DEUTSCHLANDS TECHNOPOLIS

In diesem Jahr wird das 60-jährige Jubiläum gefeiert. Viele Fraunhofer-Institute sind weltweit einzigartig. Wie definiert man Erfolg? In aller Welt bekannt ist Fraunhofer für die Erfindung von mp3. Lange Zeit galt mp3 als „hottest thing” im Internet. Doch fragt man Hans-Jörg Bullinger, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft, nach dem Audiostandard mp3, legt sich seine Stirn in Falten. Deutschland dürfe sich nicht zu viele mp3s leisten, provoziert er. Dabei wäre die Fraunhofer-Gesellschaft glücklich, wenn ihre Forscher mehr derart erfolgreiche Patente erhielten. Schmunzelnd löst Bullinger den Widerspruch auf: Wie beim Fax hätten bei mp3 andere Länder die Erfindung aus Deutschland zu einem Kultobjekt und damit zu viel Geld gemacht. Apple verdiene Milliarden daran, Deutschland wenig. Seine Mahnung richtet sich an die deutschen Unternehmen, die immer wieder zögerlich oder zu spät deutsche Erfindungen aufgreifen und zu Innovationen machen. Dass sich der Präsident dennoch ein Grinsen nicht verkneifen kann, liegt an den mehr als 100 Millionen Euro, die der mp3-Standard an Lizenzgebühren bereits in die Fraunhofer-Kassen gespült hat. Weil die Einnahmen zeitweise so anschwollen, dass Forschungs- und Finanzministerium die Grundfinanzierung der Gesellschaft zu schmälern drohten, leitet man jetzt den Geldstrom in eine Stiftung um, die neue und innovationsträchtige Forschung bei Fraunhofer anschieben soll. PRÄSENT UND ENERGISCH Das Audioformat war auch ein Segen für die deutsche Wirtschaft. „2007 wurden in Deutschland 300 Millionen Euro allein mit mp3-Klingeltönen umgesetzt. Daran hängen 9000 Arbeitsplätze”, behauptet Heinz Gerhäuser. Gerhäuser ist Leiter jenes Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen, an dem Mitte der 1990er-Jahre der mp3-Standard entwickelt und zum Welterfolg gemacht wurde. mp3 ist ein gutes Beispiel, wie sich die Fraunhofer-Gesellschaft gewandelt hat. Noch in den 1980er-Jahren galt sie vielen als mitunter naiver Handlanger der Industrie für kleine Entwicklungsdienstleistungen. Inzwischen ist die Gesellschaft ein selbstbewusster Partner in strategischen Forschungs- und Entwicklungsprojekten. „Man muss präsent sein in der Öffentlichkeit, Patente energisch durchsetzen und nutzen”, weiß Gerhäuser. Eine neue Generation von Institutsleitern beherzigt diese Ratschläge. Planbar sind Erfolge dadurch noch lange nicht. Doch das Verhältnis von Erfolgen zu Flops, die jede Forschungsorganisation verkraften muss, hat sich – vor allem im letzten Jahrzehnt – deutlich verbessert. Ein Erfolgsgeheimnis ist der enge Kontakt zur Industrie, der unter dem aktuellen Präsidenten Bullinger höchste Priorität hat. „Früher haben wir eine Technologie entwickelt und dann überlegt, wer sie brauchen könnte”, erinnert sich Herbert Reichl, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin, „heute ist es umgekehrt.” Andererseits nutzten die Institute ihr Know-how viel besser, um über einzelne Industrieprojekte hinaus Technologien voranzutreiben und diese in gänzlich neue Anwendungsfelder einzuführen – manchmal auch gegen den Widerstand der Industriepartner, die am liebsten alles exklusiv wollen. „Bloß keine Exklusivrechte vergeben”, warnt Reichl, der festgestellt hat, dass die Unternehmen den Vorteil des ungehinderten