Der Spezialist - Ausgabe 17 by Brunel GmbH

Ausgabe 17 || April 2011

Das Magazin für Technik und Management

Schwimmende Solaranlage Technische Höchstleistung auf dem Wasser Kürzere Entwicklungswege dank Bionik Zwei Experten im Gespräch Der erste Porsche war ein Elektroauto Vor 100 Jahren fuhren Autos elektrisch

Windkraftanlagen auf dem Pr체fstand Heiz- und

Thermotechnik f체r explosionsgef채hrdete Umgebungen Porsches 24 Stunden in Mazar-e Sharif Elektromotor schafft es bis auf den Mond

Deutschland Technikvorbild Natur Spitzenreiter in der Logistiktechnologie Mehr Lebensqualit채t durch innovative Technologie 3-D-Blick ins Werkstoffinnere Solarseen: Softwareupdate beim Werkstattbesuch schwimmende Stromerzeuger

Ausgabe 17 || April 2011

Köpfe dieser Ausgabe › 01

› 01 Dr.-Ing. Da nia A l J ir o u di ( 3 8 ) : wurde in Syrien geboren und studierte in Damaskus Bauingenieurwesen. Ihre ausgezeichneten Schulleistungen in Mathematik und Biologie hatten den Weg der Ingenieurin bereits vorgezeichnet. Nach dem Studium in Damaskus setzte sie ihre Karriere in Rostock fort. „Deutschland kannte ich vorher nur von einem Urlaub in Nordrhein-Westfalen“, erinnert sich Dania Al Jiroudi an ihren ersten Schritt ins Ausland. Seitdem war die promovierte Ingenieurin regelmäßig für die Planung und den Vertrieb von Klär- und Biogasanlagen in vielen Ländern unterwegs. Die internationalen Erfahrungen führten sie schließlich zu Brunel. Was Dania Al Jiroudi an ihrem Job in der Siedlungswasserwirtschaft besonders schätzt, lesen Sie ab Seite 38. › 02 T homa s P u l s ( 41 ) : startete seine Karriere bei ThyssenKrupp Krause in der Montage- und Antriebstechnik. „Das war für mich als Auto- und Technikbegeisterter ein perfekter Berufseinstieg.“ 2002 kam Thomas Puls als Stellvertretender Abteilungsleiter der Mechanischen Konstruktion von ThyssenKrupp EGM zum ersten Mal mit Brunel in Kontakt – damals noch als Kunde. Nach drei Jahren wurde dem Ingenieur die Leitung von Brunel Form und Technik angeboten, dem heutigen Prüf- und Testzentrum Brunel Car Synergies. „Heute konstruiere ich nicht mehr nur Prüfstände für Motoren und Getriebe, sondern auch für diverse Fahrzeugkomponenten und auch andere Branchen“, so der Leiter Prüfstandbau bei Brunel Car Synergies in Bochum. Zu den aktuellen Projekten lesen Sie mehr ab Seite 40. › 03 M a r k u s Holl e r ma n n ( 27 ) : Die Philosophie und Kreativität der Bionik, so Markus Hollermann, habe ihn derart fasziniert, dass er sich statt für ein Maschinenbaustudium für den Bachelor-Studiengang Bionik entschied. „Sich die Natur zum Vorbild zu nehmen, von ihr zu lernen – das ist aus meiner Sicht ein genialer Ansatz“, erklärt der gelernte technische Zeichner. „Denn Mutter Erde hat in rund 3,8 Milliarden Jahren zwar einige ineffektive Lebensformen generiert, diese aber auch selektiert. Im Laufe der Evolution haben sich nur die optimal angepassten Systeme und Organismen durchgesetzt.“ Nun, in Zeiten von immer knapper und teurer werdenden Rohstoffen und zunehmenden Umweltschäden gewinnt die Optimierung nach dem Beispiel der Natur für den Menschen an Relevanz. Entsprechend zuversichtlich sieht Hollermann die Zukunft der Bionik – mehr dazu lesen Sie ab Seite 16.

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der Spezialist

Der Spezialist vor Ort Ländergrenzen lösen sich in der globalisierten Wirtschaft zunehmend auf, Märkte rücken enger zusammen. Das spiegelt sich auch in den Berichten unseres Magazins wider. Ein geografischer Überblick über die Themen dieser Ausgabe.

der Spezialist

Inhalt

D e r S p e z i a l i s t

Ausgabe 17 || April 2011

Seite 08

1 Im Fokus: Logistik – eine bewegende Branche

Seite 13

2 Spektrum: Heiz- und Thermosysteme nach Maß

Seite 16

3 Im Dialog: Vorbild Natur – kürzere Entwicklungswege dank Bionik

Seite 20

4 History: Der erste Porsche war ein Elektroauto

Der lange Weg der Elektromobilität

Seite 24

Kompakt: Aus unserer Sicht, Kurzmeldungen, Tipps, Termine

Seite 27

5 Spektrum: Die Datentankstelle

Seite 30

6 24 Stunden in Mazar-e Sharif

Seite 34

7 Forschung: Nanotomographie – die Zukunft der Werkstoffforschung

Seite 38

8 Profil: Mit Leib und Seele in der Wasserwirtschaft

Seite 40

9 Kompetenz: Maßgeschneiderte Prüfstandstechnik

Seite 43

 Spektrum: Schwimmende Solaranlage

Moderne Solartechnologie für Gewässer jeder Größenordnung

Seite 46

Regenerative Energie aus nachwachsenden Rohstoffen

Seite 48

 Querdenken: Ein Exoskelett lernt laufen

Seite 52

 Wissen: Bis zum Jahr 2020 sollen eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands

Über die hohen Anforderungen der Konstruktion industrieller Heizgeräte

Markus Hollermann und Dr. Rudolf Bannasch über das Vorbild Natur

Software für moderne Kraftfahrzeuge

Projektabwicklung in Afghanistan: jeden Tag neue Herausforderungen

Der 3-D-Blick ins Innere von Werkstoffen

Brunel Spezialistin Dania Al Jiroudi über ihren Beruf und ihre Berufung

Bauteile von Windkraftanlagen und Schiffsmotoren im Härtetest

Wissen: Biogasanlage

Zwei Männer, eine Idee: Unternehmensberater machen Querschnittgelähmten Hoffnung

Straßen fahren. Welche Voraussetzungen müssen dafür geschaffen werden?

Seite 54

Wissenschaft und Wirtschaft arbeiten Hand in Hand

Die Brunel Spezialisten Madalina Petcu und Felix Gottschalk blicken in die Zukunft

 Ausblick: Arbeit mit Zukunft

Was Deutschland über flexible Arbeitsmodelle von den Niederlanden lernen kann

Impressum

der Spezialist

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In der Bionik dient die Natur als Vorbild für technische Konzepte – so wie die Klette für den Klettverschluss. Dank vieler kleiner elastischer Widerhaken, die reversibel und durch spezielle Zellwandeinlagerungen besonders stabil sind, bleiben die Klettensamen an weichen Materialien hängen und können sich so über große Distanzen verbreiten. Der Schweizer Ingenieur Georges de Mestral entdeckte eine Klette im Fell seines Hundes und untersuchte diese mikroskopisch. Der so entwickelte Klettverschluss kommt heute aufgrund des schnellen und einfachen Verschlusssystems in der Textilbranche, der Medizintechnik und der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz.

im fokus

Logistik – eine bewegende Branche Der Bau der Nord Stream-Pipeline durch die Ostsee ist ein Projekt gigantischen Ausmaßes, das passgenaues logistisches Handling erfordert. Denn Logistik bedeutet heute weit mehr, als nur Waren von A nach B zu transportieren: Sie umfasst die Planung, Steuerung und Kontrolle des Material- sowie des dazugehörigen Informationsflusses – von der Beschaffung bis hin zur Distribution.

T e x t › Jörg Riedel gen zu erfüllen: kurze Transportwege einhalten und eine umweltgerechte Fertigung der Pipeline gewährleisten.

Porträt Prof. Dr.-Ing. Thomas Wimmer (51) Nach seinem Maschinenbau-Studium an der Uni Hannover promovierte Thomas Wimmer berufsbegleitend an der TU Berlin. Ab 1984 war er in verschiedenen Positionen in der Industrielogistik tätig, bevor er 1999 zur Bundesvereinigung Logistik (BVL) wechselte. 2004 wurde er zum Vorsitzenden der Geschäftsführung berufen. Neben der beruflichen Tätigkeit ist Wimmer Lehrbeauftragter an der Universität Bremen sowie an der Jacobs University in Bremen.

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Auf Verlegeschiffen wie der „Castoro 10“ werden die einzelnen Rohre der Nord Stream-Pipeline miteinander verschweißt und als zusammenhängender Strang auf dem Meeresboden verlegt.

der Spezialist

„Logistik macht internationalen Handel erst möglich“

90 Millionen Tonnen Material sind für den Bau der zwei parallelen, jeweils 1.224 Kilometer langen Leitungsstränge der Nord StreamPipeline zwischen dem russischen Wyborg und Lubmin bei Greifswald (MecklenburgVorpommern) zu bewegen. 30 Firmen aus zehn Ländern sind an dem 7,4 Milliarden Euro teuren Vorhaben beteiligt, dessen Logistikbudget 650 Millionen Euro umfasst. Für die Umsetzung des Projekts entwickelte die Nord Stream AG selbst ein maßgefertigtes logistisches System und überließ nicht, wie sonst üblich, die Lieferstruktur per Ausschreibung ermittelten Anbietern. Bei der Koordination von Beschaffung, Herstellung und Lieferung der Baumaterialien waren zwei Anforderun-

Das Beispiel der Gaspipeline verdeutlicht die Herausforderung moderner Logistik: Für weltweit kooperierende Partner sind individuell zugeschnittene, effektive und umweltfreundliche Transportlösungen wichtig – eingebettet in ein ausgeklügeltes Zusammenspiel verschiedener Dienstleister. „Logistik macht internationalen Handel und die Globalisierung erst möglich“, sagt Professor Thomas Wimmer, Vorsitzender der Geschäftsführung der Bundesvereinigung Logistik (BVL). Dabei ist die Logistik so alt wie die Frage der Versorgung. Der Begriff kommt vom griechischen „logos“ und meint Verstand, aber auch Rechnung; „logistikos“ bedeutet berechnend. Schon in der Jungsteinzeit erledigten Menschen logistische Aufgaben, als sie anfingen Tauschhandel zu betreiben. Mit der Bildung der Stadtkulturen sowie dem Beginn der Handelsbeziehungen über größere Distanzen erlebte die Logistik erste Blütezeiten und begleitete die Wirtschaftsgeschichte bis in die Gegenwart. Ein seit den Achtzigerjahren etabliertes Konzept für die Organisation komplexer Liefersysteme ist das Supply Chain Management

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im fokus

hernd 60 Millionen Euro ebenso hoch wie die Einsparungen bei den Transportkosten. Jedoch bewirken die kürzeren Wege eine Reduzierung der Emissionen um 200.000 Tonnen CO2. Neben der Optimierung der Infrastruktur zählt zum SCM auch die Ermittlung effizienter Transportwege. Beim Nord Stream-Projekt werden die Stahlrohre mit der Bahn von den Herstellern zur Betonummantelung und von dort per Schiff zu den Zwischenlagern transportiert. Um die 20 bis 30 Tonnen schweren Großrohre punktgenau anzuliefern, wurde das in der Automobilindustrie verwendete Just-in-time-Konzept adaptiert: Am Hauptzwischenlager Slite auf Gotland werden die seeseitig gelieferten Rohre direkt auf ein an der anderen Seite der Pier liegendes Schiff verladen. Dieses Transportschiff lädt die Rohre dann auf die Verlegerschiffe um. Dort werden je zwei Rohre zusammen- und anschließend an den Pipeline-Strang geschweißt.

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Auf dem Gelände des Fährhafens Sassnitz auf der Insel Rügen werden die hochstabilen Stahlrohre für die Nord Stream-Pipeline zwischengelagert.

der Spezialist

(SCM). SCM macht die logistischen Abläufe effizienter, indem es durch die exakte Abstimmung der einzelnen Schritte aufeinander Arbeitsprozesse beschleunigt und so Leerlauf oder Lagerungskosten vermeidet. Die Organisation der Lieferkette (Supply Chain) beim Bau der Ostsee-Pipeline erforderte zunächst die Identifikation von geeigneten Logistikstandorten, um die Transportwege möglichst gering zu halten. 68 Häfen wurden hierfür geprüft, fünf von ihnen ausgewählt. Sie bieten gemeinsam mit 20 Außenlagerflächen bis zu 150 Hektar Platz und damit Kapazitäten für 800 Kilometer Fertigwarenbestand. Der Ausbau der Infrastruktur in diesen Häfen ermöglichte es, Verkehrswege zu optimieren und den Umschlag zu vereinfachen. Zudem wurden die 200.000 jeweils 12 Meter langen Rohrsegmente nicht in bestehenden Fabriken mit einem Betonmantel versehen. Vielmehr wurden im finnischen Kotka und in Mukran auf Rügen – an den Endpunkten der PipelineTrasse – neue Betonbeschichtungswerke gebaut. Zwar sind die Investitionen für die beiden Werke mit annä-

„Kooperationen zwischen Wissenschaft und Praxis nehmen zu“ Damit die Beteiligten einer Logistikkette optimal zusammenarbeiten, sind effektive Informationsabläufe erforderlich. „Das starke Wachstum effizienter IT-Unterstützung in den letzten Jahren trägt maßgeblich dazu bei, dass der Informationsfluss immer zuverlässiger und mit geringerem Aufwand gesteuert wird“, sagt Professor Werner Delfmann, Leiter des Seminars für ABWL, Unternehmensführung und Logistik an der Universität zu Köln. An seinem Seminar arbeitet der Wissenschaftler mit Logistikdienstleistern, Industrieunternehmen und Unternehmensberatungen zusammen. „Kooperationen zwischen Wissenschaft und Praxis nehmen gerade im anwendungsbezogenen Forschungskontext zu“, erläutert der Kölner Professor. In einem aktuellen Forschungsprojekt des Sonderforschungsbereichs „Selbststeuerung logistischer Prozesse“ (SFB 637) der Universität Bremen werden beispielsweise Container und andere Objekte mit modernster Informations- und Kommunikationstechnologie ausgestattet. Dazu gehört die Satelliten-Navi-

im fokus

gation genauso wie Radio Frequency Identification Devices (RFID). Ein RFID-System besteht aus einem Transponder und mobilen oder stationären Lesegeräten. Der Transponder ist an einem beweglichen Gegenstand wie einem Container oder einer Palette angebracht und enthält einen Code. Dieser wird mittels hochfrequenter Radiowellen von den Lesegeräten, die sich sowohl an Transportmitteln wie auch an Umschlagplätzen befinden, erfasst. Auf Basis dieses Dialogs sollen die Güter ihre ideale Route zum Zielort eines Tages selbst wählen. Bereits jetzt ist es mithilfe von RFID möglich, dass die Waren permanent Informationen zu ihrer Ortung versenden. So bleibt der logistische Prozess für den Versender wie für den Empfänger nachvollziehbar, Störungen werden sofort erkannt. Auch die Rohre für die OstseePipeline sind mit RFID-Technik ausgestattet – in Kombination mit einem neu entwickelten System zur Rohrverfolgung: Über „intelligente Endkappen“ geben die Rohre Informationen zu ihrem Zustand sowie zum Lagerort an einen zentralen Kontrollraum weiter. Mit ihren vielfältigen Querschnitts- und Service aufgaben durchdringt die Logistik heute die klassischen Bereiche im Unternehmen wie Einkauf, Fertigung oder Personalwesen. In Deutschland arbeiten aktuell 2,67 Millionen Beschäftigte in der Logistik, die damit nach der Automobilindustrie und dem Maschinenbau den drittgrößten Wirtschaftszweig des Landes bildet. Die letzte Krise hat die Branche laut Professor Delf-

Porträt Prof. Dr. Dr. h. c. Werner Delfmann (62) studierte in Münster Betriebswirtschaftslehre und Mathematik. 1976 promovierte er und habilitierte 1982. Anschließend lehrte er an den Universitäten Münster, Osnabrück, Frankfurt a. M. und Köln. Seit 1988 ist Prof. Delfmann Direktor des Seminars für ABWL, Unternehmensführung und Logistik der Universität zu Köln. Daneben ist er weltweit als Gastprofessor tätig sowie Gründer und Leiter mehrerer Arbeitskreise auf nationaler und internationaler Ebene.

mann gut überstanden. Sie ist nun wieder auf Wachstumskurs: 2010 wurden nach ersten Angaben 215 bis 220 Milliarden Euro umgesetzt. Trotz der positiven Prognosen sucht die Branche händeringend nach Fachkräften. Außer über Fachwissen in der Material- und Lagerwirtschaft müssen sie heute auch über betriebswirtschaftliches Know-how, über IT-

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Um kurze Umschlagzeiten im Hafen zu gewährleisten, müssen Abfertigungsprozesse und Informationsflüsse eng verzahnt werden. Neue, satellitengestützte Ortungstechnologien werden derzeit im Galileo-Testfeld SachsenAnhalt getestet. Sie sollen für mehr Transparenz und Sicherheit in der Logistikkette sorgen.

