Clevere Ideen aus dem Mikrokosmos

Von unserem Redaktionsmitglied Dietmar Kieser

Eigentlich ist die Mikrosystemtechnik viel zu vielgestaltig, um sich auf einen Nenner bringen zu lassen. Sie ist in so unterschiedlichen Anwendungsfeldern wie Kleinstmotoren, Mobiltelefonen oder Airbags präsent und wird künftig auch Einzug halten in optische Datennetze, um die gigantischen Informationsfluten der Zukunft übertragen zu können. Die Forschung nutzt ihr riesiges Innovationspotenzial ebenso wie die Wirtschaft.

Auf einen Punkt hin lässt sich die Mikrotechnik dennoch fokussieren: „Sie ist ein Innovationsmotor für viele Industriezweige“, fasst Dr.-Ing. Rolf Dahlbeck zusammen. Seit diesem Jahr kann der Geschäftsführer des Ivam NRW e. V. (Interessengemeinschaft zur Verbreitung von Anwendungen der Mikrostrukturtechniken) mit Sitz in Dortmund noch besser zeigen, was die Kleinstsysteme in der Anwendung leisten. Das Thema wanderte aus den großen Gemeinschaftsständen in der Forschungshalle 18 (siehe Seite 154) ab und hat nun im Gefüge der Hannover Messe seine eigene Fachmesse. Micro Technology ist untergebracht in Halle 7 und füllt dort eine Fläche von rund 5000 m². Den Veranstaltern gilt diese Themenhalle, die auch Lasertechnologien und die Sensorik beheimatet, als Plattform, um die Produkte im Einsatz zu zeigen.

Als Promotor der Fachschau konnte der Messeveranstalter neben der Ivam NRW den Fachverband Sensorik (AMA) mit Sitz in Göttingen und das Institut für Mikrotechnik Mainz (IMM) gewinnen. Deren Ziel ist es, mit der neuen Fachmesse einen repräsentativen Querschnitt von Produkten und Leistungen aus den Bereichen industrielle Kommunikationstechnik, Medizin, Sensorik, Maschinenelemente und Mikroantriebe zu präsentieren. Konstrukteure, Planer und Entwickler sollen dort Techniken vorfinden, die Fertigung und Produkte sicherer, einfacher und auch preiswerter machen.

Wie beispielsweise Maschinenbau im Mikrokosmos funktioniert, zeigt die Klocke Nanotechnik GmbH am Stand D22. Als Neuheit führen die Aachener ihre Nanorobotik-Serie im Messegepäck. Klocke spricht dabei vom „Brückenschlag zwischen Nanotechnik und klassischem Maschinenbau“, deren Vorteile sich in den Produkten der präsentierten Serie zeigen würden: zum einen die spielfreie Bewegung mit Millionstel Millimeter Auflösung, zum anderen die Belastbarkeit mit kiloschweren Objekten bei einigen Zentimetern Hub. Die Aachener gehen davon aus, die weltweit kleinsten und präzisesten Positioniermodule entwickelt zu haben, die viele Freiheitsgrade der Bewegung, etwa für Mikromontage, Analytik und Qualitätssicherung, bieten würden. Integrierte Positionssensoren sorgen dafür, dass die Nanorobotik-Module sowohl automatisiert als auch in rauer produktionstechnischer Umgebung zum Einsatz kommen.

Am Produktmarkt orientieren sich auch die Messeexponate der Lotsch Design + Technologie GmbH (Stand D22). Ihre Spanntechnik friert das Werkstück mittels Wasser an. Entwickelt wurde dieses Verfahren mit Blick auf schwer zu spannende Werkstücke mit komplizierten Formen, kleinen Abmessungen und verschiedenen Werkstoffen – eine Situation, die sich oft im Modell-, Muster- und Prototypenbau sowie in der Einzelfertigung stellt. Überall dort sehen die Dortmunder ihre Gefrierspanntechnik gegenüber herkömmlichen Spannverfahren dank hoher Wirtschaftlichkeit im Vorteil. Hinzu kommt: Durch die tiefe Temperatur des Werkstückes soll sich die Standzeit vieler Werkzeuge verlängern. Wie es weiter heißt, lassen sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit steigern und Kunststoffteile besser zerspanen. Zudem ermöglicht das Verfahren eine 5-Seiten-Bearbeitung, ohne das Werkstück umspannen zu müssen. Fix geht auch das Gefrieren und Auftauen: Ein Kälteaggregat versorgt maximal zwei getrennt aktivierbare Gefrierspannplatten, auf denen Werkstücke in wenigen Sekunden mittels Wasser bei rund -10 °C angefroren werden. Nach dem Bearbeiten lassen sich beide Spannplatten getrennt voneinander auf die Funktion „Abtauen“ umschalten. Das Eis taut in kurzer Zeit auf, und die Werkstücke können von den Gefrierspannplatten gelöst werden.