Know-how-Austausches zunehmend erkennen. AN DEN LASER GLAUBTEN WENIGE Der Austausch funktioniert inzwischen auch in einer sehr engen Symbiose zwischen einem Fraunhofer-Institut und einem großen Unternehmen. So ist der Aufstieg der Firma Trumpf im schwäbischen Ditzingen (Umsatz im Geschäftsjahr 2007/08: 2,1 Milliarden Euro, knapp 8000 Beschäftigte) zum Weltmarktführer für Laserbearbeitungsmaschinen eng mit den Erfolgen des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen verknüpft. Das ILT wurde 1984 gegründet, ziemlich genau ein Vierteljahrhundert nachdem Theodore Maiman den ersten Laser gebaut hatte. Mitte der 1980er-Jahre wurden Laser lediglich als Forschungsgeräte eingesetzt. Nur wenige – allen voran ILT-Gründer Gerd Herziger – glaubten an seine Zukunft als universelles Werkzeug, das auch Metalle bearbeiten kann. Zu jener Zeit entwickelte Herziger zusammen mit dem Trumpf-Chef Berthold Leibinger einen Kohlendioxid-Laser mit einer Leistung von 20 Kilowatt, der vier Zentimeter dickes Metall schneiden konnte. Mit von der Partie war Reinhart Poprawe. „Während der Weihnachtsferien haben wir an der TH Darmstadt in Mänteln gearbeitet, weil die Heizung abgestellt war”, erinnert sich Poprawe. 1987 ging der damalige Jungforscher zu Thyssen – mit dem festen Vorsatz: „Nie wieder öffentlicher Dienst!” Neun Jahre später wurde Poprawe rückfällig. Seit 1996 ist er Leiter des ILT: „Mein Herz schlägt halt auf der Innovationsseite.” Das Herzblut zahlte sich aus. Immer wieder gelangen dem ILT Durchbrüche bei der Laseranwendung: der erste diodengepumpte Festkörperlaser, später dann Faserlaser und Stablaser – viele Technologien, die Trumpf zur Marktführerschaft verhalfen. Wo früher ein zehn Kilowatt starker CO2-Laser groß wie ein Kühlschrank war, ist ein vergleichbarer Diodenlaser heute klein wie ein Zuckerwürfel. Eine Innovation ist die Basis für den nächsten Schritt – zum Beispiel für eine Anwendung, die das ursprüngliche Projekt gar nicht vorsah. So hat am ILT vor 25 Jahren niemand damit gerechnet, das man mit Lasern eines Tages Turbinenschaufeln von Flugzeugtriebwerken instand setzen könnte. Zusammen mit Rolls-Royce hat das ILT eine Variante des Laserauftragschweißens entwickelt, bei dem wenige Gramm Titanpulver genügen, um die Turbinenschaufeln und Gehäuse zu regenerieren. Diese bestehen aus extrem teuren Einkristallen und mussten bisher bei Verschleiß ersetzt werden. Beim Aufschmelzen mit dem Laser entsteht wieder ein Einkristall, die verschlissenen Teile sind wie neu. Jüngstes Highlight des ILT ist ein „Laserdrucker”, bei dem der Laser Metallpulver Schicht für Schicht so gezielt schmilzt, dass dreidimensionale Gebilde entstehen. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, 100 verschiedene Zahnimplantate in einem einzigen Druckprozess aus Titanpulver herzustellen. Auch individuelle Innenohrimplantate sind schon im Einsatz. DER FUCHS UND DIE FABRIK Maßstäbe setzte die Fraunhofer-Gesellschaft schon immer bei der Organisation der Zusammenarbeit von Forschung und Industrie. Als neutraler Akteur brachte man Partner an einen Tisch, die sonst nicht miteinander geredet hätten. Auf 1974 datiert Rolf Dieter Schraft – bis 2007 Leiter des Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA – das erste Verbundprojekt in Deutschland, in dem auf IPA-Initiative