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im fokus

kontrolle. Der Hersteller kann sich ganz auf seine Kernkompetenzen konzentrieren und zahlt nur für das exakt auf seinen Bedarf zugeschnittene Leistungspaket. Der Dienstleister wiederum profitiert durch die langfristige und enge Bindung an seinen Vertragspartner.

Unternehmen der Branche müssen eng zusammenarbeiten

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Auf 860 Milliarden Euro wurde 2009 der Logistikmarkt Europa geschätzt. Der Anteil Deutschlands daran liegt bei gut 20 Prozent. „Aus Sicht ausländischer Investoren nehmen wir eine Spitzenposition in Infrastrukturqualität und Logistiktechnologie ein“, begründet Prof. Wimmer. Um diese Position zu halten, sucht die Branche händeringend nach Fachkräften.

›07 Kenntnisse sowie über Personalführungskompetenz, ausgeprägte Teamorientierung und Weitblick verfügen. „Ein weiterer wichtiger Zukunftsmarkt ist die Kontraktlogistik“, ergänzt Thomas Wimmer. Im Vergleich zu anderen logistischen Dienstleitungsangeboten verfügt sie mit beachtlichen Wachstumsraten über das derzeit größte Entwicklungspotenzial. Kontraktlogistik heißt: Ein Hersteller vereinbart mit einem Anbieter von Logistikdienstleistungen eine vertraglich gesicherte langfristige Zusammenarbeit von etwa drei bis fünf Jahren. Das Logistikunternehmen bietet individuell angepasste und kosteneffizient organisierte Maßnahmen, wie die Lieferung des Materials just in time oder die Qualitäts-

der Spezialist

Trotz dieser Entwicklung tragen Logistik unternehmer nach wie vor hohe Risiken: „Mögliche Währungskrisen, das harte Ringen der globalen Leitwährungen oder Vertrauen erschütternde terroristische Aktivitäten bergen Gefahren“, so Wimmer. Insgesamt sei in der Branche große Flexibilität erforderlich, Logistiker müssten sich über den Wettbewerbsgedanken hinwegsetzen und gemeinsam an Lösungen arbeiten. Hier sind vor allem die Schnittstellen zwischen Theorie und Praxis entscheidend, betont Professor Delfmann: „Denn für die Praxispartner ist es interessant zu sehen, welche neuen Trends aus der Wissenschaft kommen – und ihre praktische Sichtweise ergänzt unsere Forschung.“

info Für ihr logistisches Konzept wurde die Nord Stream AG von der Bundesvereinigung Logistik (BVL) mit dem Deutschen LogistikPreis 2010 ausgezeichnet. Die BVL sieht ihre Aufgabe darin, Impulse für zukunftsweisende logistische Vorhaben zu geben, mit ihrem Preis will sie Innovationen fördern.

Spektrum

Heiz- und Thermosysteme nach Maß Branchen wie die Erdöl- und Erdgasindustrie benötigen Spezial-Heizgeräte zum Erwärmen von beispielsweise Luft, Wasser oder Gas. Denn in einem explosionsgefährdeten Umfeld müssen deren Temperatur und Druck permanent überprüft werden. Die Entwicklung von Heizgeräten für derart anspruchsvolle Umgebungen ist das Kerngeschäft der Elmess-Thermosystemtechnik GmbH & Co. KG, seit 2009 Kunde von Brunel.

T e x t › Claudia Schulz Seit der Nachkriegszeit produziert das Unternehmen aus dem niedersächsischen Uelzen elektrische Heizkörper und elektronische Geräte zur Leistungs- und Temperaturregelung. Heute zählt Elmess-Thermosystemtechnik zu den weltweit führenden Herstellern elektrischer Heizungen für die Industrie und Umwelttechnik. Der Familienbetrieb hat seinen Schwerpunkt auf Einzelstücke und Kleinserien gelegt, jeweils exakt abgestimmt auf die spezifischen Anforderungen und Bedingungen seiner Kunden. Seit 2009 gehört auch Brunel Spezialist Hannes Wessel* zum Team der 90 Mitarbeiter; seitdem arbeitet er an über 400 Projekten mit. „Sein Interesse an Neuem sowie seine Erfahrungen in der Maschinentechnik bildeten die Basis für die erfolgreiche Zusammenarbeit. Innerhalb weniger Monate erwarb er das sehr spezifische Know-how unseres Hauses“, betont Uwe Riedler, Abteilungsleiter im Bereich Konstruktion und Schweißaufsicht sowie Beauftragter für Qualitätsmanagement bei Elmess. Zu den Standardprodukten des Unternehmens zählen explosionsgeschützte Rippenrohrheizgeräte, die die Raumluft in explosionsgefährdeten Bereichen – Lackierereien, Farblagern oder Kläranlagen – erwärmen. Benötigt der Kunde beispielsweise eine senkrechte statt der üblichen waagerechten Montage des Geräts oder weicht eine Bestellung in puncto Geräteleistung oder Anschlussspannung vom Standard ab, ist das Fachwis-

sen des staatlich geprüften Technikers Hannes Wessel gefragt. Mithilfe des Zeichenprogramms CAD passt der 30-Jährige die bereits bestehende Konstruktion an, erstellt die neue Gerätezeichnung und spezifiziert die einzusetzenden Bauteile für die Produktion. Für die Auftragsabwicklung, die Erstellung und Zuordnung von Stücklisten und Fertigungsunterlagen nutzt er das bei Elmess standardmäßig eingesetzte Enterprise Resource Planning System (ERP-System).

Verdampfer vermeiden Kälte effekte in der Erdgasgewinnung „Qualifizierte Mitarbeiter sind unser wichtigstes Kapital“, erläutert Uwe Riedler und fährt fort: „Entsprechend haben das Arbeitsklima, optimale Arbeitsbedingungen,

Porträt Hannes Wessel (re.) ist gelernter Zerspanungsmechaniker. Parallel zu seiner Arbeit als Einrichter eines Montagebandes in der Automobilindustrie absolvierte er eine Ausbildung zum staatlich geprüften Techniker. 2009 kam er zu Brunel und wurde von Beginn an bei Elmess eingesetzt. * Seit September 2010 ist der 30-Jährige bei Elmess als Sachbearbeiter Technik fest angestellt. Uwe Riedler (li.), gelernter Maschinenbauer, arbeitete nach einer Weiterbildung zum Industriemeister mit Fachrichtung Metall zunächst als Werksleiter eines mittelständischen Maschinenbauunternehmens. Bei Elmess ist der 46-Jährige seit 2004 tätig – zunächst als Techniker und seit 2009 als Leiter der Konstruktion.

der Spezialist

Spektrum

›08 › 08 Qualitätskontrolle an einem Heizeinsatz für Strömungserhitzer. Die Konstruktionen unterliegen strengen Normvorschriften. Bei der Maßanfertigung ist die Prüfung daher ein wesentlicher Bestandteil der Projektarbeit.

der Spezialist

eine bestmögliche Arbeitsplatzausstattung sowie intensive Schulungen hohe Priorität.“ Dank dieser Maßnahmen und seiner schnellen Auffassungsgabe erweiterte sich das Aufgabenfeld von Hannes Wessel schon nach kurzer Zeit und so wurde er nach der Einarbeitung für diverse Projekte – von der Berechnung und Materialbestimmung bis zur Betreuung der Fertigung – eingesetzt. Am Beispiel der Konstruktion eines Verdampfers wird deutlich, dass Hannes Wessel und seine Kollegen über weitreichende Kenntnisse für die technische Konzipierung verfügen müssen. Verdampfer dienen dem

Erwärmen flüssiger oder gasförmiger Medien wie Wasser oder Erdgas und kommen beispielsweise in der Petrochemie oder der Erdgasgewinnung und -verteilung zum Einsatz. „Wir kennen das aus dem Alltag“, erläutert Wessel, „beim Nachfüllen eines Gasfeuerzeuges tritt ein spürbarer Kälte- oder Vereisungseffekt ein. Dasselbe passiert bei der Erdgasindustrie – nur in viel größerer Dimension. Die Vorwärmer haben hier die Aufgabe, dieser Vereisung entgegenzuwirken“, erläutert Wessel.

Spektrum

Derzeit unterstützt er als Sachbearbeiter Technik die Konstruktion eines Verdampfers, der kontinuierlich 20 Grad Celsius warmes Wasser mit einem Volumenstrom von 240 Gramm pro Minute in 350 Grad heißen Dampf umwandeln soll. Hierzu haben die im Vertrieb eingesetzten Projektingenieure zunächst auf Basis der Kundenanfrage die erforderliche Heizleistung sowie die maximale Temperatur und Druckbelastung des Gerätes ermittelt. Anschließend wurde das zu verwendende Material für den Druckbehälter sowie der Querschnitt und die Länge der Rohrschlange bestimmt, durch die das zu verdampfende Wasser fließen soll. Diese Parameter teilte der Projektleiter dann dem Maschinenbautechniker Hannes Wessel mit – sie bilden die Grundlage seiner Arbeit. „Zunächst berechne ich nun die Belastung des Druckbehälters und die nötige Materialstärke der Rohrschlange, die dem vorgegebenen Druck standhalten muss“, erklärt Wessel. Dann spezifiziert er Anzahl, Länge und Leistung der elektrischen Heizelemente und bestimmt die Kabel-Klemmquerschnitte für den fachgerechten Anschluss des Vorwärmers. Nach der Freigabe des Geräteentwurfs durch den Kunden definiert Hannes Wessel die notwendigen Zukaufteile und Komponenten, erstellt die Fertigungsunterlagen inklusive Stücklis-

ten und Detailzeichnungen. Abschließend gibt Wessel die Materialanforderung an den Einkauf weiter, betreut die Fertigung und legt den Umfang der Dokumentation für den Kunden fest.

Normen und Richtlinien als Basis für Heizund Thermotechnik „Für meinen Einsatz verwende ich firmeninterne Berechnungsprogramme und orientiere mich an speziellen Normen“, erläutert Wessel. Je nach Gerät und Einsatzbereich sind zahlreiche Richtlinien zu beachten – für Niederspannung, elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), explosionsgeschützte Betriebsmittel und Druckgeräte (CE-Konformität). Hinzu kommen die Normvorgaben der Druckgeräte-Richtlinie (DGRL) sowie die ATEX-Richtlinie der EU für den Bereich Explosionsschutz. Dieses weite Feld an neuen Anforderungen motiviert Hannes Wessel, in der Bewältigung stets neuer Herausforderungen sieht er hier den großen Vorteil seiner Tätigkeit: „Bei Elmess arbeiten wir nicht nur auf Papier wie ein Ingenieurbüro, sondern können die Ergebnisse der Arbeit direkt sehen und anfassen. Wir bringen also Theorie und Praxis zusammen. Das macht großen Spaß – und nach Fertigstellung eines Projekts auch ein bisschen stolz.“

› 09 Elektrische Endmontage in einer der fünf Fertigungshallen in Uelzen. Zu den Leistungen gehört auch die Inbetriebnahme der Geräte vor Ort bei den Kunden. Mit Vertretungen auf jedem Kontinent ist Elmess heute weltweit im Einsatz.

›09 der Spezialist

Im Dialog

Vorbild Natur: kürzere Entwicklungswege dank Bionik Der Lotuseffekt ist ein populäres Beispiel für ein bionisches Prinzip, das erfolgreich in die P raxis übertragen wurde. Solche Vorbilder der Natur lassen sich für die Entwicklung technischer Lösungen nutzen. Das Potenzial ist noch lange nicht ausgeschöpft, sagen Dr. Rudolf Bannasch, Geschäftsführer der EvoLogics GmbH, und Markus Hollermann, Preisträger des Internationalen Bionic-Award 2010. Inte r vie w › Michael Vogel

Porträt Dr. Rudolf Bannasch (58) studierte Bio logie in Donezk, Kiew und St. Petersburg. Danach arbeitete er bis zum Jahr 2000 als Wissenschaftler in Berlin. Bannasch ist Mitbegründer und Geschäftsführer der EvoLogics GmbH (www.evologics.de), die sich auf die Umsetzung bionischer Konzepte in technische Verfahren und Produkte spezialisiert hat. Darüber hinaus ist er Koordinator und Vorstandsmitglied des Bionik-Kompetenznetzes Biokon.

Der Spezialist: Herr Hollermann, warum ist die Natur ein so gutes Vorbild für die Technik? Markus Hollermann: Weil die Natur im Laufe der Evolution viele Probleme optimal gelöst hat. Gelingt es, diese Prinzipien zu erkennen und auf technische Anwendungen zu übertragen, dann kann die Bionik Ansätze für Fragestellungen liefern, die sich mit eta blierten Methoden nicht optimal beantworten lassen. Der Spezialist: Und an welchen neuartigen bionischen Konzepten wird derzeit gearbeitet? Hollermann: Da gibt es einige Beispiele. Ich untersuche seit rund zwei Jahren mit ei-

der Spezialist

nem Kollegen, wie sich Dübel in Verbundmaterialien besser verankern lassen. Diese Materialien haben einen hohen Luftanteil und der Dübel findet nur schwer Halt. Anlass unserer Arbeit war eine Forschungskooperation der Unternehmensgruppe fischer mit dem Bionik-Innovations-Centrum der Hochschule Bremen. Ziel war es, in der Natur nach Lösungen zu suchen. Unsere Analyse begann beim Werkstoff: Welche Eigenschaften hat er, welche natürlichen Gewebe sind vergleichbar? Da Blätter einiger Pflanzen ähnlich aufgebaut sind wie Leichtbauwerkstoffe, untersuchten wir nun, welche Tiere auf welche Art in das Gewebe eindringen und wie sie sich dort verankern. Vorbild für unseren Ansatz wurde die Zikade: Ihre Mundwerkzeuge sind wie kleine Stilette ausgebildet, die sich gegeneinander verschieben und dadurch eine alternierende Bewegung vollziehen. So raspelt sich das Insekt richtiggehend in eine Oberfläche hinein. Dann verspreizen diese Stilette. Das Prinzip übertragen wir nun auf Dübel.

Lösungen der Natur sind zum Teil besser als die der Technik Rudolf Bannasch: Oder nehmen Sie die akustische Kommunikation der Delfine, mit der ich mich derzeit beschäftige. Sie können unter Wasser kommunizieren, viel besser als dies mit klassischen technischen Lösungen möglich ist. Ihre melodiösen Pfiffe überdecken

Im Dialog

›10 einen großen Frequenzbereich und transportieren so Informationen, die wenig anfällig für Halleffekte sind. Genutzt wird dieses Prinzip aktuell bei Modems für unterseeische Telekommunikations- und Sonar-Anwendungen. Wir wussten um die Probleme existierender technischer Verfahren: Durch die Reflexionen der Ultraschallwellen beispielsweise an Meeresoberfläche und -grund kam es zu starken Störungen. Daher haben wir überlegt, wie sich das in der Biologie bekannte Kommunikationsprinzip der Delfine auf Modems übertragen lässt. Technisch wird die Trägerfrequenz

dazu um eine Oktave variiert, bevor die Signale mit der zu übertragenden Information aufmoduliert werden. Der Empfänger rechnet die ursprünglichen Melodien dann wieder heraus. So lassen sich selbst Signale detektieren, die unterhalb der Rauschgrenze liegen. Der Spezialist: Ist die Bionik derzeit eher wissenschafts- oder industriegetrieben? Bannasch: Sowohl als auch. Es gibt Entdeckungen der Wissenschaft, die ihren Durchbruch in der Industrie noch vor sich haben, und es existieren bereits Produkte, die Unternehmen eigenständig entwickelt und vorangetrieben haben. Wichtig ist, dass evolutionäre Ent-

› 10 Bei der Entwicklung des Bionischen HandlingAssistenten vereinten die Forscher der Festo AG Bionik, Pneumatik, Mechatronik und Handhabungstechnik sowie Generative Fertigungstechnologie zu einem Handlingsystem mit fast menschlicher Leichtigkeit, Geschicklichkeit und Flexibilität.

der Spezialist

Im Dialog

Porträt Markus Hollermann B. Sc. (27) (im Bild links) studierte Bionik an der Hochschule Bremen. Bis Ende 2010 betreute er dort das Projekt BioFix, eine Forschungskooperation des Bionik-Innovations-Centrums und der Unternehmensgruppe fischer. Mit dem Gewinn des Internationalen Bionic-Award 2010 gründete er mit seinem Kommilitonen Felix Förster (rechts im Bild) „die Bioniker“ (www.diebioniker.de), um bionische Ideen und Produkte mit Firmen aus diversen Branchen zu erarbeiten.

wicklungen immer nur für bestimmte Parameterräume stimmig sind. Wer sich mit Bionik befasst, muss also zunächst die Prinzipien begreifen und sie dann in die Technik übersetzen. Hollermann: Oft geht es darum, Konzepte der Natur unter einer bestimmten, industriespezifischen Fragestellung zu analysieren und gegebenenfalls neu zu kombinieren. Unsere Arbeit für die Unternehmens gruppe fischer ist ein Beispiel für dieses Market-PullPrinzip. Ebenso häufig aber entstehen bionische Konzepte nach dem Technology-Push-Prinzip, wie es beim Lotuseffekt der Fall war. Wissenschaft und Industrie treiben die Bionik daher gleichermaßen und oft gemeinsam voran.

