Ingenieure bauen die Schweiz; Bd 2.

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© 2014 Verlag Neue Zürcher Zeitung, Zürich Gestaltung, Satz : icona basel Lithos : FdB, Für das Bild – Fred Braune, Bern Druck, Einband : Kösel GmbH, Altusried-Krugzell Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Straf bestimmungen des Urheberrechts.

ISBN 978-3-03823-912-3 www.nzz-libro.ch NZZ Libro ist ein Imprint der Neuen Zürcher Zeitung

5

Inhaltsverzeichnis

Woher der Wohlstand kommt 11 Ingenieure als Motoren des Fortschritts Kaspar Villiger, alt Bundesrat

Innovation ist Austausch 17 Vorwort der Herausgeber

1

Luft- und Raumfahrt

1.1

Das fliegende Labor 22 Solar Impulse – Technologie, Ökologie und Ökonomie im Einklang Alois Feusi

1.2

Vom Mauerblümchen zum Trendsetter 32 Wie sich Swissair mit technischem Sachverstand Respekt verschaffte Peter Gysel

1.3

Abgesprengt im All 56 Schweizer Spitzentechnologie für Europas Weltraumraketen Hendrik Thielemann

2

Landverkehr

2.1

4090 Kilometer Schienen, 2744 Haltestellen, 409 331 Fahrgäste 64 Die Zürcher S-Bahn als Rückgrat des öffentlichen Verkehrs Felix Feurer

2.2

Von der Kleingiesserei zum Weltkonzern und zurück 75 Die bewegte Geschichte des Saurer-Motoren- und -Fahrzeugbaus Franz Betschon und Walter Knecht

6

Inhaltsverzeichnis

2.3

Vorwärts am Förderseil Schweizer Seilbahnpioniere Max Schärli

3

Geodäsie und Vermessung

3.1

Die Welt, das All und der ganze Rest 118 Von der Dufourkarte zu internetbasierten geografischen Informationssystemen

Stefan Betschon

3.2

Die Vermessung der Welt 134 Wenn Tunnelbohrmaschinen Berge erzittern lassen Thomas Grünenfelder

4

Architektur

Wie Holz die Welt verändert 144 Vom Baumstamm zum Holztragwerk Hermann Blumer

5

Energieinfrastruktur

5.1

Ladungsträger auf dem Weg in die Energiezukunft 154 Wie Leistungselektronik die Energietechnik verändert Stefan Linder

5.2

95

Vor einer Wegscheide 179 Herausforderungen im Energiebereich Simon Aegerter

6

Hydromaschinen und Pumpen

6.1

Karl Rütschi, der Pumpenpionier 190 Vom Maschinenzeichner zum wissenschaftlich und unternehmerisch tätigen Ingenieur Willy Schlachter

Inhaltsverzeichnis

6.2

7

Die Kraft des Rades 194 Wasserturbinen für die Energiezukunft Helmut Keck und Gérald Vullioud

7

Turbolader

Mehr Leistung, weniger Treibstoff 214 Schweizer Turbolader Michael Jung

8

Halbleitertechnik

Maschinen für die Halbleiterindustrie 236 Aufstieg und Fall des Hightechunternehmens Esec Rainer Kyburz

9

Messtechnik und Sensorik

9.1

0,0000001 Gramm 258 Mettler-Toledo – von Balkenwaagen zu hochauflösenden elektronischen Waagen Pierre Aerni und Bruno Nufer

9.2

9.3

9.4

Messen mit Kristallen 267 Dynamisches Messen mit Sensoren der Winterthurer Kistler Instrumente AG Claudio Cavalloni Die Erschliessung der Nanowelt 279 Raster-Sonden-Mikroskopie und Nanotechnologie Hans Peter Lang und Christoph Gerber Erweiterung der Sinne 304 Messtechnik und Sensorik am Paul Scherrer Institut Dominic Greiffenberg, David Haberthür, Eberhard H. Lehmann, Jürg Schefer, Niklaus Schlumpf, Bernd Schmitt und Marco Stampanoni

8

Inhaltsverzeichnis

9.5

Rasterfahndung 338 Datenverarbeitung im CERN Stefan Betschon

10

Uhren

Die Türler - Uhr – Modell des Kosmos 344 Die komplizierteste Uhr der Welt Franz Türler

11

Chemie und Pharmazie

Die Perlentaucher 352 Ingenieurskunst für neue Medikamente René Imhof und Sabine Päuser

12

Medizintechnik

12.1 Innovationen, die gesund machen 374 Die Schweizer Medizintechnikbranche im Überblick

Kathrin Cuomo-Sachsse 12.2 Medizintechnik vom Maschinenbauer 378

Vier Jahrzehnte Sulzer

André P. Buchel 12.3 Heilen mit Zangen, Schraubendrehern und Bohrmaschinen 409 Erfahrungen eines Knochenchirurgen

Urs Kappeler

12.4 Schlossern für die Gesundheit 417 Die Entwicklung der operativen Frakturversorgung in der Schweiz

Robert Mathys junior

12.5 Ingenieure der Medizin 434 Institut Straumann : Von Uhrenfedern zu Zahnimplantaten

Thomas Konrad

Inhaltsverzeichnis

9

12.6 Prozessor im Ohr Hörgeräte von Phonak

Andi Vonlanthen

445

12.7 Mit der Strahlenkanone gegen Krebs Schweizer Beiträge zur Entwicklung der Protonentherapie

Martin Jermann

459

13

Frauenpower

13.1 Hilfe für Frau Holle 470 Zur Entwicklung energieeffizienter Schneilanzen

Daniela Limacher-Lehner 13.2 Und wo bleiben die Frauen ? 475 Wie weibliche Kreativität und Innovationsfähigkeit die Welt verändern

Inci Satir, Andrea Leu und Brigitte Manz-Brunner

Anhang

Literaturverzeichnis 486 Personenverzeichnis 489 Autorenverzeichnis 495

Verzeichnis der Gönner und Sponsoren 500

11

Woher der Wohlstand kommt Ingenieure als Motoren des Fortschritts Kaspar Villiger, alt Bundesrat

Gemäss dem Weltreichtumsreport der Allianzversicherung ist die Schweiz ge­ messen am Pro-Kopf-Vermögen das reichste Land der Welt. Seit dem letzten Jahr haben die Schweizerinnen und Schweizer die höchste Lebenserwartung. Die Einkommensverteilung ist – gemessen an allen verfügbaren statistischen Daten – ausgeglichener als in fast allen OECD-Ländern. Sie hat sich in den letzten Jahrzehnten – trotz der wenigen Ausreisser nach oben – kaum verschlechtert. Die Armut hat abgenommen. Das World Economic Forum hat auf der Basis einer Reihe von Indikatoren die Schweiz 2013 zum wettbewerbsfähigsten Land der Welt erklärt, die EU-Kommission die Eidgenossenschaft zum innovativsten. Die Arbeitslosigkeit ist mit etwa 3 Prozent die wohl tiefste in Europa, die Beschäftigung mit Abstand die höchste. Die Exporte machten 2012 mit über 300 Milliarden Franken genau die Hälfte des Bruttoinlandsprodukts aus. Die wichtigsten Exportbereiche sind die Pharmaindustrie mit 30 Prozent, der Maschinenbau mit 15 Prozent und die Uhren­ produktion mit 10 Prozent. Der Anteil der Industrie an der Wertschöpfung ist mit 21 Prozent, gegenüber 16 Prozent in den USA und 13 Prozent in Frankreich, hoch.

Das ist insofern interessant, weil die Schweiz mit ihrem hohen Lohnniveau und ihrer starken Währung ein teurer Produktionsstandort ist. Dies belegt, dass der Kostendruck und die intensive globale Konkurrenz die Exportunternehmen zu höchster Effizienz und Innovation zwingen.

Das alles zeigt, dass die Schweiz zwar ein Kleinstaat ist, wirtschaftlich aber zu den Mittelmächten zählt. Auch dieser Erfolg hat viele Väter. Als Maschinenbau­ ingenieur bin ich natürlich versucht zu behaupten, dass vor allem kreative Ingenieu­ re dafür verantwortlich seien. Da es aber in jedem Land kreative und technisch begabte Menschen gibt, müssen andere Faktoren ebenso prägend sein. Man darf

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Ingenieure bauen die Schweiz

wohl füglich behaupten, dass dieser Erfolg viel mit den Institutionen und mit einer besonderen politischen Kultur zu tun habe, die beide von Generationen von Bürgerinnen und Bürgern in der Politik und in der Wirtschaft aufgebaut worden sind.

Im Nachgang zur Finanzkrise und angesichts der stossenden Wohlstandsunterschiede auf unserem Planeten beschäftigt eine Frage Politiker und Ökonomen besonders intensiv : Warum erarbeiten gewisse Länder grossen Wohlstand und ­warum bleiben andere arm, obwohl auch in ihnen genügend gescheite und talentierte Menschen leben ? Der Starökonom Daron Acemoğlu belegt in seinem berühmten Buch Why nations fail, dass nicht die Geografie, das Klima, die Rasse oder die Religion für den Wohlstand entscheidend sind, sondern die Qualität der Institutionen. Der Grund dafür ist plausibel : Institutionen vermitteln Anreize, die das Verhalten der Menschen beeinflussen. Weil die Menschen in der Wirtschaft den Wohlstand erarbeiten und niemand sonst, müssen die staatlichen, aber auch die anderen Institutionen die richtigen Anreize vermitteln, damit die Menschen das auch wirklich tun.

Wer die umfangreiche Literatur zu diesen Themen sichtet, kann in gerade noch zulässiger Vereinfachung fünf Faktoren isolieren, die in der Summe über Wohlstand oder Armut entscheiden.

Freiheit und Verantwortung

Erstens vermag nur die Marktwirtschaft zureichende wirtschaftliche Werte zu erzeugen. Dies zeigt alle Erfahrung. Die Belohnung von Erfolg und die Bestrafung von Misserfolg auf den Märkten ist ein unermüdlicher Treiber des Wohlstands. Die Märkte erfüllen ihre Allokationsfunktion aber nur dann zureichend, wenn der Staat ihnen genügend Freiräume belässt. Nur eine freiheitliche Wirtschaftsordnung wird die erwartete Leistung erbringen. Staatseingriffe in die Märkte haben das Potenzial, auch Marktwirtschaften abzuwürgen. Die Politik wird der Wirtschaft die notwendige Freiheit aber nur dann gewähren, wenn sie davon ausgehen kann, dass die Verantwortlichen in der Wirtschaft diese Freiheit grossmehrheitlich mit Verantwortung nutzen. Es liegt deshalb im ureigensten Interesse der Unternehmen, eine Unternehmenskultur zu pflegen, die auch auf ethisch-moralischen Werten beruht und sich an Nachhaltigkeitskriterien orientiert.

Freiraum für die Märkte bedeutet auch, den grenzüberschreitenden Warenund Dienstleistungsaustausch zu liberalisieren. Dieses Konzept, unter dem Stichwort Globalisierung gelobt und verteufelt, war in den letzten 60 Jahren beispiellos erfolgreich. Im Gegensatz zu dem, was uns die Medien und interessierte Organisa-

Woher der Wohlstand kommt

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tionen immer einreden wollen, ist die Welt nicht ungleicher geworden. So hat die Armut trotz der Bevölkerungsexplosion abgenommen, der Hunger hat sich verringert, und die Lebensqualität ist für einen grossen Teil der Weltbevölkerung markant gestiegen. So bildet sich in vielen früher mausarmen Ländern ein Mittelstand, der die Armutsgrenze überwunden hat. Natürlich dürfen wir uns damit noch nicht zufriedengeben. Aber nur die Marktwirtschaft und die technologische Innovation können die Situation weiter verbessern.

Die verfassungsmässig abgesicherten Handels-, Gewerbe- und Vertragsfreiheiten sind in der Schweiz ausgeprägt. Die Skepsis gegenüber einem zu mächtigen Staat sowie der Sinn für Selbstverantwortung und Freiheit führen zu einer verhältnismässig tiefen Staatsquote, zu einer moderaten Steuerbelastung und zu einer im Vergleich vernünftigen Regelungsdichte. Damit bleiben die Freiräume für die Marktwirtschaft überdurchschnittlich. Natürlich gibt es auch bei uns eine zunehmende Tendenz, die Bürger durch Regulierung zu bevormunden. Das Volk hat aber an der Urne häufig die Regulierungswut gedämpft.

Schöpferische Zerstörung

Zweitens müssen die Menschen zur Schaffung von Wohlstand hart arbeiten, sparen, investieren, innovieren, Ideen entwickeln sowie sich ständig aus- und weiterbilden. Einzelne bedeutende Erfindungen wie etwa die Dampfmaschine, der Benzinmotor oder die Elektrizität vermögen den Wohlstand in der Breite nicht zu erklären. Es braucht das Zusammenwirken von innovativen Forschern und Technikern mit Unternehmern, Financiers, Vermarktern und Pionierkonsumenten, das in allen Bereichen Neues schaffen und diesem zum Durchbruch verhelfen kann.

Aber dafür, dass die Menschen diese Anstrengung leisten, gibt es eine notwendige politische Bedingung. Sie müssen die Früchte ihrer Leistung behalten dürfen. ­Diese Bedingung umfasst Elemente wie Eigentumsgarantie, belehnbares Grundeigentum, moderate Steuern, stabilen Geldwert und solides Patentrecht. All das hat die Schweiz ihren Einwohnern in überdurchschnittlichem Mass gewährt.

Drittens kann nur die stete Erneuerung den Wohlstand auf Dauer sichern.

Deshalb muss Altes verschwinden, damit Neues gedeihen kann. Joseph Schumpeter nannte das « schöpferische Zerstörung ». Es ist alles zu vermeiden, was das behindert : ein übersteigerter Kündigungsschutz, die Behinderung von Betriebsstilllegungen, die Ächtung neuer Technologien oder die Strukturerhaltungspolitik.

Weil die Erneuerung immer auch Verlierer zur Folge hat, werden die Menschen dieses alles aber nur dann akzeptieren, wenn ein soziales Sicherheitsnetz die ­Härten

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Ingenieure bauen die Schweiz

des Strukturwandels abzufedern vermag. Der relativ liberale Arbeitsmarkt und die gut ausgebaute Arbeitslosenversicherung machen Restrukturierungen und Betriebsschliessungen bei uns einfacher als anderswo. Das wird zwar immer wieder scharf kritisiert, es ist aber ein enormer Standortvorteil, der die Erneuerung der Volkswirtschaft beschleunigt und der von Neuansiedlern als Pluspunkt verbucht wird. Unser Sozialstaat ist solide, aber im Verhältnis mit weniger negativen Anreizen versehen als anderswo. Allerdings müssen wir feststellen, dass es noch nicht gelungen ist, die Finanzierung der Sozialwerke so zu konsolidieren, dass sie den künftigen demografischen Herausforderungen gewachsen sein werden.

