Mikroproduktionstechnik

FUTURVision Innovation Realisierung

Mitteilungen aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin

Klug kombiniert Laserbohren und Mikrofunkenerosion in einer Maschine

Alles muss rein Bauraumoptimierung in der Mikroelektronik

Inhalt

04 Laserbohren und Mikrofunkenerosion zur Herstellung

komplexer Bohrungen

06 Flexible Hybridbearbeitung – Mikrofräsen und Lasermaterialabtrag

08 ActiveClamp – innovatives Spannsystem für Mikro- und Präzisionsbauteile

10 Prozess-Struktur-Wechselwirkungen beim Mikrofräsen

12 Ultrapräzisionszerspanung mit Slow-Slide-Servo

14 Senkerodieren – Grundlagenforschung und industrielle Anwendung

16 Mikromessen am PTZ

18 Alles muss rein – Bauraumoptimierung in der Mikroelektronik

20 Zellfreie Biotechnologie

22 Innovative Geschäftsmodelle für die Mikroproduktionstechnik

24 Condition Monitoring im verfügbarkeitsorientierten Geschäftsmodell

26 Energieeffiziente Handhabungsprozesse durch Impulsübertragung

28 Interview

30 Partnerunternehmen

32 Laborporträt

33 Ereignisse und Termine

39 Terminkalender

© Fraunhofer IPKNachdruck, auch auszugsweise, nur mit vollständiger Quellenangabe und nach Rücksprache mit der Redaktion.Belegexemplare werden erbeten.

Impressum

FUTUR 3/201012. JahrgangISSN 1438-1125

HerausgeberProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

MitherausgeberProf. Dr.-Ing. Erwin KeeveProf. Dr.-Ing. Jörg KrügerProf. Dr.-Ing. Kai MertinsProf. Dr.-Ing. Michael Rethmeier Prof. Dr.-Ing. Günther SeligerProf. Dr.-Ing. Rainer StarkProf. Dr.-Ing. Johannes Wilden

Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

Institut für Werkzeugmaschinen undFabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin

Chefredaktion Steffen Pospischil

RedaktionClaudia Engel, Ina Roeder

KontaktFraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK Institutsleitung Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart UhlmannPascalstraße 8-910587 BerlinTel.: +49 30 39006-140Fax: +49 30 39006-392E-Mail: info@ipk.fraunhofer.dehttp://www.ipk.fraunhofer.de

Gestaltung und Produktion Anja Gollor

Herstellung Heenemann Druck GmbH

Titelbild Gerold Baumhauer

Fotos Gerold Baumhauer: S. 1, 11, 12, 13 (1), 14Matthew Dixon, iStockphoto: S. 38 (1)Arne Glodde: S. 27Christoph Hein: S. 20Markus Hein, Pixelio: S. 18Konstantin Heß: S. 3Martin Kurz: S. 10 (2)Armin Löwenstein: S. 7, 9Angela Salvo: S. 33, 34 (3, 4), 35, 36VDI/VDE-IT: S. 37

FUTUR 3/2010 3

ein kleiner Funke kann große Feuer

entfachen, heißt es in einem Sprichwort.

Am PTZ war es Mitte der 1990er Jahre

die damals noch junge Technologie der

Mikrofunkenerosion, die unsere Begeiste-

rung für die Mikrosystemtechnik weckte.

Der ersten Mikrodrahterodiermaschine

folgten schnell weitere Hoch- und Ultra-

präzisionsbearbeitungssysteme, auf denen

wir erste Erfahrungen in der Herstellung

von Mikrobauteilen sammelten. Heute,

nach knapp zehn Jahren intensivster Auf-

bauarbeit, unterstützen wir im Anwen-

dungszentrum Mikro produktionstechnik

(AMP) mit einem Team von 30 Mitarbei-

tern Unternehmen bei der Entwicklung

von Mikroprodukten, der Mikrofertigung

sowie dem Test komplexer Mikrosysteme.

Im März 2011 wird das AMP seinen

bisherigen Standort im Technologiepark

Berlin-Adlershof verlassen und ein neues

Gebäude beziehen, das derzeit neben

dem Seminartrakt des PTZ entsteht. Der

moderne 1 200 Quadratmeter große Büro-

und Laborkomplex wird ideale Vorausset-

zungen für anspruchsvolle FuE-Projekte

bieten: Neben zwei Laborbereichen mit

Hochpräzisionsumgebung werden auch

eine Ultrapräzisionsumgebung und ein

Laborbereich zur Prozessentwicklung ein-

gerichtet. Temperatur und Luftfeuchtigkeit

dieser Labore können individuell reguliert

werden; Maschinenpark und variable

Flächen ermöglichen die Nachbildung von

Vor-Ort-Bedingungen bei unseren Kunden.

Damit sind wir als Forschungsdienstlei-

s ter bestens auf die unterschiedlichsten

Aufgaben vorbereitet. Welche Bandbreite

unser Leistungsspektrum dabei abdeckt,

wollen wir Ihnen in dieser FUTUR-Ausgabe

vermitteln. Es reicht von der Entwicklung

technologischer Sonderlösungen über die

Entwicklung von Produktionseinrichtungen

bis zur Erstellung von Prozessketten für

die Serien- und Massenfertigung oder die

Direktfertigung von Mikrokomponenten

und mikrostrukturierten Bauteilen. Unsere

Auftraggeber kommen aus der Energie-

und Antriebstechnik, dem Automobilbau,

der Luft- und Raumfahrt, dem Werkzeug-

und Formenbau oder der Feinwerktechnik.

Im Projekt »PrE-Bio-Tec« gehen wir noch

einen Schritt weiter: Hier entwickeln Ferti-

gungstechniker, Werkstoffwissenschaftler,

Biotechnologen und Mikrobiologen neue

Produkte, Maschinen und Anlagen für die

zellfreie Biotechnologie. Deren Produkte

sind wiederum für die Waschmittel-, Nah-

rungsmittel- und Kosmetikindustrie, die

alternative Energiegewinnung, die Medizin-

technik oder Umwelttechnik interessant.

Übrigens: In der Mikrofunkenerosion arbei-

ten wir heute an der Modifikation von

Werkzeugmaschinen und der Entwicklung

neuer Elektrodenwerkstoffe, die zur Her-

stellung strömungsoptimierter Oberflächen

im Turbinenbau gebraucht werden. Es ist

schön zu sehen, wie weit so ein kleiner

Funke tragen kann.

Liebe Leserinnen, liebe Leser,

Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

Editorial

Forschung und Entwicklung4

Anwendungs- und Geometriebereiche

des Projekts »MicroDrill«

Gemeinsam mit zehn Industriepartnern

und dem Fraunhofer-Institut für Laser-

technik (ILT) entwickeln Wissenschaftler

des IWF ein hybrides Maschinen system,

das die physikalischen und tech nischen

Vorteile der Verfahren Laserbohren und

Mikrofunkenerosion vereint. Bisher können

mit einzelnen Verfahren wie Laserbohren

und Senkerodieren jeweils Einzelaspekte

bezüglich der Prozesszeiten oder Geome-

trien adressiert werden; für eine kosten-

günstige und hochproduktive Herstellung

von Bohrungen sind diese Verfahren allein

Einspritzdüsen Kühlbohrungen Werkzeugtechnik Spinndüsen

Durchmesser < 100 µm Durchmesser 0,1-0,5 mm Durchmesser < 100 µm Durchmesser < 50 µm

Genauigkeit ±1 µm Genauigkeit ±10 µm Genauigkeit ±1 µm Genauigkeit ±1 µm

Positiv und negativ konisch Positiv und negativ konisch Hohe Geschwindigkeit Komplexe Geometrien

Aspektverhältnis > 20 Aspektverhältnis > 20 Aspektverhältnis < 10 Aspektverhältnis > 10

– Komplexe Geometrien – –

jedoch entweder zu langsam oder zu

ungenau. Werden sie kombiniert, können

elliptische und konisch geformte Bohrun-

gen sowie Bohrungen mit Freiformgeome-

trien schnell, flexibel und genau realisiert

werden. Das ist z. B. für Anwendungen

in der Filtertechnik interessant, bei denen

sich der Bohrungsdurchmesser auf Größen

kleiner 10 μm bei Wandstärken bis 1 mm

reduziert, was ein Aspektverhältnis von

100 bedeutet. Um ein breites Bauteil-

spektrum ab decken zu können, konzent-

rieren sich die FuE-Arbeiten darüber hinaus

auf Anwendungen in der Automobil-

industrie, dem Turbinenbau, Werkzeug-

und Formenbau sowie der kunststoffver-

arbeitenden Industrie.

► Laserstrahlbohren

Das im Projekt zum Einsatz kommende

Laserbohrverfahren ist das Wendel bohren.

Hierbei rotiert der Laserstrahl sowohl

relativ zum Werkstück als auch in sich

selbst. Auf diese Weise können derzeit

In einer Vielzahl von hochwertigen Bauteilen und Produkten, z. B.

aus der Energie- und Antriebstechnik, dem Automobilbau sowie

der Mikrofluidik, Filtertechnik und Textilfaserherstellung werden

heute Präzisionsbohrungen mit zum Teil extremen Anforderungen

an Qualität, Durchmesser und Aspektverhältnis benötigt. So liegen

die aktuellen Zielgrößen in der Dieseleinspritztechnik bei 80 μm

± 1 μm bei einer Bohrtiefe von 1 mm und einer Bearbeitungszeit

von nur 20 Sekunden. In der Triebwerkstechnik besteht darüber

hinaus ein zunehmender Bedarf an Kühlluftbohrungen mit speziell

definierten Geometrien an der Ein- und Austrittsseite der Bohrung.

Im Projekt »MicroDrill« werden die Verfahren Laserbohren und

Erodieren mit einer neuartigen Maschinentechnik zusammengeführt,

um bislang unerreichte Potenziale hinsichtlich der Geometrie freiheit

und -komplexität bei der Herstellung von Präzisionsbohrungen

auszuloten.

Laserbohren und Mikrofunkenerosion zur Herstellung komplexer Bohrungen

MicroDrill

Prototyp: Hybrides Maschinensystem

Wendelbohren und EDM

FUTUR 3/2010 5

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Malte Langmack

Tel.: +49 30 6392-3961

E-Mail: langmack@iwf.tu-berlin.de

Complex Drill Holes Made by

Laser Drilling and Micro-Electrical

Discharge Machining

Today, a great variety of high-quality prod-

ucts, e.g. in electrical and drive engineer-

ing, automotive industry, microfluidics,

filter technology, and textiles industry

feature precision drill holes that meet high

demands on quality, diameter, and aspect

ratio. Automotive suppliers currently aim at

60 μm +/- 1 μm for a drilling depth of 1 mm

and a machining time of only 10 seconds

in diesel fuel injection. Moreover, turbine

manufacturing increasingly requires cooling

air holes of defined shapes. Scientists from

Fraunhofer ILT and IWF at TU Berlin have

therefore joined forces with industry part-

ners in the project »MicroDrill«. Together

they work on combining the two processes

laser drilling and micro-EDM in a new hybrid

machine tool which opens up unrivaled

potentials in terms of freedom and com-

plexity of geometry in the manufacture of

precision drill holes.

Arbeitsraum der Hybridmaschine

rotierenden Werkzeugelektrode erzeugt

wird. Die Innenradien der bearbeiteten

Strukturen ergeben sich dabei aus dem

Funkenspalt sowie dem Elektroden-

durchmesser.

► Kombinierte Bearbeitung

Die große Herausforderung des Projekts

ist es, beide Verfahren – das Laserbohren

und die Mikrofunkenerosion – mit inno-

vativen verfahrenstechnischen Ansätzen

zu kombinieren und in eine neuartige

Maschinen technik zu überführen. Ein

entscheidender Aspekt dabei ist die

Positionierung der Bohrung zwischen

den einzelnen Bearbeitungs schritten. Die

Projektpartner streben eine mechanische

Positioniergenauigkeit der Hybridmaschine

von ca. 2 µm im gesamten Arbeitsraum

an. Dafür haben sie ein optisches Mess-

verfahren entwickelt, welches die Lage der

Bohrung im Arbeitsraum mit einer Genau-

igkeit im Mikrometer-Bereich erfasst.

Neben der Entwicklung und Auslegung

der Hybridmaschine untersuchen die

Wissenschaftler am Fraunhofer ILT und

am IWF die optimale Einstellung der

Prozesszeiten für das Wendelbohren und

die mikrofunkenerosive Nachbearbeitung

der Bohrungen. Im Zentrum der Unter-

suchungen steht hierbei der effiziente

Einsatz der beiden Verfahren im Hinblick

auf kurze Bearbeitungszeiten bei gleich-

zeitig hoher Formgenauigkeit.

nahezu kreisrunde Bohrungen mit einem

Minimaldurchmesser von 40 µm und

einem maximalen Aspektverhältnis von 50

gefertigt werden. Die Bearbeitungszeiten

bei diesen Anwendungen bezogen auf

eine Bohrungstiefe von 1 mm liegen im

Bereich von 5 bis 10 Sekunden. Weiterhin

können konische Bohrungen durch das

Verkippen des Laserstrahls relativ zum

Werkstück erzeugt werden. Werden der

Laserstrahl oder das Bauteil während des

Abtragprozesses bewegt, sind außerdem

auch strukturierte Bohrungen möglich.

Bei Bohrungsdurchmessern unter 100 µm

können Formabweichungen entlang des

Bohrungsquerschnitts und vor allem am

Bohrungsausgang auftreten. Um diese

Formabweichungen mit dem Laser nach-

zubearbeiten, wäre eine erheblich längere

Prozesszeit im Vergleich zum reinen Durch-

bohren nötig. Daher erfolgt die Nachbear-

beitung mittels Mikrofunken erosion.

► Funkenerosives Feinbohren

Eine Verfahrensvariante der senkerosiven

Bearbeitung ist der Einsatz rotierender

Stiftelektroden zur Erzeugung rotations-

symmetrischer Bohrungen und Durch-

brüche. Das so genannte funkenerosive

Feinbohren wird z. B. bei der Herstellung

von Einspritzdüsen in der Automobilzu-

liefertechnik verwendet.

Für die Realisierung komplexer Geometrien

wird die Mikrobahnerosion genutzt, bei

der die Kontur durch eine dem Erosions-

prozess überlagerte Bahnbewegung der

Forschung und Entwicklung6

Mikrofräsen mit Werkzeugen kleinen

Nenndurchmessers ist im Werkzeug- und

Formenbau fest etabliert und wird meist zur

Elektrodenherstellung für die Senkerosion

genutzt. Dabei werden gut zerspanbare

Werkstoffe wie Kupfer, Wolfram-Kupfer

oder Graphit bearbeitet. Inzwischen ist es

aber möglich, auch gehärteten Stahl mit

kleinsten Werkzeugen zu bearbeiten. Da-

durch können Formeinsätze direkt gefertigt

werden. Im Durchmesserbereich unterhalb

0,5 mm stellt die prozesssichere, hochge-

naue Bearbeitung von gehärtetem Stahl

jedoch nach wie vor eine Herausforderung

dar. Auch ist der minimale Innenradius am

Bauteil durch den Fräserradius begrenzt.

Mit fokussierter Laserstrahlung kann ein

nahezu schmelzefreier Materialabtrag reali-

siert werden, wenn moderne Strahlquellen

mit Pulsdauern um 10 Pikosekunden zum

Einsatz kommen (1 Pikosekunde entspricht

0,000.000.000.001 s). Die erzeugbare mi-

nimale Strukturgröße liegt dabei in der Grö-

ßenordnung von 10 µm. Damit kann die

geometrische Restriktion durch den Fräser-

radius überwunden werden, jedoch liegen

die Abtragraten um Größen ordnungen

unter den Abtrennraten des Fräsens. Auch

wenn die verfügbare Leistung der Laser-

quellen in jüngster Zeit rapide zunimmt,

ist dennoch nicht zu erwarten, dass der

Laserabtrag in die Regionen des Zeit span-

volumens beim Fräsen vordringt. Beim

Fräsen mit einem Ein-Millimeter-Werkzeug

kann das Zeitspanvolumen durchaus einige

hundert Kubikmillimeter pro Minute betra-

gen, vorausgesetzt die Maschinentechnik

ermöglicht hohe Spindeldrehzahlen.

► Neue Werkzeugmaschine

Um die verfahrensspezifischen Vorteile

optimal auszunutzen, integrierten Forscher

des Fraunhofer IPK beide Verfahren in eine

Werkzeugmaschine. So kann ein Bauteil,

ohne es von einer Maschine zur nächs-

ten transportieren zu müssen, komplett

bearbeitet werden. Ein optisches Modul zur

Erfassung der Bauteilgeometrie ist eben-

falls in den Arbeitsraum integriert, so dass

Teilprozesse auf der Basis der Bearbeitungs-

ergebnisse vorangegangener Teilprozesse

geplant und durchgeführt werden können.

Um die Bearbeitungszeit zu reduzieren,

werden in der prototypischen Werkzeug-

maschine ausschließlich Direktantriebe

eingesetzt, deren Wirkprinzip dem Antrieb

eines Transrapid entspricht. Das Werkstück

kann mit den beiden Drehachsen schnell

gedreht und geschwenkt werden, so dass

Maschinenentwicklung

Flexible Hybridbearbeitung – Mikrofräsen und Lasermaterialabtrag

In der Feinwerktechnik, bei der Herstellung medizin- und biotechni-

scher Produkte sowie im Werkzeug- und Formenbau werden Struk-

turen kleinster Abmaße und hoher Oberflächengüten erzeugt. Die

Kombination aus 5-Achs-Mikrofräsbearbeitung und Lasermaterial-

abtrag mittels gepulster Laserstrahlung sowie die direkte Geometrie-

messung am Werkstück bieten eine wirtschaftliche Alternative zu

etablierten Fertigungsprozessketten wie beispielsweise der Form-

herstellung mittels Funkenerosion (EDM). Darüber hinaus wird die

Be arbeitung von schwer zerspanbaren und nicht elektrisch leit-

fähigen Materialien ermöglicht. Am Fraunhofer IPK wurde ein solches

hochdynamisches Bearbeitungszentrum in enger Kooperation mit

fünf deutschen mittelständischen Unternehmen realisiert und steht

nun für komplexe Mikrofertigungsaufgaben zur Verfügung.

