Der Spezialist - Ausgabe 08 by Brunel GmbH

4,2

AUSGABE 08 || Juni 2007

Brunel GmbH | Airport City | Hermann-Köhl-Str. 1 a | 28199 Bremen

Das Magazin für Technik und Management

verlost unter allen Teilnehmern 20 Eintrittskarten zur Formula Student Germany vom 8. bis 12. August 2007 auf dem Hockenheimring

Teilnahmekarte Die berühmte Rennstrecke in Baden-Württemberg ist Austragungsort dieses einzigartigen Rennens. Studenten schicken einen selbst konstruierten einsitzigen Formelrennwagen auf die Bahn, um damit gegen Teams aus der ganzen Welt anzutreten. www.formulastudent.de

Sven Lorenz und das U-Boot >>

Das Magazin für Technik und Management

Funky Business mit Karaoke-Kapitalismus Unkonventionelle Wirtschaftsberatung: Dr. Kjell A. Nordström im Gespräch

Unbestechliche Geschmackstester

ÜBERZEUGT?

Die Technik machts möglich: Weintest mit „künstlicher Nase“

JA, „Der Spezialist“ hat mich überzeugt! Deshalb möchte ich Ihr Magazin weiterempfehlen. Bitte nehmen Sie die auf der Rückseite aufgeführte Person in Ihren Verteiler auf.

Orgeltuning UND Chipentwicklung Leidenschaft für Kunst und Technik: Hans-Ulrich Fleer

LESERSERVICE 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“ 6007_06.2007

4,2

INGENIEURE. ARBEITEN BEI BRUNEL

JA , ich möchte gerne eine Tages-Eintrittskarte zur Formula Student Germany vom 8. bis 12. Aug. 2007 auf dem Hockenheimring gewinnen. Einsendeschluss ist der 20. Juli 2007.

Bitte ausreichend frankieren, danke.

(Der Rechtsweg ist ausgeschlossen)

impressum ›› WIR SEHEN DIE WELT MIT

AUSGABE 08 || Juni 2007

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ANDEREN AUGEN Firma / Branche Abteilung Straße / Hausnummer

REDAKTIONSANSCHRIFT

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Brunel GmbH, Redaktion „Der Spezialist“ Airport City, Hermann-Köhl-Str. 1a, 28199 Bremen redaktion@der-spezialist.de www.der-spezialist.de

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

BIT TE ÜBER ZEUGEN SIE AUCH ...

… folgende Person und senden Sie ein Exemplar „Der Spezialist“ an:

Carsten Siebeneich, General Manager Brunel GmbH

Bitte ausreichend frankieren, danke.

REDAKTION „UNSER SPEZIALIST“ SVEN LORENZ Der Mensch ist nicht für ein Leben unter Wasser geschaffen. Dennoch erledigen Taucher in enormen Wassertiefen Arbeiten an Bohrinseln, Unterwasserpipelines und -kabeln. Möglich wird das durch den Einsatz von Technik. Sven Lorenz, Dipl.-Ing. Schiffsmaschinen-Anlagenbau, ist seit 2006 bei Brunel und arbeitet in der Produktionsvorbereitung von Dräger Safety in Lübeck. Dort entsteht zurzeit ein Sättigungstauchsystem, in dem die Taucher an Bord des Basisschiffs für mehrere Tage unter simulierten Druckbedingungen, wie in 300 Metern Wassertiefe, leben können (s. S. 26–29). In einem Team mit vielen Spezialisten eine komplexe Anlage herzustellen, ist für Sven Lorenz der besondere Reiz dieser Aufgabe.

DIALOG Public Relations, Bremen GfG / Gruppe für Gestaltung GmbH, Bremen

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GESTALTUNG GfG / Gruppe für Gestaltung GmbH, Bremen

FOTOGRAFIE (COPYRIGHTS) Sofern nicht abweichend, alle Angaben als Bildnummern: Thomas Kleiner (Titel, U2, S. 5, S. 39, 25, 26, S. 41), Speakers Net (S. 4, S. 5, S. 14, 08), Corbis (01, 02, 04–07, 27, 30), BIAS Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH (03), ttz (S. 5, 09, S. 19, 10, 11), Brunel Automation, Hildesheim (S. 22, 12–14, S. 25), Dräger Safety AG & Co. KGaA (15, 17), Fotolia (18, 28), Herrenknecht AG (20), picturealliance / dpa - Report (21), Prezioso (22), Flickr / Yahoo! (23), Otto Bock (24), Trevor Baylis Brands (31), Getty (32), Mike McGregor (33)

DRUCK Druckerei Girzig + Gottschalk GmbH, Bremen

ERSCHEINUNGSWEISE 3 Ausgaben / Jahr, Auﬂage 28.000 Stück

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JA ,

editorial

DER SPEZIAL IST

AUSGABE 08 || Juni 2007

LIEBE LESERIN, LIEBER LESER, was ist eine Innovation? Der Begriff bezeichnet eine Neuerung, etwas neu Geschaffenes. Doch was ist es, was im Einzelnen neu geschaffen wird? Die Entwicklung neuer Problemlösungsansätze ist ein wesentlicher Faktor. Dies kann eine Produktinnovation sein, eine neue Technologie oder ein neues Verfahren. Doch müssen wir, um diese Frage zu beantworten, nicht schon früher ansetzen? Zum Beispiel bei den Innovationsprozessen? Sind wir etwa in der Lage, uns selbst immer wieder neu zu erschaffen, bewährte Strategien konstruktiv in Frage zu stellen? Um erfolgreich zu sein, propagiert der schwedische Managementvordenker Kjell A. Nordström ein Umdenken zu einer Kultur des Experimentierens, denn im Experimentieren liegt die Quelle der Kreativität. Mit Sicherheit beinhaltet das Experiment auch die Möglichkeit des Scheiterns. Zu Scheitern ist seiner Auffassung zufolge hierzulande noch ein Zeichen von Schwäche. Ich sehe in dieser wichtigen Erfahrung eine ganz klare Chance, aus der gewonnenen Erkenntnis heraus einen großen Schritt nach vorn zu gehen – unter Umständen in eine wegweisende Richtung, die einem ansonsten vielleicht verschlossen geblieben wäre. Von einer solchen Kultur des Experimentierens proﬁtierte auch eine ebenso einfache wie geniale Idee auf dem Weg zu ihrer technischen Umsetzung. Stellen Sie sich vor, sie könnten durch Ihre Bewegung beim Gehen die Energie für Ihre Bürobeleuchtung gewinnen. Allein dieser Ansatz verdient meiner Meinung nach den Status einer Innovation. Ob dieser Ansatz allerdings für eine breite Anwendung umsetzbar ist, wird der erste Feldversuch in London zeigen. Stolz blicken wir auf eigene erreichte Erfolge, deren Quelle der ein oder andere innovative Ansatz war. Entscheidend ist, dass wir weiterhin die Kreativität im Geiste bewahren. Lassen Sie sich also von vielen innovativen Themen in den Bann ziehen. Mit herzlichen Grüßen

General Manager Brunel GmbH

der Spezialist

kurz notiert

Eine Frage der Perspektive Die vergangenen beiden Jahrhunderte haben viele Neuentwicklungen hervorgebracht, die den Alltag bis heute prägen. Wir haben zwei Experten nach den wichtigsten Erﬁndungen und Innovationen gefragt und folgende subjektiven Einschätzungen erhalten. Dr. Kjell A. Nordström lehrt an der Stockholm School of Economics und nannte diese punktuellen Innovationen mit weitreichenden Folgen (s. S. 14–17).

Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath leitet das IAT an der Universität Stuttgart. Spath nannte Schlüsselinnovationen, die über längere Zeiträume gesellschaftliche Veränderungen nach sich zogen und den Alltag stark beeinﬂussten (s. S. 10–13).

��

�� Quellen: DW World.de, de.Wikipedia.org, Abendblatt.de

der Spezialist

��

inhalt

Der Spezialist

AUSGABE 08 || Juni 2007

Seite

history:

LÖSUNG SUCHT ANWENDUNG

50 Jahre Laser: Erﬁndung mit vielfältigen Anwendungen Seite

Im Fokus:

INNOVATIONEN SICHER ZUM ERFOLG FÜHREN

Marktpotenzial und Bedürfnisse bestimmen Innovationsmanagement Seite

Ansichtssache:

FUNKY BUSINESS MIT K ARAOKE-K APITALISMUS

Dr. Kjell A. Nordström über unterschiedliche Innovatonskulturen

› seite 14 Dr. Kjell A. Nordström, Ökonom aus Schweden, ist bekannt für seine provokanten Thesen.

Seite

Forschung & Wissenschaft:

UNBESTECHLICHE GESCHMACKSTESTER

Das ttz Bremerhaven entwickelt objektive Messmethoden für Geschmack Seite

technische projekte:

AUS ALT WIRD NEU

Brasilien: neues Leben für alte Produktionsanlagen dank Retroﬁt Seite

technische projekte:

AUF TAUCHSTATION

Arbeiten in extremen Tiefen: das Sättigungstauchsystem von Dräger Safety Seite

Aus den Branchen:

MIT DEM SCHILD VORAN

Länger, tiefer, größer: Die Tunnelbau-Projekte werden immer gigantischer Seite

Aus den Branchen:

„NIEMALS AUFGEBEN!“

Weltmeister Alejandro Albor baut Hightech-Rennräder für Handbiker

› seite 18

Seite

Mitarbeiter und Karriere:

VOM ORGELTUNING ZUR CHIPENTWICKLUNG

Die „künstliche Nase“ des ttz erkennt gute und minderwertige Weine.

Dipl.-Ing. Hans-Ulrich Fleer: IT-Spezialist und Multitalent bei Brunel Seite

querdenken:

AUF SCHRITT UND TRITT

Jeder Schritt erzeugt Energie. Doch wie wird der Gehsteig zum Kraftwerk? Seite

Panorama:

WER HÖREN WILL, MUSS KURBELN

Not macht erﬁnderisch: Informationsverbreitung mit dem Kurbelradio

Seite Seite

› seite 38 Verbindet die Leidenschaften für Musik und Technik: Brunel-Spezialist Dipl.-Ing. Hans-Ulrich Fleer im Porträt.

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Termine impressum

Extra: Brunel verlost 20 Tagestickets zur Formula Student Germany 2007 (Siehe Umschlagklappe)

der Spezialist

› 01

HISTORY

Lösung Sucht Anwendung „Light Ampliﬁcation by Stimulated Emission of Radiation“ – oder kurz: der Laser – wurde bereits 1957 von Gordon Gould beschrieben, die Grundlagen lieferte Albert Einstein 40 Jahre zuvor. Praktische Verwendung fand die Technologie jedoch erst ab Ende der 1980er Jahre.

TEXT › Klaus-Peter Berg

Die Anfänge der Lasertechnologie sind diffus und

Laser nutzen zur Erzeugung von angeregten Ato-

bei weitem nicht so strahlend wie das Laserlicht

men eine von außen einwirkende Energiequelle.

selbst. Sicher belegt ist, dass Albert Einstein im

Bei diesem als „optisches Pumpen“ bezeichneten

Jahr 1917 das Grundprinzip der Lichtstrahlberech-

Vorgang wird das Lasermaterial – Festkörper wie

nung in Formeln fasste. Er nahm an, dass auch

Rubine oder andere Kristalle, Gas, Halbleiter, Flüs-

eine „stimulierte spontane Emission von Licht“

sigkeiten – mit einer bestimmten Wellenlänge

möglich sei – ein besonderes Licht, das sozusagen

bestrahlt und bringt so überdurchschnittlich

gebändigt wird.

viele Atome in einen angeregten Zustand. Diese Vorgänge laufen in der optischen Verstärkerein-

LAWINENARTIGE KETTENREAKTIONEN

heit des Lasers ab. Dieser Resonator ist ein System aus zwei parallelen Spiegeln, zwischen denen die

Das Grundprinzip der spontanen Emission von

Photonen hin und her geworfen werden und die

Licht folgt physikalischen Gesetzen: Atome, Mole-

Prozesse im Verstärker vervielfältigen. Nur der

küle und Ionen kommen in verschiedenen Ener-

Spiegel auf der Seite des Laseraustritts ist zu einem

giezuständen vor. Wird ein Atom durch Bestrah-

marginalen Prozentsatz lichtdurchlässig. Die dort

lung auf ein höheres Energieniveau gebracht,

austretenden Wellen bilden den Laserstrahl.

geht es nach einer gewissen Zeit wieder in seinen

So weit die Theorie. Erste experimentelle Nach-

energetisch niedrigeren Normalzustand über. Bei

weise, dass eine stimulierte Emission möglich

diesem Übergang gibt das angeregte Atom die

ist, gab es schon früh. Doch erst 1957 kreierte der

Anregungsenergie in Form von Photonen (von

US-amerikanische Physiker Gordon Gould den

griechisch „phos“ = Licht) ab, die so genannte

Begriff „Laser“. Er erklärte die Wirkungsweise

spontane Emission. Diese Photonen sind ihrer-

und schrieb sie als „Light Ampliﬁcation by Sti-

seits in der Lage, andere Atome zu Strahlungse-

mulated Emission of Radiation“ in seinen Notiz-

missionen anzuregen. Das wird als stimulierte

büchern nieder. Damals forschte der Student der

Emission bezeichnet. Sowohl die spontan als auch

Columbia Universität gemeinsam mit seinem

die stimuliert freigesetzten Photonen stimmen

Lehrer Charles H. Townes. Doch ohne einen Pro-

in Energie, Ausbreitungsrichtung und Wellen-

totypen der von ihm entwickelten Laserapparatur

länge überein. Gemeinsam können beide Photo-

glaubte Gould, kein Patent zu bekommen. Nur

nenarten noch mehr Atome zur Strahlungsemis-

ein Jahr später veröffentlichte Charles H. Tow-

sion anregen. Eine lawinenartige Kettenreaktion

nes mit seinem Schwager Arthur L. Schawlow

beginnt.

eine Patentschrift über die theoretischen Funk-

› 01 Charles H. Townes erhielt 1960 zusammen mit Arthur L. Schawlow das erste Patent auf das Funktionsprinzip des Lasers. 1964 folgte der PhysikNobelpreis für die Entwicklung des Lasers.

der Spezialist

HISTORY

Arbeit basierten. Dabei hatte Schawlow selbst noch 1962 Laseranwendungen angezweifelt. „Der Laser ist eine Lösung auf der Suche nach einer Anwendung“, formulierte er. Denn die Nutzungsmöglichkeiten waren in den frühen 60er Jahren noch recht bescheiden. Aufgrund zu geringer Energiezufuhr und der genutzten Medien – Kristalle oder Gläser – war der Wirkungsgrad marginal. Aber in der Optik und hier insbesondere bei der Entwicklung der Holograﬁe spielte der Laser fortan eine immer größere Rolle. Mit der Entwicklung der Halbleiter-, Flüssigkeitsund Gas-Laser wuchs das Anwendungsspektrum enorm an. In den späten 1980 ern ermöglichte die Halbleitertechnologie immer langlebigere, hoch-

› 02

effektive Halbleiter-Laserdioden, die mit kleiner Leistung in CD-Laufwerken oder in GlasfaserDatennetzen eingesetzt wurden. Denn je nach Material können die Laserstrahlen in unterschiedlichen Wellenlängen emittieren und sind somit

tionsprinzipien des Lasers und erhielt am 22. März

vielfältiger einsetzbar.

