Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg Dr.-Rudolf-Eberle-Preis 2003 Dokumentation

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1 Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg Dr.-Rudolf-Eberle-Preis 2003 Dokumentation Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg

2 Impressum Herausgeber: Landesgewerbeamt Baden-Württemberg Referat Technik, Patente Willi-Bleicher-Straße Stuttgart Telefon (0711) Telefax (0711) im Auftrag des Wirtschaftsministeriums Baden-Württemberg Theodor-Heuss-Straße Stuttgart Bearbeitung: Landesgewerbeamt Baden-Württemberg Dipl.-Phys. Eberhard Gaißer Dipl.-Ing. Helmut Jahnke Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Walter Kälber Dipl.-Ing. Gerhard Haug Günter Baumgärtner Gestaltung: Wolfgang Frank, Landesgewerbeamt Gesamtherstellung: Offizin Chr. Scheufele, Druck+Medien, Stuttgart Bildnachweis: Abbildungen nach Vorlagen der betreffenden Unternehmen sowie nach Fotos von Karl Fisch, Landesgewerbeamt Baden-Württemberg Texte: Die Angaben zu den vorgestellten Produkten und Verfahren, sowie zur Marktsituation und zu Konkurrenzunternehmen beruhen auf Angaben der ausgezeichneten Unternehmen (Kenntnisstand zum 22. September 2003). Das Landesgewerbeamt Baden-Württemberg übernimmt dafür keine Gewähr. Den Text der Broschüre finden Sie auch im Internet unter 2 Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg

3 Inhaltsverzeichnis 4 Einleitung 7 Übersicht der Preisträger Übersicht der Anerkennungen Vorstellung der Preise Vorstellung der Anerkennungen 2003 Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg 3

4 Einleitung Auf Vorschlag des Ministers für Wirtschaft, Mittelstand und Technologie, Dr. Rudolf Eberle, beschloss die Landesregierung am 22. Oktober 1984 die Vergabe eines Innovationspreises für kleine und mittlere Unternehmen. Dr. Rudolf Eberle verstarb am 17. November 1984 unerwartet. Mit der Bezeichnung Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg Dr.-Rudolf-Eberle-Preis wird an die Verdienste, die er sich als Wirtschaftsminister insbesondere um den Mittelstand erworben hat, erinnert. Der Preis wird seit 1985 alljährlich vergeben an im Land ansässige kleinere und mittlere Unternehmen aus Industrie, Handwerk sowie technologischer Dienstleistung für beispielhafte Leistungen bei der Entwicklung neuer Produkte, Verfahren und technologischer Dienstleistungen oder bei der Anwendung moderner Technologien in Produkten, Produktion oder Dienstleistungen. Mit der Auszeichnung sollen herausragende Bemühungen mittelständischer Unternehmen um Entwicklung und Anwendung neuer Technologien eine öffentliche Anerkennung finden. Es werden Preisgelder von insgesamt Euro sowie Urkunden vergeben. Bewerbungen für den Innovationspreis werden von folgenden Organisationen der Wirtschaft entgegengenommen: Baden-Württembergischer Handwerkstag Baden-Württembergischer Industrie- und Handelskammertag Landesverband der Baden-Württembergischen Industrie e.v. Das Wirtschaftsministerium hat das Landesgewerbeamt Baden-Württemberg mit der organisatorischen Durchführung beauftragt. Über die Vergabe des Preises entscheidet ein Preiskomitee. Es bewertet den Wettbewerbsbeitrag nach folgenden Kriterien: Technischer Fortschritt Besondere unternehmerische Leistung Wirtschaftlicher Erfolg Die Bewerbung muss alle 3 Kriterien erfüllen. Der Wirtschaftsminister gibt die Preisträger bekannt und verleiht die Preise in einer öffentlichen Veranstaltung. 4 Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg

5 Die Mitglieder des Preiskomitees: Matthias Baumstark Geschäftsführer der Matthias Baumstark GmbH Dr. Friedrich Bullinger (Vorsitz) Präsident des Landesgewerbeamtes Baden-Württemberg Senator e. h., Generalkonsul, Prof. Dr. h. c. Viktor Dulger (Stv. Vorsitz) Geschäftsführender Gesellschafter der ProMinent Dosiertechnik GmbH Michael Heller Leiter der Wirtschaftsredaktion der Stuttgarter Zeitung Prof. Dr.-Ing. Peter Kern Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation Prof. Dr. Johann Löhn Regierungsbeauftragter für Technologietransfer Baden-Württemberg Dr.-Ing. Leonard Vilser Geschäftsführer Bereich Fahrzeugheizungen J. Eberspächer GmbH & Co. Manfred Wolfensperger Hauptgeschäftsführer der Handwerkskammer Konstanz Dem Landesgewerbeamt Baden-Württemberg lagen 2003 insgesamt 104 Bewerbungen vor. Das Preiskomitee hat den Innovationspreis 2003 fünf Unternehmen zuerkannt. Der Geldpreis wurde aufgeteilt in 1x Euro, 1x Euro, 1x Euro, 1 x Euro und 1 x Euro. Die Preise wurden am 17. November 2003 in einer öffentlichen Veranstaltung verliehen. Die Wettbewerbsbeiträge der Preisträger sowie der Bewerber, die eine Anerkennung erhalten, werden in dieser Broschüre dokumentiert. Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg 5