Messen

Laserbearbeitung

Mikrofräsen

Werkzeugmaschine zur Fräs-/Laserbearbeitung

Hybridbearbeitung am Beispiel eines

Formeinsatzes

FUTUR 3/2010 7

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Jörg Eßmann

Tel.: +49 30 6392-5108

E-Mail: joerg.essmann@ipk.fraunhofer.de

Micromilling and Laser Material

Removal in One Machine Tool

A great variety of products in precision

engineering, medical and biotechnology,

as well as tool and mold making features

microstructures with extremely high surface

qualities. Combining 5-axes-micromilling

with laser material removal in one machine

tool represents an efficient alternative to

standard manufacturing processes, and

even facilitates machining of difficult to

cut and non-conductive materials. Fraun-

hofer IPK together with five German SMEs

has now developed such a highly dynamic

machining center for complex micromanu-

facturing tasks.

da eine Information über das Bearbei-

tungsergebnis einzelner Prozessschritte

vorliegt. Das integrierte Messsystem kann

darüber hinaus zum Einrichten des Werk-

stücks genutzt werden und verkürzt das

»Einfahren« der Prozesse.

► Lasermaterialabtrag

Zum Lasermaterialabtrag wird ein Scanner

eingesetzt, der den fokussierten Laserstrahl

in der Ebene positioniert. Die Maschinen-

achsen werden hierbei zur Vorpositionie-

rung bei ausgeschalteter Laserquelle einge-

setzt. Beim »Scannen« des Bauteils kann

eine Bearbeitungsgeschwindigkeit von

3 m/s sowie eine Jumpgeschwindigkeit von

12 m/s eingestellt werden. Die Laserstrahl-

quelle emittiert gepulste Laserstrahlung mit

einer Wellenlänge von 355 nm, bei Puls-

dauern in der Größenordnung von 10 Piko-

sekunden. Die Pulsspitzenleistung liegt

dabei in der Größenordnung von 12 MW.

Die zu erzeu gende, als Volumenmodell

vorliegende Geometrie wird zunächst in

einzelne Scheiben zerlegt (Slicing) und

zeilenweise unter vorgegebenem Abstand

und Winkel mit dem fokussierten Laser-

strahl bearbeitet (Hatching). Bei der Bear-

beitung von Stahlwerkstoffen beträgt die

Abtragrate 0,05 mm³/min, die erzielbaren

Oberflächengüten liegen in der Größen-

ordnung von 0,2 µm. Schon jetzt können

die Forscher hochgenaue Mikrobauteile mit

kleinsten Geometriemerkmalen prozess-

sicher herstellen. Zukünftig konzentrieren

sie ihre FuE-Arbeiten auf die automatisierte

Mess datenauswertung und die simultane

5-Achs-Laserbearbeitung.

eine simultane 5-Achs-Bearbeitung beim

Fräsen und ein Anstellen des Werkstücks

beim Messen und beim Laserabtrag mög-

lich ist. Damit wird insgesamt eine hoch-

dynamische Bearbeitung realisiert, denn

gerade bei kleinen Bauteilen kann die Bear-

beitungszeit durch dynamische Maschinen-

achsen signifikant reduziert werden. Alle

Steuerungsfunktionalitäten für den Laserab-

trag, das Fräsen und Messen sind auf einer

Plattform untergebracht. Dadurch kann für

alle Bearbeitungen das gleiche Werkstück-

Koordinatensystem verwendet werden, was

den Arbeitsalltag erheblich erleichtert.

► Integriertes Messsystem

Zur Erfassung der Geometrie des Werk-

stücks im Anschluss an die Bearbeitung

mittels Mikrofräsen oder Lasermaterial-

abtrag wird ein optischer Sensor einge-

setzt. Dabei wird der definierte Farbfehler

einer in einen Messkopf integrierten

Spezialoptik zur Abstandsmessung genutzt

und man erhält eine präzise Information

über den Abstand zwischen Messkopf und

Werkstückober fläche. Durch Einsatz der

vierten und fünften Maschinenachse wird

der Sensor angestellt; dadurch können

auch steile Flanken erfasst werden. Eine

sich anschließende Flächenrückführung

der Punktewolke mit maschinenunabhän-

giger Software führt zu einer Informa-

tion über die Werkstück geometrie. Die

Ist-Geometrie des Werkstücks wird dann

in gängigen CAD-Formaten ausgegeben

und ermöglicht im Vergleich mit der Soll-

Geometrie die Auswahl einer adäquaten

Strategie für die folgenden Prozessschritte,

Arbeitsraum mit Bearbeitungsmodulen

Durch Lasermaterialabtrag gefertigte Struktur (links),

zugehöriges Volumenmodell (Mitte), Mikrostruktur mit

Stegbreite 15 µm (rechts)

Forschung und Entwicklung8

Für diese Bereiche existieren jeweils ausge-

reifte Einzellösungen, jedoch wurde bisher

noch keine durchgehende Lösung aller

Problemfelder realisiert.

Aus diesem Grund wird im Rahmen des

vom BMWi geförderten InnoNet-Projekts

»ActiveClamp« eine neue Generation von

Spannsystemen zur aktiven und automa-

tisierten Kompensation von Winkelfehlern

bei der Positionierung von Präzisionsbautei-

len in Werkzeugmaschinen entwickelt. Da-

bei stehen zwei Aspekte im Vordergrund:

Zum einen die Konstruktion, Fertigung und

der Aufbau einer kompakten Mechanik-

einheit, zum anderen die Entwicklung und

der Aufbau der nötigen Elektronikkompo-

nenten mit entsprechender Steuerungs-

software zur Integration in bestehende

Maschinensteuerungen. Das Fraunhofer

IPK arbeitet dabei eng mit dem Institut für

Gerätesysteme und Schaltungstechnik (IGS)

der Universität Rostock sowie verschiede-

nen Industriepartnern zusammen.

In der Fertigung von Mikro- und Präzisions-

bauteilen, z. B. für Micro-Electro- Mecha-

nical Systems (MEMS) mit Abmessun-

gen von wenigen Millimetern, sind

Fertigungsgenauig keiten im einstelligen

Mikrometerbereich gefordert. In der Praxis

werden solche hohen Genauigkeiten beim

Werkstückspannen oft noch durch zeitauf-

wändiges manuelles Ausrichten realisiert.

Dazu wird zunächst die Ist-Position des

Werkstücks bestimmt; die Soll-Position

wird anschließend mit Hilfe eines Mikro-

meterblechs schrittweise erreicht. Die mini-

male Stärke des Mikroblechs von 5 µm gibt

die Auflösung der Winkelkompensation

vor. Sind sehr hohe Genauigkeiten gefragt,

kann dieser Vorgang bis zu eine Stunde

in Anspruch nehmen. Während in den

Bereichen Verfahrens- und Maschinenent-

wicklung in den vergangenen Jahren große

Fortschritte erzielt wurden, besteht vor

allem in den peripheren Bereichen – Span-

nen, Positionieren, Messen, Winkelfehler-

kompensation – noch Handlungsbedarf.

► ActiveClamp-Konzept

Der automatisierte Ausgleich von Winkel-

fehlern mit dem ActiveClamp-System

erfolgt in vier Schritten. Zunächst erfasst

das maschinenintegrierte Messsystem der

Werkzeugmaschine die Ist-Position des

Werkstücks an drei Punkten und übergibt

diese Daten an die Steuerung des Systems.

Im nächsten Schritt vergleicht die Steuerung

die Ist- und Soll-Position und berechnet die

auszugleichende Differenz. Der Positionsun-

terschied wird dann mit Hilfe des geschlos-

senen Regelkreises aus Piezomotoren und

kapazitiven Sensoren ausgeglichen. Die

korrigierte Position wird von den Piezomo-

toren dauerhaft kraftschlüssig gehalten.

Abschließend wird die Position vom Mess-

system überprüft und das Werkstück zur

Bearbeitung freigegeben.

► Design und technische Daten

Der erste ActiveClamp-Prototyp ist genau an

die Anforderungen der Mirkofertigung an-

gepaßt. Er ist mit einer am IGS Rostock ent-

wickelten Elektronik ausgestattet und seit

Herbst 2010 am Fraunhofer IPK in Be trieb.

Er hat einen Durchmesser von 230 mm und

eine Höhe von 142,3 mm. Das Gesamt-

gewicht beträgt 10,4 kg. Die maximale

Winkel kompensation beträgt ± 10 mrad

Eine Möglichkeit, Fertigungsprozesse effizienter zu gestalten, ist die

Reduzierung von Nebenzeiten in allen Prozessschritten. Eine schnelle

und präzise Werkstückaufnahme in die Werkzeugmaschine ist somit

eine Voraussetzung für eine wirtschaftliche Fertigung, gerade im

Mikro- und Präzisionsbau. Forschungsingenieure am Fraunhofer IPK

entwickeln deshalb aktive und automatisierte Spannsysteme zur

Präzisions ausrichtung von Bauteilen in Werkzeugmaschinen für den

Maschinen- und Anlagenbau. Das »Active Clamp«-Konzept funktioniert

unabhängig von dem Maschinentyp, der Anzahl der Bewegungsachsen,

dem Werkstückkoordinatensystem, der Maschinensteuerung und der

Qualität der Spannflächen und bietet einen hohen Grad an Flexibilität

und Effizienz während des Rüstprozesses. Darüber hinaus ist das Spann-

und Positionierkonzept skalierbar, so dass die erreichbare Genauigkeit

sowie die maximale Winkelkompensation genau auf die jeweilige

Anwendung angepasst werden kann. Es kann in unterschiedlichsten

industriellen Anwendungen, z. B. in Messmaschinen, in Justage bauteilen

optischer Systeme oder in der Medizintechnik eingesetzt werden.

ActiveClamp – innovatives Spannsystem für Mikro- und Präzisionsbauteile

Werkzeugmaschinen

ActiveClamp-System

FUTUR 3/2010 9

Aufbau des ActiveClamp-Systems

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Armin Löwenstein

Tel.: +49 30 6392-3960

E-Mail: armin.loewenstein@ipk.fraunhofer.de

ActiveClamp – Innovative Clamping

System for Micro- and Precision Parts

Reducing the non-productive time in all

process steps is one option to enhance

the efficiency of manufacturing processes.

Non-productive times include e.g. clamping,

measuring, positioning, and changing of

tools and parts. Fast and precise position-

ing of workpieces within the machine tool

is essential for cost-effective manufactur-

ing, especially for micro- and precision

parts. Research engineers at Fraunhofer IPK

therefore have developed an automated

high-precision clamping system to compen-

sate angular errors in workpiece alignments.

»Active Clamp« is highly flexible and effi-

cient during setup, operating independently

of machine tool type, number of movement

axes, workpiece coordinate system, machine

control, and quality of clamping surfaces.

Above this, the new clamping and posi-

tioning system is scalable to most diverse

applications and can be used in measur-

ing machines, adjustment parts in optical

systems, or medical technology.

so dass eine Winkelauflösung des Gesamt-

systems von unter 1” erreicht wird.

Angesichts der hohen Anforderungen an

die Präzision können keine konventionellen

Gelenke oder Führungen eingesetzt wer-

den. Aus diesem Grund wurden Festkör-

pergelenke entwickelt, die genau für die

Spezifikationen des Systems ausgelegt sind.

Das Festkörpergelenk im Prototyp wurde

aus der Aluminiumlegierung EN AW 7075

gefertigt. Neben den Materialeigenschaften

sind die wichtigsten geometrischen Größen

der Radius der Einkerbung, die Stegbreite an

der dünnsten Stelle und die Steghöhe der

Gelenkstelle. Das verwendete Gelenk wurde

so ausgelegt, dass der maximale Kippwinkel

mit einer 2,7-fachen Sicherheit realisiert

werden kann, ohne eine plastische Verfor-

mung des Gelenks zu verursachen.

Die Fraunhofer-Wissenschaftler haben

bereits die elektromagnetische Verträglich-

keit von ActiveClamp im Bearbeitungsraum

einer Senkerodieranlage untersucht und die

Schutzklasse IP68 nach DIN 40050 nachge-

wiesen. Zurzeit arbeiten sie an der Integra-

tion des Systems in eine Versuchsmaschine

sowie an der weiteren Miniaturisierung von

ActiveClamp.

(0,573 ̊) mit einer durch die verwendeten

Sensoren bestimmten Winkelauflösung von

0,56”. Zum Spannen der Werkstücke wurde

zunächst das pneumatisch betriebene

Spannsystem H6.11.10.1 der Firma Hirsch-

mann eingesetzt. Für die Verkippung des

Systems sind die Aktoren LEG-BLOG1S-10

der schwedischen Tochter der Faulhaber

GmbH, Piezo Motor, im Einsatz. Diese

haben einen Hub von bis zu 20 mm bei

einer Auflösung von wenigen Nano metern.

Die Stellkraft sowie die Haltekraft der

Aktoren betragen 300 N, welche durch

Kontaktreibung übertragen werden. Durch

den Aufbau der Versteller ist das Halten der

Position auch ohne Motorarbeit möglich.

Die Antriebsstange der Aktoren kann im

Überlastfall nach unten gleiten, ohne dabei

Bauteile des Aktors zu beschädigen.

Um das System geregelt zu betreiben,

ist ActiveClamp mit einem kapazitiven

Capa NCDT 6300 CS 2 der Firma Micro-

Epsilon ausgestattet. So kann der Mess-

bereich von 2 mm statisch mit 2 Hz mit

einer Auflösung von 20 nm erfasst werden.

Die Ab tastrate kann auf bis zu 8 kHz für

dynamische Messungen erhöht werden.

In diesem Fall kann mit einer Sensor signal-

auflösung von 200 nm gemessen werden,

Werkzeugspanner

Arbeitsplatte

Scheibenbalg

Sensor-System

Festkörpergelenk

Aktoren

Gehäuse

Fixring

Grundplatte

Forschung und Entwicklung10

Hochpräzisionsfräsen

Mikrofräsprozesse spielen vor allem für

die Massenproduktion von Kunst stoff-

spritz guß teilen eine große Rolle, z. B.

Mobil funkgeräten, Steckverbindungen,

Implantaten aus dem Dentalbereich und

Uhrenkomponenten. Für die Herstellung

dieser Produkte aus gehärtetem Stahl,

Kupfer, Messing, Graphit, Kunststoffen

oder Gläsern werden meist Werkzeuge mit

einem Durchmesser zwischen 0,05 mm

und 1 mm und Spindeldrehzahlen von bis

zu 250 000 min-1 verwendet.

Das Ziel aktueller Forschungsarbeiten am

IWF ist, neben einem tieferen Verständnis

des Prozessverhaltens beim Mikrofräsen,

ein Prognosemodell für die Vorhersage

von Prozess-Struktur-Wechselwirkungen

zu entwickeln. Damit sollen zukünftig

enge Toleranzen und eine bessere Ober-

flächenqualität bei der Herstellung von

Mikrostrukturen erreicht werden. Da-

rüber hinaus dient das Prognosemodell als

Grundlage für weitreichende Richtlinien

zur Gestaltung bzw. Konfiguration der

Werkzeugmaschinenstruktur im Sinne

einer Design- und Topologieoptimierung.

► Prozess analysieren

Unerwünschte Schwingungen während ei-

nes Fräsprozesses treten aufgrund von Ver-

lagerungen am Schneiden ein griffspunkt

auf. Diese entstehen durch die dynami-

sche Anregung der Werkzeugmaschine

beim unterbrochenen Schnitt. Die Ver-

lagerungen beeinflussen die dynamische

Spanungs dicke. Die dadurch veränderten

Schnittbedingungen führen wiederum

zu veränderten Schnittkräften, wodurch

es zu selbster regten Schwingungen

kommen kann. Diese haben eine charak-

teristische Welligkeit auf der Oberfläche

des Werkstücks zur Folge. Bei stabilem

Prozessverhalten lässt sich die durch die

Werkzeugschneiden entstehende kine-

matische Rauheit erkennen. Bei instabilen

Prozessen sind der Oberfläche Welligkeiten

überlagert, die vom Schwingungsverhalten

der Werkzeugmaschinenkomponenten

abhängen.

Um die Ursachen instabilen Prozess-

verhaltens zu analysieren, werten die

Wissenschaftler das Schwingungs verhalten

der Werkzeugmaschine mit Hilfe der

experi mentellen Modalanalyse aus. Verhält

sich ein Prozess instabil, kann das häufig

auf die Maschinenspindel, das Werkzeug-

und Werkstück-Spannsystem, aber auch

auf das Fräswerkzeug selbst zurückgeführt

werden. Gedämpfte Spannsysteme sowie

aktive Dämpfungssysteme finden aus

diesem Grund immer mehr Einzug in die

industrielle Praxis.

► Stabilität dokumentieren

Zur Darstellung der Prozessstabilität

werden vor allem in der Hochgeschwindig-

keitsfräsbearbeitung (HSC) Stabilitäts-

Der Einsatz von Mikro-Zerspanwerkzeugen aus Hartmetall für die

Herstellung von kleinsten Strukturen ist neben der Flexibilität

hinsichtlich erzeugbarer Geometrie und bearbeitbarer Werkstoffe

durch eine oftmals unzureichende Prozessstabilität gekennzeichnet.

Grund dafür sind unter anderem Wechselwirkungen zwischen

den schwingungsfähigen Teilen der Werkzeugmaschine und den

dyna mischen Kräften an den Werkzeugschneiden. Die unerwünschten

Schwingungen an der Werkzeugspitze führen zu verringerten

Standzeiten, unzureichender Bauteilqualität oder sogar zur früh-

zeitigen Zerstörung der Fräswerkzeuge. Im Rahmen des Schwer-

punktprogramms SPP1180 der Deutschen Forschungsgemeinschaft

(DFG) beschäftigen sich Wissenschaftler am IWF der TU Berlin mit der

Beschreibung dieser Phänomene.

Prozess-Struktur-Wechsel-wirkungen beim Mikrofräsen

Quelle: WIELAND Dental + Technik

Stabiler Prozess (links), instabile Prozesse (Mitte und rechts)

FUTUR 3/2010 11

Probewerkstücke zur Beurteilung der Prozessstabilität beim MikrofräsenExperimentell ermittelte Stabilitätskarte für einen

Mikrofräser d = 1 mm in Messing

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Frederik Mahr

Tel.: +49 30 6392-3960

E-Mail: mahr@iwf.tu-berlin.de

Process Machine Interaction

in Micromilling

Nowadays, microstructured parts in suf-

ficient quality concerning surface roughness

and accuracy are only achievable by exten-

sive efforts. The requirements on mechani-

cal microcutting technologies are very high,

especially in terms of process results. Main

reasons are process machine interactions

that lead to unstable cutting conditions. The

dynamic process forces due to the discon-

tinuous cutting conditions and the deviation

of the tool center point (TCP) represent the

most important parameters in this context.

Scientists at IWF carry out basic research on

Process Machine Interactions (PMI) in the

field of micromilling. The project is funded

by the German Research Foundation (DFG)

within the priority program SPP1180.

erstellten die Ingenieure eine Stabilitäts-

karte für einen zweischneidigen Mikro-

fräser mit einem Durchmesser von 1 mm.