1960 ein erstes Patent darauf. Aber weder Townes

„Mit dem Laser ist heute in der Tat fast alles

noch Schawlow hatten die grundlegende Idee (die

möglich“, unterstreicht auch Professor Dr.-Ing.

hatte Einstein formuliert und Gould entwickelt), noch bauten sie die erste Laserapparatur. Denn die konstruierte im selben Jahr der amerikanische Physiker und Techniker Theodore Maiman gemeinsam mit dem russischen Physiker Nikolai Basov.

ZUNÄCHST WENIG NUTZUNGSMÖGLICHKEITEN FÜR DEN LASER Gordon Gould fühlte sich, was die „Vaterschaft“ am Laser betrifft, hintergangen und beanspruchte das millionenschwere Patent für sich. Doch erst 28 Jahre nach der Patentierung durch Townes und Schalow bekam er 1988 in letzter Instanz vor einem Gericht in Florida Recht. Die ihm gebührende Ehre wurde dem eigentlichen Vater der Lasertechnik jedoch nicht zuteil. Denn nicht er, sondern Townes, Schawlow, Basov und andere bekamen 1964 die Nobelpreise für Physik, die eigentlich auf seiner

der Spezialist

JAMES BOND UND DER LASER Schon 1965 spielte eine Laserstrahl-Kanone die erste Hauptrolle in Ian Flemings James-BondKlassiker „Goldfinger“ – obwohl die Lasertechnik gerade erst erfunden war. Ob sie möglicherweise die Phantasie der Ingenieure beflügelte, lässt sich nicht beweisen. Immerhin zeigte hier Regisseur Guy Hamilton sensationelle Vorahnungen einer Technik, die damals noch in den Kinderschuhen steckte. In Flemings Roman, erschienen 1959, sollte Bond noch mit einer Kreissäge auf einem Goldblock zerteilt werden. Hamilton ersetzte sie durch eine Laserkanone. Zufällige dramaturgische Eingebung oder Weitsicht? Und auch der Gag des Weltraum-Lasers im Bond-Film „Diamantenfieber“ – mithilfe von Sonnenenergie kann jedwedes Ziel auf dieser Welt mit einem Laserstrahl aus dem All vernichtet werden – ist keine Illusion mehr. Jules Verne lässt grüßen.

› 02 Gordon Gould († 16.9.2005) sah sich Zeit seines Lebens als „Vater des Lasers“ und bekam 1988 tatsächlich das Patent zugesprochen.

› 03 Frank Vollertsen, Leiter des Bremer Instituts für

Techniken sind das Fixieren der Augennetzhaut

angewandte Strahltechnik (BIAS) an der Universi-

oder das gezielte Abtragen der Augenhornhaut,

tät der Hansestadt. „Die Erﬁndung des Lasers hat

um Weit- oder Kurzsichtigkeit zu korrigieren.

es eigentlich nicht verdient, sie durch den Patent-

Ebenso werden bereits Steinzertrümmerungen

streit negativ zu belegen. Denn sie ist besonders

sowie das Abtragen von Warzen und Melanomen

für den Industriestandort Deutschland immens

von der Haut und von Karzinomen im gynäkolo-

wichtig. Wesentliche Weiterentwicklungen der

gischen, Bronchial- oder Magen-Darm-Bereich

Lasertechnologie sind deutschen Forschern ge-

praktiziert.

lungen.“ Vor allem die Erhöhung des Wirkungs-

Die Laser-Technologie ist zu einem unverzicht-

grades bei gleichzeitiger Reduzierung der Ener-

baren Werkzeug in Forschung und Technik her-

giezufuhr steht derzeit im Fokus der Laserweiter-

angereift. Ob als riesiger, wassergekühlter Laser

entwicklung.

für Schweißarbeiten oder als stecknadelgroßer Diodenlaser, der einem CD- oder DVD-Spieler erst

UNGEAHNTES POTENZIAL FÜR FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG

Töne und Bilder entlocken kann. Die Bandbreite erweitert sich dank des unermüdlichen Forschergeistes stetig. Vor 50 Jahren hätte sich niemand

Die Highlights der Lasertechnologie spielen sich

diese Quantensprünge der Entwicklung träumen

heute in der Laserchemie und der Medizin ab. Je

lassen.

nach Wellenlänge, Energie und Pulsfrequenz wird biologisches Gewebe koaguliert (geronnen) oder vaporisiert (verdampft). Besonders das Koagulieren wird erfolgreich in der Chirurgie bei stark durchbluteten Organen angewandt. Etablierte

› 03 Ein Argon-WasserstoffMethan-Plasma wird im Fokus eines Hochleistungslaserstrahls gezündet.

INFO In der Laserchemie werden chemische Reaktionsabläufe mit Hilfe moderner Ultrakurzzeit-Laserspektroskopie analysiert. Reaktionen offenbaren so eine Reihe von Zwischenstrukturen, auf die steuernd eingewirkt werden kann, um die Efﬁzienz chemischer Umwandlungen zu steigern.

der Spezialist

IM FOKUS

Innovationen sicher zum erfolg führen Ob eine neue Technologie den Markt erobert, hängt auch von der Attraktivität der Anwendungen ab. Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath und Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier sprachen mit dem Spezialisten über erfolgreiches Innovationsmanagement. TEXT › Marco Heinen

„Innovation ist nicht nur etwas Neues, eine Idee

komprimiert werden konnten. Doch erst Apple ist

oder eine Erﬁndung. Entscheidend sind die erfolg-

es gelungen, die Technik mit dem iPod, der Soft-

reiche Umsetzung und Durchsetzung am Markt“,

ware iTunes und einer Netzwerkversorgung für

erläutert Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath, Leiter des

das Downloaden von Musik aus dem Internet zu

Instituts für Arbeitswissenschaft und Technolo-

einer Innovation weiterzuentwickeln, die über

giemanagement (IAT) der Universität Stuttgart,

das zu Grunde liegende Kompressionsverfahren

der sich damit die Deﬁnition des Ökonomen

weit hinausgeht. „Mit dem iPod ist ein Nutzen

Joseph Schumpeter zu eigen macht. Spath nennt

entstanden, den die Kunden akzeptieren und dem

als prominentes Beispiel den iPod des Compu-

ein riesiger Markterfolg beschieden ist“, so Spath.

ter-Herstellers Apple. Zunächst gab es nur die

Inzwischen erlaubt die komfortable Handhabung

Basistechnologie, mit der Akustik-Daten stark

sogar, ganze Plattensammlungen in eine Hosentasche zu stecken.

PORTRÄT Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath ist Leiter des Instituts für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (IAT) der Universität Stuttgart. Zugleich ist er Vorstandsmitglied des Konvents für Technikwissenschaften (acatech), einer Kommunikationsplattform für Forscher naturwissenschaftlichtechnischer Disziplinen.

ZUM TECHNOLOGIE-PUSH MUSS DER MARKTPULL HINZUKOMMEN Eine sehr viel größere Bandbreite an Innovationsschritten als beim iPod kennzeichnet den Bereich der Lasertechnik. Laser gibt es bereits seit 50 Jahren, doch innovativ im Sinne der Deﬁnition waren nach Spaths Einschätzung erst die sehr unterschiedlichen Anwendungen, die im Laufe der Zeit dazukamen, von einfachen Produkten wie dem Laserpointer bis hin zum Laserschneider als Werkzeug in der Industrie. Doch solche Erfolge sind keine Selbstläufer. „Man kann nicht einfach eine Technologie entwickeln und dann hoffen, dass man eine Anwendung dafür ﬁndet“, sagt Spath. „Es muss im Zusammenhang mit neuen Funktionen, die eine Technik liefert, auch ein Bedürfnis dafür geweckt werden. Das heißt,

der Spezialist

› 04 Der iPod von Apple trat im Jahr 2001 seinen Siegeszug um die Welt an und fand selbst fernab der Medien und der Marktwirtschaft viele Fans.

› 04

IM FOKUS

zu integrieren. So baute etwa die Werkzeugmaschinenindustrie mikroelektronische Steuerungen in ihre Geräte ein, die Büroautomatisierung nahm zu und die Fahrzeugindustrie entwickelte Zusatznutzen, die auf mikroelektronischer Steu-

PORTRÄT

erung beruhten. Aus modernen Fahrzeugen beispielsweise sind mikroelektronische Steuerungs-

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier ist seit 1990 Professor für Rechnerintegrierte Produktion am Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn. Zu seinen Schwerpunkten zählen unter anderem Strategische Produktplanung und Innovationsmanagement sowie Strategisches Produktionsmanagement.

elemente kaum mehr wegzudenken, sei es bei der Benzin-Einspritzanlage, dem Bremsdruckassistenten oder der Auslösesteuerung für den Airbag. „Es ist immer die Frage, wann der Druckpunkt für die Nachfrage entsteht, und weniger, ob eine Gesellschaft reif für eine Entwicklung ist. Entscheidend ist, dass Nutzen und Aufwand in ein gutes Verhältnis zueinander kommen“, sagt Spath.

PLANBAR IST NUR DER PROZESS, DER DIE CHANCE ZU INNOVATIONEN SCHAFFT Doch Innovationen lassen sich nur schwer planen. es muss zu diesem Technology-Push auch ein

„Planbar ist lediglich ein Prozess, der eine gute

Market-Pull hinzukommen.“ Anders ausgedrückt:

Chance hat, zu Innovationen zu führen.“ Kon-

Der Technologie-Impuls muss durch einen Nach-

krete Strategien lassen sich indes nicht pauschal

frage-Sog seitens des Marktes ergänzt werden.

formulieren. Es gibt jedoch methodisch sinnvolle

Notwendig ist laut Spath ein möglichst frühzei-

Analyseinstrumente, wie etwa den Entwurf von

tiger Dialog zwischen der Forschung und dem

Entwicklungsszenarien oder das so genannte

Markt, da die Kunden keine Anforderungen an

Roadmapping, anhand dessen die Entwicklungs-

eine Technik stellen können, die ihnen bis dato

pfade von Technologien in die Zukunft hinein pro-

unbekannt ist. Je früher dies innerhalb einer

gnostiziert, analysiert und visualisiert werden.

Technologieentwicklung geschieht, desto besser

„Das Bewusstsein in den Unternehmen dafür,

kann die Entwicklung den Bedürfnissen ange-

dass wir an unserem verhältnismäßig teuren

passt werden. Und desto eher kann man erhoffen,

Standort die Standards und den Erfolg nur über

dass damit tatsächlich Innovationen entstehen.

durchschlagende Innovationen halten können,

Wie der Prozess zur Etablierung einer Inno-

der Spezialist

wächst.“

vation abläuft, beschreibt der Wissenschaftler

Doch es gibt auch viele Unternehmen, die ledig-

am Beispiel der Mikroelektronik. Zwar war das

lich mit kleinen Entwicklungsschritten Anschluss

Potenzial der Mikroelektronik lange erkennbar,

an die Branche zu halten versuchen, was in der

mit einem Mal stiegen dann jedoch die Umsätze

Fachsprache als „inkrementelle Falle“ bezeichnet

signiﬁkant an. Es waren nicht mehr nur Start-up-

wird. Spaths Erfahrung nach „reicht dies meist

Unternehmen, die sich dieser Technik bedienten,

nur, um sich die Spielberechtigung für den Markt

sondern auch etablierte Firmen mit guter Markt-

zu erhalten“. Erst die Bereitschaft, um die Ecke zu

positionierung und breiten Vertriebsstrukturen

denken und einen größeren Sprung zu wagen,

begannen, die Technik in ihr bestehendes Geschäft

führt zu nachhaltigem Erfolg.

IM FOKUS

Ein erfolgreiches Technologie- und Innovations-

ber hinaus ist es immens wichtig, betriebsintern

management verfolgt nach Einschätzung von

zu kommunizieren, warum andere Vorschläge

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier vom Heinz Nix-

nicht weiter verfolgt werden. „Wenn Mitarbeiter

dorf Institut der Universität Paderborn daher

das Gefühl haben, ihre Ideen verschwinden in

zwei wesentliche Ziele: Zum einen muss sich

einem großen Bermudadreieck, dann versiegt der

das Management überhaupt erst einmal Gedan-

Ideenstrom bald.“ Im Erfolgsfall wiederum sollte

ken über das Geschäft der Zukunft machen. „Das

auch bekannt gegeben werden, wer der Vater des

bleibt im operativen Geschäft viel zu oft auf der

Gedankens war. „Nichts motiviert mehr als der

Strecke“, so Gausemeier.

Erfolg“, meint Gausemeier. Mit Blick vor allem auf kleine und mittlere

DAS MANAGEMENT MUSS SICH AN DIE SPITZE DER BEWEGUNG SETZEN

Unternehmen empﬁehlt er außerdem, das Ideenmanagement zu institutionalisieren, und zwar nach Möglichkeit mit Hilfe erfahrener externer

Zum anderen bedarf es eines systematischen Ide-

Berater. Insbesondere bei inhabergeführten Fir-

enmanagements, bei dem die Vielzahl von Ideen

men bestehe sonst die Gefahr, dass mit dem Aus-

seitens der Mitarbeiter auf ihre Chancen und Risi-

scheiden der oftmals besonders innovativ den-

ken überprüft wird. „Wir sprechen da von einem

kenden Unternehmerpersönlichkeiten etwa aus

Ideentrichter, also einem Prozess, bei dem am

Altersgründen eine sehr große Lücke entsteht, die

Ende die Dinge herauskommen, die viel verspre-

nur schwer zu schließen ist. Hilfreich sei außer-

chend sind und in die es zu investieren lohnt.“

dem, wenn kleinere Firmen stärker mit den Hoch-

Das Management muss sich dann an die Spitze

schulen zusammenarbeiteten. „Da gibt es viel zu

der Bewegung setzen und darf so ein Projekt nicht

oft Berührungs- und Schwellenängste“, hat Gau-

in der Hierarchie nach unten delegieren. Darü-

semeier festgestellt.

› 05 Die Auslösesteuerung von Airbags wird von Microprozessoren gesteuert. Gerade die Automobilindustrie ist ein „early adapter“ von technischen Innovationen.

› 05 der Spezialist

Ansichtssache

Funky Business mit Karaoke-Kapitalismus Der schwedische Wirtschaftswissenschaftler und Berater Dr. Kjell A. Nordström ist bekannt für provokante Thesen. Mit dem Spezialisten sprach er über Innovationskulturen von Unternehmen und das Zusammenspiel von Management und Entwicklern. INTERVIEW › Daniel Günther

Der Spezialist: Was steckt hinter dem Begriff

Nordström: Die meisten Unternehmen vermei-

Karaoke-Kapitalismus?

den Risiko. Unternehmerische Aktivitäten waren bis weit in die 1980er Jahre durch „exploitation“

Kjell A. Nordström: Immer mehr Produkte glei-

geprägt. Das meint nicht anderes als „sale more

chen einander. Unternehmen entwickeln weni-

of the same“. Eine Erﬁndung, egal ob Produkt oder

ger wirkliche Neuheiten und bringen stattdessen

Dienstleistung, wurde also über zehn, 20 oder

Produkte auf den Markt, die es in ähnlicher Form

sogar 30 Jahre hinweg immer wieder ein biss-

bereits gibt. Es entsteht ein Einheitsbrei. Diese

chen verbessert, statt etwas grundlegend anderes

Entwicklung nennen wir Karaoke-Kapitalismus.

zu entwickeln. Doch was heute geschieht, ist ein Wandel von „exploitation to creation“. Kreativität

Der Spezialist: Welche Auswirkungen bringen

und Gestaltung werden zu zentralen Elementen.

diese Veränderungen mit sich?

