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The Fronius Universe

Das Fronius Universum

www.fronius.com

Das Fronius Universum

The Fronius Universe


Weil eines zum anderen führt Newton, Galvani, Einstein, Tesla – Personen, die stellvertretend für bedeutende Entdeckungen und Entwicklungen auf dem Gebiet der Physik stehen. Ihrem Forscherdrang, gepaart mit gesunder Skepsis gegenüber etablierten Meinungen, verdanken wir wichtige Erkenntnisse, die uns heute sowohl in der Naturwissenschaft als auch in der Technik als grundlegende Bausteine dienen. So auch bei Fronius. Wo wir diesen Eckpfeilern bei vielen neuen Entwicklungen für die technologisch führende Batterieladetechnik, Schweißtechnik und Solarelektronik wieder begegnen. Ein Brückenschlag war also nahe liegend. Die Verknüpfung elementarer und angewandter Forschung. Zu einem einzigen, zusammenhängenden Kosmos in Buchform: dem Fronius Universum. Dabei zeigt sich, wie bedeutend Investitionen in Grundlagenforschung und das nötige Durchhaltevermögen tatsächlich sind. Weiterentwicklung wird groß geschrieben. In der Physik. In der Forschung. Bei Fronius. Dieses Buch, mit dem Fronius sein 60-jähriges Firmenjubiläum feiert, macht all dies deutlich.

All because one thing leads to another Newton, Galvani, Einstein, Tesla – individuals whose names stand for significant discoveries and developments in the field of physics. It is to their inquiring minds, coupled with their healthy scepticism towards received opinion, that we owe a host of vital insights which are now fundamental underpinnings of both science and technology. The same is true of Fronius. Here too, we find the cornerstones of many seminal new developments in leading-edge battery-charging technology, welding technology and solar electronics. Hence the idea of a thematic “bridge” between elementary and applied research, to link these into a single, coherent cosmos in the form of a book: The Fronius Universe. It is very much apparent here how critically important it is not only to invest in basic research but also to have the necessary staying-power. Incessant onward development is the watchword. In physics. In research. At Fronius. This book, published by Fronius to mark its 60th anniversary, makes all this abundantly clear.


Vorwort |

Foreword

Liebe Leserin, lieber Leser!

Dear Reader;

Ein Jubiläum gilt es zu feiern, ein ganz besonderes sogar. Denn vor genau 60 Jahren öffnete im oberösterreichischen Pettenbach eine kleine Reparaturwerkstätte für Elektrogeräte ihre Türen. Der Name des Inhabers: Günter Fronius. 2005 ist diese kleine Reparaturwerkstätte nicht mehr wiederzuerkennen. Ein weltweit agierendes Unternehmen mit mehr als 1.600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern ist an deren Stelle getreten. Mit dem vorrangigen Ziel, in den Bereichen Batterieladesysteme, Schweißtechnik und Solarelektronik technologische Maßstäbe zu setzen. Schließlich soll Fronius weiter wachsen. Nicht nur als Unternehmen – auch als Idee. Dafür heißt es neugierig zu bleiben, weiterhin die Fühler auszustrecken, über bekannte Grenzen hinauszudenken. Phänomene wollen erkannt und erforscht werden. Um sie zu integrieren. In ein Universum – das Fronius Universum. Aufgebaut auf elementaren Säulen der Physik: Energie, Licht, Materie und Information. Abgerundet mit Einblicken in die Welt von Fronius. Wenn Sie sich nun auf den folgenden Seiten durch dieses Universum bewegen, werden Sie des Öfteren auf einen weiteren Jubilar stoßen: Albert Einstein. 100 Jahre ist es nämlich her, dass der damals 26-jährige Einstein die Physik gleich dreimal revolutionierte. In seinem „Wunderjahr“ 1905 schuf er die Relativitätstheorie, erkannte die Quantennatur des Lichts und die atomistische Struktur der Materie. Wollen Sie noch mehr wissen? Kein Problem, das Fronius Universum steht Ihnen offen und damit ausgewählte Meilensteine aus der Welt der Physik.

We have an anniversary to celebrate, and a very special one at that. For this year marks 60 years since a small repair workshop for electrical appliances opened for business in the Upper Austrian village of Pettenbach. The proprietor’s name: Günter Fronius. Today, in 2005, this humble repair workshop has changed beyond all recognition – into a globe-spanning enterprise with a workforce of more than 1600. One whose overriding aim is to define new technological benchmarks in the fields of battery charging systems, welding technology and solar electronics. After all, we want Fronius to carry on growing. Not just as an enterprise, but also as an idea. This means being as curious as ever, keeping those feelers stretched out, and continuing to “think beyond the box”. There are phenomena out there waiting to be discovered and explored. And integrated into a universe – the Fronius Universe. A universe founded on the elementary pillars of physics: Energy, light, matter and information. And rounded off with insights into the world of Fronius. As you journey through this universe on the following pages, you’ll find yourself repeatedly encountering somebody else with an anniversary to celebrate: Albert Einstein. It’s exactly 100 years since the 26-year-old Einstein revolutionised physics three times over. In his ‘annus mirabilis’, 1905, he formulated the theory of relativity, recognised the quantum nature of light and discovered the atomistic structure of matter. Want to know more? Then step right in to the Fronius Universe, with its selected milestones from the world of physics.

Viel Spaß bei der Lektüre wünscht Ihnen Ihre Fronius Geschäftsleitung

The Fronius Management Team wishes you a highly enjoyable read!

Elisabeth Engelbrechtsmüller-Strauß

Volker Lenzeder

Heinz Hackl

Klaus Fronius

Herbert Mühlböck

Brigitte Strauß

1


Einleitung | Introduction

1-5

Energie | Energy

Einleitung

Energie

| Vorwort

| Energiebewusst

| Inhalt

1

| Sternstunden

| Erstausstrahlung

11

| Lebensgrundlage Sonne | Solare Herausforderung

| Zu allem fähig

14

21

| Strom-Orchester

23

| Leuchtende Vorbilder

Introduction

Energy

| Foreword

1

| Energy conscious

| Contents

2

| Storage performance

| Decisive moments

4

| AC crossover

| Der Widerspenstigen Zähmung

52

Light

Matter

23

21

31

| Atoms, quarks and Higgs bosons | Carbon architecture | The fourth phase

33

54

42

44

46

| The smallest revolution in the world | Alchemy’s latter-day triumph

37

| Einstein’s speed rule

19

29

35

| Relics of Utopia

| Electrifying orchestration

Inhalt | Contents

38

50

| Wenn das Gegenteilchen der Fall ist

| Omnicapable

14

| Big experience with small components

2

48

| Pioneering emission

11

17

24

46

| Der späte Triumph der Alchemie

37

| Enlightened moments

9

| The sun – the basis of our existence

| Shining examples

44

| Die kleinste Revolution der Welt

35

| Pros without cons

| Sunrise at Fronius

42

24

13

| Solar challenge

| Die vierte Form

33

| Einsteins Tempoverordnung

19

| Große Erfahrung mit kleinen Bauteilen

| Kohlenstoff-Architektur

31

| Reliquien der Utopie

17

| Sonnenaufgang bei Fronius

| Atome, Quarks und Higgs

29

| Vorteile ohne Nachteile

13

40-55

Materie

| Lichte Augenblicke

9

| Der Wechsel zum Wechselstrom

4

Materie | Matter

26-39

Licht

| Speicherleistung

2

Licht | Light

6-25

38

| The Taming of the Shrew

52

| Taking a walk on the flip-side: Anti-particles

54

50

48


Inhalt | Information | Information

Fronius Laboratory

56-69

Information

| Von Drang und Fantasie

59

| Die Information, das schwer zu erfassende Wesen | Von Büroklammern, Mailüfterln und Briefmarken | Vernetzt und zugemailt | Schnell geschaltet

61

| Lauter Testsieger

65

| Quellverweis

73

| Chancen sofort erkennen | Zahlen hinter Gitter

62

85-91

86

| Stichwortverzeichnis

77

88

| Impressum

79

| Auszug aus „Die Physiker“

81

| Produkten den Prozess machen

67

Anhang | Annex

Anhang

Fronius Laboratory

| Scharfe Schüsse, unscharfe Daten

| Spielend lernen

70-84

Contents

83

69

Fronius Laboratory

Information | Sharp shots, fuzzy data

| Impetus and fantasy

59

| Information, a slippery beast

| Of paper-clips, spring breezes and postage stamps

62

| Numbers behind (lattice) bars

67

| Product producing processes

77

| Index

86

88

| Publisher’s imprint

79

| Test winners, each and every one

65

| Fast switching: An open-and-close case | Learning by playing

| References

73

| Spotting opportunities straight away

61

| Mail dominance – a network effect?

Annex

81

| Excerpt from “The Physicists”

83

69

Contents | Inhalt

3


Energie | Energy

Licht | Light

Materie | Matter

1789

Luigi  Galvani kommt in Bologna mit Hilfe von Froschschenkeln dem fließenden Strom auf die Spur. Luigi Galvani’s work on frogs’ legs in Bologna points to the idea of electricity as a flowing current. 11

1678

~400 v.Chr./B.C.

Demokrit vermutet, alle Materie besteht aus unteilbaren Grundbaustoffen. Democritos conjectures that all matter consists of inseparable fundamental materials. 42

1928



A lessandro Volta stellt mit seiner VoltaSäule die erste funktionierende Batterie der Öffentlichkeit vor. Alessandro Volta unveils the world’s first functioning battery – the voltaic pile. 11

1873

Paul  A. M. Dirac zieht erstmals ein Antiteilchen theoretisch in Erwägung. Paul A. M. Dirac is the first to give theoretical consideration to the existence of an antiparticle. 54

1854



Henri  Etienne Sainte-Claire Deville stellt erstmals hochreines Silizium mittels Elektrolyse her. Henri Etienne Sainte-Claire Deville is the first to produce high-purity silicon by electrolysis. 50

1959



Richard  P. Feynman redet die Nanotechnik herbei. Richard P. Feynman’s classic talk heralds the dawn of nanotechnology. 48

1967



Auf  der Expo ’67 in Montreal erfährt die FullerKuppel von Richard Buckminster Fuller breite Aufmerksamkeit als Pavillon der USA. At Expo ‘67 in Montréal, the Fuller Dome of the USA Pavilion – designed by Richard Buckminster Fuller – attracts widespread attention. 44

1981



Gerd  Binnig und Heinrich Rohrer entwickeln das Rastertunnelmikroskop. Gerd Binnig and Heinrich Rohrer develop the scanning tunnel microscope. 48

1996



Robert  F. Curl Jr. und Sir Harold Walter Kroto erhalten mit Richard E. Smalley den Chemie-Nobelpreis für ihr 1985 entdecktes Kohlenstoffmolekül „Fullerene“. Together with Richard E. Smalley, Robert F. Curl and Sir Harold Walter Kroto are awarded the Nobel Prize in Chemistry for their 1985 discovery of the carbon molecule they christened “fullerene”. 44

1996



Am  CERN-Institut findet die erste künstliche Erzeugung von Antimaterie statt. Antimatter is artificially created for the first time, at the CERN Institute. 54

2005



 Fronius verschweißt mit dem Cold-MetalTransfer-Prozess Stahl mit Aluminium. Fronius welds steel to aluminium using its Cold Metal Transfer process.



1800

1839



 Alexandre Edmond Becquerel baut die erste fotovoltaische Zelle. Alexandre Edmond Becquerel builds the firstever photovoltaic cell. 17

1893



 Nikola Teslas Wechselstromtechnik triumphiert bei der Weltausstellung in Chicago. Nikola Tesla’s alternating current technology triumphs at the Chicago World Fair. 13

1995



 Fronius engagiert sich mit dem ersten selbst entwickelten Wechselrichter aktiv im Bereich der umweltfreundlichen Nutzung des Sonnenlichts als Energiequelle. By bringing out its first in-house developed inverter, Fronius becomes an active player in the environment-friendly exploitation of sunlight as an energy source. 19

1997



4

 Kyoto findet die Weltklimakonferenz statt, In bei der eine Reduktion des weltweiten CO ² Ausstoßes angeregt wird. Kyoto hosts the Global Climate Conference, which urges a reduction in worldwide CO 2 emissions. 9

1921







 Christiaan Huygens’ „Wellentheorie“ löst Newtons Vorstellung von Licht als Teilchen ab. Christiaan Huygens’ “wave theory” supersedes Newton’s conception of light being made up of material “corpuscles” in motion. 29 James  Clerk Maxwell fasst alle elektrischen und magnetischen Phänomene zu elektromagnetischen Wellen zusammen. James Clerk Maxwell’s “Treatise on Electricity and Magnetism” subsumes all electric and magnetic phenomena under electromagnetic waves. 29 Albert  Einstein erhält den Physik-Nobelpreis für seine Beschreibung des Lichts als Lichtquanten, besonders „für die Entdeckung des Gesetzes für den fotoelektrischen Effekt“. Albert Einstein receives the Nobel Prize in Physics for his description of light as light quanta, “and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect”. 29

1960



T  heodore H. Maiman baut den ersten Laser der Welt. Theodore H. Maiman builds the world’s firstever laser. 31

1977



Das  Laserschwert debütiert im Kino. The “lightsaber” makes its cinema debut.