6 6 Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg

7 Preisträger 2003 Laempe. Dipl.-Ing. Laempe GmbH Grienmatt Schopfheim Tel.: 07622/680-0 Fax: 07622/ com Verfahren zur Herstellung von anorganischen Kernen und Formen ARANEA Eichtersheimer Straße Sinsheim Tel.: 07265/49239 Fax: 07265/ Recycling aluminiumhaltiger Abwässer LUBRIX GmbH Porschestraße Schlierbach Tel.: 07021/ Fax: 07021/ Minimalmengenschmiersystem mit geregelter Aerosolerzeugung ISIS optronics GmbH Innstraße Mannheim Tel.: 0621/ Fax: 0621/ Optischer Scanner zur verletzungsfreien Diagnose in der Haut NanoCraft Turmstraße Engen Tel.: 07733/ Fax: 069/ Chemische Spitzen zur chemischen Kraftmikroskopie Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg 7

8 Anerkennungen 2003 GRUBER Bosch GmbH Am Schweizersbild Pfullendorf Tel.: 07552/7221 Fax: 07552/7327 Profilfräsautomat für Zylinderschlüssel corpus.e AG Senefelderstraße Stuttgart Tel.: 0711/ Fax: 0711/ www. corpus-e. com Kostengünstiges 3D-Scan-System Friseursalon Hairteam Thomas Gruber Wagenburgstraße Heilbronn Tel.: 07131/ Fax: 07131/ www. handstyler.de Handschuh-Haartrockner MEBA Metall-Bandsägemaschinen GmbH Lindenstraße Westerheim Tel.: 07333/ Fax: 07333/ Metall-Bandsägemaschine in Portalbauweise Mindlab GmbH Marktplatz Esslingen Tel.: 0711/ Fax: 0711/ System zur Quantifizierung des Nutzens von Websites PALAS GmbH Partikel- und Lasermesstechnik Greschbachstraße 3b Karlsruhe Tel.: 0721/ Fax: 0721/ Spektrometersystem für Aerosole Schöck Bauteile GmbH Vimbucher Straße Baden-Baden Tel.: 07223/967-0 Fax: 07223/ Drucklager aus microstahlfaserbewertem Hochleistungsfeinbeton SOLO STIRLING GmbH Stuttgarter Straße Sindelfingen Tel.: 07031/301-0 Fax: 07031/ Kraft-Wärme-Kopplung mit Stirlingmotor Stadler Anlagenbau GmbH Robert-Bosch-Straße Altshausen Tel.: 07584/ Fax: 07584/ Störstoff-Trenner STORZ & BICKEL GmbH & Co. KG Ehrenbergstraße Tuttlingen Tel.: 07461/ Fax: 07461/ com Heißluft-Inhalationssystem VAUDE Sport GmbH & Co. KG Vaude Straße Tettnang Tel.: 07542/ Fax: 07542/ Trekking-Bekleidung mit besonderer textiler Ausrüstung VOLK Fahrzeugbau GmbH Stahlstraße Bad Waldsee Tel.: 07524/ Fax: 07524/ Hybridschlepper 8 Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg

9 Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg 9

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11 Die Preise Verfahren zur Herstellung von anorganischen Kernen und Formen 14 Recycling aluminiumhaltiger Abwässer 16 Minimalmengenschmiersystem mit geregelter Aerosolerzeugung 18 Optischer Scanner zur verletzungsfreien Diagnose in der Haut 20 Chemische Spitzen zur chemischen Kraftmikroskopie Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg 11