Es gilt Dinge auszuprobieren, zu experimentieren.

Nordström: Es führt zu einer Situation, die in der

Der Spezialist: Aber ein Experiment kann auch

Wirtschaftsliteratur bisher kaum beschrieben

scheitern.

wurde. Der Normalfall war, dass Unternehmen beispielsweise über einzigartige Technologien

Nordström: Natürlich gibt es die Gefahr, zu schei-

verfügten. Aber heute arbeiten alle mit den glei-

tern. Und genau bei diesem Risiko liegt ein großes

chen Technologien. Auf diese ganz neue Form von Konkurrenz sind die meisten Unternehmen nicht vorbereitet. Ein gutes Beispiel ist die Siemens Mobiltelefonsparte: Der Konzern mit seinen langen Traditionen landete plötzlich in einer Branche, in der ein Produktvorsprung am Markt höchstens zwei Monate währt. Das war ein Schock für Siemens. Der Spezialist: Kreativität spielt Ihrer Meinung nach eine große Rolle für den Erfolg eines Unternehmens. Wie wird man kreativ?

der Spezialist

PORTRÄT Kjell A. Nordström ist Doktor der Ökonomie und lehrt an der Stockholm School of Economics. Er ist weltweit als Berater gefragt. Seine wichtigsten Publikationen sind die Bücher „Funky Business“ und „Karaoke-Kapitalismus“.

› 06 Problem in Europa. Die meisten Unternehmens-

rechnet das Unternehmen mit einer Rücklauf-

strukturen sind nicht dafür gemacht, mit Miss-

quote von bis zu 25 Prozent. Das heißt, Sie und ich

erfolgen umzugehen. Stattdessen werden Mitar-

rufen bei Problemen den Kundendienst an und

beiter, die nicht erfolgreich sind, entlassen oder

übernehmen durch unser Feedback einen Teil der

unter Druck gesetzt. In Silicon Valley hingegen

Entwicklungsarbeit. So steigert das Unternehmen

gibt es eine Misserfolgskultur. Wenn dort jemand

die Geschwindigkeit der Modellentwicklung.

scheitert, erfährt er Respekt und Anerkennung

Es wird nicht der Entwicklungschef entlassen,

für den Versuch. Die europäische Sichtweise ist

sondern dahinter steckt die Logik, Fehler zuzulas-

geprägt von Erfolgssucht. Missglückt ein Projekt,

sen und einzuplanen. Was ja auch nur zu mensch-

zeigt man mit dem Finger auf das Unternehmen

lich ist, schließlich lernen wir von Kindesbeinen

und die beteiligten Personen. Scheitern ist ein

an durch „trial and error“. Genauso sollten Mit-

Zeichen von Schwäche und nicht wie in den USA

arbeiter ermuntert werden, Dinge zu versuchen,

ein Zeichen von Stärke.

aber auch schnell abzubrechen, wenn es nicht

› 06 Ideen zu entwickeln und auch wieder zu verwerfen, ist Teil jedes Innovationsprozesses.

gut läuft. Die Amerikaner nennen das „fail

FEHLER ZULASSEN UND EINPLANEN

faster“.

Der Spezialist: Haben die Europäer nicht in den

Der Spezialist: Das Experimentieren soll also zur

vergangenen Jahren dazugelernt?

Methode gemacht werden?

Nordström: Doch, seit Ende der 1990er Jahre ist

Nordström: Ja, die Unternehmen müssen weg von

Bewegung in die Wirtschaft gekommen. Wenn

der Vorstellung, etwas beim ersten Mal komplett

Nokia heute ein neues Mobiltelefon herausbringt,

fehlerfrei umzusetzen, und hin zu Experimen-

der Spezialist

Ansichtssache

ten und einem kontinuierlichen Fluss von Tests.

schenmenschlichen Konﬂikten konfrontiert ist.

Daraus ergeben sich dann auch Konsequenzen,

Früher war es so, dass der beste Ingenieur der Chef

wie etwa ein verändertes Mitarbeiter-Recruiting,

wurde. Heute genügt die fachliche Kompetenz

neue Modelle der Vergütung und des Marketings

allein nicht mehr. Der Chef einer Zeitung muss

sowie veränderte Formen der Motivation von Mit-

kein Journalist sein, sondern ein guter Manager.

arbeitern.

Drittens muss ein Manager in jeder Hinsicht ein guter Kommunikator sein.

Der Spezialist: Warum glauben Sie, dass die klassischen Managementmodelle nicht ausreichend

Der Spezialist: Was bedeutet es, als Manager

Kraft geben, um innovativ zu sein?

„Häuptling“ und „Indianer“ zugleich zu sein?

Nordström: Die meisten greifen das Thema

Nordström: Arbeit wird heute meist in Projekt-

Innovationen gar nicht auf. Dort geht es haupt-

form organisiert. Für jedes Projekt gibt es einen

sächlich darum, die Produktion zu optimieren und

Projektleiter, der diese Position aufgrund sei-

die Efﬁzienz zu steigern, die Qualität zu verbes-

ner Kompetenzen und Erfahrungen besetzt. Ein

sern und Marken zu stärken. Kurz gesagt geht es

Vorgesetzter, der sonst in höherer Position arbei-

dort nur darum: Do more of the same and a little

tet, könnte also in einem Projekt seinem Ange-

bit better.

stellten unterstellt sein. Es ﬁndet ein Rollenwechsel zwischen „Häuptling“ und „Indianer“ statt.

INNOVATION LIEGT IN DER VERANTWORTUNG ALLER

Das verlangt vom Vorgesetzten die Bereitschaft, diesen Positionswechsel anzuerkennen und sich unterzuordnen.

Der Spezialist: Wer sollte in Unternehmen die treibende Kraft für Innovationen sein, das Management oder die Produktentwickler?

› 07 Den Sprung wagen: Nur wer bereit ist, Risiken einzugehen, kann neue kreative Lösungen ﬁnden.

Nordström: Die Produktentwicklung darf nicht vom Rest des Unternehmens isoliert sein. Innovationen liegen in der Verantwortung aller, die in einem Unternehmen tätig sind. Egal ob Verkauf, Management oder Konstruktion und Kundendienst, alle sind Teil der Innovationsentwicklung. Es geht also nicht um die eine Innovation, sondern um einen fortlaufenden Prozess. Der Spezialist: Was macht einen Manager zu einem guten Manager? Nordström: Erstens muss er ein sehr guter Problemlöser sein, also in kürzester Zeit alle denkbaren Probleme lösen und Entscheidungen fällen. Zweitens muss ein Manager eine hohe soziale Intelligenz mitbringen, weil er ständig mit zwi-

der Spezialist

› 07

ANSICHTSSACHE

› 08 Der Spezialist: Was sind Ihrer Meinung nach die

internationalisiert. Es spielt keine Rolle, ob ich

größten Managementfehler?

einen Deutschen oder einen Kanadier trainiere. Kleine Unterschiede gibt es natürlich noch. Aber

Nordström:

Historisch gesehen ist das so ge-

es zeigt, dass wir Menschen uns recht gleich sind

nannte Social Engineering völlig schief gelaufen.

und meine Hypothese ist, dass sich die Unter-

Dabei wird davon ausgegangen, dass Menschen

schiede zukünftig minimieren werden.

wie eine Maschine mit Regeln und Gesetzmäßigkeiten funktionieren. Aber wir Menschen sind

Der Spezialist: Herr Nordström, haben Sie vielen

nicht linear, wir sind verschieden, wir sind emo-

Dank für das Gespräch.

› 08 Dr. Kjell A. Nordström will Denkanstöße geben, auch durch provokante Thesen.

tional, wir sind ungeduldig, folgen in unserem Verhalten also keinesfalls planbaren Regeln. Das Konzept der mechanischen Führung, sprich das Steuern und Kontrollieren von Menschen mit unmittelbaren logischen Konsequenzen, konnte somit nicht funktionieren. Der Spezialist: Ist Management bereits globalisiert oder ist es nach wie vor von nationalen Unterschieden geprägt? Nordström: Sport ist ein schönes Beispiel für die Globalisierung von Management. Die Methoden, die dort verwandt werden, sind weitestgehend

der Spezialist

› 09

Forschung & Wissenschaft

Unbestechliche Geschmackstester Die Beurteilung von Geruch und Geschmack war bisher oft subjektiv und von persönlichen Vorlieben geprägt. Im Bremerhavener Technologie-Transfer-Zentrum (ttz) wurde jetzt ein Verfahren entwickelt, um Lebensmittel objektiv zu beurteilen. TEXT › Dr. Ralf Schrank

Jetzt ist wissenschaftlich erwiesen, was manche Konsumen-

und einen aus dem Fachhandel. Das

ten schon immer vermutet haben, aber einige auch nicht

Projekt bestand aus drei Phasen:

wahrhaben wollen: Es gibt ihn tatsächlich – den feinen und

Bei der quantitativen deskriptiven

oft gar nicht so kleinen Qualitätsunterschied zwischen billi-

Analyse ging es zunächst darum,

gen Nahrungsmitteln beim Discounter und den teureren beim

die Geschmacks- und Geruchswahr-

Fachhandel. Jedenfalls für Rieslingweine aus drei deutschen

nehmungen von Probanden auf

Anbaugebieten hat das Technologie-Transfer-Zentrum (ttz)

reproduzierbaren

Bremerhaven genau das in seinem zweijährigen Projekt

len abzubilden. In der zweiten Phase

„Expersens“ kürzlich zweifelsfrei nachgewiesen.

wurden die getesteten Weine einer hochempﬁndlichen

GESCHMACK UND GERUCH SETZEN SICH AUS ÜBER 1.000 INHALTSSTOFFEN ZUSAMMEN

Bewertungsska-

chemischen

Analyse unterzogen. In der dritten Phase galt es, die Datensets zu korrelieren.

Das Projekt beschritt wissenschaftliches Neuland. Werner Mlod-

In der ersten Phase des Projekts

zianowski, ttz-Geschäftsführer und Expersens-Projektleiter, be-

wiesen sieben Weinexperten jedem

zeichnet es als diskriminierende Lebensmittelanalyse, ein Zusam-

Wein ein eindeutiges, reproduzier-

menspiel von menschlicher Sensorik und chemischer Analytik.

bares Eigenschaftsproﬁl zu. Dabei

„In einem Pilotprojekt wollten wir zeigen, dass das subjektive

bewerteten sie die Intensität von

Qualitätsurteil von Konsumenten durchaus mit den objektiven

Geschmacks- und Geruchsattribu-

Messergebnissen chemischer Analytik korrelieren kann.“ Eine

ten wie Säure, Süße, Zitrone, grüner

wichtige Erkenntnis aus dem Projekt sei gleich vorweggenom-

Apfel – aber auch bitter, faule Nuss

men: Die Korrelation gelingt nur, wenn die Sinne der Probanden,

oder Gras mit Noten zwischen

die Qualität beurteilen sollen, zunächst trainiert und geschärft

null und fünf. Übereinstimmend

werden. Unsere Sinne sind offensichtlich durch Einheitsnah-

beurteilten die Probanden die Dis-

rung, Fertiggerichte, Fast Food, Treibhausgemüse, Umweltein-

counter-Weine als eher ﬂach mit

ﬂüsse und vieles mehr so abgestumpft, dass wir Unterschiede

Fehlnoten, während sie die Fachhan-

in Geschmack und Geruch gar nicht mehr auf Anhieb wahrneh-

delsweine als fruchtdominiert mit

men. So brauchte es ein zehntägiges sensorisches Training, bis

balanciertem Säure-Süße-Verhältnis

auch Weinlaien geschmackliche Nuancen erkannten.

einstuften.

Als Untersuchungsobjekt wählten die ttz-Wissenschaft-

Welche Substanzen aber sind es,

ler sechs Riesling-Paare – je einen Wein aus dem Supermarkt

die diese Aromen im Wein verur-

PORTRÄT Dipl.-Kfm. Werner Mlodzianowski ist seit 1993 Geschäftsführer des Technologie-Transfer-Zentrums Bremerhaven (ttz). Mlodzianowski studierte in Dortmund und Salamanca Ökonomie, Biologie und Chemie. Bevor er die Leitung des ttz übernahm, war er in leitender Position im Bereich Marketing eines DAX-Unternehmens tätig.

› 09 Mit dem Gaschromatographen kommen die Forscher den unverwechselbaren Geschmacksproﬁlen auf die Spur.

der Spezialist

Forschung & Wissenschaft

sachen? Ein Wein enthält über 1.000 verschiedene organische

Ladungs- / Masseverhältnis trennen

Inhaltsstoffe. Immerhin einige 100 davon sind so geruchs- und

und mit einem Sekundärelektronen-

geschmacksintensiv, dass sie sein Eigenschaftsproﬁl bestim-

verstärker zählen lassen.

men. Diese Inhaltsstoffe galt es, in der zweiten Phase quan-

Die Expersens-Forscher nutzten

titativ zu erfassen. Dazu diente ein Gaschromatograph mit

noch eine zweite Analysemethode:

massenselektivem Detektor – eine Anordnung, die eine sehr

Über einen olfaktorischen Detek-

schnelle und hochempﬁndliche Analyse ermöglicht. Zur gas-

torport am Ende der Säule konnte

chromatographischen Trennung eines Probengemischs presst

ein geübter Mensch die einzelnen

man die verdampfte Probe mit einem Trägergas durch eine

Komponenten

temperierte Kapillare, die innen mit einer „stationären Phase“

Konzentration und Geruchsschwell-

beschichtet ist. Flüchtige, leicht siedende Bestandteile durch-

wert ausreichend hoch waren. Vor

laufen die Säule schneller als höher siedende, weil sie sich in

allem mit Hilfe dieses „Snifﬁng Port“

der stationären Phase weniger gut verteilen. Speziﬁsche Wech-

gelang die Zuordnung einzelner che-

selwirkungen zwischen einzelnen Bestandteilen und der stati-

misch identiﬁzierter Aromastoffe zu

onären Phase können die Trennwirkung weiter verbessern.

den in der ersten Phase bestimmten

„erriechen“,

sofern

Geschmacks- und Geruchsattributen.

CHEMISCHE „FINGERPRINTS“ HELFEN BEI DER QUALITÄTSKONTROLLE DER PRODUKTE

Bekannt ist zum Beispiel, dass das Bouquet fruchtiger Weine ganz wesentlich durch Terpene bestimmt

› 10 Durch die Auswertung und den Vergleich der Daten aus dem Gaschromatographen wird der individuelle Fingerabdruck jedes Weines sichtbar.

