KOMPENSATOR FÜR INTERNATIONALES WISSENSCHAFTLICHES FORSCHUNGS-GROẞPROJEKT

Für ein internationales wissenschaftliches Forschungs-Großprojekt (DarkSide-20K) unter Beteiligung renommierter Universitäten und Forschungsinstitute hat Belman einen Universalkompensator für ein Untergrundlabor in Italien ausgelegt und gefertigt. Der Kompensator wird dort in ein Argon führendes Rohrleitungssystem eingebaut.

PROBLEMATIK DES KUNDEN

Das Projekt DarkSide-20K nutzt große Mengen flüssigen Argons, die beim Abkühlen der Rohrleitungen thermische Bewegungen erzeugen. Der Kunde musste deshalb axiale, laterale und angulare Bewegungen in Kombination aufnehmen. Der Kunde benötigte vier Kompensatoren und hatte für sein Projekt die Belman-Universalkompensatoren UN2SU vorgegeben. Die erste Bestellung umfasste einen Kompensator, der im Rahmen des gesamten zu errichtenden Systems geprüft werden sollte. Nach erfolgreichen Prüfungen wollte der Kunde anschließend die restlichen Kompensatoren bestellen. Angesichts der langjährigen Erfahrung von Belman in der erfolgreichen Unterstützung von Universitäten und Forschungszentren mit Kompensatorlösungen wandte sich der Kunde mit seinen Vorgaben an Belman und bat um die Auslegung eines Kompensators gemäß den Projektanforderungen.

Das beeindruckende DarkSide-20K-Projekt*

Das DarkSide-20K-Projekt ist ein großangelegtes internationales wissenschaftliches Forschungsprogramm zur Entdeckung dunkler Materie. Dunkle Materie macht zwar den größten Teil des Universums aus, ist aber nicht direkt sichtbar. Wissenschaftler gehen davon aus, dass sie aus winzigen, unsichtbaren Teilchen besteht, und das Projekt DarkSide-20K soll diese Teilchen erstmals nachweisen. Das Experiment nutzt einen riesigen, mit ultrakaltem flüssigem Argon gefüllten Tank. Wenn ein dunkles Materieteilchen auf ein Argonatom stößt, erzeugt es einen winzigen Lichtblitz. Hochempfindliche Instrumente dienen zur Erfassung dieser winzigen Lichtblitze.

Der Detektor befindet sich tief unter der Erde in Italien in einem der weltweit größten unterirdischen Labore, wo ihn das umgebende Gestein vor kosmischer Strahlung und anderen Störungen schützt. DarkSide-20K ist extrem empfindlich ausgelegt und unterdrückt Störsignale nahezu vollständig – weniger als ein Fehlsignal über viele Betriebsjahre. Durch die genaue Analyse des Zeitpunkts und der Form dieser winzigen Lichtblitze im flüssigen Argon können Wissenschaftler echte Teilchenwechselwirkungen von normaler Hintergrundstrahlung unterscheiden. Dank dieser außergewöhnlichen Präzision wird DarkSide-20K nicht nur nach dunkler Materie suchen, sondern auch Neutrinos von explodierenden Sternen nachweisen können, den sogenannten Supernovae. Wenn irgendwo in unserer Galaxie eine Supernova auftritt, könnte der Detektor den dabei entstehenden Neutrinoausbruch beobachten und sogar die frühen Stadien der Explosion untersuchen. Vereinfacht ausgedrückt ist DarkSide-20K wie ein extrem leises, hochempfindliches Mikrofon, das die leisesten Signale aus dem Weltraum belauscht – sei es von dunkler Materie oder von fernen explodierenden Sternen.
*= Quelle: https://www.lngs.infn.it/en/darkside

BELMAN-LÖSUNG

Universalkompensator für ein internationales wissenschaftliches Forschungsprogramm (DarkSide-20K)

Anhand der Kundenanfrage und der detaillierten Spezifikationen entwarf und fertigte Belman einen kundenspezifischen Universalkompensator. Da der Kompensator in einer empfindlichen, mit Argon betriebenen Anlage installiert wird, waren eine außergewöhnliche Produktqualität und sorgfältige Materialauswahl unerlässlich. Auf Kundenwunsch wurde der Kompensator vollständig aus Edelstahl 1.4307 (AISI 304L) gefertigt, einschließlich der Bälge, der Flansche und des Zwischenrohrs. Dieser Werkstoff sorgt für ausgezeichnete Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen. Dank der beiden Bälge mit dem Zwischenrohr kann der Kompensator axiale, laterale und angulare Bewegungen aufnehmen. Der Kompensator ist ohne Zuganker, da der Kunde zur Befestigung des Rohrleitungssystems eigene Verankerungen vorgesehen hat.