Sie verzeichnete die höchste Stabilität

in Drehzahlbereichen um 27 000 min-1

und 31 000 min-1. Hier können also, im

Vergleich zum Stabilitäts minimum bei

29 000 min-1, um bis zu 3-fach höhere

Schnitttiefen eingestellt werden.

► Qualität vorhersagen

Das komplexe Wechselwirkungs verhalten

zwischen den Maschinenkomponenten

und dem Fräsprozess beschreiben die

Wissenschaftler in einem kombinierten

Modell, in dem die dynamischen Zerspan-

kräfte sowie die Dynamik der schwin-

gungs fähigen Teile der Maschinen struktur

abgebildet werden. Die Be rechnung der

Stabilitätsgrenze kann damit sowohl im

Zeit-, als auch im Frequenzbereich erfol-

gen. Dadurch sind Vorhersagen über die

Prozess qualität möglich.

Darüber hinaus steht in der Mikropro-

duktionstechnik neben der Bearbeitungs-

dauer vor allem die Bauteilqualität

im Vordergrund. Untersuchungen an

Probewerk stücken aus verschiedenen

Materialien am IWF zeigen, dass durch

die Ver meidung kritischer Arbeitspunkte

die Ober flächen rauheit verringert sowie

die Formgenauigkeit der Fräsergebnisse

verbessert werden kann.

karten, so genannte »Stability Lobes

Diagrams«, eingesetzt. Sie ermöglichen

das Auffinden von stabilen und gleich-

zeitig wirtschaftlichen Prozessparametern.

Auf diese Weise können für bestimmte

Drehzahlbereiche wesentlich höhere

Schnitttiefen und damit höhere Zeit span-

volumina eingestellt werden, ohne dass es

zu unerwünschten Schwingungen kommt.

So kann die Bearbeitungszeit wesentlich

verkürzt und der Prozess wirtschaftlicher

gestaltet werden.

Stabilitätskarten können experimentell

erstellt werden, indem möglichst viele

Betriebspunkte auf ihre Prozessstabilität

untersucht werden. Dieses Vorgehen ist

aufgrund einer Vielzahl notwendiger Ver-

suche sehr aufwändig und daher nur für

kleine Drehzahlbereiche um den Arbeits-

punkt der späteren Anwendung sinnvoll.

Als Stabilitätskriterium dient die Auswer-

tung von Signalen gemessener Zerspan-

kräfte, Messungen von Körperschall (AE),

herkömmlicher Schallmessung, aber auch

anderer Messmethoden wie der dynami-

schen Fräserablenkung mittels Laservibro-

metrie oder kapazitiver Sensoren. Im

Frequenzspektrum der Signale werden

bei instabilen Prozessen Ratterfrequenzen

sichtbar, anhand derer die Grenzschnittiefe

ermittelt werden kann. Durch Verbinden

der jeweiligen Grenzschnitttiefen wird der

Stabilitätsrand bestimmt. In Experimenten

Quelle: WIELAND Dental + Technik

Forschung und Entwicklung12

Spiegelndes Bauteil mit Relief von

Professor Georg Schlesinger, Instituts-

gründer des IWF

► Ultrapräzisionsbearbeitung

Die Ultrapräzisionsbearbeitung wird

für die Endbearbeitung von Werk-

stücken eingesetzt. Die erreichbaren

Ober flächen qualitäten entsprechen

denen von Polierprozessen und sind für

optische Anwendungen geeignet. Ein

Vorteil der Ultrapräzisionsbearbeitung

ist die hohe Geometriefreiheit. Neben

rotationssymmetrischen Drehteilen

können auch komplex geformte, nicht-

rotations symmetrische Geometrien – die

so genannten Freiformen – bearbeitet

werden. Desweiteren besteht die Mög-

lichkeit der Mikrostrukturierung von

Oberflächen. Als Werkzeug wird mono-

kristalliner Diamant verwendet, der neben

seiner Härte aufgrund der Kristallstruktur

die Herstellung von sehr scharfkantigen

Schneidkanten mit Schneidkantenrun-

dungen im Bereich von 20 nm bis 50 nm

zulässt. Damit können alle traditionell mit

Diamant zerspanbaren Materialien wie

die Nichteisenmetalle Aluminium, Kupfer,

Neusilber, Messing oder Nickel mit Phos-

phor anteil sowie verschiedene Kunst-

stoffe, z. B. Acrylglas, aber auch Halbleiter

bearbeitet werden.

Hauptanwendungsgebiet ultra präzise ge-

drehter Bauteile sind optisch- funktionale

Flächen und Bauteile mit hohen Anfor-

derungen an die Form genauigkeit, die in

der Optik, Messtechnik und Medizintech-

nik benötigt werden. Dazu gehören z. B.

reflektierende Optiken und refraktive Lin-

sen unterschiedlicher Form wie Sphären,

Asphären, Para boloide oder Freiformen

sowie Passflächen oder Führungselemen-

te. Mit ultra präzise gefertigten Kom-

ponenten sind z. B. Head-up-Displays,

Nachtsichtgeräte oder Beleuchtungssys-

teme ausgestattet. Da mit dem Verfahren

hohe Kosten verbunden sind, werden

hochwertige Optiken oder Passflächen

hauptsächlich in der Einzel- und Prototy-

penfertigung hergestellt. Für die Massen-

herstellung von z. B. Kunst stoffoptiken im

Werkzeug- und Formenbau eignen sich

replikative Fertigungsverfahren wie Spritz-

guss, Heißprägen oder Blankpressen.

► Freiformfertigung

mit Slow-Slide-Servo

Während die reine Ultrapräzisionsdreh-

bearbeitung auf rotations symmetrische

Bauteile wie sphärische Spiegel oder Lin-

sen beschränkt ist, wird zur Erweiterung

des Geometriespektrums auf nicht-

rotationssymmetrische Oberflächen u. a.

das Ultrapräzisionsdrehen mit Slow-Slide-

Servo eingesetzt. Dabei wird während

der Drehung des Bauteils das Werkzeug

– entsprechend der vorgegebenen Kon-

Optische Systeme sind traditionell mit sphärischen und rota tions-

symmetrischen, asphärischen Optiken ausgestattet. Für viele Anwen-

dungen sind allerdings freigeformte Linsen oder Spiegel vorteilhaft.

Zum einen werden Ab bildungsfehler reduziert, zum anderen können

völlig neue optische Funktionen realisiert werden. Hierzu gehört

z. B. die rechteckige Ausleuchtung von Bildern in Museen oder die

Projektion von Schriftzügen mittels Laser. Eine Möglichkeit solche

Freiformen herzustellen, ist die Ultrapräzisions zerspanung mit

Slow-Slide-Servo.

Ultrapräzisionszerspanung mit Slow-Slide-Servo

Slow-Slide-Servo

Projektion eines Firmenlogos mit Freiformlinse

FUTUR 3/2010 13

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Martin Kurz

Tel.: +49 30 6392-5108

E-Mail: kurz@iwf.tu-berlin.de

Ultrapräzisionsbearbeitung

einer Freiformlinse

Prozesskette Freiformherstellung

Ultraprecision Machining

with Slow Slide Servo

Traditionally, optical systems are built

up with standard optics, i.e. spherical or

aspherical lenses. Newly available are the

so called freeform lenses or mirrors, which

have the potential to realize new optical

functions such as a square picture illumi-

nation in museums or the projection of

logos and slogans with laser. In general,

ultraprecision machining is well qualified to

manufacture optical parts. With its expan-

sion slow slide servo, ultraprecision turning

is used to machine even non-rotationally

symmetric surfaces. The process chain leads

from the definition of the optical function

of the lens via the computation of the suit-

able surface and the slow slide servo NC

program to the actual machining and test-

ing of the function. While the time for the

computation of the surface has decreased

lately, the bottle neck in freeform produc-

tion with slow slide servo is the machining

time. One of PTZ’s research foci is to reduce

this time.

» Nanotech® 350 FG« des US-ameri-

kanischen Herstellers »Moore Nano-

technology Systems« genutzt. Die vom

Optikdesigner erstellte Oberfläche

wird mit Hilfe einer CAM-Software in

ein maschinen lesbares NC-Programm

importiert. Mit der Software wird auch

analysiert, ob die Oberfläche wie ge-

plant hergestellt werden kann. So kann

geprüft werden, ob der eingegebene

Werkzeugschneideneckenradius für die

geforderte maximale Krümmung der

Freiformoberfläche geeignet ist. Entspre-

chend der gewählten Bearbeitungspa-

rameter, beispielsweise Vorschub oder

Stützpunktabstand, und dem vorgegebe-

nen Werkzeugschneiden radius werden

anschließend der Werkzeugweg generiert

und die NC-Programme für Schrupp-

und Schlichtbearbeitung ausgegeben.

Während früher die Berechnung der Lin-

senoberfläche der die Herstellungszeit be-

stimmende Faktor war, ist dies heute die

Bearbeitungszeit auf der Ultra präzisions-

maschine. Durch Anpassung der Bearbei-

tungsparameter und weitere Maßnahmen

ist eine Verkürzung der Bearbeitungszeit

auf der Ultrapräzi sionsmaschine erreich-

bar. Die Forschungs arbeiten der Wissen-

schaftler am PTZ sind deshalb u. a. darauf

ausgerichtet, dieses Einsparpotenzial zu

nutzen.

tur – mit der Werkzeugachse variabel

zugestellt. Die Bewegung wird über das

Verfahren des gesamten Werkzeugschlit-

tens realisiert. Hierbei kann eine maxima-

le Oszillations frequenz von 70 Hz erreicht

werden. Der Verfahrweg des Werkzeuges

kann während einer Drehung des Werk-

stücks mehrere Millimeter betragen.

Die Fertigung einer Freiformlinse ist

aller dings nicht der erste Schritt in der

Prozesskette zur Freiformherstellung. Der

Weg zur Freiform beginnt bei der Festle-

gung der gewünschten Funktion durch

den Optikdesigner. Für diese Funktion

wird ein Abbildungsmodell erstellt, mit

dem die Oberflächenbeschaffenheit

der Linse berechnet wird. Die Linsen-

oberflächenbeschreibung wird über ein

CAM-System in ein Slow-Slide-Servo-

NC-Programm umgesetzt. Erst nach der

Einrichtung der Maschine bzw. von Werk-

stück und Werkzeug kann die eigentliche

Fertigung der Linse beginnen. Je nach

Linsentyp dauert es bis zu mehreren Stun-

den, bis Techniker die fertige Freiform-

linse in Händen halten und ihre Funktion

überprüfen können.

Am PTZ wird für die Drehbearbeitung

im Slow-Slide-Servo-Modus ein 5-Achs-

Ultrapräzisions bearbeitungssystem

Funktions-beschreibung

Modell Fertigung Funktion

Forschung und Entwicklung14

Enge Fertigungstoleranzen von 2 µm,

eine geringe Oberflächenrauheit bis

zu 0,05 µm und niedrige Prozesskräfte

machen EDM vor allem für die Mikrobe-

arbeitung von Mikroformwerkzeugen und

Kühlluftbohrungen für Einspritzdüsen und

Turbinenschaufeln attraktiv. Aber auch

Spritzgussformen aus gehärteten Stählen

für die Replikation von Mikrokunststoff-

bauteilen, wie z. B. Steckverbinder und

mikrofluidische Systeme (Lab-on-a-Chip),

werden mit dem Verfahren hergestellt.

Nachteile dieses Fertigungsverfahrens

sind die geringe Abtragrate, die thermi-

sche Beeinflussung der Bauteilrandzone

und die problematische Abfallentsorgung.

Hier setzen Forschung und Entwicklung

am Fraunhofer IPK und IWF an. Ziel der

Ingenieure ist vor allem, die erreichbare

Abtragrate zu erhöhen und speziell im

Mikrobereich den Elektrodenverschleiß

drastisch zu reduzieren.

► Elektroden aus Diamant

Aktuell konzentrieren sich die FuE-Arbei-

ten im Bereich der Mikrobearbeitung

auf die Untersuchung und Anwendung

diamantbasierter Elektrodenmaterialien

für die Mikrosenkerosion. Herkömmliche

Elektrodenmaterialien wie Wolfram-Kup-

fer und Hartmetall verschleißen schnell.

Da mehr als 30 Prozent relativer Ver-

schleiß bei der Mikrobearbeitung auftritt,

müssen die Elektroden bereits nach kurzer

Zeit ausgewechselt werden, da sonst

die Form genauigkeit der Mikrobauteile

abnimmt. Diamant hingegen besitzt einen

hohen Schmelzpunkt und eine höhere

Wärme leitfähigkeit als bisherige Elektro-

den materialien und ist deshalb für die

Anwendung als Elektrodenwerkstoff

prädestiniert. Erfolgreich getestet wurde

bereits der Einsatz von Bor-dotiertem

CVD-Diamant und von PKD-Diamant,

infiltriert mit Kobalt, für die Mikrofunken-

Mikro- und Makroprodukte im Werkzeug- und Formenbau, in der

Automobilzuliefertechnik und im Turbinenbau werden häufig

senkerosiv bearbeitet. »Electrical Discharge Machining (EDM)«, so die

Bezeichnung des Fertigungsverfahrens, ist besonders für die Bear-

beitung schwer zerspanbarer Werkstoffe, z. B. von gehärtetem Stahl

oder hochwarmfesten Legierungen, geeignet. Darüber hinaus kann

das Verfahren auch bei elektrisch leitfähigen Materialien, unabhängig

von deren mechanischen Werkstoffeigenschaften wie Härte und

Elastizitätsmodul, eingesetzt werden. Ein wesentlicher Vorteil von

EDM-Prozessen ist die Möglichkeit der Herstellung von Konturen

mit hoher geometri scher Komplexität, Formgenauigkeit und Ober-

flächenqualität. Aufgrund der quasi nicht vorhandenen Prozesskräfte

bietet sich EDM speziell für die Herstellung von Mikrokomponenten

an. Wissenschaftler am Fraunhofer IPK und IWF arbeiten derzeit an

der Modifikation von EDM-Werkzeugmaschinen, der Optimierung von

EDM-Prozessen und der Entwicklung neuer Elektrodenwerkstoffe.

Senkerodieren – Grundlagenforschung und industrielle Anwendung

EDM

6-Achs-Senkerodiermaschine zur Herstellung

von Freiformflächen und großflächig mikro-

strukturierten Bauteilen und Systemen (Quelle:

Zimmer&Kreim)

FUTUR 3/2010 15

Ihr Ansprechpartner

M. Sc. David Carlos Domingos

Tel.: +49 30 6392-3961

E-Mail: david.carlos.domingos@ipk.fraunhofer.de

EDM for Microcomponents

Electrical-discharge machining (EDM) is a

manufacturing technology which is applied

mainly in the fabrication of dies and molds

in micro- and macrofields, in the manufac-

ture of microboreholes for fuel injectors

and cooling boreholes in turbine blades,

as well as in the machining of seal slots in

turbine components. All these components

are made of hard-to-machine materials,

like hardened steels and high temperature

resistant alloys. The main advantage of the

EDM process is the possibility of machining

all electrical conductive materials, indepen-

dent of mechanical material properties like

hardness and E-module. Moreover, EDM

provides high geometrical complexity, high

form accuracy, and high surface quality.

Finally, this technology can also be used for

producing microcomponents because of the

nearly non-existing machining forces. Re-

search scientists at Fraunhofer IPK and IWF

work on the modification and construction

of machine tools for EDM, the development

and optimization of processes, and the

development and testing of new electrode

materials.

hohe Steifigkeit und Präzision aus. Damit

ist sie speziell für die Bearbeitung von

komplexen Freiformflächen geeignet, wie

sie z. B. auch bei der Herstellung von Tur-

binenkomponenten aus hochwarmfesten

Werkstoffen benötigt werden.

► Dichtschlitze in hochwarmfesten

Triebwerkskomponenten

Die Optimierung der EDM-Bearbeitung

von Turbinenbauteilen ist Gegenstand

eines FuE-Projekts von Fraunhofer IPK und

MTU Aero Engines. Das Teilespektrum

des Triebwerksherstellers umfasst unter

anderem Leit- und Laufschaufeln sowie

so genannte Turbine Center Frames (TCF).

Diese Module fungieren als Strömungs-

kanal zwischen Hochdruck- und Nieder-

druckturbine. Sie leiten die Gase aus der

Hochdruckturbine an Strukturbauteilen

und Leitungen vorbei in Richtung Nieder-

druckturbine. Entwicklung und Fertigung

dieser Zwischeng ehäuse sind aufgrund

hoher mechanischer und thermischer

Belastungen sowie des geforderten

geringen Gewichts äußerst komplex. Die

Wissenschaftler untersuchen derzeit neue

Elektrodenmaterialien und testen Werk-

zeugmaschinenmodifikationen für die

EDM-Bearbeitung von TCF-Bau teilen aus

den Nickelbasislegierungen MAR M247

und Inconel 718. Beispielsweise arbeiten

sie an der Optimierung des Senkens

von Dichtschlitzen bei der Fertigung von

Komponenten für das Triebwerk GP7000

des Airbus A380. Dabei sollen vor allem

die Bearbeitungsdauer und der relative Ver-

schleiß der Elektroden reduziert werden.

erosion. Dabei konnte sowohl der relative

Verschleiß der Elektroden um mehr als

50 Prozent, als auch die Bearbeitungszeit

um rund 12 Prozent reduziert werden.

Gegenwärtig erforschen die Wissenschaft-

ler die Anwendung dieser Elektroden in

der Herstellung von Mikrobohrungen für

Einspritzdüsen.

► Feinste Oberflächen

für Abformwerkzeuge

Gemeinsam mit Zimmer&Kreim, einem

Hersteller von Erodiermaschinen, Hand-

lingsystemen und Software, arbeiten

Fraunhofer IPK und IWF an der Opti-

mierung des Senk-EDM-Prozesses zur

Herstellung von Abformwerkzeugen.

Diese Abformwerkzeuge werden sowohl

im Mikro- als auch im Makrobereich für

die Replikation mikrostrukturierter Kunst-

stoffbauteile und zur Herstellung ver-

schiedener Mikro- und Makrobauteile aus

Kunststoff eingesetzt. Ziel der Koopera-

tion ist die Verbesserung der erreichbaren

Oberflächengüten bei der senkerosiven

Bearbeitung von Kunststoffformenstahl

und Hartmetall. Dafür werden Elektroden

aus Elektrolyt-Kupfer und Wolfram-Kupfer

verwendet. Die Geometrie der Elektroden

wird in verschiedenen Testreihen variiert,

um reproduzierbare, feinere Oberflächen-

güten zu erzielen.