Auf diese Weise lässt sich das komplexe Aromengemisch eines

wird. Terpene sind Hauptbestand-

Weins in Hunderte von Komponenten zerlegen, die den Gas-

teile der „ätherischen Öle“, die auch

chromatographen im Verlauf von etwa einer Stunde nacheinan-

Parfüms und kosmetischen Produk-

der verlassen. Am Ende der Säule kann dann Konzentration und

ten ihren unwiderstehlichen Geruch

chemische Konstitution der einzelnen Komponenten bestimmt

verleihen. Expersens zeigte, dass für

werden. Zum Beispiel mit einem massenselektiven Detektor, in

die blumige, fruchtige Note eines

dem organische Moleküle durch Elektronenstoß-Ionisation zer-

Rieslings vor allem das Terpen Lina-

schlagen werden. Dabei entsteht ein für jedes Molekül typisches

lool verantwortlich ist. Tatsächlich

Spektrum von (geladenen) Bruchstücken, die sich nach ihrem

enthielten

die

Fachhandelsweine

dieses Terpen deutlich konzentrierter als die Discounter-Weine. Diese konnten dafür mit mehr Neroloxid aufwarten – einem Oxidationsprodukt des Linalools, das bei der vorzeitigen Alterung eines Weins entsteht. Dies sind einfache Beispiele. In der Regel, so zeigte Expersens, prägt jeweils ein ganzes Ensemble von organischen Verbindungen ein bestimmtes Geschmacks- und Geruchsattribut. Jedes Attribut hat seinen

› 10

„ﬁngerprint“. In einer Datenbank haben die Bremerhavener Forscher „ﬁngerprints“ und Attribute korre-

der Spezialist

Forschung & Wissenschaft

› 11 Menschliche Geschmackstester haben persönliche Vorlieben – technische Analyseverfahren machen die Beurteilung objektiver.

› 11 liert. Das Ziel der diskriminierenden Lebensmittelanalyse ist

rende Lebensmittelanalyse Einzug in

zumindest für Rieslingweine erreicht: Die objektive chemische

die Industrie hält, dürften allerdings

Analyse erlaubt verlässliche Aussagen über ihre Qualität.

noch vier oder fünf Jahre vergehen: Dazu muss der Preis für Analysege-

ALS NÄCHSTES WERDEN K AFFEE, TEE UND FRUCHTSÄFTE UNTER DIE LUPE GENOMMEN

räte und Auswertungssoftware mindestens auf ein Drittel der heutigen Anschaffungskosten fallen.

Die Punktesysteme der führenden Weinkritiker wie des Amerikaners Robert M. Parker, des Schweizers René Gabriel oder des Briten Michael Broadbent sieht Projektleiter Mlodzianowski mit Gelassenheit. Sicher ist, dass auch sie sich irren können, und dass ihre Urteile von persönlichen Vorlieben (und vielleicht auch von persönlichen Interessen) beeinﬂusst werden. In den USA beraten inzwischen clevere Dienstleister Weingüter, wie sie ihre Weine durch bestimmte Anbau- und Kellertechniken „parkerisieren“ können, damit sie im Parker-System besser abschneiden und höhere Preise erzielen. „Wir brauchen viel mehr Objektivität in der Bewertung der Qualität von Lebensmitteln“, meint Mlodzianowski. Mit der Objektivität steige auch die Bereitschaft, für mehr Qualität auch mehr Geld auszugeben. So sind die nächsten Schritte schon geplant: Kaffee, Tee und Fruchtsäfte will das ttz Bremerhaven demnächst unter die Lupe nehmen. Bis die diskriminie-

der Spezialist

technische projekte

Aus alt wird neu Eucatex S/A produziert im brasilianischen Botucatu Holzwerkstoffe. Eine Spanplattenfertigungsstraße wurde dort jetzt grundlegend modernisiert. Ausstoß, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit verbesserten sich so maßgeblich. TEXT › Torsten Hansen

Maschinen sind bekanntlich das Rückgrat eines

vor Ort umgesetzt. Zu den Retroﬁt-Spezialisten,

jeden Produktionsvorgangs. Wenn Maschinen

die mit der Modernisierung diverser Anlagen

und Anlagen auch nach Jahren noch zuverläs-

bereits weltweit für Brunel Automation im Ein-

sig ihre Arbeit verrichten, zeigen sich doch mit

satz waren, zählen Wolfgang Kuhlmann und Udo

zunehmendem Verschleiß häuﬁg Risiken im Hin-

Voß. Vor einiger Zeit kehrten sie aus Brasilien

blick auf die Zuverlässigkeit der Steuerung und

zurück, wo sie eine Spanplattenfertigungsstraße

der elektrotechnischen Komponenten. Im Laufe

entsprechend den heutigen Produktionsanfor-

der Jahre können sich zudem die Anforderungen

derungen modernisierten, die Verfügbarkeit der

an die Funktionalität geändert haben: Sei es zum

Anlage steigerten und die problemlose Ersatzteil-

Beispiel, dass im Zuge des Qualitätsmanagements

beschaffung gewährleisteten.

eine vollständige digitale Protokollierung der Pro-

Seit über 50 Jahren produziert die Eucatex S/A

zessparameter durch moderne Steuertechnik not-

im brasilianischen Botucatu die unterschied-

wendig geworden ist. Zweifellos ließen sich diese

lichsten Varianten an Holzwerkstoffen. In den

Probleme durch die Anschaffung neuer Anlagen

Fertigungsstraßen werden vornehmlich Hölzer

lösen. Dies ist jedoch aufgrund des hohen Investi-

aus eigener Forstwirtschaft verarbeitet. Mitte der

tionsbedarfs in vielen Fällen nicht sinnvoll.

1990er Jahre erwarb Eucatex eine komplette neue Spanplattenproduktionsstraße von jenem deut-

RETROFIT BRINGT PRODUKTIONSANLAGEN AUF DEN NEUESTEN STAND

schen Hersteller, bei dem Wolfgang Kuhlmann bis zu seinem Einstieg bei Brunel im Jahre 2001 über 30 Jahre lang gearbeitet hatte. Die Anlage

Eine Alternative ist die Modernisierung der beste-

war für eine Leistung von circa 600 Kubikmetern

henden Produktionsanlagen. Spätestens, wenn

Spanplatten konzipiert. Zwar produzierte die Fer-

die Ersatzteilversorgung nicht mehr gesichert ist,

tigungsstraße noch zuverlässig direktbeschich-

sollte die Modernisierung oder das so genannte

tete und unbeschichtete Spanplatten mit Dicken

Retroﬁt der Maschine Fachleuten überlassen wer-

zwischen sechs und 30 Millimetern auf einer

den. So deckt das in Hildesheim ansässige Kom-

Hydro-Dyn-Doppelbandpresse. Doch die gesamte

petenz-Center Brunel Automation den Bereich

Steuerung entsprach auf Grund ihres fortgeschrit-

Retroﬁt in seinem Leistungsspektrum ab. Welt-

tenen Alters nicht mehr dem aktuellen Stand der

weit werden Schwachstellenanalysen bei Produk-

Technik. Ersatzteile waren so gut wie nicht mehr

tionsanlagen durchgeführt, Um- und Neubauten

zu bekommen. Auch die steigenden Energie- und

an den Anlagen geplant und schließlich auch

Rohstoffpreise machten den Betreibern Sorgen.

der Spezialist

PORTRÄT Der Elektrotechniker Wolfgang Kuhlmann arbeitete über 30 Jahre bei den Bison Werken. Bei dem Hersteller von Fertigungsanlagen war er für Automatisierung und Inbetriebnahme zuständig. Seit 2001 betreut er bei Brunel Automation die Bereiche Holzwerkstoff-Industrie, Vertrieb, Engineering, Logistik und Inbetriebnahme.

› 12 Um auch zukünftig die Funktionssicherheit der

Nach einer gründlichen Analyse vor Ort stand fest,

Anlage zu gewährleisten, ließ Eucatex unter

dass die Produktionsanlage durchaus in einem

Geschäftsführer Flavio Maluf von Brunel ein Kon-

technisch einsatzbereiten Zustand war. „Das Auf-

zept zur Modernisierung der Anlage erstellen. Auf

tragsvolumen belief sich somit darauf, die kom-

Basis dessen sollte eine stabilere, kostengünsti-

plette Anlage vom Beginn des Fertigungsprozes-

gere sowie umweltfreundlichere Produktion und

ses im Trockenspanbunker über die Beleimung bis

damit verbunden eine Qualitäts- und Quantitäts-

hin zum Auslauf auf eine neue Steuerungstechnik

verbesserung realisiert werden.

umzustellen“, schildert Wolfgang Kuhlmann die

› 12 Auch die Integration neuer Vorlagepumpen gehörte zu den Umbaumaßnahmen, die von den BrunelSpezialisten durchgeführt wurden.

der Spezialist

technische projekte

ersten gemeinsamen Überlegungen vor Ort mit

Sensoren und Aktoren. Damit sind jene Bauteile

Geschäftsführer Maluf, dessen Stellvertreter José-

gemeint, die innerhalb der Fertigungsstraße Steu-

Antonio Dorini sowie dem Service-Ingenieur Luiz

ersignale einer Regelung in mechanische Arbeit

Carlos de Jesus.

umsetzen. Zudem verbesserte die BUS-Technik die Diagnosemöglichkeiten im Produktionsab-

SCHNELLER UND FLEXIBLER DURCH NEUE STEUERUNGSTECHNIK

lauf und damit die Verfügbarkeit der gesamten Anlage. Für Wolfgang Kuhlmann und seinen Kollegen

Infolgedessen installierten die Brunel-Mitarbeiter

Udo Voß war eines klar: Um den Geschäftsablauf

eine zentrale neue Steuertechnik, die das aus ins-

möglichst wenig zu stören, durfte die Anlage

gesamt sechs Steuerungen bestehende alte spei-

während des Umbaus nicht länger stillstehen als

cherprogrammierbare Steuerungssystem ablöste.

unbedingt erforderlich. „Wir haben zunächst alle

Mit der gewählten modernen Steuertechnik

Arbeiten, die bei laufender Produktion machbar

wurde die Fertigungsstraße nicht nur schneller

waren, vorab erledigt“, erläutert Udo Voß. Dank

und ﬂexibler, durch die neuen Steuermodule ließ

der engen Zusammenarbeit mit dem Manage-

sich auch der Produktionsablauf besser kontrol-

ment und dem einheimischen Fachpersonal der

lieren und dokumentieren. Nach der Modernisie-

Eucatex S/A realisierte das Retroﬁt-Team von

rung überarbeitete der Automatisierungsexperte

Brunel die Umbauarbeiten schließlich in kürzes-

Udo Voß die Datenübertragung zwischen den

ter Zeit. „Der Anlagenstillstand konnte somit auf

Modulen und den angesteuerten Maschinentei-

zehn Tage beschränkt werden“, zeigt sich Wolf-

len entsprechend. Mit der Wahl des Systems Proﬁ-

gang Kuhlmann im Rückblick zufrieden.

bus-DP erreichte das Retroﬁt-Team zunächst eine

In dieser Zeit allerdings ist einiges gesche-

reibungslose Ansteuerung der verschiedenen

hen: Durch die Überholung der Steuertechnik

› 13 Der neue Steuerstand ermöglicht eine bessere Kontrolle der Produktion und die zentrale Steuerung der Prozesse.

› 13 24

der Spezialist

technische projekte

› 14 Mehr Leistung durch Retroﬁt: Die Kaschieranlage ist nach den Umbauten schneller und liefert zudem bessere Produktqualität.

› 14 musste auch die gesamte Mechanik an die neue

ten konzipiert, produziert die Anlage jetzt Tag für

Steuersituation angepasst werden. Dazu ersetz-

Tag annähernd 1.200 Kubikmeter Spanplatten bei

ten Wolfgang Kuhlmann und Udo Voß die alte,

einer verbesserten Produktqualität und geringe-

auf Gleichstrom basierte Antriebstechnik in den

ren Produktionskosten. Das positive Resultat gab

Bereichen Beleimung, Formstrang und Presse

der Geschäftsleitung von Eucatex bereits Anlass,

gegen neue frequenzgeregelte Technik. In die-

auch über die Modernisierung der übrigen Anla-

sem Zusammenhang modiﬁzierten sie auch die

gen des Unternehmens nachzudenken.

Heiz- und Schmiersysteme der Presse. Für eine bessere Bedienbarkeit erhielt die Produktions-

PORTRÄT

straße eine komplette Anlagenvisualisierung mit Intouch Wonderware, bestehend aus vier vernetzten Visualisierungen. Mit diesem System ist es jetzt möglich, den gesamten Fertigungsablauf am Computer als graﬁsche Repräsentation von Echtzeitprozessen zu verfolgen.

HÖHERE VERFÜGBARKEIT UND GERINGERE PRODUKTIONSKOSTEN Durch die umfassende Überarbeitung der Fertigungsstraße konnte die Verfügbarkeit der Anlage deutlich gesteigert werden. Ursprünglich für eine Leistung von circa 600 Kubikmetern Spanplat-

LEISTUNGSSPEKTRUM VON BRUNEL AUTOMATION Anlagenexpertisen Elektrokonstruktion Steuerungstechnik SPS Visualisierung Antriebstechnik Installation und Inbetriebnahme kompletter Anlagen Modernisierung von Anlagen inklusive mechanischer Komponenten Komplette Projektbetreuung und Abwicklung

Dipl.-Ing. Udo Voß war bei der Metso Panelboard GmbH als Projektleiter für die Projektierung und Programmierung elektrischer Anlagen zuständig. Seit dem Jahr 2001 ist er weltweit für Brunel Automation von Hannover aus im Einsatz.

der Spezialist

technische projekte

Auf Tauchstation Sechs bis acht Stunden arbeiten Spezialtaucher auf dem Meeresgrund oft in mehreren hundert Metern Tiefe. Möglich ist dies nur über ein besonderes Tauchverfahren, das Sättigungstauchen. Dräger Safety entwickelt und installiert die dafür notwendigen Anlagen an Bord.

TEXT › Daniel Günther

Pipelines, die durchs Meer führen, Gründungen

Eines dieser Schiffe ist die „Bibby Topaz“, die der-

von Offshore-Windkraftanlagen oder Befesti-

zeit in Norwegen gebaut wird. Das Sättigungs-

gungsstrukturen ganzer Bohrplattformen müs-

tauchsystem für das Schiff kommt aus Deutsch-

sen regelmäßig gewartet, repariert oder neu

land und wird in Lübeck von der Dräger Safety

gebaut werden. Mit Hilfe so genannter Taucher-

AG & Co. KGaA projektiert, geplant und konstru-

basisschiffe werden diese Unterwasserstrukturen

iert. „Wir haben ähnliche Anlagen bereits vor 20

systematisch kontrolliert. An Bord dieser Schiffe

Jahren gefertigt“, erinnert sich Heinrich Schaper,

beﬁnden sich häuﬁg Tieftauchsysteme, in denen

Projektleiter bei Dräger Safety. Doch das Sätti-

Spezialtaucher auf die Druckbedingungen der

gungstauchen war in den vergangenen Jahren

jeweiligen Arbeitstiefen vorbereitet werden.

etwas aus der Mode gekommen. „Die Aufgaben

› 16 Das Zuhause der Tiefseetaucher: Im Kammersystem herrscht der gleiche Druck wie im Einsatzgebiet am Meeresgrund. Gleichzeitig sorgt ein Helium-SauerstoffGemisch dafür, dass die Taucher dem hohen Druck standhalten.

der Taucher sollten nur noch von Robotern oder Maschinen übernommen werden. Umso interessanter, dass nun wieder auf die bewährte Technik zurückgegriffen wird. Die Erfahrungen haben anscheinend gezeigt, dass einige Arbeiten besser von Menschenhand umgesetzt werden können.“ Das Team um Heinrich Schaper steht nun vor spannenden Aufgaben, schließlich muss die Tauchanlage später im Einsatz bei Wassertiefen von bis zu 300 Metern einem permanenten Druck von 30 bar standhalten.