mehrere Forschungseinrichtungen und konkurrierende Unternehmen Industrieroboter zur Humanisierung des Arbeitslebens entwickelten. „Das kann gar nicht funktionieren”, meinten damals die Verantwortlichen im Bundesforschungsministerium. Heute sind große Verbundprojekte fast die Regel, weil wichtige Forschungsthemen von nationaler Bedeutung sonst gar nicht finanzierbar wären und zu wenig Durchschlagskraft hätten. Das IPA liefert Beispiele für Forschungsthemen, die ihrer Zeit so weit voraus waren, dass sie zunächst in der Versenkung verschwanden. Als Visionär betätigte sich der ehemalige IPA-Institutsleiter Hans-Jürgen Warnecke, der von 1993 bis 2002 als Präsident die Fraunhofer-Gesellschaft führte. 1987 sorgte Warnecke mit dem Pilotprojekt „Fabrik 2000″ für Furore. Darin entwarfen Forscher die Vision einer Fabrik, in der Roboter jede Arbeit übernehmen. Inzwischen sind menschenleere Fabriken kein Thema mehr. Der strategische Fuchs Warnecke stellte die Ursprungsidee einfach auf den Kopf. Mitte der 1990er-Jahre war die Idee der „Fraktalen Fabrik” geboren. Darunter verstehen Experten eine Produktionsphilosophie, in der Teams umfangreiche Tätigkeiten selbst organisieren und somit auf aktuelle Marktanforderungen rasch reagieren können. Neuerdings meinen immer mehr Experten, dass sich der Trend zur schlanken Produktion fortsetzt – mit einer Arbeitsteilung, die die Produktion eher wieder in kleine Handgriffe zerlegt. Eine Stärke der Fraunhofer-Gesellschaft ist es, solche Einsichten in erfolgreiche Strategien umzumünzen. Engelbert Westkämper, heute Leiter des IPA, setzt auf die neue Strategie „Beyond Toyota”. Damit ist eine Kombination aus schlanker Produktion nach japanischem Vorbild, modernster Robotik, aber auch neuen Formen der Arbeitsorganisation gemeint. So ist das IPA auch heute ein gefragter Partner der Unternehmen. Ähnlich wie das IPA ist auch das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Begründer und Gallionsfigur eines ganzen Forschungsgebiets. 1981 aus dem Institut für Angewandte Festkörperphysik hervorgegangen, ist das Freiburger ISE heute mit 830 Mitarbeitern das größte Solarforschungsinstitut Europas. Dabei war die Anfangszeit schwierig. Gründungsdirektor Adolf Goetzberger wurde für seine Vision der solaren Energieversorgung oft belächelt. Mit nur 10 Prozent Industrieerträgen – 30 Prozent sind die Fraunhofer-Vorgabe – stand die Zukunft des Instituts zudem einige Zeit auf der Kippe. Goetzbergers Nachnachfolger, der heutige Institutsleiter Eicke Weber, gibt zu: „In den ersten zehn Jahren war der Einfluss des Instituts ziemlich gering.” Das änderte sich in den 1990er-Jahren, als regenerative Energien allmählich in Mode kamen. Joachim Luther, dem mit Forschungspreisen hochdekorierten Vorgänger von Weber, gelang es, das ISE stärker in die Öffentlichkeit zu bringen. Mediales Highlight aus dieser Zeit ist das Nullenergiehaus, das seine komplette Energie selbst erzeugt und gespickt ist mit den feinsten Technologien des ausgehenden 20. Jahrhunderts: erstklassige Wärmedämmung, Sonnenkollektoren zur Wassererwärmung, Solarzellen zur Stromerzeugung und Speicher für Wasserstoff, den überschüssiger Strom aus Wasser erzeugt. Umgerechnet 1,7 Millionen Euro kostete das Vorzeigehaus, das immer noch für Büros genutzt wird und Pilgerstätte für Solarfans ist. Dabei ist die Technik inzwischen viel weiter und billiger. „Heute gibt es Positiv-Energiehäuser, die mehr Energie erzeugen, als sie verbrauchen”, sagt Institutsleiter Weber. Auf Wirkungsgradrekorde von Solarzellen hat das ISE seit Jahren ein Abonnement. 