Die technologischen Untersuchungen

werden auf einer »genius 1000 THE

CUBE« durchgeführt. Die Maschine ist

mit einer 6-Achs-Simultan-Steuerung

ausgestattet und zeichnet sich durch eine

Triebwerk GP7000 für den Airbus A380

(Quelle: MTU Aero Engines GmbH)

Forschung und Entwicklung16

Messtechnik

► Aktuelle Trends

Die Messtechnik in diesem Bereich ist

durch eine Reihe von Innovationen ge-

prägt. Die Auflösung der meisten Mess-

verfahren lag noch vor wenigen Jahren

außerhalb der heutigen Fertigungsmög-

lichkeiten. Der Trend geht dabei immer

mehr von der mechanischen Abtastung

über optische oder kombinierte Verfahren

mit Multi-Sensor-Geräten bis hin zu High-

End-Technologien wie der Computertomo-

graphie für metallische Bauteile.

Im Allgemeinen kann man eine stetige

Minia turisierung der Mechanik von Gerä-

ten, z. B. bei Tasteinrichtungen oder Mik-

rospiegeln und -prismen, beobach ten. Die

kleinsten mechanischen Taster erreichen

heute Größenordnungen von 120 µm bei

starren Ausführungen, bis zu 20 µm für

flexible Fasertaster und bieten bei einem

großen vertikalen Messbereich Messun-

sicherheiten im Submikrometerbereich.

Berührungslose Messverfahren haben

dabei immer mehr an Bedeutung ge-

wonnen. Es sind vielfältige Bemühungen

erkennbar, die Grenzen der Geometrie bei

Lichtumlenkung und Reflexionswinkeln

und damit die Nachteile der optischen

Verfahren zu minimieren. Am deutlichsten

ist dies in der berührungslosen Messung

von Oberflächenkenngrößen zu sehen, die

eine Gleichstellung mit der traditionellen

Messung mit Diamanttastern und damit

die Aufnahme in eine Norm anstrebt.

Zu den wichtigsten Vertretern optischer

Messtechnik gehören Autofokusver fahren,

Streifenlichtverfahren, Interferometer,

Streulichtverfahren und Speckle-Kontrast

bzw. Speckle-Korrelation. Diese bieten

mittlerweile Auflösungen und Mess-

unsicherheiten im einstelligen Nano-

meter-Bereich.

Eine der wichtigsten Anforderungen ist die

produktionsintegrierte und automatisierte

Messtechnik. Die relevanten Daten müssen

schnell und trotzdem genau erfasst und

ausgewertet werden. Eine Messung kann

im Idealfall Informationen über Form und

Lage, Rauheit und Topologie sowie Ver-

schleiß-, Defekt- und Deformationserschei-

nungen enthalten. Auf Grund der Vielzahl

der Informationen entstehen Datenmen-

gen, welche nicht selten Größenordnungen

von mehreren Gigabyte annehmen. Deren

Weitergabe und schnelle Verarbeitung

stellt ein ständiges Problem dar.

Neben der technischen Seite der Mikro-

messtechnik besitzt die Standardisierung

der Messgrößen und -prozesse eine große

Bedeutung. Die feinste Toleranzklasse der

Allgemeintoleranzen für Längen- und Win-

Die Mikrotechnik umfasst alle Verfahren, die sich mit der Herstellung

von Strukturen und Teilen befassen, die kleiner als ein Millimeter

sind, bis hin zu einer Größe von 100 nm. Dazu gehören z. B. Hoch-

präzisionsfräsen mit Werkzeugen von bis zu 0,1 mm Durchmesser,

Funkenerosion, Laser- sowie Ultrapräzisionsbearbeitung und auch

Spritzguss. An die Messtechnik werden in der Mikrotechnik hohe

Anforderungen in Bezug auf Messgenauigkeit und universelle

Einsatzmöglichkeit gestellt. Darüber hinaus muss sie den stetig stei-

genden Anforderungen schnell angepasst werden können und dabei

einfach bedienbar und flexibel einsetzbar sein. Dies gilt insbesondere

für die automatische Auswertung bei steigenden Taktzeiten sowie

bei der Integration in bestehende Systeme. Mit modernster Technik

erarbeiten die Wissenschaftler am PTZ hierfür innovative Lösungen.

Mikromessen am PTZ

300 µm SSP-Taster am Mikro-Koordinatenmessge-

rät der Fa. Zeiss F25

FUTUR 3/2010 17

Micromeasuring at PTZ

Structures and parts smaller than 1 mm are

considered microtechnological products.

Their measures can be as little as 100 nm.

Tiny objects like these are usually produced

by milling with tool diameters down to

0.1 mm, electrical discharge machining,

laser and ultraprecision machining, as well

as die casting. Guaranteed precision can

only be achieved with reliable measur ing

techniques especially developed and probed

with regard to microtechnology. Such sys-

tems need to be flexible, simple to use and

upgradeable considering the rapid develop-

ment of this specific field. Also, they should

be capable of being integrated in already

existing systems to keep implementation

costs low. Researchers at the Production

Technology Center develop new solutions

for exact measuring of objects, no matter

how small.

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Marcel Oertel

Tel.: +49 30 39006-269

E-Mail: marcel.oertel@ipk.fhg.de

optischen Mikroskops mit Rasterkraftmi-

kroskopie (AFM/SPM) atomare Auflösung

erreicht und zur Analyse und Qualifika tion

von mikrostrukturierten Oberflächen ein-

gesetzt wird. Weitere Möglichkeiten bieten

optische Messgeräte wie das Konfokale

Laserscanning-Mikroskop von Zeiss oder

ein Zygo Weißlicht interferometer. Beide

Systeme gestatten das berührungslose

Messen der Topografie von Werkstücken

mit hoher räumlicher Tiefenauflösung. Zur

Charakterisierung von Schneidkanten von

Werkzeugen oder kritischen Strukturen

wird das »InfiniteFocus System G4« der

Firma ALICONA eingesetzt, das auf dem

technologischen Prinzip der Fokus-Varia-

tion beruht.

Als Universalgerät zur Vermessung und

Oberflächencharakterisierung wird in

unserem Haus im Bereich Mikrotechnik

ein NeoScope »JCM-5000« Rasterelek-

tronenmikroskop von Nikon verwendet.

Das NeoScope ist ein sehr kompaktes und

leistungsstarkes Tisch-REM mit Vergröße-

rungen bis zu 20 000, das die Vorzüge

optischer Mikroskope und traditioneller

Rasterelektronenmikroskope vereint und für

metallische und nicht-metallische Proben

gleichermaßen geeignet ist.

Alle Messgeräte werden im PTZ bei einem

Großteil der Forschungsprojekte zur

Sicherung qualifizierter und verifizierbarer

Ergebnisse eingesetzt und sind deshalb ein

unverzichtbarer Baustein bei der Erweite-

rung des Geschäftsfeldes im neuen Anwen-

dungszentrum Mikroproduktionstechnik.

kelmaße nach DIN ISO 2768-1 schreibt eine

zulässige Abweichung von ± 0,05 mm,

also 50 µm, für den Nennmaßbereich

von 0,5 mm bis 3 mm vor. Diese liegt für

die meisten Mikrobauteile innerhalb der

Struktur- und sogar Bauteilgrenzen. Eine

genaue und wiederholbare Fertigung ist

mit diesen Standards nicht möglich. Um

die Allgemeintoleranzen auf den Mikrobe-

reich auszuweiten, ist eine Anpassung der

bestehenden Normung nötig. Diese sollte

den steigenden Anforderungen der Mik-

rotechnik gerecht werden. Dafür müssen

z. B. zusätzlich dimensionelle Normale zur

einfachen Verifikation und Kalibrierung

von Fertigungs- und Messeinrichtungen

geschaffen werden. Das Fraunhofer IPK

ist hier in mehreren Arbeitsgruppen zur

Normung im Bereich der Mikrofertigungs-

verfahren aktiv.

► Ausstattung am PTZ

Das Produktionstechnische Zentrum

Berlin verfügt über eine breite Basis von

Messgeräten für die Mikrotechnik. Dazu

gehören taktile Messgeräte wie die 3-D-

Koordinatenmessmaschine »Zeiss F25«

für den Nanometerbereich mit Multi-

sensorik und eines der neuesten kombi-

nierten Rauheits- und Konturmessgeräte

der Firma Jenoptik. Das »nanoscan 855«

ermöglicht die hochpräzise, gleichzeitige

Messung von Rauheits- und Konturmerk-

malen mit Auflösungen bis zu 0,6 nm.

Zu den taktilen Geräten zählt auch das

Rasterkraftmikroskop »N8 NEOS« der

Firma Bruker, das in Kombination eines

Konturenmessung mit

HOMMEL-ETAMIC nanoscan 855 (Quelle: Jenoptic)

Forschung und Entwicklung18

INEOS

Fraunhofer IPK übernimmt dabei die ver-

gleichende Betrachtung des Produktions-

aufwandes für verschiedene Um setzungs-

varianten ein und desselben Systems.

Die Abschätzung des Produktions auf-

wandes zur Herstellung eines SiP unterliegt

strengen Vorgaben. Die größte Heraus-

forderung ist dabei die zeitliche Kompo-

nente. Innerhalb einer Millisekunde soll das

Tool den voraussichtlichen Aufwand be-

rechnen und Daten generieren, die mit de-

nen anderer potenzieller System varianten

verglichen werden können. Außerdem

müssen die unterschiedlichen Substrat-

typen und die sich daraus er gebenden

technologischen Randbedingungen

► Sofwarebaustein für SiP

Ein SiP vereint hoch integriert alle System-

komponenten bei geringstem Flächenbe-

darf. Eingesetzt werden sie dort, wo reine

Siliziumtechnologie durch verschiedene

Bauelementeklassen wie Sensoren, Anten-

nen und Chips ersetzt werden muss, um

die gewünschte Funktion zu erreichen. Das

ist ewa in der Telekommunikation bei Mo-

biltelefonen der Fall. Auch in der Fahrzeug-

industrie und im Maschinenbau besteht

großes Interesse an SiP. Mit den Lösungen

des Fraunhofer-Projekts »INEOS – Integ-

rierte Entwurfsoptimierung von 2,5-D-SiP«

können solche Systeme durch Software-

Unterstützung die Marktan sprüche an Ent-

wicklungsgeschwindigkeiten erfüllen. Das

berücksichtigt werden. Substrate sind die

physischen Grundlagen, auf denen elektro-

nische Schaltungen aufgebaut werden. Für

klassische Leiterplatten als starre Substrate,

flexible Materialien und Kombinationen

aus beidem ergeben sich jeweils andere

Folgen für die Aufbau möglichkeiten.

Zur Umsetzung dieser Anforderungen

wurden die Herstellungsprozesse von

SiP umfassend analysiert und in einen

Softwarebaustein umgesetzt. Dieser

ermöglicht es dem Anwender, potenziel-

le Prozessketten zu gestalten und diese

für die vergleichende Berechnung des

Herstellungsaufwandes zu verwenden.

Der Softwarebaustein berücksichtigt die

Der Trend zur Miniaturisierung mikroelektronischer Schaltungen und

Systeme hält unvermindert an. Der Grund dafür ist die Forderung

nach immer mehr Funktionalität der Systeme auf gleichbleibend

kleinem Bauraum. Allerdings wird der Bauraum dabei in der Regel

lediglich als zweidimensionale Fläche betrachtet, so dass neben der

Miniaturisierung sämtlicher Systemkomponenten auch Potenzial im

Hinblick auf das Bauraumvolumen besteht. Hier setzt die Entwicklung

von »2,5-D-Systems-In-Package« (SiP) an. Damit ist die kompakte

Anordnung mikroelektronischer Bauteile gemeint, bei der auch die

Höhe des Raumes genutzt wird. Ein Konsortium der Fraunhofer-

Institute IZM, ITWM und IPK arbeitet an einem Software-Tool, das

den optimalen Aufbau eines solchen Systems bei kleinstmöglichem

Bauraum ermittelt.

Alles muss rein – Bauraumoptimierung in der Mikroelektronik

Systems-in-Package (SiP) beschreibt

ein kompaktes, intelligentes Mikro-

system aus Sensoren, Schaltkreisen,

Speichern, etc., das von einem Ge-

häuse begrenzt wird. Der Bauraum ist

ein entscheidender Parameter bei der

SiP-Planung und hängt vom jeweili-

gen Einsatzzweck ab. Generell gilt es,

ein komplexes System auf kleinstem

Raum unterzubringen und als Kom-

plettlösung zu vertreiben.

Auch ein komplexes

System auf kleinstem

Raum: New York City

FUTUR 3/2010 19

Ihr Ansprechpartner

Dr.-Ing. Dirk Oberschmidt

Tel.: +49 30 6392-5106

E-Mail: dirk.oberschmidt@ipk.fhg.de

Optimized Configuration of

Systems-in-Packages

More functions, less space – this is a major

trend in production engineering. The

technology of Systems-in-Packages (SiP)

has cleared the path to intelligent compact

microsystems that make use of a three-

dimensional installation space where so far

only two dimensions have been considered.

Three Fraunhofer Institutes are currently

developing a software-tool which analyses

all possible configuration variations of a

certain SiP and thereby helps developers to

find the ultimate space-saving solution for

their product.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit,

die Ressourcen mit unternehmensspe-

zifischen Parametern zu versehen und

damit die Realitätstreue der Aussage zu

erhöhen. Anschließend wird der Daten-

satz, der die Prozesse beschreibt, in einer

Datei abgelegt, die an das Hauptwerkzeug

übergeben wird. Hier werden Platzierungs-

vorschläge von SiP für das jeweilige schal-

tungstechnische Layout generiert. Unter

Berücksichtigung technologischer Rest-

riktionen wird für jeden Platzierungsvor-

schlag ein Aufwandswert berechnet und

als Vergleichswert für den Produktions-

aufwand eines SiP gespeichert. Anhand

eines Ergebnis diagramms kann der Tech-

nologe die Aufwandswerte unkompliziert

auswerten und die effizienteste Variante

bestimmen.

► Universell einsetzbar

Das am Fraunhofer IPK entwickelte

Software-Tool bietet Vorteile, die für die

Abschätzung des Herstellungsauf wandes

unterschiedlicher Produkte genutzt

werden können. Durch den einfachen

Aufbau der Ressourcendatenbank können

Fertigungseinrichtungen systematisch

klassifiziert und parametrisiert werden. Die

Reduzierung von Prozessen auf ihre wert-

schöpfenden Anteile bietet die Möglichkeit

eines objektiven Aufwandsvergleichs. Die

schnelle Aufwandsberechnung wird durch

die einfache Verknüpfung von Ressourcen-

daten und Produktdaten erreicht. Damit

steht ein universell einsetzbares Werkzeug

für das Entwurfsstadium von Produkten

zur Verfügung.

Schaltungs daten, den Herstellungsprozess

sowie die unterschiedlichen Platzierungs-

varianten der Systemkomponenten im

Bauraum. Er besteht aus einer Benutzer-

schnittstelle, einer umfangreichen Res sour-

cen datenbank sowie einem Berechnungs-

tool. Mit Hilfe der Benutzerschnittstelle

ist der Nutzer in der Lage, potenzielle

Prozessketten schnell selbst zu entwerfen.

► Schnell berechnet, gut verglichen

Ausgangspunkt sind die Prozesse zur

Herstellung von elektronischen Flachbau-

gruppen. Diese Prozesse sind etabliert,

vielfältig dokumentiert und zum großen

Teil standardisiert. Allerdings bestehen

deut liche Fertigungsunterschiede, etwa

zwischen der hoch automatisierten

Produktion von Massenbauteilen und

der zum Teil von Handarbeit geprägten

Produktion von Einzelteilen und kleinen

Serien. Der verfolgte Lösungsansatz ist, die

Anzahl der notwendigen Prozesssegmente

für die Darstellung der Prozessketten so

weit wie möglich zu reduzieren. Dadurch

können Prozessketten rudimentär und

doch aussagefähig abgebildet werden.

Gleichzeitig wird mit diesem Verfahren

Rechenzeit gespart. Neben den Prozess-

segmenten werden in der Benutzerschnitt-

stelle die Ressourcen festgelegt, die für

den Prozess eingesetzt werden können.

Hier ist es möglich, die unterschiedlichen

Substrattypen für SiP sequenziell auszu-

werten. Die Berücksichtigung der jewei-

ligen Ressource erfolgt abhängig vom

Vorgabewert des Schaltungsentwurfs, der

mit der Bauelementeliste übergeben wird.

Aufwandswert-DiagrammBenutzerschnittstelle

Forschung und Entwicklung20

In der modernen industriellen Biotech-

nologie wird die metabolische Vielfalt

und Produktivität von Mikroorganismen

genutzt, um verschiedenste Produkte,

zum Beispiel Zitronensäure oder Enzyme

(Pro teine) für die Waschmittel-, Nahrungs-

mittel- und Kosmetikindustrie, in großen

Mengen herzustellen. In der medizini-

schen Biotechnologie werden häufig

aus tierischen Zellen therapeutische

und hochwertigere Proteine in kleineren

Mengen produziert. Alle diese Verfah-

ren beruhen auf der Kultivierung und

Versorgung ganzer Zellen. Dies hat zur

Folge, dass ein großer Teil der einge-

setzten Substrate und Energien für den

zellulären Metabolismus benötigt werden.

Das eigentlich gewünschte Produkt ist

dann häufig nur ein Nebenprodukt mit

geringer Ausbeute. Darüber hinaus ist es

manchmal nicht möglich ein bestimmtes

Protein zu produzieren, weil geeignete

Produktions organismen aufgrund fehlen-

der biologischer bzw. biochemischer Vor-

aus setzungen nicht zur Verfügung stehen.

► Innovative Messtechnik

Eine der jüngsten Entwicklungen, die die

Nachwuchsforscher aufgreifen, ist die

Produktion von Biomolekülen in zellfreien

Systemen. Damit wollen sie zum Pro-

gramm »Biotechnologie 2020+« des BMBF

beitragen, das gemeinsam mit den großen

deutschen Forschungseinrichtungen eine

Vision für die Biotechnologie der nächsten

10 bis 20 Jahre formulieren und umsetzen

will. Dabei wurden die synthetische Biologie

und die zellfreie Biotechnologie als wich-

tigste neue Forschungsgebiete identifiziert.

Im Gegensatz zur grundlagenorientier-

ten synthetischen Biologie konzentrieren

sich die FuE-Arbeiten in der zellfreien

Biotechnologie auf Prozesslösungen und

Verfahren, die sich am industriellen Bedarf

orientieren und anwenderbezogen sind.

Im Hinblick auf die Vision der zellfreien

Biotechnologie sollen die interdisziplinären

Kompetenzen und Sichtweisen genutzt

werden, um Sensoren und Messsysteme zu

entwickeln bzw. vorhandene Gerätetech-

nologie zu optimieren. Oft haben die bis-

herigen Technologien ein großes Miniaturi-

sierungs- und Automatisierungspotenzial.