ANPASSUNG AN EXTREME DRUCKBEDINGUNGEN IN DER TIEFSEE Installiert wird die Anlage im Rumpf des 107 Meter langen Schiffneubaus. Bevor sich die Taucher in die Meerestiefen begeben können, wer-

› 15

den sie zwei Tage lang in der ersten Kammer der Anlage an den Druck angepasst. Der normale Luftdruck an Land beträgt etwa ein bar und nimmt im

der Spezialist

› 15 Wie in einem Fahrstuhl werden die Taucher in der Druckkammer in die Tiefe zu ihrem Arbeitsplatz hinabgelassen. Die Sicherheit wird unter anderem durch umfangreiche Überwachungstechnik gewährleistet.

technische projekte

��

› 16 der Spezialist

technische projekte

Wasser pro zehn Meter Tiefe um ein bar zu. In den

An den Wohnbereich im Tauchsystem sind zwei

Kammern zwei und drei der Anlage beﬁnden sich

weitere Kammern angeschlossen, auf die zwei

Wohn- und Schlafbereiche, die in den folgenden 21

Tauchkugeln aufgesetzt sind. Bei Arbeitseinsät-

Tagen das Zuhause der Taucher sind. Dabei fehlt

zen begeben sich die Taucher in die Kugel. Diese

es den Tauchern an nichts: Fernsehen, Radio, Tele-

wird vom System abgekoppelt und mittels einer

fon und Kücheneinrichtung, alles ist vorhanden.

Winde auf den Meeresboden hinabgelassen, wo die notwendigen Arbeiten unter Wasser durchge-

DIE RICHTIGE MISCHUNG BEIM ATEMGAS IST ÜBERLEBENSWICHTIG

führt werden. Während des Tauchgangs wird das Taucherbasisschiff via GPS an gleicher Position gehalten. Jeder Taucher ist mit einer so genann-

› 17 Das Lifeboat dient der zusätzlichen Sicherheit der Taucher. Hier herrschen die gleichen Druckbedingungen wie im gesamten System der Tieftauchanlage.

Bis zu 18 Taucher werden hier bei einer simulier-

ten Umbilical, einer Art Nabelschnur verbunden,

ten Wassertiefe von bis zu 300 Metern leben. Da

durch die Wärme und Atemluft zugeführt und die

sich unter diesen Bedingungen der Körper der

Kommunikation sichergestellt werden. Die Unter-

Taucher vollständig mit einem speziellen Atem-

wassereinsätze dauern in der Regel sechs bis acht

gas sättigt, wird dieses Verfahren Sättigungs-

Stunden. Am Ende des Einsatzes in der Anlage

tauchen genannt. Aufgrund des hohen Drucks

wird jeder Taucher im Rahmen der Dekompres-

im System würde der Sauerstoffanteil in norma-

sion innerhalb von fünf bis sechs Tagen in der

ler Luft toxisch wirken, weshalb die Taucher ein

ersten Kammer wieder dem Normaldruck ange-

Helium-Sauerstoff-Gemisch atmen. Da Helium

passt. Heinrich Schaper über die Wirtschaftlich-

ein teures Edelgas ist, wird das Atemgas-Gemisch

keit des Sättigungstauchens: „Der Vorteil liegt in

permanent gereinigt und wieder aufbereitet, ähn-

der hohen Efﬁzienz. Die Taucher müssen nur ein-

lich wie in einem geschlossenen Tauchsystem. Zu

mal über zwei Tage an den Druck der jeweiligen

dieser speziellen Atemgaslogistik, die auch von

Wassertiefe angepasst werden, entsprechend ist

Dräger Safety installiert wird, gehören ebenso

auch nur eine Dekompressionsphase nötig. Ein-

Gasmesssensoren zur Prüfung der Zusammenset-

zeltauchgänge würden den Zeitaufwand und die

zung des Gasgemischs sowie Überwachungssys-

Kosten enorm erhöhen. Hinzu kommt, dass durch

teme für den Druck innerhalb der Anlage.

das Sättigungstauchen Arbeitszeiten unter Wasser von bis zu acht Stunden möglich werden.“ Die Gesamtdauer eines Einsatzes im Sättigungstauchsystem ist immer abhängig von der zu erreichenden Tauchtiefe. Doch damit das Sättigungstauchen wirtschaftlich ist, bleiben die Taucher meist etwa vier Wochen in der Anlage. Ganz einfach ist der Arbeitseinsatz für die Spezialtaucher aber nicht, weiß Schaper: „Die Arbeit unter derartig hohem Druck erfordert natürlich eine hohe körperliche Fitness. Hinzu kommen Einschränkungen wie beispielsweise die Dunkelheit und mitunter sicherlich auch Einsamkeit, weil kein direkter Kontakt zur Familie möglich ist.

› 17

Zum „Bibby Topaz“-Auftrag der Lübecker gehört auch die Installation der Sicherheitseinrichtung und der Kommunikationstechnik. Das wohl wich-

der Spezialist

technische projekte

› 18

› 18 tigste Sicherheitsmodul der Tieftauchanlage ist

wir so genannte Unscrambler (Entzerrer), die

das so genannte Lifeboat. Das Rettungsboot ist

durch ein digitales Verfahren die Stimme wieder

mit dem System verbunden, so dass dort die glei-

verständlich machen“, beschreibt Heinrich Scha-

chen Druckbedingungen wie in den Kammern

per die Kommunikationstechnik.

herrschen. Im Notfall, etwa wenn das Basisschiff

Bis die komplette Tieftauchanlage im Som-

in Brand gerät, können sich die Taucher in das see-

mer 2007 nach Norwegen ausgeliefert wird, gibt

gängige navigierbare Boot begeben und so sicher

es noch viel zu tun. Unterstützung erhält Dräger

von Bord gelangen.

Safety bei diesem Projekt von drei Mitarbeitern

Spezialtaucher beim Arbeitseinsatz. Durch das Verfahren des Sättigungstauchens kann er zwischen sechs und acht Stunden am Meeresgrund verbleiben.

der Brunel-Niederlassung Kiel. Während Daniel

DURCH HELIUM IN DER ATEMLUFT ENTSTEHT EINE HÖHERE SCHALLFREQUENZ – DER SO GENANNTE DONALD-DUCK-EFFEKT

Zettl als Projektassistent im Bereich Projektplanung und -koordination tätig ist, arbeiten Peter Müller als Purchasing Manager im Einkauf und Sven Lorenz in der Waren-Disposition.

Bei der Kommunikationstechnik gilt es eine Besonderheit zu beachten, die unmittelbar mit der Atemgaslogistik verbunden ist. Durch das Helium im Atemgas erhöht sich die Schallgeschwindigkeit um das Dreifache, verglichen mit normaler Atemluft. Darum entstehen höhere Schallfrequenzen in der Sprache, was auch als „DonaldDuck-Effekt“ bezeichnet wird. „Um eine normale Verständigung in der Tauchanlage und während der Arbeitseinsätze zu ermöglichen, installieren

der Spezialist

AUS DEN BRANCHEN

Mit dem Schild voran In der Geschichte des Tunnelbaus gilt der Schildvortrieb als revolutionäre Technik. In den vergangenen 180 Jahren wurde das Verfahren stetig weiterentwickelt und ermöglicht heute Projekte von gigantischen Dimensionen, wie das größte Tunnelsystem unter den Straßen Madrids.

TEXT › Torsten Hansen

Es ist 180 Jahre her, als sich in England Arbeiter

nen Stollens. Der Abraum wird nach hinten aus

einer Tunnelbaustelle mühsam unter der Themse

dem Tunnel ins Freie befördert. Was sich einfach

hindurch arbeiteten. Im Zuge dieses Unterfan-

anhört, ist in der Praxis ein komplexer Vorgang:

gens ließ der britische Tunnelbau-Pionier Sir

Die Vortriebsmaschine fräst sich mit ihrem Bohr-

Marc Isambert Kingdom Brunel erstmals eine

schild ins Erdreich. Ein solcher Bohrschild besitzt

neue Technik, bekannt als Schildvortriebstechnik,

an seiner Spitze ein aus vielen Bohrköpfen beste-

anwenden. Anders als bei dem damals üblichen

hendes Rad. Während des Fräsens wird zwischen

Verfahren im Tunnelbau, zunächst kleine Stollen

Bohrschild und dem als Ortbrust bezeichneten

anzulegen, um diese schrittweise zu erweitern,

Erdreich ein Überdruck aufgebaut, um Wasser-

ließ Brunel den Tunnel gleich in vollem Tunnel-

einbrüche zu verhindern. Gleichzeitig wird zur

querschnitt vorantreiben. Dazu setzte er eine

ersten Stabilisierung eine Betonlösung in den

› 20 Die Vortriebsmaschine S-300 von Herrenknecht hat einen Durchmesser von 15,20 Metern. Sie wurde für den Bau eines Autobahntunnelsystems unter Spaniens Hauptstadt Madrid konzipiert.

Konstruktion ein, die aus einem großen Schild bestand, der die gesamte Grabungsstelle abdeckte. Dieser Schild wiederum bestand aus zwölf separaten Rahmen, die 36 Zellen zusammenhielten, in denen je ein Minenarbeiter das Erdreich abtrug. Der Schild konnte je nach Grabungsfortschritt

› 19 Der Ingenieur Sir Marc Isambert Kingdom Brunel. Zwischen 1825 und 1843 setzte er für einen Londoner Fußgängertunnel unter der Themse als Erster die Technik des Schildvortriebs ein.

durch eine Stellschraube weiterbewegt werden. Auch heute noch werden Tunnel nach Brunels Grundprinzip gebaut. Doch außer der Idee, den Tunnel direkt in seinem endgültigen Querschnitt zu graben, ist von der einst mühevollen Arbeit unter Tage kaum mehr etwas übrig geblieben.

WIE EIN MAULWURF GRÄBT SICH DIE MASCHINE IN DAS ERDREICH EIN Wer eine moderne Schildvortriebsmaschine bei der Arbeit sieht, wird an einen Maulwurf erinnert. Wie das Tier gräbt sich die Maschine ins Erdreich und sucht sich Halt an den Wänden des gegrabe-

der Spezialist

› 19

› ab

› 20 Boden injiziert. Den Antriebsdruck erhält die

Druckaufbau und wieder Bohren. Unterbrochen

Maschine über einen Ring von Hydraulik-Stem-

wird dieses Wechselspiel im optimalen Ver-

peln, die sich an den so genannten Tübbings

lauf nur dann, wenn die Zähne der Bohrer durch

abstützen – Betonsegmente, die zusammen-

stark abrasive, scheuernde, Bodenbestandteile

gesetzt den gesamten Tunnel von innen aus-

stumpf geworden sind und von Tauchern im

kleiden. So ist der Schildvortrieb ein ständiger

Überdruckbereich der Ortbrust gewechselt wer-

Wechsel zwischen Bohren, Aufrichten der Tüb-

den müssen. Das Arbeiten unter Überdruck ist ab

bings,

einer Tiefe von 40 Metern bei 4,0 bar nur noch

Neuplatzieren

der

Hydraulik-Stempel,

der Spezialist

AUS DEN BRANCHEN

› 21 Die eigens für ein Tunnelprojekt in Leipzig entwickelte Schildvortriebsmaschine ist 65 Meter lang und wurde zu Jahresbeginn 2007 in Betrieb genommen.

Tauchern mit spezieller Ausrüstung möglich.

Wenn sich die Bodenverhältnisse plötzlich anders

Die Unterquerung von Flüssen oder gar Meeres-

gestalten als erwartet, gibt es in den meisten Fäl-

armen ist ungleich spektakulärer, denn hier lau-

len geeignete Lösungsmaßnahmen. In Böden mit

ern Gefahren, die an Land nicht bestehen: die so

einem hohen Materialabrieb werden die Zähne

genannten Ausbläser. Bereits in der Planungs-

der Bohrköpfe entsprechend häuﬁger ausgewech-

phase eines Tunnelprojekts erkunden Geologen

selt. Findlinge können mit einem am Schneidrad

das zu „durchfahrende“ Erdreich. Entsprechend

montierten Hydraulikhammer zerkleinert werden.

den Gutachten wird unter anderem die Tiefe

Wenn sich jedoch in seltenen Fällen die Vortriebs-

festgelegt, in der sich die Maschine unter dem

maschine festfährt, gibt es oftmals keinen Aus-

Flussbett oder dem Meeresboden voranarbei-

weg. So ist es beispielsweise vor vielen Jahren in

tet. Doch trotz aller Vorbereitung kann es immer

Fernost geschehen, dass die Maschine unter einer

wieder passieren, dass das Erdreich über der

Großstadt plötzlich eine Felswand vor sich hatte.

Vortriebsmaschine instabiler ist als angenom-

Hier konnte sich die Maschine weder vorwärts frä-

men. Dann entweicht der Überdruck an der Ort-

sen noch aufgrund des geschilderten „Antriebs“

brust wie der Atemstrahl eines Wales nach oben

zurückgesetzt werden. Bei dem entstandenen

und es kommt zum „Ausbläser“. Ein solches Leck

Schaden war der Verlust der Vortriebsmaschine

lässt sich zwar schnell und ohne Folgen durch eine

noch der geringste Posten. Denn der bereits vor-

Betoninjektion wieder beheben, es fallen jedoch

getriebene Tunnel musste wieder verfüllt werden

durch Zeitverluste neue Kosten an.

und die darüber beﬁndlichen Gebäude mussten

› 21 32

der Spezialist

AUS DEN BRANCHEN

auf Grund der instabilen Bodenverhältnisse abgerissen werden. Ungeachtet dessen werden die Dimensionen der Tunnelbauprojekte immer gewaltiger. Eine der größten Vortriebsmaschinen befand sich unter der spanischen Hauptstadt im Einsatz. Sie besitzt einen Schilddurchmesser von 15,20 Metern und ein Drehmoment, das ausreichen würde, eine voll beladene 410 Tonnen schwere Boeing 747 mit einem 30 Meter langen Hebelarm anzuheben. Das Drehmoment dieser Vortriebsmaschine liegt bei 125.268 Kilonewton in Meter (kNm), das bisher höchste installierte Drehmoment im Tunnelbau. Während unter der Erde auf einer Gesamtstrecke

PROMINENTE TUNNELBAUWERKE IM SCHILDVORTRIEBSVERFAHREN: Der 50 Kilometer lange Euro- oder Kanaltunnel unter dem Ärmelkanal verbindet Cheriton in Kent (England) und Sangatte in Nordfrankreich. Der 3,1 Kilometer lange Elbtunnel zwischen den Hamburger Stadtteilen Othmarschen und Waltershof wird von bis zu 110.000 Fahrzeugen pro Tag durchquert und zählt damit zu den verkehrsreichsten Unterwassertunneln der Welt. Der 6,6 Kilometer lange niederländische Scheldetunnel, ein Straßentunnel unter dem Meeresarm der Westerschelde, erreicht eine Tiefe von bis zu 65 Metern unter dem Meeresspiegel.

von 3.650 Metern ein neuer Autobahntunnel entsteht, geht das Leben oben ungestört weiter.

