Innovation 2009 by AZ Fachverlage AG

Juni 2009

Die Zukunft steht nicht im Kaffeesatz Roboter im Dienst der Umwelt Markterfolg durch innovative Entwicklungsmethoden

Die neue Leistungsklasse #

WAGO definiert neue Maßstäbe in der schaltschranklosen Automatisierung WAGO-SPEEDWAY 767 ist ein System, das in allen Details perfektioniert ist. Es ist das innovative Remote I/O zur maschinennahen Montage, insbesondere für die Nass- und Trockenindustrie. Programmierbar nach IEC 61131-3 wird es auch der Forderung nach Funktionseinheiten gerecht, die getrennt entwickelt, gefertigt, betrieben und/oder erweitert werden können. • • • • • • • • • • • • • • • • •

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Geleitwort

Mit Initiative und Erfindergeist die Krise meistern

nnovation – ein Zauberwort, das unsere Gesellschaft ganz in seinen Bann zieht. Wer sich als innovativ zu positionieren vermag, verfügt über Trümpfe, die in den verschiedensten «Spielen» stechen, ja oft matchentscheidend sind. Das trifft auf vielfältige Ebenen zu: Unternehmungen, Gewerbe, Märkte, Industrien oder Finanzplätze sind erstrangig innovationsorientiert und alles, was nicht den Stempel Fortschritt trägt, marschiert im Rückschritt. Unser Land bietet vortreffliche Rahmenbedingungen, um in jenen Konzerten, wo es um Innovationskraft und Erfindergeist geht, erste Pulte zu besetzen. Dabei darf ich als tief überzeugter Liberaler mit Wohlgefallen vermerken, dass die Schweiz mit ihrer freiheitlichen Gesell-

schaftsordnung seit altersher ein idealer Nährboden für zukunftsgerichtete Forschung, Technologien von morgen, innovative Märkte und wegweisende Infrastrukturen ist.

Finanzminister taten sich freudvolle Perspektiven auf, der lange «hinausgepflegte» Schuldenabbau rückte in greifbare Nähe. Doch es kam anders.

Diese vielen Traditionen verpflichtete Gesellschaftsordnung ist einer der tragenden Pfeiler unseres Staates. Werte wie Arbeitsfrieden, Verhandlungskultur, Respekt oder Meinungsvielfalt sind Bausteine, die das Land im Laufe der Jahrzehnte zum erfolgreichen «Unternehmen Schweiz» heranwachsen liessen. Meine Politik orientiert sich denn auch ganz am Liberalismus. Eigenverantwortung, von Solidarität getragener Gemeinsinn und soziale Marktwirtschaft, Toleranz, Augenmass und Fortschritt sind für mich gültige Richtschnur. Darin liegen die Gründe, weshalb ich den schlanken Staat verfechte, weshalb ich für den Pragmatismus in der Politik eintrete, weshalb ich leide, wenn Manager die Tugenden, die für mich den Liberalismus ausmachen, zerstören, wenn Reformen nicht vom Fleck kommen.

Die Steuereinnahmen werden 2009 markant einknicken. Experten in meinem Finanzdepartement errechneten, dass sich der gesamte Staatssektor heuer auf einen Fehlbetrag von rund fünf Milliarden Franken einzustellen hat. Aber auch ausgabenseitig treiben uns epochale Herausforderungen um: Impulse zur Ankurbelung der Konjunktur schlagen empfindliche Breschen in die staatlichen Kassenbestände. Unter dem Titel Konjunkturhilfe gibt der Bund über eine Milliarde aus. Mindestens ebenso wichtig sind die ordentlichen Investitionen, die gerade in Krisenzeiten hochwillkommen sind.

Ein bundespräsidiales Editorial wäre in diesen Zeiten lückenhaft, enthielte es keine Reflexionen zur globalen Finanz- und Wirtschaftskrise. Gerade unter dem Eindruck dieser Krise wurde die Wichtigkeit eines auf gesunden Strukturen basierenden und handlungsfähigen Staates augenfällig. Dieser Staat ist denn auch stark gefordert. Befanden wir uns doch noch vor Jahresfrist auf finanzpolitischem Erfolgskurs mit Fortschritten, die sich in Überschüssen in zweistelligem Milliardenbereich manifestierten. Dem

Die derzeit widrigen Umstände aber verlieren sogleich an Schärfe, wenn wir das im Lande vorhandene Potenzial an unternehmerischer Initiative bedenken. Diese Stärke, gepaart mit der gleichermassen präsenten Erfindungskraft, bietet Ressourcen, der Krise erfolgreich die Stirn zu bieten. Kommt dazu, dass im gleichen Boot auch die Politik mit vollem Einsatz mitrudert: Vereint leisten Bund, Kantone und Gemeinden ihren Beitrag zur gemeinsamen Überwindung der Hürden. All das bestärkt mich im Vertrauen, dass es uns gelingen wird, auch aus dieser Krise gestärkt hervorzugehen.

Hans-Rudolf Merz, Bundespräsident

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Schwerpunkt Lebensqualität

Die Präzision unserer Lager, Führungen und Systemlösungen, ermöglicht Radiologen Diagnosen von höchster Genauigkeit. SKF leistet einen fortwährenden Beitrag zur Verbesserung der Lebensqualität von Menschen auf der ganzen Welt. Wir arbeiten umweltbewusst und unterstützen Branchen nachhaltig bei der Reduzierung ihres Energiebedarfs. Kunden, die auf unser Fachwissen, unsere Erfahrung und Kreativität vertrauen, können ungeahnte Leistungsschübe realisieren. Eine Investition, die sich auszahlt. Fordern Sie unsere Experten heraus!

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Inhaltsverzeichnis

Themen

Die Zukunft steht nicht im Kaffeesatz Zukunftsforscher Pero Mic´ic´ ist überzeugt, dass die Zukunft weniger aus überraschenden, spektakulären Neuentwicklungen, sondern aus neuen Einsatzfeldern für vorhandene Lösungen bestehen wird.

Mit Initiative und Erfindergeist die Krise meistern

Das wahre Kapital

Die Zukunft steht nicht im Kaffeesatz

«Unternehmen müssen wachsen, oder sie verschwinden»

Möglichkeiten und Grenzen der Modellbildung

Der flinke Miniroboter für Mikrokomponenten 16

Roboter im Dienst der Umwelt In der Kunststoffindustrie helfen Roboter, die Energieeffizienz zu steigern, indem sie die Prozesse präziser und effizienter gestalten und immer präziser und effizienter werden.

Erfolg durch innovative Entwicklungsmethoden Mit modellbasierten Entwicklungsmethoden lassen sich wiederverwendbare Simulationsmodelle erstellen, die zu einem enormen Einsparpotenzial führen.

Roboter im Dienst der Umwelt

Elektrokinese als Trick für neuartige Mikropumpen

Drehscheibe zwischen Akademie und Industrie

Strom macht mobil

Abfall sauber einsammeln

«Beim Engineering bietet sich das grösste Einsparpotenzial»

Solarmodule präzise verarbeiten

Markterfolg durch innovative Entwicklungs- methoden

Der Weltspitze verpflichtet

«Für investitionsintensive Branchen ist die Schweiz attraktiv»

Spüren, was man tut

Auf innovativer Mission

Impressum/Firmen in dieser Ausgabe

Zum Titelbild Warum kompliziert, wenns auch einfach geht? Entwicklungen in der Automatisierung haben generell die Ersparnis von Zeit und Kosten im Auge. Diese zu verringern, ist erklärtes Ziel. Mit dem Automatisierungssystem PSS4000 bietet Pilz eine Lösung für alle Aufgaben der Maschinensteuerung und der Sicherheitstechnik sowie für die Bereiche Motion Control, Diagnose und Visualisierung. Ziel war, die Dezentralisierung von

Steuerungsfunktionalitäten zu vereinfachen und den Aufwand für das Engineering zu verringern. Dabei spielt die Software-Plattform PAS4000 eine zentrale Rolle. Sie ermöglicht auch auf dezentrale, verteilte Steuerungsstrukturen die Beibehaltung einer zentralen Sichtweise. Mit PSS4000 lassen sich per Drag-and-Drop sehr komplexe Steuerungsstrukturen aufbauen, die dennoch einfach zu handhaben sind. So kann der EngineeringAufwand deutlich gesenkt werden. Lesen Sie dazu das Interview auf Seite 42.

Innovation

Editorial

Das wahre Kapital B

eim Stichwort «Kapital» werden die meisten an Banken denken – sowie an Milliardenverluste, Millionen-Boni, Staatshilfe und die Wirtschaftskrise. Auch wenn wenige grosse Unternehmen für die fetten Headlines und Löhne sorgen, so sind es doch vor allem die kleinen Unternehmen, welche die Wirtschaft am Laufen halten. Die Schweiz ist ein KMU-Land. 99,7 Prozent der 300 000 Schweizer Unternehmen sind kleine und mittlere Unternehmen mit weniger als 250 Mitarbeitenden. 87,6 Prozent sind Mikrounternehmen mit weniger als zehn Angestellten. Die KMU bieten insgesamt über zwei Millionen Menschen Arbeit. Die Schweizer KMU gehören gemäss dem «Europäischen Innovationsanzeiger» (EIS) europaweit zu den technologisch innovativsten Unternehmen. Ein Grund dafür liegt in den hohen Investitionen in die Forschung und Entwicklung. Die Schweiz weist im europäischen Feld im Verhältnis des Bruttoinlandprodukts die dritthöchsten Ausgaben für Forschung und Entwicklung im Privatsektor auf. Auch weltweit gehört die Schweiz zu den Staaten mit der höchsten Innova-tionsleistung. Um die Wettbewerbsfähigkeit der Schweiz zu verbessern, unterstützt die Förderagentur für Innovation KTI des Bundes seit über 60 Jahren den Wissens- und Technologietransfer zwischen Unternehmen und Hochschulen. Sie verknüpft Partner aus beiden Bereichen in Projekten angewandter Forschung und Entwicklung und hilft bei der Gründung von Start-ups. Das gute Ausbildungssystem sowie die Bereitschaft lebenslang zu lernen, sorgt für qualifizierte Mitarbeiter, damit aus Ideen und Visionen auch High-Tech made in Switzerland wird. Doch in Zeiten der Wirtschaftskrise müssen Unternehmen ihre Kosten senken, um überleben zu können. Der Abbau von Stellen gehört zu den ersten Sparmassnahmen. Da eine Firma nur so gut wie ihre Mitarbeiter ist, werden zuerst die Schwächsten entlassen. Aber es trifft nicht nur sie. Werden ganze Abteilungen geschlossen, gehen viel Know-how und über Jahre gewachsene Kundenbeziehungen verloren. Zudem springen gerade die Leistungsträger oft als erstes ab, da diese am leichtesten eine neue Stelle finden. Eines haben die meisten Unternehmen mittlerweile jedoch begriffen: Wenn es ein Kapital gibt, das dem Unternehmen dauerhafte und schwer kopierbare Wettbewerbsvorteile bringt, dann sind dies zufriedene und motivierte Mitarbeiter – das wahre Kapital für ein gesundes und erfolgreiches Unternehmen. Patrick Müller, Chefredaktor patrick.mueller@megalink.ch

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Innovationsmanagement

Die Zukunft steht nicht im Kaffeesatz «Es werden Zeiten kommen, in denen sich unsere Nachkommen wundern werden, dass wir so Offenbares nicht gewusst haben.» Mit diesem über 2000-jährigen Zitat von Seneca weist der Zukunftsforscher Pero Mic´ic´ auf die Tatsache hin, dass die Zukunft weniger aus überraschenden, spektakulären Neuentwicklungen, sondern viel mehr aus neuen Einsatzfeldern für vorhandene Lösungen bestehen wird. Die Aufgabe der Führungskräfte besteht deshalb in erster Linie darin, solche Trends rechtzeitig zu erkennen und zu nutzen. Pero Mic´ic´ ist überzeugt: «Die Zukunft wird zu fünf Prozent aus Erfindung und zu 95 Prozent aus Diffusion (Verbreitung) gemacht.»

1 990 trug man die Koffer noch durch Bahnhöfe und Flughäfen, heute haben Koffer Rollen. Obwohl das Rad schon vor Urzeiten erfunden wurde. 1838 entwickelte Christian Friedrich Schönbein die Brennstoffzelle. Ein Jahr später entdeckte Alexandre Edmond Becquerel den fotoelektrischen Effekt und damit die Grundlage für die Photovoltaik. Bereits 1902 baute Ferdinand Porsche den ersten Hybridantrieb. Die Reihe der Beispiele liesse sich beliebig fortsetzen. Der Science-

Fiction-Autor William Gibson hatte offensichtlich recht, als er schrieb: «Die Zukunft ist schon da, nur noch nicht gleichmässig verteilt.»

Zukunftsmanagement als Führungsaufgabe Die Aufgabe des erfolgreichen Managements besteht also weniger darin, spektakuläre Erfindungen zu veranlassen oder aufzuspüren, als vielmehr darin, Bedarfstrends und technische Entwicklungen rechtzeitig zu erkennen und umzusetzen – aktiv

Zukunftsmanagement zu betreiben. Lässt man ein beliebiges Publikum den Teil des EBIT (Betriebsergebnis vor Zinsen und Steuern) schätzen, der von der langfristigen Ausrichtung des Unternehmens abhängt. Pendeln sich die Werte irgendwo um siebzig Prozent ein. Allerdings werden nach verschiedenen Untersuchungen nur zwei bis fünf Prozent der Managementzeit auf das langfristige Vordenken verwendet. Wenige erkennen, dass jede Unternehmensleitung bereits Zu-

Innovation

Innovationsmanagement

kunftsmanagement betreibt. Nur leider meistens schlecht. Der Manager hat also gar nicht die Wahl, ob er Zukunftsmanagement betreiben soll. Er tut es und er hat es schon immer getan. Die Frage ist nur, ob sein Zukunftsmanagement dem aktuellen Stand der Methodik und Technik entspricht. Pero Mic´ ic´ empfiehlt als Vorgehensweise für das Zukunftsmanagement das sog. Eltviller Modell. Dieses beschreibt sowohl die methodischen Schritte wie auch die dabei zu erzielenden Ergebnisarten. Es ist einfach genug, um in der Praxis einen Denk- und Handlungsrahmen (einen «mentalen Setzkasten») zu bieten, und komplex genug, um alle wesentlichen Methoden und Ergebnisse des Zukunftsmanagements vollständig zu beinhalten.

Arbeiten mit einem Prozessund einem Ergebnismodell Das Eltviller Modell basiert auf der grundlegenden Erkenntnis, dass die üblichen Szenario-Ansätze zu kurz greifen und den unternehmerischen Anforderungen nicht genü-

gen. Das Eltviller Modell besteht aus zwei Teilen, einem Prozessund einem Ergebnismodell. Im Rahmen des Prozessmodells wird in sieben Schritten und fünf «Brillen» gearbeitet. Die Brillen symbolisieren die fünf urtypischen Sichtweisen der Zukunft. Die sieben Schritte beinhalten die Kernfragen des Zukunftsmanagements, die sich jeder Mensch, jedes Unternehmen und jede Organisation stellen muss. Aus diesen Arbeitsschritten erhält man das Ergebnismodell, wobei jedes einzelne Element des Ergebnismodells exakt einem Arbeitschritt bzw. einer Brille zugeordnet ist. Das Fundament dieses Modells bilden die Zukunftsfaktoren, die gleichzeitig den «Frageraster» für die Zukunftsbetrachtung bilden.

Die Auswahl der Zukunftsfaktoren Eine erste Aufgabe des Zukunftsmanagements besteht vernünftigerweise darin, die für die künftige Entwicklung des Unternehmens relevanten Faktoren zu analysieren. Die Auswahl der richtigen Zukunfts-

Mit dem Zukunftsradar zu Innovationen Eine Innovation ist gemäss Definition eine Umsetzung einer Invention, d. h. Erfindung in ein neues marktfähiges Produkt oder in einen neuen Produktionsprozess. Während der Erfindung etwas Zufälliges, Unbeabsichtigtes anhaften kann, ist eine Innovation stets ein gewollter, zielorientierter Akt, salopp ausgedrückt, die Transpiration nach der Inspiration. Am Anfang einer Innovation steht deshalb stets das Erkennen eines Trends oder einer zukunftsweisenden Technologie, aus dem dann der Impuls zur Innovation entsteht. Doch wie erkennt man Zukunftstrends? Als Gastreferent zeigte der etablierte Zukunftsforscher Pero Mic´ ic´ anlässlich der letzten Jahrespressekonferenz von Bernecker + Rainer Industrie-Elektronik Ges.m.b.H. auf, dass das zuverlässige Erkennen von Zukunftstrends kein Hokuspokus für Glaskugelgucker und Kaffeesatzleser ist, sondern eine notwendige und erlernbare Aufgabe jeder Führungskraft. Denn, so Pero Mic´ ic´ : «Wo die Zeit und das Wissen für vorausschauendes Denken fehlen, entstehen Zukunftspotenziale für Konkursverwalter.» Dieser Beitrag basiert auf diesem Referat von Pero Mic´ ic´ sowie auf seinem Buch «Das Zukunftsradar» (Gabal Verlag, GmbH, Offenbach, 2006, ISBN 3-89749-594-5) Martin Gysi

Innovation

faktoren ist im gesamten Zukunftsmanagement von vorentscheidender Bedeutung. Unzählige Unternehmen sind gescheitert, weil sie die Bedeutung von Zukunftsfaktoren unterschätzt oder auch überschätzt haben. Viele bekannte Unternehmen gründen ihren Erfolg ganz offensichtlich auf einige der hier beschriebenen Zukunftsfaktoren, wie die folgenden Beispiele zeigen: The Body Shop positioniert sich konsequent mit den Zukunftsfaktoren Salutogenese (Entstehung von Gesundheit), Ethisierung und Nachhaltigkeit bis hin zur Kooperation mit Greenpeace zur Rettung der Wale im Jahr 1986. Body Shop betreibt über 1900 Läden in mehr als fünfzig Ländern und geniesst ein sehr hohes Vertrauen seiner Kunden. Das Geschäftsmodell von Ebay basiert auf den Zukunftsfaktoren Internetisierung, Entrepreneurisierung und Erlebnisorientierung. Ebay hat mehrere Märkte revolutioniert, vom Einzelhandel über Auktionshäuser bis zur Anzeigenpresse. Ebay hat in Millionen Angestellten den Unternehmer geweckt und ebenso vielen den Spass am kleinen Handel zwischendurch beigebracht. Der Musikmarkt wurde von einigen Jugendlichen, die vor dem Wind der lnternetisierung und Dematerialisierung segelten, in seiner Existenz gefährdet und schliesslich revolutioniert. Napster, Kazaa und Kollegen waren die halbkriminellen Pioniere für ein Geschäftsmodell, das für Apple mit iTunes, T-Online mit Musicload und andere zum ernsthaften Businessfeld wurde. Apple verkauft mehr als eine Million Musikdateien pro Tag. Pero Mic´ ic´ schlägt einen ganzen Katalog von möglichen Zukunftsfaktoren vor, aus dem jedes Unternehmen die für sein Geschäftsmodell relevanten Faktoren extrahieren und ggf. ergänzen kann. Er nennt zum Beispiel als wichtigste Treiber künftigen Wandels: Biosphärische Zukunftsfaktoren Spätestens die 1972 veröffentlich-

te Studie «Grenzen des Wachstums» des Club of Rome rückte die Biosphäre als bestimmenden und begrenzenden Zukunftsfaktor ins öffentliche Bewusstsein. Das Umdenken, das seither im Gange ist, wurde schnell zu einem für viele Unternehmen ausgesprochen relevanten Faktor. Man denke dabei nur an die Teilaspekte Trinkwasserknappheit und Erdölknappheit. Aber auch Faktoren wie Klimaänderung, schrumpfende Biodiversität oder Wüstenbildung sind Aspekte, welche die in Zukunftsszenarien vieler Unternehmen immer stärker zu berücksichtigen sind. Technologische Zukunftsfaktoren Dies ist wohl der Bereich, der den Protagonisten der «Industrieszene» am vertrautesten ist. Steigerungen bei Computerleistungen und Datenübertragungssystemen, Dematerialisierung und Virtualisierung, Automatisierung und Robotik, Mikrosystemtechnik, Energieinnovationen, Medizi-

7 Schritte und 5 Brillen Zukunftsradar

naltechnik oder Logistik- und Verkehrsinnovationen sind hier nur ein paar Stichworte aus der langen Liste möglicher Faktoren, welche beim Zukunftsmanagement zu beachten sein können. Nur schon allein das «Verschlafen» der Mass-Customization kann für Firmen in gewissen Branchen dramatische Folgen haben. Politische Zukunftsfaktoren Dieser Aspekt wurde durch die aktuelle Finanz- und Wirtschaftskrise aktueller denn je. Rettungsprogramme für marode Grossfirmen und Konjunkturstützungsprogramme werden das Problem der Staatsverschuldungen verschärfen – mit sehr unterschiedlichen Auswirkungen auf die einzelnen Unternehmen. Die Demokratisierung und die europäische Integration sind zwei Zukunftsfaktoren die je nach geografischer Ausrichtung aufmerksam zu verfolgen sind. Weitere mögliche politische Zukunftsfaktoren sind die Ökonomisierung des

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Leitfrage

Zukunftswissen beschaffen

Welche Informationen gibt es über Wirkkräfte und mögliche Entwicklungen? AnnahmenBlaue Brille: Welche VeränderunAnalyse Die wahrscheinliche gen kommen wahrZukunft verstehen scheinlich auf uns zu? ChancenGrüne Brille: Welche ZukunftschanEntwicklung Die machbare Zukunft cen und Handlungsbestimmen optionen haben wir? VisionsGelbe Brille: Welche faszinierende Entwicklung Die gewünschte Zukunft wollen wir Zukunft bestimmen langfristig verwirklichen? DiskontinuitätenRote Brille: Wie könnte uns die Analyse Der überraschenden Zukunft überraschen Zukunft vorbeugen und wie bereiten wir uns darauf vor? StrategieViolette Brille: Wie gestalten wir Entwicklung Die zu schaffende unsere ZukunftsstrateZukunft planen gie als Weg zu unserer Vision? Institutionalisierung Zukunftsmanagement Wie institutionalisieren in Gang halten wir unser Zukunftsmanagement?

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Innovationsmanagement

Staates, die Liberalisierung und die zunehmenden internationalen Kooperationen. Wirtschaftliche Zukunftsfaktoren Neben den bekannten und viel diskutierten Faktoren wie der Globalisierung, dem asiatischen Boom, der nach der aktuellen Krise weitergehen wird, dem steigenden globalen Energiebedarf oder der Sättigung der Märkte in den entwickelten Staaten, gibt es eine Reihe von vielleicht weniger offensichtlichen Faktoren wie das digitale Geld, die Emanzipation der Kunden oder die Geschäftsfelder Meer und Weltraum. Gesellschaftliche Zukunftsfaktoren Auch bei den gesellschaftlichen Faktoren gibt es neben den offensichtichen Themen wie Alterung und Geburtenrückgang in den entwickelten Ländern einige Faktoren von erheblicher Relevanz für die Zukunftsbetrachtungen. So zum Beispiel das Wissenswachstum, die Individualisierung, die Convenience- und die Erlebnisorientierung, die Enterpreneurisierung oder die Interkulturisierung, auf der andern Seite aber auch religiöse und ethnische Konflikte wie auch Kriminalität und Terrorismus.

