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Zukunft im Blick Die Nominierten für den Deutschen Innovationspreis

Quelle: imago images

Roboter, die lackieren, Reinigung per Schallwelle, klimafreundliche Kältemittel: Das sind die nominierten Ideen für den Deutschen Innovationspreis.

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BMW: Fit für die Ungewissheit

Einmal im Monat treffen sich ungefähr ein Dutzend BMW-Mitarbeiter im Werk Dingolfing, um innovative Ideen für die Fertigung auszuhecken. Schließlich bedrohten Zulieferer aus Billiglohnländern permanent ihre Jobs, sagt Innovationsmanager Florian Erber.
Und dann sei da noch der Wandel vom Verbrennungsmotor zum E-Antrieb: So wird es in Zukunft nicht mehr nur Diesel und Benziner von einem Modell geben, der mal mit Hinterrad- oder Allrad-Antrieb hergestellt wird. Sondern auch vollelektrische Autos, Hybride und, wer weiß, vielleicht auch eine Version mit Wasserstoffantrieb. Auch wenn die Autos sich von außen kaum unterscheiden, im Inneren benötigt jedes beispielsweise einen anderen Achsträger – jenen Teil des Fahrwerks, an dem Federung, Lenkgetriebe und Motor angebracht sind.

Um die zukünftige Motorisierungsvielfalt überhaupt bewältigen zu können, brauchten die Dingolfinger Ingenieure für die Achsträgerfertigung ein neues Konzept. Wurden diese beim 3er BMW bisher für jede Antriebsart in einer eigenen Fertigungsstraßen zusammengeheftet und geschweißt, schafft das seit Ende 2018 eine einzige Fertigungsstraße. Mussten Mitarbeiter die Achsträgerteile bisher von Hand in eine nur für jene Version des Achsträgers geeignete Spannvorrichtung legen, übernehmen das Greifen und Spannen jetzt Roboterarme, die so flexibel sind, dass sie jede Form von Achsträger herstellen können.

Alle Modelle auf einer Fertigungsstraße

So kann das Dingolfinger Werk alle Modelle künftig auf einer einzigen Fertigungslinie montieren. Das spart nicht nur 20 Prozent der bisherigen Arbeit. Auch macht es BMW in einer Zeit flexibel, in der kaum jemand prognostizieren kann, wie schnell die Menschen aufs E-Auto umsteigen. Wenn also die Nachfrage nach diesen Modellen unerwartet stark steigen, bei Hybrid-Modellen schwächer ausfallen sollte, ist das den neuen Achsträger-Fertigungsrobotern egal.

In der Vergangenheit sei es immer mal wieder vorgekommen, dass Kunden beispielsweise mehr Allrad-Autos bestellten als vorhergesagt, sagt Erber. „Es gab sogar Fälle, in denen wir eine komplette zweite Fertigungsline für eine Version Achsträger aufbauen mussten, um den Bedarf zu decken.“ So etwas passiere nun nicht mehr.

Covestro: Es werde Chlor

Erfahrung, so hat es der Schriftsteller Kurt Tucholsky einmal formuliert, bedeute gar nichts: „Man kann eine Sache auch 35 Jahre lang falsch machen.“ Der Chemiekonzern Covestro scheint diese Weisheit beherzigt zu haben: Nur weil sich ein Produkt seit mehr als 100 Jahren gut verkauft, sollte man nie aufhören, über Verbesserungen nachzudenken. Im Falle des 2015 aus der Kunststoffsparte des Leverkusener Konzerns Bayer hervorgegangenen Unternehmens geht es um die Herstellung von Chlor, aus dem Covestro Polymer-Werkstoffe produziert. Chlor kommt in der Natur nicht rein vor, sondern ist immer gebunden, zum Beispiel im herkömmlichen Kochsalz. Daraus lässt es sich mit Hilfe einer Elektrolyse extrahieren – dieser Prozess ist jedoch energieintensiv.

