ansehen - Brunel GmbH

Das Magazin für Technik und Management 

AUSGABE 10 || Februar 2008 

Normann Bienwald 

und der Knoten >> 

Milliarden Bauteile 

auf kleinstem raum 

Miniaturisierung im Nanobereich 

Simulation und 

Berechnung für 11.000 PS 

Entwicklung von Propeller-Triebwerken 

Wenn der Berg ruft ... 

Der Coaster, die umweltfreundliche Bergbahn

„UNSER SPEZIALIST“ 

NORMANN BIENWALD 

„Starke Knoten verbinden 

Dinge sehr zuverlässig miteinander“, 

erklärt der 61-jährige 

Elektrotechnikingenieur 

Normann Bienwald. „Aber sie 

können auch wieder gelöst 

werden, sind flexibel.“ Ein 

guter Projektleiter verknüpft 

lose Enden oder schlägt den 

berühmten Gordischen Knoten 

entzwei, wenn es nötig ist. 

Normann Bienwald, der seit 

acht Jahren bei Brunel arbeitet, 

ist aktuell als Projektleiter 

auf der Aker MTW Werft beim 

Bau der Superfähre Ropax, 

eines Eismeerfrachters, im 

Einsatz.

editorial 


DER SPEZIAL IST 

LIEBE LESERIN, LIEBER LESER, 

was macht eigentlich eine gute Partnerschaft aus? Sind es die gemeinsamen 

Ziele und Interessen, Vertrauen und Zuverlässigkeit? Die Parallelen zwi- 

schen privaten und geschäftlichen Beziehungen sind dabei oftmals erstaun- 

lich. Sind doch die Partner, egal ob in der Ehe oder im Beruf, stets um ein 

beständiges, vertrauensvolles Miteinander bemüht. Dazu gehört auch, dass 

beiden Partnern genügend Raum bleibt, sich zu entfalten und zu entwickeln. 

Unlängst hörte ich ein schönes Beispiel, das die Antwort auf diese Fragen 

treffend veranschaulicht. Die Rede war von zwei Bäumen. Werden sie zu 

dicht nebeneinander gepflanzt, können die Äste nur begrenzt wachsen und 

neue Verästelungen bilden. Zudem nehmen sie sich gegenseitig das Licht, 

was eine gesunde Entwicklung zusätzlich erschwert. Partnerschaft braucht 

also Raum und nicht Einschränkung durch höheren Druck, um sich gemein- 

sam weiterentwickeln zu können. 

Eine gute Kunden-Lieferanten-Beziehung beruht letztlich darauf, einen 

starken Partner an seiner Seite zu wissen. Je besser dieses partnerschaft- 

liche Verhältnis ausgeprägt wird, umso dynamischer gestaltet sich auch 

die Entwicklung der beiden beteiligten Unternehmen. Und je dynamischer 

die Unternehmensentwicklung bei den Partnern, desto mehr profitiert der 

Kunde vom wachsenden Know-how-Pool. Aus diesem Pool schöpfte jüngst 

auch der Kunde BMW, für den das Team von Brunel Car Synergies eine Welt- 

neuheit der Prüfstandstechnik entwickelte. Erstmalig können bis zu sieben 

Einzelmessungen an Achsgelenken auf ein und demselben Prüfstand durch- 

geführt werden, was dem Kunden Zeit und damit auch Kosten erspart. 

Für die Zukunft zeichnet sich ein gewandeltes Selbstverständnis von 

Dienstleistungsunternehmen ab, die wichtige Entwicklungsschritte früh- 

zeitig erkennen und in Eigenverantwortung für den Kunden umsetzen oder 

umzusetzen helfen. Beispiele dafür finden Sie in unserer mittlerweile zehn- 

ten Ausgabe von „Der Spezialist“, mit der ich Ihnen viel Freude wünsche. 

Mit herzlichen Grüßen 

General Manager 

Brunel GmbH 

der Spezialist 

03

kurz notiert 

Kraftwerksprojekte 

Deutschlandweit sind für die kommenden Jahre eine Vielzahl neuer Großkraftwerke in 

der Planung oder im Bau. Doch einige Vorhaben liegen bereits wieder auf Eis. Ein Grund dafür 

sind begrenzte Kapazitäten bei den Kraftwerksbauern und steigende Materialpreise. 

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INVESTITIONEN IN 

DIE ZUKUNFT 

Aktuell in Bau oder Planung 

sind in der Bundesrepublik 

insgesamt 33 

Steinkohlekraftwerke 

(3 vorläufi g eingestellt), 

6 Braunkohlekraftwerke 

und 18 GuD-Anlagen 

(3 eingestellt) mit mehr 

als 400 MWel. 

Pro Standort ist in der 

nebenstehenden Grafi k 

jeweils nur ein Symbol je 

Kraftwerksart und Ort 

dargestellt, auch wenn 

mehrere Projekte in Planung 

sind. 

Quelle: trendresearch 

Stand: November 2007 

04 


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› seite 24 

Dr. Stefanie Anteboth 

unter stützt Rolls-Royce bei 

der Simulation und Berechnung 

von Triebwerken. 

› seite 30 

Bei der Carl Zeiss SMT AG 

werden neue Produktionsverfahren 

für Chips im 

Nano bereich entwickelt. 

› seite 44 

Die Coaster-Bergbahn 

fährt auf Schienen, die 

sich problemlos in die 

Landschaft einfügen. 

Der Spezialist 

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Seite 54 

ansichtssache: QUO VADIS, KRAFTWERKS BRANCHE? 


inhalt 

Dirk Briese (trendresearch) im Gespräch über den Boom im Kraftwerksbau 

history: RETTENDE STROMSTÖSSE AUS DER SCHUHCREMEDOSE 

Wilson Greatbatch erfand vor 55 Jahren den internen Herzschrittmacher 

im fokus: „MARIA, HÖREN SIE MICH?“ 

Neuroimplantate ersetzen geschädigte Hör- und Sehnerven 

aus den branchen: FILIGRAN UND EFFIZIENT 

Selektives Laserschmelzen ermöglicht günstigere Einzelstückfertigung 

technische projekte: SIMULATION UND BERECHNUNG FÜR 11.000 PS 

Rolls-Royce entwickelt extrem leistungsstarke Propeller-Triebwerke 

technische projekte: VON REIBMOMENTEN UND ELASTIZITÄTEN 

Multifunktionaler Prüfstand verkürzt Entwicklungszeiten von Fahrzeugen 

technische projekte: MILLIARDEN BAUTEILE AUF KLEINSTEM RAUM 

Miniaturisierung im Nanobereich mit Immersionslithographie 

Mitarbeiter und karriere: IM TAKT RASENDER INNOVATIONEN 

Arbeitskreis Elektrotechnologie (AKET) zwischen Forschung und Industrie 

aus den branchen: DIE MISCHUNG MACHT ES! 

NIR: Spektroskopie im nahen Infrarotbereich misst Zusammensetzungen 

Wissenschaft und forschung: DIE ZUKUNFT DER BATTERIE IST GRÜN 

Forscherteams arbeiten an Energiespeichern aus Zucker und Papier 

querdenken: WENN DER BERG RUFT ... 

Die umweltschonende Konkurrenz für den Sessellift heißt Coaster 

Panorama: WISSENSCHAFT ZUM ANFASSEN 

Science Center mit Mitmach-Exponaten erobern die Museumslandschaft 

Panorama: OFFROAD-EXPEDITION DURCH 34 LÄNDER EURASIENS 

Xworld Tour soll die Völkerverständigung fördern 

Termine 

impressum 

EXTRA: GEWINNSPIEL (Siehe Umschlagklappe) 

05

Ansichtssache 

Quo Vadis, Kraftwerksbranche? 

Der Markt für neue Kraftwerke boomt, doch die große Nachfrage und hohe Material- 

kosten treiben die Preise in die Höhe. Über die wirtschaftlichen Folgen für den Kraftwerks- 

markt sprachen wir mit Dirk Briese, Geschäftsführer von trendresearch. 

TEXT › Marco Heinen 

Der Spezialist: Der Ruf nach modernen Kraft- 

werken mit geringem CO2-Ausstoß ist unüber- 

hörbar. Den im Kraftwerksbau tätigen Unter- 

nehmen müssten demnach doch rosige Zeiten 

bevorstehen, oder? 

Dirk Briese: Der Kraftwerksmarkt boomt. Auf- 

grund laufender und geplanter Projekte werden 

Investitionen in Milliardenhöhe getätigt. Zum 

einen werden im Laufe der nächsten Jahre viele 

Altanlagen stillgelegt. Zum anderen fallen Erzeu- 

gungskapazitäten aufgrund des von der Poli- 

tik angestrebten Ausstiegs aus der Nutzung der 

Kernenergie weg. Um die drohende Versorgungs- 

lücke zu schließen, müssen neue Kraftwerke ge- 

baut werden. Auch werden viele Kohlekraft- 

werke einem Retrofit unterzogen, weil die Anla- 

gen alt sind und aufgrund der Vergabepraxis 

von CO2-Zertifikaten ein geringerer CO2-Aus- 

stoß gleichbedeutend ist mit niedrigeren Kosten 

für die Kraftwerksbetreiber. Diese Entwicklung 

beschert den Anlagenplanern und Anlagenbau- 

ern hohe Auftragsvolumina. 

PREISE FÜR KOHLEKRAFTWERKE HABEN 

SICH NAHEZU VERDOPPELT 

Der Spezialist: Die Nachfrage ist hoch, doch viele 

Projekte liegen auf Eis. Die Bremer swb hat den 

Bau eines Kohlekraftwerks abgesagt und auch die 

Stadtwerke Bielefeld verzichten auf ein neues 

06 


Heizkraftwerk. Welche Ursachen sind ausschlag- 

gebend für diese Entwicklung? 

Briese: Die Ursachen für diese Entwicklung sind 

vielfältig. Erstens sind die Preise für Rohstoffe 

wie Stahl, Nickel und Zink sowie für Komponen- 

ten, zum Beispiel Kessel, Turbinen oder Genera- 

toren, sprunghaft gestiegen. Aufgrund dessen 

haben sich die Preise für ein Kohlekraftwerk von 

2004 bis 2007 nahezu verdoppelt, und zwar von 

820 Euro pro Kilowatt Leistung auf 1.500 Euro pro 

Kilowatt. Zweitens verursachen der erwartete 

Preisanstieg für CO2-Zertifikate und die damit ver- 

bundenen höheren Kosten für Kohlekraftwerke 

eine hohe Investitionsunsicherheit. Aus diesem 

Grund wurden zum Beispiel die Kohlekraftwerks- 

projekte in Bremen und Bielefeld eingestellt. 

Bei den Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerken 

spielen die Ausgestaltung der Brennstoffverträge 

und die Genehmigungsverfahren eine entschei- 

dende Rolle. So wurde zum Beispiel ein Kraftwerks- 

projekt des großen Nürnberger Versorgungsun- 

ternehmens N-ERGIE unter anderem aufgrund des 

fehlenden Abschlusses eines langfristigen Liefer- 

vertrages eingestellt. Drittens scheuen viele Anla- 

gen- und Komponentenhersteller den Ausbau von 

Kapazitäten, da sie über Jahre hinweg nicht ausge- 

lastet waren und Kapazitäten abbauen mussten. 

Der Spezialist: Lässt sich sagen, wie viele Projekte 

in letzter Zeit abgesagt oder verschoben wurden? 

PORTRÄT 

Diplom-Kaufmann 

Dirk Briese (40) ist seit 

2001 Geschäftsführer 

des Instituts für Trend- 

und Marktforschung 

trendresearch GmbH. 

Dort verantwortet er 

unter anderem die 

Geschäftsentwicklung 

sowie die Erstellung 

und Durchführung von 

Exklusivprojekten.

› 01 

Auf Kraftwerke spezialisierte 

Anlagenbauer 

müssten ihre Kapazitäten 

erweitern, um die große 

Nachfrage zu bewältigen. 

08 


Briese: Aktuell gibt es 57 Projekte über 400 MWel, 

davon wurden drei Steinkohle- sowie drei Gas- 

und Dampfturbinen-Kraftwerksprojekte vorläufig 

eingestellt. 

Der Spezialist: Welche Folgen hat das langfristig? 

Briese: Vorrangig bestimmt derzeit das Angebot 

die Nachfrage und den Preis. So lange die Anbie- 

ter ihre Kapazitäten nicht ausbauen, steigen die 

Preise. Das Besondere am Kraftwerksmarkt ist die 

Stellung der vier großen Energieversorger Eon, 

RWE, Vattenfall Europe und EnBW. Diese beherr- 

schen 70 bis 80 Prozent des Marktes. Sie haben 

sich frühzeitig Optionen gesichert und können in 

Preisverhandlungen mit den Anlagenbauern Men- 

genrabatte aushandeln, so dass sie von den Preis- 

steigerungen nicht so stark betroffen sind. Außer- 

dem können sie andere Risiken tragen, sowohl 

finanziell als auch aufgrund der Vielfalt bei den 

Brennstoffen. Es ist eben etwas anderes, ob ich mit 

den Finanzen einzelner Stadtwerke nur ein einzi- 

ges Kohlekraftwerk plane oder als großer Kraft- 

werksbetreiber mehrere Projekte und somit ein 

umfangreiches Portfolio an Kraftwerksarten zur 

Verfügung habe. Wobei kleine Stadtwerke in der 

Regel ohnehin nicht als Erzeuger auftreten, son- 

dern an die großen Lieferanten gebunden sind. Sie 

können sich allenfalls zusammenschließen oder 

über Beteiligungsmodelle wie bei der Aachener 

Trianel-Gruppe oder der Tübinger SüdWestStrom 

von ihnen unabhängig machen. Die Preisexplo- 

sion trifft daher vor allem größere Stadtwerke mit 

eigener Stromerzeugung wie in Bielefeld, Bremen 

oder Nürnberg, die in dieser Situation Projekte 

absagen müssen. 

KRAFTWERKSBAUER FÜRCHTEN DEN 

NÄCHSTEN „SCHWEINEZYKLUS“ 

Der Spezialist: Wie kann dieser Entwicklung ent- 

gegengesteuert werden? 

› 01

Briese: Die Anlagenbauer könnten natürlich ihre 

Kapazitäten aufstocken, Materialreservierungen 

vornehmen und Personal anstellen. Das ge- 

schieht auch in gewissem Umfang. Doch meiner 

Einschätzung nach fürchten sie sich vor dem 

nächsten „Schweinezyklus“. Schließlich kommen 

sie aus einem tiefen Tal. In den 1990er Jahren 

haben sie sehr viele Stellen streichen müssen, 

haben Verluste geschrieben und standen teil- 

weise sogar vor der Insolvenz. Da scheut man 

sich, auf den aktuellen Boom zu setzen. 

„FÜR KLEINE KRAFTWERKSBETREIBER 

IST ES SCHWIERIG, EIGENE PROJEKTE 

UMZUSETZEN“ 

Der Spezialist: Wie konnte es überhaupt so weit 

kommen? 

Briese: Viele Erzeuger bekamen es im Zuge der 

Liberalisierung des Strommarktes 1998 mit der 

Angst zu tun und haben wegen vorhandener 

Überkapazitäten Energie sehr günstig verkauft. 

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Die Folge des Gewinnverfalls bei den Erzeugern 

war, dass niemand in Neubauten oder Retrofit- 

Maßnahmen investierte. Außerdem spielten The- 

men wie der Emissionshandel und der Ausstieg 

aus der Kernenergie eine Rolle. Jetzt muss Ver- 

säumtes nachgeholt werden. 

Der Spezialist: Wie sollten Ihrer Meinung nach 

kleinere Kraftwerksbetreiber mit der Situation 

umgehen und sich strategisch ausrichten? 

Briese: Für kleinere Kraftwerksbetreiber ist es 

aktuell schwierig, ein eigenes Projekt umzusetzen. 

Da spielt auch die politische Debatte um die eigen- 

tumsrechtliche Trennung der Netzinfrastruktur 

von der Erzeugung und dem Handel eine Rolle, 

wie es seitens der EU-Kommission präferiert 

wird. Auf jeden Fall müssen sich die Betreiber 

etwas einfallen lassen. Ersatzbrennstoff-Kraft- 

werke sind eine Option oder Bioenergie-Anlagen, 

damit man als Zulieferer zumindest auf der Brenn- 

stoffseite aus der Abhängigkeit von den Großen 

herauskommt. Wenn die kleinen Betreiber 

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› 15 

ANSICHTSSACHE 


09

Ansichtssache 

› 02 

Das Braunkohlekraftwerk 

Neurath besteht derzeit 

aus fünf Blöcken. Seit 

Januar 2006 werden zwei 

neue Blöcke gebaut. Sie 

sollen eine Leistung von 

je 1.100 MW haben und 

werden voraussichtlich ab 

2010 Altanlagen ersetzen. 

10 


nicht neu bauen, dann haben sie nichts mehr. 

Irgendwann ist die Laufzeit eines Kraftwerks 

zu Ende. Da bliebe nur noch die Option, sich 

mit anderen Stadtwerken zusammenzutun, um 

gemeinsam ein Kraftwerk zu bauen oder Beteili- 

gungen zu erwerben. 

Der Spezialist: Wie wirkt sich der Ausstieg aus der 

Kernenergie im Detail aus? 

Briese: Aufgrund des Ausstiegs aus der Kern- 

energie fallen Kapazitäten weg, die ersetzt wer- 

den müssen, da sonst eine Versorgungslücke ent- 

steht. Eine Alternative zu fossilen Kraftwerken 

ist zumindest teilweise der Ausbau erneuerbarer 

Energien, wie zum Beispiel der Windenergie, die 

das größte Ausbaupotenzial bietet. Allerdings 

kann dadurch die Grundlast nicht gedeckt wer- 

den, da Wind nicht kontinuierlich genutzt werden 

kann. 