Bislang kostenintensive Analytik könnte

nach Optimierung einem breiten Anwen-

derfeld zur Verfügung gestellt werden. Das

Kosten senkungs potenzial ergibt sich aus

geringeren Herstellungskosten durch die

Anwendung neuer Fertigungsverfahren.

»Produktionstechnik für zellfreie Biotechnologie«, kurz »PrE-BioTec«,

ist der Titel eines noch jungen Projekts am Fraunhofer IPK und der

TU Berlin, das die klassischen Ingenieurwissenschaften enger mit der

Biotechnologie verzahnen will. Ziel des mit vier Millionen Euro vom

BMBF geförderten Vorhabens ist es, neue Produktionsverfahren für

zellfreie Biotechnologien zu entwickeln. Damit sollen vor allem neue

Anwendungen für Verfahren, die mit einzelnen biologischen Kompo-

nenten – im Gegensatz zu ganzen lebenden Organismen oder Zellen

arbeiten, erschlossen werden. So erforschen aktuell vier Nachwuchs-

wissenschaftler verschiedener Disziplinen, wie z. B. die Herstellungs-

kosten für im Labor erzeugte Proteine minimiert und deren Ausbeute

maximiert werden kann.

PrE-BioTec

Zellfreie Biotechnologie

Laboraufbau eines SPR-Biosensors

Wachstumsverlauf und Keimdichten eines Kühlschmierstoffs (KSS)

FUTUR 3/2010 21

Cell-Free Biotechnology

»Production engineering for cell-free bio-

technology«, »PrE-BioTec« in short, is a new

research project at Fraunhofer IPK, which

sets out to combine more closely classic

engineering disciplines with biotechnology.

The project is funded by the BMBF with four

million Euro and aims at develop ing innova-

tive methods and applications for processes

working with single biological components

– as opposed to entire living organisms

or cells. Currently, four junior scientists

from manufacturing technology, materials

science, biotechnology, and microbiology

explore how to minimize e.g. production

costs for proteins raised in a laboratory and

to maximize their yield at the same time.

Ihre Ansprechpartnerin

Dr.-Ing. Anja Spielvogel

Tel.: +49 30 6392-5105

E-Mail: anja.spielvogel@ipk.fraunhofer.de

hofer-Instituten und mit Unterstützung

des Fraunhofer-Vorstands das Projekt »In-

dustriezelle«. Dabei sollen die wichtigsten

Kompartimente, die an der Proteinbiosyn-

these beteiligt sind, in vitro nachgestellt,

miteinander verbunden und ganzheitlich

geregelt werden. Ziel ist es, unabhängig

vom zellulären Aufbau und mit wenigen

zusätzlichen Substraten die Proteinsyn-

these nachzustellen, die sich autark mit

Energie in Form von ATP versorgt und die

nötigen Templates liefert. Damit soll es

gelingen, zellunabhängig verschiedenste

Proteine zu synthetisieren, die mit her-

kömmlicher Technik nur schwer oder unter

erheblichem Aufwand zugänglich sind.

► Vielversprechende Aussichten

Der interdisziplinäre Ansatz der Projekt-

gruppe »PrE-BioTec« verzeichnet erste

Erfolge: Fertigungstechniker, Werkstoffwis-

senschaftler, Biotechnologen und Mikro-

biologen profitieren in den unterschied-

lichsten Projektphasen vom spezifischen

Know-how der einzelnen Experten, von

der Identifizierung der Aufgabenstellung

über die wissensbasierte Lösungsauswahl

bis zur konkreten Um setzung mittels ana-

lytischer und experimenteller Methoden

sowie dem Design und Aufbau von Anla-

gen. Zukünftig wollen die Wissenschaftler

die Koopera tion mit Industriepartnern

intensivieren, um applikationsangepasste

Systemlösungen, z. B. für die alternative

Energiegewinnung, die Medizintechnik,

Umwelttechnik und die industrielle Bio-

technologie zu ent wickeln. 

Miniaturisierung und Parallelisierung füh-

ren zu geringerem Materialverbrauch und

erhöhen den Proben durchsatz.

► Unbedenkliche Kühlschmierstoffe

Im Rahmen von »PrE-BioTec« wird aktuell

eine Aufgabenstellung bearbeitet, bei der

es um die Detektion mikrobieller Konta-

mination von Kühlschmierstoffen geht.

Der mikrobielle Verderb dieser Fluide führt

zum Verlust der technischen Eigenschaften

und birgt durch die mikrobielle Belastung

gesundheitliche Risiken. Hinzu kommt,

dass Kühlschmierstoffen gesundheitlich

bedenkliche Biozide zugesetzt werden, um

das Wachstum der Mikroorganismen zu

verhindern. Einen umfassenden Schutz vor

mikrobiellem Befall bieten jedoch auch diese

Zusatzstoffe nicht. Sie werden zudem ab

dem Jahr 2013 in verschärftem Maß gesetz-

lich reglementiert und können nicht mehr in

gewohntem Umfang eingesetzt werden.

Ziel der Fraunhofer-Wissenschaftler ist

es daher, die Mikroorganismen zu iden-

tifizieren, zu quantifizieren und eine

Gefahren abschätzung vorzunehmen. Ein

Sensor zur unspezifischen Detektion von

Mikro organismen, beruhend auf dem

physikalischen Prinzip der Oberflächen-

plasmon resonanz (SPR), befindet sich in der

Entwicklungsphase. Im Anschluss daran

sollen Reinigungsstrategien entwickelt und

applikationsangepasst umgesetzt werden.

► Industrielle Proteinsynthese

Das Fraunhofer IPK bearbeitet seit Oktober

2010 gemeinsam mit mehreren Fraun-

Schema zellfreie Biotechnologie

TranskriptionUmschreibungDNA – mRNA

Energie­gewinnung

TemplatemRNA

Proteinextraktion/ -gewinnung

verbrauchte

EnergieäquivalenteEnergie-

äquivalente

TranslationSynthese von

Protein an Hand der mRNA

Forschung und Entwicklung22

► Industrielle Dienstleistungen

als Zusatznutzen

Bereits bei der Auswahl geeigneter

Maschinen benötigen Kunden ein hohes

Maß an technologischer Kompetenz, wie

ein aktueller Vergleich von Mikrofräs-

maschinenherstellern zeigt. Die ange-

botenen Maschinenvarianten werden

ausschließlich nach Sachleistungsmerkma-

len klassifiziert. So wird die maximale Ver-

fahrlänge der Achsen oder die maximale

Spindeldrehzahl angegeben. Geometri-

sche Spezifikationen der herzustellenden

Bauteile, also geforderte Maßtoleranzen

oder bestimmte Oberflächenkennwer-

te, werden dabei nicht berücksichtigt.

Maschinenanbieter schaffen hier Abhilfe,

indem sie ihre Kunden vor dem Kauf und

auch anschließend während der Inbe-

triebnahme einer Werkzeugmaschine

technologisch beraten. Dabei definieren

Kunde und Anbieter zunehmend auch in-

dividuelle Dienstleistungen, die zusätzlich

zur Sachleistung – nämlich dem Erwerb

einer Werkzeugmaschine – angeboten

werden. Diese Verknüpfung von industri-

ellen Dienstleistungen mit Sachleistungen

erhöht nicht nur den Kundennutzen,

sondern schafft auch neue Absatzmög-

lichkeiten für Maschinen hersteller.

Momentan werden bereits unterschiedliche

Dienstleistungsanteile von Werkzeug-

maschinenherstellern angeboten. Jedoch

weisen diese »Add-ons« gewisse Schwä-

chen auf. So werden Maschinenwartungen

seitens des Herstellers und deren Intervalle

häufig vertraglich geregelt. Außerhalb

dieser festgelegten Instandhaltungs-

maßnahmen fehlt jedoch meist die Inter-

aktion mit dem Hersteller. Kunden führen

dann oft standardisierte Prozesse durch,

die nicht auf die maschinenspezifischen

Anforderungen der Wartungstätigkeiten

abgestimmt sind.

► Integration von Sach-

und Dienstleistungen

Im Sonderforschungsbereich Transregio 29

»Engineering hybrider Leistungsbündel

(HLB) – Dynamische Wechselwirkungen

von Sach- und Dienstleistungen in der

Produktion« arbeiten seit dem Jahr 2006

die Ruhr-Universität Bochum und die

TU Berlin an der Etablierung eines innova-

tiven Verständnisses für die Integration von

Die Mikroproduktionstechnik weist als relativ junge Branche hohe

Eintrittsbarrieren für Kunden bei der Investition in Werkzeug-

maschinen auf. Extrem spezialisiertes, dabei stark diversifiziertes und

verteiltes Wissen über technologische Zusammenhänge führt zu einer

hohen Unsicherheit bei der Einführung und dem Betrieb von Mikro-

produktionsmaschinen in bestehende Fertigungsstrukturen. Aufgrund

der Investitionshürde bei der Beschaffung und Nutzung von mikro-

produktionstechnischen Anlagen sind neuartige Ansätze erforderlich,

um effektiv und effizient kunden individuelle Leistungen anbieten

zu können. Wissenschaftler am IWF entwickeln deshalb innovative

Geschäftsmodelle, die Produkt- und Dienstleistungen funktions-,

verfügbarkeits- und ergebnisorientiert anbieten.

Innovative Geschäftsmodelle für die Mikroproduktionstechnik

SFB Transregio 29

HLB-Aufbau und HLB-Netzwerk entlang des HLB-Lebenszyklus

HLB-Anbieter

DL-Zulieferer

HLM-Zulieferer

SL-Zulieferer

Kunde

HLB

SLSL DL DL

SL DLSL DL

SLSL DL

SL DL

DL

HLB-Entstehung

HLB-Betrieb

Aufbau des HLB HLB-Netzwerk

HLM – Hybrides LeistungsmodulDL – DienstleistungSL – Sachleistung

HLB-Planung

HLB-Entwicklung

HLM, SL und DL

InformationenSL und/oder DL

FUTUR 3/2010 23

Innovative Business Models for

Microproduction Technology

Microproduction technology offers high

barriers for customers due to the need

of extremely specialized and diversified

knowledge about technologic relations.

Industrial product service systems (IPS²)

provide a higher customer value by flexibly

combining product and service shares along

the entire lifecycle. The variation of possible

combinations between product and service

shares can be shown in different IPS² busi-

ness models. They range from a function-

oriented business model, where the IPS²

provider secures the functionality, e.g. of a

micro milling machine, to a result-oriented

IPS² business model, where the IPS² provider

is responsible for the whole production

process, similar to the »pay per production«

principle. The development of long-term

relationships between IPS² provider and

customer leads to a competitive advantage

for all involved partners due to the integra-

tion of industrial service shares.

Ihre Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Christian Stelzer

Dipl.-Ing- Christian Gabriel

Tel.: +49 30 6392-5107

E-Mail: stelzer@iwf.tu-berlin.de

E-Mail: gabriel@iwf.tu-berlin.de

der Maschine. Diese Geschäftsmodellaus-

prägung ist für technologisch versierte

Kunden geeignet, die über ausreichendes

Wissen über alle notwendigen Prozess-

schritte verfügen. Auf Wunsch sind

Dienst leistungsanteile als »Add-ons« vom

HLB-Anbieter vorgesehen.

Bei einem verfügbarkeitsorientierten HLB-

Geschäftsmodell sichert der HLB-Anbieter

seinem Kunden beim Verkauf einer Werk-

zeugmaschine eine bestimmte technische

Verfügbarkeit zu. Um die Wahrscheinlichkeit

möglicher finanzieller Verluste durch zu ver-

antwortende Stillstandzeiten der Maschine

zu verringern, führt der HLB-Anbieter eigen-

verantwortlich Wartungs prozesse durch

und hat somit Einfluss auf den Zustand der

Werkzeugmaschine im Betrieb.

In der dritten Ausprägung, dem ergebnis-

orientierten HLB-Geschäftsmodell, über-

nimmt der HLB-Anbieter auch die Verant-

wortung für die in der Werkzeugmaschine

hergestellten Bauteile. In Folge dessen

akzeptiert er die Zuständigkeit für alle zur

Fertigung notwendigen Prozessschritte.

Das Ziel individuell vereinbarter HLB-

Geschäftsmodelle ist es, langfristige

Kunden-Anbieter-Beziehungen mit einem

Wettbewerbsvorteil für alle Wertschöp-

fungspartner zu schaffen. Als nachhal-

tige Lösung, die Kundenanforderungen

eindeutig berücksichtigt, bieten sich

solche Angebote gera de auch für den

globalen Maschinen- und Anlagenbau der

Mikroproduktions technik an.

Sach- und Dienstleistungen im industriellen

Umfeld. Die Wissenschaftler definieren

hybride Leistungsbündel als integrative und

gleichgestellte Verknüpfung von Sach- und

Dienstleistungsanteilen. Dabei soll der

Dienstleistungsanteil des HLBs schon in der

frühen Phase der Planung berücksichtigt

werden und damit auch die Sachleistungs-

anteile maßgeblich beeinflussen. Indem

die beiden Anteile entlang des gesamten

Lebens zyklus eines HLBs optimal aufeinan-

der abgestimmt werden, soll ein bestmög-

licher Kundennutzen erreicht werden. Am

IWF der TU Berlin entwickeln Wissenschaft-

ler unterschiedlich ausgeprägte Geschäfts-

modelle für hybride Leistungsbündel, die

die Interaktion zwischen HLB-Anbieter und

Kunden sowie HLB-Wertschöpfungspart-

nern regeln. Die Geschäftsmodelle gliedern

sich in die Bereiche Nutzen, Architektur der

Wertschöpfung und Finanzen.

► Geschäftsmodelle für

hybride Leistungsbündel

Anhand der zu erbringenden Dienst-

leistungs anteile unterscheiden die

Wissen schaftler zwischen funktions-,

ver fügbarkeits- und ergebnisorientierten

HLB-Ge schäftsmodellen. Die klassische

Herange hensweise der Herstellung von

Sachleis tungsanteilen mit zusätzlich zu

erbringenden Dienstleistungen wird im

funktions orientierten HLB-Geschäfts modell

zusammengefasst. Hier stellt der Anbieter

die Funktionsfähigkeit, beispielsweise einer

Mikrofräsmaschine, über einen bestimm-

ten Zeitraum sicher. Der Kunde trägt die

kom plette Verantwortung für den Betrieb

Beispiele für geschäftsmodellabhängige

Dienstleistungsanteile eines HLBs

funktionsorientiert

verfügbarkeitsorientiert

ergebnisorientiert

Technologie­beratung

Auditierung/ Zertifizierung

Betriebsmittel­bereitstellung

Ersatzteil­bereitstellung

ConditionMonitoring

HLB- Geschäftsmodell

Finanzierung

Entsorgung

SchulungInstandhaltung

Inbetriebnahme

Forschung und Entwicklung24

SFB Transregio 29

Bieten Werkzeugmaschinenhersteller

ihren Kunden ein verfügbarkeitsorien-

tiertes HLB-Geschäftsmodell an, garan-

tieren sie ihnen damit eine bestimmte

technische Verfügbarkeit. Um das Risiko

von Ausfallzeiten und möglichen finanzi-

ellen Verlusten gering zu halten, müssen

die Hersteller den Zustand ihrer Werk-

zeugmaschinen oder ausfallkritischer

Maschinenkompo nenten umfassend

überwachen. Mit Hilfe des »Condition

Monitoring« können Anbieter in Situa-

tionen, in denen die Verfügbarkeit des

HLBs gefährdet oder bereits nicht mehr

gewährleistet ist, umgehend reagieren.

► Beispiel: Mikrofrässpindel

Ein klassisches Beispiel für eine ausfall-

kritische Komponente einer Mikro fräs-

maschine ist die Mikrofrässpindel. Diese

Mikrofräswerkzeuge sind in geometri-

scher Hinsicht meistens Miniaturausgaben

herkömmlicher Makrowerkzeuge. Für

Mikrofräsmaschinen werden schnell-

drehende Hauptspindeln benötigt, um

geeignete Schnittgeschwindigkeiten zu

erreichen. Beim Einsatz von Wälzlagern

als Spindellagerungen führt der hohe

Drehzahlbereich auch zu hohen Relativ-

geschwindigkeiten zwischen den Wälz-

lagerkomponenten und somit zu stärke-

rem Verschleiß.

Beschleunigungssensoren, die die

Schwingungs verläufe an den Lager-

außenringen wiedergeben, zeigen

dem HLB-Anbieter, in diesem Fall dem

Werkzeug maschinenhersteller, charak-

teristische Schwingungsverläufe an.

Die Interpretation der spezifischen

Verläufe sowie das Wissen über übliche

Schwingungs verläufe im Schadensfall

lassen ihn mögliche Schadens szenarien

schon vor dem tatsächlichen Ausfall der

Mikrofrässpindel voraussehen. Zusätzli-

che Temperatur sensoren geben neben

den Schwingungssensoren ebenfalls

Aufschluss über einen bevor stehenden

Schadensfall.

Erkennt der Hersteller Schäden derart

früh, kann er Ausfallzeiten gering halten.

Damit HLB-Anbieter noch ziel gerichteter

auf bevorstehende Ausfallursachen

reagieren können, entwickeln die

Wissenschaftler des IWF ein Software-

Condition Monitoring im verfügbarkeits orientierten Geschäftsmodell

Um die Verfügbarkeit hybrider Leistungsbündel (HLB) sicherzu-

stellen, müssen HLB-Anbieter sowohl organisatorische als auch

technologische Maßnahmen treffen. Condition Monitoring, also die

Zustandsüberwachung z. B. einer Mikrofräsmaschine, spielt dabei

eine zentrale Rolle. Erkennt ein Maschinenhersteller frühzeitig

potenzielle Schadens fälle, kann er umgehend reagieren und einen

Wartungsspezialisten beauftragen oder Prozessparameter anpassen.

Wissenschaftler am IWF entwickeln dafür eine agenten-basierte

IT-Infrastruktur, die die Kommunikation zwischen den einzelnen HLB-

Partnern ermöglicht und unterstützt.

