Der Spezialist - Ausgabe 13 by Brunel GmbH

AUSGABE 13 || März 2009

Das Magazin für Technik und Management

Jürgen Weidig und die Rechenmaschine >>

Mathe neu interpretiert Professor Helmut Neunzert über die Potenziale der Mathematik

Flugzeuge vom Fließband In Russland hebt der „Superjet 100“ ab

Design thinking mit Knete und Pfeifenreinigern Studenten forschen und erﬁnden mit Praxisbezug

„UNSER SPEZIALIST“ JÜRGEN WEIDIG Mathematik, das Schwerpunktthema dieser Ausgabe, spielt im Leben von Jürgen Weidig eine große Rolle. Um Innovations- und Entwicklungsprozesse zu initiieren, ist für ihn nicht nur der Blick nach vorn wichtig. Auch die Technikgeschichte hat es ihm angetan, denn Innovationen entstünden nicht aus dem Nichts. »Unser Spezialist« ist Diplom-Ingenieur der technischen Informatik und verfügt über einige Jahrzehnte Berufserfahrung. Während dieser Zeit hat er begeistert die rasante Entwicklung in seinem Fachgebiet verfolgt und vorangetrieben. Seit 2001 ist Jürgen Weidig für Brunel im Einsatz, zuletzt als Softwareentwickler unter anderem bei Siemens und Harman Becker Automotive Systems in Ulm.

editorial

DER SPEZIAL IST

AUSGABE 13 || März 2009

LIEBE LESERIN, LIEBER LESER, in dieser Ausgabe lernen Sie mit mir ein neues, aber doch vertrautes Gesicht der Brunel GmbH kennen. Als CEO von Brunel International N. V. leite ich seit 2000 unsere weltweiten Geschäfte. Anfang dieses Jahres habe ich zudem die Geschäftsführung der Brunel Deutschland GmbH und damit auch die Rolle des Chefredakteurs des Magazins übernommen. Dieser spannenden Aufgabe blicke ich mit großer Freude entgegen. Mathematik, das Fokus-Thema dieser Ausgabe, ist mir als ausgebildetem Wirtschaftsprüfer und CEO von Brunel International N. V. natürlich sehr vertraut und bestimmt mein tägliches Handeln. Zahlen zu interpretieren, sie in unterschiedliche Zusammenhänge zu stellen und auf dieser Basis Vorgaben zu entwickeln, ist die Voraussetzung für die Steuerung eines Unternehmens. Auch für unsere Ingenieure bilden Daten und Rechenwege die Basis ihrer Arbeit. Sie definieren das Ziel jedoch vorab. Uns verbindet, dass Mathematik eines unserer wichtigsten Arbeitsmittel ist. Sie hilft dabei, neue Ideen zu entwickeln, sorgt für Kreativität und Innovationen. Das gilt für die Führung eines Unternehmens ebenso wie für die Entwicklung neuer Airbags oder Steuerungssoftwares – beides wäre ohne Mathematik nicht möglich. So hat diese Wissenschaft direkten Einfluss auf die Arbeit von Brunel: Sie ist die Grundlage für technische Neuerungen und damit auch Garant dafür, dass unser Unternehmen selbst in wirtschaftlich schwierigen Zeiten Erfolg hat. Prof. Dr. Helmut Neunzert, mehrfach ausgezeichneter Mathematiker des Fraunhofer ITWM, geht noch einen Schritt weiter. Er erläutert im Gespräch mit dem Spezialisten, dass Mathematik nicht nur für bestimmte Berufsgruppen relevant ist, sondern unseren gesamten Alltag beeinflusst. Viel Spaß beim Lesen!

Drs. J. A. van Barneveld, RA, CEO, Brunel International N. V., General Manager, Brunel GmbH

der Spezialist

kurz notiert

Hier wird gerechnet

��

der Spezialist

��

TABELLE › Dr. Ralf Schrank

��

Als Schulfach oft ungeliebt, spielt die Mathematik dennoch in vielen Lebens- und Arbeitsbereichen ihre Stärken aus. Universell anwendbar und vielfach unverzichtbar wird sie zu Analysen-, Optimierungs-, Steuerungs- und Prognosenzwecken eingesetzt. Hier eine Übersicht.

inhalt

Der Spezialist

AUSGABE 13 || März 2009

Seite

im fokus:

OHNE MATHEMATIK GEHT (FAST) NICHTS

Eine Wissenschaft beeinﬂusst (fast) alle Bereiche der Gesellschaft Seite

technische projekte:

VIELSEITIGE MULTITALENTE

Flexible Blockheizkraftwerke spielen weltweit ihre Vorteile aus Seite

im gespräch:

MATHE NEU INTERPRETIERT

Professor Helmut Neunzert über Potenziale und Ästhetik der Mathematik

› seite 14 Mathematik ist in der Schule selten beliebt. Prof. Neunzert hat die schönen Seiten der Wissenschaft entdeckt.

Seite

aus den branchen:

SCHIFFE AN DER STECKDOSE

Innovative Trafo- und Steckersysteme sorgen für saubere Luft im Hafen Seite

Forschung & Wissenschaft:

THERMOELEKTRIK FÜR MEHR EFFIZIENZ

Motorabwärme soll bald Strom für die Bordelektronik von Autos liefern Seite

mitarbeiter und karRiere:

TÜFTLER UND MOTORSPORTPIONIER

Roy Munro Andersons Herz schlägt für schwere englische Maschinen Seite

technische projekte:

FLUGZEUGE VOM FLIESSBAND

Im russischen Komsomolsk geht der „Superjet 100“ in Serie Seite

history:

SCHIFFSHEBEWERK: MIT MUSKELKRAFT HOCH HINAUS

Johann Friedrich Mende baute 1789 das erste Senkrechthebewerk

› seite 30 In Komsomolsk werden mit deutschem Know-how seit kurzem die ersten russischen Zivilﬂugzeuge gefertigt.

Seite

technische projekte:

INTELLIGENTE FAHRWERKE

Software und Sensoren sorgen für sichere Flugzeugstarts und -landungen Seite

Querdenken:

AUS ZEPPELIN UND HELIKOPTER WIRD QUADZEPPCOPTER

Wackelfreier Überblick und Nahaufnahmen von unzugänglichen Bereichen Seite

Panorama:

DESIGN THINKING MIT KNETE UND PFEIFENREINIGERN

Studenten der HPI School of Design Thinking erﬁnden für die Praxis Termine impressum

› seite 46 Die School of Design Thinking bereitet ihre Studenten auf die Praxis vor: mit lebensechten Projekten aus der Praxis.

EXTRA: POSTK ARTEN MIT KNIFFLIGEN AUFGABEN ZUM SELBERLÖSEN ODER VERSCHICKEN (siehe Umschlagklappe)

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

der Spezialist

› 01

IM FOKUS

Ohne Mathematik geht (fast) nichts Bereits in den frühen Hochkulturen der Babylonier und Ägypter wurde im Alltag gerechnet. Die abstrakte Mathematik ist jedoch eine Erﬁndung der alten Griechen. Die „Kunst des Lernens“ beeinﬂusst heute nahezu alle Aspekte des modernen Lebens. TEXT › Dr. Ralf Schrank

Nur um Haaresbreite sind dem Hobby-Mathema-

schaft von der Verschlüsselung von Informatio-

tiker Hans-Michael Elvenich aus Langenfeld bei

nen. Moderne Verschlüsselungsverfahren (Public-

Köln 100.000 Dollar entgangen. Im September

Key-Verfahren) beruhen darauf, dass sich jede

2008 hatte er auf seinem PC eine Primzahl mit

Zahl als Produkt von Primzahlen darstellen lässt.

mehr als zehn Millionen Stellen errechnet. Aber

Allerdings ist die Ermittlung dieser Primzahlen,

die Hoffnung auf das Preisgeld, das die Electronic

die Faktorisierung, sehr viel schwieriger als umge-

Frontier Foundation (EFF) für die Ermittlung einer

kehrt ihre Multiplikation. Für sehr große Zahlen

solchen Primzahl ausgelobt hatte, erfüllte sich

gibt es bis heute keine ausreichend schnelle Fak-

nicht. Ein Team der mathematischen Fakultät der

torisierungsmethode. Das heißt: Je größer die

Universität Kalifornien in Los Angeles (UCLA) war

Primzahlen, desto sicherer ist die Verschlüsselung.

zwei Wochen schneller. Der Ausdruck der UCLA-

Das interessiert nicht nur Militärs und Geheim-

Rekordzahl mit 12.978.189 Stellen würde einen

dienste. Public-Key-Kryptographie gehört längst

ganzen Band vom Kaliber der „Buddenbrooks“ fül-

zu unserem Alltag: etwa die digitale Unterschrift

len. Die EFF ist eine nichtstaatliche, von privaten

unter einer E-Mail, die den Schreiber eindeutig

Spenden getragene amerikanische Organisation,

ausweist. Genau deshalb hatte die EFF das hohe

die sich für den Schutz der Privatsphäre im Inter-

Preisgeld ausgesetzt.

› 01 Kreide auf Schiefertafel: heute im Computerzeitalter ein geradezu anachronistisches Bild.

› 02 Mit zunehmender Rechnerleistung wurde auch die Verschlüsselungstechnik immer komplexer. Eine Dechiffrierung ohne Computer ist heute unmöglich.

net einsetzt. Warum ist ihr eine so unhandliche Zahl so viel wert? Das hohe Preisgeld lässt vermuten, dass die abstrakte Mathematik doch intensiver in unseren Alltag eingreift, als wir ahnen. Viel intensiver, als all denen lieb ist, für die Mathematik nur ein Betätigungsfeld für praxisentrückte Stubenhocker ist.

JE HÖHER DIE PRIMZAHL, DESTO SICHERER DIE VERSCHLÜSSELUNG Primzahlen sind elementare natürliche Zahlen, die sich ohne Rest nur durch 1 und durch sich selbst teilen lassen. Eine entscheidende Rolle

› 02

spielen sie in der Kryptographie, der Wissen-

der Spezialist

IM FOKUS

Kryptographie ist ein Beispiel für „angewandte“

gen. Mit Hilfe dieses Modells lässt sich das Origi-

Mathematik, die schon mit den ersten Hochkul-

nal an einem Rechner simulieren. Das ist in der

turen aufkam. So geben die Aufzeichnungen der

Regel sehr viel kostengünstiger, besser reprodu-

Babylonier und Ägypter keine Hinweise darauf,

zierbar und oft auch weit weniger gefährlich als

dass sie Mathematik nur aus Spaß an abstrakten

der Versuch am Original selbst. Man denke nur an

Zahlenspielen betrieben hätten. Vielmehr ging es

Crashsimulationen, mit denen man Automobile

ihnen um die alltägliche Berechnung von Waren-

und Karosserien testen kann, ohne teure Origi-

mengen, Zeitspannen, Löhnen, Flächen und Volu-

nale zerstören zu müssen. Manchmal ist das reale

mina. Warum die dazu benutzten Rechenregeln

Experiment auch gar nicht möglich: in der Raum-

überhaupt funktionierten, interessierte erst die

fahrt, der Medizin, der Soziologie oder der Ökono-

Philosophen des antiken Griechenlands. Sie waren

mie zum Beispiel.

offenbar die Ersten, die Gefallen am rein logischen Beweis, an der Axiomatisierung, fanden. Aus dem Altgriechischen leitet sich denn auch der Name

QUALITÄTSSICHERUNG DURCH MASCHINELLES SEHEN

„Mathematik“ her: „Kunst des Lernens“. So kam die abstrakte Mathematik erst auf die Welt, nach-

Das Ziel von Modelling und Simulation ist die Op-

dem die Menschen bereits seit tausenden von Jah-

timierung von Systemeigenschaften oder Steue-

ren angewandte Mathematik betrieben hatten.

rungstechniken oder aber die Prognose des zu-

Mit Hilfe der Axiomatik entwickeln Mathemati-

künftigen Systemverhaltens. Ganz ähnliche Ziele

ker abstrakte Modelle – mal angetrieben von prak-

verfolgt auch die zweite weit verbreitete Methode

tischen Fragestellungen, oft aber auch ohne Bezug

des Data-Minings. Der Begriff deutet an, dass in

zur realen Welt. Inﬁnitesimalrechnung (Leibniz,

den ungeheuren Datenbeständen, die wir heute

Newton), komplexe Zahlen (Euler), Mengenlehre

anhäufen, wertvolle Schätze stecken können.

(Cantor), Gruppentheorie (Abel) sind einige Mei-

Durch das Erkennen von Regeln und Mustern will

lensteine der Mathematik.

das Data-Mining diese Schätze heben. Ein Bei-

Heute sind in Industrie, Wirtschaft und Gesell-

spiel sowohl für das Data-Mining als auch für das

schaft vor allem zwei mathematische Methoden

Modelling ist die automatische Bildanalyse, die

unentbehrlich geworden: Modelling und Data-

mit dem Schlagwort „maschinelles Sehen“ tref-

Mining. Unter Modelling versteht der Mathemati-

fend beschrieben und seit Jahren zunehmend in

ker die Abbildung eines realen Systems mit Algo-

der Industrie eingesetzt wird. Sie dient vor allem

rithmen, die die Abhängigkeiten der wesentlichen

der Qualitätssicherung und Automatisierung von

Systemeigenschaften voneinander berücksichti-

Fertigungsabläufen, zum Beispiel zur präzisen

der Spezialist

Porträts Die Mathematik hat viele Väter: Von links nach rechts sind hier Gottfried Wilhelm Leibniz, Isaac Newton, Leonhard Euler, Georg Cantor, Niels Hendrik Abel und George Boole zu sehen.

IM FOKUS

berücksichtigen muss (Tag, Nacht, Nebel ...), damit die Algorithmen fehlerfrei arbeiten. Bei industriellen Anwendungen dagegen bestimmt der Programmierer diese Bedingungen, wie die Beleuchtung, die Kameraposition oder die Geschwindigkeit des Werkstücks.

MATHEMATISCHE MODELLE SAGEN ENTWICKLUNG VON KLIMA UND WIRTSCHAFT VORAUS Das maschinelle Sehen in Echtzeit erfordert enorPrüfung der Maße oder Oberﬂächenbeschaffen-

me Rechnerleistungen. Das Gleiche gilt für Algo-

heit von Werkstücken auch im schnellen Fließ-

rithmen die stochastische, also zufällige Ereig-

bandbetrieb.

nisse, mit einbeziehen müssen, etwa bei der Er-

Ein Bild besteht aus einer Vielzahl von Bild-

stellung von Klima- oder Wirtschaftsmodellen.

punkten („Pixeln“). Eine rechnerische Analyse der

Weder das maschinelle Sehen noch Wettervorher-

im Bild enthaltenen Informationen ist erst mög-

sagen wären ohne High Performance Computing

lich, wenn man die Pixel segmentiert, also zu

möglich. Der nächste Schritt ist bereits angedacht:

größeren Gruppen zusammenfasst. Weit verbrei-

Grid Computing – die Weiterentwicklung des In-

tet ist das so genannte Schwellwertverfahren, bei

ternets. Mit dem „Global Grid“, in dem man welt-

dem ein bestimmtes Merkmal des Pixels, etwa

weit Rechner, Datenspeicher und digitale Biblio-

sein Grauwert, mit einem Schwellwert vergli-

theken vernetzen will, werden die Mathematiker

chen wird, um das Pixel einem Segment zuzuord-

die reale Welt noch präziser simulieren, segmen-

nen – oder eben nicht. Das Ergebnis dieses Verfah-

tieren und analysieren können. Der Aufwand ist

rens ist ein Binärbild, dessen Pixel nur die Farbe

groß – aber Mathematik ist ein Wirtschaftsfaktor

Schwarz oder Weiß haben. Für solche Bilder gibt

ersten Ranges. Selbst für Hobby-Mathematiker

es schnelle Algorithmen zur Musteranalyse. Ein

kann sie sich lohnen: Dem Entdecker der ersten

Beispiel, das längst Stand der Technik ist: Für ein

Primzahl mit mindestens einer Milliarde Stellen

Werkstück mit mehreren Bohrlöchern identiﬁ-

winkt ein EFF-Preisgeld von 250.000 Dollar.

