Ob Medizintechnik oder Glasherstellung - andere Branchen profitieren von den Erfindungen der Kfz-Ingenieure
Beispiel 1: Nanotechnik
Wahre Wunder sollen die winzigen Nanopartikel bewirken - etwa als Beschichtung für Brillengläser oder Fensterscheiben.
Prinzip:
Nanoteilchen sind Partikel in der Größenordnung von milliardstel Metern. Sie werden in ultradünnen Schichten auf Materialien aufgetragen oder durch neue Verfahren miteinander verschmolzen, verbacken oder chemisch verbunden. So erhalten Produkte bislang ungekannte Eigenschaften.
Anwendung im Auto:
Korrosionsgeschützte und kratzfeste Oberflächen;
Wasser abweisende Windschutzscheiben; sie machen Scheibenwischer überflüssig.
Übertragungsmöglichkeiten:
Als Korrosionsschutz für alle metallischen Oberflächen;
als Beschichtung für Brillengläser oder für optische Linsen, etwa in Messgeräten, die weder beschädigt werden noch beschlagen dürfen;
für Fensterscheiben, die sehr viel seltener gereinigt werden müssen;
Nanotubes, also Röhrchen im Nanomaßstab, sollen Flachbildschirme revolutionieren;
Nanokeramiken als Zünder für Ölheizungen benötigen keine Hochspannung und müssen daher, anders als die bisherigen Konstruktionen, nicht funkentstört werden;
Antihaftbeschichtungen machen Sanitärkeramik weniger schmutzempfindlich.
Zeitbedarf:
Etliche Jahre. Erste Produkte der nanotechnischen Unternehmen sind zwar bereits auf dem Markt. Noch sind die Nanoprodukte allerdings meist zu teuer für die Massenanwendung.
Unternehmen:
Nanogate, Nanofocus, Nano Tech Coatings, Nano-Solutions, Nano-X.
Beispiel 2: Brennstoffzellen
Sie sind umweltfreundlich, robust und hocheffizient - die ideale Stromquelle der Zukunft. Vor allem für mobile Elektrogeräte.
Prinzip:
Brennstoffzellen liefern Strom. Sie lassen Wasserstoff mit Sauerstoff vorsichtig über eine Membran reagieren. Heraus kommt Wasser. Der Sauerstoff wird der Luft entnommen. Explosiver Wasserstoff wird entweder getankt oder aus Flüssigkeiten wie Methanol gewonnen.
Anwendung im Auto:
Als Stromlieferant für einen elektrischen Hauptantrieb anstelle des herkömmlichen Verbrennungsmotors;
für Nebenaggregate wie Standklimaanlagen, die eine herkömmliche Batterie schnell leeren würden.
Übertragungsmöglichkeiten:
Stromspender für Laptops, Taschencomputer, Mobiltelefone und alle anderen tragbaren Elektrogeräte;
Brennstoffzellenautos könnten, wenn sie etwa abends in der Garage stehen, ihren Strom ins Hausnetz einspeisen und so die dezentrale Elektrizitätsversorgung für einen Haushalt übernehmen.
Zeitbedarf:
DaimlerChrysler will das hohe Tempo der Technologieentwicklung beibehalten (Mercedes-Vorstand Jürgen Hubbert) und schon 2004 die ersten Brennstoffzellen-Pkw an Kunden ausliefern. Kleinere Brennstoffzellen für Elektrogeräte folgen wenig später, Prototypen für Laptops werden bereits erprobt.
Unternehmen:
In Deutschland DaimlerChrysler, BMW, Opel. Zudem Ballard, LG, RWE.
Beispiel 3: Neue Werkstoffe
Hochglänzend lackierte Kunststoffe ersetzen schweres Metall, Strom leitendes Plastik bildet die Basis für die Chips der Zukunft.
Prinzip:
Neue Werkstoffe kombinieren die Qualitäten bekannter Materialien, etwa die elektrische Leitfähigkeit von Metall mit der Korrosionsbeständigkeit von Kunststoffen. Bauteile, die bislang bei hohen Temperaturen oder in Feuchtzonen nicht eingesetzt werden konnten, finden dank der neuen Werkstoffe erweiterte Verwendungsfelder.
Anwendung im Auto:
Hochglänzend lackierte Kunststoffe ersetzen Karosserieteile - so reduziert sich das Gewicht, mithin sinkt der Verbrauch an Treibstoff;
mikroelektronische Komponenten, die auf Leiterplatten aus Kunststoff befestigt werden, können in Hochtemperaturbereichen arbeiten, etwa im Zylinderkopf oder am Einspritzventil des Motors.
Übertragungsmöglichkeiten:
Lackierte Kunststoffe eignen sich als Oberflächenmaterial für Möbel und andere Gebrauchsgegenstände;
elektrisch leitende Kunststoffe bilden die Basis für biegsame Chips und flexible Displays;
mikroelektronische Steuerungen werden in alle Problemzonen von Maschinen vordringen - zum Beispiel in Turbinen-Brennkammern oder in Hochdruckpumpen für aggressive Flüssigkeiten und Gas.