37

2000



In München wird Theodore H. Maiman mittels Lasertechnik operiert. Theodore H. Maiman undergoes surgery in Munich with the aid of laser technology. 35

2001



Fronius verschmilzt Laseranwendungen und MIG-Schweißen zum LaserHybrid-Prozess. Fronius merges laser applications and MIG welding into the LaserHybrid process. 33

2004



Der  japanische Künstler Hiro Yamagata taucht das Guggenheim-Museum in Bilbao in einen Laserlichtzauber. The Japanese artist Hiro Yamagata casts a magical laser spell over Bilbao’s Guggenheim Museum. 35

52


Sternstunden im Fronius Universum |

Decisive moments that shaped the Fronius Universe

Information | Information

Fronius Laboratory

800 v.Chr./B.C.

Die Griechen führen das 24-BuchstabenAlphabet ein, den Vorgänger unseres jetzige 26-Buchstaben-Alphabets. The Ancient Greeks introduce the predecesor of our 26-letter alphabet. 61

1945



 riedl und Günter Fronius machen erstmals F Werbung für das eben gegründete Elektrofachgeschäft. Friedl and Günter Fronius start publicising their recently opened electrical appliance shop.

1947

 den Bell Laboratories, New Jersey, USA, In entsteht der erste Transistor der Welt. The world’s first transistor is created in the Bell Laboratories in New Jersey. 62

1947



 ronius startet in Pettenbach die Produktion F von Lade- und Schweißgleichrichtern, Schweißtransformatoren und Batteriebelastungsprüfern. Fronius commences production of charging and welding rectifiers, welding transformers and battery load testers at its plant in Pettenbach.

1958

1984







 Texas Instruments wird der erste „InteBei grierte Schaltkreis“, IC, entwickelt. Texas Instruments develops the first “integrated circuit”, or IC. 62  Der Apple Macintosh kommt auf den Markt und setzt neue Maßstäbe für Benutzerfreundlichkeit. The Apple Macintosh comes on the market and sets a brand-new benchmark for user-friendliness. 62

1972



D  ie Gleichrichterproduktion wird nach WelsThalheim verlegt. Rectifier production is moved to Wels-Thalheim.

1980



B  rigitte Strauß und Klaus Fronius übernehmen die Fronius-Geschäftsführung. Brigitte Strauss and Klaus Fronius take over the reins of management at Fronius.

1981 1997

1998

1998

2002











Der Robo-Cup, die Fußballweltmeisterschaft für Roboter, wird zum ersten Mal ausgetragen. The Robo Cup, the Football World Cup for robots, is held for the first time. 59  Das von Lego und dem Massachusetts Institute of Technology erdachte Lego Mindstorms erscheint. Lego Mindstorms, the joint brainchild of Lego and the Massachusetts Institute of Technology, is launched. 69  Die „Digitale Revolution“ kommt bei Fronius erstmals weltweit in der Schweißtechnik und später in der Solarelektronik und der Batterieladetechnik zum Einsatz. In a worldwide first for welding technology, the “Digital Revolution” is ushered in at Fronius, to be followed later by its Solar Electronics and Battery Charging Systems Divisions. 77  IBM-Wissenschafter erreichen mit Hilfe von Nanotechnologie eine Speicherdichte von einer Billion Bits pro Quadratzoll. Using nanotechnology, IBM scientists achieve a storage density of one trillion bits per square inch. 62

M  it der TransArc 500 wird die erste primärgetaktete Inverterstromquelle auf Transistorbasis auf dem Markt eingeführt. Launch of the TransArc 500, the first-ever primary transistor-switched inverter power source on the market.

1991



F  ronius eröffnet einen Produktions- und Vertriebsstandort in der Ukraine. Fronius opens a production and sales base in the Ukraine.

1992



E  in weiterer Produktions- und Vertriebsstandort kommt hinzu: Tschechien. Another production and sales base is added, this time in the Czech Republic.

1993



 uch in Deutschland, der Schweiz, Norwegen A und Frankreich ist Fronius fortan mit Vertriebsstandorten vertreten. Parallel erfolgt die Markt­ einführung der Batterieladegeräteserie Acctiva. Germany, Switzerland, Norway and France join the list of countries where Fronius has sales locations. In the same year, the Acctiva series of battery chargers is launched.

1998



S  chweißlösungen sind ab sofort 100%ig reproduzierbar. Die weltweite Markteinführung der TransPulsSynergic 2700/4000/5000 markiert die Geburtsstunde der „Digitalen Revolution“. From now on, welding solutions are 100 % reproducible. The worldwide launch of the Trans­PulsSynergic 2700/4000/5000 marks the genesis of the “digital revolution”.

1999



D  ie Fronius-Privatstiftung wird gegründet. The Fronius Private Foundation is established.

2002



In den USA eröffnet Fronius den ersten Vertriebsstandort außerhalb Europas. Fronius opens a sales and marketing base in the USA, its first outside Europe.

2003



 it einem Vertriebsstandort in Brasilien ist das M Unternehmen nun auch in Südamerika vertreten. Hinzu kommt die Markteinführung der Wechselrichterserie FRONIUS IG 40/60 mit MIX-Konzept. A sales and marketing base is established in Brazil, giving Fronius a presence in South America. This year also sees the launch of the FRONIUS IG 40/60 series of inverters, featuring the MIX concept.

2004



 er Schweißprozess Cold Metal Transfer wird D erfolgreich auf dem Markt eingeführt. Successful market launch of the CMT welding process.

2005



 it der Zentralwechselrichterserie FRONIUS IG M 400/500 und dem Active-Inverter-Batterieladegerät Selectiva bereichert Fronius den Markt um neue Hightech-Produkte. Fronius enriches the market with yet more new high-tech-products: The FRONIUS IG 400/500 series of central inverters, and the Selectiva active-inverter battery charger.

5


Es ist wichtig sich klar zu machen, dass wir in der Physik heute keine Ahnung haben, was Energie eigentlich ist. Richard P. Feynman It is important to realise that in physics today, we have no knowledge of what energy is. Richard P. Feynman

6

Energie | Energy


Energie |

Energy

Energie ist Arbeit und Kraft – und die Quelle allen Lebens. Heften Sie sich an unsere Fersen und begleiten Sie uns zur Sonne, nach Kyoto oder Espenhain. Lernen Sie Nobelpreisträger kennen, Froschliebhaber, exzentrische Wissenschafter, elektrische Dirigenten und vieles mehr. Damit Sie am Ende, wenn Sie von Leuchtkäfern lesen, auf viele erhellende Momente zum Schlagwort Energie zurück­ schauen können. Energy is work and strength – and the source of all life. Stay hard on our heels and come with us to the sun, to Kyoto and to Espenhain. Get to know Nobel Prize winners, frog-lovers, eccentric scientists, electric conductors (of the musical variety, that is) and a lot else besides. So by the time you read about fire-flies at the end of this chapter, you’ll be able to look back on many “enlightening” moments on the subject of energy.

Energy | Energie

7


Treffen Wassermassen mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten aufeinander, entstehen Wirbel. Faszinierend und gefährlich – diese gesammelte Menge an kinetischer Energie, auch Bewegungsenergie genannt. When two or more bodies of water flow into one another at different speeds, the result is a maelstrom. Fascinating, yet dangerous – an amassed concentration of kinetic energy, also known as motive energy.

8 Energie | Energy


Energiebewusst |

Energy conscious

Gibt es einen Begriff, der in so unterschiedlichen Disziplinen wie Psychologie, Philosophie, Physik und Theologie gleichermaßen Verwendung findet, obwohl er überall etwas anderes bedeutet? Ja, gibt es. Energie lautet das Zauberwort. Umgangssprachlich verwendet wird es wohl am häufigsten, wenn wir unseren Antrieb oder das körperliche Arbeitsvermögen beschreiben. Ohne zu wissen, dass wir damit bereits eine physikalische Erklärung streifen: „Energie ist die Fähigkeit Arbeit zu verrichten“, lautet nämlich die wissenschaftliche Definition.

Is there a term that finds currency in such diverse disciplines as psychology, philosophy, physics and theology, even though it means something different in each of them? Yes, there is. And the magic word is “energy”. In everyday parlance we probably most often use it to describe our “drive” or physical capacity to work. Without realising that this brushes very close to an explanation from the realm of physics: “Energy is the ability to carry out work” is the scientific definition.

Energie ist nichts als eine Umschrei-

Die Energie, eine Umschreibung

Energy – a circumlocution

bung für eine berechenbare Größe, die

Womit noch längst nicht alles gesagt ist. „Es ist wichtig, sich klar zu machen, dass wir in der Physik heute keine Ahnung haben, was Energie eigentlich ist“, führt Richard P. Feynman ein Nobelpreisträger des Fachs provokant aus. Energie sei vielmehr nichts als eine Umschreibung für eine berechenbare Größe, die uns bei physikalischen Vorgängen in verschiedensten Formen begegnet. Als Gravitationsenergie, kinetische Energie, Wärmeenergie, elastische Energie, elektrische Energie, chemische Energie, Strahlungsenergie, Kern­ energie und Massenenergie. Ganz entscheidend ist: Weder entsteht Energie aus dem Nichts, noch verpufft sie einfach so. Zumindest nicht in geschlossenen Systemen. Das heißt, Energie wird umgewandelt und nicht verbraucht.

This, however, is far from the end of it. “It is important to realise that in physics today, we have no knowledge of what energy is”, is Nobel Prize winner Richard P. Feynman’s provocative comment on the state of his own subject. Rather, he continues, energy is nothing but a circumlocution for a calculable quantity which we encounter in physical occurrences in many different forms: As gravitational energy, kinetic energy, thermal energy, elastic energy, electrical energy, chemical energy, radiant energy, nuclear energy and mass energy. The crucial thing here is this: Energy neither arises out of nothing nor does it simply disappear into nothing. Not in enclosed systems, at any rate. This means that energy is merely transformed, not consumed.

Umwandlung statt Verbrauch

Transformation, not consumption

Was nicht unbedingt einen unmittelbaren Nutzen für uns darstellen muss. Denken wir nur an schädliche Folgen wie die Klimaerwärmung oder den Kohlendioxid-Ausstoß, der vor allem bei der Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle, Erdöl oder Erdgas entsteht. Seit der Weltklimakonferenz 1997 in Kyoto gibt es dazu immerhin ein Gegenmodell, das bis 2012 eine deutliche Reduktion des CO 2 -Ausstoßes vorsieht. Energie und vor allem elektrische Energie aus erneuerbaren, alternativen Energiequellen wie Wind, Wasser und Sonne steht daher hoch im Kurs. Drehscheibe dafür bilden Forschungs- und Entwicklungsabteilungen weltweit, die neue, umweltfreundliche Technologien verfügbar machen. Die Zukunft hat längst begonnen. So wie etwa im sächsischen Espenhain, wo seit 2004 eines der größten und modernsten Solarkraftwerke der Welt („Solarpark Leipziger Land“) arbeitet. Parallel dazu treiben Wissenschafter weitere, umweltfreundliche Lösungen voran. Besonders vielversprechend wird dabei die Gewinnung elektrischer Energie mittels Brennstoffzellen eingeschätzt. Die Wasserstofftechnologie zählt ebenfalls zu den Zukunftshoffnungen. Ein Status, den Antimaterie als Energieträger oder die Technologie der Kernfusion ebenfalls erringen könnte. Wenngleich die Forschung auf diesen Gebieten noch vor gewaltigen Herausforderungen steht. ■

Which is not necessarily such a good thing for us. We only need think here of such harmful consequences as global warming or the carbon dioxide emissions caused largely by the combustion of fossil fuels like coal, petroleum or natural gas. There is now at least a counter-concept, agreed at the Kyoto Global Climate Conference in 1997 and providing for a marked reduction in CO 2 emissions by 2012. Energy – especially electrical energy – from renewable, alternative energy sources such as wind, water and sun, is thus finding ever greater favour. The knowledge-hubs for this development are R & D departments throughout the world that are coming up with new and environment-friendly technologies. The future has long since begun. Like at Espenhain in Saxony, home since 2004 to one of the biggest and most advanced solar power stations in the world (“Solarpark Leipziger Land”). In parallel with this, scientists are forging ahead with yet more environment-friendly solutions . Electrical power generation using fuel cells is reckoned to be a particularly promising avenue. Hydrogen technology also holds out great hope for the future. And one day, antimatter or nuclear fusion technology might also become potential energy sources. Notwithstanding the fact that researchers in these fields still have some colossal challenges to surmount. ■

uns bei physikalischen Vorgängen in verschiedensten Formen begegnet.