Ameisenstaaten als Inspirationsquelle Der Spezialist: Welche Branchen sind besonders offen für bionische Konzepte? Bannasch: Da gibt es keinen Primus. Zumal Bionik inzwischen sehr vielschichtig ist: Wissenschaftler wie Unternehmen schauen nicht nur auf die Ergebnisse der biologischen Evolution und versuchen, diese technisch

› 11 Zikaden verankern sich mit ihren spezialisierten Mundwerkzeugen im Pflanzengewebe, etwa um dort Nahrung aufzunehmen. Dieses Vorbild nutzten Hollermann und Förster für die Entwicklung eines neuen Befestigungssystems für Wärmedämmverbundsysteme.

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umzusetzen. Sie wollen vielmehr verstehen, wie die Evolution abläuft. Hollermann: Aktuell zeigt meiner Ansicht nach die Logistik großes Interesse an Bionik. Hier dienen Ameisen als Vorbilder, dort tragen viele Individuen zu einem komplizierten Ganzen bei. Sie transportieren Lasten, betreiben Verkehrswege und auch Zwischenlager. Es existieren also Analogien zu einer Logistikkette. Interessante Fragen für praktische Anwendungen sind daher: Wie und was kommunizieren die Tiere? Wie sind ihre Hierarchien aufgebaut? Denn Ameisen finden rasch Lösungen, wenn es zu Störungen kommt. Die einzelne Ameise folgt der Verhaltensweise der anderen, sofern dieses Verhalten zum Erfolg führt. Diese Prozesse sind für die Optimierung von Logistikprozessen interessant. Der Spezialist: Muss ein Ingenieur wie ein Biologe denken können, um bionisch zu entwickeln? Bannasch: Es hilft definitiv, über den Tellerrand zu blicken. Ein wesentlicher Unterschied ist die Multifunktionalität in der Biologie. Die klassische Ingenieursdenke hingegen ist oft monokausal – ein Problem, eine Lösung. Daraus resultieren Baukastenlösungen, wie etwa beim Auto: Querträger, Feder fürs Fahrwerk, Dämpfer, Aufhängung. Mehrere Einzelelemente liefern die komplexe Funktion. Doch zunehmend spielt die Multifunktionalität auch in der Technik eine Rolle. So zum Beispiel im Automobilbau, der Luftfahrt oder im Maschinenbau. Die Karosserie eines Autos etwa bestand früher zum einen aus Bauteilen, die Erschütterungen abfangen, sowie aus Bauteilen, die der Abdichtung dienen. Bei mo-

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›12 dernen Karosserien nehmen alle Teile in ihrer Gesamtheit die einwirkenden Kräfte auf. Ingenieure kommen zwar auch ohne Bionik zum Ziel. Aber sie hilft, Entwicklungswege zu verkürzen oder Alternativen aufzuzeigen.

Bioniker als Übersetzer zwischen Biologie und Technik Der Spezialist: Was bedeuten diese unterschiedlichen Herangehensweisen für die personelle Besetzung von Entwicklungsabteilungen? Hollermann: Unternehmen ohne umfangreiche Entwicklungsabteilungen werden wohl zunehmend Dienstleister hinzuziehen, wenn sie eine bionische Fragestellung haben. Große Konzerne dagegen sind daran interessiert, bionisch geschulte Fachkräfte in den eigenen Reihen zu haben – als Übersetzer zwischen Biologie und Technik. Bannasch: Für die Betriebe ist es wichtig, den Dialog zwischen den Fachgebieten

In einem Strömungskanal nimmt Prof. Dr. Ennes Sarradj von der BTU Cottbus an einem Kunststoff-Modellflügel akustische Messungen vor. Sein Ziel: die Analyse von Lärmquellen an Flugtriebwerken. Vorbild für den lautlosen Flug ist die besonders leise fliegende Eule.

zu suchen. Mitunter stoßen Biologen und Ingenieure zunächst auf sprachliche Barrieren, weil sich Biologen mehr in Latein ausdrücken und Ingenieure in Formeln. Wenn sie sich aber aufeinander eingespielt haben, tun sich ganz neue Welten auf. Wichtig ist, dass die Experten sich gegenseitig ernst nehmen. Standesdünkel ist sowohl bei Ingenieuren als auch bei Biologen unangebracht. Der Spezialist: Meine Herren, vielen Dank für das Gespräch.

der Spezialist

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history

Der erste Porsche war ein Elektroauto In den vergangenen zwei Jahren verging keine bedeutende Automobil-Ausstellung ohne die Premiere eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb. Waren es zuvor meist Spezialfirmen, so treiben mittlerweile nahezu alle Konzerne der Automobilbranche die Entwicklung voran. Das Elektroauto, ein Phänomen unserer Zeit? Nein: Bereits vor rund 100 Jahren fuhren Autos elektrisch.

T e x t › Matthias Huthmacher New York City im Jahr 1900. Die Stadt ist Schmelztiegel für Völker aus aller Welt. Es herrscht Aufbruchstimmung auf dem Weg in ein neues Jahrhundert. Auf den belebten Straßen fahren noch Pferdefuhrwerke und Handkarren – aber auch seltsame Gefährte, die sich ganz ohne Muskelkraft bewegen. Die Hälfte dieser neumodischen Automobile steht unter Strom. Die andere Hälfte wird mehrheitlich von Dampfmaschinen bewegt, Modelle mit Verbrennungsmotoren sind in der Minderzahl. Zur gleichen Zeit in Paris, auf der Weltausstellung. Ein Ingenieur aus der kaiserlichköniglichen Doppelmonarchie Österreich-Ungarn sorgt für Aufsehen: Er präsentiert ein von ihm entwickeltes Elektroauto. Vollkommen neu daran ist die Unterbringung der beiden zweieinhalb, in der Leistungsspitze sogar sieben PS starken Elektromotoren. Sie sind in den Radnaben der Vorderräder integriert. Die österreichische Patentschrift mit der Nummer 19645 aus dem Jahr 1896 spricht noch vom „Antriebslenkrad mit Elektromotor“, später wird man die Konstruktion einfach Radnabenmotor nennen. Der Name des jungen Mannes hinter dieser Erfindung: Ferdinand Porsche. Eigentlich hätte er Spengler werden sollen, um den Familienbetrieb zu übernehmen, so wollte es der Vater. Sohn Ferdinand aber, am 3. September 1875 im böhmischen Maffersdorf geboren, hat schon früh ganz andere Pläne: Er ist fasziniert von den technischen Möglichkeiten der Elektrifizierung.

Noch während der Schulzeit installiert er elektrische Beleuchtungsanlagen in seinem Heimatdorf. Nach der Lehrzeit im väterlichen Handwerksbetrieb besucht der junge Porsche die Staatsgewerbeschule in Reichenberg und Vorlesungen an der Technischen Hochschule in Wien. 1893 tritt er eine Arbeitsstelle bei der Vereinigten Elektrizitäts-AD Béla Egger in Wien an, steigt rasch zum Leiter der Prüfabteilung auf. 1897 wechselt er zur k. u. k. Hofwagenfabrik Jacob Lohner & Co im Wiener Stadtteil Floridsdorf. Firmenchef Ludwig Lohner arbeitet zu dieser Zeit bereits an ersten elektrischen Automobilen – Ferdinand Porsche kommt da gerade recht.

› 13 Ferdinand Porsche war ein Technik-Genie mit Weitblick. Sein Elektroauto setzte sich zwar vorerst aufgrund hoher Batteriekosten nicht durch, doch das Wirtschaftswunder auto VW Käfer ging in die Geschichte der Automobil industrie ein.

Sensation auf der Weltausstellung 1900 – Der Lohner-Porsche verzichtet dank Gleichstrom-Motoren auf Getriebe Als Lohner-Porsche geht das kutschenartige Gefährt, das in Paris der Weltöffentlichkeit präsentiert wird, in die Annalen des Automobilbaus ein. Der Antrieb kommt ohne Getriebe und Antriebswellen aus: Die Räder drehen sich als Rotoren für die Gleichstrom-Motoren um einen mit der Aufhängung fest verbundenen Ständer. Damit bleiben die mechanischen Reibungsverluste minimal, die beiden Elektroantriebe erreichen einen Wirkungsgrad von 83 Prozent. Eine zeitgenössische Fachzeitschrift jubelt: „Die epochemachende Neuheit besteht in der gänzlichen Beseitigung aller Zwischengetriebe als Zahnräder, Riemen, Ketten, Differentiale etc., kurz in der Herstellung des allerersten bisher existierenden transmissionslosen Wagens.“ Nach ersten Testfahrten wird zudem die hohe Fahrsicherheit gelobt: „Kein Schleudern in scharfen Kurven oder auf glattem Untergrund.“ Das Auto erreicht eine Dauergeschwin-

Elektro-Allradauto Für den Renneinsatz präsentierte Ferdinand Porsche im Herbst des Jahres 1900 einen Wagen mit Radnaben-Elektromotoren an den Vorder- und Hinterrädern. Das Fahrzeug gilt als erstes Allradauto der Welt. Dass es nicht schneller fuhr als 60 km/h, lag auch am Batteriepaket: Um Renn distanzen ohne Nachladen zu überstehen, war es nicht nur groß, es wog auch 1,8 Tonnen.

der Spezialist

history

digkeit von 37 km/h, kurzfristig sind sogar 50 km/h möglich. Trotzdem: Durchgesetzt hat sich der Elektroantrieb damals nicht. Das große Problem des E-Wagens ist damals wie heute die Batterie. Der Lohner-Porsche trug einen aus 44 Zellen bestehenden Bleiakku, der über eine Spannung von 80 Volt und eine Elektrizitätsmenge von 300 Amperestunden verfügte. Dieses Paket steuerte zum Gesamtgewicht des eine Tonne wiegenden Fahrzeugs 410 Kilogramm bei. Trotzdem war der Energiespeicher nach maximal 50 Kilometern entleert. Zwar kommen die Elektroautos des 21. Jahrhunderts dank Leichtbaus und moderner Lithium-Ionen-Akkus bis zu 150 Kilometer weit, doch im Vergleich zu einem modernen Benziner oder gar Dieselmotor ist das noch immer wenig. Schon Ferdinand Porsche hat diese Schwäche erkannt. 1902 präsentiert er den so genannten „Mixte-Wagen“. Es blieb bei Radnaben-Elektromotoren. Dazu aber kam zum Nachladen der Batterien ein Generator, der von einem Verbrennungsmotor angetrieben wurde. Damit war Porsche seiner Zeit weit voraus. Denn erst über hundert Jahre später kommen mit dem Chevrolet Volt und dem Opel Ampera zwei Serien-Elektroautos auf den Markt, die diese Art der Reichweitenver-

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der Spezialist

längerung nutzen: Ein Benzinmotor lädt bei Bedarf die Batterien nach, womit Fahrstrecken von 500 Kilometern möglich werden. Weiter verbreitet sind bereits die so genannten Hybrid-Fahrzeuge: Der Toyota Prius war vor gut zehn Jahren das erste Serienmodell, bei dem ein Elektromotor den Verbrennungsmotor beim Antrieb unterstützte, um Kraftstoff zu sparen. Da der Einbau zweier Systeme aber erhöhten Aufwand und Verlust an Platzangebot bedeutet, gelten beide Konzepte als Übergangslösung – die meisten Fachleute glauben an eine Zukunft der Brennstoffzelle, die an Bord den Strom für die Batterien produziert.

Hohe Batteriekosten beim Elektroantrieb ebnen Verbrennungsmotoren den Weg Von solcher Technik konnten die Tüftler zu Porsches Zeiten noch nicht einmal träumen. Es bestand auch kein Bedarf: Das Erdöl sprudelte, von Umweltproblemen war keine Rede. Die Idee der individuellen Fortbewegung als Gesellschaftsmodell aber ließ sich mit dem Elektroauto ohnehin nicht verwirklichen. Dazu waren die Batterien viel zu teuer. Schon der Lohner-Porsche kostete mit Preisen, die sich je nach Ausstattung zwischen 10.000 und 35.000 österreichischen Kronen bewegten, deutlich mehr als Wagen mit Verbrennungsmotor. Es wurden nur rund 300 Exemplare gebaut. Porsche spürte, dass die Zukunft dem Verbrennungsmotor gehörte. Nach dem Abschied von Lohner im Jahr 1906 arbeitet er unter anderem für Daimler

› 14 Elektromotor in der Radnabe der Vorderräder des LohnerPorsches: damals eine Weltneuheit für die junge Automobilbranche, heute im Stuttgarter Porschemuseum ausgestellt.

› 15 Ferdinand Porsche als Beifahrer auf einem Lohner-Porsche-Rennwagen um 1900. Die vier Radnabenmotoren erreichen je 2,5 PS.

›15

history

›16 und die Steyr-Werke in der Motorenentwicklung, ehe er 1931 in Stuttgart ein eigenes Konstruktionsbüro eröffnet. Dort entwirft er das Volksauto, den KdF-Wagen (KdF = Kraft durch Freude), der erst nach dem Zweiten Weltkrieg seinen Durchbruch erfährt. Ferdinand Porsche stirbt am 30. Januar 1951 in Stuttgart, doch er hinterlässt neben dem Lohner-Porsche ein weiteres Auto, das Geschichte schreibt: Der VW Käfer sorgt für die Automobilisierung Deutschlands, wird zum Symbol des

›17 Wirtschaftswunders und Exportschlager. Sein Triumphzug endet erst Mitte der Achtzigerjahre, mit 21,5 Millionen gebauten Exemplaren. Der elekt rische Radnabenmotor aber schaffte es sogar bis auf den Mond: Der NASA-Rover in den Siebzigerjahren wurde von Elektromotoren an allen vier Rädern vorwärts bewegt.

Meilensteine 1881

› 16 Schnitt durch den Antrieb eines Hybridmotors: Beim Toyota Prius 2 wird der Benzinmotor nach Erreichen der nötigen Temperatur abgeschaltet und durch einen Elektroantrieb abgelöst.

› 17 Für die Apollo-17-Mission wurde der Elektromotor auf dem Mond eingesetzt. Ein Hauptmotor und zwei weitere pro Rad ermöglichten den Astronauten eine Reichweite von rund 90 Kilometern.

Der Franzose Gustave Trouvé präsentiert auf der Internationalen Elektrizitätsausstellung in Paris das erste straßentaugliche Elektroauto. Das dreirädrige Fahrzeug verfügt über zwei Elektromotoren und sechs wieder aufladbare Bleiakkumulatoren und schafft eine Höchstgeschwindigkeit von 12 km/h.

1886 Carl Benz stellt den ersten benzingetriebenen Kraftwagen vor. Der Antrieb ist eine Weiterentwicklung des Gasverbrennungsmotors von Nicolaus Otto. Benz und Gottlieb Daimler arbeiten seit 1883 am Benzinmotor, 1892 folgt Rudolf Diesel mit dem Verbrennungsmotor ohne Fremdzündung. 1914

Henry Ford leitet die Massen-Automobilisierung Amerikas ein: Das T-Modell ist der erste Pkw der Welt, der auf einem Fließband gefertigt wird. Niedrige Produktionskosten und einfache Konstruktion machen die „Tin Lizzy“ mit ihrem Benzinmotor für weite Teile der Gesellschaft erschwinglich.

