Elektrotechnik-Referenz - Rechenzentrumsbau sowie LWL-, Kat- und Koax-Verkabelung

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Röntgenblitze unter Hamburg

Elektrotechnik und Rechenzentrumstechnologie von Vater für den European XFEL.

Womit macht man ein Röntgenbild von einem Objekt, das 20.000-mal kleiner ist als der Durchmesser eines menschlichen Haares? Oder anders gefragt: Womit macht man ein Röntgenbild von einem Virus? Die Antwort darauf gibt es in Schenefeld. Hier wird der leistungsstärkste Röntgenlaser der Welt gebaut, der European XFEL. Der wissenschaftliche Experimentierbetrieb startet noch im Herbst dieses Jahres vor den Toren Hamburgs und eröffnet vollkommen neue Experimente. Ein Projekt der Superlative, das an alle beteiligten Partner höchste und oftmals auch außergewöhnliche Anforderungen stellt.
Die Vater KNS energy hat sich im Ausschreibungsverfahren durchgesetzt und unterstützt in diesem Großprojekt im Bereich Rechenzentrumsbau sowie LWL-, Kat- und Koax-Verkabelung.

 

7 Jahre Bauzeit und fast 1,3 Milliarden Euro: Dass hier nicht einfach nur ein schnödes Bürogebäude entsteht, kann man sich anhand der Zahlen denken. Betritt man das Baugelände in Hamburg-Schenefeld allerdings, so wirkt der weiße Baukomplex genau wie alle anderen Neubau-Bürogebäude. Hier könnte jedes Unternehmen oder jede Behörde sein neues Zuhause finden. Das eigentliche Geheimnis erschließt sich dem Betrachter nicht, denn es liegt unter der Erde. Dort steht der leistungsstärkste Röntgenlaser der Welt - der European XFEL (englisch X-ray Free-Electron Laser).

 

XFEL-Projeket

Visualisierung XFEL 

 

Die Basis für den Röntgenlaser beginnt im 3,5 km entfernten Forschungszentrum Desy (Deutsches Elektronen-Synchrotron). Hier steht der Teilchenbeschleuniger, in dem die Elektronen auf die Reise geschickt werden. Sie „durchfliegen" den 2,1 km langen Beschleunigertunnel, dann durchlaufen sie eine magnetische Slalomstrecke, das sogenannte Undulatorensegment, in der sie das Röntgenlicht erzeugen. Anschließend werden die Elektronenpakete und die Röntgenlaserblitze voneinander getrennt. Nur die Röntgenblitze werden weitergeleitet und auf verschiedene Messstationen verteilt, so dass mehrere Forscherteams die Anlage nutzen können. Es ist kaum vorstellbar, dass in Zukunft bis zu 27.000 Röntgenlaserblitze pro Sekunde produziert werden. Jeder so kurz und intensiv, dass Forscher damit Strukturen und Bewegungen auf atomarer Ebene abbilden können. Hier können Dinge sichtbar gemacht werden, für die es bis dato noch keine Möglichkeit gab.
Der Hauptanwendungsfall ist die Erstellung von Röntgenbildern von Viren. Die Instrumentierung in den Versuchsstationen ist entsprechend auf das Studium kleiner biologischer Objekte optimiert.

 

In der Experimentierhalle

Ausgerüstet mit Sicherheitsschuhen und Helm geht es durchs Treppenhaus mehrere Etagen nach unten, bis man in der Experimentierhalle ankommt. Spätnachmittag, die meisten Handwerker sind schon im Feierabend. Wir können uns also in Ruhe umschauen, ohne im Wege zu stehen. Begleitet werden wir vom Technischen Koordinator beim European XFEL Dr. Tobias Haas. Es hört sich fast ein bisschen lapidar an, wenn er sagt, dass die Koordination und Projektplanung in seiner Verantwortung liege und man dann bereits beim Betreten der Experimentierhalle die Komplexität des Projektes eindrucksvoll vor Augen geführt bekommt.