› 03 Im Dienste der Sicherheit: Virtuelle Crash-Tests sparen Zeit und Kosten. Dabei spielt die exakte Berechnung von Kräften eine bedeutende Rolle und gibt Konstrukteuren und Testern Aufschluss über das Unfallverhalten der Fahrzeuge.

ziert ein Computerprogramm im Binärbild die 2-D-Position und den Durchmesser jedes schwarzen Kreises, wählt den richtigen aus und errechnet für diesen dann die Steuerbefehle, mit denen eine CNC-Maschine (Computerized Numerical Control) zielgenau etwa ein Gewinde in das Loch schneidet. Komplexer sind etwa die Echtzeit-Analyse einer realen Verkehrssituation und die Errechnung von Steuerbefehlen zum automatischen Lenken eines Fahrzeugs. Nicht nur, weil mehr Muster erkannt und interpretiert werden müssen, sondern auch, weil der Programmierer beim „sehenden Fahrzeug“

› 03

die unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen

der Spezialist

technische projekte

vielseitige Multitalente Kraftwerkstechnik ist vielschichtig, die Größenordnung und technische Komposition unterscheiden sich zum Teil erheblich. Die Brunel Mitarbeiter Günter Schreiber und Peter Busch planen, steuern und überwachen weltweit unterschiedlichste Neubauprojekte.

TEXT › Bastian Korte

Wenn von Kraftwerken die Rede ist, denken wir in

energie in Form von Dampf und erhitztem Wasser

der Regel an große Anlagen wie Kohle- oder Kern-

nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung.

kraftwerke. Diese lösen zuweilen kritische Äußerungen aus, ein Beispiel sind die alljährlichen Proteste in Gorleben. Tatsächlich sind Kraftwerke

EFFIZIENZ DURCH WIRKUNGSGRADE VON NAHEZU 90 PROZENT

aber wesentlich vielschichtiger, sowohl was die Größenordnung als auch was die technische Kom-

Diese Methode erlaubt die Auskoppelung von

position betrifft. Überdies haben sie entscheiden-

Nutzwärme aus einer Anlage, die Energie aus

den Einﬂuss auf das Funktionieren einer Volks-

einem Brennstoff in mechanische oder elektrische

wirtschaft – Kraftwerke sind nach wie vor einer

Energie umwandelt. Den Strom gibt beim BHKW

der wichtigsten Energielieferanten. Vor diesem

ein Generator ab, der hinter einen Diesel- oder

Hintergrund und angesichts der verstärkten Res-

Gasmotor geschaltet ist. Die Wärmeenergie, die

sourcenknappheit bleibt der Kraftwerksbau wei-

in den Kühl- und Schmierölkreisläufen der Moto-

terhin relevant. Solche Bauprojekte wären ohne

ren entsteht, wird zur Erzeugung von Warmwas-

die ordnende Hand eines erfahrenen Projektlei-

ser genutzt, während die Wärmeenergie aus den

ters nicht zu bewerkstelligen.

Abgasen des Verbrennungsprozesses zur Dampf-

Günter Schreiber von der Brunel Niederlas-

erzeugung verwendet wird. Die Übertragungs-

sung Bremen betreut seit März 2008 den Bau

medien können durch ihre ortsnahe Verwertung

eines Heizwerks und eines Blockheizkraftwerks (BHKW) für den weltweit tätigen Bodenbelagshersteller Armstrong DLW AG in Delmenhorst. „Im Heizwerk wird Dampf erzeugt, der sowohl für die Produktionsanlagen der Armstrong DLW als auch zur Raumbeheizung genutzt wird“, so Schreiber. Zudem arbeitet diese Anlage, auch Großwasserraumkessel genannt, wirtschaftlich in Bezug auf das Verhältnis vom Brennstoffeinsatz zur Wärmeerzielung. Das BHKW, die kleinere und modular aufgebaute Variante eines konventionellen Heizkraftwerkes, liefert elektrischen Strom sowie Wärme-

der Spezialist

› 04 Moderne Blockheizkraftwerke liefern Fernwärme und Elektrizität. So können ganze Stadtteile oder auch einzelne Häuser und Produktionsstätten mit kostengünstiger Energie versorgt werden, die unter größtmöglicher Brennstoffausnutzung gewonnen wurde.

PORTRÄT Günter Schreiber (50) besuchte bereits während seines Studiums der thermischen Verfahrenstechnik erste Vorlesungen zur Kraftwerkstechnik. Durch seine Tätigkeit im Anlagenbau, insbesondere im Bereich Planung, Bau und Inbetriebnahme von Rauchgasreinigungsanlagen, kam er mit Kraftwerken in Berührung und blieb dabei. Bei Brunel ist Schreiber seit März 2008.

› 04

technische projekte

› 05 Das Herzstück des BHKWs bildet der Dieselmotor. Als Kraftstoffe für Blockheizkraftwerke kommen vorwiegend fossile oder regenerative Kohlenwasserstoffe wie Heizöl, Pﬂanzenöl, Biodiesel für Dieselmotoren zum Einsatz, daneben auch Holzhackschnitzel und Holzpellets als nachwachsende Rohstoffe in Stirlingmotoren und Dampfkraftanlagen mit externer Verbrennung.

› 05 für Arbeitsprozesse wie das Trocknen, Erhitzen

und ist verantwortlich für die Planung, Steuerung

oder Schmelzen genutzt werden, was die Anlage

und Überwachung des gesamten Prozesses. Dies

für produzierende Unternehmen wie Armstrong

beinhaltet auch die Berücksichtigung der vom

lukrativ macht: Der Wirkungsgrad eines BHKWs

Kunden vorgegebenen Parameter, wie beispiels-

liegt je nach Auslastung des Motors und dessen

weise der geplante Nutzungszweck des Kraft-

Effektivität bei rund 90 Prozent. Dies verdeutlicht

werks, die Art des Brennstoffes oder die zu erzeu-

ihren ökonomischen Vorteil. „Kleinere Blockheiz-

gende Strom- und Dampfmenge.

kraftwerke mit bis zu fünf Kilowatt (kW) ermöglichen die Versorgung eines Einfamilienhauses, ein Unternehmen aber benötigt meist mehr als

PROJEKTLEITER SIND INFORMATIONSKNOTENPUNKTE

10.000 kW zur Bewältigung seiner Produktionsschritte“, erläutert der Spezialist.

Als Projektleiter ist er, ob im Kunden- oder im

Das notwendige Fachwissen für seine Aufgabe

Fachgespräch, Ansprechpartner für alle am Pro-

eignete sich Günter Schreiber sowohl im Studium

jekt Beteiligten. Das heißt auch, dass er andere

als auch durch langjährige Berufserfahrung an. So

Experten involvieren muss, um den Bau voranzu-

verfügt der Ingenieur in den relevanten Bereichen

bringen.

des Kraftwerkbaus, wie der Verfahrens-, Anlagen-,

Doch nicht nur deutschlandweit sind technisch

Feuerungs- sowie Elektro- und MSR-Technik (Mes-

versierte Projektleiter unverzichtbar. Peter Busch,

sen, Steuern, Regeln), über entsprechende Kompe-

Mitarbeiter der Brunel Niederlassung in Kiel, fun-

tenzen. Er begleitet sämtliche Arbeitsschritte vom

giert im internationalen Kraftwerksbau als „Infor-

Auftrag bis zur Fertigstellung eines Kraftwerks

mationsknotenpunkt vom Vertragsabschluss bis

der Spezialist

technische projekte

zur Inbetriebnahme einer Anlage“. Als Projekt-

Die massiveren Antriebsturbinen aus Gas- und

leiter koordiniert er den Bau einer energietechni-

Dampfkraftwerken seien für derartige Aufgaben

schen Versorgungsstruktur von Deutschland aus

nicht geeignet.

und steht in ständigem Kontakt mit dem Auf-

Peter Busch ist zudem anhand von Bildern für

bauteam vor Ort. Aufgrund des Zeitunterschieds

die Feststellung von entstandenen Transport-

zum Zielland erreichen ihn oftmals viele qualita-

schäden und deren Weitergabe an die Lieferan-

tiv unterschiedliche Anfragen auf einmal. Dann

ten zuständig. Ebenso ist er für die vorausschau-

ist Prioritätensetzung gefragt. „Ich halte prak-

ende Budgetierung von Projektabschnitten, die

tisch die Fäden in der Hand. Alles, was organisa-

Planung von Auslandsaufenthalten der Mitarbei-

torisch, logistisch, ﬁnanziell und technisch an Fra-

ter sowie die Bereitstellung und Zusendung feh-

gestellungen und Problemen auﬂäuft, muss so rei-

lender Bauteile verantwortlich. Den beidseitigen

bungslos wie möglich und je nach Dringlichkeit

Überblick hierbei gewährleistet eine umfangrei-

entweder von mir selbst bearbeitet beziehungs-

che technische Dokumentation.

weise mit dem Engineering- oder After-SalesTeam abgestimmt werden“, fasst Busch zusammen.

DER GENERALIST STEUERT DIE SPEZIALISTEN IN TAUSENDEN KILOMETERN ENTFERNUNG

Eine logistische Herausforderung stellt bei-

PORTRÄT Peter Busch (49) studierte nach der Ausbildung zum Boots- und Schiffbauer an der FH Flensburg Maschinenbau mit Schwerpunkt Energietechnik. Nach seinem Abschluss war er für die Windkraftindustrie und im konstruktiven Stahlbau tätig. Im Jahr 2008 kam er zu Brunel.

spielsweise die Organisation des Transports von

Der Generalist vergleicht seine Aufgabe mit einem

Kolbenmotoren dar, wie sie auch zum Antrieb von

riesigen Puzzle, das in tausenden von Kilometern

großen Schiffen genutzt werden. „Diese sind ver-

Entfernung zusammengesetzt werden muss. „In

gleichsweise leicht zu transportieren und können

der Regel beﬁndet sich dort während der Bau-

schnell und maßgeschneidert vor Ort montiert

phase ein kleiner Kreis von Spezialisten des Kun-

werden. Daher werden in infrastrukturarmen

denunternehmens, der als Auge, Ohr und verlän-

Regionen Kolbenmotoren als Antriebseinheiten

gerter Arm agiert“, erklärt er. Darüber hinaus ist

für Kraftwerke genutzt. Denn sie weisen zudem

das Projektteam auf kompetente und verlässliche

eine hohe Frequenzgenauigkeit und Betriebszu-

Partner im Aufbauland angewiesen, die mit not-

verlässigkeit in Bezug auf das Spannungsniveau

wendiger Hardware wie Kränen, Notstromaggre-

auf“, erläutert der studierte Maschinenbauer.

gaten oder Containerwohnungen zur Verfügung stehen. Beide Projektleiter, Schreiber und Busch, nennen neben technischem Know-how und allgemeinem Organisationstalent auch weiche Faktoren wie Flexibilität, Menschenkenntnis, Kommunikations- und Teamfähigkeit als elementarste Eigenschaften ihres Berufs. „Das ganze Projekt steht und fällt mit dem Team“, so Schreiber, „Einzelkämpfer kommen nicht voran.“

der Spezialist

IM GESPRÄCH

Mathe neu interpretiert Mathematische Modelle spielen in der Wirtschaft eine immer größere Rolle, viele Unternehmen setzen bei der praktischen Problemlösung auf Mathe-Experten wie Professor Dr. Helmut Neunzert. Im Interview erklärt er, warum Mathematik in der Schule oft extreme Gefühle auslöst und wie talentierter Nachwuchs gefördert werden kann. INTERVIEW › Stine Behrens

Der Spezialist: Bei Mathematik denken viele

der Schulmathematik ihre „Bedeutung“ wieder-

Menschen an ein eher ungeliebtes und trockenes

geben. Weniger formale Logik, dafür mehr mathe-

Schulfach. Woher, glauben Sie, hat Mathematik

matisches Modellieren. Darunter verstehe ich

ihren drögen Ruf?

das Übersetzen von Situationen der realen Welt in Mathematik. So lernt man schon in der Schule,

Prof. Dr. Helmut Neunzert: Umfragen zeigen, dass

echte Probleme mittels Mathematik zu lösen. Sol-

Mathematik gleichzeitig das meistgeliebte und

che Probleme ﬁnden Sie schon im Bäckerladen um

meistgehasste Schulfach ist. Es erstaunt wohl

die Ecke, Sie müssen nur etwas Mut und Fantasie

nicht, dass die Gruppe, die Mathematik nicht mag,

haben. Beispielsweise kann man den Energiever-

häuﬁg schlechte Leistungen hat. Diese Abnei-

brauch beim Backen oder die Konsistenz von Bröt-

gung hat aber auch damit zu tun, dass Mathema-

chen simulieren und Möglichkeiten zur Optimie-

tik manchmal als eine lebensfeindliche, furchtbar

rung aufzeigen. Und so festgelegt sind die Lehr-

formale Manipulation von Formeln gelehrt wird.

pläne nicht, dass da nicht hin und wieder etwas

Mathematik selber ist überhaupt nicht dröge,

wirklich Praxisnahes Platz ﬁndet. Es wird aber

aber sie wird manchmal dröge serviert. Formeln

auch schon besser.

PORTRÄT Von 1974 bis 2004 arbeitete Helmut Neunzert als Professor an der TU in Kaiserslautern. Dort war er 1995 Mitbegründer des heutigen FraunhoferInstituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik. Prof. Dr. Neunzert wurden zahlreiche Preise und Ehrendoktorwürden verliehen, darunter die Ehrendoktorate in Linz und Göteborg sowie die Mitgliedschaft in der Royal Society of Edinburgh.

und Gleichungen sind wie das Salz beim Kochen – Sie brauchen Salz, aber Sie können natürlich auch das leckerste Essen versalzen. Ich glaube, dass das „Essen“ in der Schule oft versalzen wird. Der Spezialist: Wie lässt sich dieses Bild ändern? Welche Strategien sind Ihrer Meinung nach geeignet? Prof. Dr. Neunzert: Man muss gute Studenten für das Lehramt gewinnen und sie dann gut ausbilden. Das ist nicht immer der Fall. Leider werden nicht nur die Schüler, die begeistert an Mathematik sind, Lehrer, sondern auch solche, die diesen Beruf aufgrund der Nebenaspekte wie der Vereinbarkeit mit der Familie wählen. Zudem muss man

der Spezialist

› 06

Der Spezialist: In Ihrem Buch „Oh Gott, Mathema-

Es gibt so etwas wie schöne Gleichungen oder

tik !?“ beschreiben Sie Mathematik als Repräsen-

schöne Beweise, also mathematische Herleitun-

tanten von Kultur. Wie kommen Sie darauf?

gen. Die Mathematik hat zudem klassische Probleme, die immer noch nicht gelöst sind. Und des-

› 06 Alles eine Frage der Didaktik: Mathematik muss bei entsprechender Vermittlung kein „Angstfach“ in der Schule sein.