› 02 

Beim Ausbau der Offshore-Windenergie beste- 

hen auch noch Probleme, die den Einsatz dieser 

Technik später als gedacht ermöglichen. Techni- 

sche Probleme gibt es bei den Fundamenten und 

bei der Einspeisung des Stroms ins Netz. Darüber 

hinaus gibt es genehmigungsrechtliche Hürden, 

weil Behörden von Bund und Ländern zusammen- 

wirken müssen. Am wichtigsten ist aber, dass es 

erst Mitte 2008 erste Testanlagen geben wird und 

die bisherigen Prognosen damit nicht erfüllt wer- 

den konnten. 

CO2-SPEICHERUNG IST EIN POLITISCH 

GETRIEBENES THEMA 

Der Spezialist: Was ist von Pilotprojekten zu hal- 

ten, bei denen z. B. auf die Abspaltung und unter- 

irdische Speicherung des CO2 gesetzt wird? 

Briese: Es ist ein politisch getriebenes Thema. 

Die Wirtschaftlichkeit ist mit Blick auf die Kosten 

der CO2-Speicherung meines Wissens noch nicht 

bewiesen. Außerdem gibt es noch genehmigungs- 

rechtliche Probleme bei den CO2-Lagerstätten. Da 

ist vieles noch nicht geklärt. 

Der Spezialist: Wie wird sich Ihrer Ansicht nach 

der Kraftwerksmarkt weiterentwickeln? 

Briese: Im Prinzip gibt es drei Szenarien: Beim 

ersten Szenario würden die Laufzeiten der Kern- 

kraftwerke verlängert. Möglich wäre aber auch, 

verstärkt neue Kohlekraftwerke zu bauen. Drit- 

tens könnten die Strompreise wesentlich erhöht 

werden. Innerhalb aller drei Szenarien wird es zu 

einem politisch gewollten und geförderten Aus- 

bau von regenerativen Energien kommen, die 

aber nur einen Teil des Strombedarfs decken 

können. Der Königsweg wäre natürlich das Ein- 

sparen von Energie – aber das hat seit Jahrzehn- 

ten nicht funktioniert. 

Die Folgen der Szenarien lassen sich nicht klar 

formulieren, weil es meiner Meinung nach zur- 

zeit keinen funktionierenden Markt gibt, der dies 

zulassen würde. Jedenfalls solange die Politik 

nicht für einen vernünftigen Wettbewerb sorgt.

Wobei es auch für die Politik nicht einfach ist, weil 

sie sich widersprechende Ziele verfolgt. So soll es 

einerseits mehrere Wettbewerber im eigenen 

Land geben, andererseits aber auch Konzerne, die 

international wettbewerbsfähig sind. Letzteres ist 

der Grund, warum die Fusion von Eon und Ruhr- 

gas genehmigt wurde. Vieles deutet darauf hin, 

dass das erste Szenario eintrifft. Es ist zwar kein 

Marktmechanismus da, wird aber aus politischer 

Sicht wahrscheinlich so kommen und ist auch die 

Präferenz der Energieversorger. 

Der Spezialist: Können wir mit sinkenden Preisen 

rechnen oder müssen wir uns auf höhere Energie- 

kosten einstellen? 

Briese: Sollten sich die Verbraucher gegen Kohle- 

kraftwerke aussprechen, dann werden die Ener- 

giekosten steigen. Auch ein Ausstieg aus der Kern- 

energie zieht höhere Preise nach sich. Sollten 

sich die Anlagenpreise nicht stabilisieren, werden 

weniger Kraftwerke gebaut und das hat ebenso 

höhere Energiekosten zur Folge. Genauso wer- 

den sich ein Kostenanstieg für CO2-Zertifikate 

und steigende Gaspreise negativ auswirken. Grob 

geschätzt könnte dies zu einer Verdreifachung der 

Preise führen. Das werden die Politik und die Kon- 

zerne aber nicht zulassen. Eher werden die Lauf- 

zeiten der Kernkraftwerke verlängert. Dies wie- 

derum ließe sich politisch nur durchsetzen, wenn 

die Preise sinken. 

ANSICHTSSACHE 

› 03 

Zum Kraftwerk Niederaußem 

gehören insgesamt 

neun Braunkohleblöcke 

(Gesamtleistung ca. 

3.600 MW) und der mit 

200 Metern höchste Kühlturm 

der Welt. 

› 03 

d e r Spezialist 

11

› 04

ettende Stromstösse aus 

der Schuhcremedose 

Bereits in den 1950er Jahren entwickelten Pioniere wie der Elektroingenieur Wilson Greatbatch 

die ersten im Körper tragbaren Herzschrittmacher. In der klinischen Anwendung war ihm 1958 

ein schwedisches Team einen Schritt voraus. Heute gilt die Technik als ausgereift. 

TEXT › Matthias Huthmacher 

Mit der Medizin hatte Wilson Greatbatch, am 

16. September 1916 in Buffalo, New York, geboren, 

zunächst gar nichts im Sinn. Dagegen zeigte sich 

schon früh sein technisches Interesse. Vor allem 

das Radio, seinerzeit eine geradezu revolutionäre 

Neuerung, weckte seine Neugierde. Schon als 

16-Jähriger bastelte er bei den Pfadfindern an leis- 

tungsstarken Funkgeräten und einer Kurzwellen- 

Radiostation. Kein Wunder also, dass er während 

des Zweiten Weltkriegs für die Funktechnik eines 

US-Zerstörers auf dem Atlantik zuständig war, 

ehe er auf den Träger USS Monterrey in den Pazi- 

fik abkommandiert wurde, um dort die Ortungs- 

und Funksysteme der Flugzeuge zu optimieren. 

GREATBATCH LEHRTE AN DER UNIVERSITÄT, 

VERLOR ABER NIE DEN KONTAKT ZUR PRAXIS 

Nach Kriegsende begann Greatbatch seine aka- 

demische Laufbahn. Er studierte an der Cornell 

University Mathematik, Physik und Chemie und 

erhielt anschließend eine Assistenzprofessur an 

der University of Buffalo, die ihm 1957 den Mas- 

tergrad im Elektroingenieurwesen verlieh. Doch 

Lernen und Lehren genügten ihm nicht, er suchte 

immer wieder die Praxis – als Radio- und Tele- 

fontechniker, in der Entwicklung von Flugdaten- 

schreibern und Überwachungsinstrumenten für 

einen der ersten ins Weltall katapultierten Affen, 

als Konstrukteur von Empfängern für das Radio- 

teleskop von Arecibo auf Puerto Rico. 

Zur Medizin stieß Greatbatch in der Forschungs- 

abteilung für Tierversuche an der Cornell Uni- 

versity. Seine Aufgabe bestand eigentlich darin, 

Geräte zur Messung von Blutdruck, Herzfrequen- 

zen und Gehirnströmung bei Schafen und Ziegen 

zu entwickeln. Doch die eigentliche Karriere des 

Wilson Greatbatch begann im Stall: Als bei der 

Schur eines der Schafe kollabiert, führt er kurz 

entschlossen mittels zweier Drähte Stromimpulse 

aus der Lichtleitung auf das Herz des vierbeinigen 

Patienten – das wieder zu schlagen beginnt. 

› 05 

HISTORY 

› 04 

Wilson Greatbatch mit 

der Konstruktionszeichnung 

eines seiner Prototypen. 

Der Elektroingenieur 

gilt als einer der Pioniere 

der Herzschrittmacher- 

Technologie. 

› 05 

Im Zuge seiner Forschungen 

baute Wilson Greatbatch 

unterschiedlichste 

Prototypen und Modelle, 

die immer kleiner und 

leistungsfähiger wurden. 

Später konzentrierte er 

sich vor allem auf die Verlängerung 

der Lebensdauer 

von Batterien. 

der Spezialist 13

HISTORY 

Nach diesem Schlüsselerlebnis ließ die Möglich- 

keit der elektrischen Stimulation des Herzens dem 

geborenen Forscher keine Ruhe mehr. Dabei hatte 

dieses Thema die Wissenschaft bereits seit der 

Entdeckung der Elektrizität Mitte des 18. Jahrhun- 

derts beschäftigt. Schon in Schriften aus dem Jahr 

1774 ist die Rede von Wiederbelebungsversuchen 

an einem Kleinkind mit Hilfe von Stromstößen. 

Der entscheidende Durchbruch aber gelang erst 

1952 mit dem Defibrillator des amerikanischen 

Kardiologen Paul Maurice Zoll. 

DER ERSTE EXTERNE HERZSCHRITTMACHER 

WOG MEHR ALS SIEBEN KILOGRAMM 

Während jedoch beim Einsatz in der Akutme- 

dizin die Größe der Geräte und die Art ihrer 

Stromversorgung keine wesentliche Rolle spiel- 

ten, wurden sie bei der permanenten Stimulanz 

zum Problem. Zwar stellte der New Yorker Arzt 

Albert Hyman schon 1932 ein externes Gerät vor, 

das aus einem Gleichstromgenerator mit einem 

Stromunterbrecher und einer bipolaren Nadel- 

elektrode bestand – die gesamte Maschinerie wog 

aber mehr als sieben Kilogramm und musste alle 

sechs Minuten aufgeladen werden. Erst zu Beginn 

der 50er Jahre präsentierte der Amerikaner Earl 

Bakken Apparate, die am Gürtel getragen werden 

konnten. Sie schränkten das Alltagsleben der Pati- 

enten aber immer noch stark ein und verursach- 

ten zudem an der Kabelverbindung zum Herzen 

eine permanent offene Wunde. 

Wilson Greatbatch wollte mehr: Der Herz- 

schrittmacher musste im Körper zu tragen sein. 

1952 zog er sich in einen alten Stall im Hinterhof 

zurück und begann, an einem solchen Herzschritt- 

macher zu experimentieren. Dabei kam ihm der 

Zufall zu Hilfe, denn mittlerweile waren Transisto- 

ren als Schalteinheiten verfügbar, die die bislang 

benötigten Vakuumröhren ersetzen konnten. 

Am 7. Mai 1958 war es schließlich so weit: Ge- 

meinsam mit zwei Chirurgen einer Klinik in Buf- 

falo verpflanzte Greatbatch seinen ersten „Pace- 

14 


maker“ in ein Lebewesen. Im Wesentlichen be- 

stand dieser aus zwei Transistoren, einer Elektrode 

und einer Quecksilberbatterie. Den Takt gab ein 

RC-Glied vor, eine elektrische Schaltung mit einem 

Widerstand (R) und einem Kondensator (C). Als 

Patient diente ein Hund. Tatsächlich übernahm 

das Gerät, wenn auch nur für vier Stunden, die 

Steuerung der Herzschläge. 

IN SCHWEDEN WIRD PARALLEL EIN FAST 

BAUGLEICHER SCHRITTMACHER ENTWICKELT 

Fünf Monate später aber schreibt ein anderer das 

nächste Kapitel in der Geschichte des Herzschritt- 

machers: Am 8. Oktober 1958 führte Åke Senning 

die erste Implantation am Menschen durch. Der 

Patient Arne Larsson litt bereits seit Jahren unter 

einer Herzblockade, die seinen Gesundheitszu- 

stand zunehmend verschlechterte – weswegen 

seine Frau Åke Senning zur Implantation seines 

noch nicht erprobten Geräts drängte. Der Schwede 

war zu diesem Zeitpunkt in medizinischen Fach- 

kreisen kein Unbekannter mehr: Am Sabbatsberg- 

Klinikum in Stockholm hatte Senning bereits eine 

Herz-Lungen-Maschine entwickelt, die ihre Feuer- 

taufe mit Bravour bestand, als Clarence Crafoord 

1954 die erste erfolgreiche offene Herzoperation 

in Europa durchführte. Die gewagte Implantation 

› 06 

› 06 

1978: Der schwedische 

Herzchirurg Prof. Åke 

Senning, der Ingenieur 

Dr. Rune Elmquist und der 

erste Herzschrittmacher- 

Patient Arne Larsson (v. l.) 

feiern den 20. Jahrestag 

des erfolgreichen Eingriffs.

gelang. Die elektronischen Bausteine des Herz- 

schrittmachers wurden in einer Schuhputzdose 

mit Epoxidharz vergossen und Arne Larsson in die 

Brust operiert. 

Es gibt keinerlei Hinweise darauf, dass Senning 

etwas von den laufenden Arbeiten Greatbatchs 

wusste, als er gemeinsam mit dem Elektroinge- 

nieur Rune Elmquist ebenfalls einen implantier- 

baren Herzschrittmacher entwickelte, der im 

Prinzip baugleich war. Die Haltbarkeit der Batte- 

rie betrug zunächst nur fünf Monate, im Laufe 

der folgenden Jahre sollte sie sich jedoch zuneh- 

mend verlängern. Larsson trug in den nächsten 

44 Jahren noch 25 weitere Herzschrittmacher – 

und überlebte damit seinen Lebensretter, der 

sich nach seinem Triumph wieder ganz der prak- 

tischen Herzchirurgie widmete und am 21. Juni 

2000 in Zürich starb. 

Wilson Greatbatch aber blieb der Forschung 

treu. Am 15. April 1960 wurde einer seiner Herz- 

schrittmacher erstmals einem Menschen ver- 

pflanzt, noch im gleichen Jahr folgten weitere 

neun Patienten. Doch Greatbatch gab sich nicht 

zufrieden: Er übertrug das Patent für den Herz- 

schrittmacher an den US-Hersteller Medtronic, 

um eine eigene Firma zu gründen, die sich ganz 

auf Entwicklung und Produktion verbesserter 

Batterien konzentrierte, der großen Schwach- 

stelle des Herzschrittmachers. Erreichten die bis 

dahin verwendeten Quecksilberbatterien in der 

Regel höchstens zwei Jahre Lebensdauer, so 

gelang 1970 mit der im Schnitt zehn Jahre 

lang betriebsfähigen Lithium-Jod-Batterie der 

entscheidende Durchbruch. Heute produziert das 

Unternehmen weltweit die meisten Kraftspeicher 

für Herzschrittmacher. Wilson Greatbatch aber 

suchte neue Ziele: Zuletzt beschäftigte er sich 

mit alternativen Energien und der Bekämpfung 

der Immunschwächekrankheit Aids. 

› 07 

INFO 

HISTORY 

Heute leben weltweit etwa 

zwei bis drei Millionen 

Menschen mit einem Herzschrittmacher. 

Moderne 

Geräte haben die Größe 

einer Münze und wiegen 

ca. 20 Gramm. Die weniger 

als einstündige Operation 

kann unter örtlicher Betäubung 

durchgeführt 

werden. Die eingesetzten 

Lithium-Jod-Batterien 

arbeiten im Durchschnitt 

zehn Jahren lang. 

› 07 

Links der „Pacemaker“, das 

erstmals 1958 erfolgreich 

implantierte Modell. Rechts 

der Stand der Technik von 

1978, ein Produkt von Siemens-Elema. 

Der Schrittmacher 

verfügte über ein 

Gehäuse aus Titan statt 

einer Schuhcremedose und 

eine um ein Vielfaches längere 

Batteriebetriebsdauer. 


15

IM FOKUS 

„Maria, hören sie mich?“ 

Ärzte und Ingenieure arbeiten Hand in Hand bei der Entwicklung von Neuroimplantaten. Ge- 

schädigte Hörnerven zu ersetzen, gelingt seit etwa 10 Jahren. Die wichtigen Bauteile werden 

immer kleiner und leistungsfähiger. Erste Studien an Sehprothesen sind vielversprechend. 

TEXT › Angela Rabenstein-Wischnewski 

„Können Sie mich hören?“, fragt eine Stimme. Sie 

klingt außerirdisch. Maria wird leicht übel vor 

Schreck, dann lächelt sie. Es ist der erste Satz, den 

sie hört, seitdem sie vor Jahren ihr Gehör verloren 

hat. „Maria, hören Sie mich?“ Jetzt wird die 

Stimme menschlicher. Heute ist der Tag, an dem 

Maria ihren Sprachprozessor bekommt und ihr 

neues Hören mit diesem kleinen Computer das 

erste Mal getestet wird. Maria ist eine von etwa 

400 Patienten in Deutschland mit einem Hirn- 

stammimplantat. Dort, wo ihre nicht mehr funk- 

tionierenden Hörnerven enden, haben ihr Ärzte 

der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) 

eine winzige Reizelektrode implantiert – auch 

Auditory Brainstem Implant genannt (ABI). 

HÖREN MIT EINER IMPLANTIERTEN REIZ- 

ELEKTRODE AM HIRNSTAMM 

Das ABI ist eine Hörprothese und ersetzt die Funk- 

tion des Hörnervs, der im gesunden Zustand Sig- 

nale aus dem Innenohr zum Hörkern weiterleitet. 

Das ABI-System besteht aus einem äußerlich zu 

tragenden Sprachprozessor mit Mikrofon und 

Sendespule sowie einer Reizelektrode, die auf den 

Hirnstamm geschoben wird. Das Prinzip basiert 

darauf, Schall in elektrische Energie umzusetzen 

und damit eine Reizung des Hörnervenkerns im 

Hirnstamm auszulösen. 

16 

Der Prozessor hängt wie ein Headset hinter 

Marias Ohr. Sobald sie ihn einschaltet, ist sie 


Spezialist 

akustisch mit der Außenwelt verbunden. Über 

ein winziges Mikrofon nimmt das Gerät Schall- 

wellen auf, wandelt sie in elektrische Signale um 

und leitet sie in den Sprachprozessor. Dieser 

erzeugt daraus eine Impulsserie, die über die 

Sendespule und den Empfänger unter der Kopf- 

haut schließlich die implantierte Elektrode er- 

reicht, die aus bis zu 22 Einzelkontakten besteht. 

Die Impulsfolge löst in den Nervenzellen des Hör- 

kerngebietes biologische Potenziale aus, die über 

den intakten Teil der Hörbahn bis ins Großhirn 

weitergeleitet werden, das daraus eine Höremp- 

findung erzeugt. Entscheidend hierfür ist die 

Menge an Elektronen, die auf die Hörnervenzellen 

einwirkt, gemessen in Nanocoulomb (nC). Heu- 

tige Systeme stimulieren den Hörnerv mit mini- 

malen 10 nC (2,78 x 10 –12 Amperestunden), einer 

Frequenz von 3.000 Hertz und einer Dauer von 20 

Mikrosekunden, während früher nur Wiederho- 

lungsfrequenzen von 250 Hertz erreicht wurden. 

