bei den so genannten Undulatoren. In diesen Geräten zwingen zwei Reihen starker Magnete einen Strom schneller Elektronen auf eine Wellenbahn und bringen sie dazu, Röntgenlicht in Laserqualität zu erzeugen. Insgesamt 60 Meter lang wird die Wellenbahn sein – jede einzelne Periode mit einer Links- und einer Rechtskurve von nur 1,5 cm Länge. Um die nötige Präzision zu erreichen, muss man die Magnete auf weniger als einen Tausendstelmillimeter Abweichung genau positionieren können. Kein einfaches Unterfangen, denn zwischen den Magneten wirken immense Kräfte. So muss man die ganze Konstruktion mit grosser Kraft zusammenhalten und sie gleichzeitig fein justieren können. „Dafür haben wir nach einem Partner gesucht, der Erfahrung mit der Konstruktion grosser Bauteile von hoher Präzision hat“ erklärt Projektleiter Hans-Heinrich Braun, „und diesen haben wir mit der MDC Max Daetwyler AG gefunden.“

Vertrag über Hightech-Kooperation zwischen Forschung und Industrie

Heute haben Joël Mesot, Direktor des Paul Scherrer Instituts, und Hans-Heinrich Braun, Projektleiter des SwissFEL-Projekts, sowie Peter Daetwyler, Unternehmer, Präsident des Verwaltungsrats und Inhaber der MDC Max Daetwyler AG (Bleienbach), und René Hartmann, Senior Managing Director des Unternehmens, einen Rahmenvertrag unterzeichnet, in dem festgehalten ist, dass Daetwyler als Generalunternehmer die Gestelle für die Undulatoren mitsamt den Antrieben für die Magnete bauen wird. In einem ersten Schritt soll ein Prototyp gebaut werden, nach entsprechenden Tests und eventuellen Optimierungen dann die eigentlichen Komponenten.

Der Bau der Undulatorkomponenten wird mit Mitteln aus der Massnahme zur Abfederung der Frankenstärke des Bundesrates finanziert. „Diese vorgezogenen Mittel erlauben uns, diesen wichtigen Teil des SwissFEL-Projekts früher in Angriff zu nehmen und so das ganze Projekt zu beschleunigen.“ erklärt Braun.

Kleinserie hilft Kosten senken

Insgesamt werden zwölf 4 Meter lange Undulatoren gebraucht. Die tragenden Teile werden aus Mineralguss, einer Mischung aus Steinmehl und Epoxidharz gegossen. „Mineralguss ist ein sehr stabiles Material“ erklärt Thomas Schmidt, Leiter der Undulatorentwicklung beim SwissFEL-Projekt „und bei der grossen Zahl der Undulatoren können wir durch die Kleinserienfertigung, für die eine einheitliche Gussform hergestellt wird Kosten sparen. Daetwyler ist ein weltweit führendes Unternehmen bei der Bearbeitung von solchen Bauteilen und für uns ein wertvoller Kooperationspartner, der mit seiner Erfahrung um die Fertigungsprozesse wesentlich zu der Entwicklung der Undulatoren beiträgt.“

Angestammtes Know-how nutzen – neues Know-how gewinnen

„Daetwyler ist in der Welt bekannt als marktführender Hersteller von Präzisionsmaschinen für den Verpackungs- und Publikations-Tiefdruck. In den letzten 10 Jahren haben wir die Unternehmung weiterentwickelt mit Schwerpunkt Entwicklung und Bau von grossen Bearbeitungsmaschinen für höchste Präzision. Heute zählen wir namhafte Europäische Firmen zu unserem Kundenstamm – im Feld der erneuerbaren Energien genauso wie im allgemeinen Maschinenbau“, erklärt Peter Daetwyler. „Damit war der Sprung ins SwissFEL-Projekt des PSI kein wirklich grosser. Mit dem angestammten Know-how für die Metallbearbeitung und Montagetechnik, sowie auf der Basis unseres modernen Maschinenparks konnten wir schrittweise in den Bau von Undulatoren einsteigen. Und das erfolgreich – wie die gute Zusammenarbeit mit dem PSI der vergangenen 2 Jahre zeigt.“ René Hartmann betont: „Für uns bedeutet die Zusammenarbeit mit dem PSI auch einen Know-how-Gewinn, den wir für weitere innovative Projekte und Produkte nutzen werden und der so auch zukünftigen Kunden zu gute kommen wird.“

Langfristige Kooperation

Die Zusammenarbeit zwischen dem PSI und Daetwyler wird nicht nach der Lieferung der zwölf Undulatorkomponenten enden. Das PSI plant am SwissFEL noch weitere Strahllinien, an denen andere Typen von Experimenten durchgeführt werden und an denen man anders gebaute Undulatoren brauchen wird. Die Gestelle sind aber so entworfen, dass die gleiche Bauweise auch für die Undulatoren der anderen Strahllinien genutzt werden kann.

Über das PSI

Das Paul Scherrer Institut entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Materie und Material, Mensch und Gesundheit, sowie Energie und Umwelt. Mit 1400 Mitarbeitenden und einem Jahresbudget von rund 300 Mio. CHF ist es das grösste Forschungsinstitut der Schweiz.

Über MDC Max Daetwyler AG

Die Unternehmung MDC Max Daetwyler AG, Bleienbach ist seit Jahrzehnten aktiv in Entwicklung und Bau von Maschinen und Anlagen, die höchste Präzisionsansprüche befriedigen. Seit 1978 im Geschäftsfeld der Industriellen Graphik und in den vergangenen 10 Jahren mit einer grossen Vielfalt an Anlagen, jedoch immer mit dem Kern Entwicklung und Bau von grossen Bearbeitungsmaschinen für höchste Präzision. Das Unternehmen beschäftigt 300 Mitarbeiter an 2 Produktions- Standorten in der Schweiz, weltweit 900 Mitarbeiter an insgesamt 10 Produktionsstandorten.