Prof. Dr. Neunzert: Mit Kultur meine ich ganz naiv

halb ist sie für jeden, der sich damit auseinander-

Dinge wie Literatur, Musik und bildende Kunst

setzt, aufregend und begeisternd.

und glaube, dass Mathematik auch dazugehört.

Darüber hinaus sind fast alle technischen Pro-

Weil Mathematik genauso kreativ ist, neue Struk-

dukte eines Landes von Mathematik beeinﬂusst –

turen schafft und auch ästhetische Elemente hat.

vom Flugzeug über das moderne Auto-Design bis

der Spezialist

IM GESPRÄCH

zur Computertomograﬁe. Überall steckt also Ma-

Prof. Dr. Neunzert: Kurz gesagt tragen wir mit

thematik drin, womit die Mathematik zu einem

Mathematik zur Problemlösung von Unterneh-

Repräsentanten dieser Kultur oder Zivilisation

men bei. Das umfasst sowohl technische Pro-

wird: Sie spiegelt deren technischen Standard

bleme als auch Arbeitsabläufe. Dabei sind wir in

wider und ist beeinﬂusst von den Alltagsproble-

allen Branchen aktiv. Es gibt zwar zunehmend

men der jeweiligen Kultur.

ähnliche Institute, in Deutschland ist unsere Einrichtung mit 150 Mitarbeitern aber die größte die-

Der Spezialist: Wie viel Mathematik steckt denn in unserem alltäglichen Leben?

ser Art. Am Anfang mussten wir die Mathematik vermarkten, denn viele Unternehmen reagierten erst

Prof. Dr. Neunzert: Wenn wir unter Alltag das

ungläubig, wenn ein Mathematiker kam und ihre

verstehen, was wir täglich nutzen, wie Nahrung,

Probleme lösen wollte. Wir können jedoch viele

technische Geräte oder Kleidung, dann enthalten

Probleme in Mathematik übersetzen, indem wir

diese Dinge wahrhaftig alle Mathematik. Wenn

mathematische Modelle entwickeln und Lösungs-

Sie natürlich mit Alltag auch Hoffnungen, Wün-

möglichkeiten simulieren. Nehmen wir beispiels-

sche oder Liebe meinen, dann steckt da nicht so

weise die Entwicklung von Filtern. Wir können

viel Mathematik drin, denn das kann man nicht

Filtermaterial simulieren, indem wir es mit einer

logisch ordnen.

mathematischen Gleichung beschreiben. So können wir nachrechnen, wie das Gewebe beschaffen

SELBST IM MAGNUM-EIS AM STIEL STECKT MATHEMATIK

sein muss, damit Luft oder Flüssigkeit hindurchgeht, Staub oder Ruß aber an den Fasern festklebt. Im Rechner kann ich das Gewebe schnell ändern,

Ein Beispiel dafür, dass Mathematik auch in un-

die Größen der Poren variieren oder mit Beschich-

serer Nahrung steckt, ist das Magnum-Eis. Es wird

tungen experimentieren und auf diese Weise den

mit heißer Schokolade überzogen, wobei das Eis

besten Filter ﬁnden.

natürlich schmilzt. Um zu simulieren, wie sich die Schokolade auf dem Eis ausbreiten muss, damit

Der Spezialist: Wie wichtig und wie weit voran-

es nicht zu sehr zerﬂießt, werden mathematische

geschritten ist die interdisziplinäre Zusammenar-

Modelle entwickelt. So ist es möglich vorherzu-

beit im Bereich der Mathematik?

› 07 Handgeschriebene Formeln und Berechnungen haben nicht nur einen konkreten Nutzen, sondern auch einen besonderen ästhetischen Reiz.

sagen, bei welcher Temperatur und mit welcher Geschwindigkeit die Schokolade ﬂießen muss. Damit der Überzug schön knackig ist, muss zudem ein Zwischenraum zwischen Eis und Schokolade entstehen, der allerdings auch nicht zu groß sein darf, denn sonst bricht der Überzug in sich zusammen. Auch das wird am Computer simuliert. Der Spezialist: Sie waren 1995 Mitbegründer des heutigen Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik in Kaiserslautern. Was macht das Institut?

der Spezialist

› 07

IM GESPRÄCH

› 08

› 08 Prof. Dr. Neunzert: Sie ist sehr wichtig. Ich glau-

heute. Aber viele hervorragende Mathematiker

be, dass die Trennung der Disziplinen sich weit-

sind der Nazi-Herrschaft zum Opfer gefallen oder

gehend abgenutzt hat. Insbesondere dann, wenn

emigriert. Von diesem Rückschlag haben wir uns

man mit der Wissenschaft Probleme der rea-

nur langsam erholt. Trotzdem gehört Deutschland

len Welt lösen will. Heutzutage arbeiten Wissen-

heute zu den fünf führenden Mathe-Nationen, in

schaftler verschiedener Disziplinen zusammen.

manchen Spezialgebieten, wie der angewandten

Denn die Mathematik ist in jedem Fach, von der

Mathematik, auch zu den Top Three. Will man

Ökonomie über die Soziologie bis hin zur Medizin,

ernsthaft vergleichen, dann muss man die EU

enthalten. Der Mathematikanteil ist dort zuwei-

als ein Land betrachten. Die EU hat mit den USA

len so groß, dass die Fachwissenschaftler diesen

und bis vor kurzem mit Russland das klare Füh-

nicht mehr überblicken und daher zunehmend

rungstrio dargestellt. Russland war bis 1990 eine

Problemlösungsteams unter Einbeziehung von

„Super-Power“ der Mathematik, hat aber durch

Mathematikern gebildet werden. Im Fall unseres

den Abgang vieler Spitzenleute nach Amerika an

Instituts bestehen diese Teams aus Spezialisten

Boden verloren. Grundsätzlich muss man aber

der Kundenﬁrma und unseren Mathematikern

sagen, dass Mathematik sehr international ist.

und Informatikern.

Mathematische Begabungen gibt es in allen Ländern. Die entscheidende Aufgabe eines Landes

Der Spezialist: Inwieweit kann Deutschland als

ist, diese Begabungsreserven zu entwickeln. Und

Mathematik-Nation bezeichnet werden?

zwar so, dass sie wirklich eine Innovationskraft für die Wirtschaft werden.

In der modernen Medizin geht heute ohne Mathematik nichts mehr. Die Technik des Computertomografen basiert auf einem Algorithmus, der aus einer Vielzahl von Einzelaufnahmen ein dreidimensionales Bild erzeugt.

BUCHTIPP „Oh Gott, Mathematik !?“ Prof. Dr. Helmut Neunzert, Prof. Dr. Bernd Rosenberger Die Autoren zeigen, dass Mathematik nicht nur trocken, sondern kreativ sein kann und voller neuer Ideen steckt. Die Leser erfahren anhand anschaulicher Beispiele, warum Mathematik Bestandteil der Kultur eines Landes sein kann.

Prof. Dr. Neunzert: Deutschlands Rolle in der Welt der Mathematik war von 1920 bis 1930 größer als

der Spezialist

AUS DEN BRANCHEN

Schiffe an der Steckdose Vielen Hafenstädten stinkt es gewaltig: Vor Anker liegende Schiffe verbrennen Schiffsdiesel zur Stromerzeugung. Dass es auch anders geht, zeigt der Hafen Lübeck-Travemünde, wo viele Schiffe jetzt von Land aus mit Elektrizität versorgt werden. Das senkt die Kosten und entlastet die Umwelt. TEXT › Roland Bösker

Schiffe erzeugen den an Bord benötigten Strom

mit 60-Hertz-Bordstrom, an Land produzieren

mittels mit Schiffstreibstoff betriebener Genera-

Kraftwerke meist Strom mit 50 Hertz (Hz). Mit

toren selbst. Schiffstreibstoff gleicht eher zähem

SIHARBOR/SIPLINK hat Siemens ein System kon-

Teer als Autodiesel. In diesem Schweröl sind

struiert, das es ermöglicht, sowohl Schiffe mit

Schadstoffe wie Schwefel in besonders hoher Kon-

50-Hz- als auch mit 60-Hz-Bordnetzen von Land

zentration angereichert. Um die Luftverschmut-

aus zu versorgen. SIHARBOR steht für das Grund-

zung in den Häfen zu reduzieren, favorisiert die

konzept zum Anschluss von Landnetzen an das

Politik daher die Versorgung von Schiffen wäh-

jeweilige Bordnetz. Siemens Multifunctional

rend der Hafenliegezeiten mit Landstrom; Ener-

Powerlink (SIPLINK) ist der Name des Moduls,

gie also, die in Kraftwerken an Land erzeugt

mithilfe dessen die Frequenz für die jeweiligen

wird. 2002 hat die EU eine Strategie zum Auf-

Anschlüsse an den Liegeplätzen der Terminals

bau umweltfreundlicher Versorgungskapazitä-

von 50 Hz auf 60 Hz umgewandelt werden kann.

ten von ihren Mitgliedsländern gefordert, auch deutsche Politiker stehen dem positiv gegenüber. So begrüßte die schleswig-holsteinische Landes-

AUS WECHSELSTROM WIRD GLEICHSTROM, AUS 50 HZ WERDEN 60 HZ

regierung im Sommer 2008 die Inbetriebnahme der ersten sogenannten Landstromversorgung

Das SIPLINK-Modul wird also bildlich zwischen

Deutschlands in Lübeck-Travemünde. Zwischen

der landseitigen Stromquelle und dem Stromver-

sechs und neuneinhalb Megawatt Leistung kön-

braucher, dem Schiff, positioniert. Im Kern besteht

nen pro Steckersystem mit dieser Technik schiffs-

es aus zwei Transformatoren mit einem zwischen-

seitig genutzt werden. Angesichts tendenziell

geschalteten Stromrichterelement. Die elektri-

steigender Ölpreise und Qualitätsanforderungen

sche Energie durchﬂießt zunächst den ersten

an den Treibstoff bietet die Landstromtechno-

Transformator und erreicht dann das Stromrich-

logie Einsparpotenziale sowohl hinsichtlich des

terelement. Dieses dient der Umwandlung des

Schadstoffausstoßes als auch hinsichtlich der Kos-

landseitigen Wechselstroms in Gleichstrom mit-

ten für den Reeder.

tels eines Gleichrichters. Nun ﬂießt der gleichge-

Eine Herausforderung bei der Entwicklung

richtete Strom in einen Zwischenkreis. In diesem

dieser Anlagen bestand darin, eine Technologie

wird die Stromfrequenz mit einem Pulswechsel-

zu entwerfen, die die unterschiedlichen Strom-

richter an die Frequenz des Schiffsnetzes ange-

frequenzen in den Bordnetzen der Schiffe berück-

passt, aus Strom mit 50 Hz wird elektrische Ener-

sichtigt. Rund zwei Drittel aller Schiffe arbeiten

gie mit 60 Hz. Ein zweiter Transformator ist die-

der Spezialist

› 09 Feinstaub ade: Mit zunehmender Landstromversorgung soll die Luft in den Häfen besser werden. Abgase aus den Schiffsdieseln sind vor allem in Stadthäfen ein Problem.

› 09

AUS DEN BRANCHEN

sem Aufbau nachgeschaltet. Die beiden Trafos

diese aber nicht überall nutzen. Sie passten nicht

dienen dabei als galvanische Entkopplung zwi-

zu den unterschiedlichen Steckern der Landstrom-

schen dem Land- und dem Bordnetz sowie den

anlagen, die in einigen Häfen auf der Welt bereits

Modulen. Eine solche Entkopplung, auch galvani-

installiert sind. Jürgen Moser, bei Siemens im Be-

sche Trennung genannt, verhindert, dass zwi-

reich Energieversorgung für Marketing zustän-

schen den einzelnen Elementen Ladungsträ-

dig, sieht das Problem gelassen: „Die Steckerpro-

ger ﬂießen, lässt aber die Übertragung elektri-

blematik wird gerne vorgeschoben.“ Normungs-

scher Leistung mittels eines Feldes zu. Dies dient

organisationen wie die International Electrotech-

der Sicherheit: Schlägt beispielsweise ein Blitz in

nical Commission arbeiteten bereits an entspre-

das Landnetz ein, hilft die galvanische Trennung

chenden Standards. Insgesamt seien bisher drei

zu verhindern, dass das Bordnetz beschädigt oder

Steckersysteme in Gebrauch. Das Auswechseln

zerstört wird. Digitale Steuerungstechnik ermög-

sowohl an Bord als auch an Land sei jederzeit mög-

licht es, alle Prozesse sowohl von Land als auch

lich, die Kostenbelastung „vernachlässigbar“.

vom Schiff aus zu überwachen. Mittels Landstromversorgung kann die Luftverschmutzung im Hafen wesentlich reduziert

SEHR GROSSE SCHIFFE HABEN DENSELBEN ENERGIEBEDARF WIE EINE KLEINSTADT

werden. Gemeinsam mit dem Verband Deutscher Reeder beklagt der Zentralverband der Deutschen

Die Verbände bezweifeln, dass das Konzept Land-

Seehäfen jedoch, dass es bislang keinen Standard

stromversorgung in allen Hafentypen umsetzbar

für die Verbindungen zwischen Schiff und Land-

ist. Beispielsweise könne in Containerhäfen der

netz gebe. Es fehle daher an Investitionssicher-

Abfertigungsbetrieb aufgrund in Kaimauernähe

heit für die Reeder. Einige hätten bereits Schiffe

aufgestellter, etwa containergroßer SIPLINK-Ele-

mit Landstromanschlüssen ausgerüstet, könnten

mente gestört werden. Zudem seien die Mauern

› 10 Lange Leitung: Der Tidenhub wird durch ﬂexible Kabelzuführsysteme ausgeglichen.

› 10 20

der Spezialist

AUS DEN BRANCHEN

��

aufgrund der unmittelbar an der Wasserkante ste-

Schiffe verbrauchen allerdings so viel elektrische

henden Kräne bereits bis an die Grenzen des Mög-

Energie wie ganze Kleinstädte. Für entsprechen-

lichen belastet. Moser sieht dieses Problem nicht:

de Mengen Strom würden neue Kraftwerke in

„SIPLINK muss nicht direkt am Kai aufgebaut wer-

den oft heute schon an Platz- und Kapazitätsgren-

den, es wird einzig und allein ein Kabel als Verbin-

zen stoßenden Häfen benötigt. Laut Siemens wer-

dung zum Schiff benötigt.“ Steckdosen könnten

den diese bei Hafenneubauten gleich eingeplant,

auch unter „abdeckbaren Vertiefungen“ unterge-

ältere Häfen müssten gegebenenfalls mit neuen

bracht werden, wie es beispielsweise in Los Ange-

Hochspannungsleitungen versorgt werden. Ree-

les der Fall sei. Für wechselnde Wasserstände bei

der und Hafenbetreiber sehen jedoch vor allem

Ebbe und Flut gebe es bereits passende Kabelzu-

hinsichtlich der Errichtung neuer Kraftwerke Ak-

führsysteme. In Lübeck reiche allein das auf dem

zeptanzprobleme in der Bevölkerung. Zudem füh-

Boden liegende Kabel aus, um Wasserschwankun-

ren sie an, dass auch efﬁzientere Motoren und

gen auszugleichen. Bei starken Schwankungen

Abgasﬁlter sowie sauberere Treibstoffe, für die es

seien ﬂexible Kabelzuführungen beispielsweise

bereits internationale Übereinkommen gebe, die

mit Kabeltrommeln möglich.