Den Zukunftsradar ausrichten Aus den für das eigene Unternehmen relevanten Zukunftsfaktoren

lässt sich nun ein sog. Zukunftsradar aufbauen, welches das Ziel hat auf der Basis der erfassten Umfeldsignale die eigene Zukunftsstrategie zu optimieren. Die «Ausrichtung» des Radarschirms hängt dabei stark von den Hauptzielen des Unternehmens. Für die Beschaffung von Planungsgrundlagen ist vor allem ein Prognoseradar dienlich, mit dem die als wahrscheinlich angenommene Zukunft abgeschätzt werden kann. Für die Evaluierung neuer Geschäftsfelder dient eher ein Chancenradar. Geht es aber eher um die Absicherung vor strategischen Überraschungen in Form von nicht vorhergesehenen Ereignissen, muss der Zukunftsradar vor allem als Überraschungsradar konzipiert sein. In vielen Fällen bewährt hat sich eine Prioritätenfestlegung nach dem Muster 20% Prognose-, 60% Chancen- und 20% Überraschungsradar.

Die praktische Umsetzung Bei der praktischen Umsetzung des Zukunftsmanagement-Modells geht es im ersten Schritt darum, die richtigen Zukunftsfragen zu definieren. Zukunftsfragen im Prognose-Radar könnten beispielsweise sein: • Wird es in Zukunft um Flugpreise (und damit grössere Flugzeuge) oder um Flugzeiten (und damit kleine schnelle Flugzeuge) gehen?

• Wie viel Prozent des benötigten Stroms werden in Zukunft von den Verbrauchern in dezentralen Kleinkraftwerken selbst erzeugt? • Wie stark werden die Hersteller künftig in den ElektrohandelDirektverkauf einsteigen? Im nächsten Schritt werden nun jene Zukunftsfaktoren ausgewählt und gewichtet, welche die Zukunftsfragen beantworten können. Zur Beschaffung der entsprechenden Signale und Fakten muss nun ein Netz von Sensoren aufgebaut werden, das sowohl aus internen Sensoren (beispielsweise Verkaufspersonal) und externen Sensoren (Forschungsinstitute, Experten usw.) bestehen kann. Der letzte, aber gleichzeitig schwierigste und entscheidende Schritt ist die methodische Auswertung der «eingefangenen» Signale und deren Umsetzung Strategien. Selbstverständlich darf das Zukunftsmanagement keine einmalige Aktion sein, sondern muss zu einem permanenten Prozess werden. Auch das Radar eines Schiffs muss permanent eingeschaltet sein, um eine sichere Navigation zu ermöglichen. Ein positiver Nebeneffekt der Etablierung eines permanenten Zukunftsmanagements dürfte aber sein, dass der Blick in die Zukunft seine Mystik verloren und zu einer ganz «normalen« Managementtätig[mg] keit geworden ist.

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Innovationsmanagement

«Unternehmen müssen wachsen, oder sie verschwinden» In Krisenzeiten muss ein Unternehmen sein Überleben sichern, gleichzeitig aber auch in die Zukunft schauen: Der nächste Aufschwung kommt bestimmt, und dann sollen sie bereit sein.

Dr. Ingrid Kissling-Näf, Leiterin der KTI und Vizedirektorin BBT.

D ie

KTI unterstützt innovative Projekte mit guten Erfolgsaussichten am Markt. Frau Dr. Ingrid Kissling-Näf, Leiterin der KTI und Vizedirektorin BBT, gab dazu detailliert Auskunft.

Das Wort «Innovation» steckt in aller Munde. Was verbindet die KTI mit diesem Ausdruck? Unter Innovation, Kreativität versteht jeder etwas anderes. Gemeinsamer Nenner ist schöpferisches Denken und Handeln, das zu einer Problemlösung und einem Produkt oder einer Dienstleistung auf dem Markt führt. Solche, im Markt erfolgreichen «Problemlöser» peilt die KTI an, indem sie die Kooperation zwischen Wirtschaft und Wissenschaft tatkräftig in die Wege leitet. Produkte und Technologien sind zunehmend komplexer, schnelllebiger. Umso mehr werden das Zusammengehen von Unternehmen und Hochschulen sowie der Zugang zu neuestem Wissen zum zentralen Wettbewerbsfaktor, um auf globalen Märkten zu überleben. Das Motto lautet also: «Gemeinsam sind wir stärker.» Dazu braucht es jedoch Partner entlang der ganzen Wertschöpfungskette. Dazu schuf die KTI im Jahr 2005 die regional und thematisch ausgerichteten WTT-Konsortien. Sie knüp-

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fen Kontakte zwischen Unternehmen und Forschungsinstitutionen und beraten Interessenten, wie sie an KTI-Projekte kommen, helfen Firmen, ihre Technologiebedürfnisse zu kommunizieren, und unterstützen Forscher auf der Suche nach Umsetzungspartnern. Die KTI ebnet Unternehmen auch den Zugang zu internationalen Netzwerken und Programmen, finanziert diese Projekte nach KTI-Regeln, falls die Wertschöpfung in der Schweiz und die Marktposition der Schweizer Projektpartner gestärkt wird. Die KTI ist für alle Disziplinen offen. Wie schafft sie es, das weite Technologiespektrum der eingehenden Gesuche objektiv zu beurteilen? Die Trumpfkarte der KTI sind ihr Netzwerk von erfahrenen Experten aus technischen und Sozialwissenschaften, Management und Finanzwelt, welche die Projektvorschläge als neutrale Fachleute beurteilen können. Entscheidende Kriterien sind der Innovationsgehalt aus technischer und wissenschaftlicher Sicht und die Erfolgsaussichten für die Umsetzung im Markt, wobei beachtet wird, dass ein Vorhaben nicht schon anderweitig gefördert wird. Die Weltwirtschaft steckt in der Krise, Geld wird immer knapper. Können wir uns Innovation überhaupt noch leisten? Wie uns die Geschichte zeigt, entstanden Innovationen oft in Zeiten wirtschaftlicher Unsicherheit und finanzieller Einschränkungen, die

dann zu erfolgreichen Produkten führten, sobald die Wirtschaftslage sich wieder normalisierte. Innovation ist in Krisenzeiten noch wichtiger als bei gutem Geschäftsgang. Zudem ist die Stärkung der Innovation ein effizientes Mittel, um sich gegen Niedriglohnländer wie China oder Indien im Markt zu behaupten. Die KTI setzt bewusst auf KMU, denn dank ihrer Dynamik und Beweglichkeit dürften sie die nächste Innovationswelle auslösen. Und wie sehen unsere Hausaufgaben für die nächste Zukunft aus? Unternehmen müssen sich auf das kurzfristige Überleben konzentrieren sowie langfristig auf eine stabile Positionierung in den globalen Märkten. Sicher ist nun der ideale Zeitpunkt, gezielt in die Aus- und Weiterbildung der Mitarbeitenden zu investieren, damit sie beim Aufschwung mit neuestem Wissen gerüstet sind. Generell gilt es, intern die Kultur des Ideen- und Wissensaustauschs zu fördern. Mehr denn je wird in Zukunft die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens davon abhängen, wie gut es mit den richtigen akademischen Partnern vernetzt ist und ob es das dadurch entstehende Wissen optimal umzusetzen weiss. Auch in Zeiten wirtschaftlicher Flaute gilt: Unternehmen müssen wachsen, oder sie verschwinden. Der beste Weg zu wachsen führt über Innovation. Dazu bietet die KTI mit ihren Experten [bf] Hand. Das Interview führte Elsbeth Heinzelmann

Mikrosystemtechnik

Möglichkeiten und Grenzen der Modellbildung Die Mikrosystemtechnik (MST) wird für die Schweizer Industrie immer wichtiger. In Zukunft werden auch KMUs diese Technologie für die Entwicklung neuer oder die Verbesserung bestehender Produkte und Verfahren vermehrt nutzen. Es gibt bereits unzählige Geräte und Anwendungen, in denen Mikrosysteme eine zentrale Rolle spielen, unter anderem in der Kommunikationstechnik, im Maschinen- und Anlagenbau, in der Umwelttechnik, der Chemie und Pharmazie, der Energietechnik, der Logistik, der Haus- und Gebäudetechnik, im Automobilbau und in der Medizintechnik [1].

D ie unterschiedlichsten und gekoppelten physikalischen Wirkprinzipien in Sensoren und Aktoren sowie der meist hybride Aufbau der Systeme führen zu einem komplexen Systemverhalten und damit zu einem hohen Entwicklungsaufwand. Entwurf, numerische Modellierung, Simulation und Modellvalidierung sind wichtige Schritte im Entwicklungsprozess, um häufige Redesigns zu vermeiden, die Entwicklungszeiten zu verkürzen sowie gleichzeitig die Leistungsfähigkeit der Mikrosysteme zu verbessern. Ein gutes Beispiel ist der durch ABB Ladenburg entwickelte paramagnetische Sauerstoffsensor [2].

Know-how zur Modellierung Die Theorie des Bilanzierens von physikalischen Flussgrössen – zum Beispiel der Impulsstromdichte im mechanischen Modell – erlaubt eine konsistente Behandlung aller klassisch physikalischen Effekte (Multiphysik) und ist damit Grundlage zur Spezifikation der Modelle und Simulationsalgorithmen, vgl. [3].

Autor Prof. Dr. Hans Ulrich Schwarzenbach, ZHaW Zürcher Hochschule für angew. Wissenschaften

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Paramagnetischer Sauerstoffsensor: Sauerstoff, als eines von wenigen Gasen ist paramagnetisch mit positiver Suszeptibilität. Dadurch lässt sich durch ein Magnetfeld verursachtes mechanisches Moment auf einen Probekörper messtechnisch auswerten, vgl [2]. Oben links Funktionsprinzip, oben rechts die von ABB realisierte integrierte Lösung. Unten links Bild des mechanischen Federsystems, unten rechts das von NM Numerical Modelling GmbH entwickelte Federmodell.

Der Überblick über die numerischen Diskretisierungsverfahren (z. B. Finite Elemente Methode) ermöglicht die Fall bezogene Auswahl. Im genannten Beispiel werden für das mechanische Verhalten des Federsystems Schalenelemente für geschichtete Strukturen eingesetzt, für den Magnetkreis kommen zwecks Reduktion des Rechenaufwandes bei der Sensoroptimierung Elemente mit reduziertem und totalem magnetischen Poten-

zial zur Anwendung. Dies trägt dem Sprung der magnetischen Permeabilität beim Übergang vom Magnetflusskonzentrator zur Einströmkammer Rechnung. Die Berechnung der Schrittantwortzeit des Systems verlangt die Simulation des dynamischen Verhaltens einer zweikomponentigen Gasströmung.

Multiphysics Software Heutige Simulationsumgebungen für industrielle Bedürfnisse sind

Auf der Coventor Software basierte Simualtionsumgebung der Firma IntegramPlus [4]; Darstellung der Methodologie.

komplex (siehe Abb.). Im Anwendungsbeispiel sind die Simulationsbereiche für die Mechanik, für den Magnetkreis und für die Fluidströmungen nicht deckungsgleich und bis auf das mechanische Federsystem nicht durch die Chipstrukturen gegeben. Also lassen sich die verschiedenen Berechnungen nicht vollständig automatisieren. Der CAE-Spezialist ist für die Geometriespezifikation gefordert. Ausserdem können die Verarbeitungszeiten bei automatisierten Optimierungsrechnungen die HardewareRessourcen sprengen.

SESES ist eine Multiphysics Software zur Simulation von gekoppelten physikalisch/chemischen Effekten [3]. Im Gegensatz zur Coventorsoftware besteht SESES nur aus einem Kernelprogramm, welches zweistufig zum Einsatz kommt. In einem ersten Schritt wird aus der symbolischen Modellund Algorithmusspezifikation über einen Built-in Compiler laufzeitoptimierten Maschinencode generiert. Im zweiten Schritt wird dieser dann numerisch ausgeführt. SESES deckt Kopplungen innerhalb und zwischen Mechanik, Elektrodynamik, Fluid- und Thermodynamik ab.

Konzept der Arbeitsteilung Am Winterthurer Institute of Computational Physics [5] wird die SESESSoftware im Rahmen von Forschungsprojekten in den HightechFeldern Sensorik, Aktorik, Brennstoffzellen, Batterien, Solarzellen, Materialherstellungsverfahren nach den anwendungsspezifischen Bedürfnissen laufend weiter entwickelt. Die Finanzierung erfolgt über KTIProjekte. Diese Kosten können von

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Oben links: Das kundenspezifische Benutzerinterface (GUI) erlaubt komplexe Analysen um verschiedene Designvarianten leicht miteinander vergleichen zu können. Oben rechts: Die Inputmaske für den Sensorlayout erlaubt eine einfache Eingabe der relevanten Designparameter. Unten links: Darstellung des zeitabhängigen elektrischen Sensorsignales; für Postprocessing-Zwecke können beliebige Matlab-Funktionen im Tool ohne zusätzliche MatLab-Lizenzkosten eingebunden werden. Unten rechts: Detailierte Visualisierung des gerechneten Magnetfeldes im und um den Sensor.

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Mikrosystemtechnik

Ausbildung zum Thema Tagung der ITG Fachgruppe Hardware-Technologie im Rahmen der Trilogie «Elektronik der Zukunft»

Organische Elektronik aus erster Hand Bildschirme – Raumbeleuchtung – Solarzellen – Sensoren – etc. Inhalt und Ziel: Diese Tagung gibt einen Einstieg in die Funktionsweise der Materialien, der bis heute entwickelten Bauteile, Fertigungsverfahren und verfügbaren Modellierungsmethoden. Der zweite Teil der Tagung gibt einen Überblick über erfolgreich umgesetzte Anwendungen. Datum und Ort: Donnerstag, 2. Juli 2009, 9 bis 17 Uhr, ZHAW Winterthur Kosten: ab CHF 300.– (je nach Mitgliederkategorie) Details: www.electrosuisse.ch/itg Auskunft und Anmeldung: Electrosuisse, Luppmenstrasse 1 8320 Fehraltorf, Tel. 044 956 11 83, E-Mail: itg@electrosuisse.ch, MAS NMT Master of Advanced Studies in Nano and Micro Technology. Einwöchiger Kurs für Computer Aided Engineering, 25.–29. Mai 2009, ZHaW, auch für Konstrukteure industrieller Anwendungen. Mehr Informationen: hansueli.schwarzenbach@zhaw.ch; www.nanofh.ch/nmt-master/brochure.html

KMUs kaum übernommen werden. Die 2D-Vollversion in kartesischen Koordinaten wird In der Ingenieurausbildung an der ZHaW eingesetzt (Free download Version [3]). Die Firma NM [6] setzt die allgemeine 3D SESES-Vollversion als vorkonfigurierte Komponente in kundenspezifischen Simulatoren ein, welche nur für eine Problemklasse aufgesetzt sind und daher ohne Know-how in der Modellierung genutzt werden kann. Hierzu kommen je nach Kundenwunsch Excel oder Matlab als Benutzeroberfläche und als Driver zur Ansteuerung des SESES-Berechnungskernels und zur Datenvorund Nachbearbeitung zum Ein-

satz. Die damit etablierte Arbeitsteilung zwischen CAE-Spezialist für den Modellbau und dem Mikrosystementwickler für die Simulation und die Optimierung ermöglicht selbst KMUs die Nutzung numerischer Methoden ohne eigene Numerikspezialisten. Als Beispiel ist das Benutzerinterface eines Simulators zur Entwicklung von induktiven Drehzahlsensoren dargestellt.

Durchgehende Entwicklungsumgebungen nötig Heute nutzen noch wenig KMUs die Möglichkeiten der Mikrosystemtechnik [1]. Ein Grund dafür ist, dass zur Systementwicklung keine vollständig durchgehenden Entwick-

lungsumgebungen existieren, wie dies beim analogen IC-Design in der Elektronik der Fall ist (EDA Electronic Design Automation). Im Rahmenprogramm Mikrosysteme 2004 bis 2009 des Deutschen Bundesministeriums für Bildung und Forschung [1] wurde bei Programmstart Handlungsbedarf zur Einführung von MST bei KMUs vor allem in den Bereichen der Modellgenerierung, der Bereitstellung leistungsfähiger Optimierungsverfahren, der Definition von Schnittstellen zwischen unterschiedlichen Tools sowie des Füllens von Lücken im Entwurfsprozess durch Entwicklung zusätzlicher Werkzeuge ausgewiesen. Heute ist das vorgestellte Konzept der Arbeitsteilung Antwort auf die vor 2004 formulierten Erwartungen. Das Konzept hat sich auch beim Einsatz konventioneller Herstellungsverfahren in Sensorik und Aktorik bewährt, ebenfalls bei Packaging-Problemlösungen, wo konventionell und mikrosystemtechnisch gefertigte Komponenten zu[mg] sammenwirken. Referenzen: [1] www.bmbf.de/pub/↵ mikrosysteme.pdf [2] www.ama-sensorik.de/↵ media/downloads/↵ 8/2007_10_elektronik_2.pdf [3] NM SESES Manual, 2008; www.nmtec.ch [4] www.integramplus.com [5] www.icp.zhaw.ch [6] www.nmtec.ch

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Innovation

Robotik

Der flinke Miniroboter für Mikrokomponenten Die Tendenz geht eindeutig in Richtung stets kleinerer und höher integrierter Produkte, was die Anforderungen an die Platziergenauigkeit der Komponenten für Aufbau und Montage erhöht. Der Druck zu hoher Qualität und rascher Verarbeitung verlangt für die Mikromontage Automatisierungstechnologien, die nicht nur bei Grossstückzahlen eine rentable Verarbeitung erlauben.

D elta-Roboter sind dank Parallelkinematik flinke Gesellen. Rund um den Erdball füllen sie im Blitztempo Pralinen und Kekse in bis zu 20 verschiedene Blisterpackungen, schaffen 150 Pick & Place-Prozesse in der Minute. Doch noch anspruchsvoller wird ihr Job, wenn es sich um Mikrokomponenten handelt. Im Trend liegen hybride Mikrosysteme. Aus mehreren funktionalen Komponenten zusammengebaut oder als Kombination unter-

Infos Autorin: Elsbeth Heinzelmann Journalistin Technik und Wissenschaft Das Projekt wurde unterstützt durch die Förderagentur für Innovation KTI: www.kti-cti.ch www.asyril.ch www.csem.ch www.hti.bfh.ch

Innovation

Dr. Alain Codourey, Managing Director der Asyril SA, erläutert das Potenzial des neuen Zuführsystems für die Mikrofabrik. (Bild: Elsbeth Heinzelmann)

schiedlicher Materialien ermöglichen sie innovative Produkte für diverse Anwendungen. Doch erfordert die Montage der Mikrokomponenten eine Präzision, die manuell kaum noch reproduzierbar ist. Eine clevere Lösung bietet der ebenfalls mit Parallelkinematik ausgerüstete PocketDelta. Pro Sekunde handhabt er zwei bis drei Teile von 0,3 mm Durchmesser, und dies rasch, flexibel und präzis.

Pick & Place im Auge der Kamera Der weltweit kleinste Delta-Roboter feierte sein Debüt im Herbst 2007 an der Hannover Messe und erhielt den Swiss Technology Award 2007 für Technologieinnovationen in Verarbeitungsprozessen. Indem er winzige Komponenten mit bis zu drei Zyklen pro Sekunde und einer Genauigkeit von 5 Mikrometer hand-

habt und zu einer ganzen Produktions- oder Montageanlage aufgebaut auf einem Bürotisch Platz findet, legt er die Basis für die Mikrofabrik der Zukunft. Entstanden ist das Roboterchen als Gemeinschaftswerk der Robotikspezialisten um Professor Alain Codourey am CSEM und Ingenieure der Hochschule für Technik und Informatik (BFH-TI) Biel. Inzwischen gründete Alain Codourey seine eigene Firma, die Asyril SA bei Romont. Angesiedelt bei der CPA Group, nutzt er Synergien mit der auf technische Planung, Industrieautomation und -elektronik spezialisierten CPAutomation SA. Um den Roboter auf die industriellen Bedürfnisse weiterzuentwickeln, schlossen sich die ehemaligen Entwicklungspartner erneut in einem Projekt zusammen, unterstützt von der Förderagentur für Innovation

Innovation

Robotik

KTI. Ziel war, einen universellen Greifer zu konzipieren und ein flexibles Zuführsystem mit Vision Feedback, das im Pick & PlaceKonzept lose Teile in den Arbeitsbereich des Roboters führt.

Verknüpfung bester Köpfe für Spitzenresultat Asyril-Mitarbeiter Patrick Oppliger widmet sich der Mechanikentwicklung. (Bild: Elsbeth Heinzelmann)

Detail des PocketDelta-Zuführsystems. (Bild: Elsbeth Heinzelmann)

Sébastien Perroud, «geistiger Vater» des PocketDeltas, arbeitet an der Integration einer vierten Achse. (Bild: Elsbeth Heinzelmann)

Ein erster Schritt galt der Steuerung des Rechners und dem Datenmanagement, also der Datenakquisition und -verarbeitung für Produktion und Montage. Dazu realisierte die Equipe für jedes einzelne Modul eine Steuerelektronik und verband dann die Module miteinander durch einen Ethernet-Bus. So kann ein zentraler PC die gesamte Mikrofabrikationskette lenken. Das CSEM erarbeitete die Steueralgorithmen und die Vision-Aspekte, ertüftelte die Detektion der Komponenten mit einer Webcamera. Aufgabe der BFH-TI Biel war es, das Design für Zuführsystem und Greifer zu entwickeln sowie das Vibrationskonzept der Komponentenzuführung. Die Ingenieure der CPAutomation kümmerten sich um die Spezifikationen und erledigten die Tests. Mittlerweile testen ausgewählte Kunden die ersten PocketDeltas in verschiedenen Anwendungen. Ein handflächengrosser Behälter, der auch zur Lagerung der Mikrokomponenten dient, führt dem System die Teile zu, ein Visualisierungssystem registriert Ort und Orientierung. Die kleinsten Komponenten

messen 0,3 mm im Durchmesser, Drähte sind noch feiner. Das mit vier Freiheitsgraden ausgerüstete System handhabt Komponenten im Pick & Place-Verfahren mit einer Geschwindigkeit von zwei bis drei Teilen pro Sekunde. Als optimal erweist sich die parallele Anordnung der einzelnen Achsen und Gelenke. Sie ergibt kompakte und steife Strukturen, was zu einem besseren Nutzlast-Eigenlast-Verhältnis führt, damit eine höhere Präzision und dank geringeren bewegten Eigenmassen eine höhere Dynamik erzielt. Die Motoren sind am Stützrahmen befestigt und bewegen sich nicht mit dem Roboter, womit die für Getriebe üblichen Phänomene wie Spiel und Elastizität vermieden werden.

Kostengünstig und massgeschneidert Der PocketDelta ist so konzipiert, dass er sich leicht in eine bestehende Fertigungsumgebung integrieren lässt. «Der Kunde kann eine manuelle Station schrittweise automatisieren, ausgehend vom Modul, welches mit dem Bediener interagiert, bis zur kompletten automatischen Produktions- oder Montagelinie», erklärt Alain Codourey, der an der BFH-TI nebenbei Robotik für Mikrotechniker unterrichtet. «Dank modularem Aufbau steht es dem Anwender frei, das System rasch an veränderte Bedürfnisse anzupassen.»