Das duale Bildungssystem als Erfolgsmodell

Viertens haben die Menschen eine angeborene Präferenz für Fairness. Sie akzeptieren zu grosse Wohlstandsunterschiede nicht. Die Marktwirtschaft schafft aber Ungleichheiten. Der Staat muss diese durch Umverteilung angemessen glätten, sonst verliert die Marktwirtschaft an Akzeptanz. Weil Markteingriffe den zu verteilenden Kuchen verkleinern, darf die Glättung nicht durch Eingriffe wie etwa Mindestlöhne geschehen. In einer ersten Phase müssen marktbedingte Ungleichheiten hingenommen werden, damit der Kuchen maximiert wird. In einem zweiten Schritt kann der Staat etwa durch progressive Steuern und solidarisch finanzierte Sozialwerke die Ungleichheit angemessen vermindern. Dies ist auch die Grundidee des erfolgreichen skandinavischen Flexicurity-Konzepts.

Fünftens brauchen moderne Volkswirtschaften den Talentpool des ganzen Volks, um im Standortwettbewerb zu bestehen. Dazu gehören Bildung, Weiterbildung, Berufsbildung, Chancengleichheit sowie freier Zutritt zu den Arbeitsmärkten und Berufsfeldern. Die Schweiz braucht zusätzlich den ausländischen Talentpool, weil unsere Wirtschaft im Verhältnis zur Einwohnerzahl derart gross ist, dass wir selbst nicht über genügend Talente verfügen. Namen von Unternehmern wie Brown, Boveri, Nestlé, Knorr, Brabeck oder Hayek und von Nobelpreis­trägern wie Pauli, Ruzicka, Einstein oder Prelog belegen die Bedeutung dieses F ­ aktors.

Zu diesem Problemkomplex schreibt Nobelpreisträger Edmund Phelps, dass die breite Masse in die innovativen Aktivitäten einbezogen werden muss und dass deren Haltungen und Überzeugungen hinsichtlich Innovation und Fortschritt eine wichtige Rolle spielen, wenn ein Land florieren soll. Deshalb könnten die ­fortschrittskritischen Stimmungen, die wir zurzeit vermehrt auch in der Schweiz feststellen, den Wohlstand negativ beeinflussen.

Woher der Wohlstand kommt

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Die Schweiz hat schon früh dem Gebot entsprochen, den nationalen Talentpool zu nutzen. Einer der Hauptgründe für die Entwicklung des Wohlstands war im 19. Jahrhundert die Einführung einer qualitativ hochwertigen Volksschule, die die nationalen Begabtenreserven erschloss. Als Erfolgsmodell erweist sich besonders auch das duale Bildungssystem, das nicht nur qualitativ gute Hochschulen umfasst, sondern auch eine hervorragende Berufsbildung. Unser System produziert nicht – wie in vielen Ländern – durch übertriebene Akademisierung am Bedarf der Wirtschaft vorbei. Zudem ist unser System so durchlässig, dass auch tüchtige Berufsleute über Weiterbildung eine grosse Karriere machen können.

Neue Anwendungsmöglichkeiten für die Technologie

Wenn also der Wohlstand aus dem Zusammenwirken vieler verschiedener menschlicher Tätigkeiten entsteht, so haben Ingenieure doch eine Schlüsselfunk­ tion, vor allem im Bereich der Innovation. Ingenieure sind gleichsam die Motoren des Fortschritts. Ihr Beitrag zum Wohlergehen der Menschen ist unverzichtbar.

Wenn unser Planet viele Milliarden Menschen unter menschenwürdigen Lebensumständen beherbergen soll, ist dies ohne Innovation und Hochtechnologie nicht zu schaffen. Ich denke unter anderem an die Bereiche Umwelt, Energie, Welternährung, Risikoerfassung oder nachhaltiges Bauen. Ich denke aber auch an die vielen Ingenieure, Naturwissenschaftler und Forscher, die ihre Expertise in andere Funktionen wie Management, Planung, Finanzierung, Entwicklungshilfe, Versicherungswesen usw. einbringen und dort Unverzichtbares leisten.

Ich habe oben darauf hingewiesen, dass trotz dem steten Untergangsgerede auf dieser Welt durchaus nachhaltiger Fortschritt festzustellen ist. Ob dies auch künftig der Fall sein wird, kann niemand wissen. Nobelpreisträger Daniel Kahneman zeigte, warum auch Experten mit ihren Prognosen mehrheitlich falschliegen. Viele professionelle Kassandren sehen die Zukunft schwarz. So kam ein von der NASA finanzierter amerikanischer Professor unlängst zu dem Schluss, dass die moderne Zivilisation zum Scheitern verurteilt sei. Einige Ökonomen befürchten, dass technologische Entwicklungen wie Drohnen, 3D-Drucker, selbstfahrende Autos, direkt miteinander kommunizierende Geräte, Roboter usw. immer mehr Menschen in die Arbeitslosigkeit und damit in ein sinnentleertes Leben stossen könnten. Solche Voraussagen gab es schon immer. Sie haben sich nie bewahrheitet. Aber das muss natürlich nichts heissen. Trotzdem bin ich optimistisch. Noch nie haben auf diesem Planeten so viele gut ausgebildete Menschen geforscht, innoviert, Ideen ent­ wickelt und neue Lösungen gefunden – und dies auch in durchaus traditionellen

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Ingenieure bauen die Schweiz

Bereichen. Neue und alte Technologien finden immer neue Anwendungsmöglichkeiten. Ich kenne niemanden, der trotz seinem Wohlstand nicht auch noch Bedürfnisse hätte, die er gerne decken würde. Ich zweifele nicht daran, dass dieser brodelnde Hexenkessel arbeitender, denkender und forschender Menschen den Planeten auch in Zukunft weiterzubringen vermag.

Wer stehen bleibt, fällt zurück

Ich habe versucht, die gesellschaftlichen und politischen Bedingungen zu skizzieren, unter denen die Menschen bereit und in der Lage sind, Wohlstand, Innovation und Fortschritt zu erarbeiten. Das sind abstrakte ökonomische Gesetzmässigkeiten, deren Wirkung mit nüchternen statistischen Zahlen – beispielsweise mit dem Bruttoinlandsprodukt, dem Wachstum, dem Konsumentenpreisindex und dergleichen – gemessen wird. Hinter diesen Zahlen verbergen sich faszinierende sichtbare Entwicklungen, eben beispielsweise die beeindruckenden Leistungen der Ingenieure, die dieses Buch und sein Vorläuferband in Wort und Bild schildern.

Damit wird Wohlstand greif bar und Konkurrenzfähigkeit auch emotional fühlbar.

Das Bruttoinlandsprodukt ist die Summe all dessen, was Menschen konkret bewirken, wofür sie ihre Fähigkeiten einsetzen, was das Ergebnis ihres Fleisses, ­ihrer Kreativität und ihrer Leidenschaft ist. Ich habe auch meine Zuversicht ausgedrückt, dass die Menschheit mit ihren Milliarden von arbeitenden, denkenden und innovierenden Individuen sowie mit ihren Millionen von Ingenieuren ihre Probleme lösen können wird. Das ist die gute Nachricht. Die schlechte lautet : Relativ zu diesem Wachstumsmotor wird die Schweiz immer kleiner, die Konkurrenten werden besser, der Standortwettbewerb wird rücksichtsloser. Wer stehen bleibt, fällt zurück. Es gibt kein ökonomisches Gesetz, wonach ein gegebenes Wohlstands­ niveau gesichert ist. In der Geschichte sind immer die einen Völker aufgestiegen und die anderen abgestiegen. Wir werden unsere Erfolgsgeschichte nur ­fortschreiben können, wenn wir durch die überdurchschnittliche Einhaltung der fünf Bedingungen den Menschen die Anreize erhalten, Überdurchschnittliches zu leisten, und wenn wir ein Fleck auf der Erde bleiben, der für die besten Talente der Welt attraktiv ist. Auch und vor allem für die Ingenieure.

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Innovation ist Austausch Vorwort der Herausgeber

Technik, so scheint es, ist interessant nur, wenn sie nicht da ist. Die Ingenieure ­interessieren sich zuerst für das Neue, für die Innovation, für die Technik der ­Zukunft, für das, was noch nicht da ist. Die Historiker dagegen beschäftigen sich mit Technik, die nicht mehr da ist, die schon vor Jahrzehnten aus dem Alltag­ der Menschen verschwunden und einem fremd geworden ist. Dieser Fremdheit zuliebe, für diesen Hauch des Exotischen, würde man die Technik jetzt gerne im Museum konservieren, doch sie ist nicht mehr greif bar.

In Sachen Innovation ist die Schweiz Weltmeister. Das zeigt sich etwa bei den Patentanmeldungen. 2013 wurden beim Europäischen Patentamt 266 000 Patente angemeldet. 3 Prozent der Anmeldungen stammen aus der Schweiz. Setzt man die Patentanmeldungen in Relation zur Bevölkerung, liegt die Schweiz mit 832 Patenten pro 1 Million Einwohner deutlich vor Schweden ( Platz 2 mit 402 Anmeldungen ), Deutschland ( 6,328 ), Japan ( 9,177 ) oder den USA ( 15,107 ). Zusammen mit Schweden führt die Schweiz seit 2012 auch den Global Innovation Index der World Intellectual Property Organization ( WIPO ) an. In keinem anderen Land auf der Welt seien die Bedingungen für Innovationen so gut wie in der Schweiz. Auf die Schweiz und Schweden folgen in der jüngsten Ausgabe des Indexes Grossbritannien, die Niederlande und die USA. Sieben der zehn besten Länder befinden sich in Europa. Zur Berechnung dieser Rangliste haben die Mitarbeitenden der WIPO das politische und wirtschaftliche Umfeld eines Landes, den Zustand des Bildungs­ wesens, die ICT-Infrastruktur, den Zugang zu den Finanzmärkten und die Verfügbarkeit von Risikokapital, das Umfeld der Unternehmenskultur, die Zahl der ­Patentanmeldungen, die Anmeldung neuer Marken und das Entstehen neuer ­Geschäftsmodelle analysiert. Die Schweiz schneidet in allen Dimensionen des Indexes sehr gut ab. Die Spitzenplacierung basiert unter anderem auf dem für die

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Ingenieure bauen die Schweiz

Grösse des Landes enormen Innovationsoutput in Form von Patentanmeldungen oder Forschungspublikationen, von hohen Forschungs- und Entwicklungsausgaben der Unternehmen, von den engen Vernetzungen der Hochschulen mit der Wirtschaft sowie von dem hohen Ausbildungsniveau der Arbeitskräfte.

Die Schweiz ist Innovationsweltmeister nicht nur, weil sie es sich leisten kann, hohe Summen in Forschung und Entwicklung zu investieren, sondern auch weil sie als Drehscheibe im Zentrum Europas Begegnungen zwischen unterschied­ lichen Menschen und Sichtweisen erleichtert. Innovation ist Begegnung, das ­Zusammenkommen von Auseinanderliegendem. Innovationsmanagement ist Kulturaustausch. Auch wenn der Name « Schweiz » im Titel dieses Buchs vorkommt, so soll hier nicht für einen technologischen Heimatschutz plädiert werden. Eine Abschottung würde die Innovationskraft des Landes lähmen. Innovation ist auf Austausch angewiesen.

Die naturwissenschaftliche Forschung bildet einen Schwerpunkt in diesem zweiten Band von Ingenieure bauen die Schweiz. Mehrere Beiträge ermöglichen einen Einblick in hiesige Forschungsinstitute, in das aargauische Paul Scherrer Institut ( PSI ) etwa oder in die Labore der Basler Pharmaindustrie. Mit Beiträgen über Medizin- sowie über Messtechnik und Sensorik konnten bei der Beschreibung der Schweizer Industriegeschichte wichtige Lücken geschlossen werden.

Doch wie bereits beim ersten Band müssen die Herausgeber auch beim zweiten Band die Leser auf Lücken hinweisen. Es fehlen wichtige Branchen, in denen Pionierarbeit geleistet wurde, beispielsweise die Lebensmittel- oder die Kunststoff­ industrie. Andere Bereiche, etwa die Mess- und Sensortechnik, werden zwar in diesem Buch behandelt, aber nicht mit der gewünschten Tiefe. Es kommen nicht alle Firmen und Entwicklungen zu Wort, die das verdient hätten.

Dieses Buch ist nicht ein technisches Lehrbuch, es ist auch keine historische Forschungsarbeit, die sich systematisch alle Quellen erschlossen hat. Was die Herausgeber im Vorwort des ersten Bands geschrieben haben, gilt auch für diesen zweiten. Dieses Buch profitiert in starkem Mass von den Erfahrungen und Erkenntnissen von Zeitzeugen, von Ingenieuren, die an den Brennpunkten der ­jüngeren Industriegeschichte dabei waren. Viele Beiträge sind persönlich gefärbt, subjektiv, einseitig. Sie können und wollen die Arbeit von Wirtschafts- oder Technikhistorikern nicht ersetzen, aber vertiefen.

Wenn es so ist, wie der US-amerikanische Philosoph George Santayana sagt, dass derjenige, der die Vergangenheit nicht kennt, dazu verdammt ist, sie zu wiederholen, – wenn es so ist, dann ist das Bemühen, Technikgeschichte bekannt zu

Innovation ist Austausch

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machen, nicht nur eine rückwärtsgewandte Beschäftigung mit veralteten Technologien, sondern eine Form von Zukunftsgestaltung, eine Art Zukunftsbewältigung.

Die Herausgeber geben nun dieses Buch aus der Hand, schicken es in die Welt hinaus, in der freudigen Hoffnung, dass es – wie schon der erste Band – etwas in Bewegung setzen, Auseinanderliegendes zusammenbringen, Begegnung ermöglichen, Austausch fördern wird.

3

Geod채sie und Vermessung Teiltitel

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Die Welt, das All und der ganze Rest Von der Dufourkarte zu internetbasierten geografischen Informationssystemen Stefan Betschon

Auf der anderen Seite des Meeres erwartet einen keine Taube mit einem Grashalm im Schnabel, sondern das Piepsen eines GPS-Empfängers. Am Ende einer gefahrvollen Flussreise durch den Dschungel zeigt sich das Herz der Finsternis hell erleuchtet als Kulisse einer Reality-TV-Show. Und auch das Afrika in uns, dieser dunkle Kontinent des dumpfen Empfindens, wurde mit den bildgebenden Verfahren der Neurologie ans Licht geholt und krankenkassentauglich parzelliert. Über dem Kopf schweben langsam verglühende Überreste von Spiona­gesatelliten, und weiter draussen geht es immer weiter. Wo das Universum aufhört, setzt sich die Reihung der Paralleluniversen fort. Es gibt keine weissen Flecken mehr. Wo auch immer wir hinkommen – die Vermessungsingenieure waren schon da. Jeder Quadratzentimeter Welt wurde kartografiert und fotografiert. Überall und jederzeit können wir uns die Weltkugel auf den Bildschirm holen, können den Himmelskörper, der uns trägt, in die Hand nehmen.