24 Prozent der Sonnenenergie verwandeln die besten herkömmlichen Solarzellen der Freiburger mittlerweile in elektrischen Strom. Neue Zellen mit Stapeln aus drei verschiedenen Halbleitermaterialien, die für unterschiedliche Lichtfarben empfindlich sind, schafften im Januar den Sprung auf gut 41 Prozent. Jede Zelle ist nur fünf Quadratmillimeter groß und besitzt eine Linse, die das Sonnenlicht 454-fach konzentriert. Solche Zellen wären ideal für die Stromerzeugung in südlichen Regionen. Überhaupt nimmt das Thema Umweltverträglichkeit bei Fraunhofer einen immer größeren Raum ein. Ein Beispiel für diesen Wandel ist das Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam. Es befasst sich seit seiner Gründung 1992 sowohl mit erdölbasierten synthetischen Polymeren als auch mit Biopolymeren aus nachwachsenden und kompostierbaren Rohstoffen. „Wir machen die Verarbeitungsverfahren synthetischer Kunststoffe für Biopolymere wie Zellulose nutzbar, die aus Holz gewonnen wird und neuerdings auch in Windeln oder warmer Fleece-Bekleidung einsetzbar ist”, sagt Hans-Peter Fink, Leiter des IAP. So wurde im Institut gemeinsam mit einem belgischen Industriepartner ein Blasfolienverfahren für Zellulose entwickelt, das als neue umweltfreundliche Technologie für die Herstellung von Wursthüllen zum Einsatz kommt. Eine zunehmende Rolle spielen laut Fink biobasierte Kunststoffe wie Polymilchsäure. Bemerkenswert ist das frühe Engagement des Instituts beim Bau der größten Fabrik für Biokunststoffe in Europa, für die im März der Spatenstich im brandenburgischen Guben erfolgte. 60 000 Tonnen Polymilchsäure für die Verpackungsindustrie soll die Fabrik herstellen. Das IAP begleitet das Projekt. LEUCHTENDE REKORDE 1987 verwechselte der Kodak-Mitarbeiter Ching Tang die Polung einer organischen Solarzelle und stellte verblüfft fest, dass diese leuchtete. Organische Leuchtdioden (OLED) waren geboren. Die Stärke der Fraunhofer-Gesellschaft ist es, das Potenzial solcher Glücksfälle zu erkennen und die Einführung in die industrielle Anwendung zu beschleunigen. So hat das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden Fertigungstechnologien für OLEDs für Beleuchtungszwecke entwickelt und eilt nun von Rekord zu Rekord. Eine Lichtausbeute von 25 Lumen pro Watt schaffen die OLEDs aus Dresden aktuell, im Labor sind es schon 65 Lumen pro Watt, über 100 erscheinen möglich. Zum Vergleich: Eine Glühbirne liefert nur zehn Lumen pro Watt. Deutsche Unternehmen und Institute arbeiten auf diesem Forschungsgebiet unter Koordination des IPMS einträchtig zusammen. Dessen Leiter Karl Leo kommentiert das unmissverständlich so: „Die Konkurrenz sitzt nicht in Europa, sondern in Asien.” Auch für Prognosen hat die größte Forschungsorganisation Europas Experten. Sie arbeiten am Institut für System- und Innovationsforschung ISI in Karlsruhe und untersuchen, wie technologische, politische und gesellschaftliche Entwicklungen mit dem Innovationsprozess verknüpft sind. Bekannt wurde das Karlsruher Institut 1993 mit der ersten großen Delphi-Studie – einer in Japan entwickelten mehrstufigen Befragungsmethode, bei der Experten technische Entwicklungen der nächsten 25 Jahre bewerten. 