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PocketDelta, einer der schnellsten und präzisesten Roboter weltweit, ist der ideale Helfer, wo kleinste Objekte rasch und hoch genau Positionen wechseln müssen. (Bilder: Asyril)

Das dank Design und Programmierung flexible Roboterchen erschliesst ein weites Spektrum von Einsatzmöglichkeiten, sei es für die Montage von Uhrenkomponenten oder die Schmierung von Uhren, das Assembly von MEMS/MOEMS, Mobiltelefonkameras und kleinen elektronischen Komponenten, die Verpackung von Medikamenten. Denkbar ist ebenso die Handhabung von Flüssigkeiten und biologischem Material, beispielsweise dem individuellen Sortieren von biologischen Zellen. Um für den medizintechnischen Bereich «fit» zu sein, gewährleistet der PocketDelta eine zuverlässige Produktionsumgebung der

Reinraumklasse 10 000 (US Federal Standard 209e). Hohe Präzision und Geschwindigkeit garantieren optimale Qualität und Produktivität. Der Pocket Delta hilft Kosten zu senken, besonders mit geringerem Energieverschleiss. «Für die Handhabung kleiner Teile geht mit herkömmlichen Technologien die meiste Energie verloren, um die Systemstrukturen zu bewegen, selbst wenn die manipulierten Komponenten noch so klein sind», so Alain Codourey. «Mit seinen geringen Abmessungen reduziert der PocketDelta das Volumen des ganzen Systems, denn je kleiner der Produktionsraum, umso grösser die Energieersparnis, speziell wenn der Fertigungsprozess im Reinraum abläuft.» Meist steht die Montage am Ende der betrieblichen Wertschöpfungskette, erfordert damit hohe Zuverlässigkeit. Die Zukunft gehört Systemen wie dem PocketDelta, die – rasch, hoch präzis, sauber und kompakt – unter industriellen Bedingungen hohe Reproduzierbarkeit und Prozessstabilität garantieren und dabei wirtschaftlich arbeiten. Wer dem PocketDelta zuguckt, mit welcher Geschwindigkeit er Winzlinge zielsicher handhabt, fragt sich, wieso wir heute noch riesige Werkhallen benutzen, um diese herzustellen. Die Mikrofabrik wittert Morgenluft. [bf]

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Robotik

Die Reduzierung der Umweltauswirkungen ist oft mit Kosteneinsparungen verbunden, insbesondere wenn es um das Einsparen von Energie geht, einem Schlüsselelement bei der Verbesserung der Umweltsituation. Tatsache ist, dass die Steigerung der Energieeffizienz zurzeit einer der grössten Trends in der Industrie ist. In der Kunststoffindustrie helfen Roboter dabei, die Energieeffizienz zu steigern, indem sie die Prozesse präziser und effizienter gestalten und auch selbst immer präziser und effizienter werden.

Roboter im Dienst der Umwelt U m eine Verbesserung der Energieeffizienz zu erreichen, müssen Industriebetriebe nicht nur die Investitionskosten, sondern die Lebenszykluskosten betrachten. «Die meisten Kunststoffverarbeitungsanlagen können ihre Energiekosten durch eine Kombination aus kostenlosen, kostengünstigen und Investitionsmassnahmen um 10 bis 30% senken», sagt Santiago Archila, Leiter der Werksplanungsgruppe bei Husky Injection Molding Systems in Kanada. Die Gruppe ist spezialisiert auf den Bereich Werkseffizienz und befasst sich mit der Frage, wie die Maschinen effizienter eingesetzt werden können – ein Bereich mit grossem Einsparpotenzial. Durch geschickte Planung lässt sich die Anzahl der notwendigen Maschinen reduzieren und mehr Energie einsparen. Die Hersteller von Spritzgussmaschinen versuchen, die Energieeffi-

zienz des gesamten Prozesses zu verbessern. Die Wahl der Maschine, Giessform, und Peripheriegeräte – alles greift ineinander, und bei der richtigen Wahl und dem richtigen Installationsprozess können sowohl der Energie- als auch der Materialverbrauch (d. h. die Zahl der Ausschussteile) reduziert werden. Durch Optimierung des Prozesses und Reduzierung der Stillstandzeiten sowie durch die Verkürzung der Einricht-, Aufwärm- und Anfahrzeiten werden unproduktive, energieintensive Phasen verkürzt. Hier spielt nicht nur die Wartung der Giessform und der Maschine eine wichtige Rolle, sondern auch gut funktionierende Automatisierungslösungen können einiges bewirken.

Weniger Energie pro gefertigten Teil Ein bedeutender Trend in der Kunststoffindustrie ist die zuneh-

Autoren Anna Liberg und Malin Rosqvist, ABB Robotics, Västerås, und Alexander Farnsworth, Freier Autor, Stockholm.

20 Innovation

mende Verlagerung von hydraulisch angetriebenen zu elektrischen Spritzgussmaschinen. Ein Vergleich zwischen hydraulischen und elektrischen Spritzgussmaschinen mit einer Kapazität von 160 Tonnen im Rahmen einer vom schwedischen Kunststoff- und Ausrüstungslieferanten Materialdepån durchgeführten Studie ergab bei gleicher Betriebsstundenzahl im Jahr einen Betriebskostenvorteil einer elektrischen Maschine von 7000 USD. Bei der gleichen Zahl an Betriebsstunden lag der Stromverbrauch der hydraulischen Maschine bei 16 kWH, der der elektrischen Maschine hingegen bei nur 7 kWh. Laut dem japanischen Spritzgussmaschinenhersteller Toyo können Nutzer von elektrischen Maschinen Energieeinsparungen zwischen 30 und 70% erwarten. Vergleicht man eine hydraulische Spritzgussmaschine mit einer Kapazität von 80 Tonnen mit einer elektrisch angetriebenen Maschine, ergeben sich daraus bei gleicher Betriebsstundenzahl Einsparungen von bis zu 4600 USD im Jahr (die Kosten für Hydrauliköl und Schmiermittel eingerechnet). Der Stromverbrauch der hydraulischen Maschine be-

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Ein Roboter vom Typ IRB 4400 bei Axjo in Schweden entnimmt Gussteile aus der Spritzgiessmaschine und montiert Kunststoffrollen. (Bild: Alexander Farnsworth)

trägt 5,65 kWh, während die elektrische Maschine lediglich 1,85 kWh benötigt. Überträgt man diese Zahlen auf mehrere Spritzgussmaschinen, so ergeben sich durchaus beträchtliche Einsparungen. Mit dieser Erkenntnis einher geht ein wachsendes Bewusstsein für die Rolle der Elektromotoren in der Industrie. Cantex Inc., einer der führenden Hersteller von Rohren aus Polyvinylchlorid (PVC) in den USA, hat drei seiner 18 Extruderlinien mit Industrial Drives von ABB nachgerüstet, die zuvor von Gleichstromantrieben eines anderen Anbieters angetrieben wurden. Durch die Nachrüstung der Antriebsmotoren für die Mischschnecken der drei Extruder mit DC-Stromrichtern von ABB mit 75 kW, 90 kW und 110 kW konnte das Unternehmen seine Produktion um 30% steigern.

Von ABB-Robotern lackierte Autoteile bei D&M in Melbourne, Australien.

Ausschussreduktion = Abfallreduktion = Energieeinsparung

matisieren Zelle in seinem Werk im schwedischen Skara lag die Ausschussquote bei 150 zu 1 Million (Teilen, die an Kunden ausgeliefert wurden). Nach Installation der Roboter sank die Zahl auf 50 zu 1 Million, was einen entscheidenden Vorteil in der wettbewerbsintensiven Automobilindustrie bedeutet. Eine Verbesserung der Qualität bedeutet weniger Ausschuss und einen geringeren Materialverbrauch. «Um von einem teuren Land wie Schweden aus auf dem Weltmarkt konkurrieren zu können, müssen

Ein anderer bedeutender Trend bei Produktionsprozessen ist die Ausschussreduzierung. Hier liegt auch einer der Hauptvorteile beim Einsatz von Roboterzellen. International Auto Components (IAC), ein Tier-1-Zulieferer1) der Automobilindustrie, gehört zu den Unternehmen, die ihr Abfallaufkommen durch den Einsatz von Robotern erfolgreich reduzieren konnten. Vor der Installation der neuesten auto-

Hochpoliger Steckverbinder nach MIL-C-26482 SerieI von ITT Rundsteckverbinder von ITT Cannon der Baureihe KPT/KPSE zeichnen sich durch ihre miniaturisierte Bauform aus und verfügen über eine 3-PunktBajonettkupplung mit Fünfkeilpolarisation. Durch die Vielseitigkeit der gesamten Baureihe ist der Einsatz fast überall möglich. Die Features: Aluminiumlegierung, leitender olivgrüner Chromatüberzug, Polzahlen von 2- bis 61-polig, Anschlussquerschnitt von AWG 16 bis 24, robustes und platzsparendes Gehäuse, Betriebstemperatur –55 bis 125°C, für Löt- oder Crimpkontakte.

Federkrafttechnologie von SAURO IAC in Schweden setzt zwei Roboter vom Typ IRB 2400 zum Wasserstrahlschneiden von Autoinnenraumteilen ein. (Bild: Pontus Johansson)

Die neue MCQ-Familie von Anschlussklemmen ermöglicht eine schnelle, flexible Verdrahtung. Die Federkrafttechnologie erlaubt es, flexible Litzen anzuschliessen, indem die Federöffnung gedrückt wird. Bei starren Leitern oder solchen mit Aderendhülsen ist das Betätigen nicht erforderlich – es reicht, den Draht einfach in die Klemmleiste zu drücken. Die neue MCQ-Serie mit 12 A Nennstrom ist im Rastermass 5,0 / 5,08 /10,0 /10,16 mm und bis 18-polig erhältlich. Was Sauro besonders auszeichnet, ist die Drahthaltekraft von min. 250 N und dass alle Kontaktstifte als Kupferlegierung hergestellt werden – also nicht eisenhaltig!

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Robotik

Mit der ABB RobotStudio-Software können die Bewegungen des Roboters zuerst auf dem Computer in einer virtuellen 3 D-Umgebung programmiert werden.

Schlagfestigkeit und Alterung ebenbürtig sind. Die Herstellung solcher Teile erfordert nicht nur die Verwendung von Einsätzen aus Glasfaser, Metall und Textilien, sondern auch eine kontrollierte Bewegung von Kunststoffteilen zwischen verschiedenen Prozessen mit Pressen, Giessmaschinen und sekundären Formvorgängen. Dies lässt sich nur mit sechsachsigen Robotern erreichen, da die Teile während des gesamten Prozesses präzise positioniert werden müssen. Daher spielen sechsachsige Roboter eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung wohlgeformter, umweltfreundlicher Produkte.

Schlanke Fertigung wir so effizient wie möglich sein, und diese Roboter liefern uns Effizienz, Qualität und schaffen Vertrauen in unsere Produkte. Roboter sind ein Muss in unserer Branche», so Steve Hammond, Werksleiter bei IAC in Skara. Ein weiteres Beispiel für die Steigerung der Produktivität durch Roboter liefert First Engineering in Singapur. Das Unternehmen produziert hochpräzise Giessformen und Kunststoffteile für Hightech-Produkte wie Festplattenlaufwerke und PC-Peripheriegeräte. Seit der Installation eines sechsachsigen ABB-Roboters stieg die Produktionsleistung des Unternehmens um 75% von 170 000 auf 300 000 Teile im Monat. Die Teilequalität wurde verbessert, der Personalaufwand wurde reduziert, und die Energie wird nun effizienter genutzt.

Optimierte Zykluszeiten Es gibt natürlich noch weitere Möglichkeiten, Energie im Produktionsprozess einzusparen. Mit Machine Sync bietet ABB ein energie- und zeitsparendes System, mit dem sich die Produktionsleistung in der robotergestützten Fertigung durch Überlappung des Workflows von Roboter und Maschine weiter verbessern lässt. Dies wird durch koordiniertes Öffnen und Schliessen der Maschine zur Entnahme der Kunststoffteile aus der Giessform erreicht. Das Ergebnis sind kürzere Zykluszeiten

Innovation

und höhere Stückzahlen. Ausserdem hilft die Synchronisation dabei, den Verschleiss der Roboter zu reduzieren und Kollisionen zu vermeiden. In einer typischen Anwendung mit einem Shelf-Roboter vom Typ IRB 6650 und einer Spritzgussmaschine mit einer Kapazität von 300 Tonnen liegt die Zeitersparnis bei der Herstellung und Entnahme eines typischen Automobilteils durch synchronisiertes frühes Öffnen und Schliessen bei 10%. Überträgt man diesen Wert auf eine Maschine, die das ganze Jahr rund um die Uhr in Betrieb ist, können bei einer Entnahmezeit von 10 Sekunden und einer kompletten Zykluszeit von 30 Sekunden 35 000 Teile mehr produziert werden.

Leichter und sparsamer Ein weiterer Trend, der sich auf die Kunststoffindustrie auswirkt, ist die Forderung nach leichteren Fahrzeugen, die weniger Energie verbrauchen. Dies stellt die Automobilindustrie ebenso wie ihre Zulieferer vor die grosse Herausforderung, von den stahl- und aluminiumbasierten Materialien auf leichtere Magnesium- und Kunststoffverbundwerkstoffe umzuschwenken. Zurzeit werden neue Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen aus Glasfaser, Textilien und Metallen untersucht, um Eigenschaften zu erzielen, die denen von Metall im Hinblick auf Steifigkeit,

Gegossene, tiefgezogene oder geschäumte Teile werden vornehmlich mit Hilfe von Laser-, Wasserstrahloder mechanischen Schneidverfahren geschnitten, entgratet und gebohrt. Beim Einrichten durch Ausprobieren (Trial and Error) geht für gewöhnlich viel Energie verloren, und es wird eine Menge Ausschuss produziert, was durch die vorherige Simulation des Prozesses vermieden werden könnte. Die Simulation der Roboterbewegungen vor der Inbetriebsetzung ist ein Beispiel für schlanke Fertigung. Das ABB-Softwaretool RobotStudio bietet Anwendungsingenieuren die Möglichkeit, die Bewegungen des Roboters zunächst in einer virtuellen 3D-Umgebung auf dem Computer zu programmieren, die einzelnen Schritte zu optimieren und dann die Informationen direkt an den Roboter zu übertragen. Der Vorteil: kein Ausschuss durch Ausprobieren, wodurch wiederum Material und Energie eingespart werden. Bei der Installation einer Montagelinie zur Fertigung verschiedener Varianten von Sicherungs-Lasttrennschaltern beim schwedischen Unternehmen ABB Kabeldon nutzte der Systemintegrator AVT-Specma die RobotStudio-Software, um den komplexen Prozess im Voraus zu simulieren, wodurch nicht nur eine erhebliche Menge an Energie und Material, sondern auch viel Zeit für den Integrator und den Kun-

Robotik

den eingespart werden konnte. Sämtliche Tests wurden in einer virtuellen Umgebung durchgeführt, bevor das Programm in die Robotersteuerungen hochgeladen wurde.

Rohmaterialeinsparungen Kunststoffe in allen Formen und Grössen erhalten ihre letzte Behandlung in der Lackiererei, wo zweifellos ein Potenzial für Energieeinsparungen und Abfallreduzierung besteht. Das Auftragen von Lack ist ein schwieriger industrieller Prozess. Mit Hilfe eines Roboters lässt sich der gesamte Lackierprozess optimieren und der Lackverbrauch minimieren. Zu diesem Zweck hat ABB ein Luftzirkulationssystem in Verbindung mit einem hochmodernen, energiesparenden Prozess für Lackierkabinen entwickelt, der den einschlägigen Umweltvorschriften entspricht. Die Lösung verbindet die Aspekte Luftzirkulation, Lösungsmittelentsorgung und Energieeinsparungen miteinander, indem sie die Menge an verbrauchter Frischluft und somit den Energieverbrauch um den Faktor 10 reduziert. Mit automatischen Systemen lassen sich im Vergleich zu menschlichen Arbeitern bis zu 30% des Lacks einsparen. Der neue nicht elektrostatische Zerstäuber Robobel021-MINI reduziert den Lackverbrauch um bis zu 30%. Er ist kompakt, leicht und eignet sich für alle Anwendungen, in denen kleine Kunststoffteile von kleinen Robotern lackiert werden. Neue Lackiermethoden ermöglichen eine Verdopplung der Durchflussmenge pro Zerstäuber, sodass die Anzahl der Zerstäuber und Lackierroboter um die Hälfte reduziert werden kann. Das bedeutet, dass die Lackierkabine um 50% verkleinert werden kann und sich die für die Lackierung erforderliche Zeit um die Hälfte verkürzt, was wiederum zu einer Reduzierung des Energiebedarfs, Lackverbrauchs und CO2-Ausstosses führt. Bei nahezu allen Aspekten des Produktionsprozesses, sei es beim Spritzgiessen, Blasformen, Extru-

dieren oder bei nachfolgenden Anwendungen wie Schneiden und Lackieren, kann die robotergestützte Automatisierung zur Steigerung der Energieeffizienz beitragen. In jedem Schritt zur Herstellung eines Kunststoffprodukts lässt sich Energie einsparen – und alle Einsparungen sind wichtig, ganz gleich ob in Form von optimierten Zykluszeiten, gespartem Rohmaterial, reduziertem Ausschuss oder indem die

Herstellung leichterer Produkte ermöglicht wird. Das ist Optimierung [mg] im Dienste der Umwelt.

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Innovation

Antriebstechnik

Elektrokinese als Trick für neuartige Mikropumpen Eine Mikropumpe, die dank einem elektrokinetischen Pumpprinzip ein einfaches Design aufweist, funktioniert ohne bewegliche Teile und ist in Spritzgusstechnik kostengünstig herstellbar. Angepeilt ist vor allem der Einsatz in Brennstoffzellen für portable Elektronik.

Bild 1: Herzstück der Mikropumpe ist ein kompaktes, thermisches verschweisstes Sandwich, das die Elektroden, Membranen und polarisierbaren Elemente zu einer pumpenden Einheit verbindet. (Bild Osmotex)

tüftelten, ahnten sie wohl kaum, dass ihr Geistesblitz eines Tages im Herzen der Zentralschweiz Gestalt annehmen würde. Die Forscher waren einem elektrokinetischen Phänomen auf die Spur gekommen, mit dem sich hoch skalierbare und leistungsarme Aktoren fertigen lassen, die keine beweglichen Teile und hohe Spannungen benötigen. Das war die Grundlage für ein «Mini-Kraftwerk», das in portablen Geräten Batterien oder Akkus ersetzen könnte. Die Norweger gründeten in Bergen das Start-up Osmotex und suchten sich einen in Mikrofluidik, Elektrokinetik und Mikrointegration versierten Partner, um ihre Idee mikrotechnisch zu verwirklichen.

Wissen unter einem Dach

Bild 2: Die Mikropumpe fasst die pumpende Einheit in einem Gehäuse und bietet einfache fluidische und elektrische Anschlüsse. (Bild Osmotex)

A ls Ende der 90er-Jahre Mikrotechniker der Norwegian University of Science and Technology (NTNU) an einer innovativen Mikropumpe

Infos Autorin: Elsbeth Heinzelmann Journalistin Technik und Wissenschaft www.csem.ch www.osmotex.ch

Innovation

Doch es war nicht trivial, alle Kompetenzen in einer Hand zu finden. Nach Recherchen in Europa und Amerika fiel ihre Wahl schliesslich auf das CSEM (Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique) in Alpnach. Die Crew am Fuss des Pilatus war sofort dabei, ein mikrofabriziertes Funktionsmodell zu entwickeln und eine erste Mikropumpengeneration herzustellen. Im Jahr 2004 startete die Kooperation mit einer Machbarkeitsstudie, die bewies, dass das Prinzip der Elektroosmose «der 2. Ordnung» (EO2) in einem Mikrosystem funktioniert. Es handelt sich bei diesem EO2 um eine nicht lineare Form der Elektroosmose. Das Innovative am Einsatz solch elektrokinetischer Prozesse liegt darin, dass Ladungen in den Wänden des Devices zu einer La-

dungsdoppelschicht in der wandnahen Flüssigkeit führen. Dadurch bewirkt ein externes elektrisches Feld eine Bewegung der Flüssigkeit und vermag ein quasi konstantes Strömungsprofil über den ganzen Querschnitt zu erzielen (Bild 3). Es erübrigen sich damit mechanische Pumpen für den Flüssigkeitstransport. Mit blossem Schalten von Spannungen im Bereich weniger Volt lassen sich Flüssigkeiten durch die winzigen Kanäle von einigen 10 Mikrometer befördern. Sogar die Pumprichtung ist so rasch zu verändern. «Im Fall der EO2 ist die Flussrate überproportional abhängig vom elektrischen Feld. Wir integrieren deshalb zusätzliche polarisierbare Elemente in den Kanal zwischen den Elektroden», erklärt Dr. Helmut Knapp, Leiter Mikrofluidik und Liquid Handling beim CSEM. Die mikrofabrizierten Elektroden im Kanalinnern ermöglichen das Pumpen von Flüssigkeiten mit wenigen Volt Wechsel- oder Gleichstrom. «Spannungen im Zehner-Volt-Bereich sind damit genügend zur Erhaltung derselben Flussraten wie bei der Elektroosmose 1. Ordnung. Zudem lässt sich mit Anlegen eines entsprechend verzerrten AC-Signals der Effekt der Elektrolyse teilweise kompensieren und damit die Blasenbildung verhindern.» Da die Forscher Elektroden direkt in den Kanal einpassen, entstehen kleine kompakte Pumpeinheiten mit geringem Energieverbrauch. Mit dieser nicht linearen Elektroosmose können selbst wenig polare Flüssigkeiten wie Methanol oder Ethanol wirksam gepumpt werden.

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Bild 3: Prinzip der EO2 Mikropumpe (vereinfacht): Links: Strömung um ein kationisches Ionentauscherpartikel in Gegenwart eines elektrischen Feldes. Nur die Protonen können das Partikel passieren, wodurch eine stark asymmetrische elektrische Doppelschicht entsteht (grauer Bereich links). Dadurch wird auf der linken Seite des Partikels eine starke Elektroosmose der zweiten Art generiert und auf der rechten nur die klassische Elektroosmose. Diese beiden Strömungen können sich nicht kompensieren und es entstehen geschlossene Strömungswirbel. Rechts: Wenn mehrere Ionentauscherpartikel zwischen zwei Elektroden eingeklemmt sind, werden die geschlossenen Wirbel gestört. Es resultiert ein gerichteter elektroosmotischer Flüssigkeitstransport durch das Modul, der die Eigenschaften der stärkeren Elektroosmose der zweiten Art aufweist.

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CSEM und Osmotex gemeinsam ein Projekt, unterstützt von der Förderagentur für Innovation KTI (siehe Kasten). Ziel war die Weiterentwicklung der Prototypen zu einer kostengünstigen, leistungsarmen Mikropumpe, speziell für den Betrieb portabler Elektronik.

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Die Wissenschaftler stellten erste Prototypen her und erzielten damit beim Pumpen von reinem Wasser eine Flussrate von 0,7 Mikroliter pro Minute bei einem Energiebedarf von nur 50 Mikrowatt bei einer Spannung von 30 Volt. Aufgrund dieser positiven Resultate starteten

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Bild 4: Die KTI-Projektpartner, Dr. Helmut Knapp, Leiter Mikrofluidik und Liquid Handling am CSEM, und Projektleiter Dr. Tormod Volden der Osmotex, mit der elektronischen Steuereinheit. (Bild E. Heinzelmann)

Antriebstechnik

Kompetenzen verbinden für Markterfolg Solch fluidische Mikrostrukturen werden aus speziellen Polymeren mit Mikrostrukturierungsverfahren wie dem Spritzgiessen gefertigt. Zuerst entsteht mit photolithographischen Methoden ein Werkzeug, das die angestrebte fluidische Struktur als Negativ aufweist. Diese lässt sich dann in kostengünstigen Verfahren fast beliebig oft replizieren. Für die im KTI-Projekt entwickelten Pumpen der zweiten Generation entwarfen die CSEM-Forscher ein neues Design. Es umfasst eine kompaktere Anordnung der Elektroden, diverser Membranen und der polarisierbaren Elemente zu einem thermisch verschweissten Sandwich aus unterschiedlichen Materialien. Die Pumpeinheit lässt sich so in verschiedenen Gehäusen unterbringen, in denen fluidische und

elektrische Anschlüsse leicht anzuordnen sind. Durch eine Anpassung des Sandwiches werden Flussrate, Leistungsaufnahme und erreichbarer Druck sozusagen massgeschneidert auf die jeweilige Anwendung. Die neusten Mikropumpen weisen Flussraten von 80 Mikroliter pro Minute auf bei 14 V und 8 Milliwatt Verbrauch und erreichen einen maximalen Druck von 20 kPa. «Damit entsprechen wir den Anforderungen für kompakte Brennstoffzellen, wie sie für portable elektronische Geräte zum Einsatz kommen», so Helmut Knapp. Selbst die Spannungsversorgung für die Mikropumpe konzipierte das CSEMTeam. «Dank dem 20 x 20 x 7 cm grossen, Batterie getriebenen Gehäuse können wir mehrere Mikropumpen mit Gleich- oder Wechselspannung mit wählbarem Tastverhältnis zum Betrieb der Mikropumpen programmieren.»