Umweltbelastungen verringern, sowohl im Fahr-

Prinzipiell kann man sämtliche Schiffstypen

betrieb als auch im Hafen.

mit Landstrom versorgen, sofern die benötigte Strommenge zur Verfügung steht. Sehr große

der Spezialist

› 11

Forschung & Wissenschaft

Thermoelektrik für mehr Effizienz Energieefﬁzient sind die Verbrennungsmotoren im Auto nicht. Das soll sich bald ändern. Mehrere Forschergruppen verfolgen vielversprechende Ansätze, aus der ungenutzten Abwärme Strom für den Betrieb der elektrischen Helfer wie ABS und ESP zu gewinnen. TEXT › Christian Patzelt

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

Am 1. März 2007 trat die Feinstaubverordnung der Bundesre-

gregat oder von einem Rad des Fahr-

gierung in Kraft. Seitdem richten die Kommunen in Ballungs-

zeuges angetrieben und verbraucht

räumen deutschlandweit Umweltzonen zur Reduzierung der

somit unmittelbar Kraftstoff. Die

Feinstaubbelastung ein. Grüne, gelbe und rote Aufkleber in den

Nutzung der Abwärme zur Ener-

Windschutzscheiben kennzeichnen die Kraftwagen nach ihrer

giegewinnung senkt entsprechend

Einordnung in verschiedene Schadstoffgruppen. Mit diesen

den Kraftstoffverbrauch und damit

Feinstaubplaketten wird nicht nur sichtbar, welches Auto eine

den CO2-Ausstoß eines PKW. „Auto-

Fahrberechtigung in den eingerichteten Umweltzonen hat. Die

hersteller erwarten von dem TEG

Aufkleber verdeutlichen vor allem auch, dass die Umweltbelas-

eine Spritersparnis von rund fünf

tung durch Autoabgase ein wichtiges Thema geworden ist.

bis maximal sieben Prozent“, sagt Dr. Harald Böttner, Abteilungslei-

THERMOELEKTRIK SOLL UNGENUTZTE WÄRME IN STROM UMWANDELN UND NUTZBAR MACHEN

ter Thermoelektrische Systeme am Fraunhofer IPM. Der Grund für die Entwicklungsarbeit der beiden Ins-

Abgase von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren können

titute ist die aktuell verschwenderi-

bislang zwar nicht vermieden werden, aber die Abwärme der

sche Energiebilanz von Fahrzeugen:

Motoren könnte zukünftig sinnvoll genutzt werden – und zwar

Zwei Drittel des Kraftstoffes ver-

mithilfe eines thermoelektrischen Generators, kurz TEG. Das

puffen ungenutzt als Wärme. Etwa

Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) in

30 Prozent gehen über den Motor-

Freiburg und das Institut für Fahrzeugkonzepte am Deutschen

block verloren und mindestens wei-

Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart arbei-

tere 30 Prozent als Abgase. „Dem

ten derzeit unabhängig voneinander an einem solchen Gene-

Wärmemanagement kommt daher

rator. Das DLR entwickelt diesen gemeinsam mit dem Auto-

immer mehr Bedeutung zu“, erklärt

mobilhersteller BMW. Der TEG wandelt die bisher ungenutzte

Dr. Johannes Liebl, Leiter Energie-

Abwärme, die im Verbrennungsprozess entsteht, in elektri-

management bei BMW.

sche Energie um. Ziel der Wissenschaftler ist es, eine Energie-

Die Umwandlung von Wärme-

versorgung für die Bordelektronik zu entwickeln, die die Licht-

energie in elektrische Energie wird

maschine entlastet. Denn die ist bislang beispielsweise für den

in der Physik als Thermoelektrik be-

Betrieb des Antiblockiersystems (ABS), des elektronischen Sta-

schrieben. Am Auspuff lässt sich die

bilitätsprogramms (ESP) oder der Klimaautomatik zuständig.

Wärme technisch am besten nutzen,

Die Lichtmaschine wird vom laufenden Motor als Nebenag-

weil im Abgasrohr bis zu 700 Grad

› 11 Das Augenmerk der Entwickler richtet sich auch auf die Auspuffanlage. Hier und direkt am Motorblock entsteht die meiste bisher ungenutzte Abwärme.

der Spezialist

Forschung & Wissenschaft

Celsius auftreten. „Der Temperatur-

nicht beeinträchtigt wird“, erklärt Dr. Liebl. Der nötige Durch-

gradient zwischen Abgasrohr und ei-

ﬂuss der Abgase muss gewährleistet bleiben.

ner Kühlflüssigkeitsleitung beträgt mehrere

hundert

Grad

Und so funktioniert die Umwandlung von Wärme in

Celsius“,

Strom: Bei einem Temperaturgefälle zwischen zwei Enden

erklärt Dr. Böttner vom Fraunho-

eines elektrischen Leiters oder Halbleiters entsteht eine elek-

fer IPM. Und genau diesen Unter-

trische Spannung. Als Ladungsträger dienen Elektronen. Diese

schied nutzt der TEG, der aus einzel-

wandern zwischen der heißen und der kalten Seite hin und

nen Schenkeln von Halbleitermate-

her. Denn die Elektronen an der heißen Seite nehmen einen

rialien besteht. Halbleiter können

Zustand höherer Bewegungsenergie an und verteilen sich,

hinsichtlich ihrer elektrischen Leit-

auch auf der kalten Seite. Um das dadurch entstehende

fähigkeit sowohl Leiter als auch

Ungleichgewicht aufzulösen, ﬂießt ein Teil der Elektronen

Nichtleiter sein. Weil er mit einer

wieder zurück zur heißen Seite. Im TEG entsteht der Strom

Länge von 30 Zentimetern und einer

durch das Wandern der Elektronen zwischen den Halbleitern.

Breite von 10 Zentimetern einen rela-

Getrieben werden sie dabei durch den Wärmeﬂuss zwischen

tiv großen Bauraum braucht, eignet

der Hitze des Abgasrohres und der Kälte an der Kühlleitung.

sich der TEG vor allem bei großen Autos. Damit durch ihn die Abgaswerte nicht beeinﬂusst werden, wird

ERFAHRUNGEN AUS DER WELTRAUMTECHNIK AUF DAS AUTOMOBIL ÜBERTRAGEN

das Gerät hinter dem Katalysator am Abgasstrang angebracht. „Die Quer-

Das DLR plant, zusätzlich schwere Atome wie Indium und

schnitte der Abgasrohre werden

Neodym als Wellenbrecher in den TEG einzubauen. So soll

dabei so angepasst, dass die Cha-

der Wärmestrom, nicht jedoch die Bewegung der Elektronen

rakteristik des Verbrennungsmotors

behindert werden. Denn für einen hohen Wirkungsgrad im

› 12 Zukünftig könnten Autofahrer, ähnlich wie hier abgebildet, über eine Anzeige im Armaturenbrett die Stromerzeugung durch den TEG verfolgen.

› 12 24

der Spezialist

Forschung & Wissenschaft

Rutschbahn dem Hitzeabfall zu fol-

��

gen. Das Institut für Fahrzeugkonzepte des DLR hat zusammen mit BMW

��

einen Prototypen entwickelt und erfolgreich in einem Fahrzeug getestet. Mit diesem Prototyp konnte eine

��

elektrische Leistung von 200 Watt erzeugt werden. Das Ziel der Wissenschaftler und Ingenieure liegt bei einer Leistung von 1.000 Watt. Für

��

die Stromversorgung eines Mittelklassewagens werden durchschnittlich 800 Watt benötigt. Gegenwärtig sind die verfügbaren Halbleiter-

��

materialien jedoch noch nicht in ausreichender Menge am Markt verfügbar. Die Wissenschaftler der DLR und

��

des Fraunhofer IPM rechnen mit ��

› 13

einer Markteinführung der thermoelektrischen Generatoren in der Automobilindustrie innerhalb der nächsten zehn Jahre, BMW sogar schon in etwa fünf Jahren. Dieser

TEG muss die thermische Leitfähigkeit klein, die elektrische

lange Weg soll sich dennoch loh-

aber groß sein. Da der TEG auch bei extremen Temperatur-

nen: Rund 50 Millionen zugelassene

schwankungen, beispielsweise durch die jahreszeitlich be-

Kraftfahrzeuge gibt es in Deutsch-

dingte Kälte oder das Aufheizen des Motors, konstant funk-

land. Würde man diese während

tionieren muss, setzt das DLR auf seine Erfahrungen aus der

ihrer durchschnittlichen Laufleis-

Raumfahrt. Dort werden mithilfe der Thermoelektrik Sonden

tung von 200 Stunden pro Jahr mit

auf Erkundungsmissionen mit Energie versorgt. Hier wird das

einer Leistung von nur einem Kilo-

Temperaturgefälle zwischen einer radioaktiven Hitzequelle

watt aus thermoelektrischen Gene-

und der Kälte des Alls genutzt. Die Wärme von zerfallenden

ratoren speisen, so ließen sich ins-

Radioisotopen wird dabei in Strom verwandelt. Das Fraunhofer

gesamt rund zehn Terawattstunden,

IPM, das die Thermoelektronik zu einem seiner Kompetenzfel-

also eine Milliarde Kilowattstunden,

der zählt, setzt im Gegensatz zum DLR unter anderem auf nano-

Energie pro Jahr sparen.

› 13 Der thermoelektrische Generator nutzt den Temperaturunterschied zwischen einem sehr heißen Bereich und einem sehr kalten. Elektronen wandern zwischen Halbleitern hin und her und erzeugen so Energie.

skalige Materialien verschiedener Ausprägung, darunter Nanokomposite. Hier werden nanoskalige Partikel in eine thermoelektrische Matrix eingebaut, wodurch sich die elektrische Leitfähigkeit erhöhen und die thermische Leitfähigkeit gleichzeitig verringern lässt. Die parallel zum Temperaturgefälle verlaufenden Lagen sollen es den Elektronen erleichtern, wie auf einer

der Spezialist

MITARBEITER UND KARRIERE

Tüftler und Motorsportpionier Roy Munro Andersons Herz schlägt für englische Motorräder. Der Brunel Ingenieur hat über Jahrzehnte selber Teile wie Zylinderköpfe, Nocken- und Kurbelwellen für seine Maschinen konstruiert und zusammen mit seinem Fahrer viele Erfolge gefeiert. TEXT › Jan Meyer-Veden

„A genuinely hellish bike“ nannte Hunter S.

gern Freude zu schöpfen. Seinen ersten Motorrol-

Thompson seine „Vincent Black Shadow“, „… ein

ler, eine Lambretta, hatte Anderson mit 16. Wäh-

wahrhaft höllisches Motorrad. Im zweiten Gang

rend des Studiums besaß er mehrere Motorräder,

macht sie etwa 105 km/h (…), im dritten ist zwi-

schließlich sogar eine Norton „Dominator“ mit

schen 150 und 160 km/h Schluss. (…) Der vierte

stolzen 600 Kubikzentimetern. Dann kam die Vin-

Gang bringt dich auf irgendwas bei 190 km/h –

cent. Oder besser: der Vincent-Motor, und damit

und dann schaltest du in den fünften.“ (Hun-

sein bis dahin anspruchsvollstes Projekt. Aus dem

ter S. Thompson in seinem wohl bekanntesten

Norton-Rahmen und besagtem Motor baute er

Werk „Fear and Loathing in Las Vegas“.) Nicht

eine leistungsstarke Touringmaschine auf. Diese

nur Thompson gerät über die legendäre Höllen-

Art von Hybridmodellen, also aus zwei Motor-

maschine ins Schwärmen; die edlen Motorrä-

rädern kombinierte Maschinen, wurden „Nor-

der aus Stevenage, einer Kleinstadt auf halbem

vin“ (Norton + Vincent) genannt und waren eine

Weg zwischen London und Cambridge, ﬁnden

günstigere und ungefährlichere Alternative zur

nun schon seit beinahe 80 Jahren ihre Liebhaber

kompletten Vincent. Die Original-Vincents hat-

unter Motorsportenthusiasten. Einer von ihnen

ten nämlich einen Nachteil: Statt mit modernen

ist Roy Munro Anderson aus Hamilton in Schott-

hydraulischen Lenkungsdämpfern waren sie noch

land. Als er 1967, kurz nach dem Abschluss seines

mit Reibungsdämpfern ausgestattet. So konnte

Ingenieurstudiums, die Gelegenheit bekam, einen

schon ein relativ kleines Schlagloch der Grund für

restaurierungsbedürftigen Vincent-Motor zu er-

einen jener berüchtigten „Tank-Slapper“ werden,

werben, war ein Schicksalsbund geschlossen.

für das plötzliche Umschlagen des Vorderrades – mit oft fatalen Folgen. Die Norvins entschärften

WEITERENTWICKLUNGEN FÜR DEN ERFOLG

zwar das „Tank-Slapper“-Problem, blieben jedoch eine Kompromisslösung. Denn damalige Moto-

Roy M. Anderson, seit fünf Jahren als Spezialist für

ren hatten selten mehr als 500 Kubikzentimeter

Prozesssteuerung bei Brunel in Hannover tätig, ist

und waren damit viel kleiner als die Kraftpakete

in einem traditionell motorsportverrückten Land

aus der Schmiede von Phil Vincent mit ihren 1.000

aufgewachsen. Zu einer Zeit, da man Reparatu-

Kubikzentimetern. Dadurch saßen diese meist zu

ren an Auto oder Motorrad noch eigenhändig und

hoch in den Fremdrahmen, worunter das Hand-

ohne Spezialwerkzeug und Laptop durchführen

ling der Maschinen litt.

konnte, begann er schon früh, aus der Beschäfti-

Erst der speziell für Vincent-Motoren entwi-

gung mit Pleuelstangen, Zündkerzen und Radla-

ckelte Rahmen von Fritz Egli, einem berühmten

der Spezialist

PORTRÄT Roy Munro Anderson, Jahrgang 1945, aus Hamilton (Schottland) graduierte 1966 an der University of Glasgow in „Pure Science“ mit den Hauptfächern Mathematik und Physik. Seitdem ist er als Ingenieur für Automatisierung und Prozesssteuerung tätig, seit 2003 arbeitet er für Brunel. Mit seiner Frau, die er 1987 kennenlernte, lebt Roy Anderson in Sommerland, Schleswig-Holstein.