DAS NASSSPRITZVERFAHREN: EINE ALTERNATIVE AUS ÖSTERREICH

Für den Bau der Innenschale gibt es zwei Möglichkeiten: den Ausbau mit Tübbings oder den Einsatz eines Schalwagens – eine mobile Einheit,

Als Alternative zum Vortrieb gibt es das Nass-

deren Form dem späteren Tunnelproﬁl entspricht.

spritzverfahren, das sich in der Abbauweise des

Auf den Schalwagen werden Bewehrungsmatten

Materials unterscheidet. Diese Bauweise, die

aufgelegt und hydraulisch an die Tunnelwand

auf Grund ihrer Herkunft auch als „Neue Öster-

gedrückt. In einem weiteren Arbeitsschritt wird

reichische Tunnelbaumethode“ bezeichnet wird,

der Beton über spezielle „Einfüllfenster“ zwischen

verwendet zur Stützung und Absicherung des

die Schalﬂäche und die Tunnelwand gepumpt.

untertunnelten Bodenmaterials keine Tübbings

Wenn der Beton ausgehärtet ist, wird die mobile

als Tragkonstruktion. Sobald das Material im Tun-

Schalung gelöst und der Schalwagen entlang der

nelquerschnitt mit Hilfe von Baggern, Schrämm-

Tunnelﬂäche weiterbewegt.

Maschinen oder Sprengungen abgebaut ist,

Seit Sir Marc Isambert Kingdom Brunel den

werden die Wände des Hohlraums über eine Spe-

ersten Tunnel von Hand im Schildvortriebsver-

zialmaschine namens „Spritzbüffel“ mit Beton

fahren bauen ließ, hat sich in der Tunnelbau-

fugenlos ausgekleidet. Der Beton wird durch

technik vieles getan. Eines ist jedoch geblieben:

Zusätze unmittelbar nach dem Aufspritzen fest

die Grundidee, mit der ein genialer Erﬁnder und

und bildet die äußere Schale des Tunnels. Diese

Ingenieur einstmals unter der Themse in London

leitet die in der ausgebrochenen Gesteinswand

eine neue Ära des Tunnelvortriebs einläutete.

auftretenden Kräfte in den Boden ab und sichert zudem den Tunnel gegen lockeres Gestein. Die später eingebaute Innenschale des Tunnels muss daher im Idealfall keinerlei Kräfte aufnehmen. Durch ihre besondere Sicherungsfunktion ist die Spritzbetonbauweise für den Tunnelbau in lockerem Gestein geeignet.

der Spezialist

› 22

AUS DEN BRANCHEN

„Niemals aufgeben!“ Alejandro Albor verlor beide Beine. Mit ausgefeilter Technik und starker Motivation ist er heute Weltmeister im Handbikefahren. In seiner eigenen Firma konstruiert und baut er Spezialrennräder für behinderte Sportler.

TEXT › Maren-Britt Dahlke

Alejandro Albor wächst in Mexiko in großer Armut auf und

durch und beschert dem US-Team

immigriert schließlich im Alter von 15 Jahren in die USA. Doch

den sechsten Weltmeistertitel. Bis

dort ergeht es ihm nicht besser. Suizid scheint der einzige Aus-

dato gilt er als der schnellste Hand-

weg. Als 18-Jähriger rammt er mit seinem Auto absichtlich

biker der Welt. Einen nicht unbedeu-

einen fahrenden Zug. Doch statt seinem Leben ein Ende zu set-

tenden Anteil daran trägt sein Rad,

zen, verliert er beide Beine. Im Krankenhaus beschließt er, aus

das er selbst konstruiert und gefer-

dem Teufelskreis auszubrechen, selbst mit dem neuen Handi-

tigt hat. Dazu gründete er eigens

cap. „Niemals aufgeben!“, denkt Alejandro Albor und schöpft

seine Firma „A-WON Handcycles“.

neuen Lebensmut. Es ist ein Wink des Schicksals. Was zunächst

Das technische Know-how dafür

als Überlebensstrategie funktioniert, wird schnell zum Leitge-

verschaffte ihm sein Studium, die

danken im Leben des Wahl-Amerikaners.

Umsetzung folgt in der ausgebauten

› 22 Alejandro Albor bei den IPC Cycling World Championships, die 2006 in Aigle in der Schweiz ausgetragen wurden.

Garage, zusammen mit seinem Bru-

DER RAUMFAHRTINGENIEUR NUTZT SEIN KNOW-HOW FÜR DIE KONSTRUKTION SEINER HANDBIKES

der. Jedes hier handgefertigte Rad ist ein Unikat, perfekt abgestimmt auf die Bedürfnisse und individuelle Phy-

Er absolviert an der Universität zu Sacramento, Kalifornien,

siognomie wie Gewicht, Größe und

den Abschluss in Raumfahrttechnik mit Auszeichnung und

Grad der Behinderung des Besitzers.

trainiert nebenbei ehrgeizig auf dem Handbike. Beim Rad-

Handbiken ist im Behindertensport

sport erfährt Albor ein Gefühl von Leichtigkeit, Schnelligkeit

inzwischen fest etabliert, weil Men-

und Freiheit. 1999 steigt er schließlich als Proﬁ in das US-Team auf und holt 2004 paralympisches Silber in Athen. Mitstreiter bezeichnen den Handcycler nicht zufällig als „mentales Wunder“. Doch Albors Ehrgeiz ist noch größer. Zwei Jahre bereitet er sich intensiv auf die Weltmeisterschaft vor. 2006 geht sein Traum in Erfüllung; er gewinnt die Goldmedaille in Aigle in der Schweiz. Mit Abstand positioniert sich der heute 41-Jährige als Weltbester: Die 46,4 Kilometer lange Rennstrecke legt er in einer Stunde und zwölf Minuten zurück. Dies ergibt einen Schnitt von 38,44 Stundenkilometern. Der Zweitplatzierte kommt erst anderthalb Minuten später ins Ziel.

INFO Die Handbiker gingen bei den Paralympics 2004 in Athen erstmals an den Start. Die Durchschnittsgeschwindigkeiten der Handbiker betragen inzwischen 37 km/h. Zum Vergleich: Das Stundenmittel bei der ersten Tour de France im Jahr 1903 betrug 25,7 Kilometer.

Alejandro Albor setzt sich gegen 29 Gegner aus 18 Ländern

der Spezialist

AUS DEN BRANCHEN

schen mit Querschnittslähmung oder bei Verlust der Beine

Eine ständige Optimierung und

trotzdem eine dynamische Sportart ausüben können. Drei

Perfektionierung

unterschiedliche Radtypen wurden für diesen Sport entwi-

zum

ckelt: Das Kniebike, das Sitzbike und das Liegebike. Letzteres

unerlässlich, um die verschiedenen

wird von vielen Athleten, wie auch Alejandro Albor, bevorzugt.

Widerstandskräfte wie den Luft-,

Das Geheimnis des Handbikens liegt im Wesentlichen in der

Steigungs- und Rollwiderstand zu

Kurbeltechnik: Der Antrieb erfolgt über zwei Kurbeln, die über

überwinden. Alurahmen sind heute

einen Riemen- oder Kettenantrieb mit dem Vorderrad eines

Standard. Um Radbruch vorzubeu-

dreirädrigen Fahrrads verbunden sind. Die Anordnung der Kur-

gen, werden die Rahmen dreifach

beln kann sowohl synchron als auch asynchron, versetzt um

wärmeverschweißt. Relativ neu ist

180 Grad, gewählt werden.

die Verwendung von Carbon, das

Beispiel

des

Rades

Materials

wie ist

mit seinen Eigenschaften sowohl

HIGHTECH UND MODERNE WERKSTOFFE ERMÖGLICHEN IMMER HÖHERE GESCHWINDIGKEITEN

Stabilität als auch Leichtigkeit verbindet. Ein Vollcarbonrad inklusive Sitzschale wiegt heute lediglich

Die meisten Sportler bevorzugen die synchrone Anordnung,

zehn Kilo. Überhaupt werden viel-

weil diese ein besseres Lenkverhalten des Rads gewährleistet.

fach Materialien aus der Raumfahrt

Alejandro Albor ist allerdings einer der wenigen Spitzensport-

wegen ihres geringen Gewichts,

ler, die asynchron kurbeln, wegen der geringeren körperlichen

ihrer Unempﬁndlichkeit und Belast-

Belastung. Tests an der Sporthochschule Köln bestätigten, dass

barkeit erprobt und eingesetzt. Die

asynchrones Kurbeln die physiologische Belastung reduziert –

kugelgelagerten

in Bezug auf eine niedrigere Herzfrequenz, höhere Sauer-

verfügen über anatomisch geformte

stoffaufnahme sowie niedrige Laktatkonzentration im Blut.

Handgriffe und ergonomische Kur-

Hightechkurbeln

› 23 36

der Spezialist

› 23 Siege in Serie: Alejandro Albor gewinnt 2006 die Sadler’s Ultra Challenge in Alaska, USA.

AUS DEN BRANCHEN

ermöglichen.

Denn

insbesondere

in den letzten drei Jahren wurden bemerkenswerte

Fortschritte

auf

dem Markt der Orthopädietechnik erzielt. Otto Bock Healthcare zählt als ofﬁzieller Partner der Paralympischen Spiele zu den bedeutendsten Unternehmen auf diesem Sektor. Bemängelten Patienten früher, dass Prothesen die Bewegungen oft roboterhaft, zu langsam und kraftlos ausführen, können sie heute auf deutlich verbesserte Produkte zurückgreifen. Komplizierte Steuerungsvorgänge im Bewegungsablauf werden durch Mikroprozessoren in den Gelenken sekundenschnell und präzise umgesetzt. Beim CLeg® von Otto Bock, dem weltweit ersten

› 24

komplett

gesteuerten

mikroprozessor-

Beinprothesensystem,

übermitteln Sensoren Messwerte 50-mal pro Sekunde. Die hydrau-

› 24 Die Montage der HightechProthesen erfolgt bei der Firma Otto Bock Healthcare von Hand und mit größter Sorgfalt.

lisch erzeugte Dämpfung für die Stand- und Schwungphasen wird belarme. An der Kurbel sind zur Sicherheit sowohl Schaltung als

dabei elektronisch geregelt. Durch

auch Bremsen montiert. So muss der Fahrer nicht mehr umgrei-

stufenlose, geräuscharme Hochleis-

fen. Um die Fliehkräfte in den Kurven besser abzufangen, sind

tungsantriebe können Bewegungen

die Hinterräder schräg gestellt und verfügen über Durchmes-

schnell und nahezu ﬂießend aus-

ser bis zu 70 Zentimeter. Eine Radstandsverlängerung sorgt

geführt werden. Auch Prothesen-

sowohl für eine bessere Gewichtsverteilung als auch für eine

füße oder Prothesenhände können

ruhigere Straßenlage. Diese kann zusätzlich durch den Einbau

entsprechend ausgerüstet werden.

einer Federgabel optimiert werden. Das Vorderrad springt nicht

Die unterstützende Technik kann

mehr, der bessere Fahrbahnkontakt sorgt für ein optimiertes

in Sport und Freizeit demzufolge

Bremsverhalten.

große Dienste für einen gehandicapten Menschen leisten. Die ungleich

HOCHLEISTUNGSANTRIEBE FÜHREN BEWEGUNGEN SCHNELL UND FLIESSEND AUS

größte Rolle spielten jedoch nach wie vor die mentale Stärke sowie die Eigenmotivation, um seine Ziele zu

„Niemals aufgeben“ gilt auch für zahlreiche Ingenieure, Tech-

erreichen.

niker und Orthopäden, die es sich zum Ziel gesetzt haben, Menschen mit Behinderung dank ausgefeilter OrthopädieProdukte einen weitestgehend unbeeinträchtigten Alltag zu

der Spezialist

MITARBEITER UND KARRIERE

Vom Orgeltuning zur Chipentwicklung Die schönen Künste und die nüchterne Welt der Technik schließen sich nicht aus. Hans-Ulrich Fleer entwickelt bei Brunel Communications in Hildesheim programmierbare Chips (FPGA). Bereits im Alter von 14 Jahren experimentierte er mit dem Klang einer Wurlitzer Orgel. TEXT › Anja Gleber

Seit seinem fünften Lebensjahr nahm Hans-Ulrich

che Erweiterungen. Brunel Designer hatten zuvor

Fleer Klavierunterricht. Im Alter von 14 Jahren

bereits verschiedene FPGA-Applikationen in den

bekam er von seinem Großvater eine Wurlitzer

Bereichen Railmotive und Telekommunikation

Orgel geschenkt; von da an richtete sich sein Inte-

entwickelt, als Brunel-Kunden ein zunehmendes

resse auf die Musikelektronik. Um die Soundqua-

Interesse an FPGAs in den verschiedensten Kom-

lität seiner Orgel aufzuwerten, experimentierte

plexitätsgraden äußerten. Seit Februar 2006 baut

Fleer schon damals mit Filterschaltungen, die das

Hans-Ulrich Fleer nun die FPGA-Entwicklung bei

Klangspektrum um zahlreiche Rafﬁnessen erwei-

Brunel Communications in Hildesheim aus. 25

terten. Seine Begeisterung für die Musik ist seit-

Jahre ist er mittlerweile in der Chipentwicklung

her geblieben, ebenso wie seine Leidenschaft für

tätig, die letzten sieben Jahre widmete er sich

die Hardwareentwicklung.

speziell der FPGA-Entwicklung. Vor zehn Jahren stieg er gerade als Grup-

FPGA: REPROGRAMMIERBAR, FLEXIBEL, IDEAL FÜR NACHTRÄGLICHE ERWEITERUNGEN

penleiter der Chipentwicklung bei Ericsson in Hildesheim ein – jenem Entwicklungsstandort, der 2002 in Folge von Umstrukturierungsmaß-

Heute, 37 Jahre später, betreut der Master Hard-

nahmen aufgelöst wurde und seit Anfang 2003

ware Designer bei Brunel Communications ein

zum Brunel Kompetenz-Center Communications

Kundenprojekt im Bereich Antriebs- und Auto-

gehört. In jener Phase ergab sich für Hans-Ulrich

matisierungstechnik. Eine Chiperweiterung soll

Fleer ein sehr viel versprechendes Projekt mit

Fertigungsanlagen ruhiger und kraftvoller laufen

Ericsson in Dallas, USA, das er federführend nach

lassen. „Wir prüfen die Leistungssteigerung einer

Hildesheim holte. Die Kooperation führte zur

bestehenden Schaltung für die Motor- und Servo-

erfolgreichen Entwicklung von drei komplexen

ansteuerung, ohne die Geschwindigkeit zu redu-

Chips für einen universellen Add / Drop-Multip-

zieren und die angepeilte Komplexitätsgrenze

lexer / Switch im Bereich der Telekommunikation.

zu überschreiten“, erläutert der Chipexperte.

Die Multiplextechnik ist als Teilgebiet der Nach-

Die eigentliche Herausforderung besteht jedoch

richtentechnik darauf ausgerichtet, viele ein-

darin, die vormals anwendungsspeziﬁsch inte-

zelne Nachrichtenkanäle zu bündeln und sie über

grierte Schaltung (ASIC) bei gleicher Funktiona-

einen gemeinsamen Datenweg zu übertragen.

lität in einen programmierbaren Chip (FPGA) zu

Bei den hochfrequenten Datenströmen bestand

portieren. FPGAs, so der große Vorteil, sind repro-

die Schwierigkeit für Hans-Ulrich Fleer und sein

grammierbar und somit ﬂexibel für nachträgli-

Team im erforderlichen Leistungsdurchsatz. „Wir

der Spezialist

PORTRÄT Dipl.-Ing. Hans-Ulrich Fleer erlebte 1983 am Institut für angewandte Mikroelektronik in Braunschweig die Anfänge dieser Technologie. 1997 wechselte er als Gruppenleiter der Chipentwicklung zu Ericsson. Er lebte und arbeitete von 2001 bis 2005 in den USA. Den Bereich FPGAEntwicklung bei Brunel Communications leitet er seit Februar 2006.