Die Förderagentur für Innovation KTI Die Kommission für Technik und Innovation (KTI) ist die Förderagentur für Innovation des Bundes. Sie fördert den Wissens- und Technologietransfer zwischen Unternehmen und Hochschulen. Die KTI verfügt über ein Budget von rund 100 Millionen Franken. Unternehmen erarbeiten gemeinsam mit den Hochschulen neues Wissen für Produkte und Dienstleistungen und setzen dieses am Markt um. Die KTI fördert: • marktorientierte Forschungs- und Entwicklungsprojekte, welche die Unternehmen zusammen mit den Hochschulen in Industrie und Dienstleistungen durchführen • die Gründung und den Aufbau von wissenschaftsbasierten Unternehmen • den Wissens- und Technologietransfer

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Bild 5: Die am CSEM entwickelte Prüfanlage erlaubt, bis zu neun Mikropumpen parallel auf ihre Leistungsfähigkeit zu testen. (Bild E. Heinzelmann)

Ein Partner zwei Technologien lere Mikrofluidik immer mehr komplexe Lab-on-a-chip-Systeme für die chemische und medizinische Analyse. Stichworte sind die Echtzeit-Krankheitsdiagnose, die DNAAnalyse, Proteomik, Life Sciences und die Biotech-Forschung, aber auch Medikamenten-Abgabesysteme wie Insulininjektionen bei Diabetes. Als Brennstoffzellen erschliessen sich der Mikropumpe Anwendungen in portablen Geräten wie Mobiltelefone, Laptops und Spielkonsolen. Möglich ist ihr Einsatz in Mikroprozessoren für die Kühlung von Mikroelektronik, oder im Forschungsmarkt, für die Entdeckung und Entwicklung von Medikamenten. Denkbar sind auf diesem Gebiet Geräte mit gleichen Bauteilen, die jedoch in Qualitätskontrolle und Präzision noch strikteren Anforderungen genügen, handelt es sich doch hier um ein Hochkostensegment. «Bisher scheiterte der kommerzielle Durchbruch solch mikrofluidischer Geräte am Mangel an zuverlässigen fluidischen Aktoren, also Pumpen, die sich kostengünstig in die Devices integrieren lassen», resümiert Helmut Knapp. Osmotex ist es ernst mit dem Forschungsund Produktionsstandort Schweiz: Sie siedelte im Sommer 2008 ihren Geschäftssitz in der Schweiz an, bringt die Mikropumpe im Frühjahr 2009 auf den Markt und will in Alpnach eine Fabrikation aufziehen. [pm]

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Forschung

Drehscheibe zwischen Akademie und Industrie Das Kompetenzzentrum für Werkstoffwissenschaft und -technologie CCMX schafft ein Netzwerk für Forschungsinstitutionen und Industrie. In Partnerschaften betreiben sie vorwettbewerbliche Forschung für Werkstoffentwicklung und -charakterisierung, nutzen Weiterbildungsangebote und den Gedankenaustausch. Bilanz einer Förderinitiative des ETHBereichs zur Stärkung der Schweizer Wirtschaft.

essere Werkstoffe verändern unsere Welt und sind Grundlage für zukunftsreiche Produktinnovationen. Doch Technologiesprünge sind nur möglich, wenn Analysen und Charakterisierungsmethoden das Wesen eines Werkstoffs erschliessen, zeigen, wie er funktioniert und sich massgeschneidert verändern lässt.

Den Werkstoffen auf den Grund gehen Dazu schufen Professoren des ETH-Bereichs und das CSEM ein Netzwerk mit dem Ziel, neueste Erkenntnisse der Forschung rasch in die Industrie zu transferieren. Das im Jahr 2006 gegründete Kompetenzzentrum für Werkstoffwissenschaften und -technologien CCMX gliedert sich in thematische Aktionseinheiten. Meru nimmt die NeoMetallurgie unter die Lupe, untersucht neue Verfahren und Untersuchungstechniken. Ein Schwerpunkt gilt der Multiskalen-Modellierung metallischer Systeme. Speru fokussiert auf Oberflächen, Schichten und Partikeltechnik, beispielsweise

Infos Autorin: Elsbeth Heinzelmann, Journalistin Technik und Wissenschaft, im Auftrag des CCMX www.ccmx.ch

28 Innovation

Ionenmassen-Spektrometer (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometer ToF-SIMS) an der Empa. Informationen auf Datenbank MaCH2: www.ccmx.ch/mach2. (Bild: CCMX)

die Veränderung von Oberflächen durch Abscheidung, Beschichtung oder Strukturierung. Untersucht wird auch die Präparation von funktionellen dreidimensionalen Gebilden aus Partikeln. Matlife dient der Medizintechnikbranche, erforscht Themen wie Tissue Engineering, zellbasierte Therapien und minimalinvasive Technologien. Im nun auslaufenden MMNS stehen Materialtechnologie und Design für Mikround Nanosysteme im Brennpunkt. Eine analytische Plattform dient der Entwicklung neuer analytischer Werkzeuge und Methoden für Untersuchungen auf Nano- und Mikrometerebene.

Nanopartikel, Magnesiumimplantate usw. An der Jahresversammlung vom 22. April 2009 in Bern zogen For-

schungs- und Industriepartner im CCMX Bilanz und gaben Einblick in ihre bisherigen Arbeiten. Im Projekt Papamod, Speru zugeordnet, entwickeln Forscher multifunktionalisierte, supermagnetische Nanopartikel aus Eisenoxid. Diese «Spions» (supermagnetic iron oxide nanoparticles) peilen Organellen in den Zellen an, durch Membranen abgegrenzte Gebilde im Zellplasma, bewirken so eine spezifische Proteinadsorption. Daraus können Forscher Schlüsse über Prozesse im Zellinnern ziehen. Zum Einsatz kommen solche Spions als Kontrastagenten in molekularen Abbildungsverfahren, wo sie zur Früherkennung von Krebs, Arthritis und der Verfolgung von Stammzellen dienen. Basierend auf den innovativen Resultaten in Papamod bewilligte die EU im November 2008 das

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Innovation

Forschung

Die Engländerin Karen Scrivener (links) leitet seit der Gründung im Jahr 2006 das CCMX. Die EPFLProfessorin erforscht am Labor für Konstruktionsmaterialien (LMC) zementgebundene Werkstoffe sowie die Mikromechanik und Verarbeitung von Holz. (Bild: CCMX)

mit 9,2 Mio. Euro dotierte EU-Projekt «Entwicklung neuer Technologien basierend auf diagnostischen Systemem für rheumatoide Arthritis und Osteoarthritis». Die sechs Schweizer Projektpartner, darunter drei vom CCMX, erhalten 4,5 Mio. Euro für ihre Forschungstätigkeit. Im Rahmen von Matlife leitet die ETHZ ein Projekt «Magnesiumimplantat für biomedizinische Anwendungen» mit der Empa und der Biotronik AG. Darin entwickeln die Partner eine neue Klasse von nanostrukturierten und bio-funktionalisierten Materialien für Stent-Implantate in kardiovaskulären Interventionen. Das Material muss innerhalb von drei bis sechs Monaten völlig bio-resorbierbar sein. Die Forscher wendeten Wärmebehandlungen auf eine neu entwickelte, Magnesium basierte Legierung an, was zur Bildung einer thermalen Oxidschicht führte, welche den Materialabbau

verzögert. Solche Oxidschichten schützen den metallenen Untergrund, selbst wenn er Risse aufweist, die durch die Implantation im Körper entstehen können, und sie sind wesentlich leistungsfähiger als ihre polierten Gegenstücke. Auch verbesserten die Wissenschaftler im Projekt die zelluläre Anbindung auf oberflächenmodifizierten Legierungen.

Gute Resultate schon nach kurzer Zeit Keine drei Jahre liefen in MMNS die beiden Projekte «Materials technologies and design for micro- and nanosystems» und erzielten schon exzellente Resultate. Diese erscheinen 2009 beim Springer-Verlag in Form eines Buches mit dem Titel «Nanosystems: design and technology» und dürften der Schweizer Forschung weltweit Beachtung verschaffen. Die analytische Plattform nutzen Wissenschaftler von CSEM und Empa zur Entwicklung eines Röntgen-Phasenkontrastinstrumentes für die Charakterisierung von Werkstoffen mit geringer atomarer Masse. Zum Einsatz kommt die neue Technologie für die Röntgeninspektion von Materialien mit niedrigem atomarem Gewicht wie beispielsweise faserverstärkte Kunststoffe. Das realisierte Phasenkontrast-Röntgeninstrument ermöglicht Röntgenenergien bis zu 80 keV und einen «Dual Energy»-Betrieb. Dieser erschliesst wesentliche Möglichkei-

ten, die Sichtbarkeit von Erkrankungen zu optimieren. Die Empfindlichkeit wird erhöht, da die überlagerungsfreie Abbildung eine Darstellung des Weichteilgewebes ohne Knochenstrukturen und von Knochenstrukturen ohne Weichteilgewebe ermöglicht. Nur ein Jahr nach Projektstart konnten die Forscher ein 90 Mikrometer tiefes optisches Gitter mit einem Pitch von 5,5 Mikrometer herstellen, geeignet für Energien von 70 keV.

Auch das PSI hat profitiert Ebenfalls auf der analytischen Plattform kooperierte das PSI mit der Empa und einem Halbleiterhersteller, um an der Swiss Light Source in Villigen die Nano-Röntgenabsorptions-Spektroskopie NanoXAS an eine spezifische Strahllinie anzupassen. Der Betrieb an dieser neuen Lokalität erhöht die verfügbare Strahlzeit um mindestens den Faktor 5 und

Das CCMX organisiert regelmässig Technology Aperitifs, um der Industrie die CCMX-Aktivitäten näher zu bringen und Kontakte für künftige Kooperationen zu knüpfen. (Bild: CCMX)

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Forschung

schafft Zugang für mehr Interessenten. Die Strahllinie liefert höhere Röntgenenergien, was die Analyse verschiedener Absorptionskanten von Elementen wie Gallium (Ga), Germanium (Ge), Arsen (As) und Aluminium (Al) erlaubt, welche für die Halbleiterindustrie relevant sind.

CCMX - Education & Training Industriepartner beanspruchen in CCMX das Aus- und Weiterbildungsangebot rege. Ein Beispiel dafür ist der Travelling Lab Workhop. 20 junge Forschende besuchen auf einer Fünftagestour durch die Schweiz verschiedene Labors von EPFL und CSEM, über die Robert-Mathys-Stiftung bis zum Unispital Zürich. Dieses praxisnahe Vorgehen ist verknüpft mit Vorlesungen und Fallstudien, es soll das Verständnis für die Zusammenarbeit mit der Industrie fördern. Nächste CCMX-Weiterbildungskurse sind geplant vom 26. bis 28. August für Theorie und Anwendungen von «Modelling in Materials Science», am 9. September in «Design of interfaces for directing biological response», im Oktober «Case studies on Coatings» sowie der Workshop «Nanoanalyses».

Die frei zugängliche Datenbank «MaCH2» An der Jahresversammlung fiel auch der Startschuss für «MaCH2 (Materials Characterisation in Switzerland (CH)», eine frei über www.ccmx.ch zugängliche Datenbank für die Charakterisierung von Werkstoffen im Dienste der Schweizer Industrie. Sie orientiert Unternehmen, an welchen Forschungsinstitutionen des ETH-Bereichs sie die geeignete analytische Infrastruktur finden, liefert technische Benutzerdaten und Angaben über Kontakt-

personen sowie Anwendungsbeispiele von Charakterisierungsmethoden.

CCMX schliesst die Lücke zwischen SNF und KTI Mit seinem Angebot an Partnerschaften, Aus- und Weiterbildung

sowie «Technology Aperitifs», die neueste Entwicklungen in spezifischen Fachgebieten vorstellen, positioniert sich CCMX als ergänzende Initiative im Werkstoffbereich, schliesst hier die Lücke zwischen Nationalfonds (SNF) und Förderagentur für Innovation KTI. [bf]

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Antriebstechnik

Strom macht mobil Klimawandel, Spritpreise, neue Entwicklungen auf der Antriebs- und Batterieseite – all diese Faktoren spielen mit, wenn derzeit ein hundert Jahre altes Thema zu neuem Leben erweckt wird: das Elektroauto. Die künftige Elektromobilität schafft ganz neue Allianzen.

D as Perpetuum mobile wird es auch in Zukunft nicht geben, aber wie wäre es, wenn ein Auto nicht nur Energie benötigt, sondern auch welche abgeben kann? Ingenieure wollen aus Fahrzeugen mehr machen als Fortbewegungsmittel, nämlich mobile Energiespeicher. Das geht nicht mit Verbrennungsmotoren, aber mit einer Batterie, die nicht nur Strom tanken, sondern auch wieder abgeben kann – also bidirektional funktioniert. Die Vision hinter der Elektromobilität ist aus dem Spannungsfeld entstanden, dass immer mehr Menschen individuell mobil sein wollen und dass der Energiebedarf gerade in Schwellenländern wie Indien und China enorm ansteigt. Beide Ansprüche wurden bisher vor allem durch fossile Energieträger befriedigt: Seit über 100 Jahren werden Automobile mit Verbrennungsmotoren und die Turbinen der meisten Kraftwerke mit Kohle oder Erdgas angetrieben. Doch die Zeit drängt: Diese Ressourcen werden knapp, und der Klimawandel wird durch den erhöhten CO2-Ausstoss beschleunigt. Die Energieversorger setzen deshalb vermehrt auf erneuerbare und CO2-freie Energien wie Wind und Sonne, doch deren Ertrag schwankt je nach Wetter. Mit zunehmendem Anteil solcher Energieträger am Strommix eines Landes steigt daher auch der Bedarf nach schnell einsetzbaren Zwischenspeichern für den Strom. Wie wäre es denn, hierfür die Batterien von Elektroautos zu nutzen, die an jeder Steckdose Strom tanken oder liefern können – je nach Bedarf und Preis? Wenn viel Strom zur Ver-

Innovation

Grüner Flitzer: Techniker der Firma Ruf rüsteten mit Hilfe von Siemens einen Porsche zum Elektroauto um.

fügung steht, etwa nachts oder bei starkem Wind, wäre der Strompreis niedrig – zum Beispiel bei acht Rappen pro Kilowattstunde (kWh) – und dementsprechend viele Autos würden diesen günstigen Strom «tanken». Wenn hingegen Flaute herrscht oder mittags gerade viel Strom zum Kochen benötigt wird, läge der Preis beispielsweise bei 50 Rappen/kWh und viele Autobesitzer würden sich entschliessen, die Ener-

gie mit Gewinn ins Netz abzugeben. Mit einer intelligenten Steuerung könnten dies auch die am Netz hängenden Fahrzeuge selbst entscheiden – dann nämlich, wenn sie wissen, wie weit ihr Besitzer heute noch fahren muss und welche Batterieladung er daher benötigt. Die meiste Zeit des Tages stehen Autos sowieso still und könnten daher – ob auf Büroparkplätzen, in Parkhäusern oder zu Hause – ständig mit dem

Antriebstechnik

Stromnetz verbunden sein. Wenn die Strompreise sich flexibel nach Angebot und Nachfrage richten, vermeidet dies auch das Problem, dass zu bestimmten Zeiten gleichzeitig sehr viele Autos Strom tanken wollen – denn dann würde einfach der Preis in die Höhe schiessen.

Das Auto als Einnahmequelle Als Faustregel kann man sagen, dass einer Windturbine mit drei Megawatt Spitzenleistung etwa 300 Elektrofahrzeuge als Stromspeicher gegenüberstehen sollten. Mit solchen mobilen Speichern liessen sich gleich zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen: Die Energieversorgungsunternehmen hätten – vorausgesetzt, die Akkus können die ständigen Lade- und Entladevorgänge verkraften – einen gewissen Puffer für überschüssige Energie aus regenerativen Quellen, und den Fahrzeugbesitzern stünde eine Geldeinnahmequelle zur Verfügung, die ihnen hilft, die relativ teuren Batterien zu finanzieren. Denn auch in absehbarer Zukunft wird die Batterie eine der teuersten Komponenten eines Elektroautos sein: Für eine Reichweite von 100 Kilometern ist bei einem Mittelklasse-Elektroauto eine Batterie mit etwa 15 Kilowattstunden (kWh) Energieinhalt notwendig – und die kostet heute noch über 15 000 Franken. Natürlich liessen sich mit einem derartigen mobilen Kraftwerk auch noch andere Geschäftsmodelle vorstellen als die Amortisation durch die

Stromeinnahmen: So muss der Autobesitzer die Batterie nicht unbedingt kaufen. Er könnte sie auch von einem Energieversorgungsunternehmen leasen – das damit sozusagen seine Stromspeicher dezentralisiert und über die «Zweitnutzung» als Autoantriebsquelle die Kosten für den Speicher senkt. Wie auch immer künftige Elektroautos aussehen werden und welche Rolle sie im Stromverbund spielen werden – im Konzept der «Elektromobilität» werden alle wichtigen Akteure mit einbezogen sein müssen: die Stromproduzenten ebenso wie die Automobilhersteller und -zulieferer und nicht zuletzt auch die Politik, die einem solchen Paradigmenwechsel den Boden bereiten müsste.

Wenn aus Autofahrer Stromhändler werden Unter den Experten herrscht Einigkeit, dass derzeit nur Lithium-Ionen-Zellen für Elektroautos in Frage kommen, weil sie die erforderliche Leistungsdichte bereitstellen können. Ein gut motorisiertes Elektroauto braucht eine Batterie mit 42 kWh Energieinhalt, um bei 15 kWh pro 100 Kilometer eine Reichweite von fast 300 Kilometern zurückzulegen. Bei der üblichen Spannung von 230 Volt und 16 Ampere würde dann aber ein voller Ladevorgang etwa zwölf Stunden dauern. Bei 400 Volt und 25 Ampere könnte der Autofahrer bereits nach zwei Stunden wieder eine Langstrecke zurücklegen. 400 Volt gibt es auch

in jedem Haushalt, da diese Spannung die des üblichen Drehstromanschlusses ist. Um sie zu nutzen, fehlen aber bisher die notwendigen Schnittstellen zwischen Auto und Stromnetz. Siemens beschäftigt sich schon seit einiger Zeit intensiv mit dem Thema Elektromobilität. Dabei geht es sowohl um die Anforderungen an das Elektrofahrzeug selbst wie um die Gestaltung der Infrastruktur der Stromnetze. Unter anderem untersuchen die Siemens-Ingenieure die Energieerzeugung und -verteilung, das Verkehrs- und Energiemanagement, die Systeme für die Verbrauchserfassung und flexible Abrechnung (Smart Metering), die nötige Leistungselektronik, die Software und Sensorik und natürlich auch die elektrischen Antriebe und die Rückgewinnung und Speicherung von Energie. Da Elektroantriebe nicht nur als Stromspeicher dienen können, sondern aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades zudem Energieressourcen effizienter nutzen als Verbrennungsmotoren, könnte die Elektromobilität künftig ein wichtiger Bestandteil des Umweltportfolios von Siemens werden. «Bis 2020 sehe ich allein in Deutschland ein Potenzial von 4,5 Millionen Elektroautos, die ihre Energie über das bestehende Stromnetz beziehen könnten», sagt Gernot Spiegelberg, der bei Siemens für die Forschung zum Thema Elektromobilität zuständig ist. «Und das ist noch konservativ ge-

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Antriebstechnik

Der Wirkungsgrad eines Elektromotors ist etwa viermal höher als der eines Verbrennungsmotors. Herz des Elektro-Porsches: Zunächst wird der Elektromotor mit den Batterieblöcken verschraubt, bevor er in die Karosserie integriert wird und die Akkus auf den Rücksitzen angeschlossen werden.

schätzt, denn diese 4,5 Millionen Fahrzeuge wären nur die Hälfte der sowieso auszutauschenden Zweitwagen, die auch am Wochenende nie mehr als 70 Kilometer pro Tag zurücklegen.» Damit würde dann jedes zehnte Auto in Deutschland ganz ohne Benzin fahren.

Reichweite erwerben Ein anderes Konzepte zur Elektromobilität heisst «Better Place», in dem es um die gesamte Wertschöpfungskette für eine Mobilität aus erneuerbarer Energie geht. Das Start-up aus Kalifornien arbeitet an einer flächendeckenden Infrastruktur zum Betrieb von Elektroautos. Das Unternehmen will Autos ähnlich wie Handys subventioniert – oder sogar gratis – zur Verfügung stellen. Der Kunde kann «Reichweite» erwerben, und der Rechnungsbetrag richtet sich nach den gefahrenen Kilometern. Mit Elektrofahrzeugen, so Better Place, könne es die Mobilitätskilometer günstiger anbieten als mit Verbrennungsmotoren. Batterie-Wechselstationen, die ähnlich aufgebaut sind wie Tankstellen, sollen den schnellen Tausch der leeren Akkus gegen volle ermöglichen.

34 Innovation

Die Revolution der Elektroautos könnte künftig allerdings in Asien stattfinden, denn dort treten ganz neue Spieler neben der klassischen Autoindustrie in Erscheinung. Auf dem Genfer Autosalon 2008 wurde erstmals ein chinesisches Elektroauto mit dem Namen «F3DM» von Build Your Dream (BYD) gezeigt – ein Plug-in-Hybrid. Das heisst, der F3DM verfügt neben einem kleinvolumigen Verbrennungsmotor (1,0 Liter Hubraum) über ein vollwertiges elektrisches Antriebssystem und einen Batteriespeicher, der sowohl intern (mittels Generator und/oder Bremsenergierückgewinnung) als auch extern (an einer herkömmlichen 230-Volt-Steckdose) aufgeladen werden kann. Die Reichweite im reinen Elektrobetrieb beträgt 110 Kilometer, was den durchschnittlichen Bedarf typischer Autofahrer voll abdeckt. BYD mit Sitz in Shenzhen, Provinz Guangdong, wurde 1995 gegründet und zählt heute schon zu den 20 stärksten Unternehmen in China. Seit sechs Jahren betreiben 6000 Ingenieure der insgesamt 120 000 Mitarbeiter intensive Forschung für Hybrid- und Elektroautos. Dank dem chinesischen Knowhow auf dem Feld der Li-Ionen-Batterien, das auf der jahrzehntelangen Fertigung von Handys und PCs

basiert, ist BYD heute einer der wenigen Automobilhersteller weltweit, die die notwendige Akku-Technologie selbst entwickeln und produzieren können. Die Produktion des F3DM für den chinesischen Markt ist bereits angelaufen und wird parallel für den ausländischen Markt weiterentwickelt. Für Ende 2009 wurde der BYD e6 angekündigt – ein reines Elektroauto, das eine Reichweite von 290 Kilometern haben soll.