MITARBEITER UND KARRIERE

Schweizer Rennfahrer und Motorradkonstrukteur

Mit ihr fährt Anderson erste Rennen. Allerdings,

der Sechziger- und Siebzigerjahre, löste das Pro-

„aus Mangel an Zeit und Talent“, nur sporadisch

blem. Allerdings hatte ein solch hochspezialisier-

und ohne professionellen Anspruch. Das Motor-

tes Produkt seinen Preis. Es ergab sich jedoch, dass

rad entwickelt er jedoch gemeinsam mit seinem

Andersons damaliger Arbeitgeber ITT seine Ent-

besten Freund Ian Hamilton kontinuierlich wei-

wicklungsabteilung von Glasgow nach London

ter. Hamilton erweist sich zudem als exzellenter

verlegte. Den veränderungswilligen Mitarbeitern

Rennfahrer. Die beiden bilden ein Erfolgsteam.

wurde der Biss in den sauren Apfel, nämlich der

Doch nach wie vor ist der Motorsport für Ander-

Umzug nach England, mit allerlei Zugeständnis-

son nicht mehr als ein „normales Hobby“, wie er

sen schmackhaft gemacht. Aus den Verhandlun-

sagt. Das sollte sich bald ändern. Nach drei Jahren

gen ging Anderson als stolzer Hausbesitzer her-

im Irak, im Auftrag einer britischen Computer-

vor. Darüber hinaus verbesserte sich seine ﬁnan-

ﬁrma, hatte Anderson einen bescheidenen Wohl-

zielle Situation so erheblich, dass er im Jahre 1971

stand angehäuft; genug jedenfalls, um von nun

sein erstes Fahrwerk aus der Werkstatt von Fritz

an Nägel mit Köpfen, sprich: die Egli-Vincent auch

Egli erwerben konnte.

für größere Rennen konkurrenzfähig zu machen. Mit zahlreichen Veränderungen an Motor und

EINE PFERDESTÄRKE NACH DER ANDEREN WIRD AUS DEM MOTOR HERAUSGEKITZELT

Fahrwerk, vornehmlich zum Zwecke der Gewichtsoptimierung, aber auch mit selbstkonstruierten Teilen wie Zylinderköpfen, Nocken- und Kurbel-

Von nun an widmete Anderson, damals noch

wellen, kitzelten Anderson und Hamilton Pferde-

unverheiratet, jede freie Sekunde dem Aufbau der

stärke um Pferdestärke aus der Maschine heraus.

eigenen Egli-Vincent.

In Dave Railton, den Hamilton aus der Rennszene

› 14 1948 stellte Rollie Free auf einer Vincent-HRD Black Lightning den Geschwindigkeitsrekord von 241,905 km/h auf. In ungewöhnlicher Fahrposition und Badekleidung.

› 14 28

der Spezialist

MITARBEITER UND KARRIERE

› 15 kannte, stieß zudem ein professioneller Fahrer

kurrenz bestand zudem fast ausschließlich aus

zum Team.

Werksmaschinen, Motorrädern also, die von den

Etwa zu dieser Zeit gab es die ersten Battle-

Herstellern selbst mit einem uneinholbaren Vor-

of-the-Twins-Rennen (BoT) für die Zweizylinder-

sprung in puncto Know-how und Ressourcen auf-

klasse. Sowohl hier als auch in den Rennen der

gebaut wurden.

BEARs-Serie (für britische, europäische und ame-

1987 kam Roy Anderson berufsbedingt nach

rikanische Maschinen) fuhr Railton nun erste

Deutschland. Sein Motorrad wurde noch bis An-

Erfolge ein. Im Jahr 1987 sprang sogar ein erster

fang der Neunzigerjahre für Rennen eingesetzt

Platz bei einem BEARs-Rennen in Thruxton her-

und bis Mitte der Neunziger von Ian Hamilton

aus. Doch damit nicht genug, eine weit größere

weiterentwickelt, bis es eine Leistung von 105 PS

Herausforderung wartete: das legendäre Oval

aus 1.200 Kubikzentimetern brachte. Den bishe-

des „Daytona International Speedway“ in Florida,

rigen Karriereschlusspunkt der altehrwürdigen

Wallfahrtsort für Motorsportfans aus aller Welt

Maschine bildete der Sieg bei einem Rennen des

und dank der relativ kurvenarmen Streckenfüh-

Vincent-Owners-Club in England. Rund 15 Jahre

rung eine ausgezeichnete Bühne für die Egli-Vin-

ist es nun her, dass auch Roy M. Anderson sich

cent, die auf den langen Geraden ihre Schnellig-

vom aktiven Motorsport zurückgezogen hat. Doch

keit ausspielen konnte. Gleich der erste Einsatz

an den Ruhestand verschwendet er kaum einen

bei einem BoT-Rennen auf dem Speedway brachte

Gedanken: „Jetzt möchte ich mich, so lange, wie

einen 19 Platz. Ein mehr als respektables Ergebnis,

es mir noch möglich ist, meinem zweiten Hobby

bedenkt man, dass das Fahrgestell der Egli-Vin-

widmen“, sagt er stattdessen. Was dieses zweite

cent zu diesem Zeitpunkt schon über 15, der Motor

Hobby sei? „Mein Beruf.“

› 15 Technik, die begeistert: Der Vincent-HRD-Motor lässt auch heute noch das Herz vieler Motorsportenthusiasten höher schlagen. 2008 wurde eine VincentHRD Black Lightning für den Rekordpreis von 221.500 £ versteigert.

gar über 30 Jahre auf dem Buckel hatte. Die Kon-

der Spezialist

› 16

technische projekte

Flugzeuge vom Fließband Im russischen Komsomolsk entstand in nur vier Jahren eine Fertigungsstraße für das erste Passagierﬂugzeug in russischen Zeiten. Mit Hilfe von Brötje Automation soll der Superjet 100 in großer Stückzahl gefertigt werden. Brunel Spezialist Andreas Werner war bei der Softwareentwicklung und Kundenschulung beteiligt. TEXT › André Tucic

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

PORTRÄT Rainer Weber, DiplomIngenieur im Bereich Elektrotechnik, ist Projektleiter für Automatisierungstechnik bei Brötje Automation.

Rainer Weber kennt Komsomolsk fast so gut wie

15 Grad Celsius, doch beispielsweise auf dem Weg

seine Westentasche: Dreimal war der 38-jährige

zur Kantine müssen Rainer Weber und seine Kol-

Mitarbeiter von Brötje Automation im vergange-

legen durch die eisige Kälte.

nen Jahr für mehrere Wochen in der rund 280.000

Weber, Diplom-Ingenieur im Bereich der Elek-

Einwohner großen russischen Stadt. Dort betreu-

trotechnik und Projektleiter für Automatisie-

te er die Installation und Inbetriebnahme zwei-

rungstechnik, war als Teamleiter für die Inbe-

er Montagelinien zum Bau von Zivilﬂugzeugen.

triebnahme der Montagelinien verantwortlich.

Diese sind vergleichbar mit Fertigungsstraßen im

Unterstützt wurde er unter anderem vom 29-

Automobilsektor, nur werden in diesem Fall keine

jährigen Kommunikations- und Datentechniker

Auto-, sondern Flugzeug-Einzelteile vermessen,

Andreas Werner, der seit Sommer 2008 bei Brunel

positioniert und montiert.

in Bremen beschäftigt ist. Er arbeitete als Programmierer in der Softwareentwicklung und war bis

WLADIMIR PUTIN ÜBER DEN SUPERJET: „PERLE DER HIESIGEN ZIVILLUFTFAHRT“

zu der Inbetriebnahme und zur Kundenschulung vor Ort in das Projekt involviert. Die Software bildet die Basis von Anlagen zur automatisierten

› 16 Einsatzbesprechung: Andreas Werner (r.) im Gespräch mit Teamleiter Patrick Ommen nach der erfolgreichen Inbetriebnahme der Montagelinie für den Superjet 100.

Künftig wird in Komsomolsk der „Superjet 100“

Fertigung von Flugzeugen – sie regelt das Zusam-

gebaut, das erste neu gebaute Passagierﬂugzeug

menspiel der einzelnen Komponenten. Im Kern

Russlands seit der Auflösung der Sowjetunion.

sind dies: ein Leitsystem, eine lasergestützte Ver-

Der Prototyp der Maschine wurde im September

messung, eine NC-gesteuerte Positionierung der

2007 vom damaligen Präsidenten Wladimir Putin

Flugzeugbauteile sowie dreiachsige Positionier-

der Öffentlichkeit voller Stolz als „Perle der hiesi-

türme. Diese werden mit Koordinaten – also zuvor

gen Zivilluftfahrt“ vorgestellt. Nun wird das Flug-

ermittelten Messdaten – gespeist und positionie-

zeug in Komsomolsk in hoher Stückzahl gefertigt.

ren die zu bearbeitenden Flugzeugteile auf der

Die Stadt in der Region Chabarowsk im Föderati-

Montagelinie. Dieser Vorgang geschieht vollends

onskreis Russisch-Fernost liegt am linken Ufer des

automatisiert nach dem NC-Verfahren. NC steht

Amur. „Dort herrscht ein kontinentales Klima“,

für „Numeric Controlled“, also für eine computer-

berichtet Weber, „der Januar ist mit einer Durch-

gesteuerte Einheit. Sie bildet die Grundlage für

schnittstemperatur von minus 29 Grad Celsius

die korrekte Positionierung der Bauteile, damit sie

der kälteste Monat. Hier zu leben und zu arbei-

millimetergenau montiert werden können. Das

ten ist nicht leicht.“ Zwar beträgt die Temperatur

Resultat ist ein automatisierter Prozess, der Zeit

in den Produktionshallen selbst im Winter etwa

und Kosten spart sowie gleichzeitig eine Garantie

der Spezialist

technische projekte

› 17 Halbrumpf-Montagelinien, Endmontagesysteme, Nietanlagen und andere CNC-Automationseinrichtungen entstehen auf individuelle Kundenbedürfnisse zugeschnitten bei Brötje Automation.

› 17 für präzises Arbeiten darstellt. Die Grundlage für

Aber der Reihe nach: Am Anfang des Projektes

diese softwaregesteuerte Positionierung ist die

standen die Entwicklung der kompletten Soft-

Laservermessung, deren Integration beim Kom-

ware für die Montagelinien in Komsomolsk und

somolsk-Projekt eine besondere Herausforderung

die Fertigung der Werkstücke und Maschinen am

darstellte. Denn zum ersten Mal hat Brötje eine

Brötje-Hauptsitz im niedersächsischen Wiefel-

komplexe Radartechnik eingesetzt. Ein Novum,

stede. Nach Abnahme des Kunden wurden sie per

mithilfe dessen die Vermessungsprozesse noch-

Zug und LKW nach Russland transportiert und

mals präzisiert werden. Dies geschieht mittels ei-

von Brötje-Mechanikern montiert.

nes Laserstrahls, der an einem Tooling Ball – einer kleinen mit Spiegeln bestückten Kugel – reﬂektiert wird. Daraus ergibt sich eine Entfernung zwi-

KNOW-HOW-VERMITTLUNG UND INBETRIEBNAHME GEHEN HAND IN HAND

schen dem Standort des Laserinstruments und

der Spezialist

dem jeweils zu bearbeitenden Flugzeugteil samt

Vor Ort folgten die Installation der Elektrik und

eines horizontalen und vertikalen Winkels. Auf-

schließlich die Inbetriebnahme der Produktions-

grund dieser Angaben wird dann die Positionie-

anlage. Jeder dieser Schritte dauerte pro Monta-

rung der zu montierenden Teile vorgenommen.

gelinie rund vier Monate. Auf der kleineren, 700

Allein für die Vermessung wird pro Montagelinie

Quadratmeter umfassenden Montagelinie wer-

ein Industrierechner, der sämtlichen Witterungs-

den der Flugzeugrumpf und die beiden Flügel

bedingungen, Staub und Vibration standhalten

gefertigt. Auf der mit 1.000 Quadratmetern grö-

kann, benötigt. Ein weiterer lenkt die Positionie-

ßeren Montagelinie wird dann das gesamte Flug-

rung und ein dritter fungiert als Zentralrechner,

zeug ﬁnal bearbeitet. Die Fertigung geschieht

der die anderen beiden steuert und navigiert.

mithilfe der Positioniertürme, von denen sich auf

technische projekte

den beiden Montagelinien insgesamt acht Stück

Januar 2009 die voraussichtlich letzte Reise nach

beﬁnden.

Komsomolsk an. Vier Jahre nach der Beauftra-

Der Brunel Spezialist Andreas Werner arbeitete zusammen mit dem Brötje-Team auch an der

gung begleitete und kontrollierte er den Beginn der Produktion.

elektrischen Inbetriebnahme der Produktionsan-

Ungeachtet der widrigen Wetterverhältnisse

lage. Der Techniker prüfte und protokollierte alle

zeigten sich beide, Werner und Weber, begeistert

Funktionen, um die Leistungsfähigkeit der gesam-

von ihren Aufenthalten in Russland. „Die Hilfsbe-

ten Anlage beurteilen zu können. Zudem führte er

reitschaft der Russen ist toll – im Werk wie auch

im November 2008 Schulungen für die Mitarbei-

im täglichen Leben“, erzählt Weber. Bei der Kom-

ter des russischen Kunden durch. „Unsere Aufgabe

munikation stand dem Team ein Dolmetscher

bestand nicht nur darin, die Anlage in Betrieb zu

zur Seite. „Nur in Restaurants oder Supermärk-

nehmen, sondern auch darin, das Know-how rund

ten mussten wir uns mitunter mit Händen und

um diese spezielle Anlage zu vermitteln. So kann

Füßen verständigen. Aber auch das hat geklappt.“

der Kunde die Produktion sicherstellen und War-

Ebenso erfolgreich war auch die Inbetriebnahme

tungen selbstständig durchführen“, berichtet

der beiden Montagelinien, die die Produktion des

Werner. Denn er und seine Kollegen von Brötje

„Superjet 100“ sicherstellen. Nun steht der „neuen

waren nur anfangs zur Produktionsunterstützung

Perle der russischen Zivilluftfahrt“ nichts mehr im

vor Ort. Seit die Anlage läuft, haben mindestens

Wege.

INFO Brötje Automation, ein Unternehmen der ClaasGruppe, ist führend in der Entwicklung und Konstruktion von CNC-Automationseinrichtungen sowie Montagezentren für die Luftfahrtindustrie. Gegründet 1976 in Rastede hat es seit 1991 seinen Sitz in Wiefelstede. Dort beschäftigt Brötje über 300 Mitarbeiter. Eine weitere Niederlassung beﬁndet sich in Omaha im US-Bundesstaat Nebraska.

zwei russische Mitarbeiter pro Montagelinie die Bedienung übernommen. Während Andreas Werner Ende des vergangenen Jahres das letzte Mal nach Russland ﬂog, stand für Rainer Weber Ende

› 18 Flugzeuge entstehen nicht an der Werkbank: Um wirtschaftlich und schnell zu produzieren, setzen Flugzeughersteller weltweit auf die Automationsanlagen und Montagelinien von Brötje Automation.

› 18 der Spezialist

HISTORY

Schiffshebewerk: Mit muskelkraft hoch hinaus Das erste Senkrecht-Schiffshebewerk wurde von Johann Friedrich Mende 1789 in Sachsen gebaut. Seither hat sich die Technik weiterentwickelt. Zurzeit entsteht in China am DreiSchluchten-Staudamm das mit Abstand größte Senkrecht-Hebewerk der Welt. TEXT › Marco Heinen

Der Bau des weltweit ersten Senkrecht-Hebe-

bewegten mit ihrer Muskelkraft bis zu vier Ton-

werks für Schiffe vor über 200 Jahren war eng mit

nen, inklusive des Gewichts der Hebevorrich-

der Entwicklung des Bergbaus in der Region um

tung. Eine Zeichnung von 1806 zeigt das Hebe-

Freiberg in Sachsen verbunden. Nach rund einem

werk als ein schmales, längliches, hohes Gebäude.