Zeitbedarf:
Neue Werkstoffe erobern bereits die Märkte. Mit weiteren Innovationen und Einsatzgebieten ist bald zu rechnen.
Unternehmen:
Philips, Siemens, Temic, Daimler-Chrysler.
Beispiel 4: Mikrosysteme
Winzige Maschinchen messen Druck und Temperatur, steuern Ventile und große Motoren - immer intelligenter, immer autonomer.
Prinzip:
Kleine autonome Systeme - also selbst steuernde Maschinen, oft mit eigener Energieversorgung - kombinieren Elektronik und Hydraulik. Zudem kontrollieren und regeln sie Teile größerer Systeme.
Anwendung im Auto:
Reifendrucksensoren;
Digitalkameras für Abstandswarner;
Mikrosysteme für Airbags erfassen optisch, ob ein Platz besetzt ist oder ob nur ein schwerer Einkaufskorb abgestellt wurde. Rechtzeitig vor einem Aufprall zurren die Sicherheitsgurte den Passagier in eine Position, in der die Airbags optimal wirken. Bei abgestelltem Gepäck werden die Prallsäcke nicht gezündet.
Übertragungsmöglichkeiten:
Medizintechnik;
in Duisburg steuern Entwicklungen des Fraunhofer-Instituts IMS alle technischen Geräte eines Musterbüros und eines Muster-Einfamilienhauses: Heizung und Warmwasser, Belüftung, Beleuchtung, Rollläden und Jalousien, Kühlschränke, Waschmaschine und so weiter.
Zeitbedarf:
Erste Spin-offs der automobilen Mikrosystemtechnik sind bereits auf dem Markt, sehr viele andere werden bald folgen.
Unternehmen:
BMW, Renault, Siemens, Viessmann, Nokia.
Beispiel 5: Telematik
Heute noch ein Luxusgut für reiche Geschäftsreisende, morgen schon Basis für die Optimierung aller Just-in-time-Warenströme.
Prinzip:
Telemetrie misst die Verkehrsdichte, etwa über automatische Erfassungsanlagen an Autobahnbrücken. Telematische Systeme lenken dann die Verkehrsströme: weg vom Stau, hin zu Strecken ohne Glatteis oder ähnliche Behinderungen.
Anwendung im Auto:
Intelligente Navigatorsysteme, die etwa auf Verkehrsmeldungen reagieren. Sie werden gespeist über Autoradio, über SMS oder künftig über mobile Internet-Technologie (UMTS).
Übertragungsmöglichkeiten:
Besonders für Lkw-Transportunternehmen werden telematische Systeme von großem Nutzen sein. Lange, oft transkontinentale Lkw-Touren lassen sich besser optimieren als ein Trip mit dem Cabrio ins Kino.
Sobald einzelne Container auf Schiffen, Zügen und Lkw telemetrisch erfasst werden, ist es möglich, die gesamte Logistik besser zu vernetzen und zu beschleunigen. Just-intime-Lieferungen werden schneller und dadurch billiger.
Zeitbedarf:
Es dauert noch einige Jahre, bis Telematik-Dienste rentabel werden. Noch sind viele Geräte in der Anschaffung zu teuer und zu schwierig zu bedienen; auch sind die Benutzungsgebühren zu hoch. Gewinn werden nur jene Dienstleister erzielen, die alle Datenströme automatisieren, über intelligente Content-Management-Systeme verfügen und Informationen preisgünstig auf Basis von mobiler Internet-Technologie vertreiben. Dies wird im großen Stil erst nach 2005 möglich sein.
Unternehmen:
Blaupunkt, Harman Becker, Tegaron, Vodafone Passo, Siemens VDO, Compaq, Nokia.
Ihr glaubt, die Erfindungen der Kfz-Ingenieure taugen nur fürs Automobil? Dann täuscht Ihr Euch. Die Innovationen von BMW, Porsche oder Daimler treiben die ganze deutsche Wirtschaft voran, von der Medizintechnik über die Glasherstellung bis hin zur Chipproduktion.
Das Kästchen arbeitet. Umgeben von dröhnendem Motorgekröse und stinkendem, heißem Schmieröl misst es die Tourenzahl von Antriebswellen und den Druck in Hydraulikleitungen. Es steuert Pumpen, die den Druck auf- oder abbauen, verschiebt dadurch Kegelräder, verändert Drehzahl und Drehmoment.
Die Mikroelektronik, die in dem Kästchen steckt, reguliert die stufenlose CVT-Kraftübertragung (Continuously Variable Transmission) im Antrieb moderner Audi-Limousinen.