Wie Astronauten aus dem Unendlichen kommend, können wir uns – dank der Software von Google – auf die blaue Kugel hinunterstürzen. Ein Gummiband spannt sich und reisst einen knapp über dem Boden wieder in die Höhe. Das Spiel lässt sich umkehren : Wir stehen still und lassen die Erdkugel am Zeigefinger baumeln wie ein Jo-Jo, bald schnellt sie heran, bald verschwindet sie wieder im blauen Dunst. Dieser Gummilinseneffekt ist spektakulär, und so sieht man ihn häufig im Fernsehen. Die kurze Sequenz mit von Google gelieferten Bildern vermittelt dem Zuschauer die Illusion, dass er ein Aussenstehender sei und gleichzeitig ein Insider, dass er sich bewege, der Welt sich annähere, während er allein auf dem Sofa sitzt, dass er den Gesamtzusammenhang im Auge behalten könne und zugleich auch das Einzelschicksal.

3.1

Die Welt, das All und der ganze Rest

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Eine Landeskarte als Gründungsurkunde der Nation

In der Schweiz entzückte der Gummilinseneffekt die Massen bereits 1883, und zwar anlässlich der ersten Landesausstellung in Zürich. Diese Ausstellung ­vermochte 1,7 Millionen Besucher anzulocken. Eine Hauptattraktion bildete die 3,5 mal 2,5 Meter grosse, aus 25 einzelnen Blättern zusammengefügte Topogra­ fische Karte der Schweiz, die unter der Leitung von Guillaume-Henri Dufour ( 1787–1875 ) erstellt worden war und im Massstab von 1 : 100 000 eine Übersicht über die Schweiz bot.

Was im Volksmund bald nur noch Dufourkarte genannte wurde, hiess offiziell : « Topografische Karte der Schweiz, vermessen und herausgegeben auf Befehl der eidgenössischen Behörden. Diese Karte, nach Flamsteeds modifizierter Projection entworfen, hat als Mittelpunkt die Sternwarte zu Bern, wurde aufgenommen und reduziert durch eidgenössische Ingenieure unter der Aufsicht des Generals Guillaume-Henri Dufour. » Der lange Name lässt erahnen, dass es sich um ein kompliziertes, anspruchsvolles Projekt gehandelt hat, das zwischen 1832 und 1865 auf die Beiträge vieler Menschen und auf einen Projektleiter angewiesen war, der aus all diesen Beiträgen im Verlaufe von Jahrzehnten ein Ganzes formen konnte.

Der Anblick dieser Karte war für viele Besucher ein Erlebnis. Begeistert schrieb damals der Journalist der Allgemeinen Schweizerischen Militär-Zeitung : «Wess ’ Schweizers Brust wird nicht mit gerechtem Stolz erfüllt, wenn er die zu vertheidigende Landesherrlichkeit in der grossartigen, unübertrefflichen Dufourkarte auf dem Ehrenplatz vis-à-vis des Hauptportals im Industriegebäude repräsentirt sieht und mit einem Blicke umfasst ? Dies Ausstellungsobjekt ist die Perle der ganzen Ausstellung, es stellt in würdigster Weise die politische Einheit der Schweiz dar. » Doch diese « Landesherrlichkeit », diese « politische Einheit der Schweiz » war nicht älter als die Dufourkarte selbst. Die Schweiz und die Schweizerkarte bedingen sich gegenseitig. Das Vermessungsprojekt war auf eine zentrale administrative Instanz – den Bund – angewiesen. Es war aber auch massgeblich daran beteiligt, dass sich eine solche Instanz nach und nach festigen konnte. Ohne nationalen Zusammenhalt hätte ein gesamtschweizerisches Vermessungsprojekt nie durchgeführt werden können. Das Vermessungsprojekt wiederum trug viel dazu bei, diesen Zusammenhalt zu stärken. Die Karten bildeten die Voraussetzung für weitere technische Grossprojekte, für den Eisenbahnbau oder für den Auf bau eines landesweiten Telegrafennetzwerks. Die Dufourkarte war ein technisches Grossprojekt, und sie war auch ein politisches Unterfangen. Dufour konnte dieses Projekt zu

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Geodäsie und Vermessung

e­ inem erfolgreichen Ende bringen, weil er ein guter Ingenieur war und weil er zudem politisches Fingerspitzengefühl besass. Weil er – wie ihn das Historische Lexikon der Schweiz charakterisiert – ein « Mann der goldenen Mitte » und ein « Gegner von Extremen » war.

Die Dufourkarte zeigte die Schweiz als einheitliches Gebilde. Anders als etwa die 1712 von Johann Jakob Scheuchzer ( 1672 –1733 ) publizierte Nova Helvetiae tabula geographica war der Standort des Kartenbetrachters nicht eingeschrieben.

Es war nicht eine von Zürich oder von Bern aus gesehene Schweiz. Es war die Schweiz aller Schweizer, die Schweiz schlechthin. Die von Dufour gewählte Horizontalprojektion behandelte jeden Teil des Landes gleichwertig. Wo auch immer der Betrachter hinschaute, erblickte er den Mittelpunkt der Schweiz. Jede Stadt, jedes Dorf, jeder Fluss, jedes Bächlein war mit derselben Sorgfalt erfasst worden.

Die Karte vermittle einem das Gefühl, so schrieb der Dufourbiograf Walter Senn 1878, als könnte man, « wie ein Adler hoch über dem Lande schwebend, auf das­ selbe herunterblicken ».

Bereits 1828 als Instruktionsoffizier an der Militärschule in Thun hatte Dufour den angehenden Offizieren eingeschärft, sich bei der Auskundschaftung von schwierigem Gelände ein Bild der Landschaft zu machen durch die Vorstellung, über der Landschaft zu schweben. Die geometrische Zeichnung der Auskundschaftung sei nichts anderes, als das Bild, das sich einem zeigte, und zwar « en planant au-dessus ». So wurde « der imaginäre Vogelflug zu einer Quelle kartografischer Wahrheit », wie David Gugerli, Professor für Technikgeschichte an der ETH Zürich, und Daniel Speich in dem Buch Topografien der Nation aus dem Jahr 2002 schreiben.

Die Dufourkarte begeisterte die Massen, weil sie etwas anschaulich machte, was zuvor nur als abstraktes Konzept existiert hatte – die Schweiz –, weil sie fassbar machte, wonach sich viele Bewohner dieser Länder nach Jahrzehnten des Niedergangs, der inneren Zerrissenheit, der Aufstände und der Kriegswirren lange ­gesehnt hatten : eine « Landesherrlichkeit ». Diese Karte erlaubte dem Betrachter, etwas Grosses gesamthaft ins Auge zu fassen und sich gleichzeitig in den Details zu verlieren, um Täler, Gletscher und Seen zu erkunden. Die Karte zeigte etwas Neues, und sie zeigte es in einer neuen Art und Weise, mit einer Reliefdarstellung, die die Alpen in einem scheinbar aus Nordwesten kommenden Licht aus dem flachen ­Papier herausragen liess. Die Karte sorgte für einen Gummilinseneffekt, der die Zeitgenossen Ende des 19. Jahrhunderts ebenso begeisterte wie heute Google Maps die Internetsurfer.

Die Welt, das All und der ganze Rest

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Die Basis der Schweiz

Man könnte die Geschichte der schweizerischen Landestopografie mit einem Blitzschlag beginnen lassen. Im Sommer 1832 bestieg der 40-jährige Westschweizer Ingenieur Antoine-Joseph Buchwalder ( 1792-1883 ) zusammen mit einem Gehilfen den Säntisgipfel. Im Hinblick auf die Erstellung einer topografischen Karte der Schweiz sollte er hier Messungen vornehmen. Schlechtes Wetter behinderte die Arbeiten. Eines Morgens wurden die beiden Männer durch Blitzschläge geweckt.

Ein schweres Gewitter mit starken Regengüssen, Hagel und stürmischen Winden zwang sie, stundenlang im Zelt auszuharren. Immer wieder hörten sie Donnerschläge, schliesslich traf ein Blitz das Zelt. Der Gehilfe rührte sich nicht mehr, auch Buchwalder war getroffen worden und konnte sein Bein nicht mehr bewegen. Drei Viertelstunden später kehrte das Gefühl in das Bein zurück und mit ihm der Schmerz. Während der Sturm noch tobte, Nebel die Sicht einschränkte, machte sich der verletzte Ingenieur auf den Weg ins Tal, um Hilfe zu holen. Sein Gehilfe konnte nur noch tot geborgen werden, Buchwalder selbst lag tagelang zwischen Leben und Tod in einem Hotelzimmer. Wohl versuchte er, erneut den Gipfel zu erklimmen und die Arbeiten fortzusetzen, doch starke Schmerzen zwangen ihn, aufzugeben. Der Versuch, mit Messungen auf dem Säntis das Triangulationsnetz für eine künftige Landeskarte zu vervollständigen und in Bezug zu österreichischen Messungen zu setzen, war gescheitert.

Die Episode lässt erkennen, wie schwierig, anstrengend und auch gefährlich damals die Arbeit der Vermessungsingenieure war. Der Blitzschlag hatte aber auch politische Auswirkungen. Er stoppte den ersten Anlauf zu einer gesamtschweize­ rischen Landesvermessung, der 1832 vom Oberstquartiermeister ( Generalstabschef ) Johann Ludwig Wurstemberger ( 1783–1862 ) initiiert worden war. Laut Hans Zölly, der 1948 eine detailreiche Geschichte der geodätischen Grundlagen für Karten und Vermessungen in der Schweiz publizierte, war das Unglück auf dem Säntis der Anlass, dass sich Wurstemberger, ein politisch unzuverlässiger Mensch, ins Privatleben verabschiedete. Er wurde durch Guillaume-Henri Dufour ersetzt.

Man habe in der Schweiz erst 1833 « ernsthaft » mit der Arbeit an einer topografischen Landeskarte begonnen, behauptete Dufour 1861. Doch bereits 1832 hatte die von Wurstemberger einberufene Kommission ohne Beteiligung Dufours die wesentlichen Eckpunkte des Vermessungsprojekts festgelegt. Es gab damals innerhalb des Generalstabs bereits seit mehr als zwei Jahrzehnten ein topografisches Bureau. Rund um die alte Sternwarte in Bern, die als Koordinatenursprung der schweizerischen Landesvermessung gewählt worden war, hatte sich über mehrere

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Geodäsie und Vermessung

Guillaume-Henri Dufour

( 1787–1875 ) Als Guillaume-Henri Dufour am 5. September 1787 in Konstanz als Sohn eines Uhrmachers geboren wurde, standen die Schweiz und ganz Europa kurz vor tief greifenden Veränderungen. Die Französische Revolution zerstörte in Frankreich die bestehende politische Ordnung und liess auch in anderen europäischen Ländern die politischen Strukturen erbeben. Dann brach 1796 Napoleon zu seinen Feldzügen auf, die in ganz Europa die Grenzen verschoben. In dieser turbulenten Zeit machte Dufour als Offizier, Ingenieur und Politiker zielstrebig Karriere.

Dufour wuchs in Genf auf und studierte dort Geisteswissenschaften und Physik. Seine Studien setzte er 1807 in Paris fort. An der Pariser Ecole polytechnique und ab 1809 an der Ecole supérieure d ’ application du génie in Metz erhielt er eine Ingenieursausbildung.

1811 begann er in französischen Diensten eine Militärlauf bahn. Bei Vermessungsaufgaben und beim Bau von Befestigungsanlagen konnte er Erfahrungen sammeln.

Als Hauptmann im Generalstab verliess er 1817 die französische Armee und trat in Genf die Stelle als Kantonsingenieur an. Er baute in der Stadt mehrere Hängebrücken und gestaltete ab 1827 die Uferpromenade. Er gehört zu den bedeutendsten Brückenbauern der Schweiz. 1817 trat er in das neu geschaffene Schweizerische Bundesheer ein. Als Instruktionsoffizier war er an der Militärschule von Thun tätig, die er mitbegründet hatte. Zu seinen Schülern gehörte ein Bonaparte aus dem Kanton Thurgau, der spätere Napoleon III. 1827 wurde Dufour zum Oberst, 1831 schliesslich zum Generalstabschef ernannt. In dieser Eigenschaft leitete er ab 1833 die Vermessung der

Die Welt, das All und der ganze Rest

123

Schweiz. Als General erhielt er am 21. Oktober 1847 den Auftrag, den Sonderbund mit militärischen Mitteln aufz­ulösen. Nach nur drei Wochen und am Ende eines unblutigen Feldzugs kapitulierten die abtrünnigen Kantone. Dufour engagierte sich politisch als Nationalrat und Ständerat.

Er war 1863 einer von fünf Mitbegündern des Comité international de secours aux militaires blessés, des heutigen Comité international de la Croix-Rouge.

Schon wenige Jahre nach seinem Tod am 14. Juli 1875 in Genf wurde Dufour in einer damals äusserst populären Biografie von Walter Senn fast schon zum König der Schweiz emporstilisiert : « Dufourspitze heisst jener majestätische firngeschmückte Felsengipfel, der als Herrscher inmitten der ganzen Riesenschaar fast ebenbürtiger Alpenfürsten des Schweizerlandes thront, die ihre silberlockigen Häupter in engern und weitern Kreisen um ihn her aus der unübersehbaren Masse des niedern Gipfelvolks emporstrecken und täglich den ersten Gruss wie den letzten Kuss des ­Sonnengottes empfangen. Diesen Namen trägt er nicht von Ungefähr : die Repräsentanten des Schweizervolks haben ihn zu Ehren des Generals Dufour so genannt und zwar ­speziell in der Absicht, dadurch den unbelohnbaren Verdiensten dieses Mannes um die genaue Messung und die ebenso korrekte als effektvolle und zweckdienliche bildliche Darstellung des Schweizerlandes ein Denkmal zu setzen. »

Generationen hinweg eine akademische Tradition von astronomisch-geodätischer Forschung festigen können. Buchwalder, der auf dem Säntis vom Blitz getroffen worden war, lernte viel von Friedrich Trechsel ( 1776–1849 ), der seinerseits in Bern bei Johann Georg Tralles ( 1763–1822 ) studiert hatte. Tralles war 1785 als Professor für Mathematik und Physik von Hamburg nach Bern berufen worden. Er begann, sich hier mit geodätischen Problemen zu beschäftigen, Strecken zu vermessen und die Höhen von Berggipfeln zu bestimmen. Zusammen mit seinem Schüler Ferdinand Rudolf Hassler ( 1770–1843 ) vermass er mithilfe von Stahlket-

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Kopfzeile

Bild 3.1.1

Auf dem Bild « Ingenieure im Gebirge », von dem mehrere Versionen erhalten sind,

hat der Walliser Maler Raphael Ritz 1881 die Arbeit der Vermessungsingenieure dokumentiert. ( Wikimedia )

ten 1791 im Grossen Moos nordwestlich von Bern die rund 13 Kilometer lange Strecke von Walperswil im Kanton Bern nach Sugiez in Fribourg. Tralles publizierte Karten und geodätische Lehrbücher. 1798 beteiligte er sich in Paris an der Festlegung neuer Masse und Gewichte und brachte je zwei Kopien der Prototypen von Meter und Kilogramm nach Bern. Weil er sich von den Berner Behörden schlecht behandelt fühlte, wechselte er 1803 als Professor nach Berlin.