Jahr Bauzeit ging die zwischen den Orten Rothen-

Eine senkrechte Wand im Innern, der so genannte

furth und Halsbrücke gelegene Anlage 1789 in

Fangedamm, hielt auf der einen Seite das Wasser

Betrieb. Sie ermöglichte es, Schiffe von der Frei-

der Zufahrt des oberen Kanals zurück und stellte

berger Mulde in den höher und versetzt gelege-

auf dem tieferen Niveau die Begrenzung für die

nen Kurprinzer Bergwerkskanal umzusetzen. Be-

untere Zufahrt dar. Unter dem Dach verlief über

laden wurden die Schiffe mit Silbererz aus der

die gesamte Länge des Gebäudes eine Holzbahn

staatlichen Grube „Churprinz Friedrich August

mit hölzernen Zahnstangen, auf der der Wagen

Erbstolln“, von wo aus sie teils über Kanäle, teils

mit einer Winde mittels einer Kurbelvorrichtung

ﬂussaufwärts auf der Mulde zur Hütte bei Hals-

bewegt werden konnte. Einer Beschreibung der

brücke bewegt wurden. Zwar gab es in anderen

Funktionsweise aus dem 19. Jahrhundert zufolge

Ländern durchaus schon Schleusen und auch

wurde der Kahn mit Hilfe von zwei Seilen und

Hebewerke anderer Bauweisen. Doch bei diesen

Flaschenzügen gehoben. So konnte er in die Höhe

› 19 Das von J. F. Mende gebaute Modell für ein Hebewerk an der Unstrut (Ende 1787/Anfang 1788) könnte als Vorlage für das „Kahnhebehaus Rothenfurth“ gedient haben.

wurden die Schiffe auf einer geneigten Ebene auf das andere Kanalniveau transportiert.

MIT MUSKELKRAFT WURDEN BIS ZU VIER TONNEN BEWEGT Noch heute sind Mauerreste des „Kahnhebehauses Rothenfurth“, das auch als „Kahnhebehaus Halsbrücke“ bezeichnet wird, als technisches Denkmal erhalten. Schiffe von bis zu 8,5 Metern Länge, 1,6 Metern Breite und bis zu drei Tonnen Gewicht konnten über 6,8 bis 8 Meter senkrecht in die Höhe gehoben und seitwärts über ein Landstück verschoben werden. Betrieben wurde die Konstruktion von zwei bis vier Männern. Sie

der Spezialist

› 19

HISTORY

› 20 gezogen und über den Fangedamm hinweg in den

serbaus voraussetzte. Es folgte eine Studienreise

jeweils anderen Zufahrtsbereich bewegt werden,

in den Harz, wo sich Mende mit den dort übli-

wo er dann langsam wieder abgesenkt wurde.

chen Techniken im praktischen Bergbau vertraut

Erbauer dieses Schiffshebewerks war Johann

machte. Anfang 1770 wurde er als Erster in das

Friedrich Mende, der am 3. Oktober 1743 in Lebusa

Amt eines Kunstmeisters bei allen sächsischen

in der Niederlausitz geboren wurde. Er war einer

Bergämtern bestellt und hatte damit die Auf-

der ersten Studenten der 1765 gegründeten Frei-

sicht über alle Bergwerksmaschinen der Region.

berger Bergakademie. Ein erfinderischer Geist

Ab 1788 führte er den Titel eines Maschinendi-

und großes Geschick im Modellbau wurden ihm

rektors.

nachgesagt, zudem war er mit dem Ingenieur-

Ausgangspunkt für den Bau des Kahnhebe-

wesen seiner Zeit vertraut. Schon 1767 erlangte

hauses war der im August 1788 vom Kurfürsten

der damals 23-Jährige den Titel eines Kunstmeis-

Friedrich August III. an das Freiberger Oberberg-

ters, was neben den Kenntnissen im Bergbau auch

amt und an Mende erteilte Auftrag zur Erwei-

Kenntnisse der Zimmermannskunst und des Was-

terung eines bereits vorhandenen Systems aus

› 20 Halsbrücke an der Mulde hat eine besondere Sehenswürdigkeit zu bieten: Die Reste des weltweit ersten Senkrechthebewerks für Schiffe.

der Spezialist

› 21

HISTORY

Kunstgräben. Vom Transport der Erze auf dem

desgrenzen hinaus bekannt wurde. Zum anderen

Wasserwege zur rund fünf Kilometer talauf-

wurden vergleichbare Entwicklungen in anderen

wärts gelegenen Hütte versprach man sich vor

Ländern wie England, Frankreich und den Nie-

allem geringere Kosten im Vergleich zu den bis

derlanden weitgehend unabhängig voneinander

dahin zum Transport der Ware an Land eingesetz-

vorangetrieben und realisiert. Die dortigen Senk-

ten Pferdefuhrwerken. Dass der Kurfürst explizit

recht-Hebewerke waren allerdings allesamt spä-

auch Hebevorrichtungen wünschte, erklärt sich

teren Ursprungs.

dadurch, dass Mende ihm bereits zwei Monate

Seit dem 19. Jahrhundert wurden weitere

zuvor ein Hebewerk-Modell vorgeführt hatte. Die-

Schiffshebewerke unterschiedlicher Funktions-

ses hatte er, so wird vermutet, als Teil eines ganz

weise entwickelt, unter anderem abhängig von

anderen Großprojektes entworfen, nämlich für

den jeweiligen geologischen Voraussetzungen

die in den 1790er Jahren realisierte Schiffbarma-

der zu überwindenden Hindernisse. Unterschiede

chung des Flusses Unstrut im heutigen Sachsen-

gibt es auch in der Frage, ob ein Schiff in einem

Anhalt. Der Entwurf wurde in dieser Form zwar

wassergefüllten Trog befördert oder „trocken“ aus

nicht gebaut, doch es gibt Indizien, dass er als Vor-

dem Wasser gehoben wird. Darüber hinaus wer-

bild für das „Kahnhebehaus Rothenfurth“ gedient

den verschiedene Antriebsformen und Formen

haben könnte. Das Modell ist erhalten und steht

des Gewichtsausgleichs genutzt. Das gegenwärtig

im LWL-Industriemuseum „Altes Schiffshebewerk

größte Senkrecht-Schiffshebewerk der Welt beﬁn-

Henrichenburg“ in Waltrop in Westfalen.

det sich am Canal du Centre in der Provinz Hai-

Knapp 80 Jahre leistete das aus heutiger Sicht wegweisende

technische

Bauwerk

naut im Süden Belgiens. Der Canal du Centre ver-

wertvolle

bindet als Verkehrsader der belgischen Schwer-

Dienste. Historisch ungeklärt ist die Frage, warum

industrie den östlich im Maasbecken gelegenen

das „Kahnhebehaus Rothenfurth“ 1868 außer

Kanal Charleroi–Brüssel mit dem Kanal Nimy–

Betrieb gesetzt wurde. „Ob betriebswirtschaftli-

Blaton–Péronnes. Zwischen 1888 und 1917 wur-

che Gründe oder sich verändernde Transportwege

den hier an unterschiedlichen Stellen vier hydrau-

den Ausschlag für die Stilllegung gaben, darüber

lisch betriebene Hebewerke (in Houdeng-Goeg-

lässt sich nur spekulieren“, erläutert Dr. Eckhard

nies, Houdeng-Aimeries, Bracquegnies und Thieu)

Schinkel vom LWL-Industriemuseum in Dort-

mit einer Hubhöhe von 15 bis 17 Metern gebaut

mund. Als Fachmann für Binnenschifffahrt und

und in Betrieb genommen. Doch die Dimensi-

Wasserstraßen hat er sich unter anderem mit der

onen des Canal du Centre und der Hebewerke

Geschichte und Entwicklung von Schiffshebewer-

waren wegen der immer größeren Schiffe schon

ken beschäftigt und mehrere Bücher zum Thema

bald nicht mehr ausreichend, weshalb die knapp

publiziert.

19 Kilometer lange Wasserstraße seit Anfang der

PORTRÄT Dr. Eckhard Schinkel vom Landschaftsverband-Westfalen-Lippe(LWL)-Industriemuseum ist Experte für Binnenschifffahrt und Wasserstraßen.

Sechzigerjahre teilweise neu gebaut wurde. Teil

INDUSTRIESPIONAGE: VOM INNOVATIVEN HEBEWERK SOLLTE KEINER WISSEN

dieser Maßnahme war die Errichtung des Doppel-Gegengewichtshebewerks im neuen Stück des Kanals in Strépy-Thieu, das 2002 fertiggestellt

Bekannt sind dagegen die Gründe, warum das

wurde. Die alten Hebewerke zählen seit 1998 zum

Kahnhebehaus trotz seines innovativen Cha-

UNESCO-Weltkulturerbe und werden bis auf eines

rakters nicht als Vorbild für andere Ingenieure

noch heute für den Verkehr mit kleineren Schiffen

diente: Zum einen fürchtete der sächsische Kur-

betrieben.

fürst Industriespionage und hatte daher kein

Mit 73,15 Metern Hubhöhe, einer Gesamthöhe

Interesse daran, dass das Bauwerk über die Lan-

von 117 Metern und 130 Metern Länge ist das Senk-

› 21 Im belgischen Strépy-Thieu am Canal du Centre beﬁndet sich das zurzeit größte Schiffshebewerk der Welt.

der Spezialist

HISTORY

› 22

› 22 recht-Hebewerk von Strépy-Thieu gegenwärtig

fertiggestellten Hebewerks von Niederﬁnow in

das größte seiner Art weltweit. Die Anlage verfügt

Brandenburg ablesen, das 37,14 Meter Höhen-

über zwei Hebevorrichtungen mit Trögen von

unterschied zwischen dem Oderbruch und der

3,75 Metern Wassertiefe, die unabhängig vonein-

Barnimer Höhe überwindet. Direkt neben der

ander mittels Gegengewichten bewegt werden

denkmalgeschützten Anlage soll bis 2013 ein

können.

Neubau entstehen, um den gewachsenen Bedürfnissen der Binnenschifffahrt Rechnung zu tragen.

DIE DIMENSIONEN DER HEBEWERKE WACHSEN AUCH HEUTE NOCH

Auch in China wird am Drei-Schluchten-Staudamm ein Senkrecht-Hebewerk gebaut, das von seinen Dimensionen her alles bisher Dagewesene

Gebaut wurde sie vor allem für so genannte Euro-

in den Schatten stellen wird. Die Beispiele bele-

paschiffe mit bis zu 1.350 Tonnen Gewicht, wobei

gen, dass die Technik nach wie vor aktuell ist –

jede Hebevorrichtung für Gewichte von bis zu

auch wenn sie nicht mehr viel mit dem zu tun hat,

2.000 Tonnen ausgelegt ist. Tröge und Gewichte

was Johann Friedrich Mende einst in Sachsen

sind mit Drahtseilen verbunden, die über Um-

baute.

lenkrollen geführt werden, so dass beim Heben und Senken nur Reibungswiderstände überwunden werden müssen. Zusätzliche Energie, die für das Anfahren und Bremsen benötigt wird, liefern vier Elektromotoren mit je 500 Kilowatt Leistung. Die verkehrstechnische Bedeutung von Senkrecht-Hebewerken lässt sich am Beispiel des 1934

der Spezialist

Diese Aufnahme zeigt die Seilscheiben im Schiffshebewerk Niederﬁnow am Oder-Havel-Kanal um das Jahr 1934. Über die Stahlräder laufen armdicke Drahtseile, die Trog und Gegengewicht verbinden.

technische projekte

Intelligente Fahrwerke Die Anforderungen an moderne Fahrwerkssysteme sind extrem hoch, sowohl von mechanischer als auch von elektronischer Seite. Liebherr-Aerospace in Lindenberg entwickelt Lösungen, die das perfekte Zusammenspiel von Mensch und Technik aktiv unterstützen.

TEXT › Robert Uhde

Ihr eigentliches Element ist die Luft. Aber bei Start und Landung

Diese sind in der Lage, durch ent-

müssen sich Flugzeuge auch am Boden bewähren. Statistisch

sprechende Programmierungen auf

betrachtet steigt alle zwei Sekunden irgendwo auf der Welt ein

Basis unterschiedlichster Anwen-

Flugzeug gen Himmel. Und ebenfalls alle zwei Sekunden setzt

dungsszenarien die jeweils opti-

an anderer Stelle der Erde eine Maschine zur Landung an. Tag

male Entscheidung in Hinblick auf

und Nacht, an 365 Tagen im Jahr. Maßgeblich daran beteiligt

eine bestimmte Situation zu tref-

› 23 Fünf Jahre Entwicklungszeit: Dieses Hauptfahrwerk für ein Regionalﬂugzeug wurde bei LiebherrAerospace in Lindenberg entwickelt.

sind hochkomplexe Fahrwerkssysteme, deren Zuverlässigkeit durch intelligente elektronische Systeme gesichert wird. Einer der weltweit führenden Ausrüster für die Luftfahrtindustrie ist die Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH. Das Unternehmen mit Sitz in Lindenberg im Allgäu entwickelt und fertigt moderne Fahrwerkssysteme.

TECHNOLOGIEN FÜR EIN HÖCHSTMASS AN SICHERHEIT „Jeder Flug erfordert genauso wie jeder einzelne Start- oder Landevorgang ein perfektes Zusammenspiel von Mensch und Technik“, erklärt Markus Reiß, der seit rund eineinhalb Jahren als Systemingenieur für Brunel in Lindenberg im Einsatz ist. In seinem aktuellen Projekt ist er dort mit dem elektronischen Fahrwerkssystem für ein Regionalﬂugzeug eines renommierten internationalen Kunden befasst. Das System wurde von 1999 bis 2004 bei Liebherr entwickelt. Inzwischen wird es erfolgreich seriengefertigt und weltweit bei über 500 Flugzeugen eingesetzt. Ein Fahrwerk wird nach dem Abheben eines Flugzeugs zunächst ein- und dann vor der Landung wieder ausgefahren. Um dabei einen reibungslosen Ablauf und ein Höchstmaß an Sicherheit zu gewährleisten, werden sämtliche Prozesse zur Fahrwerksbetätigung fortwährend von intelligenten, elektroni-

› 23

schen computergestützten Systemen gesteuert und überwacht.

der Spezialist

technische projekte

› 24 fen. Damit können sie ﬂexibel und zuverlässig reagieren. „So ist

der besondere Reiz bei meinem Pro-

es zum Beispiel wichtig, dass das Flugzeug bei hoher Geschwin-

jekt in der Umsetzung von nachträg-

digkeit vor dem Abheben und nach der Landung keinen größe-

lichen Kundenwünschen wie zum

ren Lenkausschlag des Fahrwerks zulässt“, erklärt Markus Reiß.