Alte Idee, grosse Wirkung Neben der Speichertechnologie ist aber auch die Konstruktion des Antriebsstrangs eine Schlüsseltechnologie für Elektrofahrzeuge. Der Antriebsstrang kann wesentlich einfacher beschaffen sein als der für einen Diesel- oder Ottomotor, denn Getriebe, Differenzial und Antriebswellen können beim Elektroauto entfallen. Bereits vor über 100 Jahren bauten Pioniere der Elektroautomobile sogenannte Radnabenmotoren. Ein Radnabenmotor ist eine Kraftmaschine, die direkt in das Rad eingebaut ist und gleichzeitig die Radnabe trägt, sodass ein Teil des Motors mit dem Rad umläuft. Die Kunst beim Autoantrieb der Zukunft besteht dann vor allem in einer intelligenten elektronischen Steuerung der Komponenten und der Lade-

Antriebstechnik

Ein Elektroauto wie der Rinspeed iChange kann künftig Strom speichern und wieder ins Netz abgeben – ideal als Puffer für Wind- und Solarstrom.

und Entladevorgänge sowie der Bremsenergierückgewinnung. All dies führt dazu, dass die Energieausnutzung und damit die Umweltfreundlichkeit eines Elektroautos wesentlich besser sind als die eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor: «Well-to-Wheel», also von der Energiequelle bis zum Rad, liegt der Wirkungsgrad eines guten Elektroautos auf Basis erneuerbarer Energien bei über 70 Prozent, eines Autos mit Verbrennungsmotor hingegen nur bei rund 20 Prozent. Selbst wenn der Strom für Elektroautos nicht durch erneuerbare Energien erzeugt würde, ist der CO2-Ausstoss deutlich geringer als bei Verbrennungsmotoren: In den Kraftwerken werden im weltweiten Strommix etwa 600 Gramm

CO2 pro kWh ausgestossen – das entspricht 90 Gramm CO2 pro gefahrenem Kilometer eines Elektroautos, wesentlich weniger als die 120 bis 160 g CO2 pro km für einen typischen Mittelklassewagen mit Verbrennungsmotor.

Von 0 auf 100 in 4,2 Sekunden Gernot Spiegelberg, Experte auf dem Gebiet der elektrischen Fahrzeugantriebe, hat elektrische Antriebsstränge von Siemens bereits in zwei Protoypenautos eingebaut. «Auf dem Genfer Autosalon im März 2009 zeigten wir unsere Antriebssysteme im Concept Car ‹iChange› der Firma Rinspeed und im eRuf Greenster von Alois Ruf», erläutert er. Die Schweizer Firma Rinspeed mit dem Visionär Frank Rinderknecht an der Spitze ist für

zukunftsweisende Konzeptautos bekannt. Unter der Haube des «iChange» beschleunigt ein Elektromotor von Siemens Drive Technologies mit 150 kW das etwa ein Meter flache und 4,28 Meter lange Fahrzeug auf bis zu 220 km/h. Von 0 auf Tempo 100 vergehen nur 4,2 Sekunden. Allerdings reicht die Akku-Ladung bei voller Leistung nur für 90 Kilometer. Die Lithium-IonenBatterien der deutschen Firma Gaia können an einer herkömmlichen Steckdose in rund drei Stunden wieder aufgeladen werden. Alois Ruf, der schwäbische Porsche-Veredler aus Pfaffenhausen, hat schon im Oktober 2008 einen Elektro-Porsche vorgestellt, den er nun mit Gernot Spiegelberg konsequent weiterentwickeln will. «Für den Prototypen auf dem Genfer Autosalon 2009 haben wir ein integriertes System aus Motor/Generator, Leistungselektronik sowie der Schnittstelle mit Batterieanbindung gebaut», erklärt Spiegelberg. Der in Genf vorgestellte Elektro-Porsche enthält eine Vorabversion des eDrive von Siemens. Der Prototyp verfügt über einen zentralen Motor mit 270 kW Leistung und 950 Nm Drehmoment und erreicht eine Reichweite von rund 200 Kilometern. Für die Folgeversion sieht Ruf eine Kleinserie mit einem Doppelmotor-Konzept vor. Dieser eRuf wird dann das weltweit erste elektrische Fahrzeug mit einem bidirektionalen Netzanschluss sein, das sich – ohne eine üblicherweise er-

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Antriebstechnik

((Keine BU))

forderliche zusätzliche Ladeelektronik – binnen einer Stunde an 380 Volt aufladen lässt und über die gleiche Steckdose auch Energie ins Stromnetz einspeisen kann. Die geplante Kleinserie soll im Jahr 2010 auf die Strasse kommen. «So schön und leistungsstark diese Elektrofahrzeuge sind, müssen wir aber dennoch immer beachten, dass das Elektroauto nur ein Modul in der Kette des Gesamtsystems Elektromobilität ist», betont Manfried Kruska, der für den Sektor Energy das Thema Elektromobilität aus der Perspektive der Infrastruktur vorantreibt. Auch hier gibt es noch viel zu tun: • Die Stromnetze müssen ausreichend auf die Schwankungen der erneuerbaren Energieerzeugung eingestellt sein, etwa bei Windkraft und Solaranlagen. • Es sind Standards festzulegen, was die Ladespannung der Leistungselektronik angeht – und ob die Steuerung der Aufladung innerhalb des Autos oder aussen durch die Ladestation erfolgt.

36 Innovation

• Es fehlen noch Komponenten für die Bidirektionalität und die flexible Abrechnung des Stroms, wenn der Pkw als Zwischenspeicher genutzt werden soll – all dies müsste Bestandteil des Smart Grids, des intelligenten Stromnetzes der Zukunft, sein.

Auto als Teil des Stromnetzes Tobias Wittmann aus dem Energy Sektor von Siemens stellte auf der «Nationalen Strategiekonferenz Elektromobilität» die Software «Vehicle to Grid Scenario» vor. Sie simuliert das Zusammenspiel zwischen zentraler und dezentraler Energieerzeugung und demonstriert einerseits die Rolle des Elektroautos als Verbraucher und andererseits als flexible, mobile Energiequelle. Sie zeigt direkt die Wechselbeziehung des Systems, dass man mit dem Elektroauto etwa nachts günstigen Strom durch Laden der Batterie speichern kann und tagsüber bei geringem Eigenbedarf den fünffachen Preis bei Abgabe des Stroms erzielen kann. Eine entspre-

chende Forschungsallianz hat der Sektor Energy Ende Februar 2009 beschlossen. Siemens unterzeichnete als Partner eines internationalen Konsortiums in Dänemark den Vertrag zum EDISON-Projekt. EDISON steht für «Electric vehicles in a Distributed and Integrated market using Sustainable energy and Open Networks». «Ziel des Projektes ist die Standardisierung von elektrischen Energiespeichern und Lade- sowie Entladetechniken für Elektro- und Plug-in-Hybridfahrzeuge. Siemens untersucht darin die Möglichkeiten zur Anbindung von Elektrofahrzeugen an das öffentliche Stromversorgungsnetz», beschreibt Sven Holthusen, Leiter des Siemens-Arbeitspaketes im Konsortium, seine Aufgabenstellung. Dänemark will schon 2020 seinen Strom zu 50 Prozent aus Windenergie gewinnen. Umso wichtiger wird die Zwischenspeicherung des Stroms für die Zeiten, wo unerwartet viel Energie erzeugt wird. «Um eine ausreichende und konstante Stromversorgung mit Wind zu ge-

Antriebstechnik

wĂ¤hrleisten, mĂźsste ohne SpeichermĂśglichkeiten die sechsfache Leistung installiert werdenÂť, verdeutlicht Spiegelberg die Herausforderung der Windenergieversorgung.

Mobiler Kraftwerksersatz Eine besondere Herausforderung stellt die Netzanbindung dar, weil hier grosse Energiemengen schnell und zukĂźnftig bidirektional fliessen sollen, um die elektrische Energie der Batterien auch als sogenannte Regelenergie in Spitzenlastzeiten nutzen zu kĂśnnen. Als Regelenergie wird die vom Netzbetreiber aufzuwendende Energie bezeichnet, die erforderlich ist, um Netzfrequenzabweichungen auszugleichen. Diese passieren, wenn mehr verbraucht wird, als die Grundlastkraftwerke gerade liefern. Dann muss kurzfristig zum Ausgleich Regelenergie bereitgestellt und abgerufen werden kĂśnnen, etwa aus Gaskraftwerken,

Pumpspeicherkraftwerken, thermischen Kraftwerken â&#x20AC;&#x201C; oder eben aus Energiespeichern. So neu all dies klingt, so weit gehen doch die Siemens-Innovationen zurĂźck â&#x20AC;&#x201C; das Elektroauto ist sogar Ă¤lter als das Auto mit Verbrennungsmotor, das Carl Benz 1885/86 erfand: ÂŤDer Pionierwille unserer Ingenieure auf dem Gebiet der ElektromobilitĂ¤t hat eine mehr als 100-jĂ¤hrige TraditionÂť, sagte der CEO von Siemens, Peter LĂśscher, auf der Hauptversammlung des Unternehmens im Januar 2009. ÂŤDenn bereits 1882 stellte Werner Siemens in Halensee bei Berlin das erste Elektromobil namens Elektromote vor. Allerdings sind die Chancen auf eine zunehmende Verbreitung von Elektro-Autos, zumindest im Stadtverkehr, heute ungleich hĂśher als damals. Und der Pionierwille, Elektro-Autos mit innovati-

ver Technik zum Durchbruch zu verhelfen, der treibt Siemens-Forscher und -Entwickler auch heute wieder an.Âť [pm]

Quelle: Siemens AG, Pictures of the Future, www.siemens.de/pof

Infos Siemens Schweiz AG Sector Industry Industry Automation and Drive Technologies 8047 ZĂźrich Tel. 0848 822 844 automation.ch@siemens.com www.siemens.ch/automation www.betterplace.com www.mindset.ch www.rinspeed.com

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Innovation

Antriebstechnik

Abfall sauber einsammeln Hybridantriebe speichern die Bremsenergie und helfen so Treibstoff zu sparen sowie die Emissionen zu senken. Ausser in Batterien kann die Energie auch mit Hydraulikflüssigkeit in einen Druckspeicher getankt werden. Hydraulische Hybridantriebe können den Dieselverbrauch von schweren Nutzfahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen um bis zu 25 Prozent reduzieren. Das erste Pilotfahrzeug absolviert aktuell einen Feldtest bei der Berliner Stadtreinigung.

S teigende Energiepreise und ein zunehmendes Umweltbewusstsein machen Antriebslösungen, die Treibstoff sparen und Emissionen reduzieren, attraktiver. Eine Lösungen dazu ist die Hybridisierung des Antriebsstranges. Die Grundidee des Hydrostatisch Regenerativen Bremssystems (HRB) ist es, die kinetische Energie beim Bremsen nicht zu vernichten, sondern in hydraulische Energie umzuwandeln und zu speichern. Beim nächsten Beschleunigungsvorgang wird die gespeicherte Energie wieder in den Fahrantrieb eingespeist und entlastet so den antreibenden Verbrennungsmotor (Bilder 2 und 3). Rexroth entwickelt für die verschiedenen Antriebskonzepte von Nutzfahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen parallele und serielle HRB (Kasten).

Ideal für Fahrzyklen mit häufigen Stopps Der hydraulische Hybridantrieb entfaltet sein volles Einsparpotenzial vor allem in schweren Fahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen, die häufig und intensiv bremsen. Je intensiver die Bremsungen sind, des-

Infos Bosch Rexroth Schweiz AG 8863 Buttikon Tel. 055 464 61 11 info@boschrexroth.ch www.boschrexroth.ch

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Bild 1: Dank einem hydraulischen Hybridantrieb sinkt der Dieselverbrauch von schweren Fahrzeugen um bis zu 25 Prozent.

to höher liegt die mögliche Senkung des Kraftstoffverbrauchs durch HRB: • Kraftstoffeinsparung bis zu 25 Prozent • Speicherung von grossen Mengen an Bremsenergie in kurzer Zeit, damit nahezu vollständige Rekuperation der Bremsenergie • Schnelle Freigabe der gespeicherten Energie an den Antriebsstrang, damit effektive Entlastung des vorhandenen Antriebsmotors • Reduzierter Schadstoffausstoss • Geringerer Bremsenverschleiss • Weniger Feinstaub • Robuster, wartungsarmer Speicher • Nachrüstbar (HRB parallel) • Niedrigere Total Cost of Ownership

• Besseres Beschleunigungsverhalten und höherer Fahrkomfort (keine Zugkraftunterbrechung während des Gangwechsels beim Anfahren)

Paralleler Hydraulikmotor entlastet den Dieselantrieb Der parallele Hybridantrieb eignet sich für Fahrzeuge mit konventionellem mechanischem Antriebsstrang und einem Verbrennungsmotor wie beispielsweise Abfallsammelfahrzeuge, Schul- und Stadtbusse. Über ein Getriebe wird eine hydraulische Axialkolbeneinheit an den mechanischen Antriebsstrang (Kardanwelle) angekoppelt, um beim Bremsen kinetische in hydraulische Energie umzuwandeln. Die Axialkol-

Sie wollen mehr ? Bild 4: Systemkomponenten HRB parallel (von links): Axialkolbeneinheit mit Getriebe, Druckspeicher, Speichersicherheitsventil, Ventilsteuerblock, elektronisches Steuergerät.

Bild 3: Beim Beschleunigen treibt die im Speicher unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit die Axialkolbeneinheit an, die dann als Motor arbeitet.

Der neue Gesamtkatalog 2009 setzt neue Maßstäbe bei der Auswahl von Präzisionswerkzeugen in den Bereichen: • Bohren • Drehen • Fräsen • Stechen

Bild 2: Beim Bremsen wandelt die Axialkolbeneinheit kinetische in hydraulische Energie um und pumpt dabei Hydraulikflüssigkeit in einen Druckspeicher.

beneinheit wirkt hierbei als Pumpe und vollzieht diese Energieumwandlung, indem sie einen hydraulischen Blasenspeicher mit Hydrauliköl lädt. Diesen Vorgang regelt ein elektronisches Steuergerät in Verbindung mit einem hydraulischen Ventilsteuerblock. Beim Anfahren kehrt sich der gesamte Vorgang um: Das unter Druck stehende Öl entlädt sich kontrolliert aus dem Speicher und

fliesst zurück durch die Axialkolbeneinheit. Diese wird von dem Ölstrom angetrieben und gibt als Motor ihre Leistung an den mechanischen Antriebsstrang ab. Ein Überdruckventil im System sorgt bei beiden Vorgängen für die nötige Sicherheit. Ein positiver Zusatzeffekt für den Fahrzeugbetreiber ist der deutlich geringere Bremsenverschleiss dank dem Hydrostatisch Regene-

Serieller und paralleler Hybridantrieb Bei einem seriell angeordneten Hybridantrieb hat der Verbrennungsmotor keinerlei mechanische Verbindung zur eigentlichen Antriebsachse, er treibt lediglich einen Generator oder eine Hydraulikpumpe an, welche(r) die Antriebsmaschinen mit Energie versorgt oder die Akkus oder den Druckspeicher lädt. Es kann ein schwächerer Verbrennungsmotor eingesetzt werden, da die Speicher bei Leistungsbedarfsspitzen zusätzlichen Energie liefern, was aber die Höchstgeschwindigkeit verringert. Beim parallelen Hybridantrieb wirkt der elektrische oder hydraulische Zusatzantrieb gemeinsam mit dem Verbrennungsmotor auf den Antriebsstrang. In mindestens einem Betriebszustand sind die Kräfte oder Drehmomente der einzelnen Antriebe gleichzeitig verfügbar. Dies ermöglicht eine schwächere Auslegung der Motoren, was Kosten, Gewicht und Bauraum spart, im Falle des Verbrennungsmotors auch Kraftstoff (downsizing).

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Antriebstechnik

Bild 5: Seit Juli 2008 testet die Berliner Stadtreinigung in einem Praxisversuch ein Abfallsammelfahrzeug, das mit hydraulischem Parallelhybrid angetrieben wird.

Für jede Applikation den richtigen Sensor, alles aus einer Hand.

rativen Bremssystem. Die Feinstaubbelastung durch Bremsenabrieb und die CO2-Emissionen des Verbrennungsmotors sinken entsprechend. Durch den modularen Aufbau ist das parallele HRB grundsätzlich in jedes gängige Nutzfahrzeuggestell integrierbar. Somit ist auch die Nachrüstung bestehender Fahrzeugflotten möglich. Dazu werden folgende Komponenten benötigt: • Verstellbare Axialkolbeneinheit mit Getriebe für Pumpe-/MotorBetrieb • Hochdruck-Blasenspeicher • Ventilsteuerblock mit Druckbegrenzungsventil • Elektronisches Steuergerät • Sensorik

Praxistest bei der Berliner Stadtreinigung

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Seit Juli 2008 testet die Berliner Stadtreinigung in einem Praxisversuch ein Abfallsammelfahrzeug der x2eco-Serie von Haller Umweltsysteme mit Parallelhybrid von Rexroth. Auch bei der Stadtreinigung New York, USA, wird seit Juni 2009 ein mit HRB ausgerüstetes Pilotfahrzeug aus amerikanischer Herstellung erprobt. Das Abfallsammelfahrzeug basiert auf einem Mercedes-Benz-ActrosFahrgestell (Leergewicht/zulässiges Gesamtgewicht etwa 15/26 t, Dieselmotorantriebsleistung 235 kW). Das im Erprobungsfahrzeug installierten HRB parallel hat folgende Eckdaten: • Gewicht HRB: etwa 500 kg • HRB-Leistung/-Moment: etwa 250 kW/2500 Nm • Speichergrösse: 2 Blasenspeicher mit jeweils 32 Liter Gasnennvolumen • Maximaler Speicherdruck: 330 bar (Speichervorspannung 210 bar) • Maximale Speicherkapazität: 550 Kilojoule (entspricht etwa der kinetischen Energie des voll beladenen Fahrzeugs bei 30 km/h) • Keine Retarderfunktion, grundsätzlich aber darstellbar [pm]

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Innovation

Automation

«Beim Engineering bietet sich das grösste Einsparpotenzial» Die Automatisierungsbranche steht vor grossen wirtschaftlichen und technischen Herausforderungen. H. R. Born, Geschäftsführer von Pilz Schweiz, über Kosteneinsparungen, Effizienzsteigerung in der Entwicklung und Produktion sowie die neue Maschinenrichtlinie.

Moderne Automatisierungssysteme wie die PSS4000 bieten klare Software-Strukturen, welche die Entwicklung von Applikationen stark vereinfachen. Das widerspiegelt sich auch in dem Slogan, den wir geboren haben: «simplify your automation». Das ist das grosse Ziel. Marktuntersuchungen haben ergeben, dass der Engineeringanteil von Applikationen sehr gross und kostspielig ist. Dort bietet sich das grösste Ein-

«Heterogene Lösungen erfordern ein sehr hohes Fachwissen, damit man die Vorteile der einzelnen Komponenten auch wirklich nutzen kann.»

nnovation: Was sind momentan die Herausforderungen in der Automatisierungstechnik? H. R. Born: Vorerst ist es die Bewältigung der momentanen Wirtschaftslage. Aus technischer Sicht sind eine Steigerung des Automatisierungsgrades gefragt und der Einsatz neuer Techniken. Die Steigerung des Automatisierungsgra-

Infos Pilz lndustrieelektronik GmbH 5506 Mägenwil Tel. 062 889 79 30 pilz@pilz.ch www.pilz.ch

Innovation

des bedeutet auch eine Effizienzsteigerung und dadurch Kosteneinsparungen, was heute ein ganz grosses Thema auf dem Markt ist. Aus der Sicht der Anwender ist es die neue Maschinenrichtlinie, welche die Leute beschäftigt. Das ist für die Anwender mit viel zusätzlicher Arbeit verbunden. Wie derzeit auf dem Markt spürbar ist, herrscht noch eine grosse Verunsicherung. Wir bieten in diesem Zusammenhang Unterstützung für unsere Kunden und Interessenten, im Rahmen von Seminaren oder Kursen. Ein Trend in der Automatisierung sind die Durchgängigkeit und Komplettlösungen. Wie können Sie diese Anforderungen erfüllen?

sparpotenzial. Deshalb haben wir die ganze Entwicklungsumgebung darauf ausgerichtet. Wir haben einen völlig neuen Denkansatz gewählt. Die Erkenntnis, die wir mit unserem PNOZMulti Configurator gewonnen haben, lassen wir in das neue Automatisierungssystem einfliessen. Der Denkansatz geht in die Richtung, dass Applikationen auf mechatronische Komponenten heruntergebrochen werden. Das kann beispielsweise ein Zylinder, ein Ventil oder ein Antrieb sein. In der Umsetzung stehen dann alle Sprachelemente der IEC 61131-3 zur Verfügung. Anschliessend werden mit dem PASmulti-Editor solche Komponenten zu übergeordneten Elementen zusammengefasst. Komponenten kommen in einer Applikation ja

Automation

mehrfach vor. In den übergeordneten Elementen können dann wieder neue Aspekte eingebracht werden, wie zum Beispiel Interlock- oder Sicherheitsfunktionen. So kann man das System auf einfache Art grafisch zusammensetzten und es können auch komplexe Applikationen transparent dargestellt werden. Applikationen können so schneller umgesetzt werden. Daraus ergeben sich die gewünschten Kosten- und Zeitersparnisse. Die Systeme sind so auch einfach zu warten und zu erweitern. Wir haben gespürt, dass es ein Bedürfnis ist, das Ganze zu vereinfachen. Es steigert unglaublich die Effizienz, wenn man sich nicht mehr um die Teilaspekte kümmern muss. Wie lässt sich mit diesem grafischen Ansatz ein verteiltes System programmieren? Das ist so gelöst, dass von Anfang an auf allen Ebenen sämtliche Aspekte wie Sicherheits-, Visualisierungs-, Steuerungs- oder Diagnosefunktionen vorhanden sind. Die Daten sind zentral verwaltet. Zentrale und dezentrale Abläufe greifen auf den gemeinsamen Datenbestand zu. Daraus entsteht eine zentrale Sicht eines dezentralen Systems. Das heisst, der Anwender kümmert sich nur noch um die Anwendung und deren Umsetzung. Er muss sich keine Gedanken darüber machen, was wo verarbeitet wird. Das Sys-

tem ist hard- und softwaremässig so flexibel gestaltet, dass es einfach erweiterbar und damit auch einfach zu warten ist. PSS4000 ist ein Automatisierungssystem, das allen Anforderungen unseres Marktes gerecht wird. Angefangen bei der sicheren Antriebstechnik über moderne Steuerungssysteme, basierend auf Ethernet bis hin zu Diagnose- und Visualisierungsfunktionen. Die Entwicklungsumgebung PAS4000 – Pilz Automation Suite – ist so aufgebaut, dass der Standardteil und der Sicherheitsteil voll ineinander integriert sind. Damit können wir eine homogene Lösung anbieten. Wie kam es zur Entwicklung des grafischen Editors? Auf der einen Seite hatten wir die PSS3000, ein Steuerungssystem, das sehr viele Möglichkeiten bot. Diese erforderte aber auch, dass der Anwender eine Sprache aus der SPS-Welt beherrscht. Auf der anderen Seite hatten wir unsere grosse Kundschaft, die sich mit Sicherheitsschaltgerätetechnik befasst und von dieser Programmiertechnik nichts wissen musste und auch nicht wollte. In der Mitte gab es ein Marktsegment, wo wir sagen mussten: «Die Denkweise, die im Kopf eines Elektrokonstrukteurs vorgeht, möchten wir auf eine einfache Grafikebene abbilden.» Aus dieser Idee entstand der PNOZmul-

ti-Editor. Dieser kam auf dem Markt sehr gut an, weil die Kunden nun keine Programmiersprache mehr lernen mussten, sondern nur noch per Drag-and-Drop bekannte Elemente kombinieren konnten. Dieser Erfolg und diese Denkweise brachten uns auf die Idee, dem Anwender auf einer höheren und breiteren Ebene solch einfache Werkzeuge zur Verfügung zu stellen. Sie bieten immer umfassendere Komplettlösungen an. Ist es möglich, aus einer Hand eine Komplettlösung anzubieten, die so leistungsfähig ist, wie wenn man von verschiedenen Anbietern immer die besten Komponenten wählen würde? Ich bin der Meinung, dass gerade eben Komplettlösungen effizient und leistungsfähig sind. Und zwar aus dem Grund, weil der Hersteller einer solchen Lösung die einzelnen Teile aufeinander abstimmt. Es gibt später auch keine grossen Diskussionen über Zuständigkeiten, wenn sich irgendein Problem ergibt. Heterogene Lösungen erfordern ein sehr hohes Fachwissen, damit die Vorteile der einzelnen Komponenten auch wirklich ausgenützt werden können. Die Stolpersteine liegen dann typischerweise an den Schnittstellen, wo die Produkte nicht aufeinander abgestimmt sind. Wenn man einzelne Komponenten wählt, die al-

Automation

Wir reden von einer zentralen Sicht einer dezentralen Lösung. Wenn jemand die Applikation erstellt, kann er sich aus einer zentralen Sicht vollständig auf seine Anwendung konzentrieren. Dass schliesslich das Ganze dezentral abgewickelt wird, darüber braucht er sich zu Beginn gar keine Gedanken machen. Wenn die Systemressourcen nicht ausreichen, kann er diese durch Hinzufügen von weiteren CPUs problemlos ausbauen. Das System verwaltet sie selbstständig.