Das ABI-System ist eine Weiterentwicklung des 

Cochlea-Implantats (CI), der ersten echten Neuro- 

prothese, die bereits seit 1984 an der MHH einge- 

setzt wird. Sie unterscheidet sich vom ABI durch 

den Ort der Ankopplung an die Hörbahn. Wenn, 

wie bei vielen Gehörlosen der Fall, die Hörnerven 

intakt, aber die Haarsinneszellen im Innenohr 

von Geburt an verkümmert oder abgestorben 

sind, kann ein CI das Hören wieder ermöglichen. 

Hierfür wird der Elektrodenträger in die Gänge 

der Gehörschnecke (Cochlea) eingeschoben. 

INFO 

Die Medizintechnik ist hierzulande 

eine der großen 

Wachstumsbranchen. Der 

Gesamtumsatz der Branche 

stieg im Jahr 2006 um 

8,1 Prozent auf 15,9 Milliarden 

Euro. Deutschland 

liegt bei Patenten und 

Welthandelsanteil auf dem 

zweiten Platz hinter den 

USA. Rund ein Drittel ihres 

Umsatzes erzielen die 

deutschen Medizintechnikhersteller 

mit Produkten, 

die weniger als drei Jahre 

alt sind. 

Quelle: BVMed, Spectaris. 

2007, BMBF

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IM FOKUS 

› 08 

Das subretinale Implantat 

wird unter die Netzhaut 

gesetzt und ersetzt dort 

geschädigte Sinneszellen. 

Stimulationselektronen 

sorgen für die Reizweiterleitung 

ins Gehirn. 

18 


Die Elektroden übernehmen hier die Funktion 

der Haarsinneszellen in der Gehörschnecke: Sie 

nehmen die Schallwellen auf, wandeln sie in elek- 

trische Impulse um und geben sie an den Hörnerv 

weiter, der die Informationen zum Gehirn leitet. 

Das Funktionsprinzip ist ähnlich wie beim ABI. 

Man benötigt ebenfalls Mikrofon, Sprachprozes- 

sor und Sendespule. 

MEHR KLANGDETAILS SORGEN FÜR EIN 

SATZVERSTÄNDNIS VON BIS ZU 93 PROZENT 

„Die ersten CI und Sprachprozessoren sind mit den 

heutigen kaum zu vergleichen“, sagt Hals-Nasen- 

Ohren-Chirurg Thomas Lenarz von der MHH. „Die 

technische Entwicklung in den letzten 20 Jahren 

war immens. Wir haben heute nicht nur eine stär- 

kere Stimulierung der Nervenzellen durch verfei- 

nerte Elektroden, sondern auch eine viel bessere 

Biokompatibilität der implantierten Teile sowie 

Sprachprozessoren mit wesentlich mehr Klang- 

details. Das Codierungsprinzip von MP3-Playern 

wurde hier integriert“, erläutert Lenarz. 

› 08 

Hersteller versprechen mit den neuesten Pro- 

thesen ein Satzverständnis bis zu 93 Prozent. Vor- 

aussetzung ist ein individuell programmierter 

Sprachprozessor, der für jede Elektrode genau die 

elektrische Energie (Hörschwelle) ermittelt, die 

zur Auslösung einer Hörempfindung führt. Denn 

das Hörzentrum im Gehirn muss lernen, die mit 

dem CI gehörten Töne und Vokale zu unterschei- 

den und richtig zuzuordnen. Ist dies geschehen, 

können die Träger ohne Probleme telefonieren 

und ein normales Leben führen und sind nicht 

mehr auf Lippenlesen angewiesen. Das CI emp- 

fiehlt sich vor allem für taub geborene Kinder, 

die mit dieser Prothese von Beginn an hören und 

somit sprechen lernen können. 

Die Erfolge mit Cochlea-Implantaten und der 

Trend zum Verkleinern der Elektronik haben paral- 

lel auch die Entwicklung von Sehprothesen für 

Blinde vorangetrieben. Den vielversprechendsten 

Ansatz liefert zurzeit die Ankopplung eines so 

genannten subretinalen Implantats an die Netz- 

haut (Retina). Hierbei wird das Implantat unter 

die Netzhaut gesetzt. Genau an die Stelle, an der 

sich bei gesunden Menschen die lichtempfindli- 

chen Sinneszellen befinden. 

Ein solches Implantat haben deutsche Augen- 

kliniken und Forschungsinstitute in zwölf Jahren 

interdisziplinärer Zusammenarbeit entwickelt. 

Zum Forschungsverbund gehören Spezialisten 

der Augenheilkunde, Chirurgie, Biologie, Physik, 

Mikroelektronik und Elektrotechnik. Das Ergebnis: 

ein Siliziumchip von ca. drei Millimetern Durch- 

messer und 0,05 Millimetern Dicke, in dem etwa 

1.500 Pixelfelder angeordnet sind. Jedem Pixel- 

feld sind wiederum Fotozellen, eine Verstärker- 

schaltung und eine Stimulationselektrode zuge- 

ordnet. Die Fotoelektroden nehmen das ins Auge 

fallende Licht auf und wandeln es in elektrische 

Signale um. Die intakten Netzhautzellen empfan- 

gen die Signale und leiten sie über die Nervenzel- 

len der Sehbahn weiter zum Gehirn. 

Normalerweise beträgt das Gesichtsfeld bzw. 

der Bereich, den ein Mensch bei ruhig gestellten 

Augen überblicken kann, 180 Grad. Der Chip kann 

innerhalb eines Gesichtsfeldes von 12 Grad eine 

Sehschärfe herstellen, die es blinden Menschen 

ermöglicht, sich wieder selbständig zu bewegen 

und Gegenstände oder Personen zu erkennen.

2005 begann die erste klinische Pilotstudie mit 

sieben Testpersonen, denen ein Implantat-Pro- 

totyp eingesetzt und nach 30 Tagen wieder ent- 

fernt wurde. Ab Herbst 2007 sollten weitere sechs 

Patienten operiert werden und die Implantations- 

dauer sollte auf vier Monate verlängert werden. 

Das Know-how der gemeinsamen Anstren- 

gung der Forscher floss in das 2003 gegründete 

Medizintechnikunternehmen Retina Implant AG, 

das die Herstellung, klinische Zulassung und welt- 

weite Vermarktung der Sehprothese übernimmt. 

In zwei Jahren soll ein technisch ausgereifter Chip 

für rund 25.000 Euro auf den Markt kommen. Bis 

dahin bringen die Ergebnisse einer weiteren Stu- 

die die Marktreife weiter voran, mit Beteiligung 

von Kliniken im In- und Ausland. „Optimiert wer- 

den muss vor allem noch die Anpassung des Chips 

an den Patienten“, erläutert Biochemiker Hugo 

Hämmerle vom Naturwissenschaftlichen und 

Medizinischen Institut an der Universität Tübin- 

gen. „Sicherlich gibt es immer Verbesserungsmög- 

lichkeiten bei der Technik, aber wir sehen derzeit 

die medizinischen Fragen im Hinblick auf Trai- 

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ning, Rehabilitation und Eingewöhnung als die 

größeren Herausforderungen“, ergänzt er. 

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Die rasanten Entwicklungen in der Neuropro- 

thetik wurden vor allem durch Fortschritte in 

der biomedizinischen Grundlagenforschung und 

verbesserte Technologien begünstigt. Auch die 

steigende Nachfrage einer alternden Gesellschaft 

sowie die Aussicht, dass der Einsatz effizienter 

technischer Hilfen die Kosten in der Therapie sin- 

ken lässt, leisteten ihren Beitrag. Betrachtet man 

die Erfolge der Cochlea-Implantate, stellt der Sin- 

nesprothesenmarkt einen zurzeit stark expandie- 

renden Zweig der Medizintechnikbranche dar. Das 

Bundesministerium für Bildung und Forschung 

finanziert die Entwicklung moderner Prothesen 

bis 2009 mit 20 Millionen Euro. Mit dem „Aktions- 

plan Medizintechnik“ will die Bundesregierung 

in den kommenden Jahren die Forschungs- und 

Wettbewerbssituation Deutschlands verbessern. 

Als wesentlicher Trend gilt darin unter anderem 

die Miniaturisierung, wie zum Beispiel bei der 

Entwicklung von intelligenten Implantaten. 

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IM FOKUS 


19

AUS DEN BRANCHEN 

Filigran und Effizient 

Das Selektive Laserschmelzen erobert immer mehr Anwendungsbereiche: von der Werkzeug- 

herstellung bis zur Anfertigung von individuellem Zahnersatz. Aber auch wenn es um Mate- 

rialeinsparung und komplexe Konstruktionen geht, hat das Verfahren oft die Nase vorn. 

TEXT › Jürgen Warmbold 

Was haben filigrane Zahnkronen mit massiven 

Formwerkzeugen und ultraleichten Aluminium- 

teilen gemeinsam? Sie lassen sich mit Hilfe des 

Selektiven Laserschmelzens in hoher Qualität 

spürbar schneller und damit wirtschaftlicher her- 

stellen als mit konventionellen Methoden. Inzwi- 

schen profitieren mehrere Branchen von diesem 

generativen Fertigungsverfahren, das zunächst 

im Rapid Prototyping eingesetzt wurde, um rasch 

Musterwerkstücke nach CAD-Konstruktionsdaten 

produzieren zu können. Dabei wird in einer ge- 

schlossenen Prozesskammer ein pulverförmiger 

Ausgangswerkstoff, zum Beispiel Metallpulver, 

durch Laserstrahlung schichtweise vollständig 

aufgeschmolzen und so ein Werkstück aufgebaut. 

ENTWICKLUNG VOM RAPID PROTOTYPING 

ZUM RAPID MANUFACTURING 

Das Selektive Laserschmelzen wurde vom Fraun- 

hofer-Institut für Lasertechnik (ILT) in Aachen ent- 

wickelt. Das ILT hat auch das Einsatzfeld des Ver- 

fahrens vom Rapid Prototyping zum Rapid Manu- 

facturing erweitert. Heute lassen sich mit dem Ver- 

fahren, basierend auf CAD-/CAM-Daten, schnell 

Baugruppen oder Bau- und Ersatzteile in nahezu 

beliebiger Form produzieren – ohne die beim Gie- 

ßen, Fräsen oder durch Werkzeuge entstehenden 

üblichen geometrischen wie wirtschaftlichen Ein- 

schränkungen. In Kleinserien sind dadurch auch 

Unikate realisierbar. 

20 


Den Anstoß zur Entwicklung des Selektiven 

Laserschmelzens gab der Wunsch industrieller 

Anwender, die generative Fertigung nicht nur 

für Prototypen, sondern auch für die direkte Fer- 

tigung von Funktionsbauteilen zu nutzen. Dazu 

Dr. Konrad Wissenbach, Leiter der Abteilung 

Oberflächentechnik am ILT: „Für den Einsatz der 

generativen Fertigung für Funktionsbauteile ist 

die Verarbeitung von Serienwerkstoffen sowie 

das Erreichen einer hundertprozentigen Werk- 

stoffdichte notwendig. Nur dadurch erhalten 

die generativ gefertigten Bauteile auch serien- 

identische mechanische Eigenschaften. Deshalb 

wird beim Selektiven Laserschmelzen ein metal- 

lisches Pulver aus einem Serienwerkstoff ver- 

wendet. Durch das vollständige Aufschmelzen 

› 10 

Selektiv lasergeschmolzenes 

Turbinenrad aus 

„Wirobond C“, einer 

Kobalt-Chrom-Legierung 

(Durchmesser 120 mm). 

In diese Form könnte es 

weder gegossen noch 

gefräst werden. 

› 09 

Beim Selektiven Laserschmelzen 

fliegen die 

Funken: Der Prozess 

ermöglicht die wirtschaftliche 

Einzelteilfertigung 

komplexer Geometrien. 

› 09

› 10


des Pulvers und die schmelzmetallurgische An- 

bindung von Schicht zu Schicht erreichen wir 

eine Bauteildichte von circa 100 Prozent. Zu- 

dem entsprechen die mechanischen Eigen- 

schaften der Bauteile den Werkstoffspezifikatio- 

nen.“ Mit dem Selektiven Laserschmelzen kön- 

nen komplexe Komponenten gefertigt, Ober- 

flächenrauheiten verringert und die Maßgenauig- 

keit erhöht werden. Zugeigenspannungen und 

Rissbildungen im Bauteil werden durch Erwär- 

mung während des gesamten Aufbauprozesses 

reduziert. Als Branche, in der das Selektive 

Laserschmelzen effizient einsetzbar ist, nennt 

Dr. Wissenbach zuerst den Werkzeugbau. „Durch 

das Verfahren lassen sich Spritzguss-Werkzeuge 

mit integrierten, entlang der Werkzeugkontur 

verlaufenden Kühlkanälen erzeugen. Aufgrund 

der großen Geometriefreiheit bei generativen Ver- 

fahren können die Kühlkanäle beliebig platziert 

werden. Entsprechende Werkzeuge kühlen nach 

jedem Fertigungstakt schneller ab, so dass die 

Zykluszeiten verkürzt werden können.“ 

22 


Selbst in der Medizintechnik ist das Selektive 

Laserschmelzen auf dem Vormarsch. Als Knochen- 

ersatzimplantate werden Titanwerkstoffe ver- 

wendet, für Dentalrestaurationen Kobalt-Chrom- 

Legierungen und Gold. „Der Vorteil der Geometrie- 

freiheit zeigt sich ebenso bei der Produktion von 

Individualimplantaten“, betont Dr. Wissenbach. 

„Bei Dentalrestaurationen können wir beispiels- 

weise auf einer Plattform rund 100 unterschied- 

liche, individuelle Teile – gleichzeitig Schicht für 

Schicht – mit einem Laser aufbauen.“ 

FUNKTIONS-, GEWICHTS- UND BELASTUNGS- 

OPTIMIERTE BAUTEILE FINDEN ANWENDUNG 

IM ULTRALEICHTBAU 

Auch der Ultraleichtbau ist ein Anwendungsfeld, 

da Teile aus Titan oder Aluminium mit komplexen 

internen Hohl- oder Gitterstrukturen funktions-, 

gewichts- und belastungsoptimiert hergestellt 

werden können. Darüber hinaus entwickelt das ILT 

das Selektive Laserschmelzen keramischer Werk- 

› 11 

› 11 

Mit dem 3D-Streifenlichtscanner 

werden die CAD- 

Daten für die Herstellung 

der individuellen Implantate 

gewonnen.

stoffe. Ziel ist ein Verfahren, mit dem sich Bauteile 

aus hochfester Oxidkeramik mit großer Genauig- 

keit generativ fertigen lassen. 

Pionier beim Einsatz des Selektiven Laser- 

schmelzens für Zahnersatz ist die BEGO Medical 

GmbH in Bremen. Das Schwesterunternehmen 

der traditionsreichen BEGO Bremer Goldschläge- 

rei Wilh. Herbst GmbH & Co. KG hat in Zusam- 

menarbeit mit dem Fraunhofer-ILT ein Rapid- 

Manufacturing-Verfahren konzipiert und bis 

zur Praxisreife entwickelt. Dr. Ingo Uckelmann, 

Assistent der Geschäftsführung bei BEGO: „Unser 

Verfahren ist das erste CAD-/CAM-System für 

aufbauende Lasertechnologie. Die metallischen 

Gerüste für Zahnimplantate, deren Daten wir 

damit erzeugen, haben eine Maßhaltigkeit von 

cirka 25 Mikrometer.“ Die Materialeigenschaften, 

wie Zugfestigkeit und Bruchdehnung, entspre- 

chen den gesetzlichen Vorschriften. Mit einer 

mikrostrukturierten Oberfläche und reduzierter 

Oxidbildung werden zudem ein hoher Scherver- 

bund und folglich beste Hafteigenschaften für die 

Verblendung erzielt. Zudem ist der Werkstoff bio- 

kompatibel, er gibt also keine Ionen ab und löst 

keine Allergien aus. 

GRUNDGERÜSTE FÜR ZAHNERSATZ INNER- 

HALB VON CA. 48 STUNDEN 

Auch beim Einsatz des patentierten Laserschmelz- 

Verfahrens wird nach dem zahnärztlichen Abfor- 

men zunächst ein herkömmliches Gipsmodell 

angefertigt, das ein 3D-Sensor optisch und berüh- 

rungsfrei erfasst. Die CAD-Software erzeugt an- 

schließend ein virtuelles Werkstück, etwa ein 

Kronenkäppchen, eine Brücke oder ein Brücken- 

gerüst. Das Programm schlägt daraufhin ein 

Gerüst vor, das dem Zahntechniker als Basis für 

die morphologische Feinmodellation dient. Der 

fertige Datensatz wird via Datenfernübertragung 

zur Produktion in das Verarbeitungszentrum der 

BEGO Medical gesandt. Schon 48 Stunden später 

erhält das zahntechnische Labor ein Gerüst im 

gewünschten Material, das sich ohne große Zwi- 

schenschritte verblenden lässt. Früher dauerte die 

Produktion von Brücken, Kronen oder Inlays bis zu 

zwei Wochen. 

Dr. Ingo Uckelmann fasst den Nutzen des Selek- 

tiven Laserschmelzens hinsichtlich Dentalrestau- 

rationen zusammen: „Das Verfahren hat zwei 

wesentliche Vorteile. Zum einen kann eine große 

Zahl an individuellen Produkten parallel gefertigt 

werden. Zum anderen verbrauchen wir beim Her- 

stellen der Teile wenig Material. Denn wir bauen 

nur das Volumen auf, das wir für die jeweilige 

Restauration tatsächlich benötigen. Müssten wir 

eine Goldkrone aus dem Vollen fräsen, wäre das 

sehr unwirtschaftlich.“ Seiner Ansicht nach wird 

das Selektive Laserschmelzen in 10 bis 15 Jahren 

in Verbindung mit CAD-/CAM-Programmen in 

der Dentaltechnik selbstverständlich sein, denn 

das Verfahren arbeitet ökonomisch und hochwer- 

tig. Dr. Ingo Uckelmann abschließend: „Ich denke, 

dass wir mit der vollautomatischen Fertigung von 

Zahnersatz ein neues Tor der Industrialisierung 

aufgestoßen haben.“ 

› 12 


› 12 

Individueller Zahnersatz 

im Selektiven Laserschmelzverfahren: 

hier 

eine Brücke aus Kobalt- 

Chrom und 90-prozentigem 

Gold – schwer zu ver- 

arbeitende Materialien. 