Diesen seit mehr als 100 Jahren im Groben gleich verlaufenden Prozess hat Covestro nun mit einer selbst entwickelten Gasdiffusionselektrode revolutioniert: Im Vergleich zum bisherigen Verfahren verringert sie den Energieverbrauch um bis zu ein Viertel. „Das Potenzial für Verbesserungen des Altverfahrens ist weitgehend ausgereizt“, sagt Rainer Weber, Senior Expert Electrolysis bei Covestro, der die Technologie maßgeblich mit entwickelt hat. „Daher sind wir mit der Gasdiffusionselektrode einen völlig neuen Weg gegangen.“

Quadratmeter statt Quadratmillimeter

Bisher wurden bei der Chlorgewinnung zwei Elektroden in eine Kochsalzlösung geführt und Strom an sie angelegt. Dabei entsteht am Pluspol, der Anode, Chlor; am Minuspol, der Kathode, steigt Wasserstoff auf – ein standardisierter und zugleich äußerst energieintensiver Prozess.

Die Gasdiffusionselektrode verhindert nun die Bildung von Wasserstoff an der Kathode, indem dort Sauerstoff zugeführt wird. Statt mit drei Volt kann die Elektrolyse dadurch mit zwei Volt ablaufen – ein enormer Sprung. „Bei früheren Prozessverbesserungen lagen die Einsparungen im Bereich von 50 bis 100 Millivolt“, sagt Weber. Die Anregung für die neuartige Elektrode haben sich die Covestro-Forscher bei Batterien und Brennstoffzellen geholt: „Bei Knopfzellen für Hörgeräte oder sonstige Kleingeräte werden die schon eingesetzt“, so Weber.

Die größte Herausforderung bestand in der Skalierung der Technologie auf Industriemaßstab. Statt wenige Quadratmillimeter mussten die Entwickler die Technologie in Richtung Quadratmeter vergrößern. Die Gasdiffusionselektrode ist ein Verbund aus dem Katalysator Silber sowie einem gasdurchlässigen Polymer. „Da kommt es auf die richtige Poren- und Korngröße an – insgesamt mussten wir 30 Parameter anpassen“, sagt Weber. Seit 2011 arbeitet Covestro in einer Demonstrationsanlage in Krefeld mit der Gasdiffusionselektrode; 2013 hat der chinesische Chemiekonzern Befar Group als erster externer Kunde eine mittelgroße Produktionsanlage damit ausgestattet. Bis Ende nächsten Jahres baut Covestro eine großtechnische Anlage mit der neuen Technologie im spanischen Tarragona.

Und das dürfte erst der Anfang sein: Schließlich ist Chlor eine Basischemikalie – rund 60 Prozent aller chemischen Produkte basieren direkt oder indirekt auf Chor. Weltweit werden pro Jahr rund 80 Millionen Tonnen produziert; etwa fünf Millionen davon in Deutschland. Da die Chlorherstellung zu den energieintensivsten Prozessen überhaupt gehöre, so die Juroren des Deutschen Innovationspreises, könne die Covestro-Technologie einen wichtigen Beitrag zur Ressourcenschonung leisten. „Die Marktchancen werden daher langfristig als gut eingeschätzt“, so die Experten.

Dürr: Düsen statt Nebel

Frank Herre ist es gewohnt, vor allem für Probleme verantwortlich zu sein. „Mit einem Anteil von rund 40 Prozent sind sie die Hauptenergieverbraucher im Automobilwerk“, sagt Herre, Entwicklungsleiter Applikationstechnik bei Dürr. Und damit nicht genug, auch der hohe Wasserverbrauch solcher Fabriken, wie er zuletzt beim Neubau der Tesla-Fabrik nahe Berlin zum Thema würde, geht in erster Linie auf das Konto der Lackieranlagen, die in den allermeisten Fällen von Dürr stammen. Umso ambitionierter klingt das Projekt, das Herre sich zuletzt vorgenommen hat: Das Lackieren soll umweltfreundlicher werden. 

Den Hauptfeind auf diesem Weg hatten die Dürr-Techniker dabei schnell ausgemacht: das sogenannte Overspray, also den Sprühnebel aus fein zerstäubtem Lack, der nie die Karosserie erreicht sondern in der Umgebungsluft verbleibt. Lange Zeit musste er mühsam aus der Luft gewaschen werden. „Heute gibt es zwar dafür auch trockene Verfahren, etwa mit Kalk, aber der Energie- und Ressourcenverbrauch einer Lackiererei ist immer noch hoch“, sagt Herre.

