– Mitarbeiter von Bosch, Trumpf, Universität Jena und Fraunhofer
IOF nominiert
– Bundespräsident Gauck: „Innovationskraft sichert Wohlstand und
Wohlergehen“

– Neues Werkzeug zur präzisen Materialbearbeitung
– Laserpulse überwinden Grenzen der industriellen Fertigung
– Vom Labor in die Werkhalle – Schlüsseltechnologie im globalen
Einsatz

Grenzüberschreitung: Weil sie völlig neue Perspektiven in der
industriellen Fertigung erschlossen haben, sind Mitarbeiter von
Bosch, Trumpf, der Universität Jena und dem Fraunhofer IOF für den
Deutschen Zukunftspreis, den Preis des Bundespräsidenten nominiert.
Durch das Zusammenspiel der Partner haben ultrakurze Laserpulse
erstmals den Weg aus dem Labor in die Werkhallen geschafft. Dort
setzt das neue Werkzeug die Ideen der Ingenieure in Produkte um, die
bislang nicht möglich waren – wenn man es wie bei Bosch versteht, die
Kraft des Lasers für seine Zwecke zu bändigen.

Erfolg für Bosch, Trumpf und die Universität Jena: Weil sie durch
extrem kurze Laserpulse neue Perspektiven in der industriellen
Serienproduktion eröffnen, sind Dr. Jens König, Prof. Stefan Nolte
und Dr. Dirk Sutter für den Deutschen Zukunftspreis des
Bundespräsidenten nominiert. Das gab das Bundespräsidialamt am
Mittwoch in München bekannt. Mit der konzentrierten Energie der
Laserpulse lassen sich Werkstoffe schnell, präzise und in hoher
Stückzahl wirtschaftlich bearbeiten.

Grundlagenforschung für neue Produkte

Grundlagenforschung und Entwicklung fanden in Deutschland statt.
Auch Produktion und neue Arbeitsplätze wurden hier angesiedelt. Damit
kommt auch der wirtschaftliche Nutzen in Deutschland zum Tragen. Mit
dieser Fertigungstechnik werden viele neue Produkte möglich, deren
bessere Funktion schon jetzt viele Menschen im Alltag nutzen. Dazu
zählen emissionsärmere und kraftstoffsparende Motoren und Heizungen.
Auch eine Verschleißreduzierung an Oberflächen ist möglich. Zudem
werden besser verträglichere medizinische Implantate möglich, die
verengte Adern länger als bisher offen halten. Smartphones
profitieren ebenfalls: Deren zunehmend dünnere und kratzfestere
Gläser von Display und Kamera lassen sich fast nur noch mit diesen
Lasern schneiden.

Die Auszeichnung

Der Deutsche Zukunftspreis – Preis des Bundespräsidenten für
Technik und Innovation – ehrt wissenschaftliche Höchstleistungen mit
einem großen wirtschaftlichen Potenzial. „Genau diese Kombination
macht die Innovationskraft unseres Landes aus und sichert unseren
Wohlstand und unser Wohlergehen“, erklärte Bundespräsident Joachim
Gauck im Vorfeld zu seinem Preis. Der viel beachtete Preis wird seit
1997 jährlich vergeben. Es ist die höchste deutsche Auszeichnung auf
diesem Gebiet. Mitglieder der hochrangigen Jury sind unabhängige
Fachleute aus Wissenschaft und Praxis. Der Gewinner des
Zukunftspreises wird am 4. Dezember bekanntgegeben.

Das nominierte Team

„Wir sind sehr stolz auf diese Nominierung und entwickeln das
riesige Potenzial dieser Technik ständig für neue Anwendungen weiter.
Innovationen wie diese sichern unseren technischen Vorsprung am
Standort Deutschland. Und sie schaffen neue Arbeitsplätze“, erklärte
das dreiköpfige Team. Dessen offizieller Sprecher ist Dr. Jens König
aus der Forschung von Bosch. Dr. Dirk Sutter leitet bei der Trumpf
Laser GmbH + Co. KG die Forschung und Entwicklung bei den
Ultrakurzpulslasern. Dr. Stefan Nolte arbeitet als Professor für
Experimental- und Laserphysik an der Friedrich-Schiller-Universität
sowie am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in
Jena. Mit Kreativität und Beharrlichkeit haben sie diese Technologie
zum ersten Mal für die industrielle Fertigung nutzbar gemacht.
Grundlagen dafür wurden durch die vom Bundesministerium für Bildung
und Forschung geförderten und von Bosch koordinierten Projekte PRIMUS
und PROMPTUS erarbeitet. Inzwischen wurden damit allein bei Bosch
bereits fast 30 Millionen Produkte hergestellt. Die Partner sind
gemeinsam und gleichwertig nominiert.