23

technische projekte 

Simulation und Berechnung 

für 11.000 PS 

Rolls-Royce ist an der Entwicklung eines der leistungsfähigsten Propeller-Triebwerke der 

Welt beteiligt. Bei der Konstruktion spielen Berechnungen des Betriebsverhaltens der einzel- 

nen Bauteile am Computer eine zentrale Rolle und verkürzen die Entwicklungszeit erheblich. 

TEXT › Anja Naumann 

Die neuen Propeller-Triebwerke für ein aktuell 

entwickeltes Airbus-Transportflugzeug zählen zu 

den leistungsfähigsten der westlichen Welt. Jedes 

der vier 1,8 Tonnen schweren Triebwerke verfügt 

über eine Leistung von rund 11.000 PS. Die hohe 

PS-Zahl ermöglicht dem Transportflugzeug, weite 

Strecken bei hoher Grundgeschwindigkeit zu be- 

wältigen. „Bei den Flugmanövern wirken gewal- 

tige Kräfte auf die einzelnen Bauteile“, erläutert 

Brunel-Mitarbeiterin Dr. Stefanie Anteboth, die 

in der Abteilung Gesamttriebwerksmechanik bei 

Rolls-Royce Deutschland jene Kräfte berechnet, die 

die Auslegung der Bauteile bestimmen. „Vorhan- 

dene Lasten anderer Triebwerksfamilien lassen 

sich nicht einfach linear hochrechnen, denn die 

Komponenten zeigen in einem anderen Maßstab 

oftmals ein Verhalten, das nicht skalierbar ist“, so 

die Werkstofftechnikerin. Rolls-Royce ist gemein- 

sam mit weiteren Partnern des Europrop-Interna- 

tional-Konsortiums (EPI) an der Entwicklung des 

Propeller-Triebwerks beteiligt. Als Antrieb des 

Transportflugzeugs wurden Propellertriebwerke 

gewählt, weil damit eine optimale Leistung für 

Start- und Landemanöver, wirtschaftlicher Kraft- 

stoffverbrauch, bessere Manövriereigenschaften 

am Boden sowie Lastabwürfe aus der Luft gewähr- 

leistet sind. 

24 

Seit Januar 2007 arbeitet Dr. Stefanie Anteboth 

im Team der „Whole Engine Mechanics“-Gruppe. 

Mit „Finite Elemente“-Berechnungen prüft und 

beurteilt sie die mechanischen Eigenschaften des 


Gesamttriebwerks und liefert die Randlasten, um 

die einzelnen Komponenten optimal auszulegen. 

Dazu zählen unter anderem Untersuchungen 

zum Einfluss von Steifigkeitsänderungen auf das 

Gesamtverhalten des Triebwerks, die Berechnung 

von Ermüdungslasten zur Lebensdauerermittlung 

oder die Simulation von Versagensverhalten. 

UMFANGREICHE BERECHNUNGEN FÜR 

OPTIMALE LÖSUNGEN 

„Alle Eventualitäten müssen durchgespielt wer- 

den. Zum Beispiel müssen die Triebwerke auch 

dann noch zuverlässig arbeiten, wenn ein Trieb- 

werksaufhängungspunkt, eine Komponente oder 

eine Propellerschaufel nicht mehr intakt sein 

sollte“, erläutert Dr. Stefanie Anteboth. Die Aus- 

legungslasten des Gesamttriebwerks setzen sich 

aus verschiedenen Anteilen zusammen, wie zum 

Beispiel Beschleunigungskräften, aerodynami- 

schen Propellerlasten, Triebwerksschub oder Gyro- 

skopieeinflüssen sowie Unwuchten des Propellers 

und der Rotoren. „Um die optimale Lösung sowie 

ein bestmögliches Zusammenspiel der einzelnen 

Bauteile zu finden, sind umfangreiche Berech- 

nungen notwendig. Dann kann man entscheiden, 

ob es sinnvoller ist, für ein Bauteil zum Beispiel 

eine größere Wandstärke oder ein anderes Mate- 

rial einzuführen“, beschreibt die Brunel-Spezialis- 

tin den Arbeitsprozess. Ziel ihrer Tätigkeit ist der 

Aufbau eines validierten Gesamttriebwerkmo- 

PORTRÄT 

Im Anschluss an ihr Studium 

der Werkstoffwissenschaft 

und -technologie 

arbeitete Stefanie Anteboth 

als wissenschaftliche 

Mitarbeiterin am Institut 

für Werkstofftechnik an 

der Universität Kassel und 

promovierte 2006. Seit 

ihrer Anstellung bei Brunel 

Anfang 2006 führte sie 

unter anderem statische 

Berechnungen für das 

Seitenleitwerk der A380 

durch.

dells, das auf detaillierten Komponenten-Model- 

len basiert und dessen Berechnungsergebnisse 

zur Triebwerkszertifizierung beitragen. 

ENTWICKLUNGSZEITEN WERDEN ERHEBLICH 

VERKÜRZT, KOSTEN REDUZIERT 

„Dank der heutigen Möglichkeiten, das Betriebs- 

verhalten von Bauteilen weitestgehend vorauszu- 

berechnen, ist man in der Lage, Entwicklungszei- 

ten für neue Produkte erheblich zu verkürzen und 

zudem beträchtliche Kosten zu sparen“, erläutert 

Dr. Bernd Domes, der Gruppenleiter der Gesamt- 

triebwerksmechanik bei Rolls-Royce. Natürlich 

kann dabei nicht gänzlich auf Tests verzichtet 

werden, schließlich sind sie Bestandteile der Zer- 

tifizierung. Die „Finite Elemente“-Methoden sind 

jedoch aus dem heutigen Entwicklungsprozess 

nicht mehr wegzudenken. „Mittlerweile sind wir 

in der Erprobungsphase. Zahlreiche Prüfstands- 

läufe liegen hinter uns, Anfang dieses Jahres folgt 

der erste Testflug eines Prototyps“, berichtet Dr. 

Domes. Stolz zeigt sich auch Dr. Stefanie Ante- 

both: „Auch wenn der Teil, den ich dabei leiste, für 

die meisten Menschen sehr abstrakt erscheint, ist 

es für mich eine spannende Aufgabe, an der Ent- 

wicklung dieses innovativen Produkts mitzuwir- 

ken.“ Daran hat nicht zuletzt das engagierte Team 

der Gesamttriebwerksmechanik mit Mitarbeitern 

unterschiedlicher Disziplinen seinen Anteil. „Die 

Arbeit macht mir großen Spaß, weshalb ich das 

Angebot, auch im kommenden Jahr bei diesen 

Berechnungsarbeiten mitzuhelfen, gerne ange- 

nommen habe.“ 


25


Von Reibmomenten und 

Elastizitäten 

Ingenieure von Brunel Car Synergies entwickelten zusammen mit BMW ein hochpräzises 

Prüfsystem. Auf dem REMP-Prüfstand werden bis zu sieben verschiedene Tests durchgeführt, 

um den Achsverschleiß zu analysieren. So verkürzen sich die Entwicklungszeiten deutlich. 

TEXT › Matthias Huthmacher 

„Reibmoment- und Elastizitätsmess-Prüfstand“ – 

ein solches Wortungetüm nehmen nicht einmal 

detailverliebte Techniker öfter in den Mund als 

unbedingt nötig. Auch das „Prüfsystem zur Mes- 

sung von Reibmomenten in Achsgelenken“, so die 

ursprüngliche Bestellung aus dem Hause BMW, 

klingt nicht wirklich rund. Peter Bolz und sein 

Team haben den Namen „ihres Babys“ also abge- 

kürzt: REMP, das hört sich gleich familiärer an. 

Und es lässt sich viel leichter merken – ganz wie 

es einem Gerät zusteht, das derzeit als weltweit 

einzigartig gilt. 

26 

Peter Bolz ist Leiter von Brunel Car Synergies 

in Bochum. Mehr als ein Jahr lang haben er und 

ein Stab aus acht Ingenieuren und Technikern 

sich mit dem REMP beschäftigt. Etwas über eine 

Million Euro hat die gesamte Entwicklung gekos- 

tet, mehr als hundert Präzisionsbauteile mussten 

eigens konstruiert und angefertigt werden, ehe 

der 1,40 Meter breite, 2,65 Meter lange und 2,60 

Meter hohe Prototyp mit einem Gesamtgewicht 

von rund 1,8 Tonnen betriebsbereit war. Doch es 

hat sich gelohnt: „Erstmals können hier bis zu 

sieben Einzelmessungen auf ein und demselben 

Prüfstand durchgeführt werden. Das erspart dem 

Kunden Zeit und damit auch Kosten“, so Jörg Küp- 

pers, Prüfstandsentwickler bei Car Synergies. 

An seiner Wirkungsstätte im Forschungs- und 

Innovationszentrum von BMW, kurz FIZ genannt, 

wird der REMP zur Prüfung von Verschleißer- 

scheinungen an neu entwickelten Achsgelenken 


eingesetzt. Mit ihm lassen sich sowohl Drehmo- 

ment- als auch Elastizitätsmessungen vorneh- 

men. Damit deckt er Aufgabenbereiche ab, für die 

bislang zwei herkömmliche Prüfstände eingesetzt 

werden mussten. Zuständiger Projektleiter im FIZ 

ist Georg Unterreitmeier. Er weiß neben der erst- 

mals möglichen Kombination zweier Messverfah- 

ren noch einen weiteren Vorteil des REMP zu 

schätzen: „Wir erreichen hier eine enorm hohe 

Messpräzision.“ Ein Höchstmaß an Genauigkeit 

stand von Beginn an im Lastenheft der Entwickler 

und tatsächlich bewegen sich die Messtoleranzen 

des REMP im Hundertstel-Millimeter-Bereich. 

DER REMP-PRÜFSTAND BEGLEITET ALLE 

STADIEN DER FAHRZEUGENTWICKLUNG 

Doch damit nicht genug. Weil sich mit dem Gerät 

aus Bochum im Gegensatz zu derzeitigen Anla- 

gen der Krafteinleitungswinkel beliebig variie- 

ren lässt, können die Prüfteile in ihrer Einbaulage 

montiert werden, also in exakt jener Position, die 

sie auch am Fahrzeug einnehmen. Das erleich- 

tert die Arbeit der Techniker erheblich, was umso 

wichtiger ist, da der REMP alle Stadien der Fahr- 

zeugentwicklung begleitet: die Initialphase, in der 

die am Rechner entworfenen Konstruktionen 

sich erstmals auf Simulatoren bewähren müs- 

sen. Die Konzeptphase, in welcher erste Prototy- 

pen Fahrpraxis sammeln. Und die Serienphase, 

wenn das Fahrzeug nicht nur optisch, sondern

auch technisch den letzten Feinschliff erhält. 

Vom ersten Federstrich auf dem Zeichenbrett bis 

zum fertigen Auto vergehen bis zu fünf Jahre. 

Während dieser langwierigen Entstehungsge- 

schichte stehen immer wieder harte Prüfungen 

an: Nicht erst komplette Motoren, Fahrwerke und 

Karosserien, sondern auch die einzelnen Kom- 

ponenten werden dabei regelrecht gemartert. 

Das umfangreiche Arsenal in den „Folterkam- 

mern“ der Automobilindustrie umfasst Dauer- 

belastungsstände, Klima- und Höhenkammern, 

Apparate zum Verbiegen und Verwinden von 

Materialien, Maschinen, die an beweglichen Tei- 

len rütteln, schütteln, zerren und stoßen. Mit 

Hilfe dieses Instrumentariums können alle nur 

erdenklichen Torturen für sämtliche Bauteile 

› 13 

› 13 

Wenn der Antriebsstrang 

montiert wird, wie hier bei 

BMW Brilliance Automotive 

Shenyang in China, 

haben die Prototypen der 

Einzelkomponenten bereits 

umfangreiche Belastungstests 

gemeistert. 


27


› 14 

Bei Testfahrten zeigt sich, 

ob die aus den Messdaten 

der Einzelkomponenten 

abgeleiteten Fahreigenschaften 

auch in der Praxis 

zutreffen. 

28 


simuliert werden. Auch die Teststrecken in den 

jeweiligen Forschungszentren oder draußen in 

den entlegensten Winkeln der Welt fordern 

ihren Tribut: Dort muss sich die Technik auf Hol- 

perpisten ebenso bewähren wie auf Hochge- 

schwindigkeitskursen, sie schluckt Sand, Staub 

und Wasser, erträgt Schnee sowie Eis, Hitze und 

Kälte. In Simulation und Praxis wird jedem Bau- 

teil innerhalb kürzester Zeit all das zugemutet, 

was das künftige Kundenfahrzeug meist nicht 

einmal über seinen gesamten Lebenszyklus hin- 

weg zu ertragen hat. Nur was diesen geballten 

„Grausamkeiten“ widersteht, darf später in die 

Serie einfließen – ein ebenso gnadenloser wie 

aufwändiger Evolutionsprozess. 

Damit die rohen Kräfte dieser Verschleißer- 

zeuger nicht sinnlos walten, sind hochpräzise 

Mess- und Prüfverfahren nötig, die exakt aufzei- 

gen, welche Spuren die Horrorszenarien tatsäch- 

lich hinterlassen. Achsgelenke aber werden in 

der Fahrpraxis besonders beansprucht, weil eine 

Reihe unterschiedlicher Belastungen gleichzei- 

tig auftreten. Ihr Verschleiß äußert sich in erster 

Linie durch zunehmendes Spiel oder Schwergän- 

gigkeit. Dies bereits im Ansatz zu erkennen, ist die 

Aufgabe des REMP-Prüfstandes: Er gehört nicht zu 

den Folterinstrumenten, er ist vielmehr das Sezier- 

werkzeug, mit dem das geschundene Material 

untersucht wird. 

DIE ACHSGELENKE WERDEN MIT BIS ZU 1,2 

TONNEN ODER 12 KILONEWTON BELASTET 

Dazu baut der REMP je nach Prüfungsansatz die 

entsprechenden Belastungszustände an den Pro- 

banden auf. Bis zu 12 Kilonewton liegen dann an 

› 14

den Achsgelenken an – oder anders ausgedrückt: 

Etwa 1,2 Tonnen! Für den notwendigen Druck 

sorgen Hydraulikzylinder, zur Erzeugung von 

Drehmomenten dienen Elektromotoren. Bei den 

Messungen selbst kommen drei Methoden zum 

Einsatz: Lasertechnologie für die Elastizitätsunter- 

suchungen, Dehnmessstreifen-Verfahren (DMS) 

und Messwellentechnik bei den Widerstands- und 

Drehmomenttests. Die ermittelten Daten erfasst 

ein Computer anhand der Programmiersprache 

LABVIEW. Er übersetzt die Messwerte in grafische 

Darstellungen, so dass die Fahrzeugingenieure 

anhand von Diagrammen beurteilen können, wie 

der Prüfling sich im bisherigen Testeinsatz be- 

währt hat. 

„WIR KÖNNEN DIE ACHSEN SÄMTLICHER 

MODELLE DER BMW GROUP VERMESSEN“ 

Wie bei allen Aufträgen für Brunel Car Synergies 

suchten Peter Bolz und seine Mannschaft auch 

während des gesamten Entwicklungsprozesses 

für den REMP die enge Kooperation mit dem Auf- 

› 15 

traggeber: „Dabei haben wir nicht nur Techniker 

und Konstrukteure des FIZ mit einbezogen, sogar 

die Werksfahrer der Testabteilung konnten ihre 

Erfahrungen einbringen.“ Eine umfassende Zu- 

sammenarbeit mithin, die am Ende nicht nur in 

Form einer ausgesprochen praktischen Handha- 

bung, sondern auch mit einem hohen Grad an Fle- 

xibilität Früchte trug. Was Georg Unterreitmeier 

in München nur bestätigen kann: „Dieser Prüf- 

stand erfordert lediglich den Wechsel der entspre- 

chenden Aufnahmevorrichtungen, dann können 

wir die Achsgelenke sämtlicher Modelle der BMW 

Group vermessen, vom kleinen Mini bis hin zum 

schweren Rolls-Royce.“ 


› 15 

Das in den Prüfstand 

eingespannte Achsgelenk 

wird in Echtzeit per Laser 

vermessen. Die Steuerung 

des REMP, die Speicherung 

und Auswertung 

der Messdaten wurden 

durchgehend in LABVIEW 

programmiert. 

INFO 

Im Bereich Testing bietet 

Brunel Car Synergies 

Berechnung, Simulation, 

Materialprüfungen und 

Umweltsimulationen 

sowie schwingungs-, 

druck- und servohydraulische 

Prüfungen für alle 

Fahrzeugsysteme. Ebenso 

zählen der Funktionstest 

von Kraftstoffsystemen, 

mobile Messtechnik und 

EMV/ESD zu den Leistungen 

der Bochumer. 

der Spezialist 29


Milliarden Bauteile auf 

kleinstem raum 

Die Miniaturisierung von Speicherchips und Mikroprozessoren schreitet immer weiter voran. 

Die Carl Zeiss SMT AG setzt auf neue Produktionsverfahren für die Massenherstellung. Um die 

45 nm zu brechen, soll die Immersionslithografie zum Einsatz kommen. 

TEXT › Dr. Ralf Schrank 

„Schon während des Studiums haben mich 

kleinste Strukturen fasziniert. Aber jetzt haut- 

nah an neuen Methoden zur Miniaturisierung 

von Chips mitarbeiten zu können – das ist schon 

äußerst spannend.“ Brunel-Mitarbeiterin Yvonne 

Köhne arbeitet seit 2006 an einem zukunftswei- 

senden Projekt der Carl Zeiss SMT AG in Oberko- 

chen. Hier, im hundertprozentigen Tochterun- 

ternehmen der Carl Zeiss AG, ein Unternehmen 

der optischen und opto-elektronischen Industrie, 

arbeitet sie an neuen Verfahren zur Herstellung 

30 


› 16 

der nächsten Generation von Halbleiterchips. Der 

erste „Integrated Circuit“ (IC), im Volksmund ein- 

fach Chip genannt, wurde 1958 vorgestellt. Er ent- 

hielt gerade einmal zehn Bauteile. 