Kaum größer als ein Taschenbuch ist das Kästchen, das einer bahnbrechenden Entwicklung in der Computertechnik gleichkommt. Die Prozessoren verarbeiten die Messdaten zu Steuerbefehlen unter geradezu mörderischen Bedingungen: Die Temperaturen im Getriebegehäuse reichen von minus 40 bis über 150 Grad Celsius. Von außen dringen derbste Erschütterungen durch, etwa wenn der Audi über Schlaglochpisten brettert.
Gewöhnliche Hardware, etwa in einem PC, bricht schon nahe dem Gefrierpunkt und jenseits von plus 40 Grad zusammen. Die üblichen Drucksensoren reagieren panisch, wenn das Flüssigkeitssystem, das sie regeln sollen, geschüttelt wird. "Herkömmliche IT-Entwickler", sagt Karlheinz Butscher, "hätten vor der Aufgabe womöglich kapituliert."
Butscher leitet den Nürnberger Automobilzulieferer Temic. Seine Teams schufen den Regler für die spurtstarken und treibstoffsparenden CVT-Antriebe. Die haben sich in der Großserienproduktion bewährt, laufen seit vier Jahren vieltausendfach auf allen Straßen, in allen Klimaregionen der Welt.
Temics Steuereinheit gilt als Maßstab für Robustheit, für eine nächste Generation von IT-Produkten, auch außerhalb der Autobranche.
Geräte wie das Temic-Kästchen könnten schon bald die Schaufeln von heißen Flugzeug- oder Kraftwerksturbinen, den Farbzufluss an den Walzen ratternder Druckmaschinen oder die Belüftungsklappen fauchender Zementöfen regulieren.
Die Steuereinheiten werden überall für geringeren Energieverbrauch und höhere Leistung sorgen. Mit ihrer Hilfe werden grobe Maschinen und plumpe Apparate künftig so intelligent wie die Autos der jüngsten und der kommenden Generation.
Elektronik statt Mechanik
Das Kästchen steht für viele Innovationen in der Automobilindustrie; die treiben wiederum die Technologie in vielen anderen Branchen voran. Die einst als bieder belächelten Kfz-Ingenieure setzen Trends, die die Grenzen des eigenen Wirtschaftszweigs sprengen. Autobau schließt heute Elektroniker und Softwareschreiber ein, Nano- und Mikrosystemtechniker, Simulationsexperten und Werkstoffentwickler.
Für Peter F. Drucker, den Nestor der Managementtheorie, haben solche Grenzüberschreitungen System: "Innovationen, die eine Branche revolutionieren, basieren immer häufiger auf Erfindungen, die aus einem anderen Industriezweig stammen", sagt Drucker.
Egal ob bei Halbleiterproduzenten oder Softwareentwicklern, Unterhaltungselektronikern oder Glasherstellern - überall kurbelt der Bedarf des Automobilsektors an innovativen Vorprodukten den Umsatz an.
In der krisengeschüttelten Chipbranche dämpft der technologische Sog der Automobilindustrie sogar die derzeitige Krise. Der Münchener Chiphersteller Infineon, seit längerem gebeutelt vom Auftragsrückgang etwa aus der Telekommunikation, steigerte seine Umsätze im Bereich der Automobil- und Industrieelektronik von 900 Millionen Euro auf rund 1100 Millionen im Jahr 2001. Insgesamt wandern derzeit 20 Prozent der deutschen Halbleiterproduktion in die Autoindustrie; weltweit sind es nur 6 Prozent.
Auch in der Softwarebranche führt der rasant wachsende Anteil der Elektronik im Auto zu einer immer engeren Verflechtung mit den Kfz-Herstellern - schließlich muss jedes System, vom Airbag über das Motormanagement bis zur automatischen Sitzverstellung, von einem Programm gesteuert werden.
Sony, Siemens VDO und Bosch entwickeln Software - ebenso wie das Traditionsunternehmen ZF aus Friedrichshafen. ZF, was einmal für "Zahnradfabrik" stand, liefert Programme - als Teil der Automatikgetriebe des Hauses. Deren Steuerbefehle passen zum Beispiel den Schaltzeitpunkt individuell dem Fahrstil des Lenkers an. Neun von zehn Innovationen an Fahrzeugen, sagt VW-Aufsichtsratschef Ferdinand Piëch, beträfen die Elektronik. Und jede neue Gerätefamilie ist komplexer als die vorausgegangene. Immer schneller vollzieht sich der Generationswechsel; in immer kürzeren Abständen tauchen bislang unbekannte Technologien und Anwendungen auf.
Beispiel: Ein elektronisches System, das per Radar den Abstand zu vorausfahrenden Autos, Lastkraftwagen oder Fahrrädern misst. Dieses Abstandswarnradar, für die Mercedes-S-Klasse und in der neuen E-Klasse bereits erhältlich, muss Bäume am Straßenrand und entgegenkommende Fahrzeuge zuverlässig ausblenden; bei Querverkehr, etwa aus einer Hofeinfahrt, jedoch sofort Gefahr anzeigen und den Bremsassistenten aktivieren. Die Software muss den eigenen Kurs überprüfen und logisch schlussfolgern - in Millisekunden.