12 Verfahren zur Herstellung von anorganischen Kernen und Formen Dipl.-Ing. Laempe GmbH Schopfheim Kerne für die Gießerei, bisher mit umweltschädlichen organischen Bindern hergestellt, werden nach dem neuen Verfahren komplett aus natürlichen Rohstoffen produziert aus Sand, Salz und Wasser. Mit dem neu entwickelten BeachBox-Verfahren wird so ein 100 %iges Naturprodukt als einziger und alleiniger Binder in der Gießerei eingesetzt. Von der Kernherstellung über das Abgießen, Entkernen bis zur Sandrückgewinnung entstehen weder Emissionen noch Abfälle. Die eingesetzten Rohstoffe können vollständig zurückgewonnen und wiederverwertet werden. Die Umwelt wird gleich mehrfach geschont: In der Kernmacherei entstehen keine giftigen Gase, Leben und Gesundheit der Arbeiter werden geschützt. Außerdem entfällt die Entsorgung von belastetem Sand oder Abwasser. Kern und Form 12 Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg

13 Ausgangslage Die Methoden zur Kernherstellung sind in den letzten Jahren auf der Basis der vorhandenen Komponenten immer wieder verfeinert worden. Die produktivsten und wirtschaftlichsten Verfahren benutzen zur Zeit unbeheizte Modellwerkzeuge mit gasförmigen Härtern. Sand wird also mit organischen Bindern vermischt unter hohem Druck in eine Form geschossen. Der Marktanteil dieses Kernherstellungsverfahrens, auch Coldbox genannt, liegt momentan weltweit bei 78 %. Der große gießereitechnische Nachteil dieser kalthärtenden Verfahren ist die Geruchsbelastung während Herstellung und Lagerung der Kerne sowie während der thermischen Belastung des Kernsandes beim Abgießen, Kühlen und Auspacken der Gussteile. Diese Geruchsbelastung ist unter den Bedingungen der heutigen Umweltschutzgesetzgebung sowohl qualitativ als auch quantitativ nicht tragbar. Stoffe wie Amine, Di- Isocianat, Toluol, Benzol, Xylol, Phenol und organische Stoffgemische gefährden die Gesundheit der Mitarbeiter in der Gießereiindustrie, werden aber aus Mangel an wettbewerbsfähigen anorganischen Kernherstellungsverfahren bisher stillschweigend ertragen. Die Innovation Das neu entwickelte BeachBox-Verfahren mit dem anorganischen Binder beruht auf dem Naturprinzip einiger mineralischer Stoffe, Kristallwasser zu binden und wieder abzugeben. Bei der Kernherstellung wird das Kristallwasser ausgetrieben und der Kern bzw. die Form zeigt eine Stabilität, die man sonst nur von der Zementverfestigung kennt. Umgekehrt zerfällt der Kern in wenigen Sekunden bei direktem Kontakt mit Wasser. Entkernungsprobleme und damit verbundene Beschädigungen des Gussteils sind Vergangenheit. Darüber hinaus wird trocken entkernter Sand mehrmals nur durch Zumischen von Wasser direkt wieder der Kernschießmaschine zugeführt. Denn ist Neusand einmal mit dem Binder vermischt, bildet sich um das Sandkorn eine Hülle, die nur durch Zugabe oder Entzug von Wasser aufweicht bzw. sich verfestigt. Das bedeutet für die Praxis eine erhebliche Einsparung beim Binder. Das Verfahren wurde bereits unter der Rubrik Techniken in Entwicklung in die EU-Richtlinie für integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung bei Industrieanlagen innerhalb der Europäischen