Die Kooperation

Die Arbeiten von Stefan Nolte legten die wissenschaftlichen
Grundlagen dieser Technik und sind weltweit schon mehr als 2 000 Mal
von Experten zitiert. Zu Beginn der anschließenden Zusammenarbeit
zwischen Bosch und Trumpf war noch nicht genau bekannt, wie gepulste
Laserstrahlen beschaffen sein müssen, um die hohen Anforderungen der
industriellen Fertigung zu erfüllen. Wie sollten beispielsweise
Pulslänge, -zahl und -energie ausgelegt sein, um einen wirklich
präzisen und produktiven Materialabtrag zu erreichen, und das
zuverlässig über hunderte Milliarden Pulse hinweg? Jens König und
seine Kollegen erforschten und beschrieben diese Anforderungen und
Spezifikationen an das Laserlicht in geduldiger Detailarbeit – zum
Beispiel, um feinste Löcher für die Benzin-Direkteinspritzung in
Metall zu bohren. In enger Zusammenarbeit mit Trumpf entstanden nach
und nach immer bessere Laser. Zugleich entwickelte sich damit auch
die Ultrakurzpuls-Technologie bis zum heutigen hohen Stand weiter.
Bosch gelang es schließlich weltweit erstmals, den Laser in seinen
selbst entwickelten Maschinen so präzise zu führen, dass damit eine
verlässliche industrielle Serienproduktion mit allen Vorteilen
möglich wurde.

Dem Labor entwachsen

Damit war dieses neue Werkzeug dem Labor von Professor Nolte
endgültig entwachsen und zum Teil der Industrietechnik geworden.
Inzwischen orientieren sich viele andere Hersteller an diesem
Erfolgsmodell – auch im Ausland. Trumpf hat als Markt- und
Innovationsführer auf diesem Gebiet die momentan stärksten Laser am
Markt. Bosch produziert in hohen Stückzahlen für einen Markt, der
höchste Qualität fordert. Die Beteiligten haben bisher mehr als 40
Patente veröffentlicht. Der Umsatz durch diese Lasersysteme und der
damit hergestellten Produkte wird voraussichtlich im nächsten Jahr
bereits eine Milliarde Euro überschreiten. Darüber hinaus zeichnen
sich weitere Anwendungen ab, sowohl bei Bosch als auch in anderen
Branchen. Auch der Maschinenbau – ein wichtiger Umsatzträger in
Deutschland – profitiert auf Dauer.

Besser als Schmelzen: kontrolliertes Verdampfen

Trifft ein herkömmlicher Laserstrahl zum Beispiel auf Metall, wird
es typischerweise aufgeheizt, es schmilzt und verdampft teilweise.
Das Verhalten von geschmolzenem Material ist aber nur schwer zu
beherrschen. Oft führt das sowohl zu Rändern der erstarrten Schmelze
als auch zu Unebenheiten und damit zu verminderter Präzision. Dann
muss das Werkstück nachbearbeitet werden – das kostet Zeit und Geld.
Diamant und Saphir lassen sich so gar nicht bearbeiten.

Richtig eingesetzt bieten ultrakurze Laserpulse in der Fertigung
die Lösung: Durch die geschickte Wahl von Pulsdauer, Pulsenergie und
Fokussierung wird das Material so schnell und so stark erhitzt, dass
es ohne sichtbaren Umweg über eine Schmelze abgesprengt wird und bei
rund 6 000 Grad Celsius direkt verdampft. So lassen sich nach und
nach feinste Bereiche in der Größe von nur wenigen millionstel
Millimetern (Nanometer) abtragen. Ein vom Computer gesteuertes
Spiegelsystem lenkt die Laserpulse dafür blitzschnell an die richtige
Stelle. Hunderttausende Pulse pro Sekunde ermöglichen eine
schmelzfreie Bearbeitung in höchster Präzision. Das verdampfte
Material wird einfach mit einem Luftstrom abgesaugt.

Die selbst entwickelten Fertigungsmaschinen und die Systemtechnik
von Bosch konzentrieren den Laserstrahl äußerst präzise auf einen
winzigen Bereich, und nur dieser verdampft. Das Material in der
Umgebung ermüdet hingegen nicht und wird auch nicht spröde. Die
Wärme-Einflusszone reicht nur etwa einen Tausendstel Millimeter ins
Material. Die Ingenieure sprechen deshalb vom „kalten“
Materialabtrag. Daher kann man trotz der hoch konzentrierten Energie
des Lasers selbst auf einem Streichholzkopf feinste Strukturen
herstellen, ohne dass er entflammt.