Die Vorreiterrolle der Autobranche
Freilich senden auch andere Wirtschaftssegmente branchenübergreifende Innovationsimpulse aus. Aber nicht immer zielen die Entwicklungen auf so große Produktionsstückzahlen wie bei den Autogiganten.
Folglich können es sich Unternehmen wie DaimlerChrysler oder VW leisten, hoch dotierte Aufträge an Forschungseinrichtungen wie die Fraunhofer-Institute zu vergeben. Die Investitionen amortisieren sich bei vielen hunderttausend hergestellten Wagen pro Jahr schnell. Dies wiederum bedeutet, dass die innovativen Produkte der Forscher auch für andere Branchen erschwinglich sind.
Im Auftrag von BMW hat das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) in Duisburg eine neue Digitalkamera entwickelt. Das winzige Maschinchen, für neue Abstandswarner entwickelt, lässt seine Blende ständig offen. Die elektronische Schaltung belichtet die Objekte jedoch nur wenige Nanosekunden (milliardstel Sekunden) lang. Dennoch entstehen scharfe, kontrastreiche Bilder - bei Dämmerung wie im Gegenlicht, tausend Stück in jeder Sekunde.
Die nächste Generation von Abstandswarnern bräuchte dank der neuartigen Kamera keine aufwändige Radartechnik mehr. Sie würde mit natürlichem Licht oder der Beleuchtung normaler Straßenlampen arbeiten, folglich ohne Strahlenbelastung für die Umwelt.
Die Digitalkamera des Duisburger Fraunhofer-Instituts liefert womöglich das Beispiel für eine Technologie, die zunächst in der Automobiltechnik eingesetzt wird und sich später zum Massenprodukt für einen Milliardenmarkt entwickelt. "Kombiniert mit spezifischer Software, können sich mit so einer Kamera viele Maschinen nahezu selbst lenken", schwärmt IMS-Leiter Günter Zimmer. "Produktionsroboter, Staubsauger oder Türöffner."
Kein Zweifel: Die Entwicklungsoffensive der Automobilindustrie erschließt ein hohes Potenzial für die gesamte Wirtschaft. Aber werden die Möglichkeiten auch ausreichend genutzt?
"Nicht ganz", sagt Axel Zweck, "noch erkennen wir hier zu Lande zu spät, was in mancher Technologie steckt. Manchmal erkennen wir es gar nicht."
Virtuelle Realität, virtuelle Fantasie
Der zweifach promovierte Chemiker und Sozialwissenschaftler leitet das Zentrum für Technologie-Früherkennung beim Verband Deutscher Ingenieure in Düsseldorf. Sein Team beschäftigt sich unter anderem mit dem Einsatz der Virtuellen Realität (VR) im Auto - also mit Systemen, die Informationen von innen auf die Windschutzscheibe projizieren. Etwa Daten über am Weg liegende Restaurants, Kinos oder Autowerkstätten.
"Amerikaner sind fasziniert von solchen Dingen", weiß Zweck. "Bei uns hingegen ruft der Begriff Virtuelle Realität oft Angst hervor: die Furcht, die Kontrolle über die eigenen Wahrnehmungen zu verlieren."
In Deutschland werden VR-Projekte daher nur zögerlich verfolgt. Dies könnte bewirken, dass die begeistert forschenden Amerikaner bald die Marktführerschaft bei Geräten zur VR-Navigation erringen. Und zugleich bei allen übrigen VR-Anwendungen, etwa Computerspielen und Unterhaltungselektronik.
Die Automobilindustrie bringt viele Innovationen auf den Weg. Nun liegt es an den Unternehmen in verwandten oder artfremden Branchen, auf die Neuerungen zuzugreifen und für die eigenen Produkte und Dienstleistungen nutzbar zu machen.
Zwischen der Autoindustrie und der Medizintechnik klappt dieser Transfer bereits vorbildlich. So hat das Duisburger IMS ein Messgerät für den Innendruck des Auges entwickelt, das Patienten mit Grünem Star ins Sehorgan eingepflanzt werden könnte. Bei gefährlichem Druckanstieg gibt das winzige Teil ein Signal zur Öffnung eines Ventils, welches dann Augenflüssigkeit dosiert ablässt.
Allein in Deutschland leidet über eine Million Menschen am Grünen Star. Tausende erblinden jährlich, weil der Druck in ihrem Auge unbemerkt ansteigt und den Sehnerv tötet. Der Messapparat könnte helfen, den Opfern das Augenlicht zu erhalten.
Ausgangspunkt der Entwicklung war ein Mikrosystem, das den Druck von Lkw-Reifen ermittelt und ans Cockpit überträgt.