INTEGRIERTE SCHALTKREISE MIT IMMER 

FEINEREN STRUKTUREN 

Heute ist die Integrationsdichte von Speicher- 

chips und Mikroprozessoren so weit vorangetrie- 

ben, dass auf einem IC einige Milliarden Bauteile 

ihren Dienst verrichten. Und die Miniaturisierung 

geht weiter. Denn die Benutzer von Handys, Note- 

books, Internet und Digitalkameras verlangen 

ihren Geräten immer mehr Leistung ab. Von ent- 

scheidender Bedeutung für die weitere Steigerung 

der Integrationsdichte der ICs ist die Mikrolitho- 

grafie, ein optisches Verfahren, mit dem feinste 

Strukturen auf dem Halbleiter abgebildet werden. 

Yvonne Köhne arbeitet an neuen lithografischen 

Verfahren, mit denen die Halbleiterindustrie inte- 

grierte Schaltkreise mit immer feineren Struktu- 

ren herstellen kann. Je mehr Leiterbahnen und 

Bauteile – Widerstände und Kapazitäten, Dioden 

und Transistoren zum Beispiel – sich auf einer 

gegebenen Halbleiterfläche unterbringen lassen, 

umso leistungsfähiger ist der IC. 

Am Anfang der Chipherstellung steht der Wa- 

fer – eine etwa ein Millimeter dünne runde Scheibe 

aus Reinstsilizium, heute mit Durchmessern bis 

30 Zentimetern. Auf jedem Wafer entstehen mit 

PORTRÄT 

Die gelernte Kfz-Mechanikerin 

Yvonne Köhne ent- 

deckte während ihres 

Maschinenbaustudiums 

den Mikrokosmos. Seit 

2006 ist Yvonne Köhne bei 

Brunel, zuvor arbeitete sie 

zwei Jahre am Fraunhofer- 

Institut für Grenzflächen- 

und Bioverfahrenstechnik 

in Stuttgart. 

› 16 

Endmontage des Objektivs 

Starlith 1900 im Reinraum 

bei der Carl Zeiss SMT AG 

in Oberkochen.


› 17 

Bei der Strukturierung 

von Wafern für Mikrochips 

finden die Lithografieoptiken 

von Carl Zeiss SMT 

weltweit Einsatz. 

32 


Hilfe der Mikrolithografie mehrere hundert bis 

mehrere tausend identische ICs, indem ein Licht- 

bündel Leiterbahnen und Bauelemente von einer 

Vorlage auf den Wafer projiziert – ähnlich wie ein 

Diaprojektor das Diabild auf eine Leinwand über- 

trägt. Der kleine Unterschied: Ein Waferstepper 

oder Waferscanner – je nachdem, ob die Struktu- 

ren Schritt für Schritt (step-by-step) oder kontinu- 

ierlich (scan) übertragen werden – kostet heute 

weit über zehn Millionen Dollar. 

Grund für den hohen Preis ist die außerordent- 

liche Präzision, die IC-Hersteller von den mecha- 

nischen und optischen Komponenten der Stepper 

und Scanner verlangen. Denn die Strukturele- 

mente auf dem Wafer liegen bei 50 Nanometern 

und weniger. Ein Vergleich macht deutlich, welche 

enorme Auflösung damit einhergeht: Wenn auf 

einem 30-Zentimeter-Wafer die beiden Erdhalb- 

kugeln nebeneinander abgebildet würden, dann 

hätte eine Landstraße von fünf Metern Breite 

auf dem Wafer eine Breite von etwa 50 Nanome- 

tern. Aktuell liegen die in der Massenproduktion 

erreichbaren Linienbreiten noch bei 50 Nano- 

metern. Aber dank der erfolgreichen Arbeit von 

Yvonne Köhne und ihren Kollegen bei Carl Zeiss 

SMT, wird die 45-Nanometer-Barriere bald durch- 

brochen sein. Zwei Strategien verfolgt das Unter- 

nehmen. Eine davon ist die optische Immersion. 

Wird der kleine Zwischenraum zwischen Abbil- 

dungsoptik und Wafer mit einer geeigneten Flüs- 

sigkeit gefüllt, zum Beispiel Reinstwasser, dann 

ist die Brechung wesentlich geringer. Im Ergebnis 

ist die Abbildung also deutlich besser als ohne 

Immersion – Auflösung und Tiefenschärfe steigen. 

DIE MINIATURISIERUNG IST LÄNGST NICHT 

AM ENDE ANGELANGT 

Die zweite Variante, die 45-Nanometer-Marke zu 

unterbieten, könnte folgendermaßen aussehen: 

Ein Grundgesetz der Optik lautet: Je kleiner die 

Wellenlänge des genutzten Lichts, umso feinere 

Strukturen können abgebildet werden. In der Tat 

haben sich die IC-Hersteller in den vergangenen 

40 Jahren zu immer kürzeren Wellenlängen vor- 

getastet, um immer kleinere und damit immer 

› 17

mehr Bauelemente auf einem IC zu platzieren. Mit 

Licht von 365 Nanometern im Bereich des „nahen“ 

UV erreichten sie vor gut 15 Jahren eine maximale 

Auflösung von 500 Nanometern. Mit dem 193- 

Nanometer-Licht eines Argonfluorid-Lasers las- 

sen sich heute Linienbreiten von unter 40 Nano- 

metern realisieren. 

Doch die Miniaturisierung ist mit diesen Grö- 

ßen noch längst nicht an ihrem Ende angelangt. 

Noch kleinere Wellenlängen nutzt die EUV-Litho- 

grafie (EUV = extremes Ultraviolett). Linsen kön- 

nen in diesem Fall nicht verwendet werden, weil 

es kein Material gibt, das für EUV durchlässig 

ist. Vielmehr erfordert die Projektion Spiegelsys- 

teme mit extremer Oberflächengüte. Die Wel- 

lenlänge ist durch die Eigenschaften der Spiegel 

auf einen sehr engen Bereich um 13,5 Nanome- 

ter beschränkt. Da die Luft das Licht dieser Wel- 

lenlänge vollständig absorbiert, müssen EUV- 

Systeme im Hochvakuum betrieben werden. Für 

seine bahnbrechenden Leistungen bei der Ent- 

wicklung von EUV-Systemen wurde ein Team 

von Carl Zeiss SMT jüngst für den 11. Deutschen 

Zukunftspreis nominiert. 

Für die Massenfertigung hochintegrierter elek- 

tronischer Bauteile werden heute 193-Nanome- 

ter-Lithografen ohne Immersion eingesetzt. EUV- 

Lithografiesysteme für die Mengenproduktion 

werden erst in einigen Jahre Marktreife erlangen. 

Die Zukunft wird also zumindest auf mittlere 

Sicht der 193-Nanometer-Immersionslithografie 

gehören. Immer vorausgesetzt, das Team, in dem 

Yvonne Köhne arbeitet, findet die richtigen Lö- 

sungen. 

› 18 

› 18 

Für den störungsfreien 

Ablauf der Versuche im 

Nanobereich müssen die 

Reinräume absolut staub- 

und verschmutzungsfrei 

sein. Im Bild: eine noch 

unbearbeitete Linse. 

der Spezialist 33

› 19

I m Takt rasender 

I nnovationen 

MITARBEITER UND KARRIERE 

Mit gebündelten Ressourcen aus Forschung und Industrie will Volker Linde im Arbeitskreis 

Elektroniktechnologie (AKET) künftigen Herausforderungen begegnen. Sein Arbeitsalltag wird 

seit über 20 Jahren vom rasanten Fortschritt auf diesem Gebiet bestimmt. 


Volker Linde spricht schnell, als befürchte er, dass 

das, was er sagt, im nächsten Moment schon wie- 

der veraltet sein könnte. Die Elektroniktechnolo- 

gie, so sagt er selbst, ist ihm in Fleisch und Blut 

übergegangen. Schließlich hat die Entwicklung 

der Elektronik innerhalb der letzten Jahrzehnte 

nun einmal ein rasantes Tempo vorgelegt. Seit 

Lindes Ausbildung zum Elektronikfacharbeiter be- 

stimmt der Takt der schnellen Neuerungen seine 

berufliche Karriere. Bleibt dieser Takt aus, fun- 

giert er selbst gerne als Taktgeber. So auch, als er 

Ende 2006 den Arbeitskreis Elektroniktechnologie 

(AKET) Nordhausen initiierte. Mit gebündelten 

Ressourcen aus Forschung und Industrie will er 

mit den Gründungsmitgliedern der Fachhoch- 

schule Nordhausen sowie der FMN communica- 

tions GmbH die Herausforderungen angehen, 

die die Zukunft an die Elektroniktechnologie 

stellt. „Mittlerweile bringt die Automobilindust- 

rie die miniaturisierte Steuerungstechnik direkt 

an den Motorblock an“, nennt der 41-jährige 

Eletronikingenieur ein Beispiel. „Dort ist sie Umge- 

bungstemperaturen von bis zu 200 Grad Celsius 

ausgesetzt. Dies war vor einigen Jahren noch un- 

denkbar, da die Trägermaterialien aus Glasfaser- 

substrat ab 120 Grad Celsius zähfließend wurden.“ 

Gänzlich anderer Art waren die Themenstel- 

lungen vor über 20 Jahren. Es ist das Jahr 1985, 

Volker Linde hatte gerade seine Ausbildung zum 

Elektronikfacharbeiter abgeschlossen. Im Fern- 

meldewerk Nordhausen erlebte Linde die Umstel- 

lung der Telefontechnik von der Wählscheibe zur 

Tastatur. Die elektrischen Impulse, die von der 

Tastatur ausgehen, erforderten eine neue Codie- 

rung auf der Leiterplatte. „Die elektronischen 

Komponenten mussten damals noch von Hand 

in die Durchkontaktierungen der Leiterplatten 

gesteckt und verdrahtet werden“, erinnert sich 

Linde an die Anfänge seiner beruflichen Karriere. 

DIE WENDE BRACHTE VIELE NEUE 

HERAUSFORDERUNGEN 

Später gab es so genannte Surface Mounted 

Devices (SMD). Die Bauteile hatten erstmals keine 

Drahtanschlüsse, sondern wurden direkt auf die 

Leiterplatte gelötet. Dadurch ließen sich sehr 

dichte und vor allem beidseitige Bestückungen 

der Leiterplatten realisieren. Was Linde in seinem 

Studium der industriellen Elektronik in Eisleben 

in der Theorie erfuhr, setzte der frisch gebackene 

Diplom-Ingenieur 1989 als Prüffeldingenieur in 

der Baugruppenfertigung des Fernmeldewerks 

in die Praxis um. „Die SMD-Technik bedeutete da- 

mals eine gewaltige Umstellung. Erstmals wur- 

den die Leiterplatten mit einem Automaten be- 

stückt“, erzählt Linde. 

Die politische Wende brachte neue Herausfor- 

derungen. Linde bestückte von da an Leiterplatten 

für neue Telefongenerationen namens „Nizza“ 

oder „Bily“. Neue Einblicke bescherte auch die 

miniaturisierte Technik: Die Leiterplatten waren 

INFO 

Der Arbeitskreis ist die 

Basis für die Optimierung 

von Elektroniktechnologie- 

Verfahren. Ein Arbeitsfeld 

ist die Forschung und 

Entwicklung von Aufbau- 

und Verbindungstechnologien 

für miniaturisierte 

Elektroniken. 

› 19 

Platine für ein Gerät zur 

optischen Messung komplizierter 

geometrischer 

Figuren. Die mehrlagige, 

RoHS-konforme Prozessorplatine 

verfügt über ein 

optimiertes Layout. 

der Spezialist 35


mittlerweile in den Hörer integriert, das ganze 

Telefon bestand quasi nur noch aus einem Hörer. 

Abermals stellten sich neue Anforderungen an 

die Leiterplattenelektronik, die sich nun flexibel 

an die gebogene Hörerform anpassen musste. 

36 

Doch 1992 traf die Umstrukturierungswelle im 

Fernmeldewerk auch Volker Linde. Er wechselte 

zur Siemens AG nach Sangerhausen und arbei- 

tete in der Elektronikfertigung für verschiedene 

Branchen. „Im Gegensatz zur damaligen Massen- 

fertigung im Fernmeldewerk kam es nun darauf 

an, schnell und flexibel reagieren zu können“, 

erzählt Linde. Als dieser Standort 1994 geschlos- 

sen wurde, erhält er das Angebot von Siemens, 

nach Hannover zu wechseln. Doch Volker Linde 

will seiner Heimatregion die Treue halten. „In der 

Region ist reichliche und vielfältige Elektronik- 

kompetenz vorhanden. Diese gilt es weiter auszu- 

bauen und zu bündeln“, begründet Linde seinen 

damaligen Entschluss, der noch heute sein Han- 

deln bestimmt. 

Ende 1995 stieß er zur frisch gegründeten Nord- 

häuser IMG GmbH, die sich auf industrienahe 


› 20 

Forschung und Elektronikentwicklung für ver- 

schiedene Branchen spezialisiert hat und 2006 

zur Brunel IMG umfirmierte. Wieder kamen neue, 

ihm bisher unbekannte Aufgaben hinzu, wie 

Akquise und Kalkulation. Als begeisterter Modell- 

eisenbahner führte ihn sein erster Weg zum Her- 

steller Piko. „Ich kehrte zurück mit dem Auftrag in 

der Tasche, die Leiterplatten für die elektrischen 

Loks zu fertigen und zu integrieren“, erinnert sich 

Linde. 

Fünf Jahre später profitierte auch die reale 

Bahn von den Leistungen der IMG GmbH. Die Elek- 

tronik-Spezialisten um Volker Linde entwickelten 

für Bombardier einen so genannten elektrischen 

Schlüssel, der die verschiedenen Signale in der 

europäischen Zugsicherung in einem System ver- 

einheitlicht und somit den grenzüberschreiten- 

den Schienenverkehr ermöglichte. 

KONKURRENZFÄHIG DURCH EFFIZIENZ 

UND FERTIGUNGSOPTIMIERUNG 

„Entwicklung und Fertigung müssen eine Einheit 

sein, ansonsten kann nicht effizient produziert 

werden“, zieht Linde das Fazit aus seiner langjäh- 

rigen Arbeit für verschiedene Branchen. Immer 

wieder hat er erlebt, dass der Entwicklung die 

anwendungsspezifischen Kenntnisse fehlen wie 

auch umgekehrt. „Wir sind in der Lage, auch im 

Hochlohnland Deutschland effektiv und in klei- 

nen Stückzahlen Elektroniken zu entwickeln und 

zu fertigen. Sie müssen nur von Beginn an fer- 

tigungsoptimiert entwickelt werden. Denn ein 

Bestückungsautomat kostet in China genauso viel 

wie bei uns“, betont Linde. Wenn die vorhandenen 

Spezialisten dann noch den Weg zueinander finden 

und die Herausforderungen gemeinsam anpacken, 

dann sei der erste Schritt getan. So will er mit dem 

Arbeitskreis den Austausch forcieren. Seit langem 

bestehen Kooperationen mit der ortsansässigen 

Fachhochschule Nordhausen, an der er selbst seit 

vier Jahren als Dozent für Elektroniktechnologie 

lehrt. Beim Gründungsmitglied FMN communi- 

› 20 

Je enger die Bauteile 

zusammenrücken, um 

so wichtiger wird die 

Entwärmung. In diesem 

Fall gelöst mit Hilfe von 

Thermo-Vias.

cations GmbH handelt es sich um einen Ableger 

des ehemaligen Nordhäuser Fernmeldewerks. 

Gemeinsam stellen sich Peter Bubak (FMN com- 

munications GmbH), Prof. Matthias Viehmann 

(Fachhochschule Nordhausen) und Volker Linde 

aktuellen und künftigen Fragestellungen rund 

um die Elektronik. Dazu gehören etwa die Auswir- 

kungen des Elektro- und Elektronikgerätegesetzes 

von Juli 2006: „Ohne den gemeinsamen Erfah- 

rungsaustausch wäre die Umstellung auf bleifreie 

Elektronik niemals so reibungslos und schnell 

verlaufen“, so Linde. 

EIN WICHTIGER SCHRITT FÜR DIE ENTWICK- 

LUNG DER REGION IST GEMACHT 

Kürzlich veranstaltete er für Kunden der Brunel 

IMG diesbezüglich einen Informationsworkshop, 

um die Anforderungen bei der Anmeldung 

zum Elektronik Altgeräte Register zu erläu- 

tern. Nächste Etappenziele sind unter anderem 

neue Lötverfahren mit niedrigen Temperaturen 

oder die Entwicklung neuer Wärme ableiten- 

der Basisträger. „Wir müssen uns als Vordenker 

für unsere Kunden verstehen. Zu sehen, wo und 

warum neue Entwicklungen aktuell gehemmt 

werden, das ist eine der vielen Aufgaben“, er- 

läutert Linde im Einklang mit seinen Partnern. 

Zusammen sind sie sich einig, den richtigen 

Schritt in der Region getan zu haben. Der Anfang 

ist gemacht. 

www.fmncom.com 

www.fh-nordhausen.de 

www.brunel.de/img 


› 21 

› 21 

Volker Linde (Brunel IMG, 

M), Peter Bubak (FMN communications 

GmbH, l.) und 

Prof. Matthias Viehmann 

(FH Nordhausen, r.) 

beim Erfahrungsaustausch. 

der Spezialist 37


Die Mischung macht es! 

NIR, das Kürzel steht für die Spektroskopie im Bereich des nahen Infrarots, sie kommt über- 

all dort zum Einsatz, wo in Echtzeit auf Abweichungen der Zusammensetzung von Stoffen 

reagiert werden muss. Das Einsatzgebiet reicht vom Viehstall bis zur Gaspipeline. 