Beispiel der Reduzierung des Lenk-

„Ein geringer Ausschlag ist dagegen wichtig für einen sicheren

ausschlages bei einer bestimmten

Lande- oder Startvorgang.“ Denn während ein hoher Ausschlag

Geschwindigkeit“, beschreibt Mar-

zum Blockieren des Fahrwerks führen würde, sorgt der geringe

kus Reiß seine Tätigkeit. Dazu wer-

Ausschlag für eine weiche Landung beziehungsweise ein sanf-

den die Controller entsprechend mo-

tes Abheben.

diﬁziert. Bei der Realisierung dieser

Entscheidend für die Arbeit der intelligenten Systeme sind

Kundenanforderungen ist er sowohl

die so genannten Controller. Diese umfangreichen elektroni-

für die notwendigen Systemtests als

schen Steuerungseinheiten regeln im Verbund untereinan-

auch für das Erstellen und Prüfen

der die verschiedenen Anwendungen zur Fahrwerksbetäti-

sämtlicher technischer Dokumente

gung, wie beispielsweise die Lenkung oder das Bremssystem.

zur Qualiﬁzierung der Fahrwerke

„Da das Fahrwerkssystem bereits in Serie gefertigt wird, liegt

verantwortlich. Darunter fallen ins-

der Spezialist

› 24 Brunel Spezialist Markus Reiß an seinem Arbeitsplatz bei Liebherr-Aerospace, wo er die speziellen Kundenwünsche für Lenkung und Bremssystem des Fahrwerks umsetzt.

technische projekte

besondere Versuchsberichte sowie technische Beschreibungen.

nen Aufgaben würde ich mich aber

Die Dokumentation dient zum einen der internen Kommuni-

letztlich eher als Spezialisten denn

kation und der Abstimmung mit der Entwicklungsabteilung

als Generalisten betrachten“, so der

von Liebherr. Darüber hinaus liefert sie Kunden und Behörden

Systemingenieur. Neben dem hohen

die notwendigen Informationen, mit denen sie die einzelnen

technischen Anspruch musste Reiß

Anwendungen in ihrer Komplexität nachvollziehen und über-

sich einer weiteren Herausforde-

prüfen können.

rung stellen: Die gesamte Kommunikation und Dokumentation des

SYSTEMINGENIEURE SIND ABSOLUTE SPEZIALISTEN TROTZ VIELFÄLTIGER AUFGABEN

Projekts läuft auf Englisch ab. „Die grundlegenden Kenntnisse waren natürlich schon durch Schule und

Markus Reiß arbeitet direkt an der Schnittstelle zwischen den

Studium vorhanden. Die speziﬁ-

Bereichen Entwicklung, Elektronik, Projektmanagement, Qua-

schen Sprachkenntnisse und Fach-

litätsmanagement und Reparatur. In Bezug auf technische Fra-

begriffe kamen dann aber erst in

gen hat er gleichzeitig Kontakt zum Kunden sowie zu Zulie-

der täglichen Arbeit hinzu“, so Reiß.

ferern. Die Koordination der verschiedenen Aufgaben stellt

Genauso wie die notwendigen Soft

nicht nur eine organisatorische Herausforderung dar, sondern

Skills: „Teamfähigkeit wird hier bei

bedeutet gleichzeitig eine große Verantwortung. Schließlich

jedem Projekt großgeschrieben. Als

arbeitet er an sicherheitsrelevanten Systemen, an die höchste

Einzelkämpfer wäre man hier auf

System- und Softwareanforderungen gestellt werden. Zwar

verlorenem Posten.“

beschäftigt er sich dabei mit unterschiedlichsten technischen Themen, von der Systemarchitektur über die Soft- und Hardware bis hin zur Sensorik der Fahrwerke. „Trotz der verschiede-

› 25 Start und Landung sind die sensibelsten Phasen eines jeden Fluges. Damit alles glattläuft, muss das Fahrwerk präzise funktionieren und unterliegt deshalb höchsten Sicherheitsanforderungen.

› 25 der Spezialist

› 26

QUERDENKEN

Aus Zeppelin und Helikopter wird QuadZeppCopter Noch sind die letzten technischen Herausforderungen nicht gelöst, doch Studenten und Professoren der Hochschule Aalen sind optimistisch, den QuadZeppCopter, eine Kombination aus Zeppelin und Helikopter, bis Herbst zur Serienreife zu entwickeln. TEXT › André Tucic

Um archäologische Fundstätten oder Großbau-

als semesterübergreifende Projektarbeit für den

stellen per Foto- oder Videokamera zu vermes-

Studiengang Elektronik- und Informationstech-

sen, werden bis dato Mini-Helikopter, Kräne oder

nik aus. Im März 2008 nahm er mit vier Elektro-

Flugzeuge eingesetzt. Derzeit entwickeln Elektro-

nikstudenten die Arbeit auf, im September 2009

nikstudenten der Hochschule Aalen ein Flugge-

soll das Fluggerät endgültig fertig gestellt sein.

rät, das das Potenzial hat, diese bodennahe Luft-

Die Grundlage für den QuadZeppCopter bil-

fotograﬁe zu verändern: den QuadZeppCopter,

deten also Bartels Ideen, die Details des mecha-

eine Kombination aus Helikopter und Zeppelin.

nischen Aufbaus sowie des Designs der elektro-

„Die gängigen Arten der Vermessung sind oft mit

nischen Schaltungen, Sensoren und Software

immensem Energie- und Kostenaufwand verbun-

wurden im Team ausgearbeitet und umgesetzt.

den“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Manfred Bartel, Erﬁn-

Bereits sechs Monate nach dem ersten Treffen

der des QuadZeppCopters. Sein Fluggerät soll eine

der Projektgruppe startete der QuadZeppCopter

günstigere, sichere und in Hinblick auf das Bild-

schon zu seinem erfolgreich absolvierten Jung-

material qualitativ bessere Alternative darstel-

fernﬂug. Und das, obwohl die vier mit Helium

len. Das Besondere: Jeweils vier Rotoren und Zep-

gefüllten Zeppeline, die aufgrund ihrer Form auch

peline sorgen dafür, dass der QuadZeppCopter

Toroide oder Donuts genannt werden, noch nicht

nahezu bewegungslos in der Luft verharren kann.

mit an Bord waren. Deren Bau ist ein komplizier-

PORTRÄT Prof. Dr.-Ing. Manfred Bartel, Professor an der Fakultät Elektronik und Informatik der Hochschule Aalen ist geistiger Vater des QuadZeppCopters.

tes Unterfangen, weshalb Bartel und seine Stu-

DER JUNGFERNFLUG IST BEREITS ERFOLGREICH ABSOLVIERT

denten auf das Know-how externer Fachleute angewiesen sind. „Seit Beginn des Projektes bin ich auf der Suche nach einem Partnerunterneh-

Seit 1995 ist Prof. Manfred Bartel an der Fakultät

men, das uns mit passenden Materialien und

Elektronik und Informatik in Aalen tätig. Inspi-

Fertigungstechnologien unterstützt“, so Prof. Bar-

riert von Edward G. Vanderlip, der in den Sechzi-

tel. „Die Folientechnologie der Toroide hat sich

gerjahren einen rotorbetriebenen Helikopter für

als die schwierigste Aufgabe des gesamten Pro-

den Personenverkehr mit einem Zeppelin kom-

jektes herauskristallisiert.“ Neben hohen Mate-

binierte, entwickelte er Anfang 2007 die Idee für

rialkosten sei das Schweißen und weitere Verar-

den QuadZeppCopter. Nachdem er sich versichert

beiten der Folien äußerst komplex. Nach diversen

hatte, dass seine Weiterentwicklung von Vander-

Gesprächen mit entsprechenden Firmen hofft er,

lips Fluggerät patentfrei ist, schrieb Bartel die Ent-

im Laufe des Frühjahrs 2009 eine Lösung zu ﬁn-

wicklung und Konstruktion des QuadZeppCopters

den. Die reifenförmigen Zeppeline werden dann

› 26 Die Baustellenüberwachung ist nur eines der vielen möglichen Anwendungsgebiete des QuadZeppCopters. Er spürt auch Schäden an schwer zugänglichen Stellen auf oder liefert Archäologen den Überblick.

der Spezialist

querdenken

jeweils einen Rotor inklusive des dazugehörigen

vier weiteren Akkumulatoren angetrieben wer-

Motors umschließen. So sind die Luftschrauben

den, unabhängig voneinander funktionieren. Die

besser vor äußeren Einﬂüssen geschützt und ein

Steuerungszentrale des QuadZeppCopters nennt

optimaler Luftstrom ist garantiert.

sich Flight Control Unit. Diese ist teilweise doppelt angelegt, so dass bei einem Ausfall ein Zweitsys-

DIE STEUERUNG ERFOLGT MANUELL ODER PER GPS-SIGNAL AUTONOM

tem aktiviert wird und die Absturzwahrscheinlichkeit dadurch gen Null tendiert. Die drahtlose Kommunikation zur Bodensta-

Bereits voll funktionsfähig sind die elektronischen

tion verantwortet die Radio Control Unit. Der

Komponenten des QuadZeppCopters. Diese beﬁn-

QuadZeppCopter kann vom Boden aus per Funk

den sich auf der zentralen Fläche zwischen den

manuell gesteuert werden oder mithilfe eines

vier im Rechteck angeordneten Rotoren und Toro-

GPS-Signals autonom fliegen. „Es ist also mög-

iden unter der so genannten Dome. Diese Kup-

lich, einen Auftrag vorab zu deﬁnieren“, so Prof.

pel aus Karbonfaserkunststoff, einem besonders

Bartel. „Das umfasst sowohl das Abﬂiegen einer

leichten und wetterbeständigen Material, dient

bestimmten Strecke als auch das Fotograﬁeren

als Witterungsschutz für die gesamte Elektronik,

oder Filmen gewisser Areale.“ Spezielle Micro-

die beiden Kameras und die fünf Akkumulato-

Electro-Mechanical-System(MEMS)-Sensoren sor-

ren. „Im Kern besteht die Elektronik aus vier Units,

gen dafür, dass der QuadZeppCopter selbststän-

die von einem Akkumulator mit Energie versorgt

dig seinen Weg ﬁndet und sich stabil in der Luft

werden und die gesamten steuerungstechnischen

hält. Sie sind in der Lage, stetig Daten zu messen

und kommunikativen Aufgaben lösen“, erläutert

und daraus die Flugposition und Geschwindigkeit

Prof. Bartel. So stellt die Motor Control Unit sicher,

zu berechnen. Bei beiden Steuerungsvarianten

dass die vier Motoren, die von jeweils einem der

werden die Flugbewegungen über eine ebenfalls

› 27 Der QuadZeppCopter liefert wackelfreie Bilder für die unterschiedlichsten Anwendungen. Er kann manuell gesteuert werden, wie hier im Bild, oder feste Zielpunkte oder Routen abﬂiegen.

› 27 44

der Spezialist

QUERDENKEN

unter der Kuppel beﬁndliche und in Flugrichtung zeigende On-Board-Kamera verfolgt und kontrolliert. „Für seine eigentliche Aufgabe, nämlich präzise Foto- oder Videoaufnahmen durchzuführen, wird der QuadZeppCopter mit einer weiteren hochwertigen Kamera bestückt“, so Bartel. Beide Kameras sind mit der vierten Unit, der Camera Control Unit, verknüpft, die die Aufnahmen sowie die Übertragung der Bilder an die Bodenstation regelt.

› 28

DER QUADZEPPCOPTER IST MITTLERWEILE EIN GESAMTPROJEKT DER REGION Neben den Sicherheitsaspekten lag das Hauptaugenmerk bei der Entwicklung des QuadZepp-

Anfrage schürte nicht nur den Optimismus der

Copters auf seinem stabilen Flugverhalten. Eine

Projektgruppe, sie gab dem Team auch ein kon-

im wahrsten Sinne des Wortes tragende Rolle spie-

kretes Argument an die Hand, regionale Unter-

len dabei die vier Toroide. Durch die Heliumkam-

nehmen als Kooperationspartner zu gewinnen.

mern kann das mit 1,5 Kilogramm ohnehin schon

War es zu Beginn der Entwicklung noch schwer,

geringe Gewicht des QuadZeppCopters kompen-

Geldgeber zu akquirieren, nennt Bartel den Quad-

siert werden. Und weniger Gewicht entlastet so-

ZeppCopter mittlerweile ein „Gesamtprojekt der

wohl die Motoren als auch die Akkumulatoren.

Region“. So beteiligen sich lokal ansässige Fir-

„Daher konnten wir elektrische Brushless-Direct-

men als Zulieferer – sowohl von Know-how als

Current(BLDC)-Motoren verwenden“, erklärt Prof.

auch von Material. C. F. Maier stellt Komponenten

Bartel. „Diese benötigen weniger Leistung und

aus Kunststoff und Leichtmetall zur Verfügung,

verursachen zudem kaum Vibration.“ Sein Flie-

Zeppelin NT berät bei der Zeppelinkonstruktion,

gengewicht verdankt das Fluggerät den in Leicht-

Praxair liefert Helium und Varta die Akkumulato-

bauweise gefertigten mechanischen Komponen-

ren. Daher ist Manfred Bartel frohen Mutes, dass

ten, die etwa aus kohlenstoffverstärktem Kunst-

seine Erﬁndung bald fertig gestellt werden kann:

stoff gefertigt sind. Zum Vergleich: Die bislang

„Meine Studenten und ich setzen alles daran,

in der Luftfotograﬁe eingesetzten Mini-Helikop-

dass der QuadZeppCopter gebaut und vermarktet

ter wiegen rund 5 Kilogramm. „Diese Masse kann

wird.“

› 28 Das Entwicklungsteam des QuadZeppCopters (v. l.): Christian Banzhaf, Sebastian Maier, Josef HahnDambacher, Stefan Saulig, Pascal Klipstein.

nur ein leistungsstarker, aber eben auch stark vibrierender Kolbenmotor zum Fliegen bringen“, so Prof. Bartel. Erste Interessenten für das neue Fluggerät gibt es bereits: „Wir haben Kontakt zu einer Firma aus Weimar, die Unternehmen dabei unterstützt, Kostenvoranschläge für Gebäude-Restaurationen zu erstellen, indem sie das zu restaurierende Objekt überﬂiegt und fotograﬁert und damit das Ausmaß des Auftrages erfasst“, so Prof. Bartel. Diese

der Spezialist

PANORAMA

Design Thinking mit Knete und Pfeifenreinigern Studenten unterschiedlicher Fachrichtungen entwickeln an der HPI School of Design Thinking in Potsdam gemeinsam innovative Produkte. Praxisnähe ist durch Projektpartner aus der Wirtschaft und konkrete Problemstellungen garantiert, erste Produkte werden bereits umgesetzt. TEXT › Marco Heinen

Es summt wie in einem Bienenkorb in dem gro-

in der Endphase ihres Hauptstudiums und kom-

ßen Raum mit den mobilen roten Sofas, Tafeln

men – ähnlich wie im Vorjahr – aus 32 Fachberei-

und bunten Sitzwürfeln aus Schaumstoff. Junge

chen. Darunter sind angehende Absolventen etwa

Leute diskutieren an fahrbaren Arbeitstischen,

der Luft- und Raumfahrttechnik, der Amerikanis-

auf denen Scheren, Zettel, Fotos und meist auch

tik, der Philosophie oder der Innenarchitektur.

ein Laptop ein kreatives Durcheinander bilden.

Entsprechend vielfältig sind auch die Bereiche,

Auf bunten Notizzetteln stehen Stichworte wie

aus denen die Aufgaben und Projekte stammen.