Spezielle Anschlussenden wegen sehr begrenztem Platz

Zur Berücksichtigung der engen Platzverhältnisse wurde der Kompensator mit speziellen Anschlussenden geliefert: mit Schweißringen anstelle herkömmlicher Flansche mit Schraubenlöchern. Diese werden vom Kunden von außen direkt an eine Platte angeschweißt. Konventionelle Flanschverbindungen wurden verworfen, da die Abdichtung von Flansch-zu-Flansch-Verbindungen bei Tiefsttemperaturen sehr problematisch sein kann. Ein Standard-Schweißende hätte der Gesamtlänge mindestens 40 mm hinzugefügt, während die speziell ausgelegten Schweißringe nur 3 mm zusätzlichen Raum benötigen. Diese kompakte Lösung ist wegen des niedrigen Betriebsdrucks im System möglich.

Warum AISI 304L-Edelstahl für Argon-Anwendungen?

Da die Kompensatoren in einer Anwendung mit Argon als Medium und Betriebstemperaturen bis -100°C eingesetzt werden, sind sie vollständig aus Edelstahl 1.4307 (AISI 304L) gefertigt. Dieser Werkstoff besitzt eine ausgezeichnete Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und ist im Vergleich zu höher legierten Qualitäten kostengünstiger. Bei niedrigem Chloridgehalt ist 1.4307 (AISI 304L) ausreichend. Wegen seines geringen Kohlenstoffgehalts ist dieser Werkstoff zudem sehr beständig in unterirdischen oder bodennahen Umgebungen. Dies ist sinnvoll, da sich das Rohrleitungssystem und das Labor unter der Erde befinden. Für Tiefsttemperatur-Anwendungen sind häufig „L-Werkstoffe“ (Werkstoffe mit niedrigem Kohlenstoffgehalt) erforderlich, da Kohlenstoff Änderungen im internen Gefüge hervorrufen kann. Diese führen bei niedrigen Temperaturen zur Versprödung, verschlechtern also die Werkstoffeigenschaften.

Belman – erfahrener Entwickler spezieller Kompensatorlösungen für Forschungsinstitute und Universitätsprojekte

Belman holt sich laufend Anregungen aus der Ingenieurskunst ehrgeiziger Projekte aus aller Welt. Von jeher beeindruckt uns die Fähigkeit brillanter Köpfe, technische Grenzen immer weiter zu verschieben. Belman unterstützt mit großer Fachkompetenz und Stolz renommierte Universitäten und deren herausragende Talente im Ingenieurwesen und trägt gerne zu bemerkenswerten Forschungsprojekten in aller Welt bei. Belman hat zahlreiche Universitäten und Forschungsinstitute in und außerhalb Europas mit Kompensatoren beliefert. Als vertrauenswürdiger Partner bietet Belman fachkundige Beratung und kundenspezifisch ausgelegte Kompensatoren für anspruchsvolle Forschungs- und Entwicklungsprojekte. Mit jahrzehntelanger Erfahrung im Ingenieurwesen bringen wir fundiertes technisches Wissen in der Kompensatorauslegung für hochpräzise und anspruchsvolle Umgebungen ein – sei es für die Wasserstofferzeugung, bei Pilotprojekten zur CO₂-Abscheidung, Weltraumträgersystemen, Spallationsquellen oder anderen wissenschaftlichen Vorhaben. Durch diese Kooperationen unterstützt Belman weiterhin wegweisende technische Fortschritte und trägt zur Gestaltung künftiger industrieller Technologien bei. Unter anderem durften wir Kompensatoren für zukunftsweisende Projekte bei CERN, der Universität Oxford, der Cranfield University und der Universität der Bundeswehr München liefern.