TEXT › Roland Bösker 

Täglich verarbeitet das HaBeMa-Qualitätsfutter-Werk in Ham- 

burg-Wilhelmsburg tonnenweise Getreide, Soja, Öle und 

andere Rohstoffe zu Kraftfutter. Die Rohstoffe werden zu Pellets 

gepresst. Die Bandbreite reicht von Minipellets für Haus- und 

Heimtiere wie Kaninchen und Meerschweinchen bis zu einen 

halben Zentimeter dicken, gleichmäßig länglich-rund geform- 

ten Brocken für Schweine, Pferde oder Rinder. Entscheidend 

dabei: Trotz variierender Eigenschaften der Rohstoffe soll die 

Produktqualität ohne Zeitverzug in der laufenden Produktion 

überwacht und gesteuert werden können. 

WENN DAS MISCHUNGSVERHÄLTNIS NICHT STIMMT, 

MUSS AUFWÄNDIG NACHOPTIMIERT WERDEN 

Ursprünglich waren dazu komplizierte und vor allem zeitrau- 

bende Laboranalysen der Rohstoffe nötig. Denn je nachdem 

wie viel Feuchtigkeit, Proteine, Rohfasern oder andere Inhalts- 

stoffe das Rohmaterial aufweist, muss das Mischungsverhält- 

nis angepasst werden. Ein Zeitverzug zwischen Probeentnahme 

und Feststellung des Analyseergebnisses kann bedeuten, dass 

ganze Chargen wegen unerwünschter Zusammensetzung wie 

zu hohen Feuchtigkeitsgehalts nachbehandelt werden müs- 

sen oder gar nicht mehr verwendbar sind. „Das können einige 

Tonnen Mischfutter sein“, berichtet HaBeMa-Betriebsleiter Jörg 

Bleck. 

38 

Die Lösung des Problems bietet die NIR-Technologie, wie sie 

in Betrieben wie dem HaBeMa-Qualitätsfutter-Werk installiert 

ist. Als Basis dient das Prinzip der Spektroskopie im Bereich des 

nahen Infrarots (NIR). Die Technologie wurde von der NIR-Online 

GmbH für die Analyse und Überwachung der Herstellungs- oder 

Weiterverarbeitungsprozesse organischer Substanzen in Echt- 


Audio-Version unter: www.brunel.de/podcast 

zeit entwickelt. Vereinfacht skizziert, 

funktioniert dies folgendermaßen: 

Eine Lichtquelle bestrahlt eine Sub- 

stanz, das refl ektierte Licht wird von 

einem Sensor aufgefangen. Je nach 

Eigenschaft der Substanz differiert 

die Wellenlänge des zurückgeworfe- 

nen Lichtes. Anhand des Vergleichs 

der Spektren miteinander sowie mit 

Referenzwerten, die zuvor in Mess- 

reihen im Labor gewonnen worden 

sind, erkennen NIR-Geräte in Sekun- 

denbruchteilen die Zusammenset- 

zung des analysierten Materials. 

„Mit NIR sowie der entsprechenden 

EDV-Infrastruktur stehen Analyse er- 

gebnisse in Echtzeit zur Verfügung 

und können unmittelbar für die 

Überwachung und Justierung des 

Rohstoffzulaufes genutzt werden“, 

so Brunel Mitarbeiter und IT-Experte 

Wolfgang Kern. Einmal mit Daten 

gefüttert und kalibriert, „lernen“ die 

NIR-Geräte ständig dazu, denn die 

Daten aus der Produktion werden 

als aktualisierte Referenzwerte ge - 

nutzt. 

„Die NIR-Technologie ist ausge- 

reift“, so Kern. „Es kommt darauf an, 

die Geräte und die EDV-Peripherie 

so in den laufenden Betrieb zu inte- 

PORTRÄT 

Wolfgang Kern schloss 

1976 sein Informatikstudium 

ab und entwickelte 

im Anschluss ein Rechnernetz 

für die TU München. 

Sein Karriereweg führte 

ihn unter anderem zur 

Bundeswehr, wo er mit der 

Entwicklung eines neuen 

Logistiksystems betraut 

war. Nach weiteren Tätigkeiten 

im Bereich Automatisierung 

kam Wolfgang 

Kern im Juni 2007 zu 

Brunel. 

› 22 

Aufbau eines NIR-Online- 

Geräts. Im industriellen 

Einsatz überwacht es per 

Infrarotstrahl Zusammensetzung 

und Feuchtigkeitsgehalt 

verschiedenster 

Produkte.

› 22


40 


› 23 

grieren, dass möglichst keine Verzögerung in der Produktion 

auftritt und die Daten nicht nur vom NIR-Gerät zuverlässig 

erhoben werden, sondern dass die Mitarbeiter Daten schnell 

erkennen und gegebenenfalls eingreifen können.“ Wolfgang 

Kern plant entsprechende Projekte, sorgt für die Installation 

der handlichen, etwa 30 mal 30 Zentimeter großen und rund 

zehn Zentimeter hohen Geräte sowie der ergänzenden EDV und 

ist an Schulungen der Mitarbeiter beteiligt. Rund einen Monat 

rechnet Kern für die Installation des Systems, die Mitarbeiter- 

schulungen mit berücksichtigt. 

SPEZIALBESCHICHTETE LINSEN BLEIBEN AUCH 

UNTER EXTREMBEDINGUNGEN KLAR 

Über Monitore sind vom Soll abweichende Werte der Zusam- 

mensetzungen des Rohmaterials leicht zu erkennen. „Bei 

Unter- oder Über-Soll-Werten ist die Kurve gelb oder rot. So 

kann sehr rasch erkannt werden, wenn etwas nicht stimmt“, 

erläutert Jörg Bleck. 

Die Rohstoffe gelangen durch dicke Rohre zu den Pellet- 

Pressen. Von den Hauptröhren zweigen Bypässe ab. Diese 

Nebenrohre sind mit Sichtfenstern versehen. „Auf der einen 

Seite können Mitarbeiter den Durchsatz optisch prüfen, auf 

der anderen ist das NIR-Gerät an- 

gebracht, wo es den Rohstoffstrom 

ständig analysiert“, erklärt Bleck. 

„Damit kein Staub und keine kleinen 

an der Scheibe haftenden Partikel das 

Spektrum des reflektierten Lichts 

stören und Messergebnisse verfäl- 

schen, wurde die Linsenoberfläche 

speziell bearbeitet, um jedes Anhaf- 

ten zu verhindern.“ 

Auch in der Erdgasförderung 

kann NIR zum Einsatz kommen. „Zu 

feuchtes Erdgas lässt Leitungen kor- 

rodieren“, berichtet Wolfgang Kern. 

„Wenn ein zu hoher Feuchtegrad zu 

spät bemerkt wird, müssen ganze 

Pipeline-Abschnitte leer gepumpt 

und das Gas muss entfeuchtet wer- 

den.“ Das ist teuer und zeitaufwän- 

dig. „Aufgrund der Eignung für ex- 

plosionsgeschützte Bereiche kann 

die NIR-Technologie auch jene Ab- 

läufe so steuern, dass Verzögerun- 

gen ausgeschlossen werden und man 

unmittelbar in Prozesse eingreifen 

kann.“ Selbst ein Produktionsdruck 

von bis zu 100 Bar ist kein Problem 

für die Geräte. NIR kann so auch zu 

ökonomischerer Gasförderung und 

-versorgung beitragen. 

› 23 

An diesem Zutatenmischer 

überwacht das NIR-Gerät 

nicht nur permanent die 

Inhaltsstoffe und den 

Feuchtigkeitsgehalt, sondern 

signalisiert auch, 

wenn der Mischvorgang 

abgeschlossen ist.

Die Zukunft der Batterie 

i st Grün 

Forschung & Wissenschaft 

Batterien sind praktisch, aber sie enthalten zumeist einen hochgiftigen Mix aus Schwer- 

metallen. Das soll künftig anders werden, wenn es nach amerikanischen und japanischen 

Forschern geht, die alternative Batterien aus Papier und Zucker entwickelt haben. 

TEXT › Dr. Ralf Schrank 

Schön, dass der Strom aus der Steckdose kommt. 

Aber was tun, wenn man mit Elektrogeräten mobil 

sein möchte? Für diesen Fall hat der Italiener 

Allessandro Volta (1745–1827) bereits um 1800 die 

Batterie erfunden, die heute unsere Laptops, MP3- 

Player, Digitalkameras oder Handys mit Strom ver- 

sorgt. Funktionsweise und Aufbau haben sich seit 

damals nicht grundlegend geändert. Erst jetzt – 

mehr als zweihundert Jahre später – bahnen sich 

revolutionäre Neuerungen an, die vor allem eines 

zum Ziel haben: den giftigen Cocktail im Inneren 

› 24 

handelsüblicher Batterien durch bioverträgliche 

Materialien zu ersetzen. 

Am gebräuchlichsten ist heute die Alkali-Man- 

gan-Batterie, die aus Zink, Mangandioxid („Braun- 

stein“) und konzentrierter Kalilauge aufgebaut ist. 

Ein Segen für Grundwasser und Boden, dass der 

Gesetzgeber inzwischen das Recycling von Batte- 

rien vorschreibt und regelt (siehe Info). Moderne 

Hochleistungsbatterien enthalten statt Zink das 

Leichtmetall Lithium. Forscher am Rensselaer 

Polytechnic Institute in Troy, USA, haben kürzlich 

gezeigt, dass es auch ganz anders geht. Ihre Batte- 

rie besteht zu 90 Prozent aus biologisch unbe- 

denklicher Zellulose, zu Deutsch: Papier. In die 

Zellulose haben sie Kohlenstoff-Nanoröhrchen 

eingebettet, die das Papier tiefschwarz färben. 

„WUNDERPAPIER“ ALS KONDENSATOR 

In den Nanoröhrchen sind Elektronen sehr leicht 

beweglich, so dass das schwarze Wunderpapier 

wie ein Kondensator funktioniert, wenn man eine 

Spannung anlegt: Es speichert elektrische Energie. 

Mit einem kleinen Trick machten die Rensselaer- 

Forscher aus diesem Kondensator die erste Papier- 

batterie der Welt. Sie beschichteten eine Seite des 

Nanopapiers mit Lithium und tränkten das Ganze 

mit einem Elektrolyten, zum Beispiel einer Salz- 

lösung. Das Lithium wirkt in der Papierbatterie als 

Elektronen liefernde Anode und die unbeschich- 

tete Seite als Kathode. 

INFO 

In Deutschland darf der 

Quecksilbergehalt von 

Batterien nicht über 

0,0005 Prozent, der von 

Knopfzellen nicht über 

2 Prozent des Gewichts 

liegen. Der Handel ist seit 

1998 gesetzlich verpflichtet, 

gebrauchte Batterien 

zurückzunehmen. Die 

Rücklaufquote für Batterien 

und Akkus liegt in 

Deutschland bei etwa 40 

Prozent. 

› 24 

Ein japanischer Elektronikkonzern 

präsentierte 

kürzlich die Zuckerbatterie. 

Der noch recht große 

Stromspeicher versorgt 

hier einen MP3-Player und 

Mini-Lautsprecher mit 

Energie. 


41


› 25 

Forscherin Dr. Shelly 

Minteer im Labor der 

Saint Louis University. Um 

die von ihr entwickelte 

Zuckerbatterie marktreif 

zu machen, muss vor 

allem ein wirtschaftliches 

Produktionsverfahren 

gefunden werden. 

42 


Die Papierbatterie ist viel leichter als herkömm- 

liche Batterien, sie ist weniger als ein Zehntel- 

millimeter dick und flexibel, sie lässt sich rollen, 

falten und zurechtschneiden. Ihre Kapazität liegt 

in der Größenordnung konventioneller Batterien. 

Durch Aufeinanderlegen mehrerer Blätter lassen 

sich Batterien bauen, die auch energiehungrige 

Elektrogeräte mit Strom versorgen können. Da 

auch Körperschweiß oder Blut als Elektrolyte ge- 

eignet sind, wäre die Papierbatterie ideal für die 

Stromversorgung von Herzschrittmachern und 

medizinischen Sensoren. 

Für das Design von Elektrogeräten ergeben sich 

ganz neue Möglichkeiten, denn die Papierbatterie 

passt selbst in engste Zwischenräume. Auch fer- 

tigungstechnisch sind neue Wege denkbar. Zum 

Beispiel lässt sich die Batterie einfach auf einen 

neutralen Träger aufdrucken. Aber Vorsicht: 

Welche Probleme eine Massenfertigung aufwer- 

fen wird, lässt sich heute noch nicht abschätzen. 

Die Materialien, aus denen die Papierbatterie 

besteht, sind zwar günstig, ein rationelles Herstel- 

lungsverfahren liegt jedoch in ferner Zukunft. 

WER GEWINNT DAS RENNEN ZUR 

ANWENDUNGSREIFE? 

Vielleicht gewinnt auch ein anderer Batterietyp 

das Rennen zur Anwendungsreife: die Zuckerbat- 

terie. Sie ist nicht so revolutionär wie die Papierbat- 

terie, aber genauso umweltverträglich. Forscher- 

gruppen in aller Welt arbeiten an ihr. Einen Proto- 

typ hat der japanische Elektronikkonzern Sony 

kürzlich in Tokio präsentiert. Die Batterie arbei- 

tet nach dem Prinzip der Bio-Brennstoffzelle. Im 

Unterschied zur klassischen Brennstoffzelle, die 

› 25

durch die Verbrennung von Wasserstoff oder 

Methanol Strom gewinnt, dienen in der Bio- 

variante energiereiche bioorganische Verbindun- 

gen als Brennstoff, zum Beispiel Traubenzucker 

(Glucose). 

Die Bio-Brennstoffzelle liefert nur dann Strom, 

wenn die Elektronen, die bei der Verbrennung des 

Zuckers frei werden, nicht einfach auf eine andere 

Substanz übertragen werden. Bestimmte Enzyme 

oder Mikroben, die man seit einigen Jahren kennt 

und erprobt, verhindern genau das. Das Kunst- 

stück wird sein, stabile Systeme aus Enzymen, 

Elektroden und Elektrolyten zu entwickeln, die 

miniaturisierten Zellen eine ausreichende Kapazi- 

tät verleihen. Sonys fruchtsaftgetriebene 4 x 4 x 4 

Zentimeter kleine Biobatterie entlockt einem 

Walkman gerade einmal ein paar Töne. Forscher 

der University of Saint Louis entwickelten immer- 

hin schon eine briefmarkengroße Zuckerbatterie, 

mit der sie einen Taschenrechner betreiben kön- 

nen. 

AUCH AN DER KABELLOSEN STROMÜBER- 

TRAGUNG WIRD GEFORSCHT 

Wie sieht der Leistungsvergleich mit herkömm- 

lichen Batterien aus? Schon der Prototyp der 

Papierbatterie erreicht mit einer Betriebsspan- 

nung von 2,3 Volt eine beachtliche Leistungsdichte 

von 1,5 kW/kg – muss also den Vergleich mit einer 

normalen Batterie nicht scheuen. Im Fall der 

Zuckerbatterie macht die Angabe einer Energie- 

oder Leistungsdichte keinen Sinn, weil das Ano- 

denmaterial, der Zucker, kontinuierlich zugeführt 

wird. Immerhin ist eine Ausgangsleistung von 

50 mW ein guter Anfang – und die Entwicklung 

hat ja gerade erst begonnen. 

Bei alldem aber müssen die Batterieforscher 

Acht geben, dass ihnen nicht ein völlig anderes 

Verfahren, mobile Elektrogeräte mit Strom zu 

versorgen, die Show stiehlt. Eine Forschergruppe 

am Massachusetts Institute of Technology (MIT) 

nutzt das Phänomen der magnetischen Resonanz 

zur kabellosen Stromübertragung. Es gelang ihr, 

eine Glühbirne zum Leuchten zu bringen, die zwei 

Meter von der Stromquelle entfernt war. Die Ener- 

gieübertragung mit Hilfe von Magnetfeldern, die 

nach Angaben der MIT-Forscher für Organismen 

völlig ungefährlich sind, gelingt nur über Distan- 

zen von einigen Metern, jedoch auch durch Wände 

hindurch. 

Aber es wird gewiss noch etliche Jahre dauern, 

bis lästige Stromkabel und Batterien, die immer 

dann entladen sind, wenn wir sie gerade brau- 

chen, aus unserem Leben ganz verschwunden sein 

werden. 


› 26 

› 26 

Die Papierbatterie passt 

in die schmalsten Zwischenräume 

und macht 

ein Batteriefach unnötig. 

So eröffnen sich völlig 

neue Möglichkeiten für das 

Design von Elekrogeräten. 

der Spezialist 43

querdenken 

wenn Der Berg ruft ... 

Rainer Perprunner hat eine Bergbahn entwickelt, die mit bis zu 54 Stundenkilometern durch 

das Gelände flitzt. Der Antrieb ist elektrisch und meistert Steigungen sowie Gefälle von bis zu 

55 Prozent. Im schweizerischen Arosa bringt der Coaster bereits Hotelgäste auf den Berg. 

TEXT › Jan Meyer-Veden 

Wenn es nach Rainer Perprunner geht, werden wir uns beim 

Blick aus dem Fenster bald fragen, in welchem Film wir gelan- 

det sind: In luftiger Höhe flitzen Fahrzeuge auf achterbahn- 

ähnlichen Schienensträngen vorbei, in jedem Fahrzeug fünf 

bis acht Passagiere, die von ihren Sitzen das Panorama bestau- 

nen. An den Haltestationen bilden sich nur selten Schlangen, 

da die Fahrzeuge auf Knopfdruck zur Verfügung stehen. Steigt 

man ein, geht es mit bis zu 54 Stundenkilometern über die Stre- 

cke. Steigungen und Gefälle bis zu 55 Prozent werden ebenso 

gemeistert wie enge Kurven von sechs Metern Radius. Alles 

geschieht vollautomatisch. 

44 

Das, in wenigen Worten, ist der Coaster. Erfunden hat ihn der 

Österreicher Rainer Perprunner. Die erste kommerzielle Umset- 

zung ist seit Ende 2007 im Schweizer Ort Arosa zu begutach- 

ten. Dort hat das Grandhotel Tschuggen in ein solches „Perso- 

nal Rapid Transport (PRT)“-System investiert, damit die Gäste 


› xx › 27 

bequem und ohne Wartezeiten in die 

umliegenden Skigebiete gelangen 

können. 