2011

Das erste in Großserie produzierte Elektroauto geht in Europa für drei Marken an den Start: Der Mitsubishi i-MiEV, in Japan bereits seit 2009 erhältlich, wird vom PSA-Konzern auch als Peugeot i-On und Citroën C-Zero angeboten. Die Preise für die Kleinwagen liegen bei 35.000 Euro.

der Spezialist

Kompakt

Aus unserer Sicht

Herausforderung Harmonisierung: neues Handbuch über Industrie-Normen

Johannes-Ferdinand Meier

Der europäische Einigungsvertrag fordert einheitliche IndustrieNormen für mechanische Verbindungselemente sowie für die Umstellung von DIN- auf ISO- oder ENNormen. Bereits vor zehn Jahren beschloss der Ausschuss „Normenpraxis – Arbeitskreis Bielefeld“ eine Arbeitsgruppe zu dem Thema zu gründen. Ein Team aus sechs Experten verfasste daraufhin unter der Leitung des heutigen Brunel Mitarbeiters Johannes-Ferdinand Meier das Fachtaschenbuch „Mechanische Verbindungselemente. Umstellung von nationalen DIN-Normen auf internationale (ISO) und/ oder europäische Normen (EN)“.

Im Pocket-Format werden Informationen für rund 370 Normen – beispielsweise von Schlüsselweiten, Mutterhöhen oder Schraubensicherungen – zusammengestellt, bei denen sich Änderungen ergeben haben. „Das handliche Nachschlagewerk hilft Konstrukteuren und Einkäufern, nach dem aktuellen Stand der europäischen und internationalen Normung für mechanische Verbindungselemente zu handeln“, so Meier. Der 54-jährige technische Zeichner ist seit 1982 als Normungsexperte tätig und seit Mai 2010 in der Brunel Niederlassung Bielefeld beschäftigt. Auf Meiers Initiative hin wurden in der aktuellen dritten Ausgabe vom März 2011 alle Texte auf Deutsch und Englisch verfasst, um die Zusammenarbeit auf internationaler Ebene zu erleichtern.

Auf dem Weg zur Sonnenenergie In Südfrankreich hat im Sommer 2010 mit dem Bau des Experimentalreaktors ITER eines der aufwendigsten und teuersten Forschungsvorhaben der Welt begonnen. Der Grundstein für den „International Thermonuclear Experimental Reactor“ wurde trotz Eisernem Vorhang bereits 1985 gelegt. Heute wird das Projekt von der EU, den USA, Russland, Japan, China, Südkorea und Indien getragen. Ziel von ITER ist es, in einem 30 Meter hohen Reaktor durch Kernfusion nach dem Vorbild der Sonne Energie zu erzeugen – und dies nahezu abfallfrei. In einem Magnetspulenring (Tokamak) werden Wasserstoffisotope durch Erhitzung auf über 100 Millionen Grad Celsius in den Plasmazustand versetzt. Deuterium und Tritium verschmelzen zu Helium. Dabei soll erstmals ein Vielfaches an Energie freigesetzt werden, sodass eine Kettenreaktion angestoßen und Nettoenergie gewonnen wird.

der Spezialist

Der Querschnitt durch den ITER-Tokamak zeigt das im Magnetspulenring erhitzte Plasma (pink).

Iter ist zugleich das lateinische Wort für „Weg“. Dieser ist noch lang: Für 2019 ist die Fertigstellung und für 2027 die erste Kernverschmelzung geplant. www.iter.org

Kompakt

Licht statt Lösungsmittel Eine einzigartige Lasertechnik aus Deutschland ermöglicht umweltschonendes Reinigen von Oberflächen. Die Firma Clean-Lasersysteme aus Herzogenrath produziert und vertreibt seit über zehn Jahren Lasergeräte zum partiellen Entschichten, Entlacken und Reinigen von beispielsweise Metallen oder Druckwalzen. „Die Technologie für manuell führbare Reinigung mittels gescannter Laserstrahlung haben wir patentieren lassen“, erklärt Edwin Büchter, einer der Firmengründer. Sie wird sowohl im Automobil-, Luftfahrt- und Maschinenbausektor als auch zum Reinigen historischer Fassaden und für Restaurierungen eingesetzt. Bis zu 10.000 Lichtblitze pro Sekunde bewirken die gezielte Verdampfung störender Partikel. Die Reinigung durch hohe bis mittlere Laserleistungen mit kurzen

Hochleistungslaser wie der CL 1000 eignen sich zum manuellen Entlacken von Oberflächen.

Pulsdauern erfolgt lärm- und staubfrei, auf den Einsatz von Chemikalien kann verzichtet werden. Clean-Lasersysteme ist Erfinder dieser handgeführten Laser und Weltmarktführer und gewann im Oktober den Deutschen Umweltpreis 2010. www.cleanlaser.de

Beamen von Menschen bleibt Utopie Das Teleportieren von Objekten und Lebewesen beschäftigt die Wissenschaft seit mehr als 100 Jahren. Allerdings verstehen Forscher unter „Beamen“ etwas anderes als die Macher von Raumschiff Enterprise. Materie wird nicht von A nach B „gestrahlt“, sonders es werden nur Quanteneigenschaften von Teilchen übertragen, wie dies bereits bei Photonen gelungen ist. Im so genannten verschränkten Zustand nimmt das Empfängerteilchen die Eigenschaften des Originals an, das sie zeitgleich verliert. Bei der Teleportation eines Menschen würde die Datenübertragung von Zustand und Position aller bis zu 1028 menschlichen Atome mit heutiger Speicherkapazität mehrere Milliarden Jahre dauern. Würde beim Datentransfer auch nur ein Atom falsch berechnet, bedeutete dies eine physische Veränderung oder gar den Tod des Menschen. Schließlich bleibt unklar, ob mit dem Körper auch Gefühle und Erinnerungen teleportiert würden, denn streng genommen handelte es sich nur um eine Echtzeitkopie des Individuums.

Wer hat’s erfunden?

Die Spülmaschine Auf der Weltausstellung 1893 in Chicago präsentierte Josephine Cochrane eine Erfindung, die heute aus beinahe keiner Küche mehr wegzudenken ist: die Spülmaschine. Bei Cochranes Patent (linkes Bild) verteilte ein motorbetriebenes Rad heißes Seifenwasser in einem Kupferkessel auf das in Drahtfächern stehende Geschirr. Die Spülung mit klarem Wasser erfolgte anfangs noch manuell, wurde aber in späteren Modellen automatisiert. Cochrane hatte diese erste mechanisch betriebene Spülmaschine 1886 gemeinsam mit dem Mechaniker George Butter entwickelt, weil sie ihr zerbrechliches chinesisches Geschirr nicht von den Hausangestellten per Hand spülen lassen wollte. Die von Josephine Cochrane gegründete Firma „Cochrane‘s Cres cent Washing Machine Company“ wurde 1926 von der Firma Hobart übernommen, die bis heute Spültechnik

für Hotels und Großküchen produziert. In Privathaushalten setzte sich die Spülmaschine erst ab den Fünfzigerjahren durch.

der Spezialist

Kompakt

Brunel Termine 2011

Tipps

10. Mai

Auf dem dritten Branchentag Windenergie NRW präsentiert sich Brunel als Komplettlösungsanbieter für die Branche. Besuchen Sie uns auf unserem Messestand oder vereinbaren Sie einen Gesprächstermin unter transport-energy@brunel.de

3. – 7. August

Auch in diesem Jahr unterstützt Brunel als Sponsor des Events sowie einzelner Rennteams die Formula Student Germany 2011. Seien Sie live dabei, wenn unsere Teams auf dem Hockenheimring ins Rennen gehen und um Top-Platzierungen kämpfen.

Webtipp

Buchtipp

Science-Center-Tipp

www.spektrumdirekt.de

Johannes-Ferdinand Meier: Mechanische Verbindungselemente. Beuth Verlag, Berlin, 2011

Science Center Medizintechnik

Wie entsteht ein Sternennebel? Wozu werden Laser bei der Tumorbehandlung verwendet? Was hat der Specht mit Stoßdämpfern zu tun? Das „Spektrum der Wissenschaft“ ist breit gefächert. Die Online-Version des Wissenschaftsmagazins bietet aktuelle Neuigkeiten, spannende Artikel und Bildstrecken sowie Antworten auf Leserfragen rund um Themen aus Natur und Technik.

der Spezialist

Die dritte Auflage des Taschenbuchs beinhaltet eine Auflistung aktueller nationaler und internationaler Normen von Verbindungselementen. Ungültige sowie veränderte Normen werden auf Deutsch und Englisch in Tabellen übersichtlich dargestellt. Das Buch richtet sich an Konstrukteure und Einkäufer und kostet 24 Euro.

Unter dem Motto „Begreifen, was uns bewegt“ wird Besuchern im Berliner Otto-Bock-Haus das Phänomen der Bionik nähergebracht. Auf rund 450 m2 Ausstellungsfläche veranschaulichen interaktive Ins tallationen, für welche Erfindungen und Errungenschaften beispielsweise Mohn oder der menschliche Fuß als Vorbild dienten. www.sciencecenter-medizintechnik.de

Spektrum

Die Datentankstelle Ein regelmäßiges Update der elektronischen Fahrzeugsteuerung beim Werkstattbesuch gehört inzwischen zum After-Sale-Service-Paket der meisten Automobilhersteller. Die nubix SoftwareDesign GmbH aus Dresden hat sich auf die Entwicklung der dazu nötigen Programmiersoftware spezialisiert. Mit zum Team des IT-Dienstleisters gehören auch zwei Mitarbeiter von Brunel.

T e x t › Robert Uhde Auf unseren Straßen sind die unterschiedlichsten BMW-Modelle unterwegs. Ein repräsentativer Teil dieser Fahrzeugflotte steht zu Testzwecken in der firmeneigenen Prüfhalle in München bereit. Vor Ort wird unter anderem untersucht, wie sich Fahrkomfort und Sicherheit der einzelnen Modelle auch nach dem Verkauf eines Autos optimieren lassen. Ein entscheidender Baustein für diesen Service-Anspruch ist die fortwährende Aktualisierung der jeweils vorhandenen elektronischen Steuerung, die mittlerweile für eine Vielzahl der technischen Funktionen im Fahrzeug verantwortlich ist – von der ABS-Steuerung über die Einstellung der Sitzheizung bis hin zur MP3-Wiedergabe.

Software-Update als Teil des Werkstattbesuchs Um ein optimales Zusammenspiel dieser verschiedenen Steuerungselemente zu ermöglichen und sämtliche Funktionen auf dem neuesten Stand zu halten, wird bei fast jedem Besuch eines Kunden in einer der BMW-Vertragswerkstätten geprüft, ob es ein Update für die im Fahrzeug vorhandene Software gibt. Diese Steuerungssoftware kommt direkt von BMW, bei der Entwicklung der notwendigen Programmiersoftware greift der Konzern auf die Dienste der nubix SoftwareDesign GmbH zurück. Der IT-Dienstleister aus Dresden verfügt über weitreichende Spezialkenntnisse im Bereich Automotive und ist seit

Audio-Version unter: www.brunel.de/podcast 2004 für den Automobilhersteller tätig. Bis zu zwölf Mitarbeiter sind in die unterschiedlichen Projekte eingebunden, „sechs davon als Resident Engineers direkt beim Kunden“, so nubix Geschäftsführer Andreas Petter. „Sie unterstützen dort die Entwicklung und Programmierung der Applikationssoftware.“ Darunter sind auch die Brunel Mitarbeiter Andreas Funke und Stefan Alex. Andreas Funke kam 2007 nach seinem Studium der Elektrotechnik und einer vorherigen Ausbildung als IT-Systemelektroniker zu Brunel und wurde direkt im Auftrag von nubix bei BMW in München eingesetzt. Inzwischen arbeitet er in leitender Funktion an der Konzeption und Umsetzung der Programmiersoftware. Sein Kollege Stefan Alex stieß im Anschluss an sein Informatik-Studium im Sommer 2010 zum Team. Er ist gegenwärtig vorrangig für die Qualitätssicherung und die Fehleranalyse verantwortlich. Die Anforderungen an die von nubix entwickelte Software sind hoch: „Je nach Ausstattung eines Fahrzeugs werden heute rund 70 digitale Steuergeräte für unterschiedlichste Funktionen integriert“, erklärt Andreas Funke den technischen Hintergrund des Projektes. „Und all diese ‚Mini-Computer‘ sind miteinander verbunden. Damit das Netzwerk aktualisiert oder repariert werden kann, muss die von uns programmierte Software bei der Überprüfung des Fahrzeugs in der Werkstatt zunächst identifizieren, welche Steuerungselemente sich in dem Wagen befinden und

Porträt In seiner Heimatstadt Dresden absolvierte Andreas Petter (42) eine Lehre als Programmierer sowie ein Informatikstudium. Anschließend arbeitete er als Software-Entwickler und Consultant, bevor er vor rund elf Jahren einer der Mitbegründer sowie Geschäftsführer der nubix Software-Design GmbH wurde.

der Spezialist

Spektrum

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Der zunehmende Einsatz von Software in Kraftfahrzeugen hat Konsequenzen für die Automobilhersteller sowie für Dienstleister aus der Informationstechnologie. Denn um die Steuerungselemente zu prüfen und deren Zusammenspiel zu optimieren, werden verschiedene Applikations- und Steuerungssoftware-Versionen benötigt.

der Spezialist

welche passende Steuerungssoftware vorhanden ist.“ Erst auf Basis dieser Daten kann die jeweils verfügbare neue Software aufgespielt werden. „Die Zusammenarbeit mit der Entwicklungsabteilung von BMW ist sehr eng“, berichtet Funke. „Ausgehend von deren Vorgaben entwickeln wir ein Konzept zur Umsetzung und Programmierung der benötigten Programmiersoftware. Parallel dazu müssen Lastenhefte und Spezifikationen zur Beschreibung der funktionalen Anforderungen und der Benutzbarkeit der Software erstellt werden.“ Ein weiterer wichtiger Baustein ist die Qualitätssicherung: „Damit alles fehlerfrei läuft, sind

unzählige Tests und Fehleranalysen zur Absicherung der einzelnen Komponenten nötig“, erklärt Funkes Kollege Stefan Alex. „In der Prüfhalle in München haben wir die Möglichkeit, die Software in unterschiedlichen Entwicklungsstadien an den verschiedenen Fahrzeugmodellen oder Prüfplätzen zu kontrollieren.“ Um die Weiterentwicklung, Optimierung und Änderung der Software umzusetzen, benötigen die Mitarbeiter umfangreiches Know-how in den Bereichen Fahrzeugtechnik

Spektrum

und Fahrzeugelektronik: „Die Verbindung aus meinem Elektrotechnik-Studium und meiner Ausbildung als IT-Systemelektroniker bietet mir eine solide Basis“, so Andreas Funke. Ebenso gut vorbereitet ist auch Stefan Alex, der sich im Rahmen seines Studiums auf den Bereich technische Informatik und dort insbesondere auf Schaltkreisentwürfe spezialisiert hat. Das zusätzlich nötige Spezialwissen haben sich beide zu Beginn ihrer Tätigkeit für nubix angeeignet und dann sukzessive weiter ausgebaut. „Dreh- und Angelpunkt sind dabei Kenntnisse der BMW-internen Programmiersprache sowie des Tools Quality Center“, erklärt Stefan Alex.

Software-entwicklung basiert auf Teamwork Neben dem fachlichen Know-how steht für nubix die soziale Kompetenz der Mitarbeiter im Vordergrund: „Die bei uns eingestellten Ingenieure und Informatiker sollen ein breites Fachwissen mitbringen, sie müssen aber auch ins Team passen“, betont Andreas Petter. „Denn das Alltagsgeschäft besteht darin, Probleme zu erkennen, zu benennen und sie gemeinsam zu lösen. Entscheidende Kriterien für die erfolgreiche Zusammenarbeit sind

Durchsetzungsvermögen und Kompromissfähigkeit. Brunel weiß um diese Anforderungen und schlägt uns daher Mitarbeiter vor, die auch menschlich passen und in dynamischen Prozessen bestehen können.“ Um die Stärken der einzelnen Mitarbeiter optimal einzusetzen, wechseln sie regelmäßig ihre Aufgabenbereiche innerhalb des Teams: „So lernen sie unterschiedlichste Perspektiven kennen und können sich umfassendes Wissen aneignen“, fasst Petter zusammen.