Die Mikroproduktionstechnik ist ein Feld, das sich auch die Protron GmbH erschlossen hat. Die Bremer, ebenso wie Klocke und Lotsch auf dem Ivam-Gemeinschaftsstand vertreten, haben ein neues Tiefenätzverfahren entwickelt, um Mikroformen aus Silizium herzustellen. Geringe Kosten, kleine Strukturen, hohe Aspektverhältnisse und die Möglichkeit, schnell und flexibel fertigen zu können, führen die Protron-Ingenieure als Vorteile ins Feld. Anders bei den herkömmlichen Verfahren wie etwa Liga, Laserstrukturierung oder Mikrozerspanung: Hier sollen bereits bei der Herstellung von Spritzgussformen hohe Kosten anfallen. Durch den Einsatz der Siliziumformen hingegen lassen sich innovative Produkte wie etwa mikrofluidische Systeme kostengünstig fertigen.

In puncto Low-Cost kann auch Micro-Technology-Aussteller IZM einiges bieten. Das Berliner Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration ist in Hannover mit einer neuartigen Schaltungstechnik im Bereich der Sensorelektronik vertreten (Stand D022). Die Innovation kontrolliert, ob ein beliebiges Sensorsystem optimal arbeitet. Störungen werden erfasst und optisch angezeigt. Messdaten transferiert die Technik via serieller Schnittstelle an einen Rechner. Entwickelt haben die Fraunhofer-Wissenschaftler die Schaltungstechnik als Teil des modularen Baukastensystems Match-X, das den modularen Aufbau von Mikrosystemen ermöglicht.

Die Sensorik selbst ist ein außerordentlich wichtiger Bereich der Mikrosystemtechnik. Elektronische Fühler und Signalmesser werden in über 50 verschiedene Fachgruppen aufgeteilt und für das Messen jeglicher Medien, Zustände und pysikalischen Größen angeboten. Mikromechanische Sensoren wie die Drucksensorchips der CiS Institut für Mikrosensorik GmbH, Jena, sind für den Messbereich von 0,01 bis 400 bar konzipiert. Mit ihnen lassen sich Drücke in Gasen und Flüssigkeiten messen, aber auch Beschleunigungen durch entsprechend gestaltete mechanische Verformungskörper wie Membran oder Balken. Die nur 6 mm x 6 mm großen Chips nutzen als Wirkprinzip eine piezoresistive Widerstandsbrücke.

In der Computertechnik beschleunigen Mikrosysteme mit neuartigen optischen Komponenten der Verbindungstechnik den Datenaustausch. In Halle 7, Stand D38, zeigt die Harting KGaA aus Eselkamp ein System, das einen elektrischen Steckverbinder mit der optischen Signalübertragung kombiniert. Smart Optical Interconnection Solution, kurz SOIS, überträgt Signale mit hoher Bit-Rate (10 Gbit/s) zwischen Boards oder Computer-Racks im Bereich einiger Meter. Über kupferbasierte Technik würden sich die Signale nicht in ausreichender Qualität übertragen lassen, teilt der Aussteller mit. Und verglichen mit einem optischen Steckverbinder, sei die Neuentwicklung wesentlich unempfindlicher.

Der Trend, dass Mikrosysteme immer robuster, energiesparender und preisgünstiger werden, ist unübersehbar. Branchenkenner schätzen, dass der Markt in den nächsten Jahren um jeweils 20 % wachsen soll. Im Vorjahr wurden weltweit etwa 50 Mrd. US-$ mit Minisystemen und -komponenten erwirtschaftet. Die Perspektive für das Jahr 2003: rund 100 Mrd. US-$.

Die Interessengemeinschaft zur Verbreitung von Anwendungen der Mikrostrukturtechniken NRW e. V. (Ivam), wird in Halle 7 auf mehr als 600 m² zwei Gemeinschaftsstände ausrichten:

– für Startup-Unternehmen (acht Aussteller)

– für etablierte Unternehmen den „Open Pavilion“ mit 33 Ausstellern aus sechs Ländern.

Ivam im Netz: www.ivam.de

Auf mehr als 50 Mrd. US-$ wird das Marktvolumen für Mikrosystemtechnik taxiert, rund 100 Mrd. US-$ sollen es im Jahr 2003 sein. Der größte Anteil entfällt auf Produkte in Automobilen, in PC-Peripherie und Flachdisplays. Gerade die Flachbildschirm- und Display-Technik, wie sie von Handys oder Mobilcomputern in immer größeren Stückzahlen verwendet wird, treibt die Entwicklung voran. Vor diesem Hintergrund präsentiert sich auch das Deutsche Flachdisplay-Forum auf der Micro Technology. In dieser Institution bündeln Firmen wie IBM, BMW, Merck, Bosch oder Siemens ihre Entwicklungskapazitäten. Ihr Ziel: eine Flachdisplay-Produktion.

Die Gesamtschau zur Mikrosystemtechnik in Halle 7 ergänzt das Forum Micro Technology. Organisiert wird diese fachspezifische Veranstaltung vom Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH (IMM). Aufgeblättert werden Trends und Entwicklungen mit Übersichtsvorträgen, Präsentationen und Diskussionsforen. Themen, die von hochkarätigen Referenten im Podium diskutiert werden, sind:

– Wie kann Europa im globalen Wettbewerb bestehen? (23.4.2001)

– Mikrosysteme für den Mittelstand (24.4.)

– Mikrotechnik für das Auto der Zukunft (25.4.)

Durch Übersichtsvorträge und Firmenpräsentationen werden diese Themen beleuchtet:

– UMTS – nur mit Mikrotechnik: Netze und Geräte (26.4.)

– Energie sparen mit Mikrotechnik (27.4.)