DIE IDEE ENTSTAND IM URLAUB 

IN NEUSEELAND 

Szenarien wie in Arosa waren es, die 

Perprunner zunächst vorschwebten, 

als die Idee vom Coaster geboren 

wurde. „Das Schlüsselerlebnis liegt 

mittlerweile fast fünfzehn Jahre zu- 

rück“, beginnt Rainer Perprunner 

die Geschichte seines Einfalls. „Ich 

machte Urlaub in Neuseeland. In 

einem Vergnügungspark in den Ber- 

gen bin ich mit so einer Art Seifen- 

kiste talwärts gesaust und dachte 

mir: So etwas müsste es bei uns auch 

geben!“ Seitdem hat Perprunner die 

Idee eines PRT-Fahrzeugs, das glei- 

chermaßen Transportaufgaben er- 

füllt, aber auch, vor allem talwärts, 

einfach Spaß macht, nicht mehr 

losgelassen. „Das war halt ganz im 

Geiste der 90er Jahre, mit ihrem 

Hedonismus“, sagt er heute. 

Perprunner ist nicht nur gelernter 

Maschinenschlosser, ebenso profi- 

tiert er von Kenntnissen im Ma- 

nagement und im Tourismus. Eine 

› 27 

Beim Bau des ersten Coasters 

wurde darauf geachtet, 

dass Schienenstrang 

und Stationsgebäude sich 

harmonisch in die Landschaft 

einpassen.

ideale Mischung, wie sich bald zeigte. Denn um ein Projekt 

wie den Coaster auf die Beine zu stellen, war ein gründliches 

Verständnis aller involvierten Bereiche unumgänglich. „Es 

ging darum, ein touristisches Problem mit technischen Mit- 

teln zu lösen und die Lösung dann an den Mann zu bringen“, 

fasst er rückblickend zusammen. Erste Machbarkeitsstudien, 

die Perprunner erstellen ließ, gaben Anlass zum Optimismus. 

Seitdem sind über zehn Jahre vergangen, in denen Perprunner 

viel Geld sowie unzählige Arbeits- 

stunden in die Realisierung des Pro- 

jektes gesteckt hat. 

Auf einem alpinen Testareal in 

Bürserberg, wo Anfang 2005 der 

erste Coaster fertig gestellt wurde, 

entwickelte er mit seinem Team 

das System bis zur Serienreife. Die 

› 28 

› 28 

Der Coaster bringt nicht 

nur Skifahrer auf den Berg. 

Für Wanderer steht er 

das ganze Jahr über auf 

Abruf zur Verfügung. 


45

querdenken 

› 29 

Rainer Perprunner, geboren 

1963 in Bludenz, Österreich, 

gründete 1985 eine Montage- 

und Personalbereitstellungsfirma. 

Von 1999 

bis 2001 entwickelte er das 

Coaster-Konzept. Seit 2001 

ist er Geschäftsführer der 

Coaster GmbH. 

46 


Fahrzeuge werden jeweils von zwei eigenen Elektromotoren 

angetrieben. Die Übersetzung erfolgt mittels zweier Zahnrä- 

der auf Seiten des Fahrzeugs und einer Zahnstange auf Seiten 

des Gleiskörpers. Energiequellen sind zwei Hightech-Batterien, 

deren Kapazität auf 60 Kilowattstunden beziffert wird und die 

sich auflädt, sobald die Fahrzeuge bergab fahren oder in der 

Station stehen. Diese Art der Energierückgewinnung, aber vor 

allem die Tatsache, dass die Kabinen nur auf Anforderung ver- 

kehren, machen in puncto Energieeffizienz den Unterschied zu 

Seilbahn und Sessellift aus. Denn natürlich ist das Fahrgastauf- 

kommen in derartigen Zubringeranlagen Schwankungen unter- 

worfen. Des Morgens geht es hinauf in die Berge, des Abends 

zurück ins Hotel. Dazwischen herrscht oft Flaute: 70 Prozent 

der Betriebszeit verkehren diese Anlagen mit Auslastungen 

unter 20 Prozent. Während aber eine Seilbahn unabhängig von 

ihrer Auslastung durchgehend verkehrt und so permanent die 

gesamte Masse der Fahrzeuge bewegt, reagiert der Coaster nur 

auf Knopfdruck. 

COASTER-EINSATZ AUCH IM NAHVERKEHR MÖGLICH 

Die gleiche Argumentation gilt natürlich auch für den Betrieb 

des Coasters als Nahverkehrssystem in Ballungsgebieten. Fahr- 

› › 29 17 

ten mit geringer Auslastung oder 

gar Leerfahrten sind seit jeher eines 

der Kardinalprobleme des öffentli- 

chen Personennahverkehrs. Da lag 

es für Perprunner nahe, seine Erfin- 

dung noch einen Schritt weiterzu- 

denken, um auch Stadt- und Ver- 

kehrsplaner von den Vorzügen des 

Coasters zu überzeugen. Denn im 

Gegensatz zum touristischen Szena- 

rio schließt er im Bereich des städ- 

tischen Personennahverkehrs eine 

wirkliche Lücke. „Auf langen Stre- 

cken und bei der massenhaften Per- 

sonenbeförderung sind Bus und 

Bahn konkurrenzlos“, konstatiert 

Perprunner, „ebenso das Taxi, wenn 

es darum geht, den Fahrgast vor der 

Haustür abzuholen und ihn punkt- 

genau da abzusetzen, wo er hin will. 

Der Coaster hat seinen Auftritt an 

der Schnittstelle von Grob- und 

Feinstverteilung. Beim Transfer zwi- 

schen Bahnhof und Flughafen bei- 

spielsweise, oder in Park -and-ride- 

Konzepten.“ 

Eine der wesentlichen Stärken 

ist somit auch die große Flexibilität 

bei der Streckenplanung. Die modu- 

laren Schienensysteme lassen sich 

so verbauen, wie es die örtlichen 

Gegebenheiten fordern. Hindernisse 

können um-, über- oder unterfahren 

werden. Für eine unterirdische 

Streckenführung sind Tunnelröhren 

mit einem Durchmesser von drei 

Metern ausreichend. Soll der Coaster 

im Stadtbereich oberirdisch fahren, 

werden die Gleise so weit aufge- 

ständert, dass der Straßenverkehr 

ungehindert darunter passieren 

kann, sprich in einer Höhe von etwa 

4,5 Metern. Tilman Bracher vom

Deutschen Institut für Urbanistik in Berlin kann sich indessen 

achterbahnähnliche Schienenstränge in den Straßen unse- 

rer Städte nur schwer vorstellen: „Meiner Ansicht nach würde 

der Anblick den Straßenraum beeinträchtigen. Zudem fehlt 

genügend Platz für Ständer und Zugangsstellen und es besteht 

darüber hinaus die Gefahr, dass die aufgeständerten Kabinen 

vor den Fenstern die Privatsphähre stören“, so seine Ein- 

schätzung. 

ÜBER DEN EINSATZ DES COASTERS WIRD AUCH IN 

DUBAI UND HAMBURG NACHGEDACHT 

Immerhin kommt der Coaster ohne komplexe Stellwerke, Kon- 

trollzentren etc. aus, denn er fährt selbsttätig und im Einbahn- 

betrieb. Infolgedessen ist er mit relativ geringem personel- 

lem Aufwand zu betreiben. Die für Betrieb und Wartung des 

Coasters anfallenden Kosten liegen daher unterhalb dessen, 

was für vergleichbare Systeme veranschlagt werden müsste. 

Fraglos sind es, neben Umwelt-, 

Effizienz- und Sicherheitsaspekten, 

wesentlich auch finanzielle Über- 

legungen, denen die Planung städti- 

scher PRT-Systeme unterworfen ist. 

So liegen Vorprojektstudien zum 

Coaster auf so manchem Schreib- 

tisch von Dubai bis Hamburg. Allein 

ein bis zwei ernstzunehmende An- 

fragen müssen Perprunners Mitar- 

beiter wöchentlich bearbeiten. Ob 

und wann der Coaster seine Chance 

bekommt, bleibt abzuwarten – so 

oder so lohnt es sich deshalb, in 

regelmäßigen Abständen aus dem 

Fenster zu schauen. 

QUERDENKEN 

› 30 

› 30 

In den verglasten Stahlkabinen, 

wie hier in Arosa, 

können jeweils sechs Personen 

ein beeindruckendes 

Panorama genießen. Die 

Standardkabinen sind für 

acht Personen ausgelegt. 


47

› 40

PANORAMA 

Wissenschaft zum Anfassen 

Seit der Gründung der ersten Museen hat sich die Form der Wissensvermittlung stark verän- 

dert. Heute begeistern Science Center mit Mitmach-Exponaten nicht nur Kinder. Ein Streifzug 

durch die Welt der erlebbaren Phänomene und des spielerischen Lernens. 

TEXT › Janina Weinhold 

Einer Führung lauschend schleicht die Schul- 

klasse auf leisen Sohlen durch die Gänge der 

alten Gemäuer. Lachen und Stimmengemurmel 

werden von den Museumsbesuchern mit einem 

ärgerlichen Stirnrunzeln quittiert. „Psst!“, zischt 

es vom Lehrer herüber. So sah der Museumsbe- 

such einer Schulklasse noch vor einigen Jahren 

aus. Im glänzenden Bauch des „Bremer Walfi schs“, 

wie das Science Center Universum Bremen gerne 

auch genannt wird, ist Stille als Exponat erlebbar. 

Die Besucher wandeln durch den „Dumpfgang“ 

und geräuschlose Bewegungen werden zum Pro - 

gramm. Gewöhnlich bringt ein kalter Windhauch 

die menschliche Haut zum Kribbeln und ein Rock- 

konzert den Bauch zum Vibrieren. Doch wenn 

keine Brise und kein Ton mehr die Tastrezeptoren 

der Haut erregen, dann empfi nden wir ein taubes 

Gefühl. Das Exponat illustriert jedem Besucher, 

der sich in den isolierten Hohlraum hineinwagt, 

dass Stille sinnlich durch Hören und Tasten 

erfassbar ist. 

IN SCIENCE CENTERN DEN PHÄNOMENEN 

AUF DER SPUR 

Das Universum Bremen ist eines von bundesweit 

rund 15 Science Centern, das „Wissenschaft zum 

Anfassen“ bietet. Die speziellen Ausstellungs- 

häuser veranschaulichen einem breiten Publikum 

in Mitmach-Ausstellungen technische und natur- 

wissenschaftliche Phänomene. Dr. Kerstin Haller, 

Audio-Version unter: www.brunel.de/podcast 

didaktische Leiterin im Universum Bremen: „Ein 

Science Center kann als Haus der Phänomene 

beschrieben werden. Hier wird Wissenschaft be - 

greifbar, denn die Besucher lösen die Phänomene 

selbst aus. Versuche am Exponat sprechen alle 

menschlichen Sinne an und animieren den Besu- 

cher, Fragen zu stellen.“ Dagegen zeigen klassi- 

sche Technikmuseen historische oder aktuelle 

technische Objekte, wie beispielsweise Dampfma- 

schinen, und bieten die dazugehörigen Hinter- 

grundinformationen auf Tafeln oder Computer- 

› 41 

› 40 

Das Exploratorium in San 

Francisco war das erste 

Science Center im heutigen 

Sinne. Von Künstlern 

gestaltete Exponate zum 

Thema Farbe und Licht 

laden zum Entdecken ein. 

› 41 

Im Bremer Science Center 

Universum können Kleine 

und Große naturwissenschaftliche 

Phänomene 

hautnah erleben. Hier in 

Form eines Luftstromes, 

der einen Ball in der Luft 

hält. 

der Spezialist 49

PANORAMA 

› 42 

Wann hat man schon die 

Gelegenheit, ein echtes 

Feuerwehrauto auf eigene 

Faust zu entdecken? 

Im Deutschen Museum in 

München, dürfen Kinder 

ganz nah an die Exponate 

heran. 

50 


PORTRÄT 

Der amerikanische Physi- 

ker und Highschool-Lehrer 

Frank Oppenheimer de- 

monstrierte seinen Schülern 

physikalische Gesetze 

am liebsten auf Schrottplätzen. 

Überzeugt von 

dieser Methode entwarf er 

Pläne für ein „hands on“- 

Museum. Sein Ziel: Wissen 

spielerisch vermitteln. 

› 42 

terminals an. In interaktiven Ausstellungen muss 

der Besucher mit den Exponaten spielen, um die 

Phänomene auszulösen. Dies trägt den Diskus- 

sionen um Lerntheorien der letzten Jahrzehnte 

Rechnung. Erkenntnisse der Pädagogik, aber auch 

der Neuropsychologie diagnostizieren die selbst 

gesteuerte Handlung als Schlüssel zum Lernen. 

Schon Albert Einstein erkannte: „Lernen ist Erfah- 

rung, alles andere ist Information“. 

Die ursprüngliche Idee, Wissenschaft mit Un- 

terhaltung zu verknüpfen, führt bis in die Aufklä- 

rung zurück. Schon im 17. Jahrhundert forderte 

beispielsweise Gottfried Wilhelm Leibniz ein Wis- 

senschaftstheater. In seiner Schrift „Theater der 

Natur und Kunst“ schreibt er, dass wissenschaftli- 

che Erkenntnisse nicht mehr nur in Büchern, Figu- 

ren und Modellen erfasst, sondern inszeniert wer- 

den müssen. So entstanden Wissenschaftstheater. 

Vormals ausschließlich private Sammlungen von 

historischen Artefakten, Relikten, Büchern und 

Kunstobjekten werden um 1830 mit der Gründung 

der ersten Museen in Europa der Öffentlichkeit 

zugängig gemacht. 

In Deutschland wurde schon 1903 das erste 

interaktive Ausstellungshaus eröffnet: das Deut- 

sche Museum in München. Der Gründer Oskar von 

Miller entwickelte gemeinsam mit dem Pädago- 

gen und Verfechter des eigentätigen Lernens im 

Schulunterricht, Georg Michel Kerschensteiner, 

eine Ausstellung mit interaktiven Exponaten. 

Oskar von Miller erhob den Anspruch, Volksbil- 

dung und Unterhaltung in seinem Museumskon- 

zept zu verbinden. Seine Auffassung ist aus einer 

Unterredung mit Nobelpreisträger Wilhelm Con- 

rad Röntgen überliefert. 

EINE MISCHUNG AUS VOLKSBILDUNGSSTÄTTE 

UND OKTOBERFEST 

„So antwortete von Miller auf dessen Frage: Glau- 

ben Sie, ein Museum ist der richtige Rahmen für 

die Zurschaustellung meiner Apparatur? – Doch 

natürlich, das Deutsche Museum ist eine Mischung 

aus einer Volksbildungsstätte und dem Oktober- 

fest“, erzählt Dr. Annette Noschka-Roos, Leiterin 

der Hauptabteilung Bildung des Deutschen Muse- 

ums. Interaktion und so genannte Knopfdruck- 

Exponate sind seit der Gründung ein fester Be- 

standteil des Konzepts. Das Museum verfügt über 

mehr als 100.000 Objekte aus Naturwissenschaft 

und Technik, wovon 2.500 interaktiv sind. Ein 

Klassiker ist beispielsweise der Flaschenzug: Statt 

abstrakter Bilder und Erläuterungen können die

Besucher schlicht selbst testen, wie viel Kraft es 

braucht, um den eigenen Körper anzuheben. 

WASSERDAMPFTORNADO MIT WIRBELEFFEKT 

HAUTNAH ERLEBEN UND VERSTEHEN 

Das erste Ausstellungshaus, das explizit den 

Namen „Science Center“ trug, ist das 1969 von 

Frank Oppenheimer gegründete Exploratorium 

in San Francisco. Auch in deutschen Science Cen- 

tern sind zum Teil Exponate zu sehen, die aus den 

Werkstätten San Franciscos stammen. Beispiels- 

weise eine zylinderförmige Kammer, in der ein 

Wasserdampftornado durch einen Saugmechanis- 

mus an der Kammerdecke und zwei Gebläse an 

den Wänden entsteht. In der begehbaren Kammer 

ist zu spüren, dass der Wirbeleffekt durch seitliche 

Winde entsteht und der Luftsog durch die Bewe- 

gung der Besucher den Tornado von seinem Kurs 

ablenkt. 

In Bremen orientierten sich Initiatoren des 

Universums an einer „Tür zur Wissenschaft“. Das 

als riesiges Oval geformte, mit Metallschindeln 

verkleidete Gebäude soll Neugier wecken und 

die Besucher für verschiedene Deutungen sensi- 

bilisieren. Im Inneren unterteilt sich die Ausstel- 

lung in die drei Themenkomplexe „Expedition: 

Mensch, Erde, Kosmos“. Der Bereich „Kosmos“ ist 

dunkel gehalten und von unzähligen sternen- 

ähnlichen Glühlampen erleuchtet, die Exponate 

sind in einem stilisierten Himmelszelt angeord- 

net. „In unserem Haus spielt die Einbindung der 

Phänomene in eine Geschichte eine große Rolle. 

Durch die künstlerische Inszenierung sieht der 

Besucher im Kleinen wie im Großen den Bezug 

zur wirklichen Welt“, so Dr. Haller. Da Lernen ein 

› 43 

› 43 

Die silberne Scheibe rotiert 

und befördert alle auf ihr 

liegenden Objekte schnell 

herunter, es sei denn, den 

Exploratorium-Besuchern 

gelingt es, die Objekte auf 

der Scheibe auf der Spitze 

rotieren zu lassen. 

der Spezialist 51

PANORAMA 

individueller Prozess ist, gibt es beispielsweise für 

das Phänomen Schall verschiedenste Exponate, 

die jeweils ein anderes Sinnensorgan des Men- 

schen reizen. Nicht zuletzt sind Faktoren wie Spaß 

und Emotionen für die menschliche Lernmotiva- 

tion ganz entscheidend. Vor einem Seismogra- 

phen springend und hüpfend, können die Besu- 

cher selbst die Stärke ihres selbst produzierten 

Bebens prüfen. Wie intensiv Erdstöße bei einem 

echten Erdbeben sein können, erleben sie in der 

Erdbebenkammer, die auf Knopfdruck mit Stärke 

sieben ruckelt. 