Porträts Andreas Funke (29), rechts, studierte nach seiner Ausbildung zum IT-Systemelektroniker Medien- und Kommunikationstechnologie an der HS Merseburg. Bis 2009 war der Diplom-Ingenieur für Brunel bei der nubix Software-Design GmbH im Einsatz und ist heute in leitender Position in der Software-Entwicklung von nubix tätig. Stefan Alex (25) studierte Informatik an der TU Dresden. Sein Schwerpunkt liegt im Bereich der technischen Informatik. Über Brunel stieg er 2010 in den Beruf ein und unterstützt seitdem die nubix Software-Design GmbH als SoftwareEntwickler.

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Qualität und Zuverlässigkeit sind wichtige Merkmale einer Software. Einen entsprechend hohen Stellenwert nimmt die Qualitätssicherung ein – sowohl während der Entwurfs- als auch in der Implementierungsphase.

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24 Stunden

In seiner beruflichen Karriere ist Daniel Klenke bereits viel herumgekommen. Seit über zwanzig Jahren setzt der Diplom-Ingenieur für physikalische Technik Bauprojekte im Ausland um. Sein letzter Einsatz führte ihn nach Afghanistan. Wir begleiten ihn einen Tag durch das Bundeswehrcamp Marmal. T e x t › Stine Behrens

24 Stunden in Mazar-e Sharif Es ist 7 Uhr, als Daniel Klenke an diesem Morgen die wenigen Meter zu seinem Büro geht. Trotz der frühen Stunde zeigt das Thermometer bereits 30 Grad an – typisch für den Spätsommer hier in Afghanistan. Seit rund neun Wochen ist der Diplom-Ingenieur als Projektleiter im Auftrag des Brunel Kunden SANI GmbH für die Neuverlegung und Sanierung eines Fernmelde- und IT-Leerrohrsystems in Mazar-e Sharif im Einsatz. „Ein Arbeitsalltag hat sich noch nicht eingestellt“, so Klenke, „das wird aber auch nicht passieren.“

Die Kommunikation nach Deutschland führt Daniel Klenke ausschließlich per Laptop.

der Spezialist

Denn die Baustelle befindet sich im Bundeswehrcamp Marmal – ein Ort, der ständig im Wandel ist: „Neue Unterkünfte, Büros oder Lagerräume werden hinzugefügt oder bestehende erweitert“, beschreibt Klenke. „Diese müssen an das FM/IT-System angeschlossen werden, zum Teil aber auch nicht.“ Die vorab in Deutschland von einem Planungsbüro im Auftrag der Bundeswehr erstellten Pläne für die Verlegung der Rohre müssen entsprechend stetig angepasst werden. Gefragt ist daher neben Koordinationstalent vor allem

24 Stunden

Paschtu und Dari heißen die Amtssprachen der Islamischen Republik Afghanistan.

Flexibilität, eine Stärke, über die Daniel Klenke nach Als erfahrener Projektleiter – seit 1982 realisiert er zahlreichen Einsätzen im Ausland verfügt. Und die er an verschiedenste Maschinen- und Anlagenbauprojekdiesem Morgen erneut unter Beweis stellen muss. te im Ausland – ist Klenke auf einen solchen Fall vorNachdem er gemeinsam mit den drei deutschen bereitet. „Weitblick und Antizipation sind grundlegend Bauleitern die rund 150 einheimischen Arbeiter in für diese Aufgabe“, erklärt er, „denn um den Zeitplan eiGruppen eingeteilt und ihnen Aufgaben zugewiesen nes umfassenden Projekts einzuhalten, muss ein Bauhat, setzt sich der Projektleiter an seinen PC. Der Kon- stopp tunlichst vermieden werden.“ Erneut studiert er takt zur SANI-Zentrale im nun die aktuellen Pläne für schleswig-holsteinischen Jederzeit können neue Schwierigdie mehreren hundert BaufelBorgstedt läuft ausschließ- keiten auftreten – Alltag für Daniel der. Um sich ein konkretes Bild lich über E-Mail, denn die zum Stand der Bauarbeiten Klenke Telefonverbindungen nach zu machen, steigt er um kurz Afghanistan sind schlecht. Seinem Posteingang ent- vor 10 Uhr in seinen Toyota RAV4 und fährt zu einigen nimmt Daniel Klenke, dass es Schwierigkeiten mit dem der aktuell fünf Einzelbaustellen. Nach eingehender In Materialnachschub gibt: Ein LKW mit mehr als 10.000 spektion und Rücksprache mit den Bauleitern entscheiMetern erdverlegbaren Mehrfachrohren (EVMR) hat det er, an welchen Stellen die noch vorhandenen Rohzwar die Grenze zu Afghanistan passiert. Hier verzögert re eingesetzt werden und wo zunächst mit dem Aushesich jedoch die Abfertigung auf unbestimmte Zeit. Nun ben neuer Gräben fortgefahren wird. Diese werden magilt es, die Planung der Arbeitsschritte zu ändern, vor- nuell gegraben – schwere Maschinen können aufgrund handene Materialbestände einzuteilen und vorberei- der engen Bebauung im Camp nicht eingesetzt werden. tende Maßnahmen für die Verlegung der verspäteten Nach etwa 45 Minuten erreicht Klenke eine BauRohre einzuleiten. stelle, die das dortige Team schon seit Tagen intensiv

Die Steuereinheit für das Rohrtriebsverfahren zum Graben von Tunneln.

der Spezialist

24 Stunden

Die Freitagsmoschee in Herat – über 90 Prozent der Bevölkerung Afghanistans sind Muslime.

beschäftigt: Um die Rohre auf geradem Weg zu einem stimmt er den Fortschritt der Arbeiten ab, informiert ihn über Sanitätsgebäude verlegen zu können, muss eine Stra- Änderungen. Gemeinsam fahren sie nach der Mahlzeit kritische ße untergraben werden. Das mehrere Quadratkilome- Baufelder ab. So fehlt an einer Baustelle das geeignete Werkzeug, ter große Camp wird von einem komplexen Wegenetz um einen große Steinplatte zu entfernen, auf die die Arbeiter gedurchzogen. „Alle Straßen zu umgehen, ist nahezu un- stoßen sind. Klenke notiert die Position, listet die benötigten Armöglich“, so Klenke. Mit einer Grundomat-Erdrakete so- beitsgeräte auf und klärt mit dem Team, wo die Grabungen vorwie Spaten und Schaufeln arbeitet sich das Team Stück erst fortgesetzt werden können. Grundsätzlich besteht der Bofür Stück unter der Straße den in dieser Region Afghanistans durch. Harte körperliche Daniel Klenke koordiniert, organisiert – aus extrem viel Kiesgeröll. EntspreArbeit, der auch Daniel und packt auch selbst mit an chend hoch ist die Gefahr des AufKlenke nicht aus dem Weg schwemmens der Rohre bei starken geht: „Zwar sprechen die Einheimischen etwas Englisch Regenschauern. Auf diese besonderen Einbaubedingungen müsund teilweise sogar Deutsch. Um jedoch den Umgang sen Klenke und sein Team Rücksicht nehmen. „Die Baustelle hält mit den Werkzeugen und die Umsetzung der Bauarbei- für uns ständig neue Überraschungen bereit“, fasst der Projektten zu erläutern, demonstriere ich ihnen häufig, wie leiter zusammen. vorgegangen werden soll und worauf zu achten ist.“ Jeden Tag fährt er so die gesamte Baufläche ab, prüft die ArGegen Mittag macht sich der Projektleiter auf den beiten, unterweist die Teams und passt die Planung den GegeWeg Richtung Bundeswehr-Kantine. Weniger, um hier benheiten an. Stellt er Materialengpässe, Bedarf an Werkzeugen eine Pause zu machen. „Die gibt es für mich tagsüber oder zusätzlichem Personal fest, gibt er diese Informationen per nicht“, so der 52-Jährige, „dafür bin ich zu sehr auf die E-Mail an die Zentrale von SANI weiter. Hierzu macht er sich nun Umsetzung des Projektes konzentriert.“ So nutzt er das auf den Weg zurück in seinen Büro-Container. Dort erwarten ihn Mittagessen fast täglich für Besprechungen mit sei- bereits die drei Bauleiter. Denn um 16.15 Uhr findet die tägliche nem Ansprechpartner bei der Bundeswehr. Mit ihm Lagebesprechung statt. „Wir ziehen gemeinsam ein Fazit des Ta-

Daniel Klenke mit einem seiner Bauleiter bei der internen Abstimmung.

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24 Stunden

Ein Dorf in der afghanischen Provinz Takhar im Norden Afghanistans.

ges, planen den nächsten Tag und wenn nötig auch bereits wei- troffen und in Europa kann ich ebenso in einen Arbeitsterführende Schritte“, fasst Klenke zusammen. Diese Informa unfall verwickelt werden.“ Und ihn reize es, Länder wie tionen dokumentiert er anschließend im sogenannten Bautage- den Irak, Indien oder Saudi-Arabien zu sehen, die Menbuch, das sowohl zur Berichterstattung gegenüber SANI als auch talität dort kennenzulernen und neue Erfahrungen zu gegenüber der Bundeswehr dient. sammeln – privat wie beruflich. „Schon zu Beginn meiIm Anschluss an die detaillierte Projektdokumentation ner Laufbahn wusste ich: Ich bin kein Spezialist für ein checkt Klenke noch einmal seine Mailbox. Der LKW mit der Ma- bestimmtes Fachgebiet“, sagt Klenke. Seine Stärke liege teriallieferung steckt nach wie vor vielmehr darin, zu koordian der Grenze fest, die Kollegen in Um seine Sicherheit sorgt sich Daniel nieren, Projekte alleinverDeutschland bemühen sich um die Klenke nicht: „Arbeitsunfälle gibt es in antwortlich abzuwickeln. Weiterfahrt. Auf Basis von KlenDieses Know-how bringt Europa genauso.“ kes Skizzen wurden zudem die urer in Mazar-e Sharif in diesprünglichen Pläne für die Verlegung der Rohre überarbeitet. Er ser ersten, besonders wichtigen Phase des Projekts ein. prüft die neue Version und arbeitet Vorgaben für die Bauleiter Etwa im Dezember wird er zurückreisen nach Deutschaus, die er ihnen am kommenden Tag mitgeben wird. Daher ist es land und eine Weile in der Heimat bleiben. „Wohin es heute fast 20 Uhr, als der Ingenieur sein Büro verlässt – etwa zwei dann geht? Wir werden sehen!“ Stunden später als sonst. Draußen ist es noch immer sehr warm, die Luft staubig. Zurück in seinem Wohncontainer öffnet er seinen Laptop und telefoniert über Skype mit seiner Frau. Sie sitzt im gemeinsamen Haus in Prisdorf nahe Pinneberg in Schleswig-Holstein mit ihrem Laptop auf der Terrasse. Natürlich mache sich die Familie Sorgen um seine Sicherheit, so Klenke. Er aber schätze die Gefahr rational ein: „Nicht das gesamte Land ist von Unruhen be-

Oft wird der Materialnachschub durch Verzögerungen bei der Abfertigung beeinträchtigt.

der Spezialist

Forschung

Nanotomographie: die Zukunft der Werkstoffforschung Bohrköpfe, härter als Diamant. Faserverstärkte Kohlenstoffe, die Temperaturen bis 3.000 Grad Celsius standhalten. Rennsport-Autoreifen und -Bremsscheiben mit beeindruckenden Laufeigenschaften. Werkstoffdesigner optimieren Materialien heute für jede noch so extreme Anwendung. Dreidimensionale bildgebende Verfahren wie die Nanotomographie eröffnen ihnen dabei neue Möglichkeiten. T e x t › Dr. Ralf Schrank

Porträt Prof. Dr.-Ing. Frank Mücklich, 1959 in Dresden geboren, studierte Physikalische Metallkunde an der Bergakademie Freiberg, wo er 1988 promovierte. Er ist Vorstandsmitglied der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde, hat den Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes inne und leitet neben der Europäischen Schule für Materialforschung in Saarbrücken das Steinbeis-Forschungszentrum „Material Engineering Center Saarland“.

der Spezialist

Die Behandlung natürlich vorkommender Materialien mit dem Ziel, ihre Eigenschaften zu verbessern, ist möglicherweise so alt wie der moderne Mensch selbst. Um scharfe Mikroklingen für feine handwerkliche Arbeiten herstellen zu können, veränderten Menschen an der Küste Südafrikas vor 165.000 Jahren mit einem mehrstufigen Erwärmungsund Abkühlungsverfahren das Mikrogefüge einer Gesteinsart, der „Kieselkruste“. Heute schaut Prof. Dr.-Ing. Frank Mücklich computertomographisch ins Innere von Werkstoffen, um ihre Eigenschaften zu optimieren. Der Inhaber des Lehrstuhls für Funktionswerkstoffe an der Universität des Saarlandes und Gründer des Steinbeis-Forschungszentrums „Material Engineering Center Saarland“ beschreibt seine Arbeit alltagsnah: „Die Nanotomographie funktioniert wie das Schnei-

den einer Salami. Mit einem scharfen Messer wird eine dünne Scheibe entfernt und so eine neue Salamioberfläche freigelegt. Um ein dreidimensionales Bild vom Inneren der Salami zu erhalten, müssen viele Schnitte gemacht und alle zweidimensionalen Schnittbilder zu einem 3-D-Bild zusammengesetzt werden.“ In der Nanotomographie trägt ein fokussierter Ionenstrahl Schritt für Schritt wenige Atomlagen von der zu untersuchenden Probe ab. Nach jedem Schnitt wird die freigelegte Oberfläche mithilfe der Rasterelektronen mikroskopie abgebildet. Dabei tastet ein Elektronenstrahl die Oberfläche zeilenweise ab. Aus den Schichtbildern lassen sich mittels digitaler Bildverarbeitung je nach Detektionsmethode die räumliche Struktur der Probe, ihre chemische Zusammensetzung oder kristallographische Details mit einer Auflösung bis herunter auf zehn Nanometer rekonstruieren.

Die Suche nach der dritten Dimension Der entscheidende Schritt bei der Herstellung eines Werkstoffs ist in aller Regel der Übergang vom flüssigen Zustand in den festen. Dabei entsteht meist kein homogener Feststoff, sondern ein komplexes Gefüge aus Kristalliten, verschiedenen Feststoffzuständen, eingeschlossenen Verunreinigungen, Poren und Hohlräumen. Heute wissen die Werk-

Forschung

›20 stoffkundler, dass diese Inhomogenitäten bis tief in den Nanobereich hinein die Eigenschaften von Werkstoffen, zum Beispiel ihre Festigkeit und Dehnbarkeit, maßgeblich beeinflussen. Zur Beurteilung des Mikrogefüges stand ihnen bisher jedoch nur die so genannte Schliffbildtechnik zur Verfügung. Aussagen über den dreidimensionalen Gefügeaufbau sind damit jedoch nur indirekt möglich.

Bei der Suche nach der dritten Dimension stießen die Werkstoffkundler vor etwa zehn Jahren auf die Tomographie. Mit der Kombination aus Ionen- und Elektronenstrahlen gelang es ihnen, die Tür zum Nanobereich zu öffnen und hochpräzise dreidimensionale Bilder vom Inneren der Festkörper zu erzeugen. In der Medizintechnik offenbaren sich so bei-

› 20 Mithilfe der Nanotomographie blickt Professor Frank Mücklich in das Innere von Materialien. Sein Ziel: die Optimierung der Werkstoffe.

der Spezialist

Forschung

›21 › 21 Motorblöcke werden in der Automobilindustrie aus Gusseisen gefertigt – ein preiswerter, aber schwerer Werkstoff. Wissenschaftler können nun vorhersagen, wie sich das Graphit im Gusseisen im Laufe des Herstellungsprozesses verändert, und ermöglichen so die Produktion von dünnwandigerem Gusseisen mit hoher Festigkeit.

spielsweise Details im Gefügeaufbau, die den Weg zu neuen Generationen von Werkstoffen ebnen: Künstliche Hüftgelenkkugeln aus Zirkonoxid zeigten nach der Implantation unerwartet früh Fehlfunktionen. Die Nanotomographie enthüllte Risse in der Keramik – offensichtlich als Folge einer Reaktion zwischen Körperflüssigkeit und Zirkonoxid. Mit herkömmlichen Methoden waren diese winzigen, aber wirkungsvollen Risse nicht zu erkennen. Die Nanotomographie kann nun zur Erfor-

schung der Ursachen dieser Reaktion beitragen und wird zu modifizierten medizinischen Implantatwerkstoffen führen. Bei gröberen Strukturen wird auch die Röntgentomographie eingesetzt, die allerdings bei Metallen an ihre Grenzen stößt. Da die Optimierung metallischer Werkstoffe aber entscheidend für die nächsten Innovationsschritte in der Elektrotechnik, der Antriebstechnik und der Datenverarbeitung sein wird, nutzen Werkstoffkundler seit einigen Jahren auch die Neutronentomographie. Neu tronen können Metalle weitgehend ungehindert durchdringen, um 3-D-Bilder zu erzeugen. Trotz einer Auflösung von nur bis zu 20 Mikrometer lassen sich mit der Neutronentomographie zum Beispiel leichte Elemente wie Wasserstoff und auch magnetische Mikrostrukturen sichtbar machen. So gelang es Mitarbeitern der Bundesanstalt für Materialforschung und des Helmholtz-Zentrums in Berlin Ende 2010 erstmals, in einem Eisenkristall magnetische Domänen – Bereiche, in denen die Elementarmagnete ohne Einwirkung eines äußeren Feldes die gleiche Ausrichtung haben – dreidimensional darzustellen. Damit eröffnet sich die Chance, die Domänen-Textur magnetischer Werkstoffe gezielt zu opti-

› 22 Der Blick durch das Lichtmi kroskop ermöglicht Forschern einen stark vergrößerten Blick auf die Struktur eines Aluminiumwerkstoffs. Dessen Optimierung unterstützt die Entwicklung leichterer Bauteile für die Fahrzeugindustrie.

der Spezialist

›22

Forschung

› 23

›23 mieren und die Leistungsfähigkeit etwa von Transformatoren, Elektromotoren oder Magnetspeichern weiter zu steigern.