«Die neue Maschinenrichtlinie beschäftigt die Leute.» lenfalls noch eigene Entwicklungswerkzeuge erfordern, benötigt man plötzlich viele unterschiedliche Entwicklungsoberflächen. Wir sehen das auch bei uns selbst. In einer gewachsenen Struktur haben wir eine Entwicklungsumgebung für die Visualisierung, eine für unsere Steuerungstechnik, wieder eine andere für die Auswertung der Sicherheitsfunktionen

und so weiter. Mit dem neuen Lösungsansatz hatten wir dieses Problem von Anfang an im Fokus, damit der Kunde nur eine einzige Entwicklungsoberfläche benötigt. Sie propagieren eine dezentrale Lösung. Andere sagen, eine zentrale Lösung sei besser. Welches sind die Vor- und Nachteile einer dezentralen Lösung?

Der grosse Vorteil ist, dass sich das System einfach den Gegebenheiten anpassen lässt. Die Ressourcen werden dort eingesetzt, wo sie tatsächlich benötigt werden. In einer zentralen Lösung muss man sich relativ früh für eine Klasse von Steuerungssystemen entscheiden. Dort gibt es auch dezentrale Peripherien. Das grosse Problem solcher Lösungen beginnt aber, wenn

PSS4000 – ein System für alle Automatisierungsaufgaben Mit dem Automatisierungssystem PSS4000 bietet Pilz eine Lösung für alle Aufgaben der Maschinensteuerung und der Sicherheitstechnik sowie für die Bereiche Motion Control, Diagnose und Visualisierung. Die Software-Plattform PAS4000 (Pilz Automation Suite) ermöglicht die Beibehaltung einer zentralen Sichtweise auch auf dezentrale, verteilte Steuerungsstrukturen. Das Automatisierungssystem PSS4000 lässt sich branchenübergreifend für Applikationen jeder Grösse einsetzen. Mit PSS4000 vereint Pilz die Bereiche Sicherheit und Standard und macht dabei auch die Programmierung der Sicherheitstechnik einfacher. Die daraus entstehende Flexibilität kommt dem Anwender zu gute, insbesondere wenn ihn Anforderungen aus der neuen Maschinenrichtlinie zu Änderungen zwingen. Mit PSS4000 lassen sich sehr komplexe Steuerungsstrukturen aufbauen, die dennoch einfach zu handhaben sind. Das Automatisierungssystem ermöglicht es, die Vorteile einer dezentralen Steuerungsstruktur zu nutzen, ohne die damit normalerweise verbundene zunehmende Komplexität in Kauf nehmen zu müssen. Der Anwender kann die Struktur entsprechend den Funktionen der Maschine sehr einfach gliedern und grössere Teile seines Programms als bei herkömmlicher Programmierung wiederverwenden. Dies hilft, Engineeringkosten deutlich zu senken. Gleichzeitig kann der Maschinenbauer aber den heutigen Anforderungen an die Variantenvielfalt von Maschinen nachkommen. Wer aktuell eine neue Maschine kauft, selektiert nur diejenigen Maschinenoptionen, die er tatsächlich benötigt.

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Automation

«Unser grafischer Editor funktioniert wie Matrjoschkas: Komponenten können auf einfache Art zu grösseren Elementen zusammengesetzt werden.» sie an Grenzen stossen. Dann ist es sehr aufwändig, diese weiter auszudehnen. Viele Komponenten veralten sehr schnell und sind plötzlich nicht mehr erhältlich. Wie können Sie garantieren, dass der Endkunde langfristig verfügbare und homogene Lösung von Ihnen bekommt? Unsere Kunden fordern tatsächlich eine sehr hohe Lebensdauer der Produkte. Die Auswahl geeigneter Komponenten ist daher ein entscheidender Aspekt. Es ist eine Gratwanderung zwischen modernster Technik und Nachhaltigkeit über Jahre oder gar Jahrzehnte hinweg. Insbesondere im Bereich der Prozessoren oder Bauteile für Grafiksysteme ist dies sehr heikel. Wir richten ein grosses Augenmerk darauf und setzten nicht immer nur die modernsten Techniken ein, sondern wählen Produkte mit einer langen Verfügbarkeit. Zum Glück ist diese Strategie bis heute aufgegan-

unseren Kunden möglichst lange mit den gleichen Geräten Kontinuität zu bieten. Oder allenfalls, wie es auch oft in Verträgen gefordert wird, funktions- und baugleiche Geräte anzubieten. Wie schaffen Sie es, als einer der vielen Mitbewerber im harten internationalen Wettbewerb zu bestehen? Pilz ist ein eigenständiges, selbstfinanziertes Familienunternehmen, das mit 1300 Mitarbeitern und 24 Tochtergesellschaften weltweit tätig ist. Wir gelten am Markt als die Sicherheitsprofis, denen man vertrauen kann. Mit gelebter Kunden-

nähe, innovativen Produkten und einem seriösen Marktverhalten haben wir uns eine Akzeptanz am Markt erarbeitet, auf die wir bauen können. Von dieser werden wir auch in Zukunft profitieren können. Das gibt uns die Nachhaltigkeit, mit der wir bestehen können. Wie ist die Situation mit Konkurrenten zum Beispiel aus China, die hemmungslos kopieren, was nur möglich ist? Das ist ein Trend, der leider nicht zu verhindern ist – auch auf rechtlicher Basis nicht. Oft gehen die Kopien so weit, dass die Seriennummern der Produkte auch gleich mit kopiert

«Der Engineering-Anteil von Applikationen ist sehr gross und sehr kostspielig.»

gen. Auf der anderen Seite versuchen wir auch den Kunden langfristig funktionskompatible Lösungen anzubieten. Als Beispiel: Das erste Sicherheitsschaltgerät, das Pilz auf den Markt gebracht hat, übrigens das erste Sicherheitsschaltgerät überhaupt, war 1987 das PNOZ. Es gibt heute noch ein Nachfolgeprodukt, das PNOZ 1, welches baugleich und funktionskompatibel ist. Wir sind darauf ausgerichtet,

Innovation

werden. Wir haben in China eine Tochtergesellschaft. Diese beliefert den chinesischen Markt mit unseren Produkten. Wir waren bis dato nicht ernsthaft von Produktpiraterie betroffen. Der Export aus China im Bereich der Sicherheitstechnik ist noch nicht so gross wie beispielsweise im Konsumgüterbereich. Aber nichtsdestotrotz wird sich hier eine neue Komponente von Mitbewerbern entwickeln. Wir werden den Verlauf genau beobachten und in geeigneter Weise darauf reagieren. Der chinesische Markt bietet auch Wachstumschancen. Welches Potenzial sehen Sie? Wie gesagt: Wir haben auch eine Tochtergesellschaft in China und weitere in Korea, Australien und Japan. In diesen Märkten ist noch Potenzial vorhanden. Der Exportmarkt, den die Chinesen so sehr zu erobern versuchen, ist auch für sie zusammengebrochen. Sie konzentrieren sich derzeit auf den internen Markt. Man muss in der momentanen Situation alle Möglichkeiten ausschöpfen, um sich zu behaupten. Wir haben das Glück, dass wir nicht nur in dem Bereich tätig sind, der am meisten von der Krise betroffen ist. Es gibt auch Kundenzweige wie zum Beispiel Personentransport und Fördertechnik oder die Verpackungsindustrie, welche durch die Konsumgüterindustrie beeinflusst wird, die nicht so stark tangiert sind. Wie stark ist Ihr Unternehmen von der Wirtschaftskrise betroffen und wie sehen Sie die nahe Zukunft? Es ist sicher so, dass ein grosser Teil unserer Kundschaft zur Maschinenindustrie zählt, welche diese Krise besonders stark zu spüren bekommt. Wir sehen dies beim Absatz. Aber dadurch, dass wir ein eigenfinanziertes Unternehmen sind und die Familie Pilz sehr gezielt investiert und damit eine solide Grundlage geschaffen hat, gelingt es uns, diese Krise zu meistern. Selbstverständlich haben auch wir Massnahmen getroffen, um die

Kosten im Griff zu halten. Ich selbst bin der Ansicht, dass diese Situation nicht beliebig lange andauern wird. Ich kann mir einfach nicht vorstellen, dass im letzten August praktisch Hochkonjunktur herrschte und dass alle Firmen nur auf Vorrat produziert haben. Ich kann mir nicht vorstellen, dass der gesamte Bedarf an Industriegütern innerhalb dreier Monate praktisch verschwunden sein soll. Der Markt wird sich bestimmt wieder erholen. Erste Anzeichen lassen bereits darauf deuten. Es herrscht allerdings noch viel Verunsicherung und Kreditsperren verhindern Investitionen. Ich habe den Eindruck, dass sobald sich an der Börse die Situation wieder einigermassen stabilisiert und mittelfristig ein Aufwärtstrend feststellbar ist, das Vertrauen wieder zurückkehrt. Dies wird auch wieder einen positiven Einfluss auf den gesamten Markt haben. Ich sehe das ganze nicht so schwarz, auch wenn die momentane Situation nicht gerade als komfortabel bezeichnet werden kann. Persönlich denke ich, dass es nicht bis Mitte nächstes Jahr dauern wird, bis die Zeichen für eine Verbesserung wieder eindeutig sind. Ist es ein Vorteil, dass Pilz in Europa produziert? Die Qualität unserer Produkte ist uns sehr viel Wert. Pilz ist ein deutsches Unternehmen und baut auf die Arbeitsplätze in Europa. Wir ziehen Nutzen daraus, gut ausgebildete und hoch qualifizierte Mitarbeiter aus dem europäischen Raum beschäftigen zu können. Das hilft uns, unsere Position der Technologieführerschaft zu halten. Natürlich ist es einfacher, mit Tiefpreis-Produkten den Markt zu erobern, da der Preiskampf gerade in der aktuellen Situation besonders hart geführt wird. Es zahlt sich aber langfristig aus, mit hochwertigen Produkten am Markt aufzutreten und nicht nur dem Billigsegment zu huldigen. Innovative Produkte haben ihren Preis. [pm]

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Innovation

Forschung

Die Dispenseinheit der Kontaktieranlage arbeitet mit einem Schrittmotor, der direkt über eine Beckhoff-Schrittmotorklemme angesteuert wird.

Das Control-Panel von Beckhoff verfügt über Touchscreen und ist per CP-Link angeschlossen.

Solarmodule präzise verarbeiten Für eine wirtschaftliche und präzise Photovoltaik-Modulproduktion werden flexible Standardmaschinen benötigt. Dank einer PC-basierten Automatisierungsplattform sind individuelle Kundenlösungen und Standardisierung kein Widerspruch.

D ie Komax AG unterhält in Rotkreuz, Schweiz, sowie in York, USA, Kompetenzzentren zur Herstellung spezifischer Kontaktierungsverfahren für die expandierende Solarindustrie. «Wir betätigen uns seit über zehn Jahren auf dem Gebiet der Siliziumbasierten, kristallinen Solartechnik», berichtet Sonja Hübscher, Produktmanagerin für Kontaktierungsanlagen PV Thin Film der Komax AG. «Unsere Kompetenz besteht in der Montageautomation; in Rotkreuz für die Dünnschicht- und in York für die kristalline Photovoltaik.» Auch wenn die Photovoltaikindustrie inzwischen Milliardenumsätze generiert, ist sie nicht vergleichbar mit anderen grossen Industriezweigen. «Die Komax AG», so Sonja Hübscher, «realisiert im Dünnschichtbereich in Rotkreuz zurzeit noch überwiegend Anlagenkonzepte, die in enger Abstimmung mit den Kunden entstehen. Ziel ist es jedoch, vermehrt standardisierte und dadurch kostengünstigere Lösungen anzubieten.»

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Fernwartung und komfortable Diagnosefunktionalität

PC-basierte Steuerungsplattform als Standard

«Unsere Kunden erwarten von uns eine funktionierende Maschine», erläutert Peter Beerle, Gruppenleiter Software bei der Komax AG. «Also müssen wir unsere Anlagen so konzipieren, dass sie 24 Stunden täglich störungsfrei laufen.» Für einfache und schnelle Servicearbeiten wird selbstverständlich die Möglichkeit der Fernwartung unterstützt. Wie die Montageautomaten im Systembau werden auch die Dünnschicht-Photovoltaikanlagen im Werk in Rotkreuz komplett montiert und getestet. Mit einem leistungsfähigen HMI können sämtliche Bewegungen und Positioniervorgänge überprüft und auch ausserhalb des normalen Produktionsablaufes gesteuert werden. Mit Statusmeldungen und klaren Fehlertexten wird der Nutzer auf Störungen und Ursachen hingewiesen, sodass Probleme schnell und einfach lokalisiert und behoben werden können.

Bei einigen Montageanlagen und bei allen Kontaktieranlagen setzt Komax auf die Automatisierungsplattformen von Beckhoff. Diese bestehen üblicherweise aus den Busklemmen und EtherCat-Klemmen, einem zentralen Industrie-PC vom Typ C6140 und einem oder mehreren Control-Paneln mit Touchscreen, die per CP-Link angeschlossen sind. Zur Anlagenkommunikation setzt Komax auf EtherCat. Die Antriebsregler mit CAN-Interface werden im EtherCat-Klemmensystem über eine CANopen-Klemme eingebunden. Softwareseitig sind TwinCat PLC und TwinCat NC PTP im Einsatz. Dieses Konzept will Komax weiter entwickeln: «Wir planen, die Antriebstechnik und sämtliche peripheren Baugruppen zukünftig über EtherCat mit dem zentralen IPC zu koppeln», berichtet Peter Beerle. Neben den elektromotorischen Akto-

The power in relays and timers

Neuer Sicherheitsstandard Bisher hatte jeder unabhängige Anlagenteil seinen eigenen Sicherheitskreis, der aus separaten Hardwarekomponenten bestand. Gerhard Meier, Geschäftsführer Beckhoff Schweiz, ist überzeugt, dass die logische Integration von TwinSafe und TwinCat auch Komax erhebliche Vorteile bringt: «In diesem Fall sollte man nicht nur den Hardware-Preis im Blickpunkt haben, sondern auch die Engineeringkosten.» Die Komax-Anlagen sind als eigenständige Anlagen konzipiert, die, im Verbund mit anderen Anlagenteilen, mit übergeordneten Leitrechnern verbunden sind. Dort steht im Wesentlichen der Datenaustausch von produktionsrelevanten Daten der Verarbeitungsprozesse im Vordergrund. Dadurch können jedem gefertigten Produkt die zugehörigen Prozess- und Qualitätsdaten zugeordnet werden. Diese werden in der Regel durch einen TwinCatOPC-Server dem Kunden beziehungsweise dem übergeordneten System zur Verfügung gestellt.

Flexibles Steuerungskonzept Hinter der grundsätzlichen Entscheidung der Komax AG für die Beckhoff-Automatisierungsplattorm stand der Wunsch, einen Wechsel von der früheren Vielfalt an Hardware-Produkten hin zu einer flexibel einsetzbaren Plattform zu vollziehen. Diese sollte sämtliche Kunden-

optionen abdecken. Hierzu sagt Peter Beerle: «Wir können auf dem IPC, neben der Software-SPS, auch andere Applikationen laufen lassen, ohne dafür einen separaten PC einsetzen zu müssen. Des Weiteren wollen wir ein einheitliches Bedienkonzept nutzen, das unsere Ansprüche an Interaktion und Diagnosefähigkeit abdeckt. Zusätzlich benötigen wir Zugriff auf eine Vielfalt von Komponenten, die allesamt durch einen schnellen Feldbus in das Gesamtsystem eingebunden werden können. Das betrifft vor allem auch die Synchronisation der Antriebe. Das war mit unserem früheren Konzept nicht möglich, aber mit der Automatisierungsplattform von Beckhoff lassen sich diese Erwartungen problemlos realisieren.»

ZUVERLÄSSIGE UND EFFIZIENTE KLIMAKONTROLLE

Offen für Weiterentwicklungen «Die Flexibilität der PC-basierten Automatisierungsplattform von Beckhoff gibt Komax den erforderlichen Spielraum für zukünftige Anwendungsvielfalt», kommentiert Sonja Hübscher. Die Skalierbarkeit der Beckhoff-Plattform ist ein wichtiger Aspekt für die Komax AG. Dazu erklärt Peter Beerle: «Unser Bestreben ist es, die Software-SPS und die Visualisierung möglichst auf einer CPU laufen zu lassen. Wenn wir in einer Anlage bis zu 30 Servoantriebe einsetzen müssen, dann erfordern die Antriebssteuerung und die Visualisierung viel Rechenleistung. Hier bietet die PC-basierte Steuerungstechnik, mit stetig steigender Prozessorleistung, die ideale Plattform. Für leistungshungrige Applikationen setzen wir derzeit auf Beckhoff-Industrie-PCs [pm] mit Core-Duo-Prozessor.»

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ren zur Positionierung der Transportsysteme verfügen die Kontaktieranlagen über pneumatische Aktoren, die über Ventilinseln angesteuert werden. Ausserdem sind die Dispenseinheit für den Auftrag des Kontaktklebers, die Kontaktbandspulen, die Anpressrolle sowie weitere Aggregate zu bewegen. «Wir sind bemüht, auch die Peripherie weitgehend zu standardisieren», erläutert Peter Beerle. «Dennoch müssen wir, aufgrund des kundenspezifischen Anlagenzuschnitts, eine grosse Varianz zulassen und adaptieren, was eine skalierbare Automatisierungsplattform voraussetzt.»

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Markterfolg durch innovative Entwicklungsmethoden Die Welt des Maschinenbaus ist im Wandel. Seit jeher sind Mechanik, Elektronik und Reglerstrukturen einem stetigen Entwicklungsund Optimierungsprozess unterworfen. Betrachtet man allerdings die angewandten Entwicklungsmethoden, so scheint hier die Zeit still zu stehen. Nachhaltigkeit und Wiederverwendbarkeit sind Schlagworte, die im Zusammenhang mit Entwicklungen im Maschinenbau nur sehr selten fallen. Viel zu oft werden Serienmaschinen von Grund auf neu designed, obwohl ein Grossteil der vorModel-Based Design: Von der Maschine zum Simulink-Modell.

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liegt gerade im Bereich verbesserter Entwicklungsmethoden enormes Einsparungspotenzial für den Maschinenbau. Zum einen liesse sich durch die Wiederverwendung vorhandener Strukturen für neue Produktserien eine enorme Verkürzung des Entwicklungsprozesses herbeiführen. Zum anderen würde der Maschinenbauer von verbesserter Lesbarkeit und optimierter Wartbarkeit durch modellbasierten, simulationsgestützten Entwurf profitieren. In vielen Bereichen der Industrieautomation ist Modularität ein entscheidendes Thema. Auch hier helfen wiederverwendbare, selbstdokumentierende Simulationsmodelle dabei, abteilungsübergreifendes Knowhow sicherzustellen und die Time-toMarket merklich zu verkürzen.

Autor Dipl.-Ing. Philipp H. F. Wallner ist seit 2006 bei B&R im Bereich System- und Regelungstechnik tätig.

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handenen Strukturen wiederverwendet werden hätte können.

Neue Potenziale durch optimierte Entwicklungszyklen In der Gegenwart dominiert die projektbezogene Systementwicklung den Maschinenbau. Vorhandene Strukturen werden nur selten systematisch in den Entwicklungszyklus integriert; nachhaltiges und effizientes System-Design ist meist ein Fremdwort. Doch schon heute halten modellbasierte Entwurfsmethoden Einzug in die Industrieautomation. Obwohl der Aufwand für die Systemanalyse und die Modellbildung anfangs hoch ist, rentiert sich das Investment für den Maschinenbauer schnell. So können vorhandene Simulationsmodelle auch für zukünftige Maschinengenerationen als Entwicklungsbasis herangezogen und mit vergleichsweise geringem Aufwand auf den neuesten Stand gebracht werden. Abteilungsübergreifendes Know-how lässt sich optimal im Simulationsmodell abbilden und bleibt so nachhaltig im Unternehmen dokumentiert. Darüber hinaus werden Konzeptfehler mithilfe der Simulation bereits frühzeitig im Entwicklungszyklus detektiert – ohne die Notwendigkeit des Aufbaus teurer mechanischer Prototypen.

Die Vorteile für den Maschinenbauer liegen auf der Hand. Die deutlich verkürzte Time-to-Market durch optimierte Entwicklungszyklen sichert strategische Vorteile im globalen Wettbewerb. Gut ausgebildete Entwickler konzentrieren sich auf ihre Kernkompetenzen und aufwendige Algorithmen, die in der Vergangenheit kaum wirtschaftlich sinnvoll hätten umgesetzt werden können, finden zunehmend Verwendung im Maschinenbau. Doch auch der Maschinenbetreiber profitiert von den Möglichkeiten der modellbasierten Entwurfsmethodik. Verbesserte Regleralgorithmen führen sowohl zu einer Steigerung der Produktqualität als auch der Maschinenproduktivität. Und durch den Einsatz von durchgängigen Anlagensimulationen ist eine optimale Unterstützung durch den Maschinenbauer über den gesamten Maschinenlebenszyklus hinweg gewährleistet.

Ein Werkzeug verbindet zwei Welten Neue Entwurfsmethoden erfordern auch entsprechend ausgerichtete Werkzeuge, die auf Model-Based

Schonend befördert, von der Frucht zur Praline. Durchgängiger Workflow mit B&R Automation Studio Target for Simulink.