MITARBEITER UND KARRIERE

› 25 Optische Prüfung einer fertig bestückten Platine zur Vorbereitung der umfangreichen Funktionstests der Prototypen.

› 25 haben die Chiptechnologie an die Grenze dessen

Aufstieg einer Start-up-Company inklusive der

gebracht, was mit Silizium damals zu leisten war“,

amerikanischen Gründungs- und Sponsoringakti-

beschreibt der 51-Jährige schmunzelnd im Rück-

vitäten mitzuerleben. Dies, so verrät er, war schon

blick. „An die Grenzen der Hochgeschwindigkeit

immer ein heimlicher Wunsch. Metro-Optix ver-

ebenso wie an die Grenze der Komplexität der

fügte zum Zeitpunkt seines Einstiegs Ende 2000

damals verfügbaren ASICs.“ Etwas Vergleichbares

bereits über 120 Mitarbeiter. Die Entwicklung der

gab es zu diesem Zeitpunkt nicht. Das entwickelte

Chips verlief erfolgreich, Metro-Optix hatte zu

Übertragungssystem konnte auf ein Zehntel des

den besten Zeiten 16 Kunden. Doch die Marktbe-

üblichen Volumens komprimiert werden. Die Ent-

dingungen in der Telekommunikationsbranche

wicklungskosten für ein Projekt dieser Größen-

wurden mit dem Platzen der IT-Blase zusehends

ordnung belaufen sich über zwei Jahre betrachtet

schwieriger, große Investitionen wurden nicht

in der Regel auf mehr als 20 Millionen Euro. Im

mehr ohne weiteres getätigt. Der 11. September

Ungewissen, ob sich weitere Investitionen ren-

2001 beschleunigte den Prozess – 2002 und 2003

tieren würden, wurde das Projekt im Jahr 2000

verloren allein in Dallas rund 10.000 Ingenieure

trotz aussichtsreicher Marktchancen eingestellt.

ihre Arbeit, darunter auch der Chip-Experte HansUlrich Fleer.

ALS DIE IT-BLASE PLATZT, KEHRT FLEER ZURÜCK IN DIE HEIMAT

Zum Jahresende 2002 wechselte Fleer zu einer anderen Start-up-Company mit dem Namen Covaro Networks Inc., die sich auf den Bereich

Eine weitere Mitarbeit eröffnete sich Hans-

Ethernet Networking spezialisiert hatte. Es sind

Ulrich Fleer nur über einen Wechsel zur Start-up-

die verschiedenen Einsatzgebiete, die für Hans-

Company Metro-Optix in Dallas – für den Chip-

Ulrich Fleer den Reiz der Chipentwicklung ausma-

entwickler eine einmalige Möglichkeit, den

chen. „Die Herausforderungen ergeben sich mit

der Spezialist

INFO ZUR FGPAENTWICKLUNG Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) gibt es seit Mitte der 1980er Jahre. Sie schließen die Lücke zwischen kleineren Programmable Logic Devices (PLDs) und den komplexen anwendungsspeziﬁschen, integrierten Schaltungen (ASICs). Da die Turnaroundzeit der FPGAs ausschließlich in der Hand der Entwickler liegt, ergeben sich interessante Einsatzgebiete in vielerlei Systemen im mittleren Stückzahlbereich.

MITARBEITER UND KARRIERE

dem Anwendungsumfeld und den Anforderungen der Kunden“, so der Hardwaredesigner. „Von daher bleibt die Chiptechnologie nie stehen.“ Diese Faszination führte ihn 2006 letztlich zu Brunel, wo sich immer neue Herausforderungen durch die Unterschiedlichkeit der Kundenprojekte ergeben. Covaro Networks war zur Jahreswende 2005/06 an ein Unternehmen im Süden Deutschlands verkauft worden. Hans-Ulrich Fleer beschloss daraufhin die Rückkehr zu seiner Familie.

GUTE KONTAKTE ZU HOCHSCHULEN BRINGEN FRISCHE IDEEN Ein alter Bekannter aus früheren Ericsson-Zeiten, mit dem er über die Jahre stets in gutem Kontakt war, hörte von seiner Rückkehr. Es war sein Namensvetter Hans-Ulrich Hartmann, der

INNOVATIONEN BEI BRUNEL COMMUNICATIONS Mehr aus Spielerei stieß Fleer auf die universelle Lösung eines bis dato in der Hardwareentwicklung eher umständlich gelösten Problems: Die ZählimpulsKopplung zwischen zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen mit nur einer Schaltungsvariante; diese ist für beliebige Frequenzverhältnisse einheitlich und reduziert die Fehlerträchtigkeit bei der Einsynchronisation erheblich. Das patentwürdige Konzept ist universell anwendbar und minimiert die Anzahl an notwendigen Logikgattern. Seit Juli 2006 führt Thomas Blank das KompetenzCenter mit folgenden Schwerpunkten : Systemdesign Softwareentwicklung Hardwareentwicklung Veriﬁkation / Systemtest / Maintenance Projekt- und Qualitätsmanagement Konﬁgurations- und Requirement - Management

damalige stellvertretende Ericsson-Standortleiter, der mittlerweile am gleichen Standort in Hildesheim das Kompetenz-Center Brunel Communi-

sen sie den Ausbau der FPGA-Entwicklung bei

cations leitete. Schnell fanden die beiden Herren

Brunel Communications unter Fleers Leitung.

ein gemeinsames Thema. Zusammen beschlos-

Heute, nach Abschluss des ersten erfolgreichen Jahres, steht bereits eine Teamvergrößerung an. Die guten Kontakte zu den Hochschulen tragen erste Früchte. Ein engagierter Diplomand HansUlrich Fleers wird in das Team der Chipentwickler aufgenommen. „Die Mischung aus fachlicher Erfahrung meinerseits und dem unkomplizierten Ideenreichtum der Studenten hat immer zu einer sehr fruchtbaren Symbiose meiner Projektteams

› 26 Entnahme eines FPGABausteines mit der Vakuumpipette aus seiner ESD-geschützten Transportschachtel.

geführt.“ Ganz wie in der Musik; eine Komposition, weiß Fleer aus Erfahrung, erhält erst im Zusammenspiel vieler Komponenten einen vollen und harmonischen Klang.

› 26 der Spezialist

› 27

QUERDENKEN

Auf Schritt und Tritt Die Idee ist nicht ganz neu: umweltfreundliche Stromgewinnung aus der menschlichen Bewegungsenergie. Die Pläne reichen vom Generator im Schuh bis zum Kraftwerk im Gehsteig. Demnächst soll der Passantenstrom eine U-Bahn-Station in London beleuchten.

TEXT › Janina Weinhold

Im letzten Jahr gewann das Londoner Architekten-

chischen und steht für Druck. Die Piezoelektrizität

büro „Facility Architects“ mit dem Projekt „Pace-

nutzt einen Effekt, der bei bestimmten Kristallen

setter“ den internationalen Designwettbewerb

auftritt, wenn diese verformt werden. Auf ihrer

„Light at the end of the tunnel“ zur Umgestaltung

Oberﬂäche entsteht bei mechanischer Einwir-

des Central London U-Bahnstations-Systems. In

kung eine elektrische Ladung.

der Ausschreibung ging es neben der optischen Aufwertung um die innovative, umweltfreundliche Beleuchtung der U-Bahnhöfe. Die Gewinner

EIN HACKENGENERATOR LIEFERT BIS ZU SECHS WATT BEIM LAUFEN

forschen bereits seit Jahren an emissionsfreier Energiegewinnung. Ihr prämierter Entwurf ent-

Der Gedanke, menschliche Bewegungsenergie

hält den Plan, eine neue Energiequelle anzuzap-

für die Stromerzeugung zu nutzen, ist nicht neu.

fen: Vibrationen. Bisher galten die Bemühungen

Er wurde zunächst im militärischen Sektor von

in Bezug auf Vibrationen eher ihrer Dämpfung

der Defense Advanced Research Projects Agency

als der Nutzung der kinetischen Energie. Nun soll

(DARPA) in den USA vorangetrieben. Der Betrieb

über eine große Anzahl speziell gefertigter Gene-

der Nachrichtenapparate für die Soldaten war

ratoren, die in Treppen, Bahnsteige sowie Schwel-

zuvor von schweren Batterien abhängig. Das Ziel

len der U-Bahn-Gleise eingelassen werden, ein

der DARPA bestand darin, Generatoren zu entwi-

so genannter „Energie-Ernte-Teppich“ entstehen.

ckeln, die die Stromversorgung der Geräte über

Dieser eingelassene Generatorenteppich soll die

die Bewegung der Soldaten sicherten. Die Ameri-

mechanische Energie der Passantenschritte und

kaner forschten seit 1998 unter dem Arbeitstitel

die Verkehrsmittelvibrationen ernten. Die „Faci-

„Energy Harvesting“ (Energie-Ernte) auch an der

lity Architects“ rechnen, dass der Laufstrom in

Entwicklung piezoelektronischer Mikrogenera-

der Victoria Station mit stündlich 34.000 Passan-

toren für den Einbau in den elastischen Fersen-

ten ausreichend Vibrationsenergie zur Beleuch-

bereich der Stiefel. „Hackengeneratoren“ liefern

tung der 6.500 LED-Lampen spendet. An der Ent-

derzeit eine Leistung von drei bis sechs Watt bei

wicklung verschiedener Typen von Generatoren

zwei Schritten pro Sekunde. Für den Betrieb eines

forscht derzeit ein interdisziplinäres Team aus

Handys wären bei einem Verbrauch von drei Watt

Forschern und Entwicklern. Zunächst setzte man

im Stand-By-Modus, drei Minuten Laufen für ein

bei der Entwicklung der Generatoren auf piezo-

einminütiges Gespräch nötig.

elektronisches Material, um die freie „Vibrations-

Zu dem interdisziplinären Forschungsteam,

energie“ zu ernten. „Piezo“ kommt aus dem Grie-

das in England an den Energiegewinnungseinhei-

› 27 Zukunftsvision: Stromerzeugung durch die bisher ungenutzte Bewegungsenergie von Passanten.

der Spezialist

querdenken

› 28 Stromerzeugung im Vorbeigehen: Noch stehen Aufwand und Investitionskosten in keinem Verhältnis zum erzeugten Strom.

ten arbeitet, gehört auch Dr. Jim Gilbert, Professor

beruhen, ist deshalb vielversprechender, meint

des Fachbereichs Ingenieurwissenschaften der

Gilbert.

University of Hull. Zurzeit wird an vier verschie-

Zur Umsetzung des Energie-Ernte-Teppichs

denen Generatormodellen geforscht, erklärt er.

wird folglich an zwei bereits erforschten Verfah-

Die Generatoren unterscheiden sich in ihrer Funk-

ren zur Gewinnung kinetischer Energie gearbei-

tionsweise und im verwendeten Material. So wird

tet. Das Team um Dr. Gilbert prüft derzeit mit

bei den ersten zwei Prototypen ein Piezokristall

Flüssigkeit gefüllte Kissen, die eine Mikrotur-

oder ein elektroaktiver Polymerkern eingesetzt.

bine enthalten. Bei Druck auf den Gehsteig durch

Beide Materialien reagieren sowohl auf Verfor-

Schritte treibt die ausweichende Flüssigkeit die

mungen als auch auf Vibration mit einer inneren

Turbine an. Der vierte Typ, den Dr. Gilbert neben

Ladungsverschiebung. Sie wandeln kinetische

dem hydraulisch angetriebenen Wasserkissen als

Energie direkt in Spannung um. Der Vorteil der

den efﬁzientesten einstuft, ist ein elektromagneti-

Vibrationsempﬁndlichkeit könnte genutzt wer-

scher Generator, der nach dem Induktionsprinzip

den, um den Generator in Eisenbahnschwellen

Strom erzeugt. Dieser hat sich im Vergleich zu den

einzubauen. Das primäre Problem im Testverfah-

zuvor getesteten Varianten als robust und lang-

ren war jedoch die Bruchanfälligkeit der Genera-

lebig erwiesen. Der elektromagnetische Prototyp

toren. Die Entwicklung von Prototypen, die auf

besteht vereinfacht gesagt aus einem magneti-

Druck beziehungsweise Rotationsmechanismen

schen Gehäuse, in das eine bewegliche Spule ein-

› 28 44

der Spezialist

QUERDENKEN

gebaut ist. Angetrieben wird der Generator durch die Schritte von Passanten. Durch den Druck wird die Spule in Rotation versetzt. Der Antrieb des elektromagnetischen Generators gleicht dem eines Brummkreisels, der durch eine Pumpbewegung zum Rotieren gebracht wird.

DIE HERAUSFORDERUNG IST DIE WEITERENTWICKLUNG DER UMWANDLUNGSTECHNIK Die Flüssigkeits- sowie die elektromagnetischen Generatoren scheinen in der aktuellen Forschungsphase vielversprechend, da sie in Bezug auf Lebensdauer und Stabilität ein höheres Ent-

ENERGIEAUFWAND UND LEISTUNG DES MENSCHEN BEI BESTIMMTEN AKTIVITÄTEN Aktivität

Schlafen Ruhig liegen Sitzen Entspanntes Stehen Spazierengehen od. Autofahren Hausarbeit Handwerken Wandern Schwimmen Bergsteigen Langstreckenlauf Sprinten

ger aus. Für alle Generatoren, deren Material etwa einen Zentimeter bei Druck nachgibt, ließ sich nachweisen, dass sie insgesamt bis zu sechs Watt erzeugen. Dies gilt modellhaft für eine Person von

70 80 100 110 140 150 230 350 500 600 900 1.400

Watt

81 93 116 128 163 175 268 407 582 698 1.048 1.630

Körperwärme 2,4–4,8 W

wicklungspotenzial aufweisen. Auch der Energieverlust bei der Umwandlung in Strom fällt gerin-

kcal/h

Ausatmen 0,40 W (max. 1,0 W) Zwerchfell 0,42 W (max. 0,83 W)

60 Kilogramm Gewicht, mit der Gehgeschwindig-

Blutdruck 0,37 W (max. 0,93 W) Armbewegung 0,33 W (max. 60 W) Fingerbewegung 0,76–2,1 W (max. 6,9–19 W)

keit von einem Schritt pro Sekunde. Ein direkter Vergleich der Methoden zur Energiegewinnung ist schwierig, da die Leistung der Generatoren mit der Größe des Wandlers korreliert. „Für den Ein-

Fußaufsetzen 5,0–8,3 W (max. 67 W)

› 29

satz von Generatoren im Pacesetter-Projekt ist also die Weiterentwicklung der Technik, mit der die gewonnene Vibrationsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird, eine zentrale Heraus-

sich dort, wo ohnehin ein neuer Anschluss an

forderung“, resümiert Gilbert. Auch an dem kon-

das Stromnetz gelegt werden muss. „Da sich die

tinuierlichen Antrieb der hydraulisch betriebenen

kleinen Generatoren leicht an den vorgesehenen

Generatoren muss noch gearbeitet werden, da sie

Stellen einbauen lassen, wäre ihre Installation bei

auch bei geringerem Passantenstrom einen zuver-

der Nutzung von Rauchmeldern oder Hitzesenso-

lässigen Energieoutput liefern sollen.

ren zukünftig durchaus denkbar. Diese könnten

Wenn die Entwicklungsphase abgeschlossen

mit geringerem Verkabelungsaufwand eingesetzt

ist, wird im Sommer dieses Jahres eine große

werden,“ erläutert Dr. Gilbert. Auf lange Sicht

Anzahl an Mikrogeneratoren in den Boden der

hofft er, dass der Einsatz von Energy-Harvesting-

Victoria Station in London eingebaut. Ob sich die

Generatoren sich als gleichberechtigte Methode

Installation zur Beleuchtung weiterer Städte oder

neben herkömmlichen Stromgewinnungstech-

den Einbau der Technologie in Gebäuden rech-

nologien durchsetzen wird. Immerhin würde eine

net, bleibt abzuwarten. Bisher ist der Einsatz von

weitere emissionsfreie Variante zur Energiege-

Mikrogeneratoren durch die entstehenden Instal-

winnung hinzugewonnen werden.