Legende:

:CMA – Condition Monitoring-Agent :MA – HLB-Management-Agent:SMA – Servicemanagement-Agent:STA – Servicetechniker-Agent

:MA

Maschinenkommunikation

Agentenkommunikation

Softwareagent

WWW

WWW

HLB-Dienstleistungs-zulieferer 2

HLB-Dienstleistungs-zulieferer 1

HLB-AnbieterHLB-Modul

ReglerSensorenAktoren

HLB-Modul

PC-basierteMaschinensteuerung

HLB-Kunde

HLB-Sachleistungs-zulieferer 1

:CMA :SMA1 :STA:SMA2

Kommunikationsarchitektur eines Agentensystems

FUTUR 3/2010 25

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Niels Raue

Tel.: +49 30 6392-5107

E-Mail: raue@iwf.tu-berlin.de

Availability-oriented

IPS² Business Model

With an availability-oriented IPS² business

model, technical measures have to be

considered to ensure the availability of a

product service system. Condition monitor-

ing is essential for IPS² providers to detect

situations in which the availability of their

equipment is at risk. In these cases, the

IPS² provider must react instantly, e.g.

through sending a maintenance technician

or adjusting process parameters. Also, an

agent-based IT infrastructure that allows

for the autonomous, rule-based reaction in

case of such an event is a key component

for the communication of the IPS² network

partners. The example of a micromilling

spindle, a highly stressed machine compo-

nent, shows the benefit of such real time

equipment monitoring. The surveillance of

its condition is achieved via temperature

and vibration sensors.

Wartung durch diesen Dienstleister nicht

durchgeführt werden, ergeht eine Anfrage

an einen anderen Servicemanagement-

Agenten, welcher die gleiche Aufgaben-

beschreibung anbietet. Sagt dieser zu,

werden durch den Servicemanagement-

Agenten entsprechende Repräsentanten

für die Wartung erzeugt. So wird z. B. ein

Servicetechniker-Agent angelegt, mit dem

der reale Servicetechniker nachverfolgt

werden kann. Liegen bei diesem unzuläs-

sige Abweichungen vor, etwa Verzöge-

rungen während der Anreise, muss durch

den Management-Agenten die Planung

angepasst werden.

► Zufriedene Kunden,

weniger Kosten

Neben der weitgehend autonomen, regel-

basierten Zustandsüberwachung wird

durch diese vernetzte Kommunikation

eine transparente Dokumentation aller

Leistungen möglich. HLB-Anbieter können

jegliche Abweichungen vom Soll und

sämtliche ablaufende Prozesse nachvoll-

ziehen, um die zugesicherte Verfügbarkeit

zu gewährleisten. Diese effektive und

effiziente Herangehensweise erlaubt z. B.

Maschinen- und Anlagenbauern, flexible

Prozesse auf einander abzustimmen und

dadurch eine hohe Kundenzufrieden-

heit und Kostenreduktion zu erzielen.

Solche innovativen Lösungen sind, gerade

aus Wettbewerbssicht, bei zukünftigen

Maschinenkonzepten nicht mehr wegzu-

denken und nehmen als IT-Systeme eine

immer stärkere Rolle in der Produktions-

technik ein.

Agentensystem, das die Kommunikation

aller an einer Instandsetzungsmaßnahme

beteiligten Akteure koordiniert.

► Mit Agenten kommunizieren

Ein Software-Agent repräsentiert eine

HLB-Komponente oder einen HLB-

Netzwerkpartner und ist spezifisch für

seine Aufgabe konfiguriert. Er beinhaltet

spezielle Informationen wie beispielsweise

Zustandsdaten. Im einfachsten Fall kann er

für eine Maschine als digitale Maschinen-

karte verstanden werden.

Bei einem HLB-Anbieter wird ein Manage-

ment-Agent installiert, der die gesamte

Kommunikation innerhalb des Systems

übernimmt. Alle anderen Agenten

kommunizieren miteinander ausschließ-

lich über diesen Management-Agenten.

Außerdem besitzt der HLB-Anbieter einen

eigenen Agenten, der ihm z. B. seine

Auslastung bezüglich einer Dienstleistung

anzeigt. Dieser kann ebenso wie jeder

andere Agent auch zur Planung und

Erbringung von Dienstleistungen herange-

zogen werden.

Wird durch den Zustandsüberwachungs-

Agenten ein bevorstehender Ausfall einer

Komponente erfasst, benachrichtigt er

den Management-Agenten. Der Manage-

ment-Agent wird entsprechend der hin-

terlegten Anforderungen tätig und plant

die Wartungsdienstleistung anhand einer

Prozessbeschreibung. Dafür fragt er einen

für die Wartungsdienstleistung geeigneten

Servicemanagement-Agenten an. Kann die

Vibration 2

Vibration 1

Temperatur 1

Temperatur 2

Temperatur 3

Zentralwelle

Lager

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76

Zeit [min]

Tem

pera

tur

[°C

]

Zustandsüberwachung MaschinenkomponenteSensoren

Condition Monitoring für eine

Maschinen komponente

Forschung und Entwicklung26

Für Handhabungsroboter wurden bereits

vielfach komponentenspezifische Leicht-

bauansätze sowie energiesparende

Elek tronikkomponenten und Motoren

entwickelt. Auf der Betriebsmittelebene

beruhen die üblichen Bewegungs prinzi-

pien von modernen industriellen Robo-

tern auf wechselseitiger Beschleunigung

und Verzögerung. Wandlungsverluste

zwischen kinetischer und elektrischer

Energie können dabei systembedingt

nicht beseitigt werden. Auch die Freiset-

zung überschüssiger elektrischer Energie

in Bremswiderständen ist in der indus-

triellen Robotik nach wie vor üblich.

► Energie clever nutzen

Erhebliche Verbesserungen bietet hier

das am PTZ entwickelte Roboterkonzept

»SAMARA – System Applying Momen-

tum Transmission for Acceleration of

an Endeffector with Redundant Axis«.

Mit diesem Konzept kann die kinetische

Energie im mechanischen System des

Roboters über mehrere Bewegungs zyklen

hinweg erhalten werden, anstatt sie

permanent über die Motoren abzufüh-

ren. Das System verhält sich physikalisch

äquivalent zum Newton-Pendel, bei dem

Energie zwischen zwei massiven Kugeln

durch Impulseinleitung ausgetauscht

wird, die Kugeln zeitweise stillstehen und

diese periodischen Bewegungen nahezu

endlos wiederholt werden. Diese dynami-

schen Grundprinzipien konnten anhand

neuartiger Bewegungsmuster erfolgreich

auf eine dreiachsige serielle Roboter-

kinematik übertragen werden. Durch

Impulse wird zyklisch kinetische Energie

SAMARA

In der industriellen Praxis wird die Steigerung der Energieeffizienz

häufig auch mit steigenden Investitionskosten für Betriebsmittel in

Verbindung gebracht. Dieser Zusammenhang ist jedoch nicht kausal,

sondern hängt vom gewählten Lösungsweg ab, mit dem das Ziel der

Energieeffizienz erreicht werden soll. In der Handhabungstechnik

haben Lösungsansätze, die auf der Komponentenebene Verbesse-

rungen erzielen sollen, bereits einen hohen Reifegrad erreicht. Am

PTZ konnte nun nachgewiesen werden, dass auf der Betriebsmittel-

ebene eine Effizienzsteigerung um den Faktor 10 für zahlreiche indus-

trielle Handhabungsprozesse erreichbar ist.

Energieeffiziente Handhabungsprozesse durch Impulsübertragung

Newton Pendel

Höhere Produktionskapazitäten in der Solarzellenprodukton erfordern breitere Förderstrecken

(Quelle: Oregon Department of Transportation)

FUTUR 3/2010 27

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Tobias Brett

Tel.: +49 30 314-23546

E-Mail: tobias.brett@mf.tu-berlin.de

Energy-efficient Handling Processes

with SAMARA

A higher energy efficiency of handling

processes is of major importance in terms of

ecological sustainability. Modern handling

robots already feature lightweight compo-

nent design as well as energy-saving elec-

tronics and drives. However, trajectory-wise

they rely on alternating acceleration and

deceleration, requiring frequent transforma-

tion between kinetic and electrical energy.

Actuator conversion losses and the disposal

of excessive electrical energy in brake resis-

tors are still common in industrial robotics.

A new robot concept named SAMARA,

developed at the Production Technology

Center Berlin promises fundamental im-

provement in this field. The robot system

has been adapted to special trajectories and

now saves up to 90 percent of the amount

of power consumed by conventional robots.

It does so by performing momentum trans-

mission between the robot tip and the first

link to store kinetic energy in the mechani-

cal system, instead of discharging it to the

electrical components.

einer Lagerung in so genannten Stacks

umkonfiguriert werden. Angestrebte Pro-

duktionskapazitäten im Gigawattbereich

zur Ausstattung von Solarkraftwerken

fordern größere Produktionsanlagen- und

Modulabmessungen, bei denen sich die

Leistungsmerkmale der derzeit häufig

eingesetzten Scara- und Deltaroboter in

Bezug auf den erreichbaren Arbeitsraum

und die erreichbaren Ausführzeiten als

unzureichend erweisen können.

Aufgrund seines großen Arbeitsraumes

kann der SAMARA-Roboter zum Beispiel

breite Förderstrecken von über 1,6 m aus

Batchprozessen abdecken. Des Weiteren

ermöglichen große Nutzlasten den Einsatz

neuartiger Endeffektoren, wie etwa Ultra-

schallgreifer mit mechanischer Querkraft-

sicherung, die zu Eigengewichten deutlich

über einem Kilogramm führen können.

Der Einsatz von flexiblen Mehrfachgrei-

fern in Kombination mit diesem schnellen

Handhabungsgerät ist ebenfalls möglich.

► Mit SAMARA in die Zukunft

Das patentierte Roboterkonzept, das die

Vorteile von Scararobotern, wie große

Traglast und weitflächiger Arbeitsraum,

mit der hohen Beschleunigung von

Deltarobotern verbindet, wurde zum

ersten Mal auf der Langen Nacht der

Wissenschaften 2009 im PTZ vorgestellt.

Aktuelle FuE-Arbeiten zielen auf eine

weitere Optimierung der mechanischen

Struktur, eine onlinefähige Bahnplanung

sowie auf angepasste Regelstrategien für

dieses Robotersystem ab.

zwischen der massereichen Roboterspitze

und dem schweren ersten Roboterarm

übertragen. Die Roboterspitze kommt

dabei immer wieder im Raum zum Still-

stand, wobei Greifaufgaben mit hoher

Wiederholgenauigkeit durchgeführt

werden können. Prozessparameter wie

die Stärke der Impulsbeschleunigung und

die Zykluszeit sind einstellbar.

► Schwere Lasten leicht handhaben

Auf diese Weise können mit geringem

Energieaufwand z. B. 600 x 400 mm

große Standardpaletten entladen werden.

Die Leistungsaufnahme des SAMARA-

Systems, bezogen auf die an der Nutzlast

verrichtete Arbeit, zeigt über lange Stre-

cken Werte, die mit konventionellen Kine-

matiken nicht erreicht werden können.

Sie liegen bis zu 90 Prozent unter denen

herkömmlicher Industrieroboter. Ein

SAMARA-Versuchsgerät, das vollständig

aus Standardkomponenten der Robotik

aufgebaut wurde, zeigt insbesondere

Vorteile bei der Handhabung schwerer

Greifer über weite Distanzen mit geringen

Zykluszeiten.

► Solarzellenproduktion

mit SAMARA

Vor allem für die Solarzellenproduktion

könnte SAMARA von Interesse sein.

Die Prozessverkettung in der Fertigung

von Dickschicht-Solarzellen stellt hohe

Anforderungen an die automatisierte

Hand habungs technik. Der Material-

fluss muss vielfältig zwischen Inline-

prozessen, parallelen Batchprozessen und

Testsystem des Handhabungsroboters SAMARA

FUTUR: Ihr Unternehmen hat als kleiner

Maschinenbauer angefangen und ist heute

ein weltweit tätiger Anbieter für EDM,

Handlingsysteme und Softwarelösungen.

Wie kam es zu dieser Wandlung?

Wolfgang Emert: Als Wandlung würde

ich das nicht bezeichnen wollen, sondern

eher als konsequente Weiterentwicklung.

Es stimmt, angefangen haben wir mit dem

Bau von Senkerodiermaschinen. Diese

zeichnen sich damals wie heute durch eine

hohe Genauigkeit, Langlebigkeit und Sta-

bilität aus. Über das Senkerodieren haben

wir uns natürlich auch mit den Prozessen

im Werkzeug- und Formenbau beschäf-

tigt. Wir waren einer der ersten Herstel-

ler, die sich des Themas automatisierte

Prozessabläufe angenommen haben. Mit

viel Forschung und viel Entwicklungsarbeit.

So entstand unser zweiter Geschäftsbe-

reich – die Handlingsysteme, allem voran

die Entwicklung unseres Robotersystems

»Chameleon«, das heute in vielen auto-

matisierten Zellen weltweit zum Einsatz

kommt. Sich mit automatisierten Abläufen

zu beschäftigen heißt auch, die Prozesse

zu durchleuchten und nach Wegen zu

suchen, verschiedene Technologien zu

verbinden. Das gelingt nur mit Software.

Also folgt daraus der nächste Schritt, zu

allen Fragestellungen des Kunden auch

softwaretechnische

Lösungen anzubieten. Das

haben wir eigentlich konsequent vor

über 20 Jahren schon begonnen. Heute

verfügen wir im Bereich Software über ein

Know-how, das so kaum ein anderes Un-

ternehmen zu bieten hat. Was uns dabei

auszeichnet ist, dass wir die Probleme un-

serer Kunden von der Pike auf kennen und

Lösungen dafür genau zugeschnitten sind.

Unsere Software-Module sind unabhängig

von Hersteller und Technologien funktions-

fähig. Eine Forderung, die der Markt jedem

stellt, der hier als Anbieter aktiv wird.

FUTUR: Sie sind in Deutschland führend

im Bereich Erodiermaschinen und welt-

weiter Technologieführer im Bereich der

Handlingsysteme. Was hebt Sie von der

Konkurrenz ab?

Emert: Ein Teil der Antwort steckt bereits

in Ihrer ersten Frage. Dass es in unserem

Hause diese Kompetenzzusammenführung

von Maschinenbau, Prozess-Know-how

und Softwareentwicklung gibt, ist das,

was uns von der Konkurrenz abhebt. Sie

werden in Deutschland mit Sicherheit

Hersteller finden, die gute Erodiermaschi-

nen bauen – und mit Sicherheit finden Sie

auch Hersteller, die Ihnen ein Handling

verkaufen. Aber die Kompetenz, aus dem

Herstellerdenken heraus dem Kunden

wirksame Prozesslösungen aus einem

Hause anzubieten, ist so nirgends gege-

ben. Uns kommt es heute nicht mehr nur

darauf an, Erodiermaschinen »in der Welt

aufzustellen«, sondern wir wollen den For-

menbauern Wege aufzeigen, wie sie eine

höhere Wirtschaftlichkeit in ihren Betrieben

erreichen. Das geht nicht ohne Prozesse

zu überprüfen und bisherige Abläufe in

Frage zu stellen. Und vor allem geht es

nicht ohne einen ersten Schritt in Richtung

automatisierte Abläufe.

FUTUR: Mit Ihren Erodiermaschinen

agieren Sie im Makro- und Mikrobereich.

Sie schlagen damit zwei Fliegen mit einer

Klappe. Worin unterscheiden sich Ihre

Maschinen von anderen?

Emert: Also zunächst muss ich betonen,

dass wir Maschinen bauen, die eine hohe

Genauigkeit, eine gute Dynamik und

ausgesprochen hohe Steifigkeit haben.

Diese Eigenschaften eignen sich sowohl

für die Makro-, aber auch speziell für die

Mikrobearbeitung. Wenn ich da nun spe-

ziell an unsere »genius 1000, The Cube«,

Das Ganze im Blick

Interview28

Wie erreicht man in kürzester Zeit mit minimalem

Aufwand ein sicheres Ergebnis? Das ist die Frage, die sich

Zimmer&Kreim im Interesse ihrer Kunden täglich stellen.

Als Antwort darauf kombiniert das Brensbacher Unter-

nehmen umfangreiches Know-how aus den Bereichen

Maschinenbau, Prozessgestaltung sowie Softwareentwick-

lung und bietet seinen Kunden flexible Lösungen für deren

Fertigungsorganisation. Wie das Unternehmen so erfolg-

reich wurde, wie es heute ist – darüber sprachen wir mit

Geschäftsführer Wolfgang Emert.

Kontakt

Wolfgang Emert

Tel.: +49 6161 9307-53

E-Mail: w.emert@zk-system.com

Wolfgang Emert

Geschäftsführer von Zimmer&Kreim

Wolfgang Emert, Jahrgang 1950, begann

nach einer Ausbildung zum Industrie-

kaufmann seine Karriere in namhaften

Maschinenbauunternehmen. Mehr als

20 Jahre war er in der Geschäfts füh rung

eines Unternehmens im In- und Aus-

land und als Geschäftsführer einer

Maschinenbaufirma im Bereich Zer klei-

ne rung tätig. Seit 2003 arbeitet Emert

für Zimmer&Kreim. Zunächst war er als

Leiter Marketing/Vertrieb und Strategische

Unternehmens entwicklung tätig, seit 2008

als Geschäfts führer. Dieses Jahr übernahm

er die Position des Sprechers der Geschäfts-

führung Zimmer&Kreim. Wolfgang Emert

ist ver heiratet und hat drei Kinder.

immer wichtiger, weil selbst winzige Teile

mit schwierigen Geometrien so wesent-

lich effizienter bearbeitet werden kön-

nen. Last but not least haben erste Tests

bewiesen, dass unsere Maschinen auch

für den Micro-Drill hervorragend geeignet

sind. Bei Micro-Drill werden z. B. 200 µm

kleine Löcher mit einem Laser gebohrt

und mit unserer Erodiermaschine zu Ende

erodiert. Sie sehen, das Spektrum lässt

sich da durchaus noch erweitern, solange

Grundaufbau der Maschine und Steuerung

stimmen.

FUTUR: Sie werden Ihr internationales

Vertriebsnetz weiter ausbauen, produzieren

aber immer noch in Deutschland. Warum

bleiben Sie Ihrem Standort treu, während

Andere ins Ausland abwandern?

Emert: In unserem Hause spielen For-

schung und Entwicklung eine große Rolle.

Unser FuE-Wissen haben wir über Jahre

aufgebaut, mit entsprechenden Netz-

werken zu verschiedenen Hochschulen.

Diese Kombination gibt es für uns so nur

in Deutschland. Auch wenn man z. B.

in Fernost günstiger produzieren kann,

fehlt uns dort das Grundlagenwissen von

hochqualifizierten Ingenieuren. Auch hier

in Deutschland hat es Jahre gedauert, bis

wir das Team und das Wissen in Brens-

bach vereinen und ansiedeln konnten.

Das aufzugeben wäre ein Leichtsinn.

Zumal, wie anfangs ja schon erwähnt, wir

nicht nur der pure Maschinenbauer sind.