 

Projekt XFEL

Visualisierung XFEL

 

An der Grenze des Machbaren

„Wissenschaft versucht sich immer an der Grenze des Machbaren zu orientieren", erklärt Dr. Haas. Das spiegele sich auch in der Bauplanung und -realisierung wieder. „So weiß man nie so ganz genau, was man wirklich bauen wird. Wenn man das im wissenschaftlichen Umfeld schon am Anfang wüsste, hätte man vielleicht das Falsche gebaut", ist sich Dr. Haas sicher. Seine Umschreibung für einen kontinuierlichen Prozess, der auch nach der Inbetriebnahme nicht beendet ist: Es wird weiterhin gedreht, geschraubt und weiterentwickelt werden, um konkurrenzfähig zu bleiben.
„Am Ende geht es aber auch in diesem Projekt um eine Anlage", betont Dr. Haas. Die muss gebaut werden können. Es gibt Regeln und Richtlinien, die eingehalten werden müssen. Die mit gängiger Ingenieurstechnik im Rahmen der Budgetplanung umgesetzt werden kann.

 

Von Schikanen und anderen Hindernissen

Doch gängig war es an vielen Stellen nicht. „Der Bau einer Forschungsanlage birgt andere Herausforderungen als der Bau einer Hotel- oder einer Industrieanlage", nimmt Jürgen Francke, Projektleiter bei Vater, Bezug auf die erste Bauphase. Nicht immer kam man mit Standardkomponenten oder gebräuchlichen Arbeitsmethoden zum Ziel. So durften beispielsweise keine Löcher in Wände gebohrt werden, um Kabel zu befestigen oder um diese einfach von Raum zu Raum zu ziehen. „Wir sind am Ende eines Röntgenlasers", nimmt Dr. Haas den Faden auf. Die intensive Röntgenstrahlung muss gegen die Experimentierhalle abgeschirmt sein, ansonsten wird man in der Halle verstrahlt. Ein Loch, und sei es noch so klein, kann an einer ungünstigen Stelle ausreichen, dass das Röntgenlicht rausscheint. Darum wurde viel Zeit und Mühe investiert, dass die Labore, die in sogenannten Experimentierhütten untergebracht sind, wirklich sicher sind. Und doch müssen natürlich Leitungen zu diesen Bereichen gelegt werden. Hierfür sind spezielle Schikanen entwickelt worden. Was von außen wie ein einfacher grauer Kasten aussieht, ist von innen eine kurvige Kabelführung. Kabel für Kabel musste um die Kurven gelegt werden. Und wenn der Platz nicht reichte, konnte nicht einfach ein neues Loch gebohrt werden. „Wir mussten in diesen Fällen die Kabel umlegen und besonders eng führen", erläutert Francke.

Projekt XFEl Schikanen


Schikanen: Der Kabeleingang in die Schikane und der Kabelausgang dürfen nicht gegenüberliegen, damit im Falle eines Falles Licht keinen Durchgang findet.

 

Kompakt installiert

Wir laufen weiter durch die Halle, vorbei an den Experimentierhütten, die wie von außen wie einfache Bürocontainer aussehen. Die Treppe hoch. Hier stehen weitere Container. Einer davon beherbergt ein Rechenzentrum. Im Innern reiht sich ein Schrank an den anderen. Ein klassisches Rechenzentrum – auf den ersten Blick. Und doch ist jeder Schrank ein bisschen anders im Inneren. Es gab viele Anforderungen in der Planung zu berücksichtigen: Alles musste zusammenpassen, von der technischen Machbarkeit bis hin zu den Anforderungen und Wünschen der Wissenschaftler. Akribisch wurde definiert, in welchem Schrank welche Steckdosenleiste oder welche Stromverteilung eingebaut werden soll. Dabei spielte hier auch das Thema Platz eine große Rolle.
Die eingesetzten 800er-Schränke von Pentair haben bereits einen 30kW-Wärmetauscher im Rack integriert bzw. können damit nachgerüstet werden.
Dieser integrierte LWWT (Luft/Wasser-Wärmetauscher) war ein wesentliches Entscheidungskriterium bei der Wahl der Racks. Denn sie sollten nicht nur klassische Rechenzentrums-Komponenten beherbergen, sondern auch Spezialkomponenten, die wiederum besondere Anforderungen an die Kühlung hatten. Der zweite große Vorteil hatte ganz pragmatische Gründe.
Es ist kein zusätzlicher Platz dafür erforderlich. Aufgrund der geringeren Aufstellfläche passten einfach mehr Racks in das Rechenzentrum."