Sein bester Schüler, der aus Aarau stammende Hassler, begann bereits zu Beginn der 1790 er-Jahre mit der Vermessung eines grosse Teile des Schweizer Mittellandes bedeckenden Dreiecknetzes. 1798 erhielt der Sohn eines gut situierten Uhrmachers von der helvetischen Regierung den Auftrag, vorhandene Messdaten und Karten zusammenzutragen und zu ordnen und durch neue Messungen und Karten zu ergänzen. Hassler schlug vor, ein staatliches Zentralbureau für Vermessungs­ arbeiten zu gründen. In einer Denkschrift schrieb er : « Genaue Landeskenntniss ist das erste Bedürfniss einer Regierung in Rüksicht auf innere Verwaltung ; nichts kan sie so richtig verschaffen ; so anschaulich jeden theil des Landes und jedes ­Bedürfniss und Hülfsmittel desselben vor Augen legen ; als gerade systematisch betriebene Vermessung des ganzen Landes. » Mit der Auf lösung der Helvetischen Republik 1803 verlor Hassler die Unterstützung der Obrigkeit. 1805 wanderte er mit seiner Familie in die USA aus, wo er sich als Professor und als Leiter der Küstenvermessung grosse Verdienste erwarb. Die Auswanderung dieses bedeutenden Schweizer Naturwissenschaftlers beschreibt der ETH-Ingenieur und Kartografie-

Die Welt, das All und der ganze Rest

Bild 3.1.2

125

Ein Theodolit aus dem Jahr 1837.

( Bundesamt für Landestopografie )

historiker Martin Rickenbacher als « ersten Export schweizerischer Vermessungsgenauigkeit ».

Die allererste Landkarte der Schweiz zeichnete der Zürcher Stadtarzt Conrad Türst ( 1450–1503 ) um 1495. Diese Karte basierte ebenso wie die 1538 gedruckte Schweizerkarte von Aegidius Tschudi ( 1505–1572 ) auf Schätzungen und Vermutungen. Hans Conrad Gygers ( 1599–1674 ) Karte des Kantons Zürich von 1667 lässt in der Schweiz erstmals die Anwendung von messtechnischen Verfahren ­erkennen. Diese Karte profitiert von den Vorarbeiten einer Zürcher Schule der Vermessungstechnik, einer Gruppe von Naturwissenschaftlern und Instrumentenbauern, die Ende des 16. Jahrhunderts Pionierarbeit leisteten. Gygers Karte bleibt bis zur Fertigstellung der Dufourkarte, also fast 200 Jahre lang, die genaueste Karte in der Schweiz.

Hohe Genauigkeit

Die Feldarbeit an der Dufourkarte begann am 22. September 1834 mit der Vermessung einer Grundlinie im Grossen Moos. Diese Basismessung bildete die Grundlage aller Messungen und erforderte deshalb höchste Genauigkeit. Bei Walperswil wurde ein Lot aufgehängt und eine erste Messstange waagrecht so positioniert, dass sie die Schnur berührte. Die 5,82 Meter langen Messstangen waren von dem Zürcher Instrumentenbauer Johann Georg Oeri hergestellt worden. Sie waren mit einer Temperaturanzeige ausgestattet, um temperaturbedingte Veränderungen der Länge einkalkulieren zu können. Dann wurden eine zweite und eine dritte Messstange einvisiert, in gerader Linie aneinandergefügt, ohne sich zu berühren.

Der Spalt zwischen den Stangen wurde durch spezielle Keile ausgemessen. Dann

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Geodäsie und Vermessung

fügte man die erste Stange an die dritte an. Wiederum wurden die Temperatur und die Einsenkung des Keils registriert. Nach knapp einem Monat – rund die Hälfte der Strecke war vermessen worden – blieb das Unternehmen stecken, denn der Regierung war das Geld ausgegangen, und die Arbeiter konnten nicht mehr b ­ ezahlt werden. In einem verzweifelten Brief an Dufour berichtete der leitende Ingenieur Johann Eschmann, dass er und seine Kollegen bereits daran dächten, ihre goldenen Uhren zu verkaufen, um so die Heimreise zu bezahlen. Schliesslich gelang es, Geld aufzutreiben. Nach 51 Arbeitstagen konnte in Sugiez die letzte Messung durchgeführt werden. Mehr als 2241 Mal war eine Stange an die andere angefügt worden, um die Länge der Basis zu messen.

In verschiedenen Regionen der Schweiz waren damals Dutzende verschiedener Längenmasse in Gebrauch, und es gab mehr als 300 Münzsorten. Dufour verwendete noch nicht Meter und Zentimeter, sondern die alten französischen Einheiten Toise, Zoll und Linien. Nach Abschluss der Messungen benötigte die Auswertung der Resultate mehrere Wochen. Doch dann zeigte sich, dass die Resultate nicht mit denjenigen von Tralles und Hassler in Einklang zu bringen waren.

Schliesslich fand jemand heraus, dass die Thermometer ungenau waren und bei raschen Schwankungen zu träge reagierten. Nachdem die Abweichungen im Wasserbad empirisch überprüft worden waren, konnten die Messwerte korrigiert werden. Die Länge der Grundlinie wurde mit 13 053,75 Metern angegeben.

1861 waren alle Vermessungen und Aufnahmen abgeschlossen, 1865 konnte das letzte Blatt der Dufourkarte in Kupfer gestochen und gedruckt werden. Die Karte erregte nicht nur in der Schweiz, sondern auch im Ausland Aufsehen. Sie war bereits 1855 anlässlich der Weltausstellung in Paris mit einer Goldmedaille ausgezeichnet worden, und es folgten zahlreiche weitere internationale Auszeichnungen. Sie wurde bei Erscheinen als « vorzüglichste Karte der Welt » gelobt, erweckte Aufsehen nicht nur wegen ihrer Genauigkeit, sondern auch wegen ihrer Schönheit, wegen der « samtenen Weichheit der Kupferabzüge ». Auch in jüngerer Zeit vermag diese Karte noch zu begeistern. Im Europa des 19. Jahrhunderts habe kein Kartenwerk « äusserst exakte Messung mit meisterhafter Zeichnung und künstlerischer Gravur so glücklich verbunden », schrieb der tschechische Kartograf Kupčík 1980. Wegen des richtigen Masses an Generalisierung, wegen der « bewundernswerten Homogenität », mit der die Dufourkarten eine grosse Informationsfülle präsentieren, soll Ernst Spiess, emeritierter ETH-Professor, diese Karten seinen mehrheitlich am Computer arbeitenden Studenten noch in den 1990 er-Jahren als Vorbild empfohlen haben. 2003 wurde eine digitalisierte Version der Dufourkarte auf CD-Rom vorgestellt.

Bild 3.1.3

Auf der Dufourkarte hiess die Dufourspitze noch Höchste Spitze.

( Bundesamt für Landestopografie )

Im März 2006 machten sich Mitarbeitende des Bundesamts für Landestopografie auf den Weg ins Grosse Moos, um die Basis, die heute für die Landesvermessung keine Bedeutung mehr hat, nachzumessen. Mithilfe von GPS-gestützten Methoden­ konnten sie in gut fünf Stunden feststellen, dass die Distanz zwischen Walperswil und Sugiez 13 053,75 Meter beträgt. « Auch wenn die Messung von 2006 jene von 1834 auf den Zentimeter genau bestätigt, so ist diese scheinbar perfekte Übereinstimmung mit einer gewissen Zufälligkeit behaftet, denn die Identität der Zentren kann über seinen derart langen Zeitraum nicht mit Sicherheit nachgewiesen werden », schreibt Martin Rickenbacher in seinem Bericht von 2006 zu den Basismessungen im Grossen Moos.

Das Auf kommen satellitengestützter Messmethoden und die zunehmende Wichtigkeit grenzüberschreitender Projekte machten es in den 1980 er-Jahren notwendig, die Grundlagen der Landesvermessung zu überdenken. Der damals noch gültige Bezugsrahmen stützte sich auf die Triangulationspunkte einer 1903 durchgeführten Landesvermessung ( LV03 ). Der Nullpunkt dieses Systems lag in der ­alten Sternwarte in Bern und wurde mit den Werten y0 = 600 000.00 Meter und x0 = 200 000.00 Meter bezeichnet. Zwischen 1989 und 1995 wurde die Schweiz ­mithilfe von Satelliten neu vermessen. Es zeigte sich, so berichtet das Bundesamt für Landestopografie in einer Informationsbroschüre von 2006, dass der alte Bezugsrahmen « kleinere und grössere Widersprüche » enthält. Es wurde deshalb ein neuer Bezugsrahmen ( LV95 ) definiert und ein neues Koordinatensystem eingeführt. Der Nullpunkt des neuen Systems wird mit N0 = 1 200 000.000 Meter und E0 = 2 600 000.000 Meter bezeichnet.

128

Geodäsie und Vermessung

Bild 3.1.4

Pyramide auf

dem Chasseral. ( Bundesamt für Landestopografie )

Das Vermitteln zwischen LV03 und LV95 ist nicht immer einfach. Mit Blick auf die Distanz zwischen Walperswil und Sugiez kann das Hin und Her zwischen LV03 und LV95 einige Zentimeter ausmachen. Wird diese Strecke mit GPS-Methoden ohne Rücksicht auf LV03 vermessen, kommt man auf 13 054,01 Meter, wie Rickenbacher in einem Nachtrag zu seinem Bericht 2007 schreibt. Diese kleine Präzisierung, so Rickenbacher, zeige, « wie relativ selbst die Grösse einer ‹ Basis der Nation › aufzufassen » sei.

Satelliten und Computer haben die Kartografie grundlegend verändert. Beim Bundesamt für Landestopografie werden alle Messresultate im Rahmen eines dreidimensionalen topografischen Landschaftsmodells ( TLM ) in einer kartografischen Datenbank verwaltet. Diese Datenbank bildet auch die Grundlage für die Modernisierung des grössten amtlichen Kartenwerks der Schweiz, der Landkarte 1 : 25 000 mit 247 Blättern. Die ersten Blätter dieser neuen Karte wurden Anfang 2014 publiziert, die Überarbeitung soll 2019 abgeschlossen sein. Die Veränderungen in der Darstellung betreffen unter anderem die Typografie und die farbliche Differenzierung von Verkehrswegen. Grosse Aufregung verursachte die Tatsache, dass kleinere Wege nicht mehr eingezeichnet sind.

Gute Geschäfte mit Geodaten

Noch zu Beginn des 19. Jahrhunderts taten sich viele Amtsstuben schwer, Karten, falls sie überhaupt existierten, der Öffentlichkeit zugänglich zu machen.

Manchmal wurden auch – beispielsweise in Zürich – wichtige Elemente wie das Strassennetz aus den Karten entfernt, um Fremden die Orientierung zu erschwe-

Die Vermessung der Welt

137

dungsrecht für die Karte erhalten haben. Die Karte hat auch anderen Expeditionen bei der Planung und am Berg gute Dienste geleistet.

Vermessung im Gotthard-Basistunnel

Mit 57 Kilometern ist der Gotthard-Basistunnel der längste Eisenbahntunnel der Welt. Dessen Vermessung wurde 1995 einem Konsortium unter der Leitung der Grünenfelder und Partner AG und der BSF Swissphoto AG übertragen. In der Verantwortung des Konsortiums liegen die geodätischen Grundlagen, das Vermessungskonzept für die Tunnelvermessung, laufende Überwachungsmessungen, Kontrollaufnahmen des ausgeführten Bauwerks usw. Die Hauptaufgabe ist die Kontrolle der Vortriebe und die Einhaltung einer maximalen Abweichung im Durchschlag von 25 Zentimetern quer und 12,5 Zentimetern in der Höhe.

Der Vortrieb des Tunnels erfolgte ab den beiden Portalen in Erstfeld und Bodio sowie ab den drei Zwischenangriffen Amsteg, Faido und Sedrun. Die Inbetrieb­ nahme des Tunnels ist für das Jahr 2017 geplant.

Das oberirdische Grundlagennetz besteht aus 28 Hauptvermessungspunkten, die – verteilt über die Portale – auf geologisch stabilem Fels dauerhaft vermarkt wurden und erstmals 1995 mit GPS nach dem damaligen Stand der Technik gemessen und ausgewertet wurden. Die Genauigkeit zwischen zwei beliebigen Punkten im Projektgebiet ist besser als 10 Millimeter. Im Bereich der fünf Angriffsstellen erfolgten Verdichtungsmessungen mit Präzisionstachymetern. Damit wurde die Genauigkeit innerhalb der Portalnetze nochmals verbessert.

Im Sommer 2005 – also zehn Jahre nach der Etablierung des Grundlagen­ netzes und ein Jahr vor dem ersten Hauptdurchschlag in Bodio und Faido – fand eine komplette Wiederholungsmessung des GPS-Grundlagennetzes statt. Die ­Lagedifferenzen zwischen den Messungen von 1995 und 2005 lagen – bis auf einen Punkt – alle innerhalb des 95-Prozent-Vertrauens-Intervalls.

Genauigkeitspotenzial optimal ausschöpfen Der Übergang zwischen oberirdischer und untertägiger Vermessung im Bereich der Portale stellt eine besondere Herausforderung dar. Es gilt dabei, die ­Orientierung und den Massstab des Portalnetzes möglichst genau in den Tunnel zu übertragen. Unterschiedliche atmosphärische Bedingungen zwischen dem Tunnel und dem Aussenbereich erschweren dies und bergen die Gefahr von systematischen Abweichungen.

138

Geodäsie und Vermessung

Bild 3.2.3

Kontrollmessung der

Tunnelachse während des Vortriebs. ( Swissphoto AG )

Die bei jedem Tunnelbau vorgängig durchzuführenden Simulationsberechnungen des Durchschlagsfehlers müssen daher neben der zufälligen Streuung auch einen systematischen Anteil berücksichtigen.

Sobald vom Bauunternehmer zwei neue Polygonpunkte in der betonierten Sohle vermarkt wurden – also nach maximal 800 Metern Vortriebsleistung – , wurden die Koordinaten im Zuge einer kleinen Stollenkontrolle durch das Konsortium eingemessen und neu bestimmt. Nach jeweils 3 Kilometern Vortriebsleistung erfolgte eine grosse Stollenkontrolle mit einer Polygonzugsmessung über acht bis zehn Polygonpunkte, also von 3,5 bis 4,5 Kilometer Länge. Zur unabhängigen Überprüfung und Korrektur der Vortriebsrichtung wird bei diesen grossen Stollenkontrollen auch der Kreiseltheodolit eingesetzt. Dieses Gerät orientiert sich anhand der Erdrotation nach der geografischen Nordrichtung und erlaubt damit eine unabhängige Angabe der Vortriebsrichtung.