Was damit möglich wird

Dies alles eröffnet vollends neue Möglichkeiten zur
berührungslosen Bearbeitung fast aller Materialien: von Diamanten und
harten Gläsern über Stahl und Halbleiter, hin zu Keramiken und
empfindlichsten Kunststoffen. Der universell einsetzbare Laser bohrt,
schneidet, strukturiert oder fräst fast beliebige Formen. Bosch
beherrscht die hohe Kunst, die Kraft des Lasers für die jeweilige
Aufgabe bestmöglich zu bändigen. Einmal an seine Aufgabe angepasst,
erledigt der gebündelte Strahl seine Arbeit zudem sehr schnell.

Beispiele bei Bosch

Unter anderem bohrt Bosch damit die extrem feinen Düsen seiner
Benzin-Direkteinspritzventile und trägt auch damit zur
Treibstoffeinsparung von bis zu 20 Prozent in Benzinmotoren sowie zum
Erreichen der strengsten Abgasnormen bei. Die so entstehenden
Spritzlöcher ermöglichen die präzisere und besonders gut an die Form
des Brennraumes angepasste Verteilung des Kraftstoffes. Dies war mit
den bisherigen Fertigungsprozessen und Werkzeugen so nicht möglich.
Jetzt kann in Motoren mit mittleren, kleinen und kleinsten Hubräumen
der Kraftstoff noch besser verteilt werden. Das Ergebnis: Die
Vorteile der Benzin-Direkteinspritzung – weniger Verbrauch und
Emissionen – sind für alle Fahrzeugklassen verfügbar. Aktuell sind
bereits 14 Motorenprojekte bei neun Kunden mit lasergebohrten
Einspritzventilen ausgestattet, das entspricht rund zwei Millionen
Fahrzeugen. Dieser Trend wird sich fortsetzen.

Ein weiteres Beispiel ist das Sensor-Element in der Lambdasonde
LSU- ADV. Der Laser bearbeitet jede einzelne mit jeweils ganz
individuellen Strukturen. Das verdoppelt die Messgenauigkeit. Zudem
wird eine Verringerung der Warmlaufzeit der Sonden nach dem
Motorstart von 20 auf drei Sekunden möglich. Die Folge: eine
deutliche Reduktion der Emissionen, insbesondere kurz nach dem
abgasintensiven Kaltstart des Motors. Der Laser kommt zudem bei den
Diesel-Einspritzventilen von Bosch zum Einsatz. Auch beim ganz neuen
Einspritzventil für den Ölheizkessel Logano plus 145 von Buderus
sorgt diese 3D-Mikrobearbeitung für die extrem feine Zerstäubung des
Brennstoffes: Das Öl brennt dann ähnlich leicht wie Gas. Dies führt
zu einer flüsterleisen Verbrennung bei bis zu 15 Prozent weniger
Heizölverbrauch. Zudem forscht Bosch an vielen weiteren Produkten,
die durch diese Fertigung neue oder bessere Funktionen erhalten. Noch
lassen sich gar nicht alle Einsatzmöglichkeiten absehen.

Bosch-Chef Dr. Volkmar Denner: „Großartige Bestätigung“

„Diese Nominierung ist eine großartige Bestätigung unserer
Arbeit“, sagte Dr. Volkmar Denner, Vorsitzender der Geschäftsführung
der Robert Bosch GmbH. „Mit diesem präzisen Werkzeug stellen wir
innovative Produkte wirtschaftlich her. Dank der Lasertechnik in
unserer Fertigung hat sich zum Beispiel die sparsame Benzin-
Direkteinspritzung auf breiter Front durchgesetzt. Das ist ein gutes
Beispiel für die nachhaltigen Produkte, die wir bei Bosch schaffen.
Wir nennen das Technik fürs Leben.“ Denner ergänzte: „Innovationen
wie diese schaffen und erhalten Arbeitsplätze. Das gilt sowohl für
Deutschland und andere westliche Regionen als auch für die
aufstrebenden Länder Asiens. Damit stärken wir unsere Position als
einer der weltweit führenden Automobilzulieferer. Auch in Zukunft
werden wir dieses Werkzeug zur Produktion begeisternder Produkte
einsetzen.“

Arbeitsreicher Weg

Bosch setzt Laser schon seit mehr als 36 Jahren für die
Herstellung von Produkten ein. Trotz dieser Erfahrung war es ein
arbeitsreicher Weg, um die Mikrobearbeitung mit Ultrakurzpulslasern
von den universitären Labortischen in die Fertigungshallen zu
überführen. Dafür betreibt Bosch eine starke Industrieforschung. „Sie
nimmt Ergebnisse aus der Wissenschaft auf und trägt mit eigenen
Erkenntnissen und langem Atem dazu bei, dass diese für die
Industrialisierung reif werden. Die Materialbearbeitung mit
ultrakurzen Laserpulsen ist ein gutes Beispiel hierfür“, sagte Dr.
Klaus Dieterich, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung bei
Bosch. Diese hatte sich rund zehn Jahre lang damit befasst.