Prozesse zu gestalten und zu verbessern,

Softwarelösungen zugeschnitten auf die

Bedürfnisse der Kunden zu entwickeln, das

sind »Brain-Leistun gen«, die ein besonders

engagiertes Team erfordern. Letztlich über-

nehmen wir ja unseren Kunden gegenüber

Verantwortung für die bei ihnen installier-

ten Systeme.

denke, dann ist diese Maschine das beste

Beispiel für die Leistungsfähigkeit der ZK-

Erodiermaschinen. Die Halbgantrybauweise

mit zwei synchronisierten Antrieben in der

X-Achse und die simultane 6-Achs-Bearbei-

tung machen diese Maschine schon sehr

einmalig. Die Z-Achse ist sehr dynamisch

und schnell ausgelegt. Das hat den Vorteil,

dass diese Maschine eine extrem gute Po-

sitioniergenauigkeit mit sich bringt – eine

Eigenschaft, die unbedingt für die Mikro-

bearbeitung gebraucht wird. In Tests bei

internationalen Ausschreibungen war die

genius 1000 oftmals die einzige Maschine,

die vorgegebene Positioniergenauigkeiten

im µ-Bereich erreichen konnte. Gleiche

Werte erreichen wir auch mit unserer

»genius 602nano«, einer Maschine mit

kleinerer Tischgröße und etwas anderer

Bauweise. Hier wurde durch gezielte

Modifizierung der Generatorsteuerung die

Leistungsfähigkeit im Mikrobereich fokus-

siert. Unser Ziel ist es, Maschinen bester

Qualität zu bauen und damit die Entwick-

lung in den Betrieben, die zweifellos auch

in Richtung Mikrobearbeitung vorangeht,

zu unter stützen.

FUTUR: Welche Entwicklungen in Ihrem

Hause sind für eine Bearbeitung im Mikro-

bereich denn noch von Bedeutung?

Emert: Nun, neben der Positioniergenau-

igkeit unserer Maschinen ist sicherlich

als weiterer Punkt die Oberflächenbear-

beitung zu nennen. Hier arbeiten wir im

Verbund mit wissenschaftlichen Instituten.

Wir schaffen es heute, Rauheitswerte von

100 Nanometer zu erreichen. Dabei haben

wir auch den Verschleiß der Elektroden

fast auf Null gebracht. Diese Oberflächen-

genauigkeit ist etwas, was für die Mikro-

bearbeitung wesentlich wird. Auch die

6-Achs-Bearbeitung wird im Mikrobereich

FUTUR 3/2010 29

30 Partnerunternehmen

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Wirt.-Ing. Dipl.-Ing. Bernd Balle

Marketing & Business Strategy

Tel.: +49 7364 20-8148

Email: b.balle@zeiss.de

Das Angebot umfasst Portalmessgeräte,

Horizontalarmmessgeräte, Fertigungs-

messgeräte sowie Form-, Kontur- und

Oberflächenmessgeräte. Alle systemrele-

vanten Module wie Steuerung, Software,

Messsysteme und Sensoren werden

selbst entwickelt und hergestellt. Jüngere

Entwicklungen sind ein System für das

Messen mikrosystemtechnisch gefertigter

Kleinstteile und ein Computertomograf

für die industrielle Qualitätssicherung. Das

neueste Produkt, ein CNC-Kleinmessgerät,

gestattet den besonders preisgünstigen

Einstieg in die ZEISS Scanningwelt.

Mit optisch-taktilen Messsystemen und

optischen Sensoren hat Carl Zeiss das An-

wendungsspektrum der Koordinatenmess-

technik um die Bildverarbeitung erweitert.

Synergien nutzend entstanden optische

Sensoren und optimierte Software. Die

Bildverarbeitungssoftware ist in die CAD-

basierte Messsoftware CALYPSO® integ-

riert. Damit ermöglicht ein Messsystem

sowohl optisches als auch taktiles Messen.

Die umfangreiche Software-Bibliothek

CALYPSO® gestattet den Anwendern von

ZEISS Messtechnologie, praktisch jede

Messaufgabe zu lösen. Von besonderer

Bedeutung ist die effiziente Navigator-

Technologie für höchste Genauigkeiten bei

gleichzeitig hohen Messgeschwindigkei-

ten. Umfassende Dienstleistungen, Lohn-

und Auftragsmessungen, Teileprüfung mit

Hilfe der Computertomografie und Online-

Services zur Sicherung der Maschinenver-

fügbarkeit vervollständigen das Angebot.

Carl Zeiss

Industrielle Messtechnik GmbH

Carl Zeiss Gruppe

73446 Oberkochen

Deutschland

Sales: +49 7364 20-6336

Service: +49 7364 20-6337

Fax: +49 7364 20-3870

E-Mail: imt@zeiss.de

Internet: www.zeiss.de/imt

Produktionsstandorte

Deutschland

USA

Volksrepublik China

Die Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH ist Welt-

marktführer bei CNC-Koordinatenmessmaschinen und

Komplettlösungen der mehrdimensionellen Messtechnik

in Messlabor und Fertigung. Das Unternehmen ist ein

anerkannter Partner der Automobilindustrie und ihrer

Zulieferer. Von drei Fertigungsstandorten und mehr als

100 Vertriebs- und Service-Zentren aus sind 1 800 Be schäf -

tigte für die Kunden weltweit tätig.

Carl Zeiss Industrielle Messtechnik

We make it visible

FUTUR 3/2010 31Partnerunternehmen

Zimmer&Kreim GmbH & Co. KG

Erodiermaschinen | Handlingsysteme |

Softwarelösungen

Beineäcker 10

64395 Brensbach

Deutschland

Tel.: + 49 6161 9307-53

Fax: + 49 6161 9307-73

E-Mail: w.emert@zk-system.com

Internet: www.zk-system.com

Produktionsstandort

Deutschland

Ihre Ansprechpartnerin

Marion Beck

Tel.: +49 6161 9307-32

E-Mail: m.beck@zk-system.com

Innovation nützt, wenn sie den Prozess

für den Kunden sicherer oder effizienter

gestaltet. Und wenn sie Qualität schafft.

Mit dieser Philosophie hat Zimmer&Kreim

seit 25 Jahren erfolgreich Unternehmens-

geschichte geschrieben. Aus dem damals

kleinen Maschinenbauer ist ein mittelstän-

disches Hard- und Software-Systemhaus

geworden, das kontinuierlich gewachsen

ist und seine internationalen Kunden

mit technologisch führenden Produkten

gewinnt. Heute ist Zimmer&Kreim füh-

rend im Bereich der Erodiermaschinen in

Deutschland und – mit dem Handlingsys-

tem Chameleon – weltweiter Technologie-

führer in seiner Produktklasse.

Maschinenentwicklung und -konstruk-

tion, Softwareentwicklung, Schulung

und Service – als Systemanbieter führt

Zimmer&Kreim viele Bereiche zusam-

men. Schlüsselfertig, hoch angepasst und

offen integrieren die Lösungen beste-

hende Technologien unter dem Dach von

Zimmer&Kreim und verbinden sie mit

innovativen Hard- und Softwareelemen-

ten. Für die Gesamtlösung übernimmt das

Brensbacher Unternehmen die Systemver-

antwortung.

Das hört sich groß an und bringt auch

viel. Dennoch ist der Einstieg in die

Prozess optimierung immer modular mög-

lich. Diese Modularität bezieht sowohl

die Maschinen und Anlagen, wie auch

die Soft warelösungen ein. Der Vorteil

für den Werkzeug- und Formenbauer:

Zimmer&Kreim bietet Systeme zum Mit-

wachsen, so dass selbst kleine Betriebe

von Anfang an von Automationskon-

zepten profitieren können. Mit diesem

Angebot kombiniert Zimmer&Kreim für

seine Kunden Zukunftsfähigkeit mit Inves-

titionssicherheit. So wird wirtschaftliches

Arbeiten möglich. Und das sorgt am Ende

für Zufriedenheit.

Wie erreicht man in kürzester Zeit mit mini-

malem Aufwand ein sicheres Ergebnis? Seit 1985

treibt diese Frage den Hersteller von Senk-

Erodiermaschinen, Software-Lösungen und Hand-

lingsystemen an. Die richtigen Antworten geben

innovative Lösungen rund um das Erodieren,

das automatisierte Handling und die software-

gesteuerte Prozessoptimierung im Werkzeug-

und Formenbau.

Das neue Verwaltungsgebäude mit angrenzender Produktion

Zimmer&Kreim

Kundenzufriedenheit ist der wichtigste Maßstab

32

Viel Platz für kleine Teile

Mit dem neuen Anwendungszentrum Mikroproduktions-

technik (AMP) erhält das PTZ ein hochmodernes Labor-

gefüge, das speziell auf die besonderen Bedürfnisse der

Feinstbearbeitung abgestimmt ist.

Uhrmacher brauchten schon immer eine ruhige Hand, wenn sie

die winzige Mechanik eines Chronographen zusammenfügen

wollten. Die Feinarbeit des 21. Jahrhunderts ist die Mikroproduk-

tionstechnik – und ein Uhrwerk erscheint riesig, verglichen mit

den Größen, um die es heute geht.

Bis zu 100 Nanometer klein sind die Bauteile und Strukturen,

die moderne Maschinen bearbeiten können. Das entspricht

10-7 m oder dem Zehntel der Dicke eines Spinnenfadens.

Entsprechend klein sind die Werkzeuge der Mikroproduktions-

technik – und entsprechend empfindlich reagieren sie auf

Umgebungseinflüsse. Die Ausdehnung des Werkzeugs bei

Temperaturschwankungen um wenige Grad Celsius genügt, um

ein Produkt in Ausschussware zu verwandeln; bereits kleinste

Werkstoffveränderungen durch Korrosion machen eine Bearbei-

tung nach den festgelegten Parametern unmöglich.

Das Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik (AMP)

des PTZ Berlin wird ein Spezialbau, der die Bedürfnisse genauester

Fertigungsverfahren berücksichtigt. Im ganzen Gebäude ist die

relative Luftfeuchtigkeit regulierbar, damit sie weder 55 Prozent

übersteigt und somit Korrosion ausschließt, noch unter

45 Prozent sinkt, was gesundheitsschädlich für die Mitarbeiter

wäre. In zwei Laboren mit Hochpräzisionsumgebung kann die

Temperatur konstant auf 20 °C ± 1 °C gehalten werden, um

eine zu starke Ausdehnung der Werkzeuge zu verhindern. Das

Ultrapräzisionslabor, der sensibelste Bereich des AMP, wird sogar

mit einer Genauigkeit von ± 0,2 °C temperiert. Zudem wird

dieses Labor auf einem gesonderten Fundament errichtet, das

berührungslos inmitten des restlichen Gebäudefundaments liegt.

Die tragenden Säulen reichen besonders tief in den Grund hinein

und das Fundament selbst bekommt eine ungewöhnlich hohe

Masse. All das dient als passive Schwingungsdämpfung: Weder

die Schwingungen von der Straße, noch jene, die im Gebäude

selbst entstehen, übertragen sich unmittelbar auf diesen Bereich.

Besondere Raffinesse beweist das Laborkonzept mit seiner

viel seitigen Einsetzbarkeit. 380 m2 der insgesamt 780 m² Labor-

fläche können durch transparente Wände variabel in Einzellabore

unterteilt werden. Zudem ist ein Labor für Prozessentwicklung

vorgesehen, in dem keinerlei feste Einbauten vorgenommen wer-

den, so dass eine Freifläche für flexible, temporäre Experimental-

aufbauten reserviert ist, bspw. zur Überprüfung des mikrobiellen

Befalls von Fluiden, für Experimente zu Galvanikprozessen und

vieles Andere mehr.

Mit dem Neubau entsteht auch ein Applikationszentrum

großflächig strukturierter Bauteile und Systeme (AZ GMS). Hierfür

hat das PTZ maschinell aufgerüstet und ist nun in der Lage,

mittels modernster Technik auch große Bauteile in hoher Genau-

igkeit zu strukturieren. Das ist etwa für die Reinigungstechnik,

aber auch die Strömungs- und die Solartechnik interessant. Erste

Groß projekte warten bereits auf die Fertigstellung des neuen

AMP, mit dem erstmals eine geeignete Laborstruktur für ihre

Umsetzung entsteht.

Grundfläche 1 200 m2

relative Luftfeuchtigkeit 45 – 55 %

BasistemperaturTemperaturabweichung HochpräzisionslaborTemperaturabweichung Ultrapräzisionslabor

20 °C ± 1 °C± 0,2 °C

Schwingungsverhalten z. T. passiv gedämpft

SpeziallaboreHochpräzisionslaborUltrapräzisionslaborLabor für Prozessentwicklung

Variable Laborflächen 380 m2

Kosten 4 Mio €

Laborporträt

20

FUTUR 3/2010 33

Teilnehmer im Versuchsfeld (links), Live-Präsentation des R-Tests zur Messung

der Genauigkeit an einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum (rechts)

Die 5. Berliner Runde führte am 9. und 10. Juni 2010 rund

30 Vertreter aus Industrie und Forschung in Berlin zusammen.

Die Vorträge reichten von den Themen Maschinentrends – speziell

Erodier maschinen, Druckfederfertigung und Ökodesign – über

Analyse und Simulation von Fertigungsprozessen bis hin zur

Sicherheits- und Messtechnik.

Im Rahmen der Veranstaltung wurde außerdem die Genauig-

keitsmessung einer 5-Achs-Fräsmaschine mit Hilfe des R-Tests dar-

gestellt. Begleitend fand eine Industrieausstellung speziell für das

Fachpublikum statt, bei der Vertreter von ITEM Industrietechnik,

Renishaw, SPL Spindel- und Präzisionslager sowie Zimmer&Kreim

ihre Produkte präsentierten. Der Begleitband der Veranstaltung ist nun erhältlich und kann

per Telefon oder E-Mail bestellt werden. Die 6. Ber li ner Runde

ist für den 24. und 25. Februar 2011 im Produktionstechnischen

Zentrum Berlin angesetzt.

Am 9. Juli 2010 erhob sich der Richtkranz in die Luft. Ein Kran der

Baustelle des neuen Anwendungszentrums Mikroproduktions-

technik auf dem PTZ-Gelände zog das Gebinde hoch über das

Dach des Rohbaus. Nach Zimmermannsspruch und Nagelschlag

feierten Bauarbeiter und Mitarbeiter des PTZ mit ihren Familien

gemeinsam den Fortschritt des Neubaus.

Für rund 4 Millionen Euro entstehen angrenzend an das

PTZ hochmoderne Labor- und Arbeitsflächen für den extrem

störungssensiblen Bereich der Mikroproduktionstechnik. Winzige

Teile werden hier ab dem Frühjahr 2011 mit höchster Präzision

gefertigt, Prozesse optimiert und neue Anwendungsgebiete

erschlossen. Erste Großprojekte warten bereits auf die geeignete

Laborstruktur für ihre Durchführung.

Berliner Runde

Neue Konzepte für Werkzeugmaschinen

Der Rohbau steht

Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik

Ihr Ansprechpartner

Christoph König

Tel.: +49 30 314-23568

E-Mail: ckoenig@iwf.tu-berlin.de

Ihr Ansprechpartner

Dr.-Ing. Dirk Oberschmidt

Tel.: +49 30 6392-5106

E-Mail: dirk.oberschmidt@ipk.fraunhofer.de

Ereignisse und Termine

Ereignisse und Termine34

Fraunhofer IPK trifft ...

Chile und Österreich

Ihr Ansprechpartner

Dr.-Ing. Bertram Nickolay

Tel.: +49 30 39006-201

E-Mail: bertram.nickolay@ipk.fraunhofer.de

Sehr interessiert – Dr. Ralph Scheide, Botschafter Österreichs (links),

Engagierter Gast – der chilenische Botschafter Jorge O‘Ryan Schütz (rechts)

Das weltweite Interesse an der Stasi-Puzzle-Technologie reißt

nicht ab. Im August besuchten die Botschafter Chiles und

Österreichs das Fraunhofer IPK, um sich über Möglichkeiten der

Zusammenarbeit zu informieren. Besonderen Anklang fanden

bei den diplomatischen Gästen die neuesten FuE-Arbeiten zur

automatisierten virtuellen Rekonstruktion zerrissener und ge-

schredderter Dokumente, zum 3-D-Scanning und zur Rekonst-

ruktion kultureller Güter sowie zum Thema »Face-Recognition«.

Wie zukünftig die Zusammenarbeit zwischen Fraunhofer IPK

und beiden Ländern ausgebaut werden kann, war Thema der in-

tensiven Gespräche. Chile, seit kurzem auch Fraunhofer-Stand-

ort, sei vor allem an gemeinsamen internationalen FuE-Projekten

und Koope rationen mit deutschen Unternehmen interessiert,

so Jorge O‘Ryan Schütz. Dr. Ralph Scheide war vor allem an der

Rekonstruktionstechnologie des Fraunhofer IPK interessiert –

sie könnte im von Österreich geförderten Archäologieprojekt

»Ephesus« Anwendung finden.

Geduld und Ausdauer hat Dr. Bertram Nickolay, Leiter der Abtei-

lung Sicherheitstechnik, am Fraunhofer IPK schon oft bewiesen.

Das hat er nun auch privat gezeigt: 260 Lieder auf zwölf CDs

umfasst die von ihm mit herausgegebene Anthologie jiddischer

Musik in Deutschland »Sol Sajn«. Gemessen an der mehrere

Tausend Tonträger umfassenden Sammlung des Klezmer-Fans

ist das noch eine kleine Auswahl. Die Anthologie wurde im

August als »eine der künstlerisch herausragenden Neuveröffent-

lichungen des Tonträgermarktes« in die Bestenliste 3/2010 der

Vereinigung »Preis der deutschen Schallplattenkritik« aufge-

nommen. Die Jury setzt sich aus 140 namhaften Musikkritikern,

Journalisten und Musikexperten Deutschlands, Österreichs und

der Schweiz zusammen.

CD-Box »Sol Sajn«, © Bear Family Records 2008

Technik im Kopf, Musik im Blut

Schallplattenkritik lobt Dr. Nickolay

FUTUR 3/2010 35

Ihr Ansprechpartner

M. Sc. David Carlos Domingos

Tel.: +49 30 6392-3961

E-Mail: david.carlos.domingos@ipk.fraunhofer.de

es speziell um die »Produktionsoptimierung und -steigerung von

FLEX-Motoren für den brasilianischen Markt«, so der Titel des

Workshops. Wissenschaftler und Industriepartner erarbeiteten da-

bei effizientere Fertigungsverfahren für das Produkt und schlossen

sich auch gleich zu einem achtköpfigen Konsortium zusammen,

das für die praktische Umsetzung der Ideen sorgen wird.