Im Zwischenangriff Sedrun erfolgten die Vortriebsarbeiten nach Norden und Süden vom Fuss eines 800 Meter tiefen Schachts aus. Die Positionsübertragung von der Kaverne am Schachtkopf hinunter auf das Tunnelniveau wurde im Jahr 2002 mit zwei unterschiedlichen Methoden realisiert : einmal optisch und einmal mechanisch. Mit dem Bau des zweiten Schachts im Jahr 2004 ergab sich die Möglichkeit, 39 Meter südlich des ersten Schachts eine zusätzliche optische Lotung durchzuführen. Im Januar 2007, knapp ein Jahr vor dem Durchschlag Amsteg und Sedrun, wurde eine weitere optische Kontrolllotung durchgeführt. Somit lagen für die Punktübertragung drei optische und eine mechanische Lotungsmessung vor.

Die Streuung der Messwerte dieser Kampagne lag unter 15 Millimeter.

Durchschlagsereignisse sind im Tunnelbau in vielerlei Hinsicht grosse Ereignisse. Am Tag des Durchschlags zeigt sich, ob die gesamte konzeptionelle, theore-

Die Vermessung der Welt

139

tische und praktische Arbeit des Vermessungsteams über mehrere Jahre erfolgreich war oder nicht. Obwohl alle Anstrengungen darauf ausgerichtet sind, mit den genauesten Sensoren, den besten geodätischen Grundlagen und den zuverlässigsten Mess- und Auswertkonzepten das optimale Ergebnis zu realisieren, bleiben Restrisiken und -zweifel so lange vorhanden, bis der letzte Meter durchbrochen ist.

Im Gotthard-Basistunnel wurden folgende Durchschlagsgenauigkeiten erzielt : Datum

Abschnitt

Länge

22. 8. 2006

Faido –Bodio

19,8

9

1

2

14. 10. 2007

Amsteg–Sedrun

17,3

14

2

0

16. 6. 2009

Erstfeld –Amsteg

10,1

1

3

0

10. 10. 2010

Sedrun–Faido

23,4

8

14

1

[ km ]

Quer

[ mm ]

Längs

[ mm ]

Hoch

[ mm ]

Die am Gotthard erreichten Durchschlagsergebnisse lagen deutlich unter den vertraglich definierten Toleranzen. Sie bestätigten das gewählte Vorgehen sowie die dem Konzept hinterlegten Modelle und Annahmen. Die Vermessung des Gotthard-Basistunnels wurde an zahlreichen internationalen Tagungen präsentiert und in Publikationen dokumentiert. Die aus dem Projekt gewonnenen Erkenntnisse sind für die zukünftigen Projekte wegweisend.

Bild 3.2.4 Laserscanning-Kontroll-

messung des gesamten Tunnels nach Rohbauende. ( Swissphoto AG )

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Geodäsie und Vermessung

Bild 3.2.5

Visualisierung der Tachymeter-Messstrahlen der Mauer Nalps. ( Swissphoto AG )

Langzeitmonitoring von Stauanlagen

Durch den Bau eines Tunnels können Geländedeformationen auftreten – so auch beim Gotthard-Basistunnel. Um allfällige Veränderungen zu beobachten, wurden für die Stauanlagen Curnera, Nalps und Sta. Maria im Vorderrheintal spezielle geodätische Messanlagen eingerichtet. Dieses Mandat wurde einem Konsortium unter der Leitung der Grünenfelder und Partner AG und der BSF Swissphoto AG übertragen.

Obwohl über dem Tunnel 2500 Meter Gebirge liegen, macht sich der Bau an der Erdoberfläche bemerkbar. Das Gebirgswasser, das durch den Tunnel aus dem Untergrund abfliesst, verursacht eine Entwässerung des Bergs. Diese führt zu Setzungen an der Erdoberfläche und damit zu Talaufweitungen oder -schliessungen.

Beides kann für die betroffenen Stauanlagen schwerwiegende Folgen haben.

Risikoanalysen zeigten zwar, dass ein Schadensereignis sehr unwahrscheinlich ist, sollte aber Schaden entstehen, wäre der enorm. Aus diesem Grund wurden ­diverse Massnahmen zur Risikominimierung angeordnet, und man hat über eine grossräumige Überwachung des Geländes verfügt.

Dazu musste als Erstes das Gebirge vor dem Tunnelbau an geologisch repräsentativen Stellen erfasst werden. Des Weiteren galt es, das Normalverhalten des Geländes aufzuzeichnen und die Messsysteme entsprechend zu kalibrieren. Die ersten Betriebsjahre der Messanlage analysierten also den Zustand der Geländeoberfläche, als der Vortrieb des Gotthard-Basistunnels noch mehrere Kilometer vom Überwachungsgebiet entfernt war.

7

Turbolader

214

Mehr Leistung, weniger Treibstoff Schweizer Turbolader Michael Jung

Die Ursprünge der Turboaufladung gehen auf eine Patentschrift von Alfred J. Büchi aus dem Jahre 1905 zurück. Der Schweizer Ingenieur arbeitete zu jener Zeit bei Sulzer. In seinem ersten Patent beschreibt er eine hochaufgeladene Verbund­ maschine mit einem Viertakt-Dieselmotor, mit mehrstufigem Axialkompressor und mehrstufiger Axialturbine, montiert auf einer gemeinsamen Welle. Weitere Arbeiten und Patente zur Verfeinerung seiner Idee folgen bis zum sogenannten Hauptpatent im Jahr 1925. Das Hauptpatent greift die Vorteile der Pulsation für die ­Niederdruckaufladung auf, das dieser Technologie zum Durchbruch verhilft und Büchi weltberühmt macht.

Für die Umsetzung seiner Ideen braucht er Unterstützung, weshalb er im Jahr 1915 mit Brown, Boveri & Cie. ( BBC ) in Baden Kontakt aufnimmt. Das Unternehmen verfügt zu dieser Zeit bereits über grosse Erfahrung in der Entwicklung und dem Bau von Strömungsmaschinen. Die Verantwortlichen prüfen Büchis Vorschlag zur Zusammenarbeit, sehen aber, wie auch 1919 nochmals, davon ab. Man ist überzeugt, dass das Projekt als Ganzes unerwünscht und unwirtschaftlich sei.

Grosses Potenzial

1923 ändert BBC dann doch die Strategie. In Deutschland wird ein Bericht veröffentlicht, der die Versuche mit Niederdruckaufladung von MAN an einem Viertaktmotor beschreibt. Die Versuche zeigten, dass mit nur 1,35 Bar Ladedruck die Motorleistung um 33 Prozent steigt. Eine zusätzliche Nutzung der Abgasenergie zum Antrieb des Verdichters verspricht eine weitere Leistungssteigerung von 6 bis 8 Prozent sowie eine Einsparung beim Brennstoffverbrauch. Durch die Erfolge ermutigt, entscheidet sich BBC schliesslich doch, das Fachwissen aus dem Turbinen- und Verdichterbau für die Entwicklung von Turboladern in Zusammenarbeit mit Büchi einzubringen.

Mehr Leistung, weniger Treibstoff

215

Alfred J. Büchi

( 1879–1959 ) Der ETH-Ingenieur Alfred J. Büchi aus Winterthur gilt als Erfinder der Abgasturboaufladung. Den Grundstein dieser Technologie legte er unter anderem mit seinen Patenten zur hochaufgeladenen Verbundmaschine im Jahr 1905 und dem sogenannten Hauptpatent Stossbetrieb und Spülung im Jahr 1925. 1926 gründete er eine Gesellschaft namens Büchisyndikat zur Weiterentwicklung und zum Vertrieb der Verbund­ verbrennungskraftmaschine. Dies tat er in enger Zusammenarbeit mit BBC in Baden und SLM in Winterthur.

Nach seinem Studium an der ETH Zürich von 1899 bis 1903 bei Professor Stodola arbeitete er bei ­Sulzer und war dort Leiter der Entwicklungsabteilung für Dieselmotoren. Später war er für das Patentwesen zuständig. 1938 wurde ihm von der ETH Zürich der Ehrendoktortitel verliehen.

1923 untersucht die wie Sulzer in Winterthur beheimatete Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik ( SLM ) den möglichen Nutzen der Motorenaufladung. SLM hat in diesem Jahr einen Zweitakt-Versuchsmotor auf dem Prüfstand, der bei weniger Treibstoffverbrauch mehr Leistung produzieren soll. BBC empfiehlt den Einsatz eines Abgasturboladers, der die Luft in das Spülgebläse fördert.

SLM bestellt die entsprechende Maschine, und im Juni 1924 verlässt der erste Hochleistungs-Abgas-Turbolader, ein VT402, die Werkstätten in Baden. Der Verdichter ist zweistufig ausgeführt, um den geforderten Druck zu liefern. Wie wir sehen werden, spielt Zweistufigkeit rund 85 Jahre später wieder eine Rolle, nur auf einem technologisch gänzlich anderen Niveau.

Im Jahr 1926 wird unter dem Namen Büchisyndikat eine neue Gesellschaft gegründet. Sie verfolgt den Zweck, die Verbund-Verbrennungs-Kraftmaschine mit Abgasturbine und Aufladepumpe weiterzuentwickeln. Alfred J. Büchi ist dabei für

216

Turbolader

Bild 7.1

Erster 1924 ausgelieferter Turbolader VT402 für einen Grossdieselmotor.

Ein zweistufiger Verdichter erreicht ein Druckverhältnis von 1,35. ( ABB Turbo Systems )

die technische Entwicklung und Kundenbeziehungen zuständig, BBC kümmert sich um die Produktion, und SLM stellt die Diesel-Versuchs-Motoren.

Weitere Entwicklungen in den Folgejahren zeigen beeindruckende Ergebnisse.

Die Lader erreichen höhere Drücke mit einstufiger Verdichtung und können kompakt an den Motor angebaut werden. Andere Anwendungsgebiete für Turboaufladung werden evaluiert, so beispielsweise für dieselelektrische Lokomotiven. Und auch für den Einsatz in Dieselkraftwerken drängen sich die Turbolader nachgerade auf. Das Syndikat und BBC treffen mit zahlreichen führenden Motorbauern Vereinbarungen zur Zusammenarbeit, darunter auch mit Daimler Benz, KloecknerHumboldt-Deutz ( KHD ) und MAN. Herausragende Resultate sind die Folge. Die wachsende Bedeutung von BBC manifestiert sich auf besondere Art. Die Gesellschaft berät ihre Kunden bezüglich der Installation von Turboladern, Luft- und Gasleitungen und bei den Steuerzeiten der Ventile. Das Wissen um die Interaktion von Motor und Turbolader wird zum Kernstück des BBC-Erfolgs.

Mehr Leistung, weniger Treibstoff

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Wie Turboaufladung funktioniert

Die Leistung eines Verbrennungsmotors hängt einerseits von der Masse des Luft- und Brennstoffgemisches ab, die in die Zylinder gepresst werden kann ( 1 ), andererseits von der Drehzahl der Kurbelwelle. Turbolader führen die Luft mit hohem Druck zum Motor. Dadurch wird mehr Luft in die Zylinder gepresst und somit für die Verbrennung verfügbar.

Ein Abgasturbolader wird, wie der Name schon sagt, von den Abgasen eines Motors angetrieben ( 2 ). Diese bis gegen 700 Grad Celsius heissen Gase werden mit hoher Geschwindigkeit auf die Turbinenschaufeln geleitet ( 3 ), die wiederum das auf derselben Welle montierte Verdichterrad ( 4 ) antreiben. Während der Rotation saugt das Verdichterrad durch einen Filterschalldämpfer Umgebungsluft an. Die Luft wird komprimiert und über einen Zwischenkühler ( 5 ) und Luftverteiler ( 6 ) den Zylindern ( 1 ) des Motors zugeführt.

218

Turbolader

Wesentliche Leistungsparameter eines Turboladers sind das Druckverhältnis, und zwar der Druck am Verdichteraustritt bezogen auf den Eintrittszustand, und der grössenspezifische Luftvolumenstrom des Verdichters sowie der Wirkungsgrad des gesamten Turboladers. Letzterer setzt sich aus den Wirkungsgraden des Verdichters, der Turbine und der Lagerung zusammen.

Die Turboaufladung steigert bei gegebener Motorengrösse dessen Leistung um bis das Vierfache. Daher sind 75 Prozent der Motorleistung auf den Turbolader angewiesen. Neben der Erhöhung der Leistungsdichte trägt der Turbolader zur Reduktion des Brennstoffverbrauchs und der Emissionen eines Motors bei.

Die ersten standardisierten Modelle

1932 fallen bei BBC einige wichtige Zukunftsentscheide, die zu technisch optimalen Lösungen führen. Auf dieser Grundlage formulieren die Entwicklungsingenieure die Spezifikationen für eine standardisierte Laderreihe mit neun verschiedenen Verdichterdurchmessern im Bereich von 110 Millimeter bis 750 Millimeter.

Viele ihrer Eigenschaften und Fähigkeiten wie zum Beispiel selbstschmierende ­externe Kugellager, Wasserkühlungen und die weitreichende Verwendung von Standardteilen sind entstanden, um die Servicearbeiten einfacher zu machen. Die modulare Bauweise bewirkt schliesslich, dass die Turbolader auf eine enorme Bandbreite von Motoren angepasst werden können.

Bis nach dem Zweiten Weltkrieg bleibt die Auf ladung mit Abgasturboladern den Viertaktmotoren vorbehalten. Das sorgt neben der direkten Dieseleinspritzung für eine starke Position dieser Motorentechnologie. Die Aufladung von Zweitaktern mit ihren tiefen Abgastemperaturen und ihrer Abhängigkeit von einem Gebläse zum Gasaustausch ist aufgrund der geringen Turbinen- und Verdichtereffizienz schwierig. Erst als Verdichter und Turbinen mit besseren Wirkungsgraden entwickelt werden, wird die Aufladung auch für die langsam laufenden Zweitaktmotoren interessant. Die Verwendung von Abgasturboladern nimmt schnell zu und trägt wesentlich dazu bei, dass sich in der Schifffahrt die Zweitakter schon bald als Hauptantrieb durchsetzen.

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Messtechnik und Sensorik

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9.3

Die Erschliessung der Nanowelt Raster-Sonden-Mikroskopie und Nanotechnologie Hans Peter Lang und Christoph Gerber

Die Erschliessung der Nanowelt durch die Erfindung des Raster-Tunnel-Mikroskops im Jahre 1982 sowie durch die Einführung des Raster-Kraft-Mikroskops im Jahre 1986 führte zu einer neuen Denkweise im Verständnis und in der Wahrnehmung von Materie auf atomarem und molekularem Massstab. Diese neuen, revo­lutionären Konzepte begründeten bereits eine Vielzahl neuer Technologien, in denen der mechanistische Top-down-Ansatz mit dem Bottom-up-Ansatz der ­Selbstorganisation verschmilzt, der in der Natur so erfolgreich angewandt wird.

Um jedoch dieses globale Bestreben nach Fortschritt in der Nanowissenschaft ­aufrechtzuerhalten, bedarf es eines neuen Typus von Wissenschaftler, der in allen wissenschaftlichen Disziplinen ausgebildet ist. Er muss die Terminologie dieser Disziplinen kennen und zudem bereit sein, alle vor uns liegenden globalen Herausforderungen anzunehmen und auf Entwicklungen Einfluss zu nehmen, in denen die Nanotechnologie Anwendung finden kann.