Energy is nothing but a circumlocution for a calculable quantity which we encounter in physical occurrences in many different forms.

Buchtipp: „Erneuerbare Energien und alternative Kraftstoffe“, Sven Geitmann, Verlag Hydrogeit, ISBN 3-93786 3-05-2 Book tip: “Renewable Energy Resources, Basic Principles and Applications”, G.N. Tiwari, M.K. Ghosal, Alpha Science International, Ltd, ISBN: 1842651250

Energy | Energie

9


Elektrische Spannung entsteht durch die Ladungsdifferenz zweier Pole. Ein Pluspol mit einem Mangel an Elektronen steht einem Minuspol mit Elektronen端berschuss gegen端ber. Electric voltage arises from the difference in charge between two poles: On the one hand, a plus-pole with an electron deficiency; on the other, a minus-pole with an electron surplus.

10

Energie | Energy


Speicherleistung |

Kupfer Copper

säuregetränkter Filz Acid-soaked felt

Storage performance

Kennen Sie den Hollywood-Film „Magnolia“ mit Tom Cruise? Darin gibt es eine Szene, in der glitschige Frösche vom Himmel regnen. Noch und nöcher. Ein tierischer Platzregen. Einer, der diesen Film garantiert nicht gesehen hat, hätte daran großen Spaß gehabt: Luigi Galvani, Arzt und Biophysiker im Italien des 18. Jahrhunderts. Dessen zufällig ausgelöste Experimente mit Froschschenkeln beim Bau einer Elektrisiermaschine legten den Grundstein zur Erforschung der Elektrizität.

Der Elektrizität auf die Sprünge helfen Zink Zinc

Um 1800 konstruierte Alessandro Volta die erste Batterie der Welt: die nach ihm benannte Volta-Säule. In around 1800, Alessandro Volta constructed the world’s first battery – the voltaic pile, named after its inventor.

Dabei wollte der offenbar fürsorgliche Galvani in einer Arbeitspause seiner erkrankten Gattin lediglich eine Brühe aus Froschkeulen zubereiten. Doch just in dem Moment, wo Galvani den Nerv eines Froschschenkels mit dem Messer berührte, sorgte ein plötzlicher Funken der Elektrisiermaschine für eine dramatische Wende bei den Kochvorbereitungen – die Beinmuskeln des Tieres begannen sich krampfartig zu bewegen. Die Verwirrung im Labor war groß. Und sollte selbst durch weitere Versuche mit zig Abwandlungen nicht kleiner werden. Dass es fließender Strom war, der die Froschschenkel zum Zucken brachte, blieb Galvani trotz enormen Verschleißes der grünen Hüpfer verborgen. Er ging von „elektrischen Kräften der Muskelbewegung“ aus. Ein Irrtum, den sein Landsmann Alessandro Volta bald darauf richtig stellte. Und nicht nur das.

Die erste Batterie der Welt Um 1800 baute Volta aufgrund seiner neuen Erkenntnisse der Elektrizität die erste Batterie der Welt, die so genannte Volta-Säule. Dafür schichtete er Kupfer- und Zinkscheiben übereinander, getrennt durch Filzstücke, die in Säure getränkt waren. Wenn die positiv geladene Kupferscheibe an einem Ende der Säule mit der negativ geladenen Zinkscheibe am anderen Ende verbunden wurde, floss Strom. So lange bis das weniger edle Metall aufgrund der chemischen Wirkung völlig zersetzt war. Darüber hinaus stellte Volta fest, dass er die Dauer des Stromflusses verlängern konnte, indem er die Zahl der Metallscheiben erhöhte. Ein Grundprinzip, das sich bis heute erhalten hat. Auch wenn moderne Fahrzeugbatterien nun aus Blei, Schwefelsäure und Poly­ ethylen bestehen. Die neuesten Entwicklungen sind: Kalzium-SilberTechnologie, AGM-Technologie, Vlies- und Gel-Technologie. ■

Ever seen the Hollywood film “Magnolia” starring Tom Cruise? There’s a scene in the film where the heavens open and it starts raining a torrent of slithery frogs. And not just raining, but pouring. Amphibian cats and dogs, so to speak. Somebody who most certainly didn’t get to see this film would have enjoyed it immensely: Luigi Galvani, a doctor and biophysicist in 18 th century Italy. His experiments with frogs’ legs, triggered by accident while he was attempting to construct an electrostatic machine, laid the foundations for the study of electricity.

“Jump-starting” our knowledge of electricity The story goes that during a break in his work, Galvani, evidently a thoughtful and caring husband, had simply wanted to prepare a dish of frog-leg broth for his ailing wife Lucia. At the very moment, however, when Galvani’s knife happened to touch a nerve in one of the frogs’ legs, a sudden spark from the electrostatic machine caused his culinary preparations to take a dramatic turn – the animal’s leg muscles began to twitch spasmodically. Great was the ensuing confusion in the laboratory. Confusion which not even further experiments, with umpteen modifications, did anything to abate. The fact that it was an electric current that made the frogs’ legs twitch remained hidden from Galvani, despite the local population of green amphibians being decimated by his experiments. He interpreted his results in terms of “electrical forces of muscular contraction”. A fallacy that his compatriot Alessandro Volta was quick to correct. Fortunately, though, he didn’t leave it at that.

The world’s first battery Sometime around 1800, Volta built the world’s first battery, later known as the voltaic pile, on the strength of his new insights into electricity. To do this, he stacked discs of copper and zinc, separating them with pieces of felt that had been soaked in acid. When the positively charged copper disc at one end of the pile was connected up to the negatively charged zinc disc at the other end, an electric current flowed. Until such time as the less noble metal had been completely corroded by the chemical action. What was more, Volta also found that he could prolong the duration of the current-flow by increasing the number of metal discs. A fundamental principle that has remained unchanged to this day. Even though modern vehicle batteries are now made of lead, sulphuric acid and polyethylene. The latest developments are: Calciumsilver technology, VRLA technology, AGM and gel technology. ■

Energy | Energie

11


Erst durch die Umstellung von Gleich- auf Wechselstrom wurde elektrische Energie 端ber weite Strecken verlustarm transportierbar. Den Grundstein daf端r legte Nikola Tesla. It was only after the changeover from DC to AC current that it became possible to transmit electrical energy across long distances with minimal losses. The way was paved by Nikola Tesla.

12 Energie | Energy


Steve T. Cole

Der Wechsel zum Wechselstrom |

Tesla entwickelte einen Transformator zur Erzeugung hochfrequenter Wechselströme mit sehr hoher Spannung. Die meterlangen Entladungen waren eine Folge der hohen Ausgangsspannung. Tesla developed a transformer for producing highfrequency AC current with a very high voltage. The metre-long discharges were a consequence of the high output voltage.

Buchtipp: „Die elektrische Himmelsleiter – Exzentriker in den Wissenschaften“, Elmar Schenkel, Verlag C. H. Beck, ISBN 3-406-51136-8 Book tip: “Strange Brains and Genius: The Secret Lives of Eccentric Scientists and Madmen”, Clifford A. Pickover, published by Perennial, ISBN 0-688 16894-9

„Ich kenne zwei große Männer und Sie sind der eine. Der andere ist dieser junge Mann.“ Diese Zeilen eines Empfehlungsschreibens bekommt 1884 der amerikanische Erfinder Thomas Edison zu lesen. Sie sollen ihn auf einen europäischen Einwanderer hinweisen, der in der Pariser Niederlassung der Edison-Company als genialer, aber exzentrischer Visionär auf sich aufmerksam gemacht hat: Nikola Tesla. Aus der kroatischen Provinz über Graz, Prag, Budapest und Paris nach Amerika gekommen, bringt dieser eine Idee zur effektvollen Umsetzung von Elektrizität in Bewegung mit, den Plan eines Wechselstrommotors. Außerdem mit im Gepäck: eine Reihe seltsamer Manien. Denn Tesla vermeidet jede Berührung mit anderen Menschen, berechnet bei Tisch stets den Kubikinhalt von Suppenschüsseln und bewohnt nur Häuser und Stockwerke, deren Nummern durch drei teilbar sind. Um nur einige Exzentritäten zu nennen.

Überlegene Technik Thomas Edison, ein absoluter Verfechter des Gleichstroms, stellt Tesla zwar an, der vorprogrammierte Bruch zwischen den beiden bleibt allerdings nicht lange aus. 1888 erläutert Tesla einem fachkundigen Publikum die Konstruktion seines Motors. Der Industrielle George Westinghouse ist begeistert und geht mit Tesla eine Kooperation ein. Das Ziel: ganze Industrieanlagen und Städte zum Leuchten zu bringen. Weniger begeistert zeigt sich Thomas Edison, der sein angestrebtes Monopol der Stromgewinnung von einer überlegenen Technik mit reduzierten Leitungsverlusten bedroht sieht. Bei der Weltausstellung 1893 in Chicago erlebt die Wechselstromtechnik einen erfolgreichen Praxistest großen Stils. 250.000 Glühbirnen lassen ein gigantisches Lichtermeer entstehen. Fast 30 Millionen Menschen wollen das Wunder der Elektrizität erleben. Und Tesla macht sich dabei zum Teil des Spektakels. In Schuhen mit dicken Gummisohlen lässt er Stromschläge von 2 Millionen Volt durch sich gehen. Eine Aura blitzender Flammen verwandelt ihn kurz in eine göttliche Erscheinung.

Tesla als „Magier des Lichts“ Die Folge: Westinghouse bekommt den Zuschlag für ein Kraftwerk an den Niagarafällen. Und Tesla macht sich für den dort generierten Strom mit Unterstützung einer weiteren technischen Neuheit – des Transformators – zwei weitere Vorteile des Wechselstroms zu Nutze: seine leichte Transformierbarkeit und den verlustarmen Transport elektrischer Energie über große Entfernungen. Ein Meilenstein in der Nutzbarmachung von Energie. ■

AC crossover

“I know two great men, and you are one of them. The other is this young man.” Two lines from a letter of recommendation that the American inventor Thomas Edison found on his desk one day in 1884. The letter aimed to draw his attention to a European immigrant working at the Edison Company’s Paris establishment, where he was seen as an ingenious, albeit eccentric, visionary: Nikola Tesla. Having made his way to America from the Croatian provinces via Graz, Prague, Budapest and Paris, Tesla had brought with him an idea for an effective way of turning electricity into motion – an alternating-current motor. He also brought with him a number of peculiar manias. For instance, Tesla avoided any physical contact with other human beings, always calculated the cubic capacity of soup-bowls during meals, and refused to live in any building or on any storey whose number was not divisible by three. To name but a few of his eccentricities.

Technically superior Thomas Edison, an ardent advocate of DC current, did, it is true, give Tesla a job, but the pre-programmed rupture between the two men did not take long to materialise. In 1888, Tesla outlined the constructional design of his motor to an expert audience. The industrialist George Westinghouse responded enthusiastically, entering a co-operation agreement with Tesla. The aim: To light up whole industrial plants and cities. Westinghouse’s enthusiasm was not shared by Thomas Edison, who saw his hoped-for monopoly on electricity generation and distribution jeopardised by a superior technology that offered reduced transmission losses. At the Chicago World Fair of 1893, AC technology experienced a successful real-life test on a spectacular scale, with 250,000 electric light-bulbs creating a gigantic sea of light. Nearly 30 million people came to see the marvel of electricity for themselves. And Tesla made himself part of the spectacle, donning thick rubber-soled shoes before having 2-million-volt electric shocks passed through his body. The resulting aura of crackling flames turned him for a few brief moments into a fiery, god-like apparition.

Tesla, the “wizard of light” The result was that it was Westinghouse who won the contract to build a power station at Niagara Falls. And for the electricity generated there, Tesla used another technical novelty, the transformer, to exploit two further advantages of AC current: Its easy transformability and its suitability for transmitting electrical energy over long distances with only minimal losses. A milestone in the harnessing of energy in the service of mankind. ■

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Lebensgrundlage Sonne |

The sun – the basis of our existence

Im Grunde ist die Sonne auch nur ein Stern. Einer von über 6.000 mit bloßem Auge erkennbaren, selbstleuchtenden Himmelskörpern am Firmament. Spektralklasse G2. Leuchtkraftklasse V. Nichts wirklich Außergewöhnliches in den Weiten des Alls. Sternen-Business as usual, wenn man so will. Dann ist aber schon wieder Schluss mit der vermeintlichen Gewöhnlichkeit. Denn von der Sonne, dem zentralen Gestirn am Himmel, hängt schließlich alles Leben auf der Erde ab. Alle elementaren Prozesse auf unserem Planeten werden von der Strahlungsenergie der Sonne angetrieben. Sei es das Klima oder das Leben selbst.