Werkstoffforschung unterstützt die Entwicklung von Innovationen Prof. Mücklich sieht in der aktuellen Werkstoffforschung eine Zukunft für verschiedene Branchen: „Mit tomographischen Verfahren stellen wir Mikro- und Nanostrukturen jetzt nicht nur realitätsnah dar, durch die Vernetzung der verschiedenen bildgebenden 3-D-Verfahren werden wir vor allem tiefere Einblicke in ihre Entstehung erhalten. Und das bereitet den Weg zur gezielten Entwicklung neuer Werkstoffe.“ Die ersten gibt es bereits. Für die Automobilindustrie hat Mücklich die Mikrostruktur von Aluminiumlegierungen untersucht und einen Weg zur Herstellung neuer Karosseriewerkstoffe gewiesen. Beim Erstarren einer Aluminium-Schmelze, der Silizium beigemischt ist, kommt es zu einer teilweisen Entmischung. Es entsteht ein 3-D-Netzwerk aus Silizium-Atomen, das das Aluminium weitmaschig durchzieht und dem Metall eine hohe Steifigkeit verleiht. Ersetzt man ein 10.000stel der Silizium-Atome durch Strontium, bilden sich entkoppelte In-

Bei der Laserinterferenz-Technologie werden mit Laserstrahlen die Oberflächen von Materialien strukturiert und verändert. Dadurch werden die Materialoberflächen reibungsarm und weniger anfällig für Verschleiß.

seln aus Silizium-Netzen. Das Aluminium behält seine Steifigkeit, wird aber plastisch verformbar. Genau der Eigenschaftenmix, den eine Automobilkarosserie braucht. In immer mehr Branchen werden die Erkenntnisse der Nanotomographie in den kommenden Jahren bedeutsame Werkstoff innovationen anstoßen. Die nächste Ära der tomographischen Werkstoffforschung ist bereits eingeläutet: die Atomsonde (Atom Probe Tomography). Der zu untersuchende Werkstoff wird zu einer scharfen Spitze geformt, an die im Ultrahochvakuum bei tiefer Temperatur eine Basisspannung angelegt wird. Ein zusätzlicher Spannungs- beziehungsweise Laserpuls kann dann ein einzelnes Atom als Ion aus der Spitze herausschlagen, ein Flächendetektor fängt die Ionen auf. Aus Aufschlagort und Aufschlagzeitpunkt jedes Ions lässt sich exakt berechnen, an welcher Position sich das zugehörige Mutteratom in der Spitze befand. Auf diese Weise entsteht sogar ein 3-DBild auf Subnano-Ebene, also mit atomgenauer Auflösung.

der Spezialist

Profil

Brunel Spezialistin: mit Leib und Seele in der Wasserwirtschaft

T e x t › Lisa Schwarzien „Die Wiederaufbereitung und effiziente Nutzung von Wasser spielt weltweit eine immer wichtigere Rolle, etwa wenn es um Trinkwasserversorgung, Umweltschutz und die Nutzung neuer Energiequellen geht“, erläutert Dr.-Ing. Dania Al Jiroudi die globale BeName: Dania Al Jiroudi deutung ihres Jobs. Die Brunel Mitarbeiterin Beruf: Dr.-Ing. Siedlungswasserwirtschaft unterstützt seit September 2010 die Von Nordenskjöld Verfahrenstechnik GmbH in Egmating bei München. Als Spezialistin für Siedlungswasserwirtschaft ist sie dort für die technische Auslegung, die Kalkulationen und den Vertrieb von Klär- und Biogasanlagen verantwortlich. „In Kläranlagen wird Abwasser aerob, also unter Zuga- Wasserknappheit – globale be von Luft, behandelt und kann Herausforderung erfordert so gereinigt und dem Wasserkreislokale Lösungen lauf zugeführt werden“, erläutert die 38-Jährige. Unter Luftausschluss hingegen 13 werden in Biogasanlagen beim Abwasser Vergärungsprozesse angeregt. Durch diese An- noch in den Kinderschuhen und es war wenig aerobtechnologie wird das entstehende Me- Know-how vorhanden. Außerdem zog es mich thangas schließlich über Blockheizkraftwerke ins Ausland und deutsche Ingenieurstudiengänge genossen gerade in Bezug auf Umweltin Energie umgewandelt. Die gebürtige Syrierin erkannte die Her- schutz einen guten Ruf.“ 1998 schrieb sich die ausforderungen der Wasserwirtschaft schon damals 26-Jährige an der Universität Rostock früh: „Wasserknappheit war und ist in meiner für einen Diplom-Ingenieur-Studiengang mit Heimat ein akutes Thema.“ An der Universität Fachrichtung Siedlungswasserwirtschaft ein. Damaskus studierte Al Jiroudi Bauingenieur- „Am Anfang war es wirklich hart. Sprachlich wesen mit dem Schwerpunkt Umweltschutz. verstand ich nur ungefähr 20 Prozent der InNach Abschluss des Studiums und drei Jah- halte in den Fachbüchern, aber ich sagte mir ren Berufserfahrung in der Stadtverwaltung immer: Der Mensch wächst mit seinen Aufgavon Damaskus stand für sie eine universitä- ben.“ Ein Motto, dank dem Al Jiroudi ihr Sture Weiterbildung in der Siedlungswasserwirt- dium erfolgreich abschloss und 2005 promoschaft fest. „In Syrien steckte dieser Bereich vierte.

der Spezialist

10 11

Profil

Planung, Bau und Vertrieb der ersten Biogasanlage für grüne Energie aus nachwachsenden Rohstoffen in Chișinău, der Hauptstadt Moldawiens

8 9

12 6

Dania Al Jiroudis berufliche Stationen: 1 2–6 7 8–9

München Naher Osten Südafrika Osteuropa

10–11 Großbritannien 12 Indien (Aufbau) 13 Brasilien (Aufbau)

„Umwelttechnik ist für mich nicht nur ein Beruf“, so die promovierte Ingenieurin, „sondern eine Berufung.“ Auch in ihrer Freizeit informiert sie sich durch Zeitschriften und Fernsehreportagen über neue Technologien im Umweltschutz. Die Natur selbst genießt Dania Al Jiroudi gern bei Wanderausflügen im Großraum München, wo sie sich mittlerweile heimisch fühlt. Trotzdem zieht es sie immer wieder in die Ferne: „Ich mache sehr gern Sprachreisen. Dabei geht es mir vor allem darum, die

Menschen kennenzulernen, ihre Alltagskultur zu erleben.“ Diese Aufgeschlossenheit kommt der Wasserwirtschaftsexpertin auch im Berufsleben zugute, denn viele Projekte finden im Ausland statt. Bereits bevor sie zu Brunel kam, war sie für die Implementierung von Kläranlagen und Abwasserbehandlungssystemen im Mittelmeerraum, in Südafrika, in Osteuropa und im Jemen verantwortlich. In ihrem Heimatland Syrien wurde sie als Deputy Teamleader für eine Machbarkeitsstudie zur Wasserver- und -entsorgung in der Umgebung von Damaskus eingesetzt. Aktuell ist die Brunel Spezialistin mit der Erschließung neuer Märkte in Indien, in Brasilien und im Nahen Osten betraut. Als Leiterin der Vertriebsabteilung, in der Kundenbetreuung sowie auf Messen nutzen Dania Al Jiroudi neben Fachwissen und Sprachkenntnissen vor allem auch ihre sozialen Kompetenzen und die Identifikation mit dem Job. „An meiner Arbeit gefällt mir besonders, dass Abwasser nicht als Restprodukt, sondern als Quelle für Brauchwasser und Energie betrachtet wird. Mein Wissen an den verschiedensten Orten der Welt anwenden zu können und gleichzeitig immer Neues zu lernen, ist immer wieder spannend für mich.“

der Spezialist

Kompetenz

Maßgeschneiderte Prüfstandstechnik Ob Achskomponenten in Fahrwerken, Antriebswellen in Schiffsmotoren oder Bremsvorrichtungen für Windkraftanlagen – moderne technische Systeme bestehen aus komplexen Bauteilen und unterschiedlichsten Materialien. Um deren Belastbarkeit und damit die Sicherheit von Nutzern und Betreibern zu gewährleisten, realisiert die Brunel Car Synergies GmbH umfangreiche Bauteilprüfungen.

T e x t › Robert Uhde Wer das Prüflabor der Brunel Car Synergies GmbH in Bochum betritt, steht dort vor mitunter tonnenschweren Prüfständen, mit denen sich beispielsweise Fahrwerkskomponenten von Autos oder Bremsen für Windkraftanlagen untersuchen lassen. Mit umfangreichen Tests und Material-Analysen unterstützen die rund 35 Messtechniker und Versuchsingenieure der 100-prozentigen Tochter der Brunel GmbH Unternehmen bei der Entwicklung und Fertigung neuer Modelle und Systeme. „Neben servohydraulischen Untersuchungen setzen wir auch Umweltsimulationen, Druckprüfungen oder Qualitätssicherungen um“, so Peter Bolz, Leiter von Brunel Car Synergies.

Nachfrage nach Tests und Material-Analysen steigt Bislang wurden diese Leistungen überwiegend von Herstellern und Zulieferern aus der Fahrzeug- und Verkehrstechnik nachgefragt. Da sich die Testverfahren aber auch für die Entwicklung von Innovationen in anderen Branchen einsetzen lassen, arbeitet Brunel Car Synergies inzwischen auch für Kunden aus der Windenergie oder dem Schiffbau. „So können wir Synergieeffekte nutzen und unsere Erfahrung in der Planung, Durchführung und Auswertung von Tests einbringen“, so Bolz. Ein Beispiel für die Ausweitung des Geschäftsfeldes ist die Zusammenarbeit mit der Stromag WEP aus Unna, die Scheibenbremsen

der Spezialist

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

für moderne Windkraftanlagen konstruiert und produziert. Anfang 2010 hatte das Unternehmen Brunel Car Synergies beauftragt, die theoretische Auslegung einer neu entwickelten Bremse zu überprüfen und verschiedene Bremsbeläge zu testen. Bei dem untersuchten Bauteil handelt es sich um eine so genannte Azimut-Bremse, mit der die Kabine einer Windenergieanlage nach der Drehung in den Wind wieder festgesetzt wird. „Die Bremsen sind während dieser Drehung nie ganz gelöst. Sie schleifen bewusst, um die Positionsregelung zu vereinfachen“, beschreibt Peter Bolz den Hintergrund der rund zwei Monate andauernden Untersuchungen. „Die Folge sind mehr oder weniger laute Geräusche, die insbesondere bei Windparks in der Nähe von Wohngebieten stö-

Porträts Nach seinem Maschinenbau-Studium war Thomas Puls (41, im Bild links) in verschiedenen Positionen für die Thyssen Krupp-Krause-Gruppe tätig. 2006 kam er zu Brunel und wurde 2009 Leiter Prüfstandbau bei der Car Synergies GmbH. Ebenfalls seit 2006 bei Brunel ist Peter Bolz (52, rechts im Bild). 2007 übernahm er die Leitung der Brunel Car Synergies GmbH. Zuvor war der MaschinenbauIngenieur als Sachverständiger sowie Consultant im internationalen Berg- und Tunnelbau tätig.

Kompetenz

›24 rend sind.“ Um einen möglichst lautlosen Betrieb und durch optimierte Reibung eine verlängerte Lebensdauer zu gewährleisten, wurden die Belastungen auf die Bremse im Prüflabor in Bochum simuliert. Dazu wurde ein speziell geformtes, vier Zentimeter dickes Stahlelement, das so genannte Schwert, zwischen die Bremsbeläge eingespannt und mithilfe einer Hydraulikvorrichtung durch die Beläge gezogen. Zum einen konnten so durch die Belastung auftretende Verformungen des Bauteils gemessen werden. Zum anderen wurden im Verlauf der Prüfung verschiedene Bremsbeläge getes-

tet und hierzu mithilfe des Prüfstandes auch die Schwingungen, die von großer Bedeutung für das Geräuschproblem sind, nachempfunden. „Eine besondere Herausforderung war die Dimension“, so Bolz. „Denn ausgehend von den enormen Kräften, die auf die Bremsen einwirken, mussten wir bei unseren Tests eine hydraulische Kraft von 500 kN, also dem Äquivalent von 50 Tonnen, aufbringen.“ Auf Basis der Testergebnisse entschied sich die Stromag WEP dazu, die Bremsen mit

› 24 Azimut-Bremsen halten und kontrollieren die Gondel einer Windkraftanlage. Mit diesem Prüfstand werden die enormen Belastungen, die auf die Bremsen und ihre Beläge einwirken, simuliert.

der Spezialist

Kompetenz

Kunden eigene Untersuchungen durchführen können. „Dieses Gebiet macht einen erheblichen Anteil unseres Geschäfts aus“, so Thomas Puls, Bereichsleiter Prüfstandbau bei Brunel Car Synergies. „Zuletzt haben wir die Mechanik für einen Schiffsdieselprüfstand entwickelt.“ Der Ausgangspunkt für den Auftrag der Siemens AG war ein Prüfstand, dessen Mechanikanteil bereits vor zwei Jahren von Brunel Car Synergies geplant und realisiert worden war und der nun in leicht modifizierter Form erneut geliefert wurde.