Historie des Atombegriffs

Schon die alten Griechen haben darüber nachgedacht, wie sich die Materie in ihrem Kleinsten zusammensetzt. Das Konzept einer unteilbaren Einheit, die unsere ­Welt auf baut, geht auf den griechischen Philosophen Demokrit zurück, der sich um das Jahr 460 v. Chr. auf der Grundlage der Gedanken seines Mentors Leukipp ausführlich mit der Idee der Existenz von Atomen befasste. Er überlegte, ob es wohl möglich sei, Materie fortwährend zu zerkleinern, bis sie nicht weiter geteilt werden kann. Für dieses kleinste, unteilbare Stück Materie prägte er den Begriff « atomos » – griechisch für unteilbar. Diese korrekten Ansätze wurden durch­­ die Ansicht von Aristoteles verdrängt, die beinhaltete, dass sich Materie aus Erde, Wasser, Feuer, Luft und Äther zusammensetze. Diese Vorstellung hielt sich bis ins

280

Messtechnik und Sensorik

18. Jahrhundert, als erste handfeste Beweise gefunden wurden, dass Materie aus kleinsten Teilchen besteht. Wichtig war die Erkenntnis des französischen Chemikers Antoine Lavoisier, der 1789 die Konstanz der Masse in chemischen Reak­ tionen nachgewiesen hat. 1805 hat der englische Naturphilosoph John Dalton ­anhand von Reaktionen verschiedener Chemikalien das Gesetz der multiplen Proportionen aufgestellt, das die Formulierung chemischer Reaktionsgleichungen ermöglicht. Weitere Hinweise für den Teilchencharakter der Atome fand 1827 der Botaniker Robert Brown, der die erratische Bewegung schwebender Staubteilchen im Wasser unter dem Lichtmikroskop beobachtete. Der Prozess der sogenannten Brown ’ schen Bewegung wurde erst 1905 durch Albert Einstein vollständig verstanden.

Die genaue Grösse von Atomen war in der Mitte des 19. Jahrhunderts noch nicht bekannt. Man vermutete zwar, dass die Atome sehr klein sein mussten, da es

Raster-Tunnel-Mikroskop

Eine leitende Spitze ( rot ) wird mittels eines Piezostellelements in einen Abstand von einigen Ångström zu einer leitenden Oberfläche ( grau ) gebracht. Der Abstand wird durch den quantenmechanischen Tunnelstrom I ( gelb ) geregelt, der aufgrund der angelegten Biasspannung U fliesst. Durch das Abrastern der Ober­ fläche unter Konstanthalten des Tunnelstroms und damit des Abstands wird eine dreidimensionale Topografie der Oberflächen, bestehend aus Scanlinien ( dunkelblau ), aufgenommen. Fremdatome ( hellblau ) im Atom­­­gitter ( grau ) können zu ­lokalen Unterschieden in der Zustandsdichte und damit der Leitfähigkeit führen.

Die Auflösung liegt sowohl in x- und y-Richtung ( lateral ) als auch in z-Richtung ( vertikal ) im Ångströmbereich. z

x y

U I

Raster-Tunnel-Mikroskop. ( Hans Peter Lang )

Die Erschliessung der Nanowelt

281

nicht gelang, sie optisch abzubilden. 1865 führte der österreichische Naturforscher Josef Loschmidt die wichtigen Experimente durch, die auf die Grösse der Luftteilchen schliessen liessen. Die Systematik des Atomauf baus wurde schliesslich 1869 durch den russischen Chemiker Dmitri Mendelejew in Form des periodischen ­Systems der Elemente vorgestellt. Mit dem Formalismus der Quantenmechanik wurde am Anfang des 20. Jahrhunderts ein tiefes Verständnis des Atoms erreicht.

Speziell der österreichische Physiker Erwin Schrödinger sei hier erwähnt, der 1926 die These aufstellte, dass feste Partikel auch als Wellen beschrieben werden können.

Für Elektronen hat diese duale Natur wichtige Konsequenzen. Bringt man zwei ­leitfähige Oberflächen sehr nahe zueinander, ohne dass sie sich berühren, so ­überlappen sich die Wellenfunktionen der Elektronen. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung können Elektronen aufgrund ihrer Welleneigenschaften durch die Lücke zwischen den beiden leitenden Oberflächen transportiert werden. Dieses quantenmechanische Phänomen, der sogenannte Tunneleffekt von Elektronen durch eine nicht leitende Vakuumbarriere, führte im Jahr 1981 zur Entwicklung einer neuen Art von Mikroskop, mit der zum ersten Mal einzelne Atome in einer dreidimensionalen Darstellung mit noch nie dagewesener Auflösung abgebildet werden konnten.

Das Raster-Tunnel-Mikroskop

Das Raster-Tunnel-Mikroskop ( Scanning Tunneling Microscope, STM ) wurde in der Schweiz am Forschungslabor von IBM in Rüschlikon in der Gruppe von Gerd Binnig und Heinrich Rohrer entwickelt und im Jahr 1982 vorgestellt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Mikroskopen verfügt diese neue Art von Mikroskop über keinerlei Optik zur Abbildung von Oberflächen, sondern benützt eine scharfe Metallspitze, die in einen Abstand von wenigen Ångström zu einer leitfähigen Oberfläche gebracht wird. Dabei wird der quantenmechanische Tunneleffekt ausgenützt, indem man eine elektrische Spannung zwischen der Oberfläche und der Spitze anlegt, was zum Fliessen eines Tunnelstroms führt. Der winzige Abstand zwischen der Spitze und der Oberfläche wird dadurch beibehalten, indem man den quantenmechanischen Tunnelstrom konstant hält. Der Tunnelstrom hängt exponentiell vom Abstand zwischen der Spitze und der Probe ab und verleiht dem Gerät seine herausragende Empfindlichkeit in z-Richtung. Bewegt man die Spitze nur um einen Atomdurchmesser, so ändert sich der Strom um den Faktor 1000, was in einem grundlegenden Experiment durch Gerd Binnig und seine Mitarbeitenden nachgewiesen wurde. Die hohe laterale Auf lösung ergibt sich aus der Tatsache,

282

Messtechnik und Sensorik

dass der Tunnelstrom massgeblich durch das äusserste Atom der Spitze und das nächstliegende Atom auf der untersuchten Oberfläche bestimmt wird.

Durch das Abtasten der Oberfläche mit dem STM in zwei Dimensionen und durch das Konstanthalten des Tunnelstroms erhält man so eine dreidimensionale Darstellung der Oberfläche auf atomarem Massstab. Bald nach seiner Erfindung gelang es mit einer technisch verfeinerten Bauart des STM, eine der wichtigsten Fragen der damaligen Oberflächenforschung zu klären, nämlich die der Anordnung der Siliziumatome in einer Rekonstruktion auf der Oberfläche Si( 111 )7x7.

Diese Bilder boten den zuverlässigen experimentellen Beweis für eines der in der Theorie aufgestellten Modelle dieser Oberfläche.

Es dauerte eine ganze Weile, bis andere Wissenschaftler die Ergebnisse verifizieren konnten, die im Jahre 1982 am IBM-Forschungslabor erzielt wurden. Die Bestätigung durch andere Gruppen erfolgte annähernd drei Jahre später, und zwar 1985 an einem Workshop in Oberlech in den österreichischen Alpen, und sorgte unter den Teilnehmern für grosse Begeisterung. In den folgenden Jahren wurde das Mikroskop einer Reihe von Neuerungen unterzogen. 1986 konnte mit einem verbesserten Modell zum ersten Mal die sechsfache Symmetrie der atomaren Anordnung von Graphit gezeigt werden, was das enorme Potenzial des Instruments demonstrierte. Im gleichen Jahr teilten sich Gerd Binnig und Heinrich Rohrer für ihre Entwicklung des Raster-Tunnel-Mikroskops den Nobelpreis für Physik. Heinrich Rohrer ist 2013 verstorben.

Bild 9.3.1

Drei Generationen von Raster-Tunnel-Mikroskopen ( STM ). Zur

Grobeinstellung wurde ein piezogesteuertes Positionierhilfsmittel, genannt Laus, verwendet. ( a ) STM der ersten Generation mit magnetischer Schwebedämpfung, basierend auf einer supraleitenden Bleischale.( b ) Mit diesem a

b

Instrument wurde 1981 die exponentielle Abhängigkeit des Tunnelstroms von der Distanz gemessen. ( c ) STM der zweiten Generation mit einem W ­ ir-­ bel­stromdämpfungssystem unter Einsatz von SmCo-Magneten. ( d ) Mit diesem Mikroskop wurde die Si( 111 )-7x7-Oberfläche erstmals im Jahre 1982 abgebildet. ( e ) STM zum Betrieb in einem Raster-Elektronen-Mikros-

c

d kop zur schritt­weisen Vergrösserung der Probe vom Millimeterbereich bis hin zum atomaren Massstab. Die Bauweise dieses S­ TM war auf maximierte Stabilität ausgerichtet, und zwar mithilfe eines Stapels von Vitonund Edelstahlplatten im Wechsel. ( f ) Mit diesem Mikroskop wurde die sechsfache Symmetrie des hochorientierten pyrolytischen Graphits ( HOPG )

e

f zum ersten Mal im Jahre 1986 abgebildet. ( Christoph Gerber )

Die Erschliessung der Nanowelt

283

Heinrich Rohrer – Pionier der Nanotechnologie

Heinrich Rohrer.

Durch die Entwicklung eines Instruments, mit dessen ­Hilfe Wissenschaftler Atome und Moleküle abbilden, ­ausmessen und handhaben können, hat der 1933 in Buchs ­im Kanton St. Gallen geborene Heinrich Rohrer die Tür zur Nanotechnologie weit aufgestossen. Nach seinen ­Studien der Physik und dem Doktorat an der ETH Zürich beschäftigte er sich vor allem mit den Eigenschaften von Supraleitern und Metallen als Postdoc an der Rutgers ­University im US-Bundesstaat New Jersey. Ende 1963 kam er ans IBM-Forschungslabor in Rüschlikon und ­begann Untersuchungen zum Antiferromagnetismus und zu ­magnetischen Phasenübergängen. Ende der 1970 er-Jahre verschob sich sein Interesse zur Oberflächenstruktur von Materialien. 1978 bestand er darauf, dass IBM den jungen deutschen Wissenschaftler Gerd Binnig anstellte, mit ­ dem er später das Raster-Tunnel-Mikroskop entwickelte.

Gemeinsam erhielten sie dafür 1986 den Nobelpreis für Physik. Der Schritt zum Erfolg war 1981 das Scanning Tunneling Microscope ( STM ), das leitende Oberflächen mit atomarer Auflösung abbilden kann. Durch das Kontroll­konzept des Tunnelstroms war es auf einmal möglich, eine metallische Spitze in einem exakt konstant gehaltenen Abstand von etwa 2 bis 3 Ångström über eine leitende Probe zu führen und aus den Korrektur­ bewegungen in z sowie durch Abrastern in x und y ein ­dreidimensionales Abbild einer leitenden Oberfläche im Nanometermassstab zu erhalten. Die Raster-Tunnel-­ Mikroskopie hat die Sichtweise, mit der Wissenschaftler Oberflächen betrachten, für immer verändert. Die Tech­ niken erfahren zahlreiche Anwendungen in der Forschung, der Industrie und der Ausbildung. Heinrich Rohrer war auch ein begeisternder Botschafter für die Nanotechno­ logie. Er hat manchen Studenten zum Studium der Physik und der Nanowissenschaften motiviert.

284

Messtechnik und Sensorik

Bild 9.3.2

Elliptischer Ring aus 36 Kobaltatomen, der eine quantenmechanische Spiegelung erzeugt.

Sie kann zu einer effizienten Art und Weise der Informationsübertragung innerhalb zukünftiger Schaltungen und Computer im atomaren Massstab führen. Wenn ein einzelnes Kobaltatom ( Hügel links ) an einen der beiden Brennpunkte der Ellipse platziert wird, erscheinen einige seiner Eigenschaften plötzlich am anderen Brennpunkt ( Hügel rechts ), an dem kein Atom existiert. ( IBM Research, Almaden ) Bild 9.3.3

Aufnahme mit dem Raster-Tunnel-Mikroskop eines durch Laserablation hergestellten

Hochtemperatur-Supraleiterfilms aus YBa2Cu3O7-x ( Bildgrösse 1 Mikrometer x 1 Mikrometer ).

Schrauben­versetzungsdefekte wurden als mögliche Pinningzentren für Flussschläuche diskutiert.

( Hans Peter Lang und Robert Sum )

Untersuchung einzelner Moleküle auf Oberflächen

Als Weiterentwicklung wurde die Raster-Tunnel-Spektroskopie ( Scanning Tun­neling Spectroscopy, STS ) eingeführt, eine leistungsfähige Technik zur Messung der lokalen Zustandsdichte von Elektronen und der Bandlücke von Materialien auf atomarem Massstab. Die Raster-Tunnel-Spektroskopie umfasst die Beobachtung lokaler Änderungen im Tunnelstrom in Abhängigkeit von der Spannung zwischen der Spitze und der Probe ( I-V Kurven ), aber auch Bilder, aufgenommen bei verschiedenen Werten des Tunnelstroms und der Spannung zwischen der Spitze und der Probe. Dabei wird die lokale Tunnelleitfähigkeit dI/dV bzw. die Zustandsdichte ortsaufgelöst gemessen. Auch Kombinationen der genannten Mess­ arten existieren. Weiterhin wurde zum ersten Mal die Abbildung einzelner Moleküle auf Oberflächen gezeigt. Gleichzeitig stellte man die ballistische Elek­ tronen-Emissions-Mikroskopie ( BEEM ) als eine der ersten Anwendungen des Raster-Tunnel-Mikroskops vor.

Anhang

486

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489

Personenverzeichnis Es wird nur auf relevante Stellen zu den

Borer (Brüder) 103

jeweiligen Personen verwiesen.

Borschberg, André 24 f., 27 ff.

Bösch, Robert 176

A

Bovary, Charles 411

Acemoğlu, Daron 12

Boveri, Walter 14

Ackeret, Jakob 197

Bovet, Théodore 207

Albert, William August Julius 95 f.

Brabeck, Peter 14

Albertsen, Nick 236 f., 239

Bragg, William L. 323

Allgöwer, Martin 418, 422 ff.

Brändle, Karl 102 f.

Ames, Bruce N. 365 f.

Brönnimann, Charles 88

Anderson, Mary 475

Brown, Charles Eugene Lancelot 14

Ando, Toshio 294 f.

