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In neuem Licht - die Photonik eröffnet dem Maschinenbau ein aussichtsreiches Betätigungsfeld

MASCHINEN- UND ANLAGENBAU | GENIOS BranchenWissen Nr. 04/2010 vom 21.04.2010


Wachstumschancen für alle - auch für den Maschinenbau

Optische Technologien gelten als ein zukünftiges Wachstumsfeld ersten Ranges. Die auch als Photonik bezeichnete Branche macht sich allerdings gerade erst auf, in ihre kommende Bedeutung hineinzuwachsen. Industrieverbände wie der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA), Unternehmen und Forschungseinrichtungen haben darum dazu aufgerufen, die Photonik zu einem Generalthema von Wirtschaft, Wissenschaft und Politik zu machen. Bereits auf den Weg gebracht ist ein Strategieprozess, der unter dem Titel Photonik 2010 die Potenziale der Zukunftsbranche beleuchten soll. (1), (2)


Drehbuch für einen visionären Markt

Viele der Möglichkeiten, die optische Lichtquellen einmal eröffnen werden, muten heute noch visionär an. 300 Forscher aus Industrie, Forschungsinstituten und Hochschulen sind darum damit beauftragt worden, ein Drehbuch dafür zu schreiben, wie die Photonik am Standort Deutschland fest verankert werden kann. Insgesamt sind es derzeit 1 500 hoch qualifizierte Entwickler, die gemeinsam mit dem Bundesforschungsministerium versuchen, Leitplanken für den Weg in die optische Zukunft aufzustellen. Das Verfahren macht deutlich, wie groß die Möglichkeiten der Photonik sind, zeigt aber gleichzeitig, dass bisher noch kaum jemand weiß, wie das Thema ganzheitlich angegangen werden soll. Einen deutschen Branchenverband haben die Optoelektroniker freilich schon: Er heißt Spectaris. (1), (2)


Deutschland führend in der Fertigung

Bei Forschung und Entwicklung haben deutsche Unternehmen Nachholbedarf, in der Fertigung indessen sind sie führend. Trotz der Wirtschaftskrise stieg der Umsatz der Branche seit 2005 um mehr als zwölf Prozent. Die Zahl der Beschäftigten wuchs um 20 Prozent auf aktuell 120 000 Mitarbeiter. (10)


Vielfältige Anwendungsgebiete

Photonik ist ein Kunstwort, das sich aus Photon (griechisch für Licht) und Elektronik zusammensetzt. Für den Maschinenbau bedeutet sie insbesondere die Verwendung von Licht als Werkzeug, etwa in Lasern. Sie sind heute in der Lage, zu schweißen, zu schneiden und zu bohren. Zudem werden Laser als Lichtleiter oder zum Polieren eingesetzt. Weil sie in der Produktion chemische und thermische Prozesse ersetzen können, werden sie den Green Photonics zugerechnet. Auch bei der Herstellung miniaturisierter Schaltkreise spielen sie ihre Stärken aus.

In der Medizintechnik wird das Licht ganz neue Möglichkeiten für die Diagnose und die Therapie mit sich bringen. Weitere Anwendungsfelder sind die Informations- und Kommunikationstechnik, die durch optische Technologien einmal revolutioniert werden könnten. Auch eine spezielle Teilbranche des Maschinen- und Anlagenbaus könnte durch die Photonik einen tiefgreifenden Wandel erfahren, nämlich die Photovoltaik. (1), (2)


Umweltfreundlich und effizient

Photonik-Lösungen sind dazu geeignet, gesellschaftliche Probleme überall auf dem Globus in den Griff zu bekommen. Zeigen lässt sich dieses Potenzial heute schon am beginnenden Siegeszug der LED-Beleuchtung. LEDs erzeugen mit wenig Strom viel Licht und können daher ein wichtiger Baustein dabei sein, weltweit den Stromverbrauch und damit den CO2-Ausstoß zu mindern. (1), (2)


Leuchtende Zukunft für die LED

Die Licht emittierende Diode ist in Deutschland unter der Bezeichnung LED oder auch Leuchtdiode bekannt. Das Licht der kleinen Birnchen - um sie einmal so zu nennen - wird heute noch oft als ungemütlich empfunden, doch geht die Entwicklung rasend schnell voran. Dies betrifft insbesondere den Wirkungsgrad der LEDs, der beständig erhöht wird. LED-basierte Lichtsysteme verbrauchen wenig Energie und können heute schon so abgestimmt werden, dass sich Wohnzimmer oder Nachtlokale gleichermaßen damit beleuchten lassen. Die unerschöpfliche Anzahl der Farben erlaubt es, das Licht der LEDs jeder Bestimmung anzupassen. Dass die LED einmal die Glühbirne und vielleicht sogar die Energiesparlampe ablösen könnte, zeigt ihre Einsetzbarkeit etwa in Straßenbeleuchtungen. Viele Kommunen in Deutschland erwägen eine Investition in LED-Laternen, um Kosten einzusparen. (3), (4)