Design, Simulation und automatische Codegenerierung durchgängig abgestimmt sind. Die Softwaretools von B&R und The MathWorks bieten dem modernen Entwickler an dieser Stelle alle Möglichkeiten, von den Vorteilen nachhaltiger, modellbasierter Entwicklung zu profitieren. Das Projektierungswerkzeug des Automatisierungsherstellers B&R – Automation Studio – kann hier in erster Linie durch seine offene Architektur, die die nahtlose Anbindung von Simulationswerkzeugen wie zum Beispiel Simulink erlaubt, sowie durch die vollständig integrierte ANSI-C-Schnittstelle punkten. Letztere gewährleistet die problemlose Übertragung automatisch generierter Sourcecodes, wie sie zum Beispiel vom Real-Time Workshop der Firma The MathWorks erzeugt

werden, auf die Industriesteuerung. Massnahmen für die Unterstützung modularer Software-Strukturen runden das Bild von Automation Studio als eines der innovativsten Entwicklungswerkzeuge im Bereich der Industrieautomation ab. Das Software-Unternehmen The Math-Works stellt mit seinen Produkten rund um Matlab, Simulink und Stateflow eine breite Palette an Werkzeugen für modellbasierte Entwicklung und Simulation bereit. In der Luft- und Raumfahrt sowie im Automotive-Sektor und an Universitäten weltweit seit Jahren etabliert, halten diese auch immer stärker Einzug in die Industrieautomation. Mit dem bewährten Codegenerator Real-Time Workshop stellt The MathWorks darüber hinaus einen Codegenerator zur Verfügung, der SPS-Code für Entwicklungswerkzeuge mit integrierter C-Schnittstelle

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Der automatisch generierte Regler fügt sich nahtlos in den Gesamtprozess ein.

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Automation

Automatische Codegenerierung reduziert Entwicklungszeiten.

– wie Automation Studio – erzeugt. Den Bogen zwischen der Welt der Simulation und der der Projektierung auf der Industriesteuerung spannt das von B&R entwickelte Werkzeug «B&R Automation Studio Target for Simulink». Nahtlos in die Produkte beider Hersteller integriert, stellt es dem Entwickler eine durchgängige Schnittstelle zwischen Matlab, Simulink, Stateflow und Co. auf der einen Seite und Automation Studio auf der anderen Seite zur Verfügung. Damit profitiert der Maschinenbauer direkt aus einer Synergie der Vorteile beider Produkte, ohne dass er sich um das wechselseitige Zusammenspiel kümmern muss. Ermöglicht wird die nahtlose Durchgängigkeit der Schnittstelle durch die enge Zusammenarbeit der beiden Unternehmen B&R und The MathWorks im Rahmen des Connection Partner Programms. Diese kommt letztlich auch dem Maschinenbauer zugute, der bei der Umsetzung seiner Simulink-Modelle auf die Industriesteuerung von beiden Partnern in gemeinsamer Abstimmung unterstützt wird.

Durchgängiger Workflow durch maximale Integration Die Anwendung der automatischen Codegenerierung durch den Entwickler gestaltet sich dabei spielend einfach. Die in «B&R Automation Stu-

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dio Target for Simulink» enthaltene «B&R Automation Studio Toolbox» bindet sich nahtlos in die SimulinkUmgebung am Entwicklungsrechner ein. Sie stellt zahlreiche Schnittstellenblöcke zur Verfügung, die die Kommunikation der automatisch generierten Programmeinheit mit den übrigen Bestandteilen des Automation-Studio-Projektes übernehmen. Über Standardprozessvariablen erfolgt der Datenaustausch mit anderen Programmeinheiten, Visualisierungselementen, Hardware I/Os und Antrieben. Eine grosse Herausforderung für den Anwender stellt die Wahl der korrekten Einstellungen des Codegenerators dar. Bis alle Parameter entsprechend gesetzt sind, können oft Stunden an wertvoller Arbeitszeit verloren gehen – der durchgängige Workflow ist unterbrochen. Aus diesem Grund enthält die «B&R Automation Studio Toolbox» einen Konfigurationsblock, der – einmal in das Simulink-Modell gezogen – alle notwendigen Einstellungen selbsttätig vornimmt. Die automatische Codegenerierung selbst ist in wenigen Augenblicken erledigt. Ein Knopfdruck genügt, und der Prozess wird im Hintergrund vollständig automatisiert abgearbeitet. Momente später ist der erzeugte SPS-Sourcecode im Automation-Studio-Projekt eingebunden,

ohne dass sich der Benutzer um das Umkopieren der generierten Dateien oder das Anlegen der Prozessvariablen kümmern muss. Selbst für sehr umfangreiche Simulink-Modelle im Bereich mehrerer tausend Einzelblöcke dauert der Gesamtprozess nur wenige Minuten. An eine manuelle Umsetzung in SPS-Code wäre hier nicht mehr zu denken – sie würde Monate in Anspruch nehmen. Der erzeugte Sourcecode ist vom Benutzer vollständig einsehbar, obwohl dieser Umstand nur von geringer Bedeutung ist, da der hochoptimierte C-Code kaum Verbesserungsmöglichkeiten offenlässt. Überhaupt werden Änderungen oder Erweiterungen idealerweise im Simulink-Modell vorgenommen. So ist stets das gesamte Projekt auf dem neuesten Stand und durch die grafische Struktur von Simulink und Stateflow bereits dokumentiert. Die

Automation Studio Highlights: • Durchgängige Kompatibilität durch den Einsatz des Real-Time Workshops von The MathWorks • Nahtlose Integration durch offene Architektur und native ANSI-C Schnittstelle • Verkürzung der Entwicklungszyklen durch vollständige Automatisierung der Codegenerierung • Geringe Einarbeitungszeit durch einfache und intuitive Benutzerführung

Workflow: • Erweiterung bestehender Simulink-Modelle um die B&R-Schnittstellenblöcke • Automatische Konfiguration der Target-Einstellungen mithilfe des Konfigurationsblockes • Start der automatischen Codegenerierung auf Knopfdruck • Übersetzung des Programms und Übertragung auf die SPS in Automation Studio

Automation

Übersetzung in die Maschinensprache sowie die Übertragung auf die SPS erfolgt für den Anwender in der gewohnten Umgebung in Automation Studio. Der enorme Effizienzvorteil des durchgängigen Workflows liegt auf der Hand. Jede Anpassung wird direkt im Modell vorgenommen und auf Knopfdruck in wenigen Augenblicken auf die Anlage übertragen. Auf diese Weise lassen sich Entwicklungszyklen deutlich verkürzen. Die Wiederverwendbarkeit bestehender Simulink-Modelle für Nachfolgeprojekte spart dem Maschinenbauer Zeit und Kosten.

Automatische Codegenerierung und Model-Based Design in der Praxis Bereits heute ist Model-Based Design in der Industrieautomation kein Fremdwort mehr. Zahlreiche Maschinenbauer setzen auf geeignete

Entwicklungswerkzeuge und Simulation, um sich und ihren Kunden entscheidende Wettbewerbsvorteile am Markt zu sichern. Um die Lücke zwischen Modell und Implementierung auf der Industrieanlage zu schliessen und die Arbeit mit modernen Entwicklungswerkzeugen erst wirklich attraktiv zu machen, unterstützt B&R den Entwickler durch die automatische Codegenerierung. Zahlreiche Maschinenbauer setzen das Werkzeug «B&R Automation Studio Target for Simulink» bereits für die Entwicklung ihrer Anlagen ein – wenn auch zum Teil aus unterschiedlichen Gründen. So profitiert FerRobotics Compliant Robot Technology GmbH von deutlich reduzierten Entwicklungszyklen. Andere, wie der Gasmotorenhersteller GE Jenbacher können mithilfe der automatischen Codegenerierung völlig neuartige Reglerstrukturen testen.

Egal wie man den Themen ModelBased Design und Simulation gegenüber stehen mag, innovative Entwicklungsmethoden sind der Schlüssel zum Erfolg in der Welt der Industrieautomation von morgen; und jene, die es verstehen, diese Potenziale für sich zu nutzen, werden auch in Zukunft den Markt auf dem Maschinenbausek[mg] tor dominieren.

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Fertigungstechnik Innovativ

Der Weltspitze verpflichtet Wenn man einen Weltmarktanteil von rund 80% hat, wie die Feintool Technologie AG in Lyss im Bereich des Feinschneidens, und dabei der spärlichen Konkurrenz eher die weniger anspruchsvollen Applikationen überlässt, ist man automatisch der Spitze verpflichtet. Wesentlich ist dabei nicht nur die technologische Spitze, die zusammen mit den Kunden durch stetes Innovieren immer weiter nach oben getrieben wird, sondern ebenso bezüglich Maschinenpark, bei dem man sich auf ebenso innovative Partner verlassen können muss. Bei Feintool heisst der Spitzenlieferant für Fräs- und Drahterodiermaschinen GF AgieCharmilles.

F ür

die Herstellung des «Kernstücks» der Feinschneidtechnologie, das Feinschneidwerkzeug, setzt Feintool ausschliesslich sehr hochwertige Fertigungsanlagen ein, da man als Marktführer stets an der technologischen Spitze und am obersten Schwierigkeitsgrad operieren und seine Kunden in ihrem Wettbewerbsumfeld weiterbringen will. Die «0815-Lösungen» macht der Kunde in der Regel selbst oder übergibt sie dem «Werkzeugbauer um die Ecke». Dazu meint Marc Schori, Leiter Technologiezentrum: «Immer dann, wenn es um neue innovative Lösungen geht, mit denen der Kunde den Output erhöhen oder einen nachgelagerten Prozess eliminieren kann, sind wir der richtige Partner. Man erwartet von uns, dass wir Spitzenqualität liefern, das setzt aber auch einen Top-Maschinenpark voraus. Hinzu kommt, dass wir Ersatzele-

Infos Agie Charmilles Sales Ltd. 6616 Losone Tel. 091 806 90 30 info@ch.gfac.com www.gfac.ch Feintool Technologie AG Lyss 3250 Lyss Tel. 032 387 51 11 feintool-ftl@feintool.ch www.feintool.ch

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mente höchster Masshaltigkeit liefern müssen, die dann irgendwo auf der Welt bei einem Präzisionswerkzeug ausgetauscht werden können. Bei unseren grossen Kunden sind wir zudem bereits bei der Entwicklung des Getriebes beteiligt. Das beginnt schon bei der Untersuchung, welche Teile und welche Flächen und Formen sich für das Feinschneiden und Umformen eignen. Diese Zusammenarbeit geht so weit, dass wir gewisse Patente gemeinsam halten. Auf diese Weise entstehen Lösungen, von denen beide Seiten gleichsam profitieren. Ein Beispiel dafür ist ein Patent, welches das Entgraten nach dem Feinschneiden überflüssig macht.» Feintool hat den gesamten Wertschöpfungsprozess vom Bestellungseingang bis zur Auslieferung «inhouse». Dazu gehören auch das Prototyping, die Simulation, die Konstruktion, die Programmierung, die Fertigung incl. eigener Härterei, der Aufbau und die Erprobung.

Standard-Prozessabläufe Für ein typisches Einsatzteil für ein Feinschneidwerkzeug, zum Beispiel eine Matrize, gibt es ein paar Standard-Varianten des Prozessablaufs mit den Hauptprozessschritten Weichbearbeitung (Fräsen, Drahterodieren, Bohren) Härten und anschliessend Hartbearbeitung (Drahterodieren, Koordinatenschleifen, HSC-Fräsen). In letzter Zeit hat bei der Hartbearbeitung ei-

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Stempel und Matrize eines typischen Feinschneidwerkzeugs von Feintool.

ne Verlagerung vom Koordinatenschleifen zum HSC-Fräsen stattgefunden, da Letzteres um 20 bis 30 Prozent kürzere Bearbeitungszeiten ermöglicht. Für das HSC-Hartfräsen werden nur Mikron XSM 400 eingesetzt, dreiachsige Fräsmaschinen mit 7-fachWechsler und 42 000er-Spindeln. Die bearbeiteten Werkzeugelemente haben eine Härte von bis zu 65 Rockwell. Für die Bearbeitung dieser doch recht harten Werkstoffe muss die Abtragleistung präzis gewählt werden, damit die Bearbeitungsqualität bei noch vernünftiger Werkzeugstandzeit gut ist. Das Spezielle bei den Feinschneidwerkzeugen sind die präparierten,

Was ist Feinschneiden? Feinschneiden kommt immer dort zur Anwendung, wo die Schnittfläche gleichzeitig eine Funktion hat. Typische Beispiele dafür sind Zahnräder, die durch Feinschneiden in einem Arbeitsgang hergestellt werden können – und dies ohne Nachbearbeitung, wenn man vom Entgraten in gewissen Fällen absieht. Damit können aufwändige Prozessfolgen wie Giessen-Rohlinge Drehen-Verzahnung Fräsen-Schleifen reduziert werden. Automatikgetriebelamellen zum Beispiel werden nach dem Feinschneiden/Umformen «online» gewaschen und eingebaut. Es gibt vier hauptsächliche Anwendungsgebiete für Feinschneidteile: • Automobilsitzversteller • Getriebeteile – Hauptsächlich für Automatikgetriebe • Bremsbelagträger • Zahnräder im weitesten Sinn Insgesamt gehen mehr als 80% aller Feinschneidteile in die Automobilindustrie. sprich genau definierten und sehr präzisen Schneidkanten. Aus besonderem Grund werden diese Kanten ausschliesslich hartgefräst: Wenn der Kunde später ein Ersatzelement benötigt, kann dieses mit demselben NC-Programm auf derselben Maschine gefertigt werden, womit die menschlichen Einflüsse wegfallen.

Hartfräsen an der Grenze des Machbaren Eine äusserst anspruchsvolle Produktspezialität von Feintool ist die sog. Prägeglocke. Dazu Marc Schori: «Es brauchte rund drei Jahre Optimierungsarbeit und eine inzwischen patentierte Entwicklung, bis wir die Bearbeitung dieses Teils ‹im Griff› hatten. Es sind unter anderem 2,5 mm tiefe Facettierungen mit einem Innenradius von 0,25 mm zu fräsen. Man kann sich

Die Mikron XSM 400 wird bei Feintool nicht nur wegen ihrer Präzision, sondern besonders auch wegen ihrer kompakten Bauweise geschätzt.

leicht vorstellen, welche Herausforderungen die Bearbeitung dieses Werkstücks mit 60 Rockwell Härte mit feinsten Fräsern darstellt – dieses Werkstück spannen wir am Freitagabend auf, dann läuft die Maschine durch bis Montagmorgen. Ein Werkzeugbruch darf dabei nicht vorkommen. Wir erreichen eine Fertigungstoleranz von ±5µm – dort, wo die nötig ist.» Die Ziele für den Einsatz der Mikron XSM 400 für das Hartfräsen waren: • eine möglichst hohe Anzahl von produktiven Stunden – deshalb wurde auch ein Werkstückwechsler angebaut, • das Herstellen von definierten Schnittkanten, Phasen und Formen, • eine hohe reproduzierbare Präzision, • die Komplettbearbeitung in einer Aufspannung und schlussendlich • Zeit- und Kosteneinsparungen durch den Wechsel vom Koordinatenschleifen zum Hartfräsen. Beim Herstellen von Feinstanzwerkzeugen fallen typischerweise viele Schnittelemente mit prismatischen Formen an. Dafür eignet sich das Drahterodieren bestens. Feintool hat dafür sechs Drahterodiermaschinen AC Progress V2, ebenfalls von GF AgieCharmilles im Einsatz. Mit diesen sechs Maschinen werden pro Jahr rund 33 000 produktive Stunden erreicht. Das dürfte auch im europäischen Vergleich ein

Fertigungstechnik Innovativ

Spitzenwert sein! Bei Feintool wurde vor ein paar Jahren der Grundsatzentscheid gefällt, mit nur einer Maschinengeneration zu fahren und deshalb die vorhandene Maschinenvielfalt zu eliminieren. Dazu Marc

Schori: «Dies hat den Vorteil, dass wir die Bearbeitungen ‹maschinenunabhängig› planen können und damit extrem flexibel sind: Alle Maschinen liefern mit einem Programm dieselben Teile mit kons-

GF AgieCharmilles: Kunden im Fokus Produkte des täglichen Lebens unterliegen mehr und mehr den gestiegenen Ansprüchen an Design und Funktionalität. Die Lebenszyklen der Produkte werden immer kürzer. Die Herstellung wird zu einem Wettlauf mit der Zeit. Effiziente Produktionsmittel mutieren zu Marketinginstrumenten. Genau hier kann GF AgieCharmilles ihre Stärken ausspielen: Mit Draht- und Senkerodiermaschinen sowie mit Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsfräsmaschinen können einbau- und gebrauchsfertige Teile hergestellt werden, die mit ihrer Präzision und Qualität beim Werkzeug- und Formenbau und bei der Teileproduktion Fertigungsprozesse markant beschleunigen. Darüber hinaus umfasst das Gesamtpaket der GF AgieCharmilles gesamtheitliche Automationslösungen, Spannund Palettiersysteme, Serviceleistungen, Ersatz- und Verschleissteile sowie Verbrauchsmaterial, die dem Kunden helfen seine Produktivität zu erhöhen. GF AgieCharmilles ist global tätig und mit eigener Organisation weltweit an 50 Standorten präsent: Kundennähe für schnelle Unterstützung, Beratung, Unterweisung und Service vor Ort. Ausdruck dieser Leistungsfähigkeit ist zum Beispiel das neu gebaute Applikationszentrum in Schorndorf bei Stuttgart. Auf eindrückliche Weise werden den Kunden dort unter einem Dach die Schlüsseltechnologien und deren Einsatzmöglichkeiten vermittelt, um auf ganz spezifische Anwendungsbedürfnisse zukunftgerichtete Lösungen zu finden. Die Produktionsstätten und die Forschungs- und Entwicklungszentren befinden sich in der Schweiz, in Schweden und in China. Damit verfügt GF AgieCharmilles über gute Voraussetzungen, um wettbewerbsfähig in den verschiedenen Märkten auftreten zu können: Anspruchsvollen anwendungstechnischen Herausforderungen – vor allem aus Nord- und Mitteleuropa sowie Nordamerika – wird mit Maschinen aus Schweizer Produktion begegnet, die höchste technologische Anforderungen erfüllen. Kunden in der Herstellung von Serienprodukten, die zunehmend in Osteuropa und Asien erfolgt, werden mit Maschinen bedient, die vor Ort in China hergestellt werden. Die Elektronik, das eigentliche Herzstück einer jeden Maschine, stammt dabei immer aus der Schweiz. Mit innovativen Produkten den Erfolg im Visier Die Marke GF AgieCharmilles findet weltweit breite Akzeptanz. Die Produktpalette der Erodiermaschinen entspricht heute den Marktbedürfnissen nach hoher Autonomie und Präzision. Dazu zählen neue Senkerodiermaschinen, die in den wichtigsten Märkten erfolgreich eingeführt sind, zum Beispiel die Senkerosionslinie der Hyperspark-Modelle, wo dank iQ-Technologie Nullverschleiss der Elektroden erreicht wird, was zu einer erheblichen Kostenreduktion beim Elektrodenmaterial führt. Oder die Drahterosionsmaschinen der Baureihe FI CCS, die dank CleanCut-Generator hohe Schnelligkeit und Oberflächenintegrität gewährleisten und dabei Werkstücke bis zu drei Tonnen Gewicht bearbeiten können. Die Produktgruppe der Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsfräsmaschinen wird mit anwendungsspezifischen Modellen weiter ausgebaut. Speziell die Nachfrage bei der Fertigung von Produktionsteilen und in der Dental- und Medizinaltechnik sind die Indikatoren für eine erfolgreiche Markteinführung. Müssen zum Beispiel Formenbau- und Produktionsteile wirtschaftlich und präzis gefertigt werden, steht mit der Mikron HPM 800U ein kompaktes Modell der neuesten Maschinenbaugeneration zur Verfügung.

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Drahterosionsmaschine der neuen Baureihe FI CCS mit CleanCut-Generator.

tant hoher Präzisionen, Schnittgeschwindigkeit und Oberflächengüte. Resultat: sehr stabile Qualitätsund Produktionsbedingungen.»

Kompaktheit und Vefügbarkeit als Hauptkriterien «Das Hartfräsen wurde 2006 auf einer Mikron HSM 800 ProdMod mit 24 000-U/min-Spindel eingeführt. Kurz darauf beschafften wir zusätzlich eine XSM 400» erzählt Marc Schori: «Für die Evaluation der HSC-Fräsmaschinen standen drei europäische Lieferanten zur Auswahl. Bei eher unbedeutenden Preis- und Technologieunterschieden sprachen schliesslich zwei Hauptargumente für die Mikron-Maschinen: der schnelle und gute Service und die Kompaktheit der Maschine: Durch das Konstruktionsprinzip, dass die Werkstückpaletten durch den Ständer hindurch in den Arbeitsraum geführt werden, halbiert sich die erforderliche Grundfläche im Vergleich zu den Konkurrenzmaschinen. Aufgrund der knappen Platzverhältnisse in der vorgegebenen Halle war dieser Vorteil sehr wichtig.»

Der «Spitzentanz» geht weiter Auch wenn Feintool heute die technologischen Grenzen ausreizt, ist damit die Entwicklung selbstverständlich nicht beendet. In der Automobilindustrie geht die Entwicklung Richtung hochfester Stähle mit Festigkeiten von bis zu 1600 N/mm2. Dabei werden zwei Ziele anvisiert: Gewichtsreduktionen durch noch dünnwandigere Teile und die Elimination eines Wärmeprozesses. Bei der «Feinschneidbarkeit» dieser hochfesten

Betriebsbereit in 1 Minute! Die Mikron HPM 800 U, ein kompaktes Modell der neusten Fräsmaschinengeneration.

Stähle stösst man erwartungsgemäss an technische Grenzen. Feintool arbeitet derzeit daran, diese Grenzen auszuloten. Gleichzeitig werden die durch Feinschneiden herstellbaren Teile immer komplexer. Ursprünglich war es ein spezielles Stanzverfahren zur Herstellung flacher Teile. Heute geht der Trend immer mehr in Richtung Feinschneiden-Umformen resp. Umformen-Feinschneiden in einem Arbeitsgang, womit automatisch auch die Werkzeuge immer [mg] komplexer werden.

Feintool Technologie AG Die Feintool Technologie AG in Lyss besteht aus den vier Divisionen • Fineblanking-Technologie (Feinstanz-Pressen und Anlagen) • Teilefertigung • Automation (Automationsanlagen und Handlingsysteme) • Plastic/Metal-Components Der weltweit tätige Konzern ist Weltmarktführer bei Anlagen und Werkzeugen zum Feinschneiden. Die Feinschneidanlagen werden mit einer Presskraft von 250 kN bis 14 000 kN angeboten. Kerngeschäft dieser Division ist der Vertrieb der Anlagen und Bau der Werkzeuge. Feintool bietet einen «Rundum-Service» an. In der Praxis bedeutet dies, dass der Kunde die Zeichnung eines Teils vorlegt und eine komplette Anlage geliefert bekommt, auf der er dieses Teil produzieren kann. Diese Anlage besteht dann aus Feinschneidpresse, Werkzeugen, Peripherie wie Richt- und Entsorgungsanlage inklusive Schulung, d. h. alles, was es braucht, um die Anlage sinnvoll betreiben zu können. Feintool betreibt dafür ein eigenes Schulungszentrum. Im anderen Extremfall kann der Kunde aber mit derselben Zeichnung «nur» das fertige Teil in gewünschter Stückzahl bestellen. Zwischen diesen Extremfällen sind alle Abstufungen möglich.