 

Nicht von der Stange

Individuelle Anforderungen brauchen passgenaue Lösungen. Das galt auch für die Koax-Kupplungen, die vorwiegend im Rechenzentrum verbaut wurden. Gefordert waren „Koax-Panel leitend" und „Koax-Panel elektrisch isoliert" für die Koaxial-Kabel-Verteilerschränke. „Die Anforderungen waren detailliert definiert", so Jürgen Francke. Material, Verhalten und Bemaßung klar beschrieben. Nur: „Solche Panels gibt es nicht von der Stange, hier war eine Individualentwicklung erforderlich", erklärt Francke. Anhand der Anforderungen wurden Spezial-Panels entwickelt und aus Aluminium und Polycarbonat sonderangefertigt. Dabei erhielt das leitende Koax-Panel aus Aluminium zur Verbesserung der Leitfähigkeit zusätzlich eine CU-Einlage hinter der Front.

 

Vater XFEL Projekt

 

Wir verlassen den Rechenzentrums-Container und gehen weiter. „Der erste Bauabschnitt ist beendet. Beim Zweiten sind wir mittendrin. Der Dritte ist noch nicht begonnen, soll aber in diesem Jahr noch fertig gestellt werden", erläutert Dr. Haas während des Rundgangs. Wir gehen weiter zum Tunnel, um den Laser anzusehen. Auch hier findet sich das Prinzip der Schikanen wieder: Um zur Tür zum Tunnel zu gelangen, umgeht man hindernisartig angelegte dicke Betonwände.
„Die Inbetriebnahme ist gut angelaufen. Doch der eigentliche Härtetest findet im September statt", so Dr. Haas. Dann wird es mehr als spannend, wenn die ersten Wissenschaftler mit ihren Experimenten starten. Die Erwartungen sind hoch. „Da muss einfach alles klappen", betont Dr. Haas.

Und damit alles klappt, haben viele an dem Projekt mitgearbeitet.
„Wir alle machen so ein Projekt zum ersten Mal. Wir mussten lernen, wie die Rahmenbedingungen sind, die die Auftragnehmer von uns erwarten", erklärt Dr. Haas. „Wir als Wissenschaftler haben manchmal höhere Erwartungen, als sie in der Praxis umsetzbar sind", gesteht er ein. Jetzt, nachdem der erste Bauabschnitt abgeschlossen ist, weiß man, wie man bei den weiteren Abschnitten vorgehen muss.
Aus seiner Sicht ist der erste Bauabschnitt gut gelaufen – insbesondere, wenn man die Komplexität des Projektes berücksichtigt.
Die Frage nach dem Highlight beantwortet er lächelnd: „Das Highlight ist immer, wenn sich keiner beklagt." Und Klagen gibt es bis jetzt noch nicht.

 

Technik im ersten Bauabschnitt:

13 x 19"-Wandverteiler
24 x Serverschränke 42HE 800x1200 mit integriertem 30kW LWWT (Luft/Wasser-Wärmetauscher) Pentair Technical Solutions
18 x Serverschränke 42 HE 800x 1200 ohne LWWT (vorbereitet für Nachrüstung LWWT) Pentair Technical Solutions
6 x Standard Serverschränke (42 oder 47HE) Pentair Technical Solutions
1 x Sonder-Serverschrank mit Schwenkrahmen (42HE) Pentair Technical Solutions
1 x Sonder-Serverschrank auf Rollen (38HE) Pentair Technical Solutions
22 x LWL-Panel 24x E2000 (Multimode + Singlemode) Reichle & De-Massari
35 x LWL-Module 12x E2000 (Multimode + Singlemode) Reichle & De-Massari
904 LWL-Fasern insgesamt
1 km LWL-Leitung mit 48 Fasern (MM + SM) Leoni Kerpen
1,4 km LWL-Leitung mit 24 Fasern (MM + SM) Leoni Kerpen

51 x Kat.6A-Panel 24x RJ45 Reichle & De-Massari
65 x Kat.6A Anschlussdose 2x RJ45 Reichle & De-Massari
614 x Class EA-Link
16,2 km Kat.7A-Leitung 1500MHz Leoni Kerpen

2,6 km Koaxialkabel ½" (50 Ohm) RFS
135 x Koax-Link
5 x Koax-Panel 20Port „elektrisch gut leitend" bestückt mit Steckern und Kupplungen von Telegärtner
15 x Koax-Panel 20Port „elektrisch isoliert" bestückt mit Steckern und Kupplungen von Telegärtner

55 x 19"-Elektroverteilerbox mit 594 Leitungsschutzschaltern bestückt

kontakt

Jürgen Francke
0431 79966-22
jfrancke@vater-gruppe.de

Netzwerk- und Elektrotechnik

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