› 29 Die Herausforderung ist eine wirtschaftliche Nutzung der vom menschlichen Körper erzeugten Energie. Die Angaben dieser Graﬁk stammen aus einer Studie von D. Morton, Human Locomotion and Body Form. The Williams & Wilkens Co., Baltimore, MD. 1952.

lationskosten wenig attraktiv. Ihr Einbau rechnet

der Spezialist

› 30

PANORAMA

Wer hören will, muss Kurbeln Wie kann man Nachrichten verbreiten, wenn weite Teile der Bevölkerung keinen Zugang zu Strom haben? Ein Brite nahm sich des Problems an und entwickelte ein Radio zum Aufziehen, nach dem Prinzip des Uhrlaufwerks. TEXT › Anja Gleber

Im Alter von 54 Jahren machte sich der britische Ingenieur Tre-

Kurbeln eine Stunde lief. Nachdem

vor Baylis 1991 zum ersten Mal Gedanken darüber, elektrische

Stear die Technologie zur Serien-

Geräte zu betreiben, ohne auf ein Stromnetz angewiesen zu

reife gebracht hatte, gründete er die

sein. Er saß damals vor dem Fernseher und sah einen Bericht

Freeplay Energy Group und begann

über die Ausbreitung des Aids-Virus in Afrika. Aufklärung, so

1995 in Kapstadt mit der Produktion.

hieß es, habe in Afrika nur einen Sinn, wenn die Menschen auch

Das Kurbelradio wurde zum großen

erreicht werden. Radio ist meist die einzige Nachrichtenquelle

Erfolg, mehr als die Hälfte der Pro-

auf dem Kontinent, doch die Nutzung erfordert Strom oder Bat-

duktion geht inzwischen in Indus-

terien und ist somit für viele Afrikaner unerreichbar. Der offen-

trieländer, wo sich umweltbewusste

sichtliche Bedarf ließ Baylis aufhorchen, sein Erﬁndergeist war

Bürger für das Radio begeistern,

geweckt. Anfangs für sein Vorhaben belächelt, entwickelte er

dessen Energiebedarf sich aus der

ein Radio zum Aufziehen, das nach dem Uhrwerk-Prinzip funk-

eigenen Muskelkraft speist. In den

tioniert – ähnlich wie beim Grammophon. Über eine Kurbel

letzten drei Jahren stellte die karita-

wird eine Eisenfeder aufgezogen. Läuft diese zurück, wird ein

tive Freeplay Foundation in Zusam-

kleiner Generator angetrieben. Ein solches Verfahren, so seine

menarbeit mit Regierungen und

Kritiker, würde niemals genug Strom produzieren, um das Radio

Hilfsorganisationen bereits 80.000

› 30 Information ist abhängig von einer guten Infrastruktur. Doch wo Elektrizität Mangelware ist, ist der Erﬁndergeist gefordert: ein Kurbelradio zur Aufklärung.

› 31 Der britische Ingenieur Trevor Baylis gilt als der geistige Urvater des Kurbelradios – ein wichtiger Schritt für die Informationsstreuung in den nicht mit Strom versorgten Regionen Afrikas.

laut und lang genug zu betreiben.

DER ERSTE PROTOTYP – ZWEI MINUTEN KURBELN UND 15 MINUTEN RADIO HÖREN Die Herausforderung bestand darin, die mit ablaufender Feder abnehmende Kraft durch ein aufwendiges Federsystem auszugleichen und so die Kraft der Feder konstant zu halten. Der erste Prototyp brachte es lediglich auf 15 Minuten Spielzeit nach zwei Minuten kurbeln. Der afrikanische Geschäftsmann Rory Stear kaufte Baylis sein Ursprungskonzept ab, um die Technologie in Kooperation mit den Entwicklungslaboratorien der General Electric Company in den USA zu überarbeiten. Nach einer dreijährigen Entwicklungsphase war die Tech-

› 31

nologie so weit ausgereift, dass das Radio nach 20 Sekunden

der Spezialist

PANORAMA

Radios in Afrika zur Verfügung. Diese schaffen der ländlichen

Energie in Batterien abspeichert. 74

Bevölkerung Zugang zu Aids-Aufklärungs- und Bildungspro-

Prozent der mechanischen Energie

grammen oder werden in Hörgemeinschaftsprojekten mit bis

werden dabei in Strom umgewan-

zu 40 Zuhörern integriert.

delt. Dies ist eine sehr hohe Rate, verglichen mit der Energieefﬁzienz

NÄCHTLICHE MEDIZINISCHE NOTVERSORGUNG PER MUSKELKRAFT

von Solarzellen, die etwa 30 Prozent beträgt. Den Anspruch, auch unter widri-

Das Kurbelradio gab den Anstoß für viele weitere Freeplay-

gen Umständen etwas bewegen zu

Produkte, die ebenso die zuverlässige sowie orts- und zeit-

wollen, haben ebenso die Entwickler

unabhängige Energiequelle der eigenen Muskelkraft nutzen.

eines 100-Dollar-Laptops, der Kin-

Jüngstes Produkt ist der Weza (Suaheli für Energie) – ein tragba-

dern im Rahmen des „One Laptop per

rer Stromgenerator, der das Leben in ländlich geprägten Gebie-

Child“-Projektes (OLPC) die Chance

ten nachhaltig verbessern und den unternehmerischen Geist

auf Schulbildung ermöglichen soll.

fördern soll. Mit einem Fußpedal wird die Energie erzeugt, die

Ab Oktober 2007 werden die ersten

zum Betrieb von Handys, Beleuchtung oder sonstigem elektro-

so genannten XO Laptops in Brasi-

nischen Equipment benötigt wird. Selbst die Starthilfe für ein

lien, Argentinien, Uruguay, Nigeria,

Auto kann per Muskelkraft „ertreten“ werden. „95 Prozent der

Libyen, Pakistan und Thailand erwar-

8,4 Millionen Menschen in Ruanda haben keinen Zugang zu

tet. Das langfristige Ziel von 100 Dol-

elektrischer Energie“, erläutert Stear sein Engagement. „Mit der

lar Stückzahlkosten kann mit dem

Weza-Technologie kann zukünftig unter anderem nächtliche

derzeitigen Produktionsvolumen je-

medizinische Notversorgung ermöglicht werden.“ Beim Treten

doch noch nicht realisiert werden,

wird ein Dynamo angetrieben, der die gewonnene elektrische

noch kostet ein Laptop 175 Dollar.

› 32 Das Kurbelradio ist auch ein Fortschritt für das kulturelle Leben in ländlichen Regionen, wo es kein Stromnetz gibt.

› 32 48

der Spezialist

PANORAMA

Eine andere Variante, seinen eigenen Strom zu erzeugen, bietet die Schütteltechnik. Diese wird bereits bei

Taschenlampen

angewandt:

Basierend auf dem Induktionsprinzip erzeugt ein Magnet, der in einer Spule gelagert ist, Strom. Durch Erschütterung betriebene technische Produkte gibt es bereits seit dem 18. Jahrhundert. Zum Beispiel

› 33

Automatik-Taschenuhren, die durch die Bewegungen des Trägers aufgezogen werden. Die auf diese Weise gewonnene Energie reicht jedoch lediglich für den Betrieb eines Uhr-

Ähnlich dem Freeplay-Prinzip werden über einen von Hand zu

werkes. Denn mit sanften Bewe-

betätigenden Hebel oder eine Ziehleine Batterien gespeist. Als

gungen kann nicht ausreichend

Nicholas Negroponte das Projekt vor über zwei Jahren am Mas-

Energie erzeugt werden, die Reibung

sachusetts Institut of Technology (MIT) initiierte, sparte er nicht

verhindert dies. Um auch geringe

an rafﬁnierten Komponenten. Er setzte sich zum Ziel, über eine

Bewegungen effektiv in elektrische

völlig andersartige Bedienoberﬂäche das Lernumfeld für Kin-

Energie umzusetzen, soll jetzt Mag-

der zu optimieren. „Kinder sollten kommunizieren, entdecken

netﬂüssigkeit, so genanntes Ferro-

und interagieren, anstatt sich Ofﬁce Tools zu untergeben“, so

ﬂuid, Abhilfe schaffen. Ferroﬂuide

die Meinung von Negroponte. Über eine installierte Wireless-

sind

Schnittstelle kann Kontakt zu anderen Schülern in der Umge-

Nanopartikel. Der Flüssigkeitsüber-

bung aufgenommen werden. Fährt der Cursor über die Icons

zug auf dem Magneten führt dazu,

der Klassenkameraden, springt ein Pop-up-Menu mit Name

dass die Reibung abnimmt. Würde

und Foto auf. Ebenso verfügt der Laptop über einen Webbrow-

der Magnet in der Schüttel-Taschen-

ser, einen Word-Processor und einen RSS-Reader. Eine Kamera,

lampe also mit Magnetﬂüssigkeit

Lautsprecher sowie ein Farbmonitor mit ungewöhnlich hoher

benetzt, induziert er bereits bei ganz

Auﬂösung von 200 dpi gehören außerdem zur Ausstattung.

leichten Bewegungen Strom in der

eine

Lösung

› 33 Der XO Laptop wurde für Kinder in Entwicklungsländern entwickelt. Er kostet derzeit noch 175 US-Dollar und kommt mit zwei Watt aus. Aufgeladen wird er mit einer Handkurbel oder einer Ziehleine.

magnetischer

Spule und nicht erst durch kräftiges

SCHÜTTELN STATT KURBELN: EINE WEITERE VARIANTE ZUR AUTARKEN STROMERZEUGUNG

Schütteln. Die verbesserte Technik könnte unter anderem in Form einer Mobiltelefontasche mit eingebau-

Letzterer wurde eigens entwickelt, um den niedrigen Energie-

tem Schüttelgenerator Anwendung

verbrauch sicherzustellen. Ebenso stützt sich der XO auf Strom

ﬁnden. Not oder Mangel, so lautet

sparende Flashspeicher statt einer Festplatte. Letztendlich

schon das alte Sprichwort, macht

kommt der XO Laptop mit zwei Watt aus – so wenig, dass er

eben erﬁnderisch.

per Hand wieder aufgeladen werden kann. Eine Minute Muskelenergie muss für einen zehnminütigen Betrieb aufgebracht werden. Ein herkömmlicher Laptop verbraucht mit dieser Ausstattung gewöhnlich mehr als das Zehnfache.

der Spezialist

TERMINE

termine

Juni bis September 2007

AUSGABE 08 || Juni 2007

veranstaltungen 8. – 12. Aug.

2007

FORMULA STUDENT GERMANY Hockenheimring: Die berühmte Rennstrecke in Baden-Württemberg ist Austragungsort dieses einzigartigen Rennens. Studenten schicken einen selbst konstruierten einsitzigen Formelrennwagen auf die Bahn, um damit gegen Teams aus der ganzen Welt anzutreten. Bei der Formula Student gewinnt aber nicht einfach nur das schnellste Auto, sondern das Team mit dem besten Gesamtpaket aus Konstruktion, Rennperformance, Finanzplanung und Verkaufsargumenten. Der Wettbewerb gliedert sich in dynami-

›8. – 12. AUg.

sche und statische Disziplinen. Insgesamt können in acht Disziplinen 1.000

Nachwuchsingenieure aus der ganzen Welt treffen bei der Formula Student Germany zusammen. Der Wettbewerb feierte im vergangenen Jahr Premiere.

Punkte erreicht werden. Zur Ermittlung des besten Fahrzeugs bewertet eine Jury aus Experten der Motorsport-, Automobil- und Zulieferindustrie die vorgestellten Boliden. www.formulastudent.de 30. jun. – 10. Jul.

2007

ROBOCUP 2007 ATLANTA Am „Georgia Institute of Technology“ in Atlanta, USA, ﬁndet der diesjährige Robocup 2007 statt. Nach dem erfolgreichen Startevent in Bremen im vergangenen Jahr werden nun wieder international besetzte Teams in verschiedenen Roboterklassen gegeneinander antreten, um das Runde ins Eckige zu bringen. www.robocup-us.org

› 30. Jun. – 10. Jul. Tüftler aus vielen Ländern treffen zum Robocup in Atlanta zusammen. Im Gepäck intelligente Maschinen, die mit allem ausgestattet sind, was ein Proﬁfußballer braucht.

Meilensteine 15. Juni

1752

Benjamin Franklin beweist in einem Experiment bei Gewitter seine These, ein Blitz sei nichts anderes als ein großer Funken. Als Konsequenz entwickelt er den Blitzableiter.

25. Juli

1909

Der französische Flugpionier Louis Blériot überﬂiegt erstmals den Ärmelkanal. Von Calais bis Dover benötigte er mit einem von ihm gebauten Eindecker 37 Minuten.

24. August

1987

Der erste Windenergiepark in Deutschland wird an der Nordseeküste Schleswig-Holsteins eröffnet. Heute decken 18.685 Anlagen 5,7 Prozent des Strombedarfs (Stand 1/2007 lt. Bundesverband WindEnergie).

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AUSGABE 08 || Juni 2007

ANDEREN AUGEN

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HERAUSGEBER Brunel GmbH

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

DRUCK Druckerei Girzig + Gottschalk GmbH, Bremen

ERSCHEINUNGSWEISE 3 Ausgaben / Jahr, Auﬂage 28.000 Stück

T E A M L E I T E R V E R T R IE B (w/m)

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E L E K T R OK ON S T R U K T E U R E (w/m)

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… zahlreiche weitere Offerten für Ihren persönlichen Karriereweg ﬁnden Sie unter www.brunel.de

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Brunel GmbH | Airport City | Hermann-Köhl-Str. 1 a | 28199 Bremen

Das Magazin für Technik und Management

verlost unter allen Teilnehmern 20 Eintrittskarten zur Formula Student Germany vom 8. bis 12. August 2007 auf dem Hockenheimring

Sven Lorenz und das U-Boot >>

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Funky Business mit Karaoke-Kapitalismus Unkonventionelle Wirtschaftsberatung: Dr. Kjell A. Nordström im Gespräch

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JA, „Der Spezialist“ hat mich überzeugt! Deshalb möchte ich Ihr Magazin weiterempfehlen. Bitte nehmen Sie die auf der Rückseite aufgeführte Person in Ihren Verteiler auf.

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JA , ich möchte gerne eine Tages-Eintrittskarte zur Formula Student Germany vom 8. bis 12. Aug. 2007 auf dem Hockenheimring gewinnen. Einsendeschluss ist der 20. Juli 2007.

Bitte ausreichend frankieren, danke.

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