›25 › 25 Der Schiffsdieselprüfstand besteht aus den Komponenten E-Maschine, Wasserwirbelbremse, Kupplungseinheit und Anschlusswelle. Insgesamt wiegt die Testeinheit zehn Tonnen.

der Spezialist

dem neuen Reibbelag „Silentio“ auf den Markt zu bringen, der bei gleicher Bremswirkung deutlich geräuschärmer als der ursprüngliche Belag ist. Zudem bestätigten die Resultate die in der Konstruktionsphase bei Stromag am Computer durchgeführten Rechnungen, mit deren Hilfe bereits im Vorfeld die inneren Spannungen und Dehnungen der Bremse simuliert wurden. Auch künftig wird die Stromag WEP Brunel Car Synergies in die Optimierungen ihrer Bremsen einbeziehen. So müssen Bauteile für den Offshore-Bereich Salzsprühtests oder Korrosionstests bestehen, um für die besonderen Klimabedingungen auf dem Meer gerüstet zu sein. Die entsprechenden Prüfstände für diese und andere Tests werden überwiegend von Brunel Car Synergies selbst entwickelt. So optimierte der hausinterne Prüfstandbau mithilfe von CAD und mittels einer FEM-Analyse bei dem abgeschlossenen Stromag-Projekt insbesondere den Übergang vom Schwert zum Hydraulikzylinder: Dabei wurde der Flansch deutlich verkleinert und im Durchmesser dem Schwert angepasst, um so sicherzustellen, dass das Bauteil bei den Tests nicht abreißen kann. „Unsere Mitarbeiter verfügen also sowohl über breites Branchenwissen als auch über Know-how bezüglich der Hard- und Software“, so Peter Bolz. Neben den Bauteilprüfungen entwickeln die Bochumer auch Anlagen, auf denen die

Prüfstände entsprechen ex akt den Vorgaben der Kunden Die rund fünf Meter lange und insgesamt rund zehn Tonnen wiegende Anlage umfasst eine 2,5 Tonnen schwere E-Maschine und eine ebenso schwere Wasserwirbelbremse. Diese Kombination dient als Belastungseinheit für den zu prüfenden Schiffsmotor: Sie simuliert den Antriebswiderstand des Schiffes. Den Großteil des Widerstands liefert dabei die Wasserwirbelbremse, während der E-Motor dynamische Belastungsspitzen überlagert. Damit die Schwingungen des gewaltigen Prüfstandes das übrige Gebäude nicht beeinflussen, ruht die Anlage auf einem rund 90 Tonnen schweren, federnd im Keller gelagerten Betonfundament. „Mit dem Prüfstand ist es möglich, verschiedene Belastungsszenarien in Echtzeit nachzustellen und so die Leistungsfähigkeit des Schiffsmotors zu testen“, erklärt Puls. „Basis der Tests sind Anforderungsprofile, die möglichst exakt die spätere Nutzung der Schiffsdiesel widerspiegeln. Das Belastungsmoment kann dabei fließend bis zu einem Wert von 40.000 Newtonmetern erhöht werden.“ Auf Wunsch des Kunden verfügt die neue Anlage über Temperaturfühler im Antriebsstrang, mit denen eventuelle Überhitzungen und Verschleißerscheinungen rechtzeitig erkannt werden. Außerdem wurde eine zusätzliche Einheit fest montiert, um den Antriebsstrang auch per Hand in Bewegung setzen zu können. „Bei der Planung dieses Prüfstandes konnten wir auf eine bereits bestehende Konstruktion aufbauen“, blickt Thomas Puls zurück. „In den meisten Fällen fertigen wir die Anlagen jedoch komplett neu – als maßgeschneiderte Prototypen, die exakt den Ansprüchen unserer Kunden entsprechen. Unser Ziel ist es, diese Leistung künftig noch stärker auf weitere Branchen auszuweiten.“

Spektrum

Schwimmende Solaranlage Photovoltaikanlagen werden in der Regel auf Dächern von Gebäuden oder auf großen Freiflächen installiert und wandeln dort Sonnenlicht in Energie um. Eine solche Anlage auf einem See zu betreiben, ist jedoch eine unkonventionelle Idee, der sich die Partner Perebo GmbH & Co. KG und Brunel Transport & Energy verschrieben haben.

T e x t › Claudia Schulz Die Ingenieure des Rostocker Entwicklungszentrums Brunel Transport & Energy (BTE) sind auf innovative Lösungen für den Anlagenbau, die maritime und Offshore-Industrie sowie den Stahlbau spezialisiert. Perebo mit Sitz in Wismar entwickelt, plant und baut Schwimmsysteme. Gemeinsam haben die Experten ein Konzept für eine neun Hektar umfassende schwimmende Photovoltaikanlage entwickelt, das weltweit auf Wasserflächen nahezu jeder Größenordnung übertragbar ist. Mit solchen Solaranlagen können sonst ungenutzte Flächen optimal zur Energiegewinnung verwertet werden. Die Natur stören sie dabei nicht – im Gegenteil: „Die Solaranlage spendet Schatten, sodass sich der See in den Sommermonaten langsamer erwärmt und entsprechend weniger Wasser verdunstet“, beschreibt Andreas Bunde, Leiter von BTE. Dadurch sinkt der Grundwasserspiegel weniger stark, die Algenbildung geht zurück. Eine Entfernung der Anlage von 20 bis 50 Metern vom Ufer gewährleistet, dass Brutvögel nicht beeinträchtigt werden. „Offene Wasserzonen innerhalb der Anlage verhindern zudem negative Auswirkungen auf die Fischbestände, während Wasservögel die Elemente unterhalb der Solarmodule als künstliche Inseln nutzen können“, fasst Bunde zusammen. Bei der Entwicklung der Anlage wurde ein See mit 25 Metern Tiefe und einer Größe von 15 Hektar angenommen. Die Anlage, so groß wie etwa 12 Fußballfelder, besteht aus 27.000

Solarmodulen, die auf rund 1.000 Schwimmplattformen von je 45 Quadratmetern Größe installiert werden. Getragen werden sie von etwa 11.000 Auftriebskörpern. In dieser Dimension würde die Anlage jährlich 6,5 Megawatt Strom liefern. Im Vergleich zur herkömmlichen Stromerzeugung mit Kohle oder Gas lassen sich damit pro Jahr 5.000 Tonnen Kohlendioxid oder 100 Hektar Maisanbau für Biogasanlagen einsparen. „Geplant ist, den Strom über Kabel zu Transformatoren und Wechselrichtern und schließlich zum örtlichen Umspannwerk fließen zu lassen“, so Bunde. „Sämtliche Mittelspannungsanlagen befinden sich an Land und ließen sich für Reparaturen und Wartung teilweise oder ganz abschalten.“

Kombination aus starren Konstruktionen und flexiblen Verbindungen Da die Technik einer schwimmenden Solaranlage erstmals für eine so große zusammenhängende Fläche berechnet, konstruiert und simuliert wurde, musste ein ganz neues, innovatives Festigkeitskonzept entworfen werden. Starre Konstruktionen und flexible Verbindungen werden dabei miteinander vereint und zudem wird eine optimale Verankerung des Bauwerks auf dem Grund des Sees gewährleistet. Sebastian Bieler, Projektleiter und geschäftsführender Gesellschafter von Perebo, beschreibt die Herausforderun-

Porträt Seit 2010 arbeitet Andreas Bunde (51) bei Brunel Transport & Energy, im März 2011 übernahm er die Leitung des Entwicklungszentrums. Der Diplom-Ingenieur für Schiffsmaschinenbau verfügt über umfangreiche Erfahrungen in den Bereichen Konstruktion im Rohrleitungsbau und Projektierung von Schiffsmaschinenanlagen sowie als Projektleiter für Schiffsantriebe von LNG-Tankern.

der Spezialist

Spektrum

Porträt Sebastian Bieler (35) studierte Bauinge nieurwesen in Wismar. Seine Schwerpunkte: Konstruktiver Ingenieurbau, Grundbau und Baumanagement. Nach dem Studium war der Diplom-Ingenieur zunächst in einem Ingenieurbüro im Fachbereich Konstruktiver Ingenieurbau tätig. Seit 2006 ist er geschäftsführender Gesellschafter der Perebo GmbH & Co. KG.

gen bei der Konzepterstellung: „Die technischen Randbedingungen bezüglich Konstruktion und Baumethodik sowie Funktionalität und Stabilität sind sehr komplex. Schließlich soll unsere Anlage bei allen Witterungsbedingungen 25 Jahre lang funktionieren.“ Die Perebo-Ingenieure entwickelten und konstruierten unter Verwendung des 3-D-CAD-Tools Solid Works vorrangig die Schwimmplattformen und deren Verbindungselemente. Diese flexiblen Spezialverbindungen – vom deutschen TÜV als Systemkomponenten zertifiziert und durch Perebo für das Projekt nochmals spezifiziert – sind ein entscheidender Faktor dafür, dass die Anlage den hohen Anforderungen gewachsen ist.

Pontonbrücken aus Stahl geben der Anlage Halt Für die konstruktive Vorbereitung des gesamten Bauwerks arbeiteten die Experten von Perebo und BTE sehr eng zusammen. Auf Basis von CAD-Modellierungen und der Finite-Elemente-Methode entwickelten die Rostocker die Stützkonstruktionen und die Verankerungslösungen der Schwimmplattformen. „Bei der Konstruktion galt es einerseits, die

Beanspruchungen aus Umweltbedingungen wie beispielsweise Wellenbewegungen sowie Schnee und Eis zu berücksichtigen“, erklärt Andreas Bunde. „Andererseits muss die Anlage sowohl ihre Eigenlast als auch das Gewicht der elektrotechnischen Verbindungselemente tragen.“ Pontonbrücken aus Stahl dienen zur Verankerung des Bauwerks auf dem Grund des Sees sowie als aussteifende Elemente. „So geben sie der Photovoltaikanlage den nötigen Halt“, erläutert Bunde. Da diese Brücken über Arbeitsboote erreichbar sind, ermöglichen sie zudem die Begehung des Bauwerks zu Wartungszwecken. Wie alle verwendeten Komponenten sind sie nach Ende der geplanten Laufzeit zu 100 Prozent recyclingfähig. Die Konstruktion dieser Brücken wurde auf Grundlage der erforderlichen Lastableitungen der Solartische, der Rahmenträger und der Verankerungssysteme vorgenommen. Als Simulationstools zur Bestimmung von Windund Wellenlasten dienten die Systeme RSTAB, RFEM und ANSYS. „Eine solch umfassende Ingenieurleistung kann nur auf Basis vielfältiger Referenz erfahrungen im konstruktiven Ingenieurbau, in der Strukturmechanik sowie in der Auswertung von Umweltbedingungen erbracht

› 26

11.000 Auftriebskörper sollen 1.000 Schwimmplattformen tragen, auf denen 27.000 Solarmodule installiert werden können. Die entsprechenden technischen Zeichnungen wurden mit AutoCAD, INVENTOR und Solid Works erstellt.

der Spezialist

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Spektrum

›27 werden“, so Bunde. Fünf BTE Spezialisten arbeiteten an dem Konzept mit. Ihre Fachgebiete: Schiffstheorie, Anlagenbau, Ausrüstung, Baugründung und Wasserbau. Das Team erstellte in Abstimmung mit Perebo mit den Systemen AutoCAD und INVENTOR technische Zeichnungen, erarbeitete eine Machbarkeitsstudie inklusive der überschlägigen Strukturvordimensionierungen zur Massenabschätzung und plante den Entwurf. Zudem prüfte es die Voraussetzungen für die Genehmigung einer solchen Anlage. Eine Herausforderung, denn „die Vorschriften waren bezüglich ihrer Anwendungsbereiche und Gültigkeiten nicht immer eindeutig“, so Bunde. Schließlich ist ein „Solarsee“ eine Land- und OffshoreAnlage zugleich. So waren die relevanten Stahlbauverordnungen und die Normen für die Lastenermittlung maßgebend. Hinsichtlich der wetterbedingten Belastungen mussten zusätzlich Binnengewässer-Normen in Verbindung mit speziellen Nachweismethoden deutscher und amerikanischer Vorschriften aus dem Offshore-Bereich berücksichtigt werden. Die BTE Spezialisten fungierten also bereits in der Planungsphase als Schnittstelle zu Perebo, zu Solarmodulherstellern sowie zu den Zulieferern für die Verankerungssysteme. „Die-

se Funktion würden wir auch in der Umsetzungsphase erfüllen“, blickt Bunde in die Zukunft. Vor einem möglichen Baubeginn stünde jedoch zunächst ein sorgfältiges Prüfverfahren: Ein staatlich vereidigter Prüfingenieur müsste vor der Ausführungsplanung und Realisierung alle Daten und Berechnungen untersuchen sowie die Konstruktion prüfen und genehmigen. Die fortwährende Kommunikation mit allen Beteiligten ist also bei der Abwicklung von anspruchsvollen Großprojekten ebenso relevant wie die rein technische Arbeit. „Denn“, so Andreas Bunde, „um für den gesamten Projektablauf Planungssicherheit zu schaffen, gehört die frühzeitige Abstimmung aller Schritte dazu. Schließlich werden die Kosten in der Planung bestimmt – und Planungsfehler lassen sich beim späteren Bau kaum mehr korrigieren.“

› 27

Die Qualität der Schwimmplattformen und der Verbindungselemente ist ausschlaggebend für die Stabilität der Solaranlage. Neben ihrer Eigenlast muss sie zusätzliches, variables Gewicht beispielsweise durch Schnee und Eis tragen sowie Wellenbewegungen standhalten.

der Spezialist

Wissen

Biogas entsteht bei der Vergärung organischer Rohstoffe. Diesen Prozess machen sich Betreiber von Biogasanlagen zunutze – beispielsweise in der Landwirtschaft und in Kläranlagen. Angeschlossene Blockheizkraftwerke wandeln das Biogas in regenerative Energie um.

Biogasanlage 2

Nachwachsende Rohstoffe

Gülle

Bioabfälle

Substratlager und Gärrückstandslagerung: Die Rohstoffe für die Biogasgewinnung, bestehend aus Bioabfällen sowie Maissilage und Getreide, werden in einem Substratlager (1) gesammelt. Das Substrat wird mehrmals täglich in einen Gärbehälter, den Fermenter (2), eingespeist. Zusätzlich kann Gülle aus umliegenden Ställen direkt zugeführt werden. Nach dem Prozess der Energieumwandlung gelangt der Gärrest in den Gärrestbehälter (3) und wird anschließend in der Landwirtschaft als Düngemittel verwendet.

der Spezialist

CO2

CH4

Wissen

Energiegewinnung durch Fermentierung: Im Fermenter (2) wird das Substrat auf 35 bis 55 Grad Celsius erwärmt – bis zu dreißig Tage lang. Während dieser Zeit werden Nährstoffe wie Kohlenhydrate und Fette in Faul- und Gärprozessen von Bakterien unter anaeroben Bedingungen zersetzt. Bei dem Abbau durch die Mikroorganismen wird ein Gasgemisch freigesetzt, das hauptsächlich aus Methangas (CH4) und Kohlendioxid (CO2) besteht. Aufgrund der permanenten Umwälzung des Substrats durch Rührwerke kann dieses Biogas entweichen und aufgefangen werden. Um einen möglichst hohen Gasertrag zu erzielen, kann der Vergärungsprozess in mehreren Fermentern wiederholt werden. Schließlich wird das Biogas entwässert, entschwefelt und in einem Verdichter (4) auf den für die weitere Nutzung erforderlichen Druck gebracht.

Bio-Erdgas für Fahrzeuge Bio-Erdgas für Haushalte

5 4

Fernwärme

Elektrizität

Umwandlung in Strom, Wärme und Bio-Erdgas: In angeschlossenen Blockheizkraftwerken (5) wird das Biogas in Strom und Wärme umgewandelt. Durch das Gas angetriebene Verbrennungsmotoren erzeugen Elektrizität, die über Transformatoren ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Die bei den Motoren abfallende Wärme dient zu etwa einem Drittel der Beheizung der Fermenter selbst (6), der Rest wird über Fernwärmenetze zum Beheizen von Industrieanlagen, Privathaushalten und Schwimmbädern genutzt. Nach der Reinigung kann das Rohbiogas zu Biomethan aufbereitet werden (7). Dieses wird dem Erdgasnetz (8) zugeführt und sowohl als Treibstoff für erdgasbetriebene Fahrzeuge als auch für die Gasversorgung von Privathaushalten genutzt.

der Spezialist

querdenken

Ein Exoskelett lernt laufen Bewegungshilfen für Querschnittsgelähmte gibt es schon – Verbesserungsbedarf allerdings auch. Ralph Hohenwarter und Marcus Büttner wollen das ändern. Den Gründern der technischen Unternehmensberatung AIS ConTec könnte mit ihrem automatisch gesteuerten Exoskelett eine Innovation gelingen, die Betroffenen eine große Hilfe bietet.

T e x t › Marco Heinen Ihre Lehrer hätten wohl keinen Cent darauf gewettet, dass diese beiden Bayern eines Tages Unternehmer werden würden. Denn Ralph Hohenwarter (35) und Marcus Büttner (33) beendeten ihre Schulzeit mit einem qualifizierten Hauptschulabschluss. Inzwischen ist Hohenwarter diplomierter Maschinenbau-Ingenieur, Büttner war zeitweise Niederlassungsleiter bei einem Ingenieurdienstleister in Ravensburg. Als Unternehmensberater haben sie sich 2009 unter dem Namen AIS ConTec selbstständig gemacht, wobei AIS für Advanced Industrial Scouts und ConTec für Consultant Technology steht.