40 Prozent der Vorhersagen sind eingetroffen, 30 Prozent erwiesen sich als falsch. Auch den Siegeszug der mp3- Player sah 1998 bei der zweiten Delphi- Studie niemand voraus. Für Hariolf Grupp, den kürzlich verstorbenen Vater der deutschen Delphi-Studien, waren Vorausschaumethoden ohnehin keine Wahrsagerei, sondern Mittel zur Zukunftsgestaltung. Grupps Credo: „Wenn die Zukunft so eintritt, wie wir das vorhergesagt haben, haben die Politiker etwas falsch gemacht.” Denn in solchen Fällen hätten die Politiker unerwünschten Entwicklungen nicht massiv genug entgegengesteuert. Jubel-Arien zum Jubiläum Anlässlich des Jubiläums waren die Politiker voll des Lobes über die Fraunhofer-Gesellschaft – allen voran Annette Schavan: „ Wenn ich darauf angesprochen werde, was die Einzigartigkeit der Fraunhofer-Gesellschaft ausmacht, so steht für mich der Wettbewerb der Institute im Vordergrund, zum einen der interne Wettbewerb um Ressourcen für die Vorlaufforschung, zum anderen der Wettbewerb im Außenraum um Projektförderung und Aufträge.” Ebenfalls bewährt hat sich der Transfer intelligenter Köpfe. „Die Fraunhofer-Gesellschaft steht in Deutschland für naturwissenschaftlich-technischen Nachwuchs auf höchstem Niveau, weil sie Möglichkeiten zur angewandten Forschung bietet, die man sonst kaum in der Welt findet”, lobt Eckhard Rohkamm, ehemaliger Vorstandsvorsitzender von ThyssenKrupp Technologies. Diese Fraunhofer-Gewächse besetzen im Idealfall später Führungspositionen in der Wirtschaft und sorgen dafür, dass der stete Fluss lukrativer Aufträge an Fraunhofer und im Gegenzug die Versorgung mit frischen Fachkräften in die Industrie nie versiegt. Insofern ist der Lebenslauf von Thomas Weber geradezu vorbildlich. „Als Student und als junger Ingenieur habe ich an einem Fraunhofer-Institut das Rüstzeug für meinen beruflichen Werdegang bekommen”, erinnert sich der heutige Forschungsvorstand der Daimler AG. Das wünscht er möglichst vielen seiner jungen Kollegen. ■ Bernd Müller analysiert für bdw seit mehr als einem Jahrzehnt nationale und internationale Technologie-Entwicklungen. Er lebt in Esslingen. von Bernd Müller KOMPAKT · mp3, der Weltstandard für Audiodatenkompression, hat der Fraunhofer-Gesellschaft weltweite Beachtung verschafft. · Auch in der Lasertechnik, in der Produktionstechnik und in Sachen Energie-Effizienz sind Fraunhofer-Institute führend. · Die 57 Institute repräsentieren die ganze Bandbreite modernster Technologien. 11 PROJEKTE der Fraunhofer-Forschung Ohne Titel Institut für Materialfluss und Logistik IML, Dortmund Was: Tower 24 Wozu: Der Tower 24 liefert rund um die Uhr Pakete aus, sogar Kühlfächer sind eingebaut. Perspektive: Der Turm eignet sich auch zur Lieferung von Lebensmitteln oder Medikamenten. Institut für System- und Innovationsforschung ISI, Karlsruhe Was: Delphi-Studien Wozu: Die Methode der mehrstufigen Expertenbefragung wurde Anfang der 1990er-Jahre vom ISI in Deutschland eingeführt und ist heute die erfolgreichste Methode der Zukunftsvorausschau. Perspektive: Derzeit erarbeitet das ISI für das Bundesforschungsministerium eine neue große Vorausschau-Studie. Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, Berlin Was: Stasi-Puzzle Wozu: 16 000 Säcke mit Papierschnipseln von zerstörten Stasi-Akten werden derzeit eingescannt und durch eine Software des IPK automatisch zusammengefügt. Zehn Jahre wird die Rekonstruktion brauchen. Von Hand würde es mehrere Hundert Jahre dauern. Perspektive: Die Methode eignet sich für die Rekonstruktion vieler anderer beschädigter Dokumente. Ohne Titel Institut für Digitale Medientechnologie IDMT, Ilmenau Was: Suchen durch Summen Wozu: Wer eine bekannte Melodie im Kopf hat, aber nicht auf den Titel des Songs kommt, muss nur ins Mikrofon summen – und schon findet die Software den Titel. Perspektive: Eine Musiksuchmaschine kann künftig jede Melodie erkennen. Institut für Informations- und Datenverarbeitung IITB, Karlsruhe Was: Sortierung von Schüttgut Wozu: Hochgeschwindigkeitskameras sichten Getreide oder Granulate im Vorüberfliegen und schießen fehlerhafte Körner mit Luftdruck heraus. Perspektive: Einsatz bei immer mehr Materialien, zum Beispiel bei Tee oder Altglas. Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM, Hannover Was: Motorenprüfstand für Partikeluntersuchung Wozu: Dieselruß ist gesundheitsschädlich – diese Vermutung bestätigte das ITEM bereits 1979 mit einem Motorenprüfstand zur Untersuchung von Abgasen. Perspektive: Entwicklung von Nano- partikeln für Sonnencremes oder Computerchips. Ohne Titel Institut für Biomedizinische Technik IBMT, St. Ingbert Was: Kryobank Wozu: Das IBMT hat ein automatisiertes Komplettsystem zur Handhabung, Lagerung und Dokumentation biologischer Proben bei minus 150 Grad Celsius entwickelt. Perspektive: Vom Aussterben bedrohte Arten oder menschliche Zellen zu Therapiezwecken werden künftig vermehrt in Kryobanken konserviert. Institut für Silicatforschung ISC, Würzburg Was: Dental-Werkstoffe Wozu: Mit anorganischen Partikeln versetzte Spezialkunststoffe sind hart und beständig. Weil sie kaum schrumpfen, sind diese Ormocere die ersten für Zahnfüllungen geeigneten Kunststoffe. Perspektive: Das ISC treibt den Einsatz von Ormoceren in vielen Anwendungen voran, etwa als kratzfeste Brillengläser oder Membranen für Autobatterien. Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart Was: Office 21 Wozu: Um frühzeitig zu erkennen, wie Büroarbeit in Zukunft aussehen könnte und welche technischen und baulichen Voraussetzungen dafür nötig sind. Perspektive: Praktische Hilfen – zum Beispiel Checklisten für die Bewertung von Arbeitsplätzen oder Büroimmobilien. Ohne Titel Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD, Darmstadt Was: HEyeWall Wozu: 24 Projektoren erzeugen ein 5 mal 2,5 Meter großes Videobild, das mit Brille realistisch dreidimensional erscheint. Architekten und Autodesigner können damit in die virtuelle Realität eintauchen. Perspektive: Die Oberfläche der Leinwand soll berührungsempfindlich werden und eine Steuerung per Finger erlauben. Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, Freising Was: Fast fettfreie Wurst Wozu: Mit Metzgermeister Josef Pointner aus Mindelheim hat das IVV ein Verfahren entwickelt, bei dem Schweine- und Rindfleisch mehr Wasser speichern können. Mortadella, Leberkäse und Co enthalten so bei gleicher Konsistenz statt rund 40 nur noch höchstens 3 Prozent Fett. Perspektive: Derzeit bei EDEKA, demnächst auch in Metzgereien erhältlich.