Union aufgenommen. Vorteile des neuen Verfahrens: Bei Kernen und Formen, die mit dem neuen Binder- System hergestellt wurden, kann nicht nur der Sand, sondern auch der Binder nach dem Abgießen zurückgewonnen werden. Die Entkernung kann sowohl nass als auch trocken erfolgen. Bei der Trockenentkernung wird der Kern zerkleinert und direkt wieder dem in die Kernschießmaschine integrierten Mischer zugeführt. Sehr schwer entkernbare Teile werden ohne mecha- nische Beanspruchung (kein Hämmern, keine Vibrationen) im Wasserbad in Sekundenschnelle entkernt. Der direkte Wasserkontakt mit dem Kern weicht die Binderbrücken auf und der Sand spült aus dem Gussteil. Keine Umwelt- und Entsorgungsprobleme, denn das Bindersystem zeigt weder Emissionen bei der Kernherstellung noch beim Abgießen. Die Umweltbelastung ist gleich Null. Nicht nur die Kostenreduzierung und die ökologische Komponente fallen ins Gewicht,auch eine bessere Gussqualität wird erzielt. Durch die innovative Anlagentechnik wurde der gesamte Kernherstellungsprozess überarbeitet und neu konzipiert. Inzwischen ist das neue Verfahren serienreif die Kernherstellzeiten anorganischer Bindersysteme wurden derart beschleunigt, dass diese unter denen der organischen Binder wie z. B. Coldbox liegen. Damit bündelt das neue Laempe-Kernherstellverfahren die Vorteile der klassischen organischen und anorganischen Bindersysteme und ist mit ihnen kompatibel. Die Kernschießmaschinen der neuen Generation sind modular aufgebaut, wobei die klassische Aufteilung in drei Komponenten Kernschießmaschine, Mischer, Gasgenerator aufgehoben wurde. Der Gasgenerator entfällt und der Mischer ist in die Kernschießmaschine integriert. In dem druckdichten Mischer wird der Sand mit dem LK-Binder vermischt und der Kernformmaschine zugeführt. Das so entstandene Sandgemisch ist bereits erwärmt und hat eine Temperatur von 70 C 100 C. Durch die Druckdichtheit von Mischer und Schießeinheit härtet der Sand nicht vorzeitig aus. Die Aushärtung findet nach dem Schießen im Formwerkzeug statt. Das Wasser kann somit verdunsten, wobei zur Beschleunigung des Aushärteprozesses das Formwerkzeug mit Luft durchspült oder unter Vakuum gesetzt wird. Das Unternehmen 1980 in Schopfheim im Wiesental von Joachim Laempe gegründet, stellt die Dipl.-Ing. Laempe GmbH Maschinen und Anlagen für die Gießerei-Industrie her und beschäftigt an den deutschen Unternehmensstandorten in Schopfheim, Magdeburg und Meitzendorf rund 450 Mitarbeiter. Die Firma hält zahlreiche Patente und ist mit ihren Produkten weltweit Marktführer. 80 % der Produktion geht ins Ausland. Seit Beginn seiner unternehmerischen Tätigkeit fühlt sich der Unternehmer dem Umweltschutz verpflichtet. Mit pfiffigen Detaillösungen hat er den Kernherstellungsprozess immer weiter optimiert und sich oft als Vordenker der Branche erwiesen. Mehrere Automobilfirmen haben bereits Aufträge erteilt. Unterdessen wurde für die Entwicklung und Produktion des Beach- Box-Verfahrens eine Halle von 1000 m 2 in ein Großlabor umgewandelt und 10 Mitarbeiter dauerhaft für Forschung und Entwicklung eingesetzt. Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg 13