Unternehmerischer Richtungswechsel statt Personalabbau › 28

Anders als das Exoskelett unterstützt HAL (Hybrid Assistive Limb) die Muskulatur des gesamten Körpers: 2007 stellten Ingenieure der Universität Tsukuba (Japan) diesen Roboteranzug vor, der heute in Pflegeeinrichtungen und Rehabilitationszentren eingesetzt wird. Anhand von Elektroden werden die Gehirnströme der Muskelsensorik gemessen und in Steuerbefehle für die Arm- und Beinstützen umgewandelt.

der Spezialist

Zu ihren ersten Erfolgen zählt, dass sie ein mittelständisches Unternehmen mit 158 Mitarbeitern vor der Insolvenz bewahrten. Statt auf Personalabbau setzten die Berater auf einen Richtungswechsel in der Unternehmensstrategie. Mit der Idee für ein neues Produkt retteten sie den auf Stanztechnik spezialisierten Fertigungsbetrieb vor dem Untergang – und das binnen 14 Tagen. Die Firma laufe inzwischen wieder „richtig gut“. Wenn Hohenwarter und Büttner in ein Unternehmen kommen, versuchen sie, die Schwachstellen zu identifizieren, und erstellen ein Spektrum möglicher Vorgehensweisen. Berücksichtigt werden einerseits die Fertigungstoleranzen und Funktionsweisen der Maschinen, andererseits aber auch die Qualifikation der Mitarbeiter sowie deren Ideen und Lösungsansätze. Danach erarbeiten sie eine Strategie, deren Umsetzung sie bei Bedarf bis zur Abwicklung der ersten Aufträge begleiten. „Unser Ziel ist es, in den angeschlagenen Firmen zeitnah Maßnahmen zu ergreifen, um sie neu am Markt

zu positionieren – und zwar, ohne dass sie dabei große Summen investieren müssen“, erläutert Ralph Hohenwarter. Denn das können viele Kunden in einer solchen Situation nicht. Das positive Feedback des Stanztechnik-Betriebs gibt ihrem individuellen Ansatz recht: Sie seien gekommen, hätten die Ärmel hochgekrempelt und losgelegt.

Gehhilfe mit Gleichgewichts sensorik Die Lösung kniffliger technischer Probleme hat die Geschäftspartner stets fasziniert. Eine Dokumentation über ein militärisches Projekt der USA weckte ihren Ehrgeiz, ihr Exoskelett zu entwickeln. Gezeigt wurde eine Apparatur, die es Soldaten ermöglicht, besonders schwere Lasten zu tragen. Der Dokumentation nach ist diese Apparatur technisch ausgereifter als alle medizintechnischen Exoskelette. Für die beiden Tüftler war das der Anreiz, sich näher mit der zivilen Nutzung solcher Stütz- und Gehhilfen zu befassen. Denn zwar ist das Prinzip der Exoskelette längst bekannt, „doch einige technische Probleme sind nach wie vor nicht befriedigend gelöst“, sagt Büttner. So werden entweder zusätzlich Krücken benötigt oder die Gehhilfen müssen über einen Joystick gesteuert werden. „Unser Entwurf funktioniert hingegen intelligent und reagiert automatisch auf seinen Träger“, erläutert Ralph Hohenwarter. Kernstück ist ein Gleichgewichtssensor, der Schwerpunkt-

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querdenken

verlagerungen des Gelähmten registriert, mittels eines von Büttner und Hohenwarter entwickelten Algorithmus den beabsichtigten nächsten Schritt berechnet und dann selbsttätig die Stütz- und Bewegungselemente ansteuert. Somit könnten auch Menschen wieder gehen, die ihre Beine überhaupt nicht mehr bewegen können. Das Ergebnis könnte für Querschnittsgelähmte ein deutliches Mehr an Lebensqualität bedeuten.

Hoffnung bei Betroffenen wächst: „Die Verantwortung spornt uns an“ Die Regelungstechnik des Exoskeletts ist bereits fertig entwickelt, eine positive medizinische Expertise liegt vor. Begutachtet hat das Konzept Dr. Johannes Schauwecker, Orthopäde an der Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie des Klinikums rechts der Isar der Technischen Universität München. Was AIS ConTec noch fehlt, sind Partner, die das Vorhaben finanziell vorantreiben – die Entwicklungskosten liegen bei etwa 500.000 Euro. Der Kontakt zu einem Forschungsinstitut ist geknüpft, der Abschluss eines Kooperations-

Porträts Marcus Büttner (re.) Nach seinem qualifizierten Hauptschulabschluss absolvierte der heute 33-Jährige eine Lehre als Konstruktionsmechaniker in München. Anschließend war er als Projektmitarbeiter für BMW im Musterbau tätig. Dort arbeitete er in der Abteilung für Crash-Analyse und an elektrotechnischen Projekten. Ralph Hohenwarter (li.) Nach seinem Hauptschulabschluss holte Hohenwarter die Hochschulreife nach und absolvierte in Regensburg ein Maschinenbaustudium. Auf einer Kontaktmesse wurde der Niederbayer von einem Münchener Ingenieurdienstleister rekrutiert. Vor der Gründung von AIS ConTec war der heute 35-Jährige als freiberuflicher Ingenieur tätig.

der Spezialist

vertrages könnte Mitte 2011 erfolgen. Wenn alles gut geht, wird der Prototyp gegen Ende der zweiten Jahreshälfte 2011 fertig sein. Büttner und Hohenwarter sind sich bewusst, dass sie mit ihrer Ankündigung Hoffnungen wecken. „Diese Verantwortung spornt uns zusätzlich an“, versichert Ralph Hohenwarter. Beide wissen voneinander, dass sie ähnlich ticken und Herausforderungen als motivierend empfinden. Kennengelernt haben sie sich bei BMW, wo sie als Kollegen im Bereich Elektrotechnik tätig waren. „Wir haben hervorragend zusammengearbeitet“, erinnert sich Hohenwarter. Danach trennten sich ihre beruflichen Wege, doch sie hielten Kontakt und sprachen 2006 zum ersten Mal über die Gründung einer eigenen Firma. Denn bei aller Entschlossenheit, mit der sie sich ihren beruflichen Aufgaben bis dahin gestellt hatten: Ihr Wunsch, auf eigene Rechnung zu arbeiten sowie Ideen nach ihren eigenen Vorstellungen schnell und unkompliziert umzusetzen, wurde zunehmend stärker. Dabei ergänzen sich die beiden Familienväter nicht nur in Bezug auf ihre Arbeitsweise. Beide hatten in ihrer beruflichen Laufbahn

querdenken

›29 Schlüsselerlebnisse, die sie dazu veranlassten, sich neue Ziele zu setzen. Hohenwarter besuchte zunächst in Straubing die Hauptschule und absolvierte anschließend eine Ausbildung zum Kfz-Mechaniker bei einem Hersteller für Abgasanlagen. „Eines Tages habe ich festgestellt, dass ich das nicht bis an mein Lebensende machen will“, erzählt er. Trotz Warnungen kündigte er seinen Job, holte die Hochschulreife nach und studierte Maschinenbau mit Schwerpunkt Produktionstechnik. Über einen Ingenieurdienstleister kam er zu BMW. Marcus Büttner machte seinen Hauptschulabschluss in München und wurde Konstruktionsmechaniker im Bereich Feinblechbautechnik. Sein Weg führte ihn ebenfalls zu BMW, wo er an mehreren Projekten mitarbeitete. Hier konnte er sich in verschiedenen Abteilungen nicht nur als Ideengeber profilieren, sondern es machte auch bei ihm „Klick“: „Ich habe festgestellt, dass ich eigentlich viel mehr kann“, erinnert sich der Münchner. Mit dem Exoskelett stellen die beiden nun ihre technische Kompetenz als Entwickler unter Beweis. Hohenwarter und Büttner arbeiten mit großem Engagement daran, sie wollen zu einem Ergebnis kommen. Wie

es dann weitergeht? Schwer zu sagen. Wahrscheinlich werden sie sich eine neue technische Herausforderung suchen.

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Algorithmen sorgen für mehr Lebensqualität: Ende 2011 soll der erste Prototyp des Exoskeletts geplante Bewegungsabläufe berechnen und die jeweiligen Stützelemente eigenständig ansteuern können.

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Wissen

In jeder Ausgabe unseres Magazins beantworten Brunel Spezialisten Ihre Leserfrage. Diesmal: Madalina Petcu und Felix Gottschalk, die beide im Bereich der Batterieentwicklung für Elektrofahrzeuge tätig sind.

Bis zum Jahr 2020 sollen eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen fahren. Welche Voraussetzungen müssen dafür geschaffen werden? Te x t › Dipl.-Physikerin Madalina Ecaterina Petcu und Dipl.-Ing. Felix Gottschalk

Porträt Brunel Spezialistin Madalina Ecaterina Petcu arbeitet am VW-Technologiezentrum für Elektrotraktion in Isenbüttel bei Wolfsburg. Das Aufgabengebiet der 25-Jährigen ist die Simulation und Modellierung von Lithium-Ionen-Batterien. Die gebürtige Rumänin studierte Technische Physik in Bukarest und Hannover.

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Innerhalb von zehn Jahren eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen bringen zu wollen, ist ein ehrgeiziges Ziel. Doch es ist erreichbar. Eine solch ambitionierte Maßgabe hat den Vorteil, dass die Anstrengungen im Bereich der Entwicklung von Elektroautos noch einmal intensiviert werden. Denn eines ist klar: Die Zukunft der individuellen Mobilität gehört dem elektrischen Antrieb. Nicht nur, dass die Vorräte an fossilen Brennstoffen sich in absehbarer Zeit verknappen und irgendwann ganz zu Ende gehen werden, auch eine signifikante Absenkung der Schadstoffemissionen im Straßenverkehr lässt sich anders nicht realisieren. Zur Umsetzung der Vorgabe sind auch wir Techniker gefragt, Lösungen zu finden, um die bisherigen Nachteile des Elektroantriebs zu beseitigen. Das bedeutet vor allem eine deutliche Verbesserung der Batterie-Technologie, denn die gegenwärtigen Reichweiten von serientauglichen Elektrofahrzeugen liegen im günstigsten Fall bei etwa 150 Kilometern. Werden Klimaanlage oder Heizung benutzt, reduziert sich die Fahrstrecke deutlich. Für Großbetriebe, kommunale Einrichtungen oder Berufspendler stellt das keinen wirkli-

chen Nachteil dar: Die Fahrzeuge bleiben im Nahbereich und die Batterien lassen sich auf dem Firmengelände oder über Nacht zuhause aufladen. Für den spontanen Wochenendausflug und die Fahrt in den Urlaub genügt das aber nicht. Im derzeitigen Entwicklungsstadium werden die bislang hauptsächlich verwendeten Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren durch Lithium-Ionen-Batterien abgelöst. Deren Energiedichte liegt bei 200 Wattstunden pro Kilogramm. Im Laufe der nächsten fünf Jahre sollte es gelingen, diesen Wert auf 500 Wattstunden pro Kilogramm zu erhöhen. Dann wären Fahrstrecken von etwa 200 Kilometern möglich. Da dies jedoch noch nicht genug ist, um den Verbrennungsmotor ablösen zu können, wird Grundlagenforschung mit Alternativen wie Lithium-Fluor-Batterien betrieben, von denen Wissenschaftler sich Energiedichten von bis zu 2.000 Wattstunden pro Kilogramm und gleiche Reichweiten wie mit Benzinmotoren versprechen. Weit fortgeschritten ist die technische Entwicklung bei der Haltbarkeit der Batterien. Moderne Energiespeicher haben eine Lebensdauer von etwa 2.000 Zyklen. Das entspricht

Wissen

›30 Insgesamt gibt es in Deutschland über 800 E-Tankstellen. Bis zum Jahresende 2011 soll es an über 30 Ladestationen in Deutschland möglich sein, Strom kostenlos zu tanken. Ermöglicht wird dies von RWE und dem ADAC.

›30 im Alltag einer Laufleistung von mindestens fünf bis zehn Jahren. Eine hohe Lebensdauer ist wichtig, weil Batterien teuer sind. Inklusive der elektromechanischen Komponenten und Steuerelemente machen sie derzeit fast die Hälfte der Kosten eines Elektroautos aus. Das wird sich ändern. Zum einen sinken die Produktionskosten mit zunehmenden Stückzahlen. Zum anderen wird an neuen Materialien zum Beispiel für die Elektroden geforscht, die nicht nur besser und sicherer sind, sondern auch kostengünstiger.

Hybridkonzepte bleiben relevant Parallel zur technischen Entwicklung wird aber auch der Ausbau einer entsprechenden Infrastruktur nötig sein sowie ein Umdenken in der Gesellschaft. Das bedeutet in erster Linie die Bereitstellung von öffentlich zugänglichen Ladestationen. Diese müssen als sogenannte Schnellladesysteme ausgelegt sein, die Gleichstrom nutzen und innerhalb von einer halben Stunde eine entleerte Batterie auf 80 Prozent ihrer Kapazität laden können. Zum Vergleich: Das vollständige Aufladen an der heimischen Wechselstrom-Steckdose dauert

sechs bis acht Stunden. Zudem wäre der Aufbau von Carsharing-Strukturen plus eine Verknüpfung von E-Autos und ICE-Verbindungen für Langstreckenreisende eine Lösung. Trotz aller Bemühungen wird man den Elektroantrieb zunächst aber auch in Verbindung mit Hybridkonzepten sehen müssen. Die Kombination aus Elektromotor und Verbrennungsmaschine ist technisch ausgereift und kann bereits zu einer Reduzierung der Umweltbelastung beitragen, zumal in städtischen Bereichen, wo phasenweise der elektrische Antrieb genügt. Wir werden also bis 2020 eher eine Zweiteilung erleben: Für den Stadt- und Kurzstreckenverkehr dienen Elektroautos, für Mittel- und Langstrecke Hybridfahrzeuge. Dagegen müssen für den Betrieb mit einer Brennstoffzelle, die durch die Reaktion von mitgeführtem Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Umwelt den benötigten Strom direkt an Bord des Autos produziert, noch zahlreiche technische und infrastrukturelle Probleme gelöst werden.

Porträt Felix Gottschalk studierte an der TU Hamburg-Harburg Informatikingenieurwesen, heute lebt er in Berlin. Nach seinem Abschluss im November 2008 kam er zu Brunel und unterstützt seit Dezember 2008 die Volkswagen Konzernforschung in Wolfsburg. Dort ist der 28-Jährige im Bereich Entwicklung und Test von Batteriemanagementsystemen tätig.

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Ausblick

Arbeit mit Zukunft „Gemessen am Beschäftigungsanteil ist im europäischen Vergleich zwar das Vereinigte Königreich Spitzenreiter in der Arbeitnehmerüberlassung. Hierzulande aber gelten vor allem die Niederlande als Vorbild für eine erfolgreiche Organisation und Entwicklung der Branche durch die Tarifparteien, die sowohl dem Interesse von Unternehmen für Flexibilität als auch dem Bedürfnis von Arbeitnehmern nach Beschäftigungssicherheit (Flexicurity) angemessen Rechnung zu tragen suchen.“ Prof. Dr. Christoph M. Schmidt, Präsident des RWI, und Dr. Michael Kvasnicka, Wissenschaftler am RWI (Rheinisch-Westfälisches Institut für Wirtschaftsforschung, Essen, 2011)

Als gebürtiger Niederländer und General Manager der Brunel GmbH kenne ich beide Seiten und kann diesem Statement von Prof. Dr. Christoph M. Schmidt und Dr. Michael Kvasnicka, Experten vom Rheinisch-Westfälischen Institut für Wirtschaftsforschung, voll zustimmen. In Deutschland hat die Arbeitnehmerüberlassung nach wie vor mit Vorbehalten zu kämpfen. Die Gründe liegen hierzulande vor allem in den Anfängen: In den 1970er Jahren waren in der Branche vorrangig weniger qualifizierte Menschen beschäftigt. Daher wird die Arbeitnehmerüberlassung noch heute mit geringer Bezahlung und fehlenden Sicherheiten für die Mitarbeiter verbunden. Leider gibt es zudem schwarze Schafe, die diese Vorbehalte schüren. Doch die Branche hat sich stark verändert. Tarifverträge und Festanstellungen sind die Regel und die Zahl der Akademiker in Projektarbeit steigt, denn seitens der Wirtschaft gibt es einen großen Bedarf an flexiblen hochqualifizierten Experten. Trotz der Vorbehalte und Hürden in Sachen Arbeitnehmerüberlassung sind die Deutschen doch für zahlreiche EU-Staaten ein Vorbild. Denn hier ist die Projekt arbeit etabliert, während sie in einigen anderen Ländern noch in den Kinderschuhen steckt. Zukünftig ist es daher wichtig, dieses Thema europäisch zu betrachten. Denn in einer zunehmend globalisierten Wirtschaft

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geht es weniger darum, die Branche in einem Land zu entwickeln, vielmehr muss länderübergreifend das Bewusstsein für eine flexible und agile Arbeitswelt geweckt werden.

Ihr Gerjan Mazenier

Impressum Ausgabe 17 || April 2011

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