When you think about it, the sun is just another star. One of over 6000 celestial bodies shining in the firmament that are visible to the naked eye. Spectral class G2. Luminosity class V. Nothing special, really, in the vastness of space. Just an ordinary, runof-the-mill sort of star. Look closer, though, and there’s nothing commonplace about it at all. For it is upon the sun, that supposedly insignificant starlet at the centre of our little patch of the heavens, that all life on earth ultimately depends. All the elementary processes on our planet are powered by the radiant energy of the sun. Be it the climate or even life itself.

Energiequelle blieb lange im Dunkeln

Mankind long in the dark about its energy source

Diese Bedeutung spiegelt sich selbstverständlich in allen Abschnitten der Menschheitsgeschichte wider. Von den anfänglichen Verehrungen als Gottheit bis zur immer noch fortschreitenden Erforschung der Sonne und ihrer Phänomene. Das größte Rätsel stellte dabei die längste Zeit die Sonnenenergie selbst dar. Für die Wissenschafter früherer Epochen blieb im Dunkeln, woher die Sonne ihre Energie bezieht. Meist wurde angenommen, dass die Sonne nichts anderes als ein glühender, brennender Körper sei. Aus Kohle etwa. Vorstellungen, die sich erst mit der Entschlüsselung atomarer Vorgänge endgültig auflösten. Tatsächlich stammt sämtliche Energie der Sonne aus ihrem Kern, wo sich auf lediglich 1,6 % ihres Volumens immerhin 50 % der Masse in Form von Plasma konzentrieren. Bei der dort stattfindenden Kernfusion verschmelzen Wasserstoff- zu Heliumkernen. Da allerdings die Heliumkerne eine etwas geringere Masse als ihre Wasserstoff-Äquivalente aufweisen, wird der Massenunterschied in Energie umgewandelt. Diese gelangt in Teilen als elektromagnetische Strahlung zur Erde und legt den Grundstein allen Seins.

This primal significance is mirrored in all eras of human history, of course. From mankind’s initial veneration of the sun as a deity until its continuing study of the sun and all its phenomena. The biggest puzzle of all was long the question of what solar energy actually was. When it came to finding out where the sun got its own energy from, the scientists of former epochs remained entirely in the dark. For the most part, they assumed that the sun was nothing but a red-hot, burning body. Made of coal, for example. Ideas which were only abandoned once the secrets of atomic processes had finally been unlocked. The fact of the matter is that the sun’s energy is derived entirely from its core, where 50 % of its mass is concentrated, in the form of plasma, in only 1.6 % of its volume. In the process of nuclear fusion taking place there, hydrogen nuclei fuse to helium nuclei. However, as the helium nuclei have a somewhat lower mass than their hydrogen equivalents, the difference in mass is transformed into energy. This reaches the earth in particles, as electromagnetic radiation, providing the foundation for all earthly life.

Übersiedlung ins All?

Moving to a new neighbourhood in space?

Gegenwärtig hält die Sonne in ihrer eigenen Entwicklungsgeschichte in der Phase eines Hauptreihensterns, dessen Entstehung vor ca. 4,6 Milliarden Jahren begann. Wobei nach unseren Gesetzen der Physik sowie nach den Kenntnissen kernphysikalischer Prozesse feststeht, dass sowohl die Leuchtkraft als auch der Radius der Sonne während der Hauptreihenphase laufend ansteigen. In 0,9 Milliarden Jahren wird die mittlere Temperatur auf der Erdoberfläche dann 30 °C erreicht haben – ein für den Menschen bereits kritischer Wert. Der Erde droht dann nach und nach die Auslöschung. Weshalb visionäre Astronomen schon jetzt waghalsige Szenarien durchrechnen, wie wir durch gezielte Steuerung von Asteroiden unsere Erde in Richtung Mars ablenken könnten. Auch wenn dies die derzeitigen technischen Fähigkeiten der Menschheit noch weit übersteigt. ■

At present, the sun is going through the “main-sequence star” phase of its developmental history. A history that began with the birth of the sun approx. 4.6 billion years ago. However, the laws of physics and our knowledge of nuclear processes tell us that now, during its “main sequence” phase, the sun’s luminosity and radius are both continuously on the rise. In 0.9 billion years, the mean temperature on the earth’s surface will have reached 30 °C – a critical threshold for humankind. Beyond this, the earth faces gradual annihilation. Which is why visionary astronomers have even now started to number-crunch daredevil scenarios as to how we might systematically control asteroids to deflect our planet into an orbit closer to that of Mars. Even if this is still far beyond mankind’s current technical capabilities. ■

Sämtliche Energie der Sonne stammt aus ihrem Kern, wo sich auf 1,6 % des Volumens 50 % der Masse

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konzentrieren.

All the sun’s energy is derived from its core, where 50 % of its mass is concentrated in only 1.6 % of its volume.


Die elektromagentischen Strahlen der Sonne entstehen als Folge einer Kernfusion im Inneren dieses alles erhellenden Sterns. The sun’s electromagnetic rays result from a nuclear fusion reaction taking place deep inside our effulgent “local” star.

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Das Blatt wendet sich. Die Nutzung von Sonnen足e nergie wird immer wichtiger. In der Fotosynthese gibt die Natur dabei das System vor. Time to turn over a new leaf. Exploitation of solar energy is becoming ever-more important. With photosynthesis, nature shows us the way.

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Solare Herausforderung |

Es ist zum Verzweifeln. Egal, wie eingehend sich der menschliche Erfindergeist mit technischen Herausforderungen abmüht, die Natur und ihre Evolution haben meist die perfekte Lösung bereits vorweggenommen. So auch die Umwandlung und Nutzung von Sonnenenergie. Nehmen doch Pflanzen mit Hilfe grüner Farbstoffe die solaren Strahlungen auf und generieren daraus Speicherstoffe wie Zuckerkristalle oder Stärke. Ein als Fotosynthese bezeichneter Stoffwechselprozess, der Pflanzen wachsen lässt und in weiterer Folge die wichtigste biochemische Reaktion auf Erden bedingt: die Bildung von Sauerstoff.

Solarzellen aus Siliziumkristallen Solarmodule, günstig platziert, wandeln Strahlungsenergie der Sonne effektiv in elektrische Energie um. Suitably placed solar modules are an effective way of converting the sun’s radiant energy into electrical energy.

Dieses geniale System hat der Mensch seit Mitte des 19. Jahrhunderts auf die Technik übertragen. In die Fotovoltaik, wo seit dem Bau der ersten fotovoltaischen Zelle durch Alexandre Edmond Becquerel im Jahr 1839 auf immer effizientere Art und Weise versucht wird, Strahlungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Dafür werden Solarzellen aus Siliziumkristallen verwendet, auf deren Oberfläche die auftreffende Strahlung Elektronen herauslöst. Eine Reaktion, die in der Physik „fotoelektrischer Effekt“ genannt wird. Die so losgelassenen Elektronen verlassen den Kristall mit kinetischer Energie und erzeugen in der Solarzelle elektrische Energie, besser gesagt eine Spannung von etwa 0,5 Volt. Um optimale Spannungen zu erzielen, werden in Fotovoltaik­ anlagen mehrere solcher Zellen zu eigenen Solarmodulen kombiniert. Will man die in Fotovoltaikanlagen in Gleichstrom umgewandelte Sonnenenergie in ein öffentliches Stromnetz einspeisen, steht eine neuerliche Umwandlung auf dem Programm. Von Gleichstrom zu Wechselstrom. Eine Aufgabe, die so genannte Wechselrichter übernehmen.

Einsteins Durchbruch Bemerkenswertes, prominentes Detail am Rande: Die Erklärung des fotoelektrischen Effekts verdanken wir im Übrigen niemand Geringerem als Albert Einstein, dessen wissenschaftlicher Durchbruch eng damit verbunden war. Erhielt er doch „für seine Verdienste um die theoretische Physik, besonders für die Erklärung des fotoelektrischen Effekts“ 1921 den Nobelpreis. ■

Solar challenge

It’s enough to drive you to despair. No matter how hard humans apply their inventive talent to solving technical challenges, nature and evolution mostly seem to have got there first. The transformation and utilisation of solar energy is a case in point. Just think of how plants use a green pigment, chlorophyll, to absorb solar radiation and generate storage substances such as sugar crystals or starch from it. In a metabolic process known as photosynthesis, which enables plants to grow and, in so doing, makes possible the most important biochemical reaction on the planet: The formation of oxygen.

Solar cells from silicon crystals Since the middle of the 19 th century, man has managed to transpose this ingenious natural system to a technology of its own: Photovoltaics, where ever since the first photovoltaic cell was built by Alexandre Edmond Becquerel in 1839, ever-more efficient attempts have been made to convert radiant energy into electrical energy. To do this, solar cells made of silicon crystal are used. When sunlight strikes the exposed surface of these crystals, it knocks electrons loose from them in a reaction known in physics as the “photoelectric effect”. The electrons released in this way leave the crystal with kinetic energy and produce electrical energy, with a voltage of around 0.5 V, in the photovoltaic cell. In order to achieve sufficiently high voltages in photovoltaic installations, several such cells are combined into large arrays known as solar modules. Once the solar energy has been transformed into DC current in a photovoltaic installation, a further conversion is needed before it can be fed into the public mains network: From DC to AC. A task performed by a device called an inverter.

Einstein’s breakthrough A noteworthy celebrity detail in passing: We owe the explanation of the photoelectric effect to none other than Albert Einstein. He, in turn, owed much of his scientific breakthrough to it, as it was “for his services to theoretical physics, and especially for the explanation of the photoelectric effect” that he won the 1921 Nobel Prize in Physics. ■

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Fotovoltaik birgt enormes Potenzial. Strahlt doch die Sonne in einer halben Stunde so viel Energie auf die Erde, dass der weltweite Energiebedarf eines Jahres damit abgedeckt werden kรถnnte. Photovoltaics has huge potential. Especially when you consider that the sun radiates just as much energy onto the surface of the earth in half an hour as its inhabitants consume in an entire year.

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Sonnenaufgang bei Fronius |

Fotovoltaik und Wechselrichter – noch Anfang der 1990er Jahre existierten diese Begriffe bei Fronius und auch in der sonstigen Welt nur als Idee. Erste Fachartikel über das prognostizierte Zukunftspotenzial von Solarenergie waren allerdings nicht unbemerkt geblieben. Hier tat sich eine Chance auf, die man keinesfalls verpassen wollte. Und wie in solchen Fällen bei Fronius üblich, folgte der Idee bald die Tat. Die Entwicklung eines eigenen Wechselrichters, des zentralen Bindeglieds zwischen Solarzellen und Stromnetz, lag daher nahe. Know-how auf dem Sektor der Leistungselektronik war schließlich ausreichend vorhanden. Drei Jahre Entwicklungsarbeit unter aktiver Mithilfe der TU-Wien führten letztendlich zum gewünschten Ergebnis, dem ersten, serienreifen Wechselrichter made by Fronius.

Erster bei Invertertechnologie Das Prinzip der Fotovoltaik Die Energiewandlung findet mit Hilfe von Solarzellen, die zu so genannten Solarmodulen verbunden werden, in Fotovoltaikanlagen statt. Die von den Solarzellen erzeugte Gleichspannung wird von einem Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt. Der dabei erzeugte Strom kann entweder vor Ort genutzt oder in Stromnetze eingespeist werden.

The principle of photovoltaics The energy conversion takes place in photovoltaic installations using solar cells that are interconnected to make “solar modules”. The direct voltage generated by the solar cells is transformed by an inverter into alternating voltage. The electricity so generated can either be consumed in-situ or fed into the mains grid.

Der Einstieg in die Solarelektronik war geschafft. Mehr noch: Bereits mit der nächsten Gerätegeneration, der FRONIUS IG-Serie, führte Fronius die Invertertechnologie bei Wechselrichtern ein – zum damaligen Zeitpunkt eine Branchenneuheit. Abermals nutzte man dabei Synergien mit anderen Sparten des Unternehmens und war als Erster auf dem Markt in der Lage, ungleich kleinere, leichtere Geräte anzubieten, die dennoch über einen höheren Wirkungsgrad verfügen. Geräte, die sich außerdem als überaus auskunftsfreudig erweisen. Mittels eigener Software und Modem lassen sich alle Parameter und Zustände der Fotovoltaikanlage bequem online von überall abrufen oder der Anlagenbetreiber wird per SMS oder E-Mail informiert. Die Datenkommunikation ist somit schon auf dem nächsthöheren Level angekommen und wird weiter laufend verbessert.