Beispiel 1: Nanotechnik
Wahre Wunder sollen die winzigen Nanopartikel bewirken - etwa als Beschichtung für Brillengläser oder Fensterscheiben.
Prinzip:
Nanoteilchen sind Partikel in der Größenordnung von milliardstel Metern. Sie werden in ultradünnen Schichten auf Materialien aufgetragen oder durch neue Verfahren miteinander verschmolzen, verbacken oder chemisch verbunden. So erhalten Produkte bislang ungekannte Eigenschaften.
Anwendung im Auto:
Korrosionsgeschützte und kratzfeste Oberflächen;
Wasser abweisende Windschutzscheiben; sie machen Scheibenwischer überflüssig.
Übertragungsmöglichkeiten:
Als Korrosionsschutz für alle metallischen Oberflächen;
als Beschichtung für Brillengläser oder für optische Linsen, etwa in Messgeräten, die weder beschädigt werden noch beschlagen dürfen;
für Fensterscheiben, die sehr viel seltener gereinigt werden müssen;
Nanotubes, also Röhrchen im Nanomaßstab, sollen Flachbildschirme revolutionieren;
Nanokeramiken als Zünder für Ölheizungen benötigen keine Hochspannung und müssen daher, anders als die bisherigen Konstruktionen, nicht funkentstört werden;
Antihaftbeschichtungen machen Sanitärkeramik weniger schmutzempfindlich.
Zeitbedarf:
Etliche Jahre. Erste Produkte der nanotechnischen Unternehmen sind zwar bereits auf dem Markt. Noch sind die Nanoprodukte allerdings meist zu teuer für die Massenanwendung.
Unternehmen:
Nanogate, Nanofocus, Nano Tech Coatings, Nano-Solutions, Nano-X.
Beispiel 2: Brennstoffzellen
Sie sind umweltfreundlich, robust und hocheffizient - die ideale Stromquelle der Zukunft. Vor allem für mobile Elektrogeräte.
Prinzip:
Brennstoffzellen liefern Strom. Sie lassen Wasserstoff mit Sauerstoff vorsichtig über eine Membran reagieren. Heraus kommt Wasser. Der Sauerstoff wird der Luft entnommen. Explosiver Wasserstoff wird entweder getankt oder aus Flüssigkeiten wie Methanol gewonnen.
Anwendung im Auto:
Als Stromlieferant für einen elektrischen Hauptantrieb anstelle des herkömmlichen Verbrennungsmotors;
für Nebenaggregate wie Standklimaanlagen, die eine herkömmliche Batterie schnell leeren würden.
Übertragungsmöglichkeiten:
Stromspender für Laptops, Taschencomputer, Mobiltelefone und alle anderen tragbaren Elektrogeräte;
Brennstoffzellenautos könnten, wenn sie etwa abends in der Garage stehen, ihren Strom ins Hausnetz einspeisen und so die dezentrale Elektrizitätsversorgung für einen Haushalt übernehmen.
Zeitbedarf:
DaimlerChrysler will das hohe Tempo der Technologieentwicklung beibehalten (Mercedes-Vorstand Jürgen Hubbert) und schon 2004 die ersten Brennstoffzellen-Pkw an Kunden ausliefern. Kleinere Brennstoffzellen für Elektrogeräte folgen wenig später, Prototypen für Laptops werden bereits erprobt.
Unternehmen:
In Deutschland DaimlerChrysler, BMW, Opel. Zudem Ballard, LG, RWE.
Beispiel 3: Neue Werkstoffe
Hochglänzend lackierte Kunststoffe ersetzen schweres Metall, Strom leitendes Plastik bildet die Basis für die Chips der Zukunft.
Prinzip:
Neue Werkstoffe kombinieren die Qualitäten bekannter Materialien, etwa die elektrische Leitfähigkeit von Metall mit der Korrosionsbeständigkeit von Kunststoffen. Bauteile, die bislang bei hohen Temperaturen oder in Feuchtzonen nicht eingesetzt werden konnten, finden dank der neuen Werkstoffe erweiterte Verwendungsfelder.
Anwendung im Auto:
Hochglänzend lackierte Kunststoffe ersetzen Karosserieteile - so reduziert sich das Gewicht, mithin sinkt der Verbrauch an Treibstoff;
mikroelektronische Komponenten, die auf Leiterplatten aus Kunststoff befestigt werden, können in Hochtemperaturbereichen arbeiten, etwa im Zylinderkopf oder am Einspritzventil des Motors.
Übertragungsmöglichkeiten:
Lackierte Kunststoffe eignen sich als Oberflächenmaterial für Möbel und andere Gebrauchsgegenstände;
elektrisch leitende Kunststoffe bilden die Basis für biegsame Chips und flexible Displays;
mikroelektronische Steuerungen werden in alle Problemzonen von Maschinen vordringen - zum Beispiel in Turbinen-Brennkammern oder in Hochdruckpumpen für aggressive Flüssigkeiten und Gas.