Fallbeispiele


Spektakuläre Lichtbremse

Schon 1999 ist es amerikanischen Forschern gelungen, Licht zu verlangsamen. Das damals sensationelle Experiment hatte zum Ergebnis, dass sich Licht in einem ultrakalten Gas von Natriumatomen 20 Millionen Mal langsamer fortbewegt als normalerweise, nämlich mit gut 60 Stundenkilometern statt mit einer Milliarde Km/h. Die spektakuläre Lichtbremse verheißt heute unbekannte Möglichkeiten für zukünftige Glasfasernetze. (5)


Laser helfen in der Logistik

In der Lagertechnik stellen fahrerlose Gabelstapler eine kostenmindernde Neuerung dar. Das Problem bestand darin, die Fahrzeuge zu navigieren, wofür heute auch der Laser verwendet wird. Die Gabelstapler sind mit Laserscannern ausgerüstet, die in drei Raumrichtungen ihre Entfernung zu stehenden und bewegten Objekten ausmessen. Neue Fahrstrecken werden durch einmaliges Abfahren programmiert. Die Stapler führen ihre Aufträge mit Hilfe der Lichttechnik zielgenau aus. (6)


Strahlender Glanz durch polierende Laser

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik (ILT) in Aachen haben einen Laser erfunden, der Oberflächen blank poliert. Der Einsatz von Poliermitteln und Schwabbelscheiben erübrigt sich damit, ebenso ein Arbeiter, der sonst stundenlang mit seinem Werkstück beschäftigt ist. Der Laserstrahl schmilzt dabei die Oberfläche an, bis die Oberflächenspannung dafür sorgt, dass das flüssige Metall gleichmäßig verläuft und als glatte Fläche erstarrt. Die Qualität menschlicher Handarbeit erreicht der neue Laser zwar noch nicht ganz, doch ist die Entwicklung noch lange nicht abgeschlossen. Die Forscher sehen für den Polierlaser große Marktchancen, denn die Zeitersparnis ist enorm. (7)



Zahlen & Fakten



Neues Forschungszentrum in Stuttgart

Baden-Württembergs Hauptstadt gilt bereits als ein Opto-Standort und hat jetzt überdies ein neues Forschungszentrum eröffnet. Das Stuttgart Research Center for Photonic Engineering (SCoPE) beherbergt Physiker und Ingenieure aus acht verschiedenen Instituten, die hier ihr Wissen zusammenlegen. An Bord sind auch industrielle Partner wie Alcatel-Lucent, Zeiss, Bosch und Trumpf. Das Institut arbeitet explizit mit dem Ziel, Forschungsergebnisse möglichst schnell für die industrielle Produktion nutzbar zu machen. Angeboten wird am SCoPE überdies ein neuer Studiengang, der den Namen Photonic Engineering trägt. (8)


VDMA gründet Photovoltaik-Plattform

Der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer (VDMA) hat der steigenden Bedeutung des Photovoltaik-Anlagenbaus Rechnung getragen und darum kürzlich eine eigenständige Plattform gegründet. Rund einhundert der im VDMA organisierten Firmen befassen sich mit der Photovoltaik. (9)

Weiterführende Literatur:

(1.)Ein neues Licht geht auf / Die Einsatzvielfalt der Optoelektronik ist längst noch nicht genutzt. Die Industrie arbeitet nun mit Hochdruck daran.
aus Frankfurter Allgemeine Zeitung Nr. 136 vom 16.06.2009, Seite 18

(2.)Ein Lichtstreif für die deutsche Industrie / 1500 Fachleute forschen über Photonik und sollen einen Zukunftsmarkt aufbauen
aus Frankfurter Allgemeine Zeitung Nr. 68 vom 22.03.2010, Seite 15

(3.) Licht- und Beleuchtungssysteme / High-Power-LED-Matrix
aus Elektronikpraxis Nr. 023 vom 03.12.2009 Seite 042

(4.) LED-Lampen / Eine maßgeschneiderte Straßenbeleuchtung
aus Elektronikpraxis Nr. 001 vom 12.01.2010 Seite 048

(5.) Licht in der Warteschleife soll Glasfasernetze schneller machen
aus VDI NR. 12-13 VOM 26.03.2010 SEITE 13

(6.) Laser dirigiert fahrerlose Stapler sicher zum Ziel
aus VDI NR. 01 VOM 08.01.2010 SEITE 9

(7.) Laser bringt Metall auf Hochglanz
aus VDI NR. 02 VOM 15.01.2010 SEITE 12

(8.)Photonische Technologien / Neues Forschungszentrum in Stuttgart
aus Industrieanzeiger Nr. 52 vom 14.12.2009, Seite 7

(9.)VDMA gründet Photovoltaik-Plattform
aus Energie & Management/Powernews.org Nr. 11:58 vom 07.04.2010

(10.) Laser-Experten made in Germany / Die Welt lässt in Deutschland ausbilden und forschen
aus Financial Times Deutschland vom 19.04.2010, Seite 2SA02

R.Reuter

Metainformationen

Quelle: GENIOS BranchenWissen Nr. 04/2010 vom 21.04.2010
Dokument-ID: s_mas_20100421

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