Wetterunabhängige Zukunft Eine der nächsten Herausforderungen in der Solartechnik wird es sein, sich zunehmend von Tageszeiten und Wetter zu emanzipieren. Energie soll einfach immer per Knopfdruck freigesetzt werden können. Unabhängig davon, ob die Sonne nun scheint oder nicht. Denn zurzeit stellt dies noch die Achillesferse bei Solarstrom dar. Aber auch dafür scheint die Lösung eher in der näheren als in der ferneren Zukunft zu liegen. Weltweit haben sich zahlreiche Entwickler dieses Problems angenommen. Unter anderem auch bei Fronius. ■

Sunrise at Fronius

Photovoltaics and inverters – back in the early 1990s, these terms referred to what were still only ideas, both at Fronius and in the­wider world. The first technical articles mentioning the future potential of solar energy had not gone unnoticed, though. Fronius saw an opportunity opening up here that it was determined not to miss. And, as usual in such cases at Fronius, the idea was soon followed by action. Developing Fronius’ own inverter – the key connecting link between the solar cells and the mains network – was thus high on the agenda. After all, there was plenty of know-how on hand in the power-electronics sector. Three years’ development work, with the active involvement of the Technical University of Vienna, ultimately led to the desired result, the first series-production-ready Fronius inverter.

Inverter-technology pioneer After this successful first move into the field of solar electronics, more was to follow: Starting with only its second generation of equipment, the FRONIUS IG series, Fronius introduced high frequency technology to its appliances – at the time, an absolute first in this sector. Not for the first time, Fronius exploited synergies with other Divisions of the company, enabling it to be the first on the market with smaller, lighter appliances that were nevertheless much more efficient. As well as being highly “communicative”: With the aid of special software and a modem, all the parameters and states of the photovoltaic installation can be looked up online from anywhere, or the facility operator can be informed by text-message or e-mail. The data communication aspect has thus already reached the next level up, and is being further improved all the time.

Breaking free of weather constraints One of the next challenges in solar technology will be to liberate it more and more from the time of day and from the weather. It ought to be possible to release energy simply at the push of a button. Regardless of whether the sun happens to be shining or not. For at the moment, this is still the Achilles’ heel of solar power. But even here, the solution appears to lie in the medium rather than longer-term future. Throughout the world, very many developers, have started addressing this problem. Including at Fronius. ■

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Etliche Schichten von Bleiplatten bilden in den meisten Fahrzeugbatterien das Innenleben. Deren Elektrolyt: Schwefels채ure in fl체ssiger Form, in Vlies gebunden oder als Gel eingedickt. The inner workings of most vehicle batteries are made up of several layers of lead plates. Their electrolyte: Sulphuric acid, either as a fluid, absorbed in a glass mat or thickened as a gel.

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Große Erfahrung mit kleinen Bauteilen |

U [V] / I [A]

I

U

I

o

U

dU dt Spannung Voltage

Strom Amperage Hauptladen Main charge

Nachladen Final charge

t[h] Erhaltungs- t [h] laden Compensation charge

Die Fronius Active Inverter Technology Inverter mit aktiver Gleichrichtung passen den Ladestrom dem aktuellen Bedarf der Batterie an. Bis zu 30.000 Mal in der Sekunde wird kontrolliert und korrigiert. In genauer Abstimmung mit Zustand und Alter jeder einzelnen Batterie. Dadurch reduziert sich der Stromverbrauch beim Ladevorgang bei gleichzeitiger Erhöhung der Batterielebensdauer.

Fronius Active Inverter Technology Inverters featuring active rectification constantly adapt the charging current to

Big experience with small components

Polyethylen war noch kein Thema, als Fronius sich mit Ladetech­ nik zu beschäftigen begann. Fahrzeug- und Antriebsbatterien waren damals, in der unmittelbaren Nachkriegszeit, noch in Eichenholzkästen gefasst und wurden bei Defekten nicht einfach ausgetauscht, sondern repariert. Unter anderem in der gerade erst eröffneten Reparaturwerkstätte für Elektrogeräte von Günter Fronius in Pettenbach. Ausgestattet mit einem untrüglichen Sinn fürs Entwickeln ging man dort bald daran, die ersten eigenen Produkte herzustellen: Ladegeräte für Batterien. Steuerbare Gleichrichter in Halbleiterausführung, so genannte Thyristoren, ermöglichten dabei ein effizienteres Laden. Lange Zeit blieb das der Status quo der Technik.

Polyethylene was not exactly a big talking-point when Fronius began to take an interest in charging-technology. Back in those days, in the immediate post-war years, vehicle and traction batteries were still cased in oak boxes, and if anything went wrong with them they were not simply replaced, but always repaired. In Günter Fronius’ recently opened repair workshop for electrical appliances in Pettenbach, for example. Where, blessed with an unerring instinct for development work, they soon set about making the first products of their own: Charging units for batteries. Controllable solid-state rectifiers known as thyristors made for more efficient charging here. For a long time, this remained the technical status quo.

Transistoren revolutionieren Ladetechnik

Transistors revolutionise charging technology

Erst Anfang der 1980er Jahre sollte eine Neuerung die Branche revolutionieren. Wobei Fronius auf spartenübergreifendes Know-how setzen konnte. Kurios: War es erst die Erfahrung mit Gleichrichtern bei Ladegeräten, die Fronius auf das Schweißen brachte, so sorgte nun die Entwicklung des ersten Schweißsystems auf Transistorbasis bei den Batterieladesystemen für Synergien. Dem ging bei Fronius eine lange Versuchsphase in enger Zusammenarbeit mit der Halbleiterindustrie voraus. Das Ergebnis: Kleinere, aber leistungsstärkere Transformatoren machten es fortan möglich, sämtliche Bauteile der Ladegeräte nach unten zu dimensionieren. Das Inverter-Zeitalter hielt Einzug. Und die große Erfahrung bei Schaltnetzteilen zeigte bald Ergebnisse: Mit der Acctiva-Reihe entstanden Ladegeräte mit InverterTechnologie, die aktiv auf die Batterie eingehen und mit konstanter Ladespannung ein Überhitzen unmöglich machen. Nicht unwesentlich, fällt doch die entscheidende Rolle bei der Pflege und somit auch der Lebensdauer einer Batterie dem Ladegerät zu.

It was only in the early 1980s that the sector was revolutionised by an innovation. One where Fronius was able to benefit yet again from its interdisciplinary know-how. A curious twist to the story: Originally, it had been Fronius’ experience with rectifiers in charging units which first prompted it to move into the welding field; this time, it was the development of the first-ever transistor-based welding system which created synergies for the benefit of the battery charging systems. This was preceded at Fronius by a long experimental phase in close collaboration with the semi-conductor industry. The result: From then on, smaller but more powerful transformers made it possible to downsize all the components in the charging units. The “inverter era” had dawned. And Fronius’ wide-ranging experience with switched-mode power supplies soon showed results: The Acctiva series, a range of inverter-technology charging units that actively engage with the battery and ensure a constant charging voltage so as to make overheating impossible. A not insignificant factor when one considers that the biggest rôle in taking care of a battery, and thus influencing its lifespan, is played by the charger.

the battery’s needs at any given moment. Up to 30,000 checks and corrections are made every second. Fine-tuned to best match the condition and age of every single battery. At the same time as lowering power consumption during charging, this also prolongs battery service life.

Noch aktiver Doch Fronius hat schon die nächste, bahnbrechende Neuerung am Start: die digital geregelte Stromkreissteuerung, die „aktive Gleich­­­­­­ richtung“. Von Fronius als Active Inverter Technology einge­führt, stellt diese nun das Nonplusultra intelligenter und batteriescho­nender Ladetechnik dar. Das innovative Konzept basiert auf der Kom­bination aus digitalem Regelkreis und einem Inverter mit aktiver Gleichrichtung. Die neuen Batterieladegeräte von Fronius aus der Reihe Selectiva erreichen damit einen Rekord-Wirkungsgrad bis zu 96 %. ■

More active still But now Fronius already has its next trailblazing innovation on the launchpad: Digital circuit control or “active rectification”. Launched by Fronius as Active Inverter Technology, this is now the non-plus-ultra in intelligent, battery-friendly charging technology. The innovative concept is based on a combination of digital control circuitry and an inverter featuring active rectification. With it, the new Fronius battery chargers from the Selectiva series achieve record efficiency ratings of up to 96 %. ■

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Star of the orchestra: The “Jacob’s ladder”. Two rising electrodes with an electrical discharge taking place between them.

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Marc Schrögendorfer

Star des Orchesters: die Jakobsleiter. Zwei nach oben ragende Elektroden, zwischen denen es zur elektrischen Entladung kommt.


Strom-Orchester |

Electrifying orchestration

Oft bedingt erst eine Erfindung die nächste. Nehmen wir nur einmal den Rock ’n’ Roll. Ohne die Erfindung der elektrisch verstärkten Gitarre wäre dieser saft- und kraftlos geblieben, also undenkbar. Denn ohne Strom keine Musik. Zumindest nicht diese. Dasselbe lässt sich heute, wenn auch unter anderen Vorzeichen, über die Musik von Marc9 sagen. Nicht, weil wir es hier mit einem der zurzeit so en voguen Artisten der Laptop-Musik zu tun haben, sondern weil der in Linz, Österreich, beheimatete Künstler ein elektromechanisches Orchester zur Klangerzeugung verwendet.

Briefkästen als Solisten Klickende Schaltungen, donnernde Relais, tickende Seismografen, funkensprühende Plattenspieler – Klangerlebnis vom Feinsten. Clicking circuits, thundering relays, ticking seismographs, sparking record-players – a sonic smorgasbord for the discerning listener.

Die Virtuosen dieses Ensembles hat er selbst zusammengebastelt. Sie bestehen aus Gebrauchsgegenständen wie Briefkästen oder Kommoden, die als Resonanzkörper dienen, und klickenden Schaltungen, donnernden Relais, tickenden Seismografen, funkensprühenden Plattenspielern und einem ganz besonderen Saiteninstrument: einer knisternden Jakobsleiter. Seltsame Apparaturen, die schlagen und werken, perkussive, rhythmische Klänge hervorbringen, ganz wie es sich Marc9 als „Dirigent“ von ihnen wünscht. Seine Kompositionen spielt er mittels Computer. Jede Note schaltet ein bestimmtes Bauteil ein und aus. So werden alle Sounds live erzeugt. Wie bei einem klassischen Orchester auch. Eine parallel vonstatten gehende Video­ dokumentation macht dabei dem Publikum die oft sehr kleinteilige Klangerzeugung deutlich.

Augenfang Jakobsleiter Als hauptsächlicher Augenfang eines Orchesterauftritts fungiert aber ohnehin meist die Jakobsleiter, zwei V-förmig gespannte Drähte, zwischen denen eine per Trafo verstärkte Spannung mit 8.000 Volt sichtbar nach oben wandert. Effekte dieser Art kennen wir aus den ersten Science-Fiction-Filmen. Für Marc9 sind sie daher auch mehr als nur bloße Klangquelle. Das schwingt bereits in dem Namen mit, den er für sein seltsames Ensemble gewählt hat: High Voltage Space Junk Orkestra. Darin ist alles enthalten. Seine Vorliebe für elektromechanische Gegenstände der Prä-Computerzeit, die Hochspannung des Rock ’n’ Roll, der er sich als live auftretender Entertainer durchaus verpflichtet fühlt, wie auch der Umstand, dass er die Bauteile für seine Apparaturen bevorzugt von Flohmärkten oder Schrottplätzen bezieht. Vier Tage dauert es, um das gesamte Orchester für ein Konzert aufzubauen. Ein Tourneeleben mit täglichen Auftritten wird damit wohl ewige Illusion bleiben. Auch wenn Marc9 bei internationalen Art & Media- oder Musikfestivals ein gern gebuchter Gast ist. Die Idee hinter seiner Musik versteht es einfach zu elektrisieren. ■

Often, one invention leads to another. Take Rock’n’Roll, for example. Without the invention of the electrically amplified guitar, this would have been a feeble, gutless creation – in other words, unthinkable. As far as this particular genre goes, then, “no pop without electric pep”. The same can be said today, albeit with a somewhat different key signature, about the music of Marc9. Not because we’re talking about one of today’s en vogue laptop musicians, but because this Linz, Austria based artist generates his sounds using an electromechanical orchestra.

Letter-boxes as soloists The virtuosi of this ensemble are all ones that he has cobbled together himself. They are made of everyday objects such as letter-boxes or chests of drawers that serve as resonators, and clicking circuits, thundering relays, ticking seismographs, sparking record-players and a really special stringed instrument: A crackling “Jacob’s ladder”. Peculiar contraptions that bang and bustle, bringing forth exactly the percussive, rhythmical sounds that their “conductor”, Marc9, wants from them. He plays his compositions by computer, with every note being switched on and off by a certain component. In this way, all the sounds are generated live. Just like with a classical orchestra. A video documentation running alongside the performance shows the public the minutiae of how the many different sounds are made.