„Orientierung war gut“ oder „Einführungsreden

„Ich hoffe, dass wir durch den interdisziplinären

überﬂüssig“. Die 42 Studierenden des zweiten

Ansatz wichtige Fähigkeiten vermittelt bekom-

Jahrgangs der HPI School of Design Thinking in

men, um komplexe Softwaresysteme noch bes-

Potsdam werten die Ergebnisse ihrer Campus-

ser zu machen“, formuliert beispielsweise Stefan

Umfrage aus und lösen damit eine ihrer ersten

Hampel, der sein Hauptstudium am HPI absol-

Aufgaben in diesem Semester. Sie besteht da-

viert, seine Erwartungen an die Ausbildung. Für

rin, Kommilitonen am Hasso-Plattner-Institut für

diese gibt es übrigens keine Noten und Zeugnisse,

Softwaresystemtechnik (HPI) den Einstieg in das

sondern am Ende ein Zertiﬁkat. Voraussetzungen

Studium zu erleichtern, indem sie den Semester-

sind gute Studienleistungen, Teamfähigkeit sowie

beginn dort genau unter die Lupe nehmen. Dafür

Kenntnisse, die über im Hauptstudium erlernte

unterhalten sie sich eingehend mit den Neulin-

Kernkompetenzen hinausgehen. 120 Bewerber

gen und erarbeiten Verbesserungsvorschläge. Es

wurden für den zweiten Studienjahrgang gezählt,

ist eine praktische Übung, um sich mit der Vor-

60 von ihnen wurden eingeladen und nach einem

gehensweise des „Design Thinking“ vertraut zu

mehrtägigen „Bootcamp“ wurden noch einmal 18

machen, das an der HPI School of Design Thinking

nach Hause geschickt.

in einer einjährigen, kostenlosen Zusatzausbildung gelehrt wird. Es handelt sich dabei um eine Methode, gezielt innovative Ideen für alle Lebens-

IN EINER DEFINIERTEN KULTUR DES AUSTAUSCHES ENTSTEHT KREATIVITÄT

bereiche zu entwickeln. Als Lehrkräfte fungieren acht Professoren von

Das Studium unterliegt Regeln, die der Kreativi-

Berliner und Brandenburger Universitäten, vom

tät zwar keine Grenzen setzen, sie aber in geord-

Betriebssystem-Spezialisten bis zur Humanbio-

nete Bahnen lenken sollen. So stehen überall im

Gebäude Stoppuhren, damit zum Beispiel Prä-

Die Studenten des neuen Jahrgangs beﬁnden sich

sentationen nicht ausufern. Es gibt zwar ledig-

der Spezialist

› 29 Auf die Plätze, fertig, los: Per Stoppuhr wird in der Erﬁnderuni die Kreativität in geregelte Bahnen gelenkt.

› 29 lich zwei Präsenztage, doch „der Studiengang kos-

dann entstehen können, wenn Experten verschie-

tet viel Energie, denn man ist von morgens bis

denster Fachrichtungen zusammenkommen und

abends hoch konzentriert“, schildert Tilmann

in einer deﬁnierten Kultur des Austauschs die

Lindberg, Ph. D.-Student am HPI und im ersten

Schnittstellen ihrer Meinungen und Sichtweisen

Studienjahr wissenschaftlicher Mitarbeiter an

erforschen. Design wird dabei nicht im engeren

der HPI School of Design Thinking, den Studien-

Sinne als Formgebung verstanden, sondern als

alltag. Die Methode des „Design Thinking“ beruht

erﬁnderisches Entwickeln, bei dem Funktion, Nut-

auf der Überzeugung, dass Innovationen vor allem

zerfreundlichkeit und äußeres Design von vorn-

der Spezialist

PANORAMA

herein als eine Einheit betrachtet werden. Des-

in die Höhe gehalten. Durch Zufall erfuhr Kelley

halb werden Ideen umgehend visualisiert und aus

davon und nahm Kontakt zu Plattner auf, um mit

Knetmasse, Pfeifenreinigern, Pappe und anderen

ihm über ein mögliches Sponsoring seiner Arbeit

Hilfsmitteln zu einem ersten Konzeptprototypen

an der Universität Stanford zu sprechen. Bald

modelliert. Denn so kann schneller erkannt wer-

darauf hob der Mäzen in Kalifornien das „Hasso

den, ob eine Idee weiterverfolgt werden kann oder

Plattner Institute of Design“ aus der Taufe.

verworfen werden muss.

2006 setzte Plattner sich dann die Gründung einer Dependance in Potsdam zum Ziel. Dort hatte

DAVID KELLEY FAND IN SAP-MITBEGRÜNDER HASSO PLATTNER EINEN FÖRDERER

er über eine Stiftung bereits das an die Universität angegliederte HPI auf den Weg gebracht. Er wandte sich an Professor Ulrich Weinberg, einen

Das „Design Thinking“ wurde vor rund 20 Jah-

Spezialisten auf dem Gebiet der dreidimensio-

ren von dem Amerikaner David Kelley konzipiert,

nalen Computeranimation. Plattner kannte ihn

dem Gründer der Designagentur IDEO und Pro-

bereits aus dessen Tätigkeit als Vize-Präsident

fessor an der Universität Stanford in Palo Alto,

der Filmhochschule für Film und Fernsehen. „Ich

Kalifornien. Dort gibt es seit 2005 ein Institute of

ahnte da noch nicht, dass ich einmal die HPI

Design. Finanziert werden die Schulen in Palo Alto

School of Design Thinking leiten würde“, erzählt

und Potsdam durch den SAP-Mitbegründer Profes-

er. Als Plattner ihm das Angebot unterbreitete,

sor Hasso Plattner. Der hatte vor einigen Jahren

hatte er schon einen Flug nach Peking gebucht, wo

bei einer SAP-Veranstaltung laut darüber nach-

er eigentlich ein Forschungssemester absolvieren

gedacht, wie die Produkte des Hauses bedarfsge-

wollte. Aber Weinberg entschied sich für die HPI

rechter gestaltet werden können, und dabei einen

School of Design Thinking. Im Mai vergangenen

Zeitschriftenartikel über David Kelleys Konzept

Jahres ﬂog er dann nach Palo Alto, sah sich alles

› 30 Unterschiedliche Kreativtechniken von farbigen Klebezetteln bis zu Knetmasse visualisieren die Ideen, sorgen für Inspiration und fördern die Kommunikation unter den Teammitgliedern.

› 30 48

der Spezialist

PANORAMA

an, führte Interviews, machte Fotos und entwarf ein Konzept für die Schule in Potsdam. Unternehmen, aber auch Regierungs- und Nichtregierungsorganisationen wurden frühzeitig auf die „Innovationsschule“ aufmerksam und brachten sich als Projektpartner ein. Durch die Kooperationen können die Studierenden in ihrem zwölfwöchigen Abschlussprojekt mit realen Problemstellungen konfrontiert werden. Da der Erfolg und die Nachfrage groß sind, wird daran gedacht, sechswöchige Projektpartnerschaften schon zum Ende des ersten Semesters einzurichten und bei wirtschaftlich potenten Partnern künftig auch einen ﬁnanziellen Obolus einzufordern.

ERFOLGVERSPRECHENDE ERFINDUNGEN WERDEN SCHNELL REALISIERT Im vergangenen Jahr arbeitete die HPI School of Design Thinking unter anderem mit Vattenfall

› 31

und Siemens zusammen. Anliegen der Unternehmen war es, einen Anreiz für energiebewusstes Verhalten im Haushalt zu schaffen. Heraus kam ein mobiler Verbrauchsmesser, der die Energiebilanz etwa für das Wohn-, Schlaf- oder Kinder-

ner des Projekts war der Branchenriese Grundy

zimmer angibt. Der Verbrauch wird über Sen-

UFA. Die Studierenden entwarfen eine intuitiv

soren nicht als Ganzes im Stromzähler gemes-

bedienbare Software, die das komplexe Zusam-

sen, sondern kurz dahinter, wo die Leitungen in

menspiel der am Prozess beteiligten Akteure, vom

die einzelnen Wohnräume abgehen. Da die Ver-

Drehbuchautor bis zum Regisseur, optimiert. Im

brauchswerte bei dem Gerät nicht in abstrakten

Prinzip funktioniert die Software wie ein elek-

Einheiten angegeben werden, sondern in den Far-

tronisches Karteikartensystem, bei dem zu ein-

ben Rot, Gelb und Grün, wird auf Anhieb klar, wo

zelnen Szenen sowohl inhaltliche als auch orga-

Einsparpotenziale zu suchen sind. Bei Vatten-

nisatorische Informationen notiert werden, auf

fall und Siemens zeigte man sich begeistert und

die dann von den verschiedenen Personen zuge-

auch ein Wagniskapitalgeber hat schon Interesse

griffen werden kann. Das Konzept wird schneller

signalisiert. Überzeugt der Businessplan, könn-

umgesetzt als gedacht: Studierende des Projekts

ten die beteiligten Studierenden bald erfolgrei-

arbeiten mittlerweile an der Implementierung

che Jungunternehmer werden.

der Software bei Grundy UFA.

› 31 Revolutionär an dem „Design Thinking“-Ansatz ist, dass sowohl die drei bis vier Studenten pro Lerngruppe als auch ihre Professoren und Dozenten jeweils aus unterschiedlichen Disziplinen kommen.

Ebenso vielversprechend ist das im ersten Studienjahr entstandene Konzept für ein IT-gestütztes System zur Verbesserung der Abläufe bei der industriellen Produktion von Fernsehserien. Part-

der Spezialist

TERMINE

termine

März bis Mai 2009

AUSGABE 13 || März 2009

Messen und veranstaltungen 3. – 5. März

2009

EMBEDDED WORLD, NÜRNBERG Die embedded world ist die weltweit größte Fachmesse für EmbeddedTechnologien. Nutzen Sie die Gelegenheit und vereinbaren Sie mit unseren Branchen-Experten Francisco Matensanz und Peter Klause (Brunel Communications) einen Gesprächstermin: 05121 / 17 60-900 oder communications@brunel.de

›3. – 5. März Auto, Handy, Fernseher, Flugzeug – hier und in vielen anderen Bereichen werden Embedded-Technologien eingesetzt. Besuchen Sie uns in Halle 11 auf dem Stand 215.

3. – 8. März

2009

CEBIT 2009, HANNOVER Besuchen Sie uns auf unserem Messestand in Halle 6 am Stand C43. Interessenten können in Verbindung mit einem Gesprächstermin unter marketing@brunel.de Eintrittskarten (kostenfrei) für die Messe anfragen.

20. – 24. april

2009

HANNOVER MESSE, HANNOVER Überzeugen Sie sich von unserem Branchen-Know-how an unserem Messestand in Halle 6 und/oder vereinbaren Sie Gesprächstermine mit den Brunel Spezialisten unter: 0511 / 62 62 88-3 oder 0421 / 1 69 41-0.

Meilensteine › 3. – 8. März Partnerland der CeBIT 2009 ist Kalifornien. Daneben stehen die Themen Webciety und Green IT im Mittelpunkt der Leitmesse für die Informations- und Kommunikationsindustrie.

13. März

1781

Der englische Astronom Friedrich Wilhelm Herschel (1738–1822) entdeckt den Planeten Uranus. Der Planet Uranus ist vier Mal größer als die Erde und der siebte Planet des Sonnensystems.

6. April

1965

Die USA starteten von Cape Kennedy aus den ersten kommerziellen Nachrichtensatelliten. Eigentlich war er für einen Betrieb von nur 18 Monaten konzipiert, blieb dann aber vier Jahre in Betrieb.

11. april

1895

Die französischen Brüder Auguste und Louis Lumière meldeten ein deutsches Patent für einen Projektionsapparat für Filmstreifen an und legen damit den Grundstein für die Herausbildung einer internationalen Filmindustrie.

der Spezialist

Brunel GmbH | Projektpartner für Technik und Management

impressum

S EN SIBLE S S Y ST EM ?

AUSGABE 13 || März 2009

K OM PL E XE S K ON Z EP T?

REDAKTIONSANSCHRIFT Brunel GmbH, Redaktion „Der Spezialist“ Airport City, Hermann-Köhl-Str. 1, 28199 Bremen redaktion@der-spezialist.de www.der-spezialist.de Telefon 0421 / 1 69 41-14

EINFACHE LÖS UNG!

HERAUSGEBER Brunel GmbH

VERANTWORTLICHER REDAKTEUR (V. I. S. D. P.) Drs. J. A. van Barneveld, RA, CEO, Brunel International N. V., General Manager Brunel GmbH

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

GESTALTUNG GfG / Gruppe für Gestaltung GmbH, Bremen

FOTOGRAFIE (COPYRIGHTS) Sofern nicht abweichend, alle Angaben als Bildnummern: GfG / Gruppe für Gestaltung (Titel, U 2, 16, S. 31), Brunel GmbH (S. 3), dpa Picture-Alliance (01, S. 8–9, 05, 08, 22), Fotolia (02, 07, 11), Strandperle (03, 26), Günter Schreiber (S. 10),Panthermedia (04, 06, 27), Peter Busch (S. 13), Helmut Neunzert (S. 15), Siemens AG (09, 10), BMW AG (12), Henrik Matzen (S. 27–28, 15), Motorcycle Hall of Fame Museum (14), Brötje Automation GmbH (S. 5, 17–18), LWL-Industriemuseum, Dortmund / M. Holtappels (19), Wikipedia (20), Eckhard Schinkel (21, S. 37), Liebherr-International Deutschland GmbH (23, 24), Embraer (25), Manfred Bartel (S. 43, 28), School of Design Thinking (S. 5, 28–31)

Wir unterstützen Sie. Die Natur ist ein großartiger Lehrmeister. Sie zeigt uns einfache und effektive Wege. Wir wissen das! Unsere erfahrenen Ingenieure, Techniker und Entwickler erbringen für Ihr Unternehmen genau die Leistung, die Sie benötigen – unkompliziert und efﬁzient. www.brunel.de

DRUCK Druckerei Girzig + Gottschalk GmbH, Bremen

ERSCHEINUNGSWEISE 3 Ausgaben / Jahr, Auﬂage 24.000 Stück

specialists | projects | management Brunel GmbH Airport City

Hermann-Köhl-Str. 1 28199 Bremen

Tel.: 0421 / 1 69 41-14 marketing@brunel.de

von Dr. Ralf Schrank

MATHE-AUFGABE 1

�

Aus parabolischen Werkstücken der Höhe H und der Breite B sollen Rechtecke mit möglichst großer Fläche F = a • b ausgeschnitten werden. Man berechne a und b. (In der Zeichnung sind drei denkbare Rechtecke angedeutet.)

�

� �

mit freundlicher Genehmigung des Fraunhofer ITWM / FB Mathe der TU KL

��

Wie kann die gezeigte Fläche am effektivsten bewässert werden? Das heißt, es soll nur eine geringe Anzahl an Regnern zum Einsatz kommen und wenig Fläche unbewässert bleiben (idealerweise keine!) bzw. doppelt bewässert werden (Gefahr von Pfützenbildung!). Darüber hinaus sollen die angrenzenden Wege sowie die bebauten Flächen nicht beregnet werden.

��

Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt (Rasterweite 1 Meter) des Geländes der Gartenschau Kaiserslautern. Die Fläche muss an trockenen Tagen künstlich bewässert werden. Zur Bewässerung können drei verschiedene Modelle von Versenkregnern eingesetzt werden. Diese können jeweils einen Kreissektor beregnen. Dabei kann der Kreisradius R je nach Modell zwischen 2 und 4 Metern, 5 und 8 Metern bzw. 6 und 11 Metern frei gewählt werden. Der Sektorwinkel α ist bei jedem Regner stufenlos einstellbar.

��

MATHE-AUFGABE 2

��

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“

��

Lösung gefunden? Dann bringen Sie doch Ihre Freunde mit dieser mathematischen Herausforderung ins Grübeln! Briefmarke aufkleben und los! Die Lösung finden Sie auf: www.der-spezialist.de

www.brunel.de

Absender:

Lösung gefunden? Dann bringen Sie doch Ihre Freunde mit dieser mathematischen Herausforderung ins Grübeln! Briefmarke aufkleben und los! Die Lösung finden Sie auf: www.der-spezialist.de

www.brunel.de

Absender:

ÜBER ZEUGT? „Der Spezialist“ hat Sie überzeugt? Sie möchten ihn empfehlen? Oder in Zukunft selbst das kostenfreie Magazin erhalten? Bitte tragen Sie Ihre Kontaktdaten unter www.der-spezialist.de ein.

JA ,

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

6016_02.2009