14 Recycling aluminiumhaltiger Abwässer ARANEA Sinsheim In der Aluminium verarbeitenden Industrie fallen jedes Jahr tausende von Tonnen aluminiumhaltiger Abfallschlämme an, die kostspielig entsorgt werden müssen. An anderer Stelle, wie z. B. den kommunalen Kläranlagen oder der Papierindustrie, werden dagegen aluminiumhaltige Produkte benötigt. Durch eine integrierte Verfahrensführung innerhalb eines Betriebes kann durch das patentierte, so genannte ALE (= Acid-Alkaline-Liquid-Equipment)-Verfahren ein Recyclingprozess durchgeführt werden, der bis zu 95 % des anfallenden Abfalls in die benötigten Wertstoffe umwandelt.diese werden z. B. in Kläranlagen zur Phosphatelimination benötigt. Auch unter betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten ist das Verhältnis zwischen den Investitionskosten und dem Einsparungseffekt außergewöhnlich positiv. ALE-Verfahren Aluminiumabfallschlamm Aluminiumhaltige Flüssigkeit 14 Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg

15 Ausgangslage Bei der Oberflächenbehandlung von Aluminiumprofilen (Fensterrahmen, Autoteile etc.) werden in einem so genannten Eloxalwerk die Profile in alkalische Beizbäder und saure Eloxalbäder getaucht. Dabei geht ein Teil des festen Aluminiums in Form von Ionen (salzartige Struktur) in Lösung. Die Bäder reichern sich daher mit der Zeit immer mehr mit Aluminiumionen an und verlieren ihre Wirksamkeit, sie müssen verworfen und erneuert werden. Wartet man mit der Entsorgung der alkalischen Beizbäder zu lange, so werden diese instabil und kristallisieren aus. Dadurch werden Rohrleitungen und Behälter verstopft und können nur mühsam wieder gereinigt werden. Um dieses Problem zu beheben, wurden alkalische Beizbäder und saure Eloxalbäder bisher gezielt miteinander vermischt und somit neutralisiert. Die gelösten Aluminiumionen fallen bei der Neutralisation in speziellen Rühr- und Mischbecken aus und werden anschließend in einer Filterpresse zu einem Aluminiumhydroxid-Filterkuchen gepresst. Dieser wird dann als Abfall deponiert. Beizbecken Die Innovation Anstelle zu warten bis das alkalische Beizbad instabil wird, pumpt man es rechtzeitig unter Einhaltung gewisser Grenzwerte in die Recyclinganlage ALE-1 (Verfahren mit alkalischem Endprodukt) und stabilisiert es dort. Nach einer anschließenden Sedimentation von Schmutzpartikeln erhält man so einen Wertstoff, eine alkalische Natriumaluminatlösung. Die alkalischen Reststoffe der Sedimentation gehen in die Neutralisation und werden dort mit einer kleinen Menge der sauren Eloxalbäder neutralisiert und zu Aluminiumhydroxid-Filterkuchen gepresst. Dieser Pressvorgang findet sowieso immer noch statt, da auch Spül- und Reinigungswässer neutralisiert werden müssen und hier ebenfalls Aluminiumhydroxid ausfällt. Die Restmenge der sauren Eloxalbäder wird jetzt in der Recyclinganlage ALE-2 (Verfahren mit saurem Produkt) dazu verwendet, das Aluminium wieder aufzulösen. Man erhält wieder einen Wertstoff, eine saure Aluminiumsulfatlösung. Indem man beide Verfahren kombiniert, erhält man anstelle des Abfalls bis zu 95 % alkalisches und saures Produkt. Beide Stoffe finden als Produkte Anwendung z. B. in Kläranlagen, in der Garnherstellung sowie in der Papierherstellung und wurden bisher als Chemie-Rohstoff neu eingekauft. So werden die Aluminiumverbindungen u.a. als Phosphatfällungsmittel bei der Abwasserreinigung eingesetzt. Die ALE-Verfahren sind nahezu auf jedes aluminiumhaltige Produktionsmittel anwendbar. Selbst Schleifschlämme oder Stäube aus Abluftreinigungsanlagen können einbezogen werden. Recyclinganlage Das Unternehmen Im Jahre 1997 gründeten die Galvanotechnik Brohammer und das Umweltlabor Weber die ARANEA Handelsagentur. Ausgehend von einer langjährigen Zusammenarbeit war die Verschmelzung von Chemie, Technik und Anlagenbau eine wichtige Hürde, um den Anforderungen von Industrie und Ämtern gerecht zu werden. Innovative Ideen im Bereich Abfall- und Umweltschutz konnten so marktorientiert realisiert werden. Innerhalb von 2 Jahren wurde mit dem Verkauf der Überschussprodukte im Süden der BRD ein Marktanteil von ca. 25 % erreicht. Vorträge auf Delegationsreisen nach China, USA und Chile haben bereits das Interesse ausländischer Unternehmen geweckt. Die Weiterentwicklung der Verfahren zur Verwertung der noch verbleibenden Restmengen ist bereits in der Versuchsphase. Dabei ist die Zusammenarbeit mit der nahe gelegenen Universität Heidelberg sowie der Universität Bielefeld von großer Bedeutung. Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg 15

16 Minimalmengenschmiersystem mit geregelter Aerosolerzeugung LUBRIX GmbH Schlierbach Das neu entwickelte Minimalmengenschmiersystem (MMS-System) LUBRIX 750 ermöglicht den Einsatz der Trockenbearbeitung mit MMS-Medien im Rahmen von spanenden Komplettbearbeitungen. Die jeweiligen Werkzeuge beinhalten interne Kanäle, durch die das Aerosol zur Schneidkante geführt wird. Da sich die Kanäle in den Werkzeugen in ihrer Größe sehr stark unterscheiden, entstehen beim Einsatz der jeweiligen Werkzeuge somit sich stark unterscheidende Aerosolvolumenströme. Das neue System bietet hierfür eine interne Verfahrenstechnik, die zwei wesentliche Verbesserungen gegenüber dem bisherigen Stand der Technik bedeuten. Zum einen wird der durch das Werkzeug fließende Aerosol-Volumenstrom automatisch an den internen Kanal des Werkzeuges angepasst und optimiert. Des Weiteren wird die eigentliche Erzeugung des Schmierstoffaerosols ständig auf den aktuell fließenden Volumenstrom angepasst und hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften des Aerosols optimiert. Somit kann eine extrem hohe Prozesssicherheit für alle Beararbeitungen beim Einsatz des neuen MMS-Systems 750 gewährt werden Aerosolerzeuger 16 Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg

17 Ausgangslage Wo bislang Kühlschmierstoffemulsionen (KSS) innerhalb moderner Werkzeugmaschinen für Kühlung, Schmierung und den Späneabtransport sorgten, sollen zukünftig vermehrt die Minimalmengenschmiersysteme (MMS-System) eingesetzt werden. Damit soll der Verbrauch an Kühlschmierstoffen, der derzeit rund eine Million Tonnen beträgt und eine große Belastung für die Umwelt darstellt, reduziert werden. Eine der Herausforderungen besteht darin, die Schmierstoffpartikel von Aerosolen kleiner 1 Mikrometer zu erzeugen, so dass sie sich in schnell rotierenden Werkzeugen nicht vom tragenden Luftstrom lösen und an der Wandung niederschlagen können. Ziel beim Einsatz der MMS-Technologie ist es, durchschnittlich maximal 50 Milliliter pro Stunde an Schmierstoff zuzuführen, welcher vom Prozess nahezu vollständig verbraucht wird. Idealerweise bleiben in diesem Fall der Maschineninnenraum, das zu bearbeitende Werkstück und die Zuführkanäle weitestgehend trocken. Die Innovation Die Aerosolerzeugung innerhalb des MMS-Systems LUBRIX 750 besteht nicht wie am Markt üblich aus einer mit bestimmten Geometrien vorgegeben Zerstäuberdüse, welche einen Luft- und einen Ölvolumenstrom gemeinsam verdüst, sondern es handelt sich hierbei um eine dynamische Verdüsungsvorrichtung, in welcher unterschiedliche Volumenströme die jeweils verschiedenen Aufgaben der Aerosolerzeugung übernehmen. Die individuellen Volumenströme der Medien werden hierbei ständig auf die aktuell vorherrschenden Randbedingungen und Aerosolbedürfnisse am Verbraucher angepasst. Eine derartig arbeitende Aerosolerzeugung garantiert einen extrem hohen Wirkungsgrad des Erzeugungsprozesses. Die Dynamik dieser Aerosolerzeugung resultiert aus einer Volumenstromregelung innerhalb des Aerosolgenerators. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Werkzeugen im Rahmen der Bearbeitung eines Bauteiles entstehen durch die verschiedenen Drosselwirkungen der einzelnen Werkzeuge ständig neue absolute Größen bezüglich des Gesamtvolumenstromes durch dieses Werkzeug. Im Rahmen der Regelung wird nun von einer analogen Messtechnik erkannt, wie viel Volumenstrom für das aktuelle Werkzeug benötigt wird. Ziel dieser Regelung ist es, einen statisch konstanten Förderdruck am Werkzeugeingang zu erreichen. Die Aerosolerzeugung passt sich automatisch dem Absolut-Volumenstrom in Richtung Werkzeug gemäß dieser Regelbedingung an und optimiert gleichzeitig den Prozess hinsichtlich der entstehenden Partikelgrößen. Besonderer Wert bei der Entwicklung des Aerosolgenerators wurde auf die entstehende Größe der Schmierstoffpartikel gelegt. Die Partikelgröße des Aerosols darf hierbei 1 Mikrometer nicht überschreiten, da sonst die Sinkgeschwindigkeit durch die Eigenmasse und die resultierenden Zentrifugalkräfte bei Rotationen zum Niederschlag der Schmierstoffpartikel führen würde. Das erzeugte Aerosol weist sich eindeutig durch eine extrem homogene Partikelgrößenverteilung aus. Nahezu alle Partikelgrößen befinden sich im Rahmen einer Bandbreite von 0,1 bis1 Mikrometer. Die bei LUBRIX entwickelte Art der Aerosolerzeugung gewährleistet die Erzeugung der entsprechenden Partikelgrößen bei den unterschiedlichen Gesamtvolumenströmen. Der Prozess der Aerosolerzeugung wird dabei vom MMS-System auf die wechselnden Volumenströme und Energieeinträge jeweils individuell automatisch optimiert. Die dynamische Regelung der Volumenströme im Aerosolerzeuger hat für den Benutzer des Systems noch einen weiteren, ganz entscheidenden Vorteil. Durch den eingebauten Regelprozess und der automatischen Optimierung der Aerosolerzeugung wird der Parameter für Luft nahezu überflüssig. Diese Erleichterung der Bedienbarkeit des Systems hat umgehend bei vielen Anwendern zu positiven Ergebnissen geführt. Fehleinstellungen von Seiten des Anwenders werden durch die Automatik ausgeschlossen und die Prozesssicherheit dadurch erhöht. Das Unternehmen Das Unternehmen LUBRIX GmbH wurde erst im Juli 2001 gegründet und befasst sich seitdem ausschließlich mit der Entwicklung und Herstellung moderner MMS-Systeme. Alle führenden Mitarbeiter brachten wertvolle Erfahrungen aus dem Bereich des Sondermaschinenbaus ein. Das Unternehmen war dadurch in der Lage, elektronische Regelprozesse und verfahrenstechnische Neuentwicklungen prozesssicher in MMS- Systeme zu integrieren. Bereits während der ersten Monate des Bestehens der LUBRIX GmbH konnten viele, bislang für die Anwendung der MMS-Technologie als äußerst schwierig geltende Prozesse, erfolgreich bei Anwendern realisiert werden. Aufgrund dieses Erfolges wurde auch im Jahr 2002 weiter in die Entwicklung und Funktionalität der Systeme investiert. Die hohe Innovationskraft des Unternehmens, sowie die neuartige Qualität und Funktionalität der MMS-Systeme in Verbindung mit ausgezeichnetem Kundenservice, sind die Erfolgsfaktoren des Unternehmens. Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg 17