400.000 BESUCHER KOMMEN JÄHRLICH 

INS UNIVERSUM 

Das Universum verzeichnet auch sieben Jahre 

nach der Eröffnung noch etwa 400.000 Besucher 

jährlich. Es wurde im Sommer 2007 um den „Ent- 

decker Park“, ein Freiluftareal mit Exponaten zum 

Thema Bewegung von Wind und Wasser, erweitert. 

Auf dem Außengelände steht ein in sich gedreh- 

ter 27 Meter hoher Turm. Dieser „Turm der Lüfte“ 

52 


› 44 

bietet weitere Experimente zu den Themen Luft, 

Wind und Wetter sowie der Schwerkraft und Ener- 

gie. Im Herbst folgte das „SchauBox“-Gebäude – 

ein Anbau, in dem zukünftig wechselnde Sonder- 

ausstellungen und Wissenschaftsdiskurse ange- 

boten werden. 

Auch in Wolfsburg gibt es seit Ende 2005 mit 

dem „Phaeno“ ein Science Center. „Wie schon der 

Name andeutet, steht hier die Faszination der 

Phänomene im Vordergrund“, erklärt Dr. Wolf- 

gang Guthardt, Direktor des Phaeno. Schon der 

mit mehreren Architekturpreisen ausgezeichnete 

Bau soll die Besucher auf Forschen und Erkunden 

einstellen. Denn sowohl von außen als auch innen 

ist das Phaeno aus einem Guss gestaltet: wie eine 

abstrakte Landschaft mit Höhlen, Kratern, Hügeln 

und Tälern. „Alles fließt“ ist ein Leitgedanke. Die 

räumliche Trennung der Ausstellungsthemen 

wurde bewusst vermieden. „Der Besucher soll 

ungeleitet den Phänomenen nachspüren, die ihn 

wirklich reizen“, so Guthardt. 

Die Ausstellungsstücke im Phaeno sind nicht 

alle interaktiv. Beispielsweise zeigen Kunstexpo- 

› 44 

Im „Phaeno“ gibt es didaktisch 

aufbereitete Informationen 

unter anderem 

zu den Themengebieten 

„Leben“ und „Wind und 

Wetter“. Links im Bild die 

interaktive Installation 

„Text rain“. Auf einer 

Projektionsfläche fallen 

Buchstaben herunter und 

können von den Besuchern 

aufgehalten werden.

nate wie die „Strato Flora“ kein naturwissenschaft- 

liches Phänomen an sich. Wohl aber beruht die 

aus der Bewegung von mehrfarbigen Lichtröhren 

kreierte Blume auf den naturwissenschaftlichen 

Eigenschaften des Stroboskops und Farbreak- 

tionen von Gasen. „Durch verändernde Farbinten- 

sitäten und Leuchtphasen soll die „Strato Flora“ 

an den Lebenszyklus einer Blume erinnern und 

auch weniger technikbegeisterte Menschen fas- 

zinieren“, so Christof Börner, Leiter der Experi- 

mentierfelder. 

„Der Umgang mit interaktiven Exponaten 

bedeutet viele Glücksmomente, wenn der Besu- 

cher den Dreh raus hat, aber gelegentlich auch die 

Möglichkeit, zu scheitern“, erklärt Dr. Guthardt. 

Doch die Exponate sind so gebaut, dass das Phä- 

nomen auch ohne Vorkenntnisse erkennbar ist. 

Geschultes Personal steht den Besuchern beim 

Experimentieren zur Seite und erklärt Zusam- 

menhänge oder Parallelen zu weiteren Themen. 

Einen Trend zu informellen Lernformen sieht 

Dr. Wolfgang Guthardt erst langsam aufkeimen: 

„Im Vergleich zu den Vereinigten Staaten setzen 

› 45 

› 46 

sich Science Center in Deutschland erst nach und 

nach durch. Es bleibt abzuwarten, wie sich der 

Markt entwickelt. In deutschen Bildungsstätten 

wird derzeit noch sehr an formalen Lernformen 

festgehalten.“ Im Phaeno, im Universum und im 

Deutschen Museum ist das spielerische Lernen 

schon Programm. Alle Ausstellungshäuser koope- 

rieren ferner mit Schulen oder Universitäten und 

zeigen Sonderausstellungen, Vorträge und Thea- 

tervorführungen über Neuigkeiten aus den For- 

schungslaboren der Wissenschaftler. Aber auch 

die klassischen Museen setzen heute mit inter- 

aktiven Computerterminals oder audiovisuellen 

Angeboten auf die Erlebnisorientierung der Besu- 

cher. „Bitte nicht Anfassen“ mutet heute verstaubt 

an. „Inwieweit Lernformen mit Erlebnischarakter 

wie ,forschendes Lernen‘ jedoch in klassischen 

Bildungsinstitutionen aufgenommen werden, 

lässt sich nicht abschätzen. Dennoch kann lebens- 

langes Lernen so attraktiver werden“, vermutet 

Bernd Becker, Leiter des Bereichs Bildung vom 

Bremer Universum. 

PANORAMA 

› 46 

Gemeinsam entdecken: 

Auch viele Erwachsene 

haben noch nie einen 

echten Tornado erlebt. 

Hier im Bremer Universum 

geht das ganz gefahrlos 

im Kleinformat. 

› 45 

Was kräuselt sich denn da 

so schön? Die verzehrte 

Wahrnehmung durch die 

Brechung in der bewegten 

Wasseroberfläche ist 

nicht nur für Kinder immer 

wieder faszinierend. Im 

Exploratorium wird nicht 

nur ausprobiert, sondern 

im zweiten Schritt erklärt, 

warum das so ist. 


53

PANORAMA 

Offroad-Expedition durch 

34 Länder Eurasiens 

Völkerverständigung in Zeiten der Globalisierung ist das Ziel. Auf dem Weg dahin legen 

sechs Geländewagen 150.000 Kilometer zurück. Die Route führt über insgesamt 43 Etappen 

quer über den europäischen Kontinent und durch Asien. Start- und Zielpunkt ist Bremen. 


Die Ausrüstung wird bereits auf Vollständigkeit geprüft, die 

Reservetanks befüllt und der Luftdruck der Reifen gemessen. In 

wenigen Wochen werden Abenteuerlustige in sechs Offroad- 

Spezialfahrzeugen von Bremen starten, um für 20 Monate auf 

der Expeditionstour Xworld ferne Länder und fremde Kultu- 

ren des eurasischen Kontinents zu erkunden. Auf ihrem Weg 

durchqueren die Land Cruiser 34 Länder in 43 Etappen. Darun- 

ter legendäre Stätten und faszinierende Landschaften wie das 

sagenumwobene Tibet, die Weiten Sibiriens oder das Hochge- 

birge von Kirgistan. 

EIN PRIVATER TRAUM WIRD NACH ZWEIJÄHRIGER 

PLANUNGSPHASE ZUM ÖFFENTLICHEN GROSSEVENT 

Veranstalter der Expedition ist der international operierende 

Hydraulikdienstleister Hansa-Flex. Das Unternehmen will mit 

der Xworld in Zeiten globaler Vernetzung seinen Beitrag zur 

Völkerverständigung leisten. Mit diesem besonderen Kultur- 

austausch werden Menschen aus verschiedenen Ländern die 

schönsten Ziele Europas und Asiens in einem gemeinsamen 

Abenteuer erleben. Was als privater Traum von Geschäftsfüh- 

rer Thomas Armerding seinen Ursprung hatte, entwickelte sich 

in einer zweijährigen Planungsphase zu einem öffentlichen 

Großevent. „Ich wollte schon immer eine Offroad-Tour durch 

Tibet und Nepal unternehmen“, erzählt Thomas Armerding. 

„Seitdem wir große Zuwachsraten in Asien und Osteuropa ver- 

zeichnen, war es an der Zeit, die Menschen und die Kultur vor 

Ort einmal näher kennen zu lernen.“ So führt die Route über 

Istanbul, Peking, Shanghai und zurück von Indonesien über 

China durch die Weiten Sibiriens bis ans Nordkap Europas, vor- 

bei an vielen Hansa-Flex Niederlassungen. Zu den beliebtesten 

54 


Etappen zählt den Anmeldungen 

zufolge die Route von Ulan-Bator 

nach Peking. Die Stadt wird recht- 

zeitig zu den Olympischen Spielen 

2008 erreicht. 

Was die Technik der Land Cruiser 

betrifft, muss sie den extremen Be- 

dingungen von Wüste, Dschungel 

und Hochgebirgsmassiv auf einer 

Gesamtdistanz von 150.000 Kilome- 

tern gerecht werden. Das entspricht 

knapp vier Erdumrundungen. Für 

diese Extrembelastung wurden die 

Fahrzeuge extra technisch modifi- 

ziert. „Insbesondere die steinigen 

Passagen durch das nepalesische 

Hochplateau sind sehr materialer- 

müdend“, weiß Thomas Armerding. 

Das Fahrwerk wurde daher etwa 

zehn Zentimeter höher gelegt und 

mit einem kompletten Unterfahr- 

schutz ausgerüstet. Auch ein speziel- 

ler Wasserschnorchel darf nicht feh- 

len. Dieser ist mit dem Luftfilter des 

Motors verbunden und verhindert, 

dass der Motor bei Wasserdurch- 

fahrten in Laos Schaden nimmt. 

Nach 600 Tagen wird die outdoor- 

erprobte Fahrzeugkarawane am 

31. Oktober 2009 schließlich wieder 

in Bremen eintreffen. 

GEWINNSPIEL 

Hat Sie die Abenteuerlust 

gepackt? Dann lassen 

Sie sich nicht die Chance 

entgehen, an der ersten 

Etappe der Xworld teilzunehmen. 

Wir verlosen 

zwei Plätze für die Reise 

im Geländewagen von 

Bremen über Österreich, 

Slowenien, Kroatien, Bos- 

nien, Serbien und Bulgarien 

bis in die türkische 

Metropole Istanbul. Die 

Teilnahmekarte finden Sie 

im hinteren Heftumschlag.

TERMINE 

termine 


›04.– 09. März 

Besuchen Sie uns auf der 

CeBIT in Halle 4, Stand D67. 

› 21.– 25. april 

Auf der Hannover Messe 

ist Brunel in Halle 26 im 

Job & Career Market sowie 

in Halle 25 beim diesjährigen 

RoboCup vertreten. 

56 


Februar bis Mai 2008 

26. – 28. Febr. 2008 

04. – 09. März. 2008 

21. – 25. April 2008 

05. Februar 1933 

19. Februar 1986 

31. Mai 1879 

Messen und veranstaltungen 

EMBEDDED WORLD 

Ob im Automobil, in der Datentechnik und Telekommunikation, Industrie- 

und Konsumelektronik, Militär- und Luftfahrttechnik: Überall arbeiten 

Embedded-Technologien. Die Aussteller zeigen in Nürnberg das komplette 

Angebot rund um Hardware, Software, Tools und Dienstleistungen auf rund 

23.000 Quadratmetern Fläche. www.embedded-world.de 

CEBIT 2008 

Als weltweit größte Messe für die ITK-Branche ist die CeBIT der bedeutendste 

globale Marktplatz und Wegweiser für die digitale Zukunft. 6.153 Aussteller 

aus 79 Ländern und rund 480.000 Besucher, davon alleine 385.000 Fachbe- 

sucher, konnte die CeBIT 2007 verzeichnen. Rund 8.000 Journalisten aus aller 

Welt berichteten über alles, was die digitale Welt bewegt. www.cebit.de 

HANNOVER MESSE – ROBOCUP GERMAN OPEN 

Die Hannover Messe ist seit 60 Jahren der führende Marktplatz für weg- 

weisende Technologien. Sie ist mit mittlerweile über 5.000 Ausstellern 

das wohl wichtigste Technologieereignis weltweit. Die „Robocup German 

Open“, die deutschen Meisterschaften für Fußball spielende Roboter, finden 

zum zweiten Mal im Rahmen der Messe statt. www.hannovermesse.de 

Meilensteine 

Der Bau der Golden Gate Bridge beginnt. Mit einer Spannweite von 1.280 

Metern ist sie bei der Einweihung 1937 die längste Hängebrücke der Welt. 

Das Kernmodul der russischen Raumstation Mir erreicht die Erdumlauf- 

bahn. 15 Jahre lang forschen Wissenschaftler in rund 350 Kilometern 

Höhe, bevor die Station 2001 kontrolliert zum Absturz gebracht wird. 

Der Ingenieur Werner von Siemens stellt auf der Deutschen Gewerbeaus- 

stellung in Berlin die erste elektrische Lokomotive vor – als Modell. Zwei 

Jahre später fährt die erste elektrische Straßenbahn der Welt in Berlin.

i mpressum 


REDAKTIONSANSCHRIFT 

Brunel GmbH, Redaktion „Der Spezialist“ 

Airport City, Hermann-Köhl-Str. 1a, 28199 Bremen 

redaktion@der-spezialist.de 

www.der-spezialist.de 

Telefon 0421-1 69 41-0 

HERAUSGEBER 


VERANTWORTLICHER REDAKTEUR 

(V. I. S. D. P.) 

Carsten Siebeneich, General Manager Brunel GmbH 

REDAKTION 

DIALOG Public Relations, Bremen 

GfG / Gruppe für Gestaltung GmbH, Bremen 

GESTALTUNG 

GfG / Gruppe für Gestaltung GmbH, Bremen 

FOTOGRAFIE (COPYRIGHTS) 

Sofern nicht abweichend, alle Angaben als Bildnummern: 

Thomas Kleiner (Titel, S. 3, S. 7, 02, 03, S. 55), Claudia Raband 

(U2,) Corbis (01, 40), Robert Lewis (04, 05), picture-alliance 

(06), Getty (07, 24), Retina Implant AG (08), Fraunhofer ILT 

(09), BEGO Medical GmbH (10–12), Rolls-Royce Deutschland 

Ltd & Co KG (S. 25), BMW AG (13, 14), Brunel Car Synergies 

(15), Carl Zeiss SMT AG (16–18, S. 31), Jörg Gläscher 

(19–21), NIR Online GmbH (22, 23), Saint Louis University 

(25), Rensselaer Polytechnic Institut (26), Coaster GmbH 

(27, 28, 30), Universum® Bremen (14, 46), Deutsches 

Museum (42), The Exploratorium, Amy Snyder (43, 45), 

The Exploratorium, Nancy Rodger (50) 

DRUCK 

Druckerei Girzig + Gottschalk GmbH, Bremen 

ERSCHEINUNGSWEISE 

3 Ausgaben / Jahr, Auflage 28.000 Stück 

INGENIEURE. 

ARBEITEN BEI BRUNEL 

Professionals gesucht. 

›› WIR SEHEN DIE WELT MIT 

ANDEREN AUGEN 

Projektpartner für Technik und Management 

Anspruchsvolle Aufgaben, innovative Projekte, modernes 

Arbeiten – wer in den technischen Branchen eine führende Rolle 

übernehmen will, darf nur mit den Besten zusammenarbeiten. 

Deshalb suchen wir Sie: als Ingenieur, Informatiker oder Manager 

mit Erfahrung, Kompetenz und Engagement. 

SOF T WAREENT WICKLER – EMBEDDED 

SYSTEMS (w/m) 

›› für den Raum Mannheim 

DIPL.-ING. MESS-, STEUERUNGS-, 

REGELUNGSTECHNIK (w/m) 

›› für den Raum Stuttgart 

… zahlreiche weitere Offerten für Ihren persönlichen 

Karriereweg finden Sie unter www.brunel.de

© 2008 Deutsche Messe AG © 2008 XWORLD, HANSA-FLEX 

MITMACHEN UND GEWINNEN 

Abenteuer pur können Sie auf der ersten Etappe der Xworld erleben. Die Gewinner unseres Preisausschreibens 

nehmen vom 8. bis 21. März 2008 an der Fahrt im Geländewagen von Bremen über Österreich, Slowenien, 

Kroatien, Bosnien, Serbien und Bulgarien bis in die türkische Metropole Istanbul teil. Mehr über das Projekt 

Xworld erfahren Sie in dieser Ausgabe auf der Seite 54. 

Neues aus der Welt der Informationstechnologie gibt es auf der diesjährigen CeBIT in Hannover zu erleben. 

Wir verlosen 20 Tageskarten. 

Viel Glück bei den Verlosungen wünscht 

Ihr Redaktionsteam „Der Spezialist“

INFORMATION UND SERVICE 

Ihre Adresse hat sich geändert? Sie interessieren sich für Hintergründe und weitere Informationen zu einzelnen 

Artikeln des Spezialisten? Oder Sie möchten uns auf ein interessantes Thema für eine der nächsten 

Ausgaben aufmerksam machen? Dann senden Sie uns bitte eine E-Mail an: leserforum@der-spezialist.de 

Wir freuen uns auf Ihr Feedback und Ihre Anregungen! 

Ihr Redaktionsteam „Der Spezialist“ 

JA, ich möchte gerne an der Xworld-Etappe 01 

von Bremen nach Istanbul vom 8. bis 21. März 

2008 teilnehmen (An- und Abreise inklusive). 

Einsendeschluss ist der 21. Februar 2008. 

(Der Rechtsweg ist ausgeschlossen.) 

Vorname / Name 

Firma / Branche 

Abteilung 

Straße / Hausnummer 

PLZ / Ort 

Telefon / Fax 

E-Mail 

JA, ich möchte gerne eine Tageskarte 

für die CeBIT 2008 vom 4. bis 9. März in 

Hannover gewinnen. 

Einsendeschluss ist der 21. Februar 2008. 

(Der Rechtsweg ist ausgeschlossen.) 

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Straße / Hausnummer 

PLZ / Ort 

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ANTWORT 

Redaktion „Der Spezialist“ 


Airport City 

Hermann-Köhl-Straße 1a 

28199 Bremen 

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Bitte 

ausreichend 

frankieren, 

danke. 

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6008_02.2008

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