Zeitbedarf:
Neue Werkstoffe erobern bereits die Märkte. Mit weiteren Innovationen und Einsatzgebieten ist bald zu rechnen.
Unternehmen:
Philips, Siemens, Temic, Daimler-Chrysler.
Beispiel 4: Mikrosysteme
Winzige Maschinchen messen Druck und Temperatur, steuern Ventile und große Motoren - immer intelligenter, immer autonomer.
Prinzip:
Kleine autonome Systeme - also selbst steuernde Maschinen, oft mit eigener Energieversorgung - kombinieren Elektronik und Hydraulik. Zudem kontrollieren und regeln sie Teile größerer Systeme.
Anwendung im Auto:
Reifendrucksensoren;
Digitalkameras für Abstandswarner;
Mikrosysteme für Airbags erfassen optisch, ob ein Platz besetzt ist oder ob nur ein schwerer Einkaufskorb abgestellt wurde. Rechtzeitig vor einem Aufprall zurren die Sicherheitsgurte den Passagier in eine Position, in der die Airbags optimal wirken. Bei abgestelltem Gepäck werden die Prallsäcke nicht gezündet.
Übertragungsmöglichkeiten:
Medizintechnik;
in Duisburg steuern Entwicklungen des Fraunhofer-Instituts IMS alle technischen Geräte eines Musterbüros und eines Muster-Einfamilienhauses: Heizung und Warmwasser, Belüftung, Beleuchtung, Rollläden und Jalousien, Kühlschränke, Waschmaschine und so weiter.
Zeitbedarf:
Erste Spin-offs der automobilen Mikrosystemtechnik sind bereits auf dem Markt, sehr viele andere werden bald folgen.
Unternehmen:
BMW, Renault, Siemens, Viessmann, Nokia.
Beispiel 5: Telematik
Heute noch ein Luxusgut für reiche Geschäftsreisende, morgen schon Basis für die Optimierung aller Just-in-time-Warenströme.
Prinzip:
Telemetrie misst die Verkehrsdichte, etwa über automatische Erfassungsanlagen an Autobahnbrücken. Telematische Systeme lenken dann die Verkehrsströme: weg vom Stau, hin zu Strecken ohne Glatteis oder ähnliche Behinderungen.
Anwendung im Auto:
Intelligente Navigatorsysteme, die etwa auf Verkehrsmeldungen reagieren. Sie werden gespeist über Autoradio, über SMS oder künftig über mobile Internet-Technologie (UMTS).
Übertragungsmöglichkeiten:
Besonders für Lkw-Transportunternehmen werden telematische Systeme von großem Nutzen sein. Lange, oft transkontinentale Lkw-Touren lassen sich besser optimieren als ein Trip mit dem Cabrio ins Kino.
Sobald einzelne Container auf Schiffen, Zügen und Lkw telemetrisch erfasst werden, ist es möglich, die gesamte Logistik besser zu vernetzen und zu beschleunigen. Just-intime-Lieferungen werden schneller und dadurch billiger.
Zeitbedarf:
Es dauert noch einige Jahre, bis Telematik-Dienste rentabel werden. Noch sind viele Geräte in der Anschaffung zu teuer und zu schwierig zu bedienen; auch sind die Benutzungsgebühren zu hoch. Gewinn werden nur jene Dienstleister erzielen, die alle Datenströme automatisieren, über intelligente Content-Management-Systeme verfügen und Informationen preisgünstig auf Basis von mobiler Internet-Technologie vertreiben. Dies wird im großen Stil erst nach 2005 möglich sein.
Unternehmen:
Blaupunkt, Harman Becker, Tegaron, Vodafone Passo, Siemens VDO, Compaq, Nokia.
Ihr glaubt, die Erfindungen der Kfz-Ingenieure taugen nur fürs Automobil? Dann täuscht Ihr Euch. Die Innovationen von BMW, Porsche oder Daimler treiben die ganze deutsche Wirtschaft voran, von der Medizintechnik über die Glasherstellung bis hin zur Chipproduktion.
Das Kästchen arbeitet. Umgeben von dröhnendem Motorgekröse und stinkendem, heißem Schmieröl misst es die Tourenzahl von Antriebswellen und den Druck in Hydraulikleitungen. Es steuert Pumpen, die den Druck auf- oder abbauen, verschiebt dadurch Kegelräder, verändert Drehzahl und Drehmoment.
Die Mikroelektronik, die in dem Kästchen steckt, reguliert die stufenlose CVT-Kraftübertragung (Continuously Variable Transmission) im Antrieb moderner Audi-Limousinen.