Der Workshop in Sao José dos Campos wurde vom BMBF im

Rahmen des »Deutsch-Brasilianischen Jahres der Wissenschaft,

Technologie und Innovation 2010/11« gefördert.

FLEX-Motoren sind spezielle Motoren, die sowohl mit Benzin oder

Ethanol, als auch mit einer Mischung aus beidem betrieben wer-

den können. Obwohl die benötigten Werkstoffe für die Ventile

des innovativen Motors schwieriger zu bearbeiten sind, als die

gewöhnlicher Benzinmotoren, sehen Ingenieure und Ökonomen

in Brasilien einen aufstrebenden Markt für ein solches Produkt.

Am 27. Oktober 2010 führten das Fraunhofer IPK und sein

brasilianischer Kooperationspartner, das Kompetenzzentrum für

Fertigungstechnik (CCM) vom Institut für Luftfahrt (ITA) in Sao

José dos Campos, einen Workshop zum Thema durch. Dabei ging

Workshop mit Anschlussprojekt

FLEX-Motoren für den brasilianischen Markt

Ihr Ansprechpartner

Dr.-Ing. Bertram Nickolay

Tel.: +49 30 39006-201

E-Mail: bertram.nickolay@ipk.fraunhofer.de

Das Leid der Opfer politischer Gewaltherrschaft nicht in Verges-

senheit geraten zu lassen, ist das Ziel der Union der Opferverbän-

de kommunistischer Gewaltherrschaft (UOKG) e.V. Die UOKG

wurde 1991 gegründet und vereinigt heute mehr als 30 Verbän-

de und Initiativen aus ganz Deutschland. Als Dachorganisation

fördert die UOKG die Zusammenarbeit von Opferverbänden und

Initiativen im In- und Ausland. Dazu veranstaltet sie Kongresse

und Tagungen und fördert wissenschaftliche Projekte.

Am 30. August 2010 informierten sich zehn Vertreter der

UOKG am Fraunhofer IPK über den aktuellen Stand des FuE-Pro-

jekts zur automatisierten virtuellen Rekonstruktion von Stasiakten.

Die Pilot phase, in der zunächst 400 Säcke mit zerrissenen Doku-

menten verarbeitet werden, läuft mit Erfolg und soll Ende 2011

abgeschlossen werden. Rainer Wagner, Bundesvorsitzender der

UOKG, zeigte sich beeindruckt vom Engagement der Fraunhofer-

Forscher und sicherte die Unterstützung des Verbandes für den

weiteren Verlauf des Projekts zu.

Geschichte aufarbeiten

Union der Opferverbände kommunistischer Gewaltherrschaft

Ereignisse und Termine36

Vom 6. bis 7. Oktober 2010 fand im Produktionstechnischen

Zentrum Berlin das zweite Statuskolloquium der BRAGECRIM-

Initiative statt. »BRAGECRIM – Brazilian-German Collaborative

Research Initiative in Manufacturing« wurde im Mai 2008 im

Beisein von Brasiliens Staatspräsident Luiz Inácio Lula da Silva

und Bundeskanzlerin Dr. Angela Merkel als Forschungsverbund

ins Leben gerufen, um die Zusammenarbeit zwischen deutschen

und brasilianischen Forschern auf dem Gebiet der Produktions-

technik zu intensivieren. Seitdem hat BRAGECRIM vor allem den

akademischen Austausch im Bereich der nachhaltigen Wert-

schöpfung unterstützt. Gefördert wird der Forschungsverbund

von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und ihren brasiliani-

schen Partnerorganisationen CAPES, CNPq und FINEP.

In Berlin kamen jetzt rund 90 Teilnehmer aus zehn brasilia-

nischen Universitäten und 13 deutschen Hochschulen und

Forschungseinrichtungen zusammen, um sich über erste Ergeb-

nisse deutsch-brasilianischer Projekte zu den Themen Logistik,

Metrologie, Produktionstechnologien und Nachhaltigkeit zu

informieren. Als Keynote Speaker ergänzte Dr. Udo Wunsch

von der Voith Hydro Holding die akademischen Vorträge mit

Best-Practice-Beispielen brasilianisch-deutscher Zusammenarbeit.

Zuvor hatte der brasilianische Botschafter Dr. Everton Vieira Var-

gas die enorme Wichtigkeit der Forschungskooperation beider

Länder betont. Mehr Informationen über BRAGECRIM unter:

www.dfg.de

Ihr Ansprechpartner

M. Sc. Eng. Jens C. Palacios Neffke

Tel.: +49 30 314-28887

E-Mail: palacios@mf.tu-berlin.de

(v. l. n. r.) Dr. Ferdinand Hollmann, Dr. Dietrich Halm

(beide DFG), Prof. Dr.-Ing. Tilo Pfeifer (RWTH Aachen,

BRAGECRIM-Vorsitzender)

BRAGECRIM 2010

Brasilianisch-Deutsche Forschungskooperation

FUTUR 3/2010 37

Innovative approaches to technically assisted rehabilitation will

once again be on the agenda in Berlin at the TAR 2011 confer-

ence. In the near future there will be an increasing demand of

patients in need of effective rehabilitation due to a growing

number of people suffering from the so-called »diseases

of civilisation«. Over the last few years numerous exciting

technological innovations have been generated to support the

rehabilitation process and to help disabled people in their daily

lives. Completely new therapeutic approaches have been inte-

grated into in-patient and out-patient rehabilitation processes

in many European countries.

Following the success of previous TAR conferences TAR

2011 will be both: A forum for scientific exchange as well as

a place to meet people from academia and industry working

with the objective of improving health care, rehabilitation and

support in daily life for people in need. The TAR conferences

continue their progress as the European forum for presenta-

tion and discussion of the latest technological innovations in

rehabilitation.

TAR 2011 will bring together experts from a broad range

of disciplines and institutions working on Technically Assisted

Rehabilitation. Berlin, the »Health City«, is an ideal location for

this meeting, offering an inspiring research-driven climate for

all health topics.

The TAR 2011 main topics are

Disease/disturbance focused

– Musculoskeletal System

– Sensory Systems (visual, audio, balance)

– Nervous System

Interdisciplinary

– Prosthetics/Orthotics

– Neuro-rehabilitation

– Tele-rehabilitation

– Biomechanics

– Intelligent Assistive Technologies

– Ambient Assisted Living

– User orientated system design

For registration and further information see:

www.tar-conference.eu

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Henning Schmidt

Tel.: +49 30 39006-149

E-Mail: henning.schmidt@ipk.fraunhofer.de

Technically Assisted Rehabilitation

3rd European Conference, 17. – 18. March 2011

Ereignisse und Termine38

Die Konferenz ist ein internationaler, branchenweiter Treffpunkt

für Unternehmen, Zulieferer und Kunden im Bereich MRO. Hier

kommen Experten aus aller Welt zum Informations- und Erfah-

rungsaustausch auf dem zukunftsträchtigen Gebiet »Maintenance,

Repair and Overhaul« zusammen. Namhafte Referenten aus Wis-

senschaft und Praxis präsentieren neue Konzepte und Strategien in

folgenden Themenbereichen:

– MRO-Produkte: MRO-gerechte Konstruktion,

– Konzepte: MRO-Planung, Prozesse und IT,

– Technologien: Adaptive MRO, Prozessketten und Technologien,

– Condition Monitoring: Intelligente MRO.

Die »Internationale Konferenz MRO« hat den Anspruch, aktuelle

Entwicklungen umfassend zu reflektieren, bislang unerschlos-

sene Potenziale aufzuzeigen und Wege in eine erfolgreiche

Zukunft zu weisen.

Maintenance, Repair and Overhaul

Internationale Konferenz MRO, 24. – 25. März 2011

Secure Identity

3rd International Conference, 5. April 2011

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Thorsten Sy

Tel.: +49 30 39006-282

E-Mail: thorsten.sy@ipk.fraunhofer.de

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Markus Röhner

Tel.: +49 30 39006-279

E-Mail: markus.roehner@ipk.fraunhofer.de

The congress gives experts on »Secure Identity« the opportunity

for a scientific exchange, covering all aspects from personal to

product identity and biometrics to RFID-technology. Besides

its scientific focus, the congress also addresses topics such as

industrial applications and economical views. In the course of

the 3rd Congress »Secure Identity« we offer the possibility to visit

the Euro ID trade show, which – among numerous other topics –

deals with »Secure Identity«.

KEY TOPICS/SESSIONS

– Secure Identity of persons

– Secure Identity of products

– Secure Identity of intellectual property

– Secure Identity in communication

– Secure Identity of materials and technologies

– Biometrics

– Image processing

– Pattern recognition

– Face detection, analysis, and recognition

– Vision-based Secure Identity

– Tracking of people and objects

FUTUR 3/2010 39

Termine

Messen, Tagungen, Workshops

TIPP Kongress »Ressourceneffiziente Produktion«, 2. März 2011

Zur Wissenschaft gehört die Wissenschaftskommunikation. Unsere

Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung präsentieren wir regel-

mäßig auf Messen, Tagungen und in Seminaren. Wo und wann Sie mit

uns ins Gespräch kommen können, verrät Ihnen unser Terminkalender.

Deutschland zählt beim Verbrauch fossiler Brennstoffe zu

den größten Rohstoffkonsumenten der Welt, gilt aber selbst als

rohstoffarm. Laut der erschienenen Studie »Energieeffizienz in

der Produktion« der Fraunhofer-Gesellschaft verbraucht allein die

deutsche Industrie 40 Prozent der Primärenergie. Soll die Wett-

bewerbsfähigkeit Deutschlands auf dem internationalen Markt

weiterhin gestärkt werden, muss die Produktion mit weniger

Rohstoffen und Ressourcen auskommen.

Die produktionstechnischen Forschungsinstitute der

Fraunhofer-Gesellschaft stellen sich dieser Herausforderung: Sie

bündeln ihre Kompetenzen im Verbund Produktion und bieten

mit dem 2. Kongress »Ressourceneffiziente Produktion« am

2. März 2011 eine Plattform, die dem fachlichen Austausch

zu energie- und ressourcenschonenden Innovationen in der

Produktionstechnik dient. Erste Ergebnisse und Erfolge werden

in drei Vortragsblöcken präsentiert: »Ressourcenschonende

Fertigungsprozesse«, »Energieeffiziente Produktionsanlagen« und

»Nachhaltige Produktionskonzepte/Fabriken«.

Der 2. Kongress »Ressourceneffiziente Produktion« findet

parallel zu den Branchenmessen »Z 2011« und »intec 2010« im

Congress Center Leipzig statt.

Ihr Ansprechpartner

Fraunhofer IWU

Dipl.-Ing. Heiko Riede

Reichenhainer Straße 88

09126 Chemnitz

Tel.: +49 371 5397-1462

E-Mail: kongress@iwu.fraunhofer.de

24. – 25. Februar 2011 Berliner Runde »Energieeffizienz und Produktivitäts steigerung durch Retrofitting«

17. – 18. März 2011 3rd European Conference »Technically Assisted Rehabilitation – TAR 2011«

24. – 25. März 2011 International Conference »Maintenance, Repair and Overhaul – MRO«

25. März 2011 Industriearbeitskreis »Werkzeugbeschichtungen und Schneidstoffe«

4. – 8. April 2011 Hannover Messe: SOPRO – Selbstorganisierende Produktion

5. April 2011 3rd Congress »Secure Identity«

14. – 15. April 2011 Workshop »Praxis der Mikrofertigung: Funkenerosion und Laserstrahl-Abtragen«

2. – 6. Mai 2011 Seminar »CNC-Technik: Dreh- und Fräsbearbeitung in der flexiblen Fertigung«

4. – 5. Mai 2011 AdvanCer: Schulung »Bearbeitung von Hochleistungskeramik«

Terminkalender

Kurzprofil

Produktionstechnisches

Zentrum (PTZ) Berlin

Ihre Ansprechpartner im PTZ Berlin

UnternehmensmanagementProf. Dr.-Ing. Kai MertinsTel.: +49 30 39006-233, -234kai.mertins@ipk.fraunhofer.de

Virtuelle Produktentstehung,Industrielle InformationstechnikProf. Dr.-Ing. Rainer StarkTel.: +49 30 39006-243rainer.stark@ipk.fraunhofer.de

Produktionssysteme, Werkzeugmaschinen undFertigungstechnik Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart UhlmannTel.: +49 30 39006-101eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de

Füge- und Beschichtungstechnik (IPK)Prof. Dr.-Ing. Michael RethmeierTel.: +49 30 8104-1550michael.rethmeier@ipk.fraunhofer.de

Füge- und Beschichtungstechnik (IWF)Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Johannes Wilden Tel.: +49 30 314-28247 johannes.wilden@tu-berlin.de

Automatisierungstechnik,Industrielle AutomatisierungstechnikProf. Dr.-Ing. Jörg KrügerTel.: +49 30 39006-181joerg.krueger@ipk.fraunhofer.de

Montagetechnik und FabrikbetriebProf. Dr.-Ing. Günther SeligerTel.: +49 30 314-22014guenther.seliger@mf.tu-berlin.de

QualitätswissenschaftProf. Dr.-Ing. Roland JochemTel.: +49 30 314-22004roland.jochem@tu-berlin.de

MedizintechnikProf. Dr.-Ing. Erwin KeeveTel.: +49 30 39006-120erwin.keeve@ipk.fraunhofer.de

Fraunhofer-Innovationscluster

Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) in Energie und VerkehrDipl.-Ing. Markus RöhnerTel.: +49 30 39006-279markus.roehner@ipk.fraunhofer.de

Sichere IdentitätDipl.-Phys. Thorsten SyTel.: +49 30 39006-282thorsten.sy@ipk.fraunhofer.de

Fraunhofer-Allianzen

AdvanCer HochleistungskeramikTiago Borsoi Klein M.Sc. Tel.: +49 30 39006-154tiago.borsoi.klein@ipk.fraunhofer.de

ReinigungstechnikDipl.-Ing. Martin BilzTel.: +49 30 39006-147martin.bilz@ipk.fraunhofer.de

VerkehrDipl.-Ing. Werner SchönewolfTel.: +49 30 39006-145werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de

Arbeitskreise

Werkzeugbeschichtungenund SchneidstoffeDipl.-Ing. Timo ReinickeTel.: +49 30 314-21791reinicke@iwf.tu-berlin.de

KeramikbearbeitungDipl.-Ing. Vanja MihotovicTel.: +49 30 314-23473mihotovic@iwf.tu-berlin.de

TrockeneisstrahlenDipl.-Ing. Martin BilzTel.: +49 30 39006-147martin.bilz@ipk.fraunhofer.de

MikroproduktionstechnikDr.-Ing. Dirk OberschmidtTel.: +49 30 6392-5106dirk.oberschmidt@ipk.fraunhofer.de

Berliner Runde (Werkzeugmaschinen)Dipl.-Ing. Bernd DuchsteinTel.: +49 30 314-24456duchstein@iwf.tu-berlin.de

Kompetenzzentren

AnwendungszentrumMikroproduktionstechnik (AMP)Dr.-Ing. Dirk OberschmidtTel.: +49 30 6392-5106dirk.oberschmidt@ipk.fraunhofer.de

BenchmarkingDr.-Ing. Holger KohlTel.: +49 30 39006-168holger.kohl@ipk.fraunhofer.de

ElektromobilitätDipl.-Ing. Werner SchönewolfTel.: +49 30 39006-145werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de

Mehr Können – Weiterbildung 2010Claudia EngelTel.: +49 30 39006-238claudia.engel@ipk.fraunhofer.de

Methods-Time MeasurementDipl.-Ing. Aleksandra PostawaTel.: +49 30 314-26866postawa@mf.tu-berlin.de

Modellierung technologischer und logistischer Prozesse in Forschung und LehreDipl.-Ing. Sylianos Chiotellis M.Sc.Tel.: +49 30 314-23547skernb@mf.tu-berlin.de

PDM/PLMDr.-Ing. Haygazun HaykaTel.: +49 30 39006-221haygazun.hayka@ipk.fraunhofer.de

Rapid PrototypingDipl.-Ing. (FH) Kamilla UrbanTel.: +49 30 39006-107kamilla.urban@ipk.fraunhofer.de

SimulationDipl.-Ing. Thomas KnotheTel.: +49 30 39006-158thomas.knothe@ipk.fraunhofer.de

Self-Organising Production (SOPRO)Eckhard HohwielerTel.: +49 30 39006-121eckhard.hohwieler@ipk.fraunhofer.de

Szenarien für die Produkt-entwicklung und FabrikplanungDipl.-Ing. Marco EisenbergTel.: +49 30 314-25549meisenberg@mf.tu-berlin.de

Virtual Reality Solution Center (VRSC)Dr.-Ing. Johann Habakuk IsraelTel.: +49 30 39006-109johann.habakuk.israel@ipk.fraunhofer.de

Wiederverwendung von BetriebsmittelnDipl.-Ing. Timo FleschutzTel.: +49 30 314-22404tfleschutz@mf.tu-berlin.de

WissensmanagementDr.-Ing. Dipl.-Psych. Ina KohlTel.: +49 30 39006-264ina.kohl@ipk.fraunhofer.de

Zentrum für Innovative Produktentstehung (ZIP)Dr.-Ing. Haygazun Hayka Tel.: +49 30 39006-221haygazun.hayka@ipk.fraunhofer.de

Das Produktionstechnische Zentrum

PTZ Berlin umfasst das Institut für

Werkzeugmaschinen und Fabrikbe-

trieb IWF der Technischen Univer sität

Berlin und das Fraunhofer-Institut

für Produktionsanlagen und Kons-

truktionstechnik IPK. Im PTZ werden

Methoden und Technologien für das

Management, die Produktentwick-

lung, den Produktionsprozess und

die Gestaltung industrieller Fabrikbe-

triebe erarbeitet. Zudem erschließen

wir auf Grundlage unseres fundierten

Know-hows neue Anwendungen in

zukunftsträchtigen Gebieten wie der

Sicherheits-, Verkehrs- und Medizin-

technik.

Besonderes Ziel des PTZ ist es, neben

eigenen Beiträgen zur anwendungs-

orientierten Grundlagenforschung neue

Technologien in enger Zusammenarbeit

mit der Wirtschaft zu entwickeln. Das

PTZ überführt die im Rahmen von For-

schungsprojekten erzielten Basisinnova-

tionen gemeinsam mit Industriepartnern

in funktionsfähige Anwendungen.

Wir unterstützen unsere Partner von der

Produktidee über die Produktentwicklung

und die Fertigung bis hin zur Wiederver-

wertung mit von uns entwickelten oder

verbesserten Methoden und Verfahren.

Hierzu gehört auch die Konzipierung von

Produktionsmitteln, deren Integration in

komplexe Produktionsanlagen sowie die

Innovation aller planenden und steuern-

den Prozesse im Unternehmen.