Brown, Robert 280

Annen, Arnold 102

Brunner, Theodor 103

Aristoteles 279

Bucher-Durrer, Franz Josef 97, 99

Artursson, Per 361

Büchi, Alfred J. 214 f., 226, 232

Avellan, François 208

Buchwalder, Antoine-Joseph 121, 123 Buckminster, Fuller 150

B

Buff, Ulrich 409

Babbage, Charles 477

Bühler, Willy 104

Bachmann, Marcel 103

Bumann, Damian 116

Bagdasarjanz, Felix 245, 249

Butticaz, Cécile 475

Baltensweiler, Armin 34, 47 Ban, Shigeru 151

Bandi, Walter 418, 422

Cady, Walter G. 269

Barry, Ken 249 ff.

Casey, Michael 196

Bartholdi, Otto 113

Catsicas, Stefan 25

Bartholet, Anton 108

Chanel, Ann 294

Beck, Armin 290

Charnley, Charles 379

Bentley, Mark 300

Charrière, Joseph-Frédéric-Benoît 376

Berchtold, Max 85

Citroën, André 475

Berchtold, Walter 36

Cochrane, Josephine 475

Besenbacher, Fleming 286

Collombin, Roland 441

Bieler, Eva 294

Constam, Ernst 102

Binnig, Gerd 186, 281 ff.

Creissels, Denis 108

Blaser, Jean-Pierre 461

Crommie, Michael 285

Böhler, Jörg 411

Cross, Sarah 293

Böhler, Lorenz 411

Curie, Jacques 268

C

490

Anhang

Curie, Marie 25, 475

Flaubert, Achille 411

Curie, Pierre 268

Flaubert, Gustave 411 Foster, Ian 339

D

Frei, Otto 150

Da Vinci, Leonardo 344, 475

Frey, Fritz 114

Daimler, Gottlieb 475

Frey, Otto 380

Dalton, John 280

Friedrich, Walter 323

Dangel, Claus 471

Frigg, Robert 428, 430

Danis, Robert 417 ff., 421 f.

Fritz, Jürgen 297

Dassault, Marcel 43

Fuest, Benedikt 479

De Dondi, Giovanni 344 f.

Debye, Peter 327

Degen, Christian 295

Garaventa, Franz Karl 107

Demokrit 279

Garaventa, Guiseppe 107

Dernick, Gregor 369

Garaventa, Karl Josef 102, 107

Diesel, Rudolf 79 f., 475

Garaventa, Willy 107

Dietler, Giovanni 299

Gaub, Hermann 291

Dubois, Albert 88

Gautschi, Gustav H. 268

Dufour, Guillaume Henri 119 ff., 126, 133

Gehri, Ernst 145

Dumour, Marc 101

Giessibl, Franz 289

Dürig, Urs 291, 293

Gimzewski, James 293

Durrer-Gasser, Josef 97, 99

Giovanola (Brüder) 101

G

Grischkowsky, Daniel R. 357

E

Gross, Leo 289 f.

Edison, Thomas 475

Grün, Armin 135

Ehrensperger, Erhard 106

Grünenfelder, N. 86

Eiffel, Gustave 475

Gugerli, David 120, 132

Eigler, Don 285

Gülich, Johann Friedrich 190

Einstein, Albert 14, 25, 280, 311

Güntherodt, Hans-Joachim 300

Enderle, Thilo 354

Gutknecht, Eva-Maria 356

Engel, Andreas 291

Gyger, Hans-Conrad 125

Eschmann, Johann 126

F

H

Habegger, Willi 95, 101, 103, 111

Fahrni, Fritz 389

Haberthür, David 321

Fantner, Georg 294

Halbheer, Stefan 104

Fattinger, Christof 356 f., 359, 362, 364 ff.

Hansma, Paul 294

Fauve, Mathias 470, 472

Hassler, Ferdinand Rudolf 123 f., 126

Feuz, Fritz 106

Hayek, Nicolas G. 14

Personenverzeichnis

Hefti, Beda 102

Knorr, Jürgen 249

Hegi, Othmar 387

Koch, Bruno 471

Heim, Albert 132

Kocher, Theodor 377

Heiniger, Kurt 471

Kodera, Noriyuki 294 f.

Hennemann, Laura 311

Kollmar, Hans Rudolf 113

Henry, Pierre 207 f.

Krähenbühl, Rolf 39

Herzog, Kurt 417, 421

Krüger, Uwe 51 f.

Hidber, H. R. 299

Kündig, Ernst 113

Higgs, Peter 339

Küntscher, Gerhard 411, 417, 421

Hirschberg, Stefan 187

Kunze, Anne 477

Hoerni, Jean 236

Kupčík, Ivan 126

Huber, François 297 Huggler, Arnold 379 f.

L

Lambotte, Albin 417 ff., 422

I

Lane, William A. 417

Inauen, Arno 110

Langevin, Paul 269

Inauen, Bruno 110

Laue, Max von 323

Inauen, Klaus 110

Lauritsen, Jeppe 286 Lavoisier, Antoine 280

J

Lawrence, Ernest O. 463

Jenny, Ernst 221

Ledermann, Philippe 431

Jobs, Steve 475

Lennernäs, Hans 363

Jones, Brian 22 ff.

Leukipp 279 Levy, Jeremy 292

K

Lim, Roderick Y. H. 293 f.

Kahnemann, Daniel 15

Limacher, Markus 256

Kansy, Manfred 361 f.

Limberger, Thomas 251

Kawai, Shigeki 290 f.

Lipton, Jan 243

Keller, Georges 161

Longo, Giovanni 299

Kenzelmann, M. 329

Loschmidt, Josef 281

Kesselman, Carl 339

Lovelace, Ada 476 ff.

Kilby, Jack 236

Lüchinger, Paul 266

Kilgus, Peter 243

Lüde, Carl von 77

King, William Lord 478

Lumière, Auguste 475

Kistler, Walter P. 268, 270 Klinge, S. 329

Klum, Heidi 475

Maag, Rudolf 432, 442

Knipping, Paul 323

Madonna 475

Knorr, Carl Heinrich Eduard 14

Mannhart, Jochen 292

M

491

492

Anhang

Martinez, Michel 175

Ogi, Adolf 441

Mathys, Robert senior 411, 418 f., 424 f.,

Oplatka, Gabor 111, 114 f.

430 f., 433

Overton, Charles Ernest 362

Mayer, Marissa 476, 478 f.

McDonald, S. A. 322

McDonnel, James 47

Page, Larry 26

McKendry, Rachel 299

Pauli, Wolfgang 14

Meier, Felix 256

Perren, Stephan 423

Meisser, Claudio 238, 240 f., 243, 256

Peters, Arno 132

Menabrea, L. F. 477

Pfleiderer, Carl 191

Mendelejew, Dimitri 281

Phelps, Edmund 14

Mettler, Erhard 258 ff., 262 f.

Piccard, Auguste 25

Meyer, Ernst 288, 290 f.

Piccard, Bertrand 22, 24 ff., 30 f.

Meyer, Gerhard 289 f.

Piccard, Jacques 23

Mianheng, Jiang 184

Piccard, Paul 196

Micheli du Crest, Barthélemy 129

Pictet, Lucien 196

Moore, Gordon 237

Pierce, George W. 269

Moraz-Müller, Violette 422

Pires, David 293

Moy, Vincent 291

Pitzke, Marc 479

Muff, Stefan 130

Piwnicki, Paul 311, 332

Müller, Daniel 291, 294

Plodinec, Marija 283 f.

Müller, Gerhard 102

Poggio, Martino 295 f.

Müller, Hans-Ulrich 240 f., 243 f., 256

Pomagalsky, Jean 102

Müller, Maurice E. 377, 379, 410 f., 414,

Prelog, Vladimir 14

P

418 f., 423 ff., 428, 430, 432 f.

Müller, Werner 106

R

Raghawan, Asuri 249

N

Reichmuth, Arthur 265

Ndieyra, Joseph W. 299

Richter, Franz 251

Nestlé, Henri 14

Rickenbacher, Martin 125, 127 f.

Nicklaus, Karl 236 ff., 242 ff., 255 f.

Riefenstahl, Leni 475

Niederberger, Remigi 102

Rieter, Johann Jakob 96

Noyce, Robert 236 f.

Riggenbach, Niklaus 97 Ritz, Raphael 124

O

Robertson, Les 339 ff.

Oechslin, Carl Caspar zum Mandelbaum 96

Rochelt, Günther 23

Oechslin, Ludwig 345 f., 350

Rohrer, Heinrich 186, 281 ff.

Oeggerli, Martin 294

Röntgen, Wilhelm Conrad 317

Oeri, Johann Georg 125

Roost, Walter 88 f.

Personenverzeichnis

Roth, Franz 39

Spelterini, Eduard 132

Roy, Benjamin 196

Spiess, Ernst 126

Rüegg, Paul 88

Spöring, Jörg 345, 349 f.

Rugar, Dan 295

Städeli, Walter 103

Rütschi, Karl 190 f., 193

Stampfli, Georg 111

Ruzicka, Leopold 14

Staufer, Urs 300 Steinbichler, Jürgen 249, 251

S

Steinemann, Samuel 427

Sahli, Hermann 377

Stodola, Aurel 215

Sameli-Huber, Henri 102 f.

Stoffel, Xaver 76

Santayana, George 18

Straehl, Hermann 380

Saurer, Adolph 76

Straumann, Fritz 423, 437 f., 440 f.

Saurer, Franz 76

Straumann, Reinhard 434 ff., 440

Saurer, Hippolyt 75 f., 80

Straumann, Thomas 441 f., 444

Schenk, Robert 413, 423

Streiff, Mathias 103, 110

Scherrer, Felix 385

Streit, Alfred 377

Scherrer, Paul 308, 327, 462

Strickler, Ernst 264 f.

Scheuchzer, Johann Jakob 120

Suhner, Gottlieb 96

Schmiedl, Engelbert 191

Sulzer, Georg 380

Schmiedl-Rütschi, Irene 191

Sum, Robert 284

Schneider, Robert 418, 424 Schönenberger, Christian 300

Schrödinger, Erwin 281

Tereschkowa, Walentina 475

Schroeder, André 438, 440

Tesla, Nikola 475

Schurter, Willy 39

Tichý, Jan 268

Schwarzer, Alice 475

Torrigiani, Luigino 25

Sears, V. F. 319

Tralles, Johann Georg 123 f., 126

Seelert, Holger 291

Trechsel, Friedrich 123

Semlitsch, Manfred 380

Trippacher, Kurt 251

Senn, Walter 120, 123

Tschudi, Aegidius 125

Shechtman, Dan 326

Türst, Conrad 125

T

Sherman, William G. 417 Shockley, William 159, 161

Sick, Mirjam 199

Vogler, Heinrich 102

Socoliuc, Anisoara 288

Von Fellenberg, Jost 88

Solvay, Ernest 25

Von Rechenberg, Peter 424

Somerville, Mary 477

Von Roll, Ludwig 105

Sonderegger, Hans Conrad 268, 270 f.

Von Rotz, Josef 110

Speich, Daniel 120, 132

V

493

494

Anhang

W

Wagner, Michael 428 Wallmannsberger, Georg 106 Wartmann, Rudolf 193 Waser, Johann Heinrich 129 Washburn, Bradford 134, 136 Watt, James 475 Weber, Bernhard G. 380, 385, 409, 413 f.

Weiss, Branco 238 f., 242 f.

Wideröe, Rolf 462 f.

Wildhaber, Niklaus 108 Willenegger, Hans Robert 413, 418, 422 ff., 430 Wilson, Robert R. 461 Wing, Alex 294 Winkler, Fritz 114 Wozniak, Steve 475 Wright (Brüder) 24 Wullschleger, August 104 Wunderl, Hans 249 Wurm, Franz 96 Wurstemberger, Johann Ludwig 121 Wyss, Hansjörg 432 Wyssen (Brüder) 104

Y

Yoon, Kevin 151

Z

Zeiss, Carl 475 Zeppelin, Ferdinand von 475 Zografos, Leonidas 464 Zölly, Hans 121 Zumbrunn, Werner 265, 269 Zweifel, Otto 114

495

Autorenverzeichnis Aegerter, Simon Dr. phil. nat., Physiker, Dissertation bei Prof. Hans Oeschger, Klimaforscher

der ersten Stunde. Im Militär Chefphysiker, war Direktor des Technorama der Schweiz in Winterthur, hat in einem Energiethinktank mitgearbeitet und an der Weltenergiekonferenz referiert. Später Unternehmer, Präsident des International Space Science Institute ( ISSI ) und Gründungspräsident der cogito foundation.

Aerni, Pierre Art Director bei Mettler-Toledo International Inc. in Greifensee. Besitzt eigenes

Kunstatelier in Volketswil.

Betschon, Franz Dr. sc. techn. ETH, Dipl.-Masch.-Ing. ETH, Harvard Business School ( USA ).

Tätigkeiten bei Brown, Boveri & Cie. ( BBC ), Adolph Saurer, Wild Leitz Holding AG, Starrag Heckert Holding AG. Zuletzt Präsident oder Mitglied des Vorstands verschiedener, auch börsenkotierter Firmen. Buchautor.

Betschon, Stefan Studium der Geschichte, Sprachwissenschaft und Computerlinguistik an der

Universität Zürich. Seit 1998 Redaktor bei der NZZ im Themenbereich Medien, Informatik und Wissenschaft. 2008 Medienpreis der Universität Fribourg.

Blumer, Hermann Dipl. Bauing. ETH/SIA, Zimmermannslehre, Studium an der ETH in Zürich,

anschl. Wissenschaftlicher Assistent an der TU in Karlsruhe, 25 Jahre Geschäftsführer Blumer AG in Waldstatt, 4 Jahre Leiter Bois Vision in Biel, 11 Jahre Leiter Création Holz in Herisau. Entwicklungen bis zur Marktreife : BSB, Lignatur, Lignamatik, Top - Wall, HB - Balken.

Buchel, André P. Dr. h.c., Dipl.-Masch.-Ing. ETH Lausanne, ehemaliger Leiter/CEO der Sulzer

Medica AG und Mitglied der Konzernleitung der Sulzer AG 1990–2001.

Cavalloni, Claudio Dr. sc. nat. ETH, Dipl.-Phys. ETH. Seit 1986 bei der Kistler Instrumente AG,

seit 2001 dort Leiter der Forschung und Technologie.

Cuomo-Sachsse, Kathrin Studium in Kommunikationswissenschaften und Englisch. Unter an-

derem Pressesprecherin und Redaktorin bei einer Schweizer Bank. Heute Inhaberin der Kommunikations-Firma Buchs & Sachsse. Eines ihrer Mandate umfasst PR- und ­Medienarbeit für den Dachverband der Schweizer Medizintechnik ( FASMED ).

Feurer, Felix Letzte Tätigkeit bis 2014 : Leiter Netzentwicklung Zürich/Ostschweiz bei SBB

­Infrastruktur, vorgängig Mitglied Gesamtprojektleitung Zürcher S-Bahn ; Präsident Regionale Verkehrskonferenz Zürcher Weinland ( politisches Amt ).