Kaum größer als ein Taschenbuch ist das Kästchen, das einer bahnbrechenden Entwicklung in der Computertechnik gleichkommt. Die Prozessoren verarbeiten die Messdaten zu Steuerbefehlen unter geradezu mörderischen Bedingungen: Die Temperaturen im Getriebegehäuse reichen von minus 40 bis über 150 Grad Celsius. Von außen dringen derbste Erschütterungen durch, etwa wenn der Audi über Schlaglochpisten brettert.
Gewöhnliche Hardware, etwa in einem PC, bricht schon nahe dem Gefrierpunkt und jenseits von plus 40 Grad zusammen. Die üblichen Drucksensoren reagieren panisch, wenn das Flüssigkeitssystem, das sie regeln sollen, geschüttelt wird. "Herkömmliche IT-Entwickler", sagt Karlheinz Butscher, "hätten vor der Aufgabe womöglich kapituliert."
Butscher leitet den Nürnberger Automobilzulieferer Temic. Seine Teams schufen den Regler für die spurtstarken und treibstoffsparenden CVT-Antriebe. Die haben sich in der Großserienproduktion bewährt, laufen seit vier Jahren vieltausendfach auf allen Straßen, in allen Klimaregionen der Welt.
Temics Steuereinheit gilt als Maßstab für Robustheit, für eine nächste Generation von IT-Produkten, auch außerhalb der Autobranche.
Geräte wie das Temic-Kästchen könnten schon bald die Schaufeln von heißen Flugzeug- oder Kraftwerksturbinen, den Farbzufluss an den Walzen ratternder Druckmaschinen oder die Belüftungsklappen fauchender Zementöfen regulieren.
Die Steuereinheiten werden überall für geringeren Energieverbrauch und höhere Leistung sorgen. Mit ihrer Hilfe werden grobe Maschinen und plumpe Apparate künftig so intelligent wie die Autos der jüngsten und der kommenden Generation.
Elektronik statt Mechanik
Das Kästchen steht für viele Innovationen in der Automobilindustrie; die treiben wiederum die Technologie in vielen anderen Branchen voran. Die einst als bieder belächelten Kfz-Ingenieure setzen Trends, die die Grenzen des eigenen Wirtschaftszweigs sprengen. Autobau schließt heute Elektroniker und Softwareschreiber ein, Nano- und Mikrosystemtechniker, Simulationsexperten und Werkstoffentwickler.
Für Peter F. Drucker, den Nestor der Managementtheorie, haben solche Grenzüberschreitungen System: "Innovationen, die eine Branche revolutionieren, basieren immer häufiger auf Erfindungen, die aus einem anderen Industriezweig stammen", sagt Drucker.
Egal ob bei Halbleiterproduzenten oder Softwareentwicklern, Unterhaltungselektronikern oder Glasherstellern - überall kurbelt der Bedarf des Automobilsektors an innovativen Vorprodukten den Umsatz an.
In der krisengeschüttelten Chipbranche dämpft der technologische Sog der Automobilindustrie sogar die derzeitige Krise. Der Münchener Chiphersteller Infineon, seit längerem gebeutelt vom Auftragsrückgang etwa aus der Telekommunikation, steigerte seine Umsätze im Bereich der Automobil- und Industrieelektronik von 900 Millionen Euro auf rund 1100 Millionen im Jahr 2001. Insgesamt wandern derzeit 20 Prozent der deutschen Halbleiterproduktion in die Autoindustrie; weltweit sind es nur 6 Prozent.
Auch in der Softwarebranche führt der rasant wachsende Anteil der Elektronik im Auto zu einer immer engeren Verflechtung mit den Kfz-Herstellern - schließlich muss jedes System, vom Airbag über das Motormanagement bis zur automatischen Sitzverstellung, von einem Programm gesteuert werden.
Sony, Siemens VDO und Bosch entwickeln Software - ebenso wie das Traditionsunternehmen ZF aus Friedrichshafen. ZF, was einmal für "Zahnradfabrik" stand, liefert Programme - als Teil der Automatikgetriebe des Hauses. Deren Steuerbefehle passen zum Beispiel den Schaltzeitpunkt individuell dem Fahrstil des Lenkers an. Neun von zehn Innovationen an Fahrzeugen, sagt VW-Aufsichtsratschef Ferdinand Piëch, beträfen die Elektronik. Und jede neue Gerätefamilie ist komplexer als die vorausgegangene. Immer schneller vollzieht sich der Generationswechsel; in immer kürzeren Abständen tauchen bislang unbekannte Technologien und Anwendungen auf.
Beispiel: Ein elektronisches System, das per Radar den Abstand zu vorausfahrenden Autos, Lastkraftwagen oder Fahrrädern misst. Dieses Abstandswarnradar, für die Mercedes-S-Klasse und in der neuen E-Klasse bereits erhältlich, muss Bäume am Straßenrand und entgegenkommende Fahrzeuge zuverlässig ausblenden; bei Querverkehr, etwa aus einer Hofeinfahrt, jedoch sofort Gefahr anzeigen und den Bremsassistenten aktivieren. Die Software muss den eigenen Kurs überprüfen und logisch schlussfolgern - in Millisekunden.