Gute Aussichten für Bosch – und andere Branchen

Bosch wird Ende 2013 bereits etwa 30 Millionen Bauteile an Kunden
ausgeliefert haben, die mit dieser Technologie gefertigt wurden.
Diese Zahl wird auch künftig steigen. Bosch-Produktionswerke in
Charleston (US-Bundesstaat South Carolina) sowie im türkischen Bursa
setzen diese Technologie ein. Als Leitwerk fungiert der Bosch-
Standort Bamberg.

In anderen Bereichen, etwa der Elektronikbranche, trennen die
Laserpulse hochpräzise einzelne Chips aus Siliziumwafern oder bohren
haarfeine Löcher in miniaturisierte Leiterplatten. Dank der Laser
können neuartige Stents aus speziellen Kunststoffen so geschnitten
werden, dass sie verengte Blutgefäße länger offen halten und
gleichzeitig Medikamente direkt an der richtigen Stelle freigeben.
Auch die kleinen, höchst kratzfesten gläsernen Abdeckungen für
Handykameras werden mit den Lasern geschnitten. In der
Industrietechnik und der Hydraulik trägt diese Fertigungsmethode zur
Verschleißreduzierung durch gezielte Oberflächenstrukturierung bei.
Das Bearbeiten moderner Carbonfaser-Verbundwerkstoffe ist mit dieser
Fertigungstechnik ebenso möglich wie das Bohren von Spinndüsen für
Funktionsfasern in der Textilindustrie. In allen diesen Fällen kommt
es darauf an, die Energie des Lasers für die industrielle Fertigung
zu bändigen.

Pressebilder: http://ots.de/mZiV9

Internet Startseite Deutscher Zukunftspreis:
http://www.deutscher-zukunftspreis.de/

Startseite des Bundespräsidenten:
http://www.bundespraesident.de

Startseite Robert Bosch GmbH:
http://www.bosch.de

Startseite Trumpf Laser GmbH + Co. KG:
http://www.trumpf-laser.com/

Startseite der Universität Jena:
http://www.uni-jena.de/

Lambdasonden bei Bosch:
http://www.bosch-lambdasonde.de/de/umweltzuliebe.htm

Die Bosch-Gruppe ist ein international führendes Technologie- und
Dienstleistungsunternehmen und erwirtschaftete im Geschäftsjahr 2012
mit rund 306 000 Mitarbeitern einen Umsatz von 52,5 Milliarden Euro.
Seit Anfang 2013 gilt eine neue Struktur mit den vier
Unternehmensbereichen Kraftfahrzeugtechnik, Industrietechnik,
Gebrauchsgüter sowie Energie- und Gebäudetechnik. Die Bosch-Gruppe
umfasst die Robert Bosch GmbH und ihre rund 360 Tochter- und
Regionalgesellschaften in rund 50 Ländern; inklusive Vertriebspartner
ist Bosch in rund 150 Ländern vertreten. Dieser weltweite
Entwicklungs-, Fertigungs- und Vertriebsverbund ist die Voraussetzung
für weiteres Wachstum. Im Jahr 2012 gab Bosch rund 4,8 Milliarden
Euro für Forschung und Entwicklung aus und meldete rund 4 800 Patente
weltweit an. Ziel der Bosch-Gruppe ist es, mit ihren Produkten und
Dienstleistungen die Lebensqualität der Menschen durch innovative,
nutzbringende sowie begeisternde Lösungen zu verbessern und Technik
fürs Leben weltweit anzubieten.

Das Unternehmen wurde 1886 als „Werkstätte für Feinmechanik und
Elektrotechnik“ von Robert Bosch (1861-1942) in Stuttgart gegründet.
Die gesellschaftsrechtliche Struktur der Robert Bosch GmbH sichert
die unternehmerische Selbstständigkeit der Bosch-Gruppe. Sie
ermöglicht dem Unternehmen, langfristig zu planen und in bedeutende
Vorleistungen für die Zukunft zu investieren. Die Kapitalanteile der
Robert Bosch GmbH liegen zu 92 Prozent bei der gemeinnützigen Robert
Bosch Stiftung GmbH. Die Stimmrechte hält mehrheitlich die Robert
Bosch Industrietreuhand KG; sie übt die unternehmerische
Gesellschafterfunktion aus. Die übrigen Anteile liegen bei der
Familie Bosch und der Robert Bosch GmbH.

Mehr Informationen unter
www.bosch.com,
www.bosch-presse.de,
http://twitter.com/BoschPresse

Journalistenkontakte:
Thilo Resenhoeft,
Telefon: +49 711 811-7088,
Thilo.Resenhoeft@de.bosch.com

Dr. Ingo Rapold,
Telefon: +49 711 811-48905,
Ingo.Rapold@de.bosch.com

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