18 Optischer Scanner zur verletzungsfreien Diagnose in der Haut ISIS optronics GmbH Mannheim Mit dem optischen Scanner SkinDex 300 ist es zum ersten Male möglich, nahezu mikroskopische Aufnahmen verletzungsfrei bis 1mm unter der Hautoberfläche zu erzeugen. Nach wenigen Sekunden stehen bereits 2-dimensionale Schnittbilder für die Diagnose zur Verfügung. Neben strukturellen Informationen in 2 oder 3 Dimensionen können auch physiologische Parameter wie Hautfeuchte ermittelt werden. Einsatzgebiete sind die dermatologische Forschung und klinische Diagnose. Ziel ist es, beim Dermatologen den Einsatz von verletzenden Nadel-Biopsien auf ein Minimum zu reduzieren und den Patienten durch die verletzungsfrei arbeitende Alternative zur regelmäßigeren Frühkontrolle zu motivieren. In der kosmetischen Industrie wird das Gerät zur begleitenden Forschung und bei den Product Claims eingesetzt. Um den robusten praktischen Einsatz einer sehr präzisen Technologie, bei gleichzeitig hoher Datenrate, zu ermöglichen, wurde eine integrierte optische Chip-Technologie weiterentwickelt. Mit der eigenen Konstruktion eines Spezialobjektives gelang es den Aufnahmen nahezu mikroskopische Qualität zu verleihen. Optisches Chip mit 3 der 8 Interferometer-Kanälen schematisch dargestellt. Ganz links sind die Symbole der Lichtquellen und Detektoren eingezeichnet Der Original-Chip mit 50 mm Länge und 10 mm Breite. Links sind ansatzweise die Fasern zu sehen, welche den Chip mit den Lichtquellen und Detektoren flexibel verbinden. 18 Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg

19 Ausgangslage Hautkrankheiten sowie Allergien sind oft eine Kombination aus genetischer Veranlagung und sich negativ verändernden Umwelteinflüssen. Da die Hautveränderungen in der Regel unterhalb der Oberfläche bis fast 1mm Eindringtiefe entstehen, darf sich die Diagnose nicht auf die sichtbare Oberfläche beschränken. Es existiert zwar mit der Nadel-Biopsie ein Verfahren, welches Strukturen unter der Oberfläche gut erkennt, aber dafür muss die Haut punktuell aufgeschnitten werden. Dieser verletzende Eingriff steht der Motivation des Patienten für eine regelmäßige Frühkontrolle, und damit dem Potenzial kostenintensive Langzeittherapien auf ein Minimum zu senken, entgegen. Die bereits existierende verletzungsfrei arbeitende Ultraschall-Bildgebung hat sich in der Dermatologie wegen unzureichender Auflösung nicht durchgesetzt. Das zunehmende Körberbewusstsein der Menschen und steigender Konkurrenzdruck stellen die Kosmetikindustrie vor immer neue Herausforderungen. Um möglichst realitätsnah die Wirkung von Kosmetika unter der Oberfläche zu beschreiben, ist die Kosmetikindustrie auf der Suche nach einem geeigneten verletzungsfrei arbeitenden Verfahren. Die Innovation Das technische Grundprinzip basiert auf OCT ( Optical Coherence Tomography ) und ähnelt der Ultraschall-Bildgebung, wobei die akustischen Pulse durch optische Lichtwellen ersetzt sind. Bei den eingesetzten Interferometern wird das Licht in einen Objekt- und Referenzarm aufgeteilt. Nach Reflektion von dem Objekt und einem terminierenden Spiegel in dem Referenzarm kann nur dann ein elektrisches Interferenzsignal erzeugt werden, wenn beide Teilstrecken die gleiche optische Weglänge besitzen. Zusammen mit den automatisierten Bewegungen in lateraler Richtung, d. h. parallel zur Objektoberfläche, wird ein Schnittoder 3D-Bild im Computer errechnet. Die wesentlichen Eigenschaften des SkinDex 300 liegen darin, nahezu mikroskopische räumliche Auflösung zu erzielen und gleichzeitig Robustheit und maximale Aufnahmegeschwindigkeit beim praktischen Einsatz in der Dermatologie zu gewährleisten. Die besonderen innovativen Leistungen im Einzelnen: Herzstück des optischen Sensorkopfes ist die Integration von 8 kompletten Interferometern in einen optischen Chip, welcher patentiert wurde. Eine besondere Maßnahme zur Platzersparnis war die Umlenkung des Lichtes in den Referenzarmen an den Punkten T1 8 (s. Bild). Durch ein inzwischen patentiertes Spezialobjektiv kann der optische Fokus über einen relativ langen Weg in Tiefenrichtung (bis 1 mm in die Haut) automatisch bei praktisch optimaler Brennschärfe gehalten werden. Damit wird eine nahezu mikroskopische Ortsauflösung von etwa 3 5 Mikrometer über den gesamten Tiefenbereich garantiert. Um neben den strukturellen Informationen auch physiologische wie die Hautfeuchte zu erhalten, wird der physikalische Parameter Brechungsindex ortsaufgelöst gemessen. Dazu wurde das Spezialobjektiv mit dem zusätzlichen Freiheitsgrad der Verschiebung einer Linse versehen. Mit der elektrischen Positionierungsmöglichkeit der Linse im Mikrometer-- bereich und einem speziell entwickelten mathematischen Algorithmus lässt sich der Brechungsindex an jeder Tiefenposition errechnen. Die Vorteile des speziellen optischen Chips sind: Mit der Integration von 8 parallelen Interferometer- Kanälen auf engstem Raum kann die Aufnahmezeit bei einem Schnittbild (2D) auf 1 / 8 gegenüber der eines Kanales gesenkt werden. Ebenso können durch die miniaturisierte und leichte Bauweise des Chips schnell alle Raumrichtungen automatisiert gescannt werden; Die Chipbauweise erlaubt eine sehr hohe Präzision aller Kanäle untereinander. Mit einem klassischen Freistrahlaufbau der 8 Kanäle wäre dies produktionstechnisch praktisch nicht zu erreichen, da die Interferometrie im Submikrometer-Bereich empfindlich ist. Ebenso ist die Position des Chips beim Einbau unproblematisch, da alle Kanäle untereinander durch das präzise Herstellungsverfahren abgeglichen sind. Aufgrund der geringen Dimensionen des Chips ist eine kompakte Bauweise im optischen Teil des Sensorkopfes möglich. Damit werden wiederum Fehler, z. B.aufgrund von thermischen Ausdehnungen, minimiert. Das Unternehmen ISIS optronics GmbH wurde Anfang 1999 in Mannheim durch den Geschäftsführer Dr. Alexander Knüttel gegründet. Nach intensiver Produktentwicklung und CE-Zertifizierung wurde SkinDex 300 ab 2001 weltweit als erster dermatologischer Scanner kommerzialisiert. Heute wird die Entwicklung, Produktion und der Vertrieb mit 8 Beschäftigten durchgeführt. Um die internationalen Marketing- und Vertriebsziele zu erreichen, wurden bereits Vertriebsorganisationen in den USA und Japan verpflichtet. Als zusätzliches wirtschaftliches Standbein entstand im Jahre 2003 eine neue Produktgeneration. Basierend auf einer ähnlicher Technologie, wird das neue Produkt in der berührungslosen Prozesskontrolle für Schicht- und topografische Vermessungen eingesetzt. Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg 19

20 Chemische Spitzen zur chemischen Kraftmikroskopie NanoCraft Engen Die Rasterkraftmikroskopie erlaubt die Abbildung von Oberflächen bis in den molekularen Nanometerbereich. Mit den bisher verwendeten Spitzen des Rasterkraftmikroskops lassen sich, aufgrund ihrer chemischen Undefiniertheit, keine chemischen Informationen über die Oberfläche erhalten. Mit den chemisch modifizierten Spitzen kann zusätzlich zur Abbildung der Topografie eine chemische Landkarte der Oberfläche erstellt werden. Durch verschiedene Modifikationsvarianten der Spitze können unterschiedliche Wechselwirkungen ausgenutzt werden, um eine chemische Matrix über die Oberfläche zu erhalten. Durch eine geeignete Anwendung dieser Methode können chemische und selbst biologische Oberflächen (z. B. Zelloberflächen in physiologischen Medien) systematisch auf ihre chemischen Endgruppen untersucht werden. Eingesetzt wird die neue Technik bei der Entwicklung von neuartigen Wirkstoffen und in der chemischen Nanotechnologie bzw. Materialforschung zur Optimierung neuer Materialien und Verfahren. 20 Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg

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