Die Vorreiterrolle der Autobranche
Freilich senden auch andere Wirtschaftssegmente branchenübergreifende Innovationsimpulse aus. Aber nicht immer zielen die Entwicklungen auf so große Produktionsstückzahlen wie bei den Autogiganten.
Folglich können es sich Unternehmen wie DaimlerChrysler oder VW leisten, hoch dotierte Aufträge an Forschungseinrichtungen wie die Fraunhofer-Institute zu vergeben. Die Investitionen amortisieren sich bei vielen hunderttausend hergestellten Wagen pro Jahr schnell. Dies wiederum bedeutet, dass die innovativen Produkte der Forscher auch für andere Branchen erschwinglich sind.
Im Auftrag von BMW hat das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) in Duisburg eine neue Digitalkamera entwickelt. Das winzige Maschinchen, für neue Abstandswarner entwickelt, lässt seine Blende ständig offen. Die elektronische Schaltung belichtet die Objekte jedoch nur wenige Nanosekunden (milliardstel Sekunden) lang. Dennoch entstehen scharfe, kontrastreiche Bilder - bei Dämmerung wie im Gegenlicht, tausend Stück in jeder Sekunde.
Die nächste Generation von Abstandswarnern bräuchte dank der neuartigen Kamera keine aufwändige Radartechnik mehr. Sie würde mit natürlichem Licht oder der Beleuchtung normaler Straßenlampen arbeiten, folglich ohne Strahlenbelastung für die Umwelt.
Die Digitalkamera des Duisburger Fraunhofer-Instituts liefert womöglich das Beispiel für eine Technologie, die zunächst in der Automobiltechnik eingesetzt wird und sich später zum Massenprodukt für einen Milliardenmarkt entwickelt. "Kombiniert mit spezifischer Software, können sich mit so einer Kamera viele Maschinen nahezu selbst lenken", schwärmt IMS-Leiter Günter Zimmer. "Produktionsroboter, Staubsauger oder Türöffner."
Kein Zweifel: Die Entwicklungsoffensive der Automobilindustrie erschließt ein hohes Potenzial für die gesamte Wirtschaft. Aber werden die Möglichkeiten auch ausreichend genutzt?
"Nicht ganz", sagt Axel Zweck, "noch erkennen wir hier zu Lande zu spät, was in mancher Technologie steckt. Manchmal erkennen wir es gar nicht."
Virtuelle Realität, virtuelle Fantasie
Der zweifach promovierte Chemiker und Sozialwissenschaftler leitet das Zentrum für Technologie-Früherkennung beim Verband Deutscher Ingenieure in Düsseldorf. Sein Team beschäftigt sich unter anderem mit dem Einsatz der Virtuellen Realität (VR) im Auto - also mit Systemen, die Informationen von innen auf die Windschutzscheibe projizieren. Etwa Daten über am Weg liegende Restaurants, Kinos oder Autowerkstätten.
"Amerikaner sind fasziniert von solchen Dingen", weiß Zweck. "Bei uns hingegen ruft der Begriff Virtuelle Realität oft Angst hervor: die Furcht, die Kontrolle über die eigenen Wahrnehmungen zu verlieren."
In Deutschland werden VR-Projekte daher nur zögerlich verfolgt. Dies könnte bewirken, dass die begeistert forschenden Amerikaner bald die Marktführerschaft bei Geräten zur VR-Navigation erringen. Und zugleich bei allen übrigen VR-Anwendungen, etwa Computerspielen und Unterhaltungselektronik.
Die Automobilindustrie bringt viele Innovationen auf den Weg. Nun liegt es an den Unternehmen in verwandten oder artfremden Branchen, auf die Neuerungen zuzugreifen und für die eigenen Produkte und Dienstleistungen nutzbar zu machen.
Zwischen der Autoindustrie und der Medizintechnik klappt dieser Transfer bereits vorbildlich. So hat das Duisburger IMS ein Messgerät für den Innendruck des Auges entwickelt, das Patienten mit Grünem Star ins Sehorgan eingepflanzt werden könnte. Bei gefährlichem Druckanstieg gibt das winzige Teil ein Signal zur Öffnung eines Ventils, welches dann Augenflüssigkeit dosiert ablässt.
Allein in Deutschland leidet über eine Million Menschen am Grünen Star. Tausende erblinden jährlich, weil der Druck in ihrem Auge unbemerkt ansteigt und den Sehnerv tötet. Der Messapparat könnte helfen, den Opfern das Augenlicht zu erhalten.
Ausgangspunkt der Entwicklung war ein Mikrosystem, das den Druck von Lkw-Reifen ermittelt und ans Cockpit überträgt.