Feusi, Alois Nach Abschluss des Geschichtsstudiums in Zürich freier Journalist, Auslandredak-

tor der Zürichsee-Zeitung, Kulturredaktor und Reporter bei der Schweizer Familie. Seit 1993 Dienstredaktor und seit 2007 Reporter bei der NZZ. Gerber, Christoph Prof. Dr., war wissenschaftlicher Mitarbeiter ( Research Staff Member ) des

IBM-Forschungslabors in Rüschlikon. Er ist Gründungsmitglied des NCCR Nano an der Universität Basel 2001–2013 und Forschungsleiter auf dem Gebiet der Nanosensorik am Swiss Nanoscience Institute ( SNI ) an der Universität Basel.

496

Anhang

Greiffenberg, Dominic Dr. rer. nat und Dipl.-Phys. an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

im Breisgau. Wissenschaftler in der SLS-Detektorgruppe des Paul Scherrer Instituts ( PSI ).

Seit acht Jahren im Bereich der Detektorentwicklung tätig. Spezialgebiete : Erforschen hochabsorbiernder Sensormaterialien und Testen neuer Prototypchips.

Grünenfelder, Thomas dipl. Ing. ETH Zürich, eidg. Patent als Ingenieur-Geometer, ehemaliger

Geschäftsführer Swissairphoto und Vermessungen AG und Swissair Flight Support AG. Verwaltungsratspräsident von Swissphoto Group AG, BSF Swissphoto AG, Geocloud AG und Grünenfelder und Partner AG. Gysel, Peter Dipl. Ing. ETH. Ganze Laufbahn in der Luftfahrtindustrie. Bei Swissair zuerst ver-

antwortlich für die Flugleistungen neuer Flugzeuge, dann für die gesamte Flottenpolitik. Ab 1998 Exec. V.P. und COO von Flightlease. Nach dem Ende der SAirGROUP Verkaufsleiter in der Asset-Management-Abteilung von Airbus.

Haberthür, David Dr. phil. nat. Universität Bern, Physiklehrer, Doktorarbeit über höchstauf­

gelöste Röntgentomografen zur Untersuchung und Modellierung der Lungenentwicklung, externer Benutzer an der Synchrotron-Lichtquelle Schweiz ( SLS ). Post-Doc zur Betreuung von Industriekunden an der SLS/TOMCAT Strahllinie und Mitglied der GlobalDiagnostiXAllianz zur Entwicklung eines angepassten Röntgendetektors für ein medizinisches Radiologiegerät für Entwicklungsländer.

Imhof, René Dr. sc. techn. ETH, Dipl.-Chem. ETH, bis 2007 Direktor und Forschungsleiter der

Pharmaforschung bei der F. Hoffmann-La Roche AG in Basel. Zuvor globaler Leiter der nicht klinischen Entwicklung bei der F. Hoffmann-La Roche AG, Stiftungsrat des Schweizerischen Nationalfonds, Universitätsrat der Uni Basel, Beratungsmitglied in den Ministerien für Bildung und Forschung in Deutschland und Norwegen, Steuerungsmitglied in den nationalen Initiativen Nano21 und SystemsX.ch.

Jermann, Martin Dipl.-Phys. ETH, ehemaliger Stabschef und stellvetretender Direktor am Paul

Scherrer Institut ( PSI ) sowie Programmleiter der Weiterentwicklung für Protonentherapie am PSI. Geschäftsführer der internationalen Wissenschaftsorganisation Particle Therapy Co-Operative Group ( PTCOG ).

Jung, Michael Dr.-Ing., Leiter Test Center der ABB Turbo Systems AG in Baden. 1995 Promoti-

on am Institut für Fluidenergiemaschinen an der Ruhr-Universität Bochum. 1995–1998 bei der ABB Kraftwerke AG, 1999–2010 nebenberuflicher Dozent für thermische Strömungsmaschinen an der HSZ-T in Zürich. Seit 1998 im Labor für thermische Maschinen/Test Center von ABB Turbo Systems.

Kappeler, Urs Dr. med., Spezialarzt FMH für Orthopädie und Traumatologie des Bewegungs-

apparats, Assistent und Oberarzt bei Prof. B. G. Weber in St. Gallen. 1981–2009 Praxis in Baden, operative Tätigkeit am Kantonsspital Baden.

Keck, Helmut Dipl.-Ing., Dr. techn., Assistent und Promovierung in Strömungstechnik an der

Technischen Universität Wien, ab 1978 bei Escher Wyss Zürich. Zuletzt Vice President Forschung und Entwicklung von Andritz Hydro, verantwortlich für die globale Forschung und Entwicklung für alle Produkte des Geschäftsbereichs Hydro.

Autorenverzeichnis

497

Knecht, Walter Dipl-Masch.-Ing, Tätigkeiten in der Motorenentwicklung bei Mirrlees National,

University of Manchester Institute of Science and Technology ( UMIST ), Adolph Saurer AG, Dereco/IVECO Motorenforschung. Zuletzt Geschäftsleiter und Mitglied des Vorstands.

Nach Pensionierung Beratung von Firmen in Indien, China und Europa. Experte bei der Europäischen Kommission für die Beurteilung von Forschungs- und Innovationsprojekten.

Konrad, Thomas lic. iur. Universität Basel, Nachdiplomstudium Journalistik und Kommunika-

tionswissenschaft an der Universität Fribourg. Stationen : IBM Schweiz, Geschäftsführer und Mitglied des Vorstands bei Polyconsult Basel AG Agentur für Unternehmens- und Marketingkommunikation BSW, int/ext Communications AG in Basel. Seit 2009 Corporate Communications Manager bei der Institut Straumann AG in Basel.

Kyburz, Rainer Dr. sc. nat. ETH, Dipl.-Phys. ETH, Nachdiplomstudium in Unternehmensfüh-

rung an der Hochschule Luzern. 1996–2013 insgesamt 15 Jahre lang bei Esec und Besi in diversen Funktionen tätig, unter anderem als Leiter des Strategischen Marketings, als Businessunitleiter sowie als Leiter Forschung und Entwicklung. Seit 2014 Leiter der Energieeffizienz­forschung am iHomeLab der Hochschule Luzern.

Lang, Hans Peter Wissenschaftler am Departement für Physik an der Universität Basel. Nach

dem Studium und dem Doktorat der Festkörperphysik hat er sich mit den Methoden des STM und AFM beschäftigt, vor allem an neuartigen Materialien wie Hochtemperatur-­ Supraleitern und Fullerenen. Seit 1996 arbeitet er an der Anwendung von Cantilevern als Sensoren.

Lehmann, Eberhard H. Dr. rer. nat., Dipl.-Phys. ( Kern- und Reaktorphysik ) Universität Leipzig,

Entwicklungen zur Physik des Schnellen Brutreaktors, seit 1991 am Paul Scherrer Institut ( PSI ), Reaktorchef am Saphirreaktor, Entwickler der Neutronen-Imaging-Methode an der Spallations-Neutronenquelle SINQ. Leiter der entsprechenden Arbeitsgruppe, Präsident der International Society for Neutron Radiography 2010–2014.

Limacher-Lehner, Daniela Dipl.-Masch.-Ing. FH, Konstrukteurin bei Alstom Oberentfelden,

Projektleiterin Entwicklung bei der Calder GmbH. Wissenschaftliche Assistentin am Institut für Thermo und Fluid Engineering, Hochschule für Technik, FH Nordwestschweiz mit Hauptprojekt Entwicklung energiearmer Schneilanzen, heute Wissenschaftliche Mitarbeiterin an demselben Institut.

Leu, Andrea Dr. phil., seit 1990 für die Senarclens, Leu + Partner AG tätig. Seit 2003 Managing

Partner. Geschäftsführerin von IngCH Engineers Shape our Future, Geschäftsführerin der Enterprise Stiftung, Mitglied im Stiftungsrat der Thurgauischen Stiftung für Wissenschaft und Forschung und Hochschulrätin der HTWG Konstanz.

Linder, Stefan Dr. sc. techn., Dipl.-El.-Ing. ETH. Leiter Technologie und Innovation bei der

Alpiq AG. Zuvor 18 Jahre bei ABB als Geschäftsfeldentwickler Energietechniksysteme, Leiter Forschung und Entwicklung Hochleistungshalbeiter und Leiter eines Halbleiter Profit Centers. Mitglied in mehreren internationalen Leistungselektronik-Konferenzkomitees und -Beiräten.

498

Anhang

Manz-Brunner, Brigitte Dipl.-Ing. ETH, seit 2007 Partnerin der Agentur Senarclens, Leu +

Partner AG und seit 2011 Mitglied der Geschäftsleitung. Geschäftsführerin von NaTech Education und der Schweizerischen Vereinigung der Ingenieurinnen ( SVIN ), Expertin bei der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften ( SATW ).

Mathys, Robert junior Dipl.-Masch.-Ing. ETH. Bei Mathys : Mitglied der Geschäftsleitung, ­Lei-

ter Forschung und Entwicklung 1971–1990. Mitglied des Verwaltungsrats 1990 bis heute, Präsident des Verwaltungsrats 1996–2007. Bei der AO : Mitarbeit in den Technischen Kommissionen 1973–1997. Verwaltungsausschuss 1996–2004. Dr. h. c. Robert Mathys Stiftung : Stiftungsrat 1985–2000, Geschäftsleiter 1990–2009, Präsident 2000 bis heute.

Nufer, Bruno El.-Ing. HTL, Leiter Forschung und Entwicklung Dosing Solutions bei der Mett-

ler-Toledo AG, Greifensee.

Päuser, Sabine Dr. rer. nat. Humboldt-Universität zu Berlin ( HUB ), Dipl.-Chem. an der HUB,

tätig in präklinischer Forschung im Universitätsspital der Freien Universität bis 1997,­ als Chefredakteurin einer medizinischen Fachzeitschrift bis 2001, sowie als Expertin für Wissenschaftskommunikation bei der F. Hoffmann-La Roche AG in der präklinischen ­Forschung und der Konzernkommunikation bis heute.

Satir, Inci Studium an der Universität Zürich in Deutscher Sprach- und Literaturwissenschaft

und in Geschichte. Seit 2006 Projektassistentin, seit 2011 Projektleiterin bei der Senarclens, Leu + Partner AG, einer Agentur für strategische Kommunikation in den Bereichen Bildung, Technologie und Wissenschaft.

Schärli, Max El.-Ing. HTL, Fachlehrer an der Gewerbeschule Brugg, und Fachlehrer für Elekt-

rotechnik für Seilbahnfachmänner an der STF in Winterthur. Journalist, Marketing- und Werbefachmann.

Schefer, Jürg Dr. sc. nat. ETH Zürich. Seit 2002 Leiter der Gruppe Neutronendiffraktion an der

Spallations-Neutronenquelle SINQ, Labor für Neutronenstreuung und Imaging ( LNS ) am Paul Scherrer Institut ( PSI ), Grundlagenforschung im Bereich neue Materialien ( Sauerstoffdiffusion in Festkörpern, Wasserstoffeinlagerung in Metallen, metastabile Zustände in optisch aktiven Materialien ). Aktuell Präsident der Schweizerischen Gesellschaft für Kristallografie.

Schlachter, Willy Prof. em. Dr. sc. techn., Dipl.-Masch.-Ing. ETH, Forschungs- und Lehrtätig-

keit an der Naval Postgraduate School, Monterey/California, Industriekarriere bei BST, Sulzer, BBC und ABB, Lehr-, Forschungs- und Führungstätigkeit an der HTL Brugg-Windisch, der FH Aargau und der FH Nordwestschweiz.

Schlumpf, Niklaus Dr. sc. nat., Dipl.-Phys. ETH. Forschungs- und Ausbildungstätigkeiten am

Institut für Hochenergiephysik der ETH Zürich. Seit 24 Jahren am Paul Scherrer Institut ( PSI ), zwei Jahre im Bereich Satelliteninstrumentierung/Astrophysik, anschliessend Leitung der Gruppe Elektronik und Messsysteme.

Autorenverzeichnis

499

Schmitt, Bernd Dr. rer. nat., Dipl.-Phys. Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg. Seit sechs Jah-

ren Gruppenleiter der SLS-Detektorgruppe am Paul Scherrer Institut ( PSI ). Seit mehr als­ 15 Jahren aktiv in der Detektorentwicklung. Davor Tätigkeiten am CERN und bei Philips Semiconductors. Entwickler verschiedener Auslesechips und -systeme ( Mythen, Gotthard ).

Stampanoni, Marco Prof. Dr. sc. nat., Nachdiplomstudium Med. Phys. ETH, Dipl.-Phys. ETH.

Forschungs- und Führungstätigkeiten an der ETH Zürich und am Paul Scherrer Institut ( PSI ). Seit 15 Jahren an der Forschung von neuen bildgebenden Verfahren beteiligt.

Thielemann, Hendrik M.A. Kommunikationswissenschaften. Vice President Communications

bei RUAG Space. Studium an der Universität Münster, Deutschland. Tätigkeit als Journalist, später in der Öffentlichkeitsarbeit. Seit 2001 in der Raumfahrtindustrie, zunächst bei EADS ( heute Airbus ), dann als Leiter Kommunikation bei Oerlikon Space, seit 2009 bei der RUAG. Türler, Franz Uhrmacher und Inhaber Franz Türler Uhren und Juwelen AG, Zürich.

Villiger, Kaspar Dr. h.c. Dipl.-Masch.-Ing. ETH. 1966–1988 Verwaltungratspräsident und CEO

der Villiger Söhne AG. 1982–1989 Nationalrat, Ständerat. 1989–2003 Bundesrat. 1995 und 2002 Bundespräsident. 2004–2008 Verwaltungsrat Swiss Re, Nestlé, NZZ. Ab 2009 drei ­Jahre Verwaltungsratspräsident der UBS, Chairman der UBS Foundation of Economics in Society.

Vonlanthen, Andi Dipl.-El.-Ing. FH der HTL Brugg-Windisch. Seit 2012 Vice President für For-

schung und Entwicklung bei Sonova. Nach dem Studienabschluss Eintritt bei Phonak und dort mehrere Jahre im Bereich Produktentwicklung tätig. Massgebliche Beiträge zu zahlreichen technologischen Innovationen, unter anderem zu dem ersten Multimikrofonsystem, das die Hörgeräteindustrie revolutionierte. 2002–2004 Entwicklungsleiter bei Unitron in Kanada.

Vullioud, Gérald Dipl.-Ing. EPUL, Assistent am Institut für Hydraulische Maschinen ( IMH-

EPUL ), ab 1979 bei den Ateliers des Charmilles in Genf, dann bei den Ateliers de Constructions Mécaniques de Vevey. Zuletzt Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Andritz Hydro in Vevey.

500

Verzeichnis der Gönner und Sponsoren

ABB Schweiz AG

Josef + Margrit Killer-Schmidli-Stiftung, Baden

Kistler Instrumente AG, Winterthur

Mathys AG

Stiftung Swiss Engineering STV

RMS Foundation

Dr. med. Urs Kappeler, Baden

Mit Unterstützung von Hansjörg Wyss

Sulzer Swisscom AG, Worblaufen

Franz Türler

swissmem, Zürich

Ingenieure_Teil 1_001-124_2-Auflage.indd 2

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