The “Jacob’s ladder” – an acoustic eye-catcher Whenever the orchestra performs, the main eye-catcher is usually the “Jacob’s ladder”, a contraption consisting of two wires stretched slightly away from one another in a V formation, between which a transformer-amplified voltage of 8000 V migrates visibly upwards. Effects of this type are familiar to us from the first science fiction films. This is why for Marc9, they are much more than just a sound source. An attitude which resonates in the very name that he chose for his curious ensemble: The High Voltage Space Junk Orchestra. The name says it all: His predilection for electromechanical objects of the pre-computer age, the “high voltage” of Rock’n’Roll, a genre to which he – as a live entertainer – feels very much beholden, and of course the fact that he likes to obtain the components for his contraptions from flea-markets or scrapyards. Setting up his orchestra ready for a concert takes all of four days. “Gig a day” concert tours are likely to remain a permanent illusion, then. Nevertheless, Marc9 is still a popular act to book for international art & media or music festivals. The idea behind his music has simply got all it takes to keep audiences electrified. ■

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Leuchtende Vorbilder |

Shining examples

Leuchtkäfer sind ein Wunder der Effizienz. Während der Wolframdraht in der Glühbirne nur etwa 5 % der eingesetzten Elektrizität in Licht umwandelt und 95 % in Wärme, macht der Leuchtkäfer bis zu 98 % seiner Energie zu Licht. Eine erstaunliche Energiebilanz, die sich durch den Hinterleib der signalisierungsfreudigen Insekten erklärt. Auf dessen Unterseite besitzt der Leuchtkäfer nämlich einmalig konstruierte Leuchtzellen, in denen sich komplexe biochemische Vorgänge abspielen. Diese gehen von einem kleinen Molekül namens Luciferin in Verbindung mit Sauerstoff und Adenosintriphosphat aus. Dabei steht dem Leuchtstoff Luciferin das Enzym Luciferase ordnend zur Seite und sorgt dafür, dass das Luciferin mit fachkundiger Unterstützung des Sauerstoffs oxidiert. Und siehe da: Es werde Licht! Zu 98 %.

Fire-flies are a marvel of efficiency. While the tungsten wire in a light-bulb only transforms around 5 % of the electricity it uses into light, and 95 % into heat, the humble fire-fly turns as much as 98 % of its energy into light. An astonishing energy balance that can be explained by taking a look at the abdomina of these signalhappy insects: On its underside, the fire-fly boasts a set of uniquely constructed luminescent cells. These are the scene of a number of complex biochemical processes involving a small molecule called luciferin in conjunction with oxygen and adenosintriphosphate. What happens here is that the enzyme luciferase gives the luminescent material luciferin a helping hand, making sure that it reacts properly with oxygen – i.e. that it oxidises. And lo and behold: Light! With 98 % efficiency.

Es werde Licht! Zu 98 %.

Let there be light!

Vom Leuchtkäfer zur Leuchtdiode

From bugs to LEDs

Derartige Effizenz lockt nicht nur gegengeschlechtliche Leuchtkäfer an. Nein, auch Forscher sehen in der Biolumineszenz, der Erzeugung von Licht durch Lebewesen, eine Blaupause für verbesserte Lichtquellen. So stand die Natur etwa auch bei der Entwicklung neuartiger, hocheffizienter, organischer Leuchtdioden (kurz OLEDs – Organic Light-Emitting Diodes) Pate. Als Lichtquelle der nächsten Generation apostrophiert, kamen sie bislang vorwiegend bei den Displays von Handys, bei Laptops und Fernsehern zum Einsatz, sollen aber in naher Zukunft aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften herkömmlichen Glühbirnen und Neonröhren Konkurrenz machen. Daran arbeiten zurzeit auch 20 der führenden europäischen Unternehmen und Forschungsinstitute in einem gemeinsamen Projekt.

Efficiency like this attracts more than just fire-flies of the opposite sex. Researchers, too, see in bioluminescence (as the production of light by living organisms is called) a blueprint for improved light-sources. Thus it was nature that inspired the development of wholly new, ultra-efficient organic light-emitting diodes (OLEDs), for instance. Hailed as the light-source of the next generation, they have so far been used mainly on the displays of cellphones, laptops and televisions. In the near future, however, it is expected that their superb properties will start to make them a serious competitor to conventional light-bulbs and neon tubes. 20 of Europe’s leading companies and research institutes are currently working on this in a joint project.

10 x effizienter als Glühbirnen

10 x more efficient than light-bulbs

Angestrebtes Ziel sind Leuchtdioden mit einer Lebensdauer von 10.000 Stunden – zehnmal so lange wie die einer normalen Glühbirne. Sollten die Fortschritte dieses Projektes weiterhin mit der gleichen Rasanz erfolgen, wäre es schon in absehbarer Zeit denkbar, dass durchsichtige Leuchtdioden Fenster zu Lichtquellen umfunktionieren. Und alles nur, weil Forscher beim Studium der Biolumineszenz von Leuchtkäfern herausfanden, dass organische Materialien Halbleitereigenschaften besitzen und sich somit für den Transport elektrischer Ladungen eignen. ■

The aim of the project is to develop light-emitting diodes with a service life of 10,000 hours – ten times as long as a normal lightbulb. If progress on the project continues at the same breakneck pace, it is quite conceivable that sometime in the foreseeable future, transparent LEDs could even transform windows into light-sources. And all of this because researchers studying bioluminescence in fire-flies found out that organic materials have semiconductorlike properties which make them suitable for transporting electrical charges. Now there’s an illuminating thought! ■

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Energie | Energy

With 98 % efficiency.


Credit John Tyler

Der nächtliche Spaziergang im Garten wird zur Exkur­sion in ein faszinierendes Forschungslabor. Dabei demonstrieren Leuchtkäfer die Funktion der Biolumineszenz. A night-time stroll in the garden can become an excursion to a fascinating research laboratory where fire-flies demonstrate the function of bioluminescence.

Energy | Energie

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I’d like to spend the rest of my life pondering what light is. Albert Einstein

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Licht | Light


Licht |

Light

Teilchen, Welle oder weder noch? Nach wie vor lässt sich Licht nicht leicht in Definitionen verstricken. Mit Newton und Einstein waren aber stets die Besten ihrer Zeit damit beschäftigt. Nur so konnte Maiman später den Laser erfinden, Lucas vom Laserschwert träumen und Fronius die Schweißwelt mit LaserHybrid beehren. Außerdem verfügen Physiker durchaus über Humor. Hawking beweist uns das. Mit einem launigen Kommentar zu Lichtgeschwindigkeit und dem Essen in Flugzeugen. Particles, waves, or neither one nor the other? Light still defies easy definition. The best brains of every age, Newton and Einstein among them, have always been preoccupied with it. In doing so, they paved the way for Maiman to invent the laser, for Lucas to dream of a laser sword, and for Fronius to endow the world of welding with LaserHybrid. And physicists are perfectly capable of having a sense of humour, too – just think of Hawking’s deliciously dry remark on time dilation and airline meals.

Light | Licht

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One of the most eminent scientists of the modern era: Isaac Newton. His particle theory of light lives on as an integral part of quantum mechanics.

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Licht | Light

New Mexico Museum of Space History, Alamogordo, New Mexico

Einer der bedeutendsten Wissenschaftler der Neuzeit: Isaac Newton. Seine Teilchentheorie des Lichts lebt als Bestandteil der Quanten足m echanik weiter.


Lichte Augenblicke |

In den letzten 300 Jahren hat sich unsere Vorstellung von Licht dreimal entscheidend geändert.

In the course of the past 300 years, our ideas about light have changed decisively no fewer than three times.

Enlightened moments

Sonnenlicht hat die Menschen von jeher fasziniert. Im antiken Griechenland reichte die Begeisterung für die Lichtstrahlen der Morgenröte gar so weit, dass daraus die „Rosenfinger“ der Göttin Eos wurden. Die Entschlüsselung der natürlichen Gesetzmäßigkeiten des Lichts gelang hingegen erst im 17. Jahrhundert. Mit radikalen Hakenschlägen: Unsere Vorstellung des Lichts hat sich nämlich in den letzten 300 Jahren dreimal entscheidend geändert. Beginnend mit Isaac Newton, für den Licht nichts anderes als ein „Strom kleiner Teilchen“ war.

Sunlight has fascinated humankind since time immemorial. Indeed, such was the ancient Greeks’ enrapturement with the crimson rays of dawn that they saw in them the “rose fingers” of the goddess Eos. It was not until the 17th century, however, that the natural laws of light started to be deciphered. With a series of radical advances which have seen our ideas about light change decisively no less than three times in the course of the past 300 years. It all began with Isaac Newton, for whom light was nothing but a “stream of tiny corpuscles”.

Welle vs. Teilchen

Wave vs. particles

Diese Vorstellung galt 1678 als überholt. In dem Jahr legte Christiaan Huygens der Pariser Akademie das Werk „Traité de la Lumière“, die „Abhandlung über das Licht“, vor und ging darin erstmals von einer Wellennatur des Lichts aus. Es sollte allerdings noch über 100 Jahre dauern, ehe Thomas Young der experimentelle Nachweis dieser Behauptung gelang. Unklar blieb dabei, welcher Natur denn diese Wellen seien. Bis James Clerk Maxwell 1873 eine Gleichung aufstellte, die alle bekannten elektrischen und magnetischen Phänomene zu elektromagnetischen Wellen zusammenfasste. Was ihn vermuten ließ, dass auch Licht so eine elektromagnetische Welle sei. 1887, acht Jahre nach Maxwells Tod, bestätigte Heinrich Hertz dies im Versuch. Die Natur des Lichts galt somit als entschlüsselt. Neue Erkenntnisse tauchten auf. Hertz war aufgefallen, dass Licht bei Metalloberflächen Elektronen herauslösen kann, was sich mittels Wellentheorie nicht erklären ließ. Unter dem Namen „fotoelektrischer Effekt“ bildete diese Kuriosität für die nächsten Jahrzehnte ein großes Fragezeichen der Physik.

By 1678, this notion had come to be regarded as outdated. This was the year in which Christiaan Huygens presented his “Traité de la Lumière” (Treatise on Light) to the Académie des Sciences in Paris, for the first time postulating that light was of a wave-like nature. It took another 100 or more years, however, until Thomas Young succeeded in obtaining experimental proof of this claim, although the exact nature of these waves remained unclear. Until 1873, that is, when James Clerk Maxwell proposed an equation which subsumed all known electric and magnetic phenomena under the heading of electromagnetic waves – leading him to surmise that light, too, was one such electromagnetic wave. In 1887, eight years after Maxwell’s death, Heinrich Hertz corroborated this experimentally. The nature of light was thus reckoned to have been solved at last. New findings then started to appear. Hertz had noticed that light could liberate electrons from metal surfaces, a phenomenon which the wave theory of light was unable to explain. Dubbed the “photoelectric effect”, for the next few decades this curiosity presented physics with one of its biggest question marks.

Einstein – und kein Stein bleibt auf dem anderen Szenenwechsel nach Bern. In das dortige Eidgenössische Amt für geistiges Eigentum. Wo zur ungefähr selben Zeit ein unbeachteter technischer Beamter dritter Klasse seinen Dienst tut und seine Nachtstunden den Problemen der Physik widmet. Sein Name: Albert Einstein. Im März 1905 erscheint ein von ihm verfasster Aufsatz mit weitreichenden Auswirkungen. Mit der Annahme, dass Licht weder in Teilchen noch in Wellen, sondern in Form von Energiebündeln – genannt Lichtquanten – auftritt, gelingt Einstein die Erklärung des „fotoelektrischen Effekts“. Schon Max Planck hatte zuvor von der „quantisierten Wechselwirkung“ zwischen Licht und Atomen gesprochen. Die Entschlüsselung der Doppelnatur des Lichts als Welle und Teilchen zugleich bleibt allerdings Einstein vorbehalten. Nach der Bestätigung seiner Hypothese im Jahr 1919 wird er zum bekanntesten Wissenschafter der Welt. Sein Licht begann zu leuchten, weil er dem Geheimnis des Lichts endgültig auf die Spur gekommen war. ■

Einstein kicks over the traces The scene shifts now to the Swiss Patent Office in Berne. Where, at about the same time, an unremarked third-grade technical civil servant is going about his official duties by day, and devoting his night hours to weighty questions of physics. His name: Albert Einstein. In March 1905, an essay of his is published which has farreaching repercussions. With the assumption postulated in this essay, namely that light occurs neither in particles nor in waves but in the form of discrete bundles of energy called “light quanta”, Einstein succeeded in explaining the “photoelectric effect”. Not many years before, Max Planck had spoken of the “quantised interaction” between light and atoms. Nevertheless, the credit for discovering the waveparticle duality of light is Einstein’s alone. Following the corroboration of his hypothesis by British researchers in 1919, he became the bestknown scientist in the world. To put it another way: His light began to shine because he had finally shed light on the secret of light itself. ■

Light | Licht

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Prinzip mit Langzeitwirkung. Von Theodore H. Maiman 1960 erdacht, wurde das Grundprinzip des Lasers bis heute beibehalten. A principle that has stood the test of time. Devised by has remained unchanged to this day.