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Antriebstechnik

«Für investitionsintensive Branchen ist die Schweiz attraktiv» ABB setzt für die Forschung und Produktion von Leistungshalbleitern auf den Standort Schweiz. Bernhard Eschermann, Leiter ABB Semiconductors, über die Vorteile des Werkplatzes Schweiz, gut ausgebildete Spezialisten und Zukunftstechnologien.

nnovation: Wie kommt ABB dazu, in der Schweiz Halbleiter zu produzieren? Bernhard Eschermann: Halbleiter für die Computerindustrie hat man zuerst dort produziert, wo die Computer hergestellt wurden. Da ein grosser Teil der Leistungshalbleiter in der Bahntechnik oder der Energietechnik eingesetzt wird, hat ABB angefangen, Halbleiter dort zu entwickeln und herzustellen, wo wir in diesen Bereichen stark sind – also in der Schweiz. Als die Erweiterung geplant wurde, stellte sich natürlich die Frage, ob wir am Schweizer Standort festhalten. Wenn wir hier ausbauen, können wir besser auf die Kompetenz der jetzigen Fachleute zurückgreifen und die vorhandene Infrastruktur nutzen. Ein neuer Standort mit einem niedrigeren Lohnniveau hat demgegenüber andere Vorteile. Aber in der Gesamtabwägung war es für ABB günstiger, hier in Lenzburg zu investieren. Die Kosten für den Maschinenpark sind zwar sehr hoch, die Schweiz ist jedoch dank den nied-

ABB produziert in Lenzburg Halbleiter von 300 bis 12 000 A und von 200 bis 8500 V.

«Technologien wie Silizium-Karbid, Diamant und Galliumverbindungen sind für unser Anwendungsgebiet mindestens noch fünf bis zehn Jahre in der Zukunft.»

rigen Zinsen ein günstiges Land für investitionsintensive Branchen wie die Halbleiterproduktion. Was gibt es sonst noch für Vorteile ausser den günstigen Zinsen? Wir benötigen eine sehr grosse Bandbreite von Mitarbeitern, von den Angelernten in der Wafer-Produktion bis zu hoch spezialisierten Entwicklern und Spezialisten in der Prozesstechnik. In der Schweiz haben wir die Möglichkeit, lokal auf eine grosse Menge gut ausgebildeter Personen zurückzugreifen. Zudem profitieren wir von den attraktiven Rahmenbedingungen der Schweiz als Arbeitsort, um qualifizierte Fachkräfte aus dem Ausland für uns zu gewinnen. Welche Rollen spielen ETH, EPFL und die Fachhochschulen für Sie als ABB Semiconductors? Ganz zentral ist eine gute Ausbildung in den Grundlagen des jeweiligen Spezialgebietes. Dies wird an der ETH, EPFL oder den Fachhochschulen sehr gut gewährleistet. Für uns ist das gute Basiswissen wichtiger als die Tiefe der Spe-

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zialisierung, denn wir können von den Hochschulen nicht erwarten, dass sie Vertiefungsstudien in unseren Spezialgebieten der Halbleitertechnik anbieten. Gibt es eine Zusammenarbeit mit Hochschulen oder Fachhochschulen? Ja, wir arbeiten mit entsprechenden Lehr- und Forschungsanstalten direkt zusammen. Der grösste Teil der Zusammenarbeit findet jedoch über unser ABB-Forschungszentrum in Dättwil statt, das für ABB weltweit alle Forschungsaktivitäten in der Energietechnik koordiniert. Eine für uns ideale Arbeitsteilung sieht so aus: In Lenzburg entwickeln wir die direkt kommende Produktgeneration, das ABB-Forschungszentrum in Dättwil beschäftigt sich mit Technologien für die übernächste Produktgeneration – dort können Hochschulen einfacher einen sinnvollen Beitrag leisten.

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An welchen Entwicklungen forschen Sie momentan und was können wir erwarten? Wenn wir uns die aktuelle Technologie anschauen, sind die Verbesserungsmöglichkeiten noch lange

«Wir entwickeln die Technologie so weiter, dass sie in neue Anwendungen eindringen kann.» nicht ausgeschöpft. Wir können einerseits auf einer bestimmten Siliziumfläche der Halbleiter noch grössere Leistungen, sprich mehr Strom und mehr Spannung, schalten. Wir können auf der anderen Seite weiterhin die Verluste reduzieren, die beim Schalten entstehen und als Wärme abgeführt werden, was wiederum die erreichbare Leistung einschränkt. Langfristig redet man davon, was nach dem Silizium kommen könnte, zum Beispiel Silizium-Karbid, Diamant und Galliumverbindungen. Diese Technologien liegen für unser Anwendungsgebiet jedoch noch fünf bis zehn – wenn nicht sogar zwanzig – Jahre in der

Zukunft und stehen weiter in Konkurrenz mit der Siliziumtechnik, die sich ständig weiterentwickeln und verbessern wird. ABB investiert kräftig, das heisst, Sie erwarten einen wachsenden Markt. In welchen Märkten und Anwendungsbereichen sehen Sie das grösste Wachstum? Zum einen wachsen etablierte Märkte im Moment wegen der Diskussion um die CO2-Reduktion und Energieeffizienz sehr stark, wie zum Beispiel im Bereich des öffentlichen Verkehrs, in der Bahntechnik oder beim Anschluss von Windturbinen an das Netz. Zweitens besteht durch die er-

ABB investiert 150 Millionen in die Halbleiterproduktion

Bereits seit 30 Jahren produziert ABB in Lenzburg Halbleiter. Am 15. Mai 2009 fand die Grundsteinlegung für den Ausbau der Halbleiterproduktion statt. Das Unternehmen investiert 150 Millionen Franken in die Erweiterung der Infrastruktur. Bislang produzieren hier total 400 Personen Leistungshalbleiter. Mit dem Neubau, der in einem Jahr bezogen werden soll, kommen bis 250 Arbeitsplätze hinzu. Damit soll die weltweit führende Stellung als Anbieterin von Hochleistungshalbleitern gestärkt und ausgebaut werden. Hochleistungshalbleiter sind Schlüsselkomponenten in ABB-Technologien wie der Hochspannungsgleichstromübertragung (HVDC) oder in drehzahlgeregelten Antrieben. Der Ausbau der Infrastruktur ermöglicht die Einführung einer neuen Generation von Halbleitern mit erheblich grösserer Leistung.

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Antriebstechnik

In der Schweiz wird die Windenergie fast nicht gefördert. Führt dies zu Nachteilen, in diesen Märkten tätig zu sein? Deswegen können wir ja trotzdem von der Schweiz aus technologisch führend sein. ABB liefert aus unterschiedlichen Ländern Komponenten

«Auch wenn wir in der Schweiz nicht unbedingt viel Windenergie haben, können wir ja trotzdem in diesem Bereich technologisch führend sein.»

neuerbaren Energien und den steigenden Verbrauch die Notwendigkeit, die Elektrizitätsnetze auszubauen und deren Stabilität zu erhöhen – und das weltweit. In aufstrebenden Ländern in Asien gilt es, die Kapazitäten auszubauen, in anderen Ländern wie in den USA muss die teilweise veraltete Infrastruktur ersetzt werden. Zudem gibt es neue Aufgaben wie die Verkoppelung der verschiedenen nationalen Netze über das Meer hinweg, wie beispielsweise über die Nord- und Ostsee oder künftig vielleicht über das Mittelmeer. Dies fördert den Markt für die Energieübertragung und -verteilung. Und im industriellen Bereich? In der Industrie hatte der Anstieg der Energiepreise sehr grosse Auswirkungen. Elektrische Motoren mit Frequenzumrichtern erreichen mittlerweile eine so kurze Payback-Phase, dass fast alle neuen Motoren mit einem Antrieb gekauft und auch beim Retrofit viele alte Motoren zusätzlich mit Antrieben ausgerüstet werden. Ich denke, dass in Zukunft die Diskussionen um Energieeffizienz, CO2-Reduktion und eine weitergehende Elektrifizierung unserer Gesellschaft nicht abnehmen. Das heisst, dass in den etablierten Märkten der Bedarf weiter steigen wird.

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wie Generatoren, Umrichter, Halbleiter und die Netzanbindung mit Transformatoren, Schaltern, Steuerund Schutzeinrichtungen für Windturbinen. Unsere Halbleitertechnologie unterstützt auch die Anbindungen von Windkraftwerken im Meer über Gleichstromhochspannungskabel ans Energienetz an Land. Werden Halbleiter von ABB auch direkt im Bereich von Solarzellen eingesetzt? Wir konzentrieren uns von der Strategie her sehr stark auf Halbleiter mit einer Leistung von mehreren hundert Kilowatt und einer Spannung von mindestens 1200 bis 1700 Volt. Bei den üblichen Solaranlagen sind wir noch nicht in diesem Bereich. In der Windenergie werden die Leistungen immer höher und es sind zunehmend auch Halbleiter gefordert, die im Hochspannungsbereich schalten können. Diese Entwicklung spielt uns in die Arme. Im Bereich der Solartechnik besteht diese Tendenz ebenfalls, ist aber im Augenblick noch nicht ganz so weit fortgeschritten. Sie sehen sich als Technologieführer im Bereich der Höchstleistungshalbleiter. Wie schaffen Sie es, innovativer zu sein als die anderen Hersteller?

Wir haben einfach eine ganz andere Ausgangsposition. Die Mitbewerber, mit denen wir es auf dem Markt zu tun haben, sind Halbleiterhersteller, die typischerweise ihr Hauptvolumen auf dem Massenmarkt mit niedrigen Leistungen erzielen. Wir sind in einem Konzern integriert, der selber sehr viele Halbleiterapplikationen im obersten Leistungsbereich abdeckt. Das heisst, wir kommen einerseits von den typischen Anwendungen, die wir im ABB-Konzern anbieten, andererseits von hohen Leistungen und haben damit eine ganz andere Herangehensweise. Das führt dazu, dass wir teilweise etwas andere Lösungen wählen als der Mainstream, die Vor- und Nachteile haben, aber dazu führen, dass wir uns insbesondere im Markt für höhere Leistungen unterscheiden. Welche Voraussetzungen benötigen Sie, dass Sie diesen Vorsprung weiterhin halten können? Dadurch dass wir hier in Lenzburg 150 Millionen investieren, beseitigen wir eine wesentliche Schwelle, nämlich die beschränkte Kapazität, und machen punkto Produktionsmenge und -qualität einen wichtigen Schritt nach vorne. Dazu braucht es eine entsprechende Weiterentwicklung der Technologie und eine hoch qualitative und effiziente Fertigung. Beides basiert darauf, dass wir die richtigen Leute finden. Wir rechnen damit, dass wir in den nächsten Jahren rund 200 zusätzliche Arbeitsplätze schaffen können. Das sind einerseits zahlreiche Arbeitskräfte, die bei uns im Reinraum arbeiten und die wir in ihre spezifischen Tätigkeiten einarbeiten, weil es keine entsprechende Berufsausbildung gibt. Andererseits sind es gut ausgebildete Mitarbeitende für hoch qualifizierte Tätigkeiten im Bereich der Prozess- oder Produktentwicklung, die ihre Ausbildung oder Erfahrung auch im Ausland gewonnen haben. Dementsprechend ist es für uns notwendig, dass ein in-

«Es ist für uns notwendig, dass ein internationaler Austausch von Personal mit Einbezug der Schweiz möglich ist.»

ternationaler Austausch von Personal möglich ist. Hybrid- und Elektroautos gehören die Zukunft, was die Nachfrage nach Leistungshalbleitern steigern wird. Wie attraktiv ist dieser Markt für ABB?

Der Leistungsbereich für diese Anwendungen liegt für die typischen Volumenhersteller der Halbleitertechnik eher am obersten Rand und für uns eher am untersten Rand. Da ja die ABB-Strategie nicht hauptsächlich eine Halbleiterstrategie ist, sondern sich nach den Bedüfnissen in der Automatisierungs- und Energietechnik richtet, haben wir nicht das primäre Ziel, uns als grösster Halbleiterproduzent für die Automobilindustrie zu etablieren. Aber da wir interessante Technologien für solche Anwendungen haben, sprechen

wir über Technologiekooperationen mit anderen Herstellern, um eine entsprechende Breite in der Abdeckung auf dem Markt zu erreichen. Dies ermöglicht es uns, unsere Technologie noch weiter [pm] voranzutreiben.

Infos ABB Schweiz AG Stromnetzsysteme Semiconductors 5600 Lenzburg Tel. 058 586 10 00 www.abb.ch/ semiconductors

www.cl-electronics.com

Durch Efﬁzienz gemeinsam zum Erfolg! Stromversorgungen, Programmer, Messtechnik, Bildverarbeitung, Komponenten, EMV und Industrie Computer

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Furtbachstr. 4 CH-8107 Buchs/ZH Tel. +41 44 857 12 00 Fax. +41 44 857 12 01

Innovation

Automation

Spüren, was man tut Rückmeldungen von Bedienpanels konnten bislang nur über die Augen und Ohren wahrgenommen werden. Ein erheblicher Nachteil, wenn die Aufmerksamkeit in lauter Werkstattumgebung eigentlich auf die Maschine und nicht auf das Touchpanel gerichtet sein sollte. Mit dem innovativen Haptic-Konzept gibt nun Saia-Burgess dem Bediener wieder «das Gefühl» zurück. Dieser spürt über den Tastsinn die Quittung auf seine Eingabe. or allem beim Einrichtbetrieb Maschinen und Anlagen steht der Bediener oft vor der Aufgabe, über das Bedienpanel Stellbefehle einzugeben und gleichzeitig die daraus resultierenden Bewegungen der Maschine im Auge zu behalten. Er sollte also die Stelleingaben «blind» machen können. Solange ihm die Maschinenbedienung auf seine Eingabe kein Feedback gibt, ist dieses Vorgehen problematisch. Genau so wie man bei den digitalen Fotokameras das künstlich erzeugte Verschlussklicken hören will, sollte man an einem Touchpanel das Drücken einer Taste, das Drehen eines Handrads oder das Bewegen eines Steuerhebels spüren können. Bei den bisherigen Touchpanels erfolgte die Eingabequittung lediglich optisch und akustisch, was vor allem im Werkstattbetrieb aus genannten Gründen unbefriedigend ist.

V von

Pilotversion bestätigt Tauglichkeit Mit der innovativen Haptic-TouchTechnologie hat nun Saia-Burgess das Problem gelöst. Bei dieser

Die Haptic Touch Technologie von Saia-Burgess macht aus einem Touchpanel ein fühlbares Erlebnis.

62 Innovation

Vier Mikroantriebe bewegen die Touchfront so, dass sich die Touchpanelfelder wie elektromechanische Bedienelemente anfühlen.

Technologie wird die Touchfront von vier Mikroantrieben in einer Art bewegt, dass der Bediener einen spürbaren Hub wie bei einem richtigen elektromechanischen Bedienschalter wahrnimmt. Über die elektronische Ansteuerung können eine fast unbegrenzte Vielfalt an «Druckgefühlen» und Rückmeldungen bei der Eingabe erzielt werden. Auf der letzten SPS/IPC/Drives in Nürnberg stellte Saia-Burgess eine erste Pilotversion seines 10.4» Saia WebPanels mit integrierter HapticTouch-Technologie im Rahmen einer einfachen «Maschinenapplikation» vor. Saia-Burgess hat die Antriebe für die Touchpanelapplikation im eigenen Unternehmen entwickelt und wird diese auch in Serie produzieren. Die bei industriellen Touchpanels völlig neuartige Haptic-Technik ist jetzt bereit für die praktische Feldund Anwender-Erprobungsphase. Basierend auf den dabei gewonne-

nen Erkenntnissen werden nun die technische Spezifikation sowie die allgemeine Markteinführungsplanung von Standard SaiaPCD WebPanel mit Haptik erarbeitet. Es ist das erklärte Ziel, von SaiaBurgess die Haptic-Touch-Technologie in verschiedensten Gerätetypen für die Automationstechnik zu realisieren. Es steht ausser Zweifel, dass dies die Erwartungshaltung des Nutzers an ein Touchpanel grundlegend verändern wird. Neben hören und sehen wird man künftig die Maschine und den Pro[mg] zess auch spüren können.

Infos Saia-Burgess Controls AG 3280 Murten Tel. 026 672 71 11 www.saia-pcd.com marketing@ saia-burgess.com

Highlight

Individuell konfigurierbares Schaltgerät – PSR-Trisafe.

FL Mguard Router mit intelligenter Firewall.

Reihenklemmenfamilie PIT mit Push-in-Anschlusstechnik.

Auf innovativer Mission «Wir gestalten Fortschritt mit Lösungen, die begeistern.» In diesem Slogan sieht Phoenix Contact seine Mission. Welche Innovationskraft dahintersteckt, zeigt das Unternehmen eindrücklich: allein dieses Jahr werden 2600 neue Produkte in den Markt eingeführt.

n diesem Jahr bringt Phoenix Contact 2600 neue Produkte auf den Markt, so viel wie nie zuvor in der 86-jährigen Firmengeschichte. Das Produktspektrum umfasst Komponenten und Systemlösungen für die Elektrotechnik und Elektronik: Neben einem vielfältigen Programm von Reihen- und Sonderklemmen, Printklemmen und Steckverbindern sowie Interface- und ÜberspannungsschutzKomponenten bieten Hard- und Software-Systeme umfassende Automatisierungslösungen. Einsatzgebiete sind die industrielle Automation, die Energieversorgung, der

Geräte-, Maschinen- und Anlagenbau sowie Gebäudeinstallationen.

Sicherheit auf hohem Niveau Industrie-Netzwerke sind heute vielen Gefahren ausgesetzt wie unbefugte Zugriffe durch «Hacker» oder Anlagenausfälle durch Fehlbedienungen. Fernwartung darf nicht zum Sicherheitsrisiko werden. Die Router der Mguard-Familie schützen Netzwerke vor diesen Gefahren. Mit den integrierten Sicherheitsfunktionen läuft das Netzwerk zuverlässig mit Security auf hohem Niveau und für jede Bauform.

Ein konfigurierbares Schaltgerät Infos PHOENIX CONTACT AG 8317 Tagelswangen Tel. 052 354 55 55 infoswiss@phoenixcontact.com www.phoenixcontact.ch

Das Relais PSR-Trisafe ist das neue konfigurierbare Sicherheitsmodul von Phoenix Contact. Mit nur einem sicherheitsgerichteten Schaltgerät lässt sich die komplette Überwachung von Sicherheitskreisen in Maschinen oder Anlagen umsetzen, von der Not-Halt- bis zur Lichtgitterauswertung.

Auf einer Baubreite von 67,5 mm können bis zu 20 sichere Eingangssignale ausgewertet werden. Zudem stehen vier sicherheitsgerichtete Ausgänge sowie Takt-, Meldeund Masseschaltausgänge zur Verfügung. Die Sicherheitslogik lässt sich einfach per Drag-and-Drop mit der grafischen Konfigurationssoftware Safeconf individuell erstellen. So ist eine Einbindung neuer Schutzeinrichtungen zu jeder Zeit einfach und schnell umsetzbar.

Einfach verdrahten ohne Werkzeug Phoenix Contact bringt mit der PITReihenklemme als erstes Unternehmen eine wirkliche Direktsteckklemme auf den Markt. «Butterweich, wie der Leiter eingesteckt werden kann» – so erste Kundenmeinungen zu dieser Klemme, die weniger als 50% Steckkraft benötigt. Entriegelt wird die PIT-Reihenklemme einfach und ohne Kontaktberührung mittels neuartigem Taster und beliebigem Werkzeug. [pm]

Innovation

Impressum

Impressum Innovation ist integrierter Bestandteil von Megalink und technica der jeweiligen Ausgaben 6-09 Auflage: 26 100 Exemplare

Verlag/Redaktion AZ Fachverlage AG, Neumattstrasse 1 5001 Aarau, Tel. 058 200 5650 Fax 058 200 5661, www.az-verlag.ch

Redaktion Megalink, technica Neumattstrasse 1, 5001 Aarau Martin Gysi, 058 200 5629 martin.gysi@technica-online.ch [mg] Barbara Fischer, 058 200 5630 barbara.fischer@technica-online.ch [bf] Patrick Müller, 058 200 5659 [pm] patrick.mueller@megalink.ch

Verlag Leitung: Karen Heidl Leitung Lesermarkt online: Peter Jauch Leiter Werbemarkt: Jürg Rykart Anzeigenleitung: Thomas Stark

Mediaberatung Willi Dennler, 058 200 5643 Christine Gehrig, 056 631 2220 Thorsten Krüger, 058 200 5632 Thomas Stark, 058 200 5627

Administration Verena Müller, 058 200 5642

Produktion/Layout Ursula Urech, Bernhard Kettner

Erscheinung, Abonnement Megalink erscheint 12 x jährlich, Abopreis Fr. 85.– (inkl. 2,4% Mehrwertsteuer) Technica erscheint 12 x jährlich, Abopreis Fr. 95.– (inkl. 2,4% MwSt) Corinne Dätwyler, 058 200 55 55 abo@technica-online.ch www.megalink.ch www.technica-online.ch www.marktspiegel.ch

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Firmen in dieser Ausgabe 3M (Schweiz) AG ABB Schweiz AG Alfred Imhof AG Antrimon AG Antriebstechnik Asyril SA AxNum AG B&R Industrie-Automation AG Baumer Electric AG Beckhoff Automation AG Bosch Rexroth Schweiz AG CL-Electronics GmbH Compona AG CSEM CYMAX AG Hydraulikzylinder + Systeme Danfoss AG Econotec AG Fabrimex AG Fabrimex Systems AG Feintool Technologie AG Lyss FHS St. Gallen Hochschule für Angewandte Wissenschaften Gebrüder Gysi AG Gefran Suisse SA Ingersoll Werkzeuge GmbH Jakob Keller Verschlusstechnik AG Jetter (Schweiz) AG KTI, Förderagentur für Innovation Bundesamt BBT KVT Koenig Verbindungstechnik AG maxon motor ag Mikron Agie Charmilles Sales Ltd. MPI Distribution AG Muller Machines SA Werkzeugmaschinen National Instruments Switzerland Corp. Newemag Werkzeugmaschinen NTB Omni Ray AG PHOENIX CONTACT AG Pilz Industrieelektronik GmbH Rittal AG Rösler Schweiz AG Saia-Burgess Controls AG Schneider Electric Motion AG Siemens Schweiz AG Simpex Electronic AG SKF (Schweiz) Spectra (Schweiz) AG Industrial IT & Automation Springmann SA / AG SPT Roth AG WAGO CONTACT SA ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften

26 15, 20, 58 8 25 16 59 23, 50 40 17, 48 9, 38 61 21 24 6 13 11 46 43 54 41 18 47 39 41, 61 30 10 41 3 27, 54 55 29 4 33, 35 47 51 63 42 31 29 7, 62 57 32 53 2 19 37 29 2 12, 47

Innovation

Schneller zum Ziel Intuitive grafische Programmierung mit NI LabVIEW

Textbasierte Programmierung

Grafische Programmierung mit LabVIEW

LabVIEW von National Instruments wurde entwickelt, um die Produktivität von Ingenieuren und Wissenschaftlern zu steigern, die Mess-, Prüf-, Steuer- und Regelanwendungen erstellen. Im Gegensatz zu traditionellen Programmiersprachen bietet die grafische Programmierung mit LabVIEW einen intuitiven, bedienfreundlichen Ansatz, der Anwender beim Erfassen, Analysieren und Darstellen realer Daten unterstützt. LabVIEW bietet eine nahtlose Integration in eine breite Palette von Datenerfassungs- und Messhardware. Zudem verfügt die Software über zahlreiche integrierte Analysefunktionen und umfassende Bibliotheken zur Darstellung von Daten auf individuell anpassbaren Benutzeroberflächen.

Interaktive LabVIEW-Tour unter ni.com/labview/tour

056 2005151

National Instruments Switzerland Corporation Austin, Zweigniederlassung Ennetbaden Sonnenbergstr. 53 • 5408 Ennetbaden Tel: +41 56 2005151 • Fax: +41 56 2005155 ni.com/switzerland • ni.switzerland@ni.com

Innovation

©2008 National Instruments Corporation. Alle Rechte vorbehalten. LabVIEW, National Instruments, NI und ni.com sind Warenzeichen von National Instruments. Andere erwähnte Produkt- und Firmennamen sind Warenzeichen oder Handelsbezeichnungen der jeweiligen Unternehmen. 2008-9217-821-117-I