Erst ein radikaler Schnitt brachte die Lösung

Nach Jahren der Entwicklung haben er und seine Mitarbeiter sich schließlich für einen radikalen Schritt entschieden: Sie verzichten ganz auf den Nebel. Ecopaint Jet heißt das System und statt durch möglichst feines Zerstäuben trägt es den Lack in feinen, zusammenhängenden Strahlen auf, vergleichbar mit einer Regendusche. Ein lasergeführtes Messgerät tastet zunächst das Auto ab; ein Lackierroboter mit 50 Düsen, die eine Software alle einzeln steuern kann, trägt dann den Lack in dünnen Bahnen genau dort auf, wo man ihn haben will. Mit dem neuen Verfahren erreicht Dürr „einen Auftragswirkungsgrad von 100 Prozent“, erklärt der Projektleiter Hans-Georg Fritz. Mit anderen Worten: Die gesamte Lackmenge landet auf dem Auto.

„Eine der größten Herausforderungen war, zusammen mit unseren Zulieferern einen geeigneten Lack zu finden; auch die Robotik war nicht einfach zu beherrschen“, sagt Fritz, „es dauerte ziemlich lange, bis die Lack-Bahnen gleichmäßig, parallel und randscharf waren.“ Inzwischen ist die Technik erprobt, marktreif und im Einsatz, etwa bei BMW in Dingolfing, bei Audi in Ingolstadt oder bei VW. Die Vorteile für die Autobauer liegen auf der Hand: Das neue Verfahren ist schneller und effizienter, weil es neben dem Lack selbst viel Strom spart und jede Menge Abklebematerial wie Kunststoff-Folien.

Hasytec: Schallwellen gegen Mikroorganismen

Wer jemals die aufgebockten Fischerboote in winterlichen Küstenhäfen gesehen hat, der weiß: Schiffsrümpfe und Korallenriffe sehen sich mitunter ziemlich ähnlich. Muscheln, Krebstiere und Algen überwuchern die stählernen Bauteile, bis diese kaum noch als Boote zu erkennen sind. Für Reeder ist das mehr als nur ein ästhetisches Problem: Das zusätzliche Gewicht der Meereslebewesen erhöht den Treibstoffverbrauch. Schlimmstenfalls rostet der Rumpf zudem. Deshalb bekämpfen die Reedereien diesen schmierigen Film bei Containerschiffen mit schädlingsbekämpfenden oder schwermetallhaltigen Anstrichen. Doch das belastet die Ozeane, denen steigende Wassertemperaturen und Mikroplastik bereits arg zusetzen.

Dass es auch umweltschonender gehen müsste, davon war Jan Kelling seit langem überzeugt. Mittlerweile beweist er mit seinem Start-up Haystec, dass das tatsächlich machbar ist: Mit einer Technik, die der einer Zahnreinigung ähnelt, basierend auf Ultraschall. Durch die Schallwellen entstehen Gasbläschen. Platzen diese, wird Energie freigesetzt, wodurch die Zahnablagerungen abplatzen. Immer wieder über einen längeren Zeitraum eingesetzt, können die Schallwellen allerdings auch Teile des Zahns zerstören. Und auch bei einem Schiffsrumpf wäre das heikel.

Von Schiffen zu Kühlanlagen

„Bei Hasytec setzen wir daher auf sanftere Schallwellen mit sehr wenig Leistung“, erklärt Kelling. Die können einen verschmutzten Schiffsrumpf zwar nicht reinigen, haben aber noch genügend Kraft um den aus Einzellern bestehenden Biofilm zu verhindern, in dem sich später die anderen Lebewesen ansiedeln. Die Schallwellen kommen aus kleinen, metallenen Zylindern mit einer Art Antenne dran, die wiederum an der Innenseite des Schiffsrumpfs sitzen.

Die Technik funktioniert so gut, das Kelling den Einsatz inzwischen auf die Reinigung von Kühlanlagen ausgeweitet hat, die in der Lebensmittel- und Papierindustrie von großer Bedeutung sind. Die bayrische König Ludwig Brauerei ist bereits Kunde.

Rosswag: Staub zu Stahl

Das Drucken von Metallbauteilen im industriellen Einsatz hat längst das Experimentierstadium verlassen. Dennoch stehen viele Unternehmen, die Werkstücke per 3-D-Druck herstellen wollen, noch immer vor einem entscheidenden Problem: Es fehlt an geeigneten Werkstoffen. Während fürs Schmieden und Gießen 2500 Metalllegierungen zertifiziert sind, steht für Metalldruck nur ein Bruchteil davon zur Verfügung. Für viele Bauteile ließ sich der 3-D-Druck deshalb bisher nicht nutzen.

Eine Lösung hat nun der badische Metallverarbeiter Rosswag Engineering gefunden. Der Ableger des gut 100 Jahre alten Schmiedebetriebs Rosswag aus Pfinztal bei Karlsruhe hat seit 2014 ein integriertes Verfahren entwickelt, um sowohl für Kunden als auch den eigenen Bedarf neue Metallpulver aus Speziallegierungen für den 3-D-Druck zu erzeugen und zu zertifizieren. Und das in einem Bruchteil der sonst üblichen Zeit. „Während Entwicklung, Zulassung und Herstellung bisher 20 bis 40 Wochen dauerten, haben wir die Pulver schon in vier Wochen fertig“, sagt Gregor Graf, technischer Leiter bei Rosswag Engineering. Mit diesem innovativen Prozess ist das Unternehmen nun für den Deutschen Innovationspreis nominiert.

Patent für hybride Fertigung

Graf, 30 Jahre und einst Werkstudent beim badischen Familienunternehmen, hat nach dem Studium nicht nur die Pulverentwicklung im Kundenauftrag als eigenen Geschäftsbereich aufgebaut. Die Badener nutzen das Verfahren inzwischen auch selbst, um die eigene traditionelle Metallverarbeitung und den 3-D-Druck zu verbinden. „Hybride Fertigung“ nennt sich die Kombination aus beiden Welten, bei der Rosswag Bauteile zunächst mit klassischen Verfahren vorbearbeitet und dann mithilfe von Metalldruck ergänzen oder veredeln kann. Als besonderen Clou nutzt Graf dabei die Reststücke aus der traditionellen Produktion, um daraus materialidentisches Pulver zu erzeugen, das er dann für den 3-D-Druck nutzen kann.

Diese hybride Fertigung hat sich Rosswag inzwischen patentieren lassen und bedient damit zahlreiche Kunden aus Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, chemischer Industrie sowie Werkzeug- und Formenbau. „Drei Jahre nach dem Start steuern wir schon rund fünf Prozent zum Gesamtumsatz von rund 40 Millionen Euro bei“, sagt Graf und das, ergänzt er hörbar stolz, „bei einem erheblich größeren Wachstum als im traditionellen Geschäft“.

Smart Reporting: Gegen den Wildwuchs

Schon heute ist der Medizin- und Gesundheitssektor einer der wichtigsten Einsatzbereiche von künstlicher Intelligenz (KI). Selbstlernende Algorithmen helfen, weltweite Medizindatenbanken nach Präzedenzfällen, Therapien oder Medikamentierungen zu durchforsten. Um eine der zentralen medizinischen Disziplinen aber hat die Digitalisierung bis heute einen großen Bogen gemacht: die Radiologie.

Zwar hat diese in den vergangenen 50 Jahren geradezu revolutionäre Sprünge bei Bildgebung und Scannern gemacht, im klassischen Röntgen ebenso wie bei neueren Verfahren wie MRT. „Aber am Ende schauen sich Ärzte wieder nur Bilder an und diktieren ihre Befunde“, sagt Wiegand Sommer. Sommer ist selber Radiologe – und will mit seinem Ende 2014 gegründeten Start-up Smart Reporting aus München die unstrukturierte Befunderstellung in der Radiologie ablösen und standardisieren. Mehr noch: Einheitliche und eindeutige Daten sollen die Grundlage dafür legen, dass KI künftig auch in der radiologischen Diagnostik arbeiten und so einen höheren Automatisierungsgrad ermöglichen kann.

Dazu hat Smart-Reporting-Chef Sommer mit seinem Team eine Software programmiert, mit deren Hilfe Radiologen ihre Befunde in einem standardisierten Verfahren erfassen können. „Dazu haben wir eine Art intelligenten Entscheidungsbaum konzipiert, der einem Arzt mit einer geführten Anleitung hilft, einen einheitlich strukturierten Befund zu generieren“, sagt Sommer. Diese Befunde sind dann maschinenlesbar und werden in einer eigenen Datenbank gespeichert.

Plattformkonzept für alle medizinischen Disziplinen

Damit nicht genug: Jeder Arzt kann als Kunde mithelfen, die Entscheidungsbäume zu verbessern, etwa wenn neue diagnostische Kriterien berücksichtigt werden müssen. „Je mehr Nutzer wir haben, desto besser wird das Produkt“, sagt Sommer. „Das ist der klassische Plattformgedanke.“ Der erste Prototyp der Software war 2015 fertig, seit 2016 vermarkten Sommer und sein Team die Lösung an Ärzte. Inzwischen hat Smart Reporting mehr als 10 000 Radiologen in über 90 Ländern als Nutzer gewonnen; zudem adressieren die Münchner bereits Pathologen sowie in einem nächsten Schritt Hals-Nasen-Ohrenärzte. „Im Prinzip lässt sich diese Technologie in allen medizinischen Disziplinen nutzen“, sagt Sommer.

Als Vermarktungspartner hat er bereits mehrere große Medizintechnikhersteller gewonnen, darunter Siemens Healthineers und GE Healthcare. Sie haben die Software von Smart Reporting direkt in ihre Radiologiegeräte eingebaut. „Ein Arzt generiert seinen Befund direkt aus der Messung, also aus dem Bild heraus, daher ist die nahtlose Integration so wichtig“, sagt Sommer. Die Jury des Deutschen Innovationspreises sieht insbesondere die Vertriebspartnerschaften und das eigene starke Radiologie-Netzwerk positiv. „Die Partner decken gut ein Drittel des Marktes ab“, heißt es in der Vorabbewertung. „Dadurch ergibt sich die Chance, mit der Smart-Reporting-Lösung einen industrieweiten Standard zu etablieren.“

Varta: Schnelle Zelle

Sie gehört zum Alltag in der digitalen Welt genauso wie all die praktischen Apps und kreativen Arten des Zeitvertreibs: die hektische Suche nach dem Ladegerät und der nächsten Steckdose. Auch gut 30 Jahre nach der Erfindung des Lithium-Ionen-Akkus kommen Batteriezellen in Handys, kabellosen Kopfhörern oder Laptops noch sehr regelmäßig an ihre Grenzen. Anders als etwa in Autos, Bohrmaschinen oder Rasenmähern sind in den mobilen Kleinstgeräten nur wenige Lithium-Ionen-Zellen; schließlich haben die Ingenieure nicht viel Platz.

Ständig suchen die Batteriehersteller daher nach einer besseren Zellchemie, die mehr Strom bei gleicher Größe und Gewicht speichern kann. Dabei müssen die Entwickler auch Aspekte wie Brand- und Explosionssicherheit, Materialkosten und Lebensdauer der Batterie im Auge behalten. Als Flaschenhals in der Entwicklung gilt derzeit vor allem der Minuspol der Zellen, die Anode. Auf der Gegenseite – der Kathode – haben die Batteriehersteller in den vergangenen Jahren große Fortschritte gemacht. Die Anode aber sieht im Grundsatz noch so aus wie in den ersten Zellen von 1990: Graphit bildet ein Gitter, in das sich beim Laden Lithium-Ionen einlagern. Die Aufnahmekapazität des Graphitgitters ist begrenzt – damit auch die Stromspeicherkapazität.

Erstmals Verbesserungen bei der Anode

Umso bemerkenswerter ist deshalb, was den Forschern des schwäbischen Batterieentwicklers Varta in den vergangenen Jahren gelungen ist: Sie konnten die Speicherkapazität an der Anode deutlich steigern. Dafür bringen sie Silizium in das Graphitgitter ein. „Ein Graphit-Silizium-Gitter kann deutlich mehr Lithium-Ionen aufnehmen als die reine Graphit-Anode“, erklärt Rainer Hald, Technikvorstand bei Varta, „also bei gleicher Größe auch mehr Kapazität speichern.“ 

Die Grundidee ist nicht neu, viele Zell-Hersteller experimentieren mit dem Graphit-Silizium-Mix. Das Problem aber: Siliziumreiche Anoden dehnen sich beim Laden viel stärker aus als reine Graphit-Anoden; beim Entladen schrumpfen sie wieder. Das führt zu Wärme und Druck im Inneren der Zelle. „Man sagt, die Zelle ‚atmet‘“, erklärt Hald, „das führt zu Stress in der Zelle und damit zu einer kürzeren Lebensdauer.“

Bei Varta haben sie nach mehr als zehn Jahren Entwicklungsarbeit nun eine Lösung für das Ausdehnungsproblem. Zusatzstoffe in der Anode und im Elektrolyten der Zellen, verhindern das ‚Atmen‘ weitgehend. 
Die Varta-Entwickler versuchen, möglichst alle Teile der Batteriezelle selbst zu entwickeln und alle Produktionsschritte zu beherrschen. „Wir fangen bereits beim Mischen des Aktivmaterials an, einem Vorprodukt für die Elektroden“, sagt Hald.

Zwar könnte man dieses Kathodenmaterial auch bei Spezialisten wie BASF oder Umicore einkaufen. Aber „wir wollen alle wichtigen Prozesse selbst beherrschen; das ist zunächst aufwendig, bringt aber auf die lange Sicht entscheidende Vorteile“, glaubt Hald. „Nur so können wir gut genug verstehen, was in den Zellen vor sich geht und was genau bestimmte Parameter wie Energiedichte, Schnellladefähigkeit oder Lebensdauer beeinflusst.“

Der Aufwand lohnt sich offenbar: Die Anoden in der neusten Varta-Zellgeneration bestehen nun zu 60 Prozent aus Silizium und können etwa 25 Prozent mehr Stromkapazität bei gleicher Größe speichern als Zellen mit einer reinen Graphit-Anode. Wettbewerber wie Samsung, LG Chem oder Panasonic können bisher nur 5 bis 10 Prozent Silizium in ihren Anoden einlagern. Das Unternehmen hat nach eigenen Angaben allein 2019 rund 45 Millionen der neuen Zellen verkauft, 150 Prozent mehr als im Jahr davor. Bereits 2021 will man 200 Millionen Zellen bauen.

Die Kunden sind Unternehmen, die besonders kleine Batteriezellen benötigen: Die Hersteller von drahtlosen Kopfhörern und Freisprechanlagen etwa, oder von Hörgeräten. Darunter sind bekannte Namen wie Sony, Sennheiser, Bose, Google, Fitbit und Amazon. „Die neue Varta-Zelle lädt etwa 20 Prozent schneller als die Konkurrenzprodukte auf dem Markt“, so Hald. „Kunden können einen kabellosen Kopfhörer damit in 15 Minuten laden und anschließend gut zwei Stunden nutzen.“

Vectoflow: Messen im Strom 

Man könnte die Antwort auch frech nennen. Aber wahrscheinlich war sie einfach angemessen. Als das bayerische Unternehmen Vectoflow Anfang des Jahres die Anfrage vom US-Konkurrenten Aeroprobe erhielt, wie es denn mit einer Übernahme aussehen könnte, konterte Firmenmitgründerin Katharina Kreitz: „Schauen wir mal, wer wen kauft.“ 

Tatsächlich ist dem 2015 gegründeten Unternehmen aus dem Münchener Vorort Gilching ein Blitzstart in einer dynamisch wachsenden Marktnische geglückt. Die von einem Gründerduo geführte Hightechfirma hat sich auf das Design und die Produktion von extrem präzisen und robusten, gleichzeitig aber auch winzig kleinen Messsonden spezialisiert. Ein kleines, aber stark wachsendes Geschäftsfeld, dessen jährliches Geschäftsvolumen die Gründer aktuell auf gut eine halbe Milliarde Euro weltweit taxieren.

Die Sonden können – von Luft über Wasser bis Öl – jedes Medium exakt erfassen, das strömt. Dabei können die Spezialsensoren je nach Anwendung Druck, Geschwindigkeit, Temperatur oder auch Windrichtungen registrieren. „Sie arbeiten so schnell und präzise“, erzählt Kreitz, „dass beispielsweise damit ausgerüstete Drohnen bei Böen gegensteuern können, bevor das Fluggerät überhaupt ins Schwanken kommt.“

Die kleinste Metallsonde der Welt

Um die komplexen Strömungssonden so sensibel und gleichzeitig so klein wie möglich zu bauen, setzen die Münchener Gründer auf 3-D-Druck. So ist es gelungen, sowohl die mit 0,9 Millimetern Außendurchmesser bisher kleinste Metallsonde als auch die temperaturbeständigste Sonde der Welt herzustellen.

Die Größe ist entscheidend, denn nur wenn die Messfühler selbst so gut wie keine Verwirbelungen erzeugen, sind die Ergebnisse zuverlässig. Kreitz, die an der TU München Maschinenbau studiert und ihren Mitgründer Christian Haigermoser als Werkstudentin beim Autohersteller BMW kennengelernt hat, ist von der Überlegenheit ihrer Technik überzeugt: „Wir arbeiten am absoluten Minimum des technisch Machbaren.“

Inzwischen zählt die Firma mit ihren 15 Mitarbeitern, die seit Beginn profitabel arbeitet, Konzerne wie Airbus, ABB, BMW, GE und die Raumfahrtbehörden ESA und NASA zu ihren Kunden. Für die designt und fertigt das Team aus Gilching die benötigten Bauteile exakt nach Bedarf und testet diese im eigenen Überschallwindkanal.

Dabei profitiert das Gründerduo auch von der engen und frühen Zusammenarbeit mit dem 3-D-Druck-Spezialisten EOS aus dem nahegelegenen Krailingen. EOS-Gründer Hans Langer ist zudem über seine Beteiligungsfirma seit 2015 – als einziger externer Geldgeber – bei Vectoflow investiert. „Das hilft uns enorm“, sagt Kreitz, „denn so bekommen wir Zugriff auf modernste Produktionstechnik und teils sogar Vorserienmaschinen, ohne die wir manche Bauteile gar nicht herstellen könnten.“ Und Langer kann demonstrieren, was seine Drucker zu leisten im Stande sind.

Weiss Umwelttechnik: Die Idee, die aus der Kälte kam

Manchmal im Leben muss man sich verändern, um zu bleiben, wer man ist. Bei Weiss Umwelttechnik, einem Hersteller von Klimaschränken aus Reiskirchen bei Gießen, reifte diese Erkenntnis vor sieben Jahren. Und der Auslöser dafür hieß R23.

Das Kältemittel steckte nahezu in allen 400 Produkten des Mittelständlers. Mit ihm ließen sich die Prüfschränke und Klimakammern auf minus 70 Grad Celsius herabkühlen. Zuverlässig, nicht brennbar, praktisch – das alles war R23. Nur leider war es auch ein Treibhausgas, 14000-mal so wirksam wie CO2.

Es war 2013, als klar wurde, dass die Europäische Union R23 reglementieren würde: Ab 2015 sollte der Gebrauch eingeschränkt werden, es würde Quoten geben, die Kosten würden steigen. Weiss Umwelttechnik würde seine Schränke viel teurer verkaufen müssen – wenn es überhaupt noch genug Kältemittel zu kaufen gäbe.

Eine Alternative musste her. Nur gab es ein Problem: Die großen Gasehersteller waren nicht interessiert, einen umweltfreundlichen Ersatz für R23 zu entwickeln. Zu klein war der Markt, zu wenig rentabel die Investition in die Forschung. Bald war den Weiss-Managern klar: Niemand wird ein neues Kältemittel entwickeln – wenn wir es nicht selbst tun.

So begann vor sieben Jahren ein Innovationsprojekt, das längste in der jahrzehntealten Geschichte des Prüfgeräteherstellers. Weiss, ein traditionsbewusstes Unternehmen, drang in ein völlig neues Gebiet vor, überwand Hürden und Fehlschläge und entwickelte ein ganz neues Kältemittel. „Eine Erfolgsgeschichte“, sagt Janko Förster, Leiter des Produktmanagements, „die bisher einzigartig im Unternehmen ist.“

Klimaschränke sind ein Spezialprodukt, das in erstaunlich vielen Branchen unerlässlich ist. Die Geräte, mal groß wie ein Kühlschrank, mal wie eine Garage, in die ein LKW passt, können ihre Temperatur von minus 70 Grad bis plus 180 Grad Celsius variieren.

Flugzeughersteller prüfen so, ob ihre Teile die Reise vom Winter in Helsinki in die Hitze von Dubai aushalten. Autohersteller unterziehen Blech, Rückspiegel oder Kühlergrills einem Härtetest. Maschinenbauer kühlen Gummidichtungen so oft ab, bis sich zeigt, ob sie zu früh mürbe werden.

90 Prozent weniger Treibhausgas

Weiss Umwelttechnik ist eines der weltweit führenden Unternehmen für diese Testkammern. Tausende Kunden weltweit verlassen sich auf die Geräte der Hessen, die sie über die Jahrzehnte technisch ausgefeilt haben. „Wir biegen Blech, löten Metall, verlegen Kupferrohre“, sagt Produktmanager Förster. „Nur Gase mischen war bisher nicht unser Gebiet.“

Mit dem absehbaren Ende von R23 sollte sich das ändern. Der Mittelständler setze ein Team darauf an, einen Ersatz für das Kältemittel zu finden, der sich nicht so stark auf das Erdklima auswirkt. Es begann eine jahrelange Suche. „Wenn wir gewusst hätten, worauf wir uns einlassen“, sagt Förster, „hätten wir vielleicht gar nicht erst angefangen.“

Das Weiss-Management stelle ein Team zusammen, heuerte Doktoranden von der Uni an, stellte Verfahrenstechniker, Experten für Thermodynamik, technische Chemiker ein. Ein Schlüssel zum Erfolg war auch eine Partnerschaft mit der TU Dresden, wo ein Professor schon lange überzeugt war, dass sich neue Kältemittelmischungen industriell einsetzen ließen.

Das Team suchte einen Mix aus Gasen, die sich leicht komprimieren ließen, nicht brennbar waren und einen sehr tiefen Siedepunkt haben sollte. „Diese Kombination gibt es bei sehr wenigen Stoffen“, sagte Förster. Für Temperaturen bis minus 20 Grad gab es gute Ersatzstoffe für R23, darunter wurde es schwierig.

Auch Wettbewerber forschten an neuen Gasen, warfen aber einer nach dem anderen das Handtuch. Weiss zeigte Durchhaltevermögen. Das Team durfte sich voll auf seine Aufgabe konzentrieren und war vom Alltagsgeschäft des Unternehmens freigestellt. In einem Vorort von Gießen mietete Weiss eigens ein Entwicklungszentrum an.

Zahlreiche Hürden taten sich auf. Einmal war fast ein neues Mittel gefunden – bis sich herausstellte, dass es unter bestimmten Umständen doch brennbar war. „Der Leiter der Entwicklung hatte aber immer noch etwas in Petto“, erzählt sich Förster. „Nach jedem Flop macht er die Schublade mit einer neuen Idee auf.“

Bei alldem wurde auch noch bald klar: Ein neues Gas würde nicht reichen – die Ingenieure würden die Kältekreisläufe aller 400 Produkte anpassen müssen. Abertausende Stunden Mehrarbeit hieß das. Hinzu kamen Regularien, Qualitätsstandards, harte Zertifizierungsvorgaben.

Aber der Aufwand lohnte sich schließlich. Die Entwickler fanden ein neue Kältemittelgemisch, das allen Ansprüchen genügte: WT 69, wie sie es tauften, kühlt bis minus 70 Grad und ist nicht brennbar. Und es hat ein 90 Prozent geringeres Treibhausgaspotenzial als R23.

Im Herbst 2019 erhielt Weiss Umwelttechnik die Zertifizierung für sein neues Kältemittel – und liefert seitdem die ersten Geräte damit aus. „Die Hälfte unseres Portfolios haben wir schon auf das neue Mittel umgestellt“, sagt Förster. Die umweltfreundliche Innovation ist ein gutes Verkaufsargument in Zeiten, in denen Unternehmen immer stärker auf ihre Klimabilanz achten. Außerdem kaufen andere Hersteller von Kühlgeräten den Hessen inzwischen auch das Kältemittel selbst ab.

Für diesen Durchbruch erhielt das Team den Innovationspreis der Schunk-Gruppe, zu dem Weiss Umwelttechnik gehört. Und jetzt auch eine Nominierung für den Deutschen Innovationspreis.

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