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Licht | Light

AP Photo

Theodore H. Maiman in 1960, the basic principle of the laser


Erstausstrahlung |

100-%-Spiegel 100 % mirror Stromquelle Power source

Rubinkristall Ruby crystal Laserstrahl Laser beam

Schalter Switch

polierter Aluzylinder Polished aluminium cylinder Quarz-Blitzlampe Quartz flashlamp

Pioneering emission

Schon bald nach der Erklärung des fotoelektrischen Effekts greift Albert Einstein seine Idee der Lichtquanten erneut auf. Er entdeckt, dass Atome, die durch Lichtquanten angeregt werden, weitere Quanten aussenden. Das Licht wird verstärkt. Diesen Effekt nennt er eine „stimulierte Emission“. Ohne es zu ahnen, legt er damit den Grundstein zu einer Erfindung, deren vielfältige Einsatzmöglichkeiten immer noch kein Limit zu kennen scheinen. Einstein initiiert die Lasertechnologie.

Maimans Wunderlicht 95-%-Spiegel 95 % mirror

Maimans Festkörperlaser auf Basis eines Rubins. Maiman’s ruby-based solid-state laser.

Oft als „Wunderlicht“ bezeichnet, steht Laser als Abkürzung für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“, was so viel bedeutet wie „Lichtverstärkung durch erzwungene Emission von Strahlung“. Kreiert hat diesen Begriff der Erfinder selbst: Dem amerikanischen Physiker Theodore H. Maiman gelang 1960 der Bau des ersten Lasers. Als Erzeugermedium diente ihm damals ein Rubin, den er durch die Bestrahlung mittels einer Blitzentladungslampe so mit Energie „voll pumpte“, dass der Kristall starke, dunkelrot gefärbte Lichtwellen aussendete. Ein Prinzip, das bis heute gleich geblieben ist. Nach wie vor werden die Lichtwellen zwischen Spiegeln reflektiert, ehe man einen Teil davon in gebündelter, extrem verstärkter Form als Laserstrahl gezielt entweichen lässt. Den Vorteil gegenüber normalem Licht verdeutlicht ein simples Beispiel. Leuchtet man etwa mit einer Taschenlampe auf eine Wand, so wird der Lichtfleck immer größer, je weiter man sich von der Wand entfernt. Nimmt man dafür einen Laserpointer, bleibt der Leuchtpunkt stets gleich. Laserlicht streut nämlich nicht und erlaubt so hochpräzises Arbeiten.

Die Artenvielfalt des Lasers Buchtipp: „Laser – Eine revolutionäre Erfindung und ihre Anwendungen“, Horst Weber, C. H. Beck, Wissen in der Beck’schen Reihe, ISBN 3-406-43290-5 Book tip: “Introduction to Laser Technology”, 3 rd Edition, by C. Breck Hitz, James J. Ewing and Jeff Hecht, Wiley-IEEE Press, ISBN 0-780-35373-0

Benutzte Maiman anfangs ausschließlich einen Festkörper als Medium, so entwickelten andere Wissenschafter und Techniker bald weitere Laserarten. Anstatt auf Glas, Korund, Titan oder NeodymYttrium-Aluminium-Granat – wie beim wichtigsten kommerziellen Festkörperlaser – zu setzen, schufen sie mit Gas-, Flüssigkeits-, Elektronen- und Halbleiterlasern eine enorme Bandbreite an Ausgangsmedien zur Lichtverstärkung. Mit unterschiedlichsten Abstufungen bei Frequenz, Farbreinheit und Strahlaufweitung. Kein Wunder also, dass das „Wunderlicht Laser“ mittlerweile als eine Technik der 1.000 Möglichkeiten gilt. Sie werden gleich auch sehen, warum. ■

Not long after explaining the photoelectric effect, Albert Einstein revisited his idea of light quanta. He discovered that atoms which are excited by light quanta emit yet more quanta, intensifying the light. He called this effect “stimulated emission”, little knowing that he had just laid the foundation stone for an invention whose huge range of possible uses still seems to know no bounds: Einstein had unwittingly initiated laser technology.

Maiman’s bright idea Often referred to as “the light fantastic”, the laser is actually an acronym from “light amplification by stimulated emission of radiation”. The term was coined by the inventor himself, the American physicist Theodore H. Maiman, who succeeded in constructing the first functioning laser in 1960. Using a rod of ruby as his gain medium, he illuminated it with high-intensity strobe lamps until the crystal had been “optically pumped” with so much energy that it started to emit strong, dark red waves of light. A principle that has remained unchanged to this day. The light waves are still reflected between mirrors until such time as some of them are carefully allowed to escape, in coherent and highly intensified form, as a laser beam. The advantage over normal light can be illustrated by a simple example. Point a torch at a wall, for instance, and the patch of light will get larger the further away you move from the wall. Now do the same thing with your laser pointer and note how the light spot always stays the same size. The reason is that laser light does not scatter, and so permits high-precision operations.

Lasers – a highly diverse species Whereas Maiman began by using only solid bodies as the gain medium, other scientists and technicians soon developed other types of laser. Instead of sticking with glass, corundum, titanium or neodymium-yttrium-aluminium-garnet – as in the main type of commercial solid-state laser – they went on to create a huge spectrum of gain media for light amplification, leading to gasdischarge, liquid, dye, free-electron and semiconductor lasers. With many different gradations in terms of frequency, colour purity and beam expansion. No wonder, then, that laser – the “light fantastic” – has come to be seen as a technology with which almost anything is possible. You’ll see why in a moment. ■

Light | Licht

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Beste Spaltüberbrückung und hohe Schweißgeschwindigkeit: die Haupteigenschaften des LaserHybridSchweißens von Fronius. Superlative gap-bridging ability and high welding speed: These are the main characteristics of LaserHybrid welding from Fronius.

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Licht | Light


Vorteile ohne Nachteile |

LaserHybrid Laserstrahl Laser beam

Gasdüse Gas nozzle Elektroden Electrodes

Schmelzzone Fusion zone

Impulslichtbögen Pulsed arcs Schutzgas Shielding gas

Schweißrichtung / Welding direction

Beim LaserHybrid-Schweißverfahren beeinflussen und unterstützen sich die Prozesse wechselweise. So bietet das neue Ganze deutlich mehr als die Summe der einzelnen Verfahren. In LaserHybrid welding, the constituent processes

Wo Licht ist, muss nicht unbedingt auch Schatten sein. Eine kühne Behauptung? Keineswegs, wie die Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Fronius nachwies. Man muss nur die lichten Momente zweier Techniken kombinieren, schon spielen deren Schattenseiten keine Rolle mehr. Diese simple Grundidee verfolgten die Fronius-Entwickler, als sie sich auf die Suche nach einem besseren, leistungsstärkeren Schweißprozess für die Automobilindustrie machten. In dieser Innovationsbranche stiegen gerade in letzter Zeit die Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen im gleichen Maße an, in dem die Kritik an dem hauptsächlich eingesetzten, konventionellen Laserschweißen wuchs. Überzeugt von der hohen Schweißgeschwindigkeit, bemängelten die Autobauer die mangelnde Spaltüberbrückfähigkeit bei diesem Verfahren und riefen daher nach Alternativen.

Richtig kombiniert Fronius konterte dieses Bedürfnis mit Synergieeffekten. Dabei bediente man sich des etablierten MIG-Schweißens, eines Verfahrens, das zwar nicht wegen seines rasanten Tempos bekannt war, dafür aber über die notwendige Spaltüberbrückfähigkeit verfügte. Und tatsächlich gelang es den Entwicklern ihre theoretischen Überlegungen auch in der Praxis zu realisieren: Sie führten beide Verfahren zusammen und kreierten ein optimiertes, neues: LaserHybrid-Schweißen. Dabei wirken Laserstrahl und Lichtbogen zeitgleich in der Schweißzone und beeinflussen sich synergetisch gegenseitig. Diese Kombination ließ nicht nur die Autobauer jubeln: Spritzerfreies Schweißen selbst bei hoher Schweißgeschwindigkeit, verbesserte Spaltüberbrückung und kürzere Fertigungszeiten sind eine Weiterentwicklung, die überall in der automatisierten Serienproduktion als Innovationsschub angesehen wurde.

interact to influence and assist one another. This is why the new “whole” offers very much more than just the sum of the individual processes that it is made up of.

Pros without cons

Die neue Schweißgeschwindigkeit Ein Merkmal der neuen Technologie verstand es besonders zu begeistern: die Schweißgeschwindigkeit. 900 cm in der Minute schafft das LaserHybrid-Schweißen, was die Entwickler angesichts der verwendeten Laserstrahlen bald von „Speed of Light“, der Lichtgeschwindigkeit, sprechen ließ. Mittlerweile ein häufig gebrauchtes Synonym für dieses Verfahren. Zu Recht. Auch wenn sich die tatsächliche Lichtgeschwindigkeit in gänzlich anderen Bereichen abspielt, so hält doch Fronius den Geschwindigkeitsrekord beim Schweißen. Superlative sind also durchaus angebracht. ■

Strong lights need not necessarily cast long shadows. A rather daring assertion? Not at all, as the Research and Development Department at Fronius has amply proven. One only has to combine the “bright sides” of two different technologies, and their “dark sides” cease to matter. This was the simple basic idea followed by the Fronius developers when they set out in search of a better, higher-performing welding process for the automobile industry. In this innovation-driven sector, quality and safety requirements have lately been escalating just as fast as the rising criticism levelled at the conventional laser welding process mainly used in the industry. While being happy enough with the high welding speed achieved by this process, automobile engineers have become increasingly dissatisfied with its insufficient gap-bridging ability and have been calling for alternatives.

Putting 2 & 2 together Fronius’ response to this perceived need was to look for synergies. In doing so, it made use of the established MIG process, a welding process which may not exactly be known for breakneck speeds but which definitely has the gap-bridging ability needed here. And to cut a long story short, the developers really did succeed in putting their theoretical deliberations into practice: They amalgamated both processes to create a new and optimised one: LaserHybrid welding. In this, the laser beam and the arc act simultaneously in the welding zone and influence one another synergetically. A successful match which raised a cheer from many other quarters than just automobile engineers: Things like spatterfree welding even at high welding speeds, improved bridgeability and shorter fabrication times are all very welcome developments in their own right, and ones that are seen as “innovation spurts” throughout the field of automated series production.

The new speed of welding One feature of the new technology, in particular, got people excited: The welding speed. LaserHybrid welding manages 900 cm a minute – no wonder that the developers (also alluding to the laser beams used in the process) were soon talking about the “speed of light”. In fact, this has since become a frequently used synonym for the process. And rightly so. For even though the actual speed of light is in altogether different dimensions, of course, it’s still true that Fronius holds the welding speed record. So superlatives are altogether appropriate. ■

Light | Licht

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Yamagata Studio

Wissenschaft als progressives Mittel der Kunst. Nur eine Facette des umfassenden Repertoires von Laserstrahlen. Science as a progressive artistic medium. Just one facet of laser beams’ extensive repertoire.

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Licht | Light


Zu allem fähig |

Laserstrahlen begegnen uns überall. An Supermarktkassen, bei CD-Playern,

Omnicapable

Im Herbst 2000 weilte Theodore H. Maiman wieder einmal in München. Diesmal aber nicht wegen der „Messe Laser“, die der „Vater des Lasers“ regelmäßig als Ehrengast besucht, sondern als Patient des Klinikums der Universität München. Bei Maiman war eine dringliche urologische Operation notwendig geworden und selbstverständlich sollte diese so risikolos wie möglich erfolgen. Er entschied sich daher für einen Eingriff per Laser. Denn mit einem Durchmesser von nur 0,3 Millimeter lassen sich Laserstrahlen genauestens von Chirurgen steuern und sind damit präziser als jedes Skalpell. Exakt 40 Jahre nach seiner Erfindung wurde Maiman damit selbst Nutznießer von Laserstrahlen in der Medizin.

The autumn of 2000 saw Theodore H. Maiman making one of his regular stays in Munich. Not, this time, for the “Messe Laser” expo, at which the “father of the laser” is always the guest of honour, but as a patient of the Munich University Clinic. Maiman needed an urgent urological operation and, naturally, wished to minimise the risks involved. Which is why he chose to be operated on by laser. Because with a diameter of only 0.3 millimetres, laser beams can be controlled by the surgeon with extraordinary precision and are thus much more accurate than any scalpel. Exactly 40 years after his invention, Maiman himself came to benefit from medical application of the laser beam.

Messerscharfes Licht

Razor-sharp light

Überhaupt hat sich der Gesundheitsbereich als eines der Hauptanwendungsgebiete des „Wunderlichts“ erwiesen. Mittels Laser werden Zähne von Karies befreit, abgelöste Netzhäute bei Augen neu „angeschweißt“, sogar Kurzsichtigkeit lässt sich damit korrigieren. Und neben der inneren Medizin, wo Nieren- und Gallensteine zertrümmert werden, macht sich auch die Schönheitschirurgie das messerscharfe Licht zu Nutze, um Falten zu glätten. Damit ist das Repertoire des Lasers aber bei weitem nicht erschöpft. In der Vermessungstechnik, beim Tunnelbau oder bei Nivellierungen kommen seine Eigenschaften genauso zur Geltung wie in der Wissenschaft. Wenn es darum geht, die Erde von Satelliten aus zu vermessen oder die Lichtgeschwindigkeit zu bestimmen. Laserstrahlen begegnen uns aber auch permanent im Alltag. Scanner an Supermarktkassen arbeiten damit, im CD- oder DVDPlayer werden Musik und Filme von den silbernen Scheiben so abgelesen und den Laserpointer als modernen Zeigestab lernen Kinder heute schon in der Schule kennen.

Indeed, the health-care sector has turned out to be one of the main areas of application for “the light fantastic”. With the aid of lasers, teeth can be freed of caries, and detached retinae “welded” back onto patients’ eyes; lasers can even be used to correct shortsightedness. As well as in internal medicine, where it is used to shatter kidney and gall-stones, the razor-sharp light also has its uses in cosmetic surgery, e.g. for smoothing wrinkles. And this by no means exhausts laser’s repertoire. In surveying, in tunnel construction and for lining-and-levelling, its attributes come just as much into their own as they do in the scientific field – for example for mapping the Earth from satellites or for ascertaining the speed of light. What is more, we come across laser beams all the time in our daily lives, too. Scanners at supermarket check-outs work with them, they read off music and films from those silvery discs in our CD and DVD players, and even children nowadays are familiar with laser pointers from their classrooms at school.

Laserkunst

Laser art

Dass Laserstrahlen auch Künstler zu inspirieren verstehen, erklärt man am besten anhand des Japaners Hiro Yamagata. Ein Mann, von dem der amerikanische Star-Architekt Frank O. Gehry sagt, er sei ein Künstler für das neue Jahrhundert. Und er muss es wissen, tauchte doch Yamagata Gehrys weltberühmtes GuggenheimMuseum in Bilbao, Spanien, 2004 bereits zum zweiten Mal in einen grandiosen Lichtzauber. „Quantum Field X3“ hieß Yamagatas letzte Show, bei der er 15 mobile Lasersysteme und über 200 Spiegel einsetzte, um ein Meer aus Farben und Licht zu entfachen. Nicht allein des Effektes wegen, wie der Laserkünstler betont, sondern um einem Publikum die Verbindung zwischen Wissenschaft und Kunst zu vermitteln. ■

Laser beams can inspire artists as well – as is made abundantly clear by the work of Japanese artist Hiro Yamagata. A man who American star architect Frank O. Gehry says is “most certainly an artist for the new century”. And he really ought to know, as it was Gehry’s world-famous Guggenheim Museum in Bilbao, Spain, that Yamagata immersed in a grandiose display of magical light effects in 2004 – for the second time! “Quantum Field X3” was the name of Yamagata’s most recent show, in which he used 15 mobile laser systems and over 200 mirrors to set ablaze a sea of colours and light. Not just for the effect in itself, as the laser artist hastens to point out, but to help the public see the connection between science and the arts. ■

in Wissenschaft und Medizin.

We come across laser beams wherever we go. At supermarket check-outs, in CD players, in science and medicine.

Light | Licht

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A galactic artifice: George Lucas used laser to turn the conventional sword into a high-tech instrument.

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Licht | Light

Courtesy of Lucasfilm Ltd., Star Wars: Episode I – The Phantom Menace © 1999 Lucasfilm Ltd. & ™. All rights reserved. Used under authorization. Unauthorized duplication is a violation of applicable law.

Ein galaktischer Kunstgriff: George Lucas verwandelte mit Laser das konventionelle Schwert in ein HightechInstrument.


Reliquien der Utopie |

Relics of Utopia

Könnte es jemand wirklich bauen? Auf den einschlägigen FanSeiten im Web wird wieder einmal heftigst diskutiert. Objekt der wortgewandten Gefechte: das Laserschwert aus der Science-FictionFilmserie „Krieg der Sterne“. Seitdem dieses fiktive Fechtinstrument 1977 erstmals im Kino in der Hand von Luke Skywalker aufblitzte, gilt es trotz aller konventionellen Bezüge gewissermaßen als Reliquie der Utopie. Ein Laserschwert, das ist für uns nicht bloß ein weiterer Special Effect des Regisseurs George Lucas, sondern Hightech von übermorgen.

Ritterschlag für Filmtrick Das gesamte Genre der ScienceFiction setzt auf die Faszination der Menschen für Laser-Technologie.

The entire science-fiction genre builds on mankind’s fascination with laser technology.

Selbst zeitbezogene Enzyklopädien können sich vor diesem Phänomen nicht verschließen: „Es besteht aus einem ungefähr 30 cm langen Griff, aus dem eine etwa ein bis eineinhalb Meter lange Klinge aus einer fiktiven Art ‚Lichtenergie‘ erzeugt werden kann“, steht etwa auf den Internet-Seiten der Wikipedia (www.wikipedia.org) über das Laser- beziehungsweise Lichtschwert zu lesen. Nebst Erklärungen zu den unterschiedlichen Farben der Energieklingen und anderen Details. Während ein paar Links weiter tatsächlich Ratschläge zu finden sind, um des Jedi-Ritters liebstes Fechtwerkzeug zu realisieren. Wenngleich dort manchmal der namengebende Laser auf Kosten eines „im Griff verstauten Plasmas“ eingespart wird. Populärwissenschaftliche Ritterschläge für einen Filmtrick? Man könnte meinen.

Strahlen, leuchten, lasern Aber Laser symbolisiert nicht nur in „Krieg der Sterne“ die Zukunft in einer weit entfernten Galaxis. Das gesamte Genre der Science-Fiction setzt auf die ungebrochene Faszination der Menschen durch die Lasertechnologie. Kaum ein Film, eine Fernsehserie oder ein utopischer Roman, wo nicht gestrahlt, geleuchtet oder gelasert wird. In „Perry Rhodan“, der seit 1961 existierenden und mit über 2.300 Ausgaben zugleich erfolgreichsten Heftroman-Serie der Welt, bedient sich der Titelheld eines „Thermostrahlers“. Theodore H. Maimans Erfindung stand auch hier Pate: „Der Thermostrahler arbeitet grundsätzlich nach einem ähnlichen Prinzip wie ein Laser. Es wird dabei allerdings kein sichtbares Licht abgegeben, sondern Strahlung, die im Infrarotbereich liegt.“ So die offizielle Erklärung. Und wem das immer noch zu wenig Beweis für die untrennbare Verquickung des Science-Fiction-Genres mit der Lasertechnologie ist, dem sei das Heft Nr. 953 der Perry-Rhodan-Serie empfohlen. Titel: „Der Laser-Mann“. Ad astra! ■

Could somebody really build one? The discussion is raging across the pertinent fan sites on the Web once again. The point at issue in these eloquent battles of words: The lightsaber from the science fiction film-series “Star Wars”. For all its conventional imagery, ever since this fictional duelling instrument first dazzled cinema audiences in the deft hands of Luke Skywalker back in 1977 it has acquired the status of a sort of holy relic of Utopia. For us, though, the idea of a laser sword is not just another of director George Lucas’ legendary special effects, but the high-tech of the day after tomorrow.

Figment of film-maker’s imagination wins mainstream recognition It seems that not even serious contemporary encyclopaedias are immune to this phenomenon: “(It) is made up of a short polished metallic cylindrical tube (usually around 30 cm) that emits a beam of pure antiprotons that acts as a sword blade”, is the authoritative description of a laser sword or “lightsaber” that you may read in the online Wikipedia encyclopaedia at http://en.wikipedia.org/wiki/ Lightsaber. Alongside exhaustive explanations of the various colours of the energy blades, and other details. While a couple of links further on, you can even find advice on how to build your own replica of the Jedi Knight’s favourite armament. Even if this particular author does occasionally omit references to the original laser in favour of a “plasma contained in the handle”. Popular scientific accolades for a filmmaking visual effect? You could be forgiven for thinking so.

Beaming, shining, lasering It is not only in “Star Wars” that laser symbolises the future in a far-off galaxy, however. This entire science-fiction genre builds on mankind’s unbroken fascination with laser technology. What SF film, TV series or utopian novel would be complete without the requisite beaming, shining and lasering? In “Perry Rhodan”, whose 2300-plus editions since 1961 make it the world’s most successful pulp-booklet series ever, the eponymous hero wields a “thermobeamer”. Here too, Theodore H. Maiman’s invention played a seminal rôle: “The thermobeamer works on a similar principle to a laser. However, no visible light is emitted here, but only radiation in the infrared range”, is the official explanation. And if that’s still not enough proof of how inseparably science fiction and laser technology have come to be associated in the public imagination, take a look at issue n° 953 of the Perry Rhodan series. The title: “The laser man”. Ad astra! ■

Light | Licht

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Einsteins Tempoverordnung |

Einstein’s speed rule

Schlechte Nachrichten für intergalaktische Raser. Im Kosmos herrscht absolute Geschwindigkeitsbeschränkung. Diese beruht auf einem Naturgesetz: Nichts ist schneller als das Licht. Daher gelten 300.000 Kilometer pro Sekunde. Mit diesem Tempo breiten sich nämlich alle elektromagnetischen Wellen und auch das Licht aus. Das ist messbar. Mit hochpräzisen Instrumenten. Verordnet hat dieses Tempolimit Albert Einstein. Der als Erster der gängigen Annahme widersprach, man könne Geschwindigkeiten beliebig hoch addieren, indem man zum Beispiel auf einer sehr schnellen Rakete eine weitere Rakete abfeuert. Ergibt: eine Verdopplung des Tempos. Was grundsätzlich möglich ist, aber – so die nicht zu widerlegende Behauptung Einsteins – trotzdem eine Grenze kennt: Kein Objekt kann sich schneller als das Licht bewegen.

Bad news for intergalactic speeders. In the cosmos, an absolute speed limit holds sway. It is based upon a natural law: Nothing is faster than light. Which is why the limit has been set at 300,000 kilometres per second. This is the speed at which all electromagnetic waves, and light itself, are propagated. And it can be measured, using high-precision instrumentation. The man who laid down this speed limit was Albert Einstein. He was the first to contradict the prevailing assumption that one could cumulate speeds to any extent desired, for example by firing a rocket from another rocket which was itself already travelling at high speed. This would result in a doubling of the speed. Possible in principle, but nevertheless – according to Einstein’s irrefutable assertion – still subject to a major limitation: No object can move faster than light.

Grundlage der Relativitätstheorie

Rudiments of the theory of relativity

Erst einmal zu dieser Erkenntnis gelangt, folgerte Einstein da­ raus, dass bei konstantem Tempo des Lichts zwei andere Größen relativ sein müssten: Zeit und Raum. Damit löste er eine theoretische Revolution aus, die in weiterer Folge unser Verständnis der Wirklichkeit grundlegend veränderte. Seine spezielle Relativitätstheorie stellte so ziemlich alles auf den Kopf, was bis dahin als unbestritten galt. Eine Erkenntnis daraus: Je schneller die Bewegung, desto langsamer vergeht die Zeit. Was Stephen Hawking in seinem Bestseller „Das Universum in der Nussschale“ zu dem Beispiel anregte, ein kluger Mann könnte sein Leben verlängern, indem er den Rest seiner Tage im steten Flug gegen Osten verbringe, sodass sich Flugzeuggeschwindigkeit und Erdrotation addierten. Allerdings würden die gewonnenen Sekundenbruchteile durch den Verzehr des Essens, das Fluggesellschaften in der Regel servieren, mehr als wettgemacht, merkte Hawking weiters scherzhaft an.

Having arrived at this particular finding, Einstein inferred that if the speed of light were constant, two other variables had to be relative: Time and space. In so doing, he triggered a theoretical revolution which went on to change fundamentally our understanding of reality. His special theory of relativity took just about everything that had been unquestioningly accepted up until then and turned it upside down. One of its findings: The faster one is in motion, the slower time passes. Which prompted Stephen Hawking to suggest, in his bestseller “The Universe in a Nutshell”, that if one wanted to live longer, one should keep flying to the east so that the plane’s speed is added to the earth’s rotation. However, the tiny fraction of a second one would gain would be more than cancelled by eating the sort of food airlines normally serve, noted Hawking jokingly.

Licht scheint um die Kurve Als wäre die spezielle Relativitätstheorie noch nicht komplex genug gewesen, formulierte sie Albert Einstein bald zur allgemeinen Relativitätstheorie um. Darin verknüpfte er seine Überlegungen zur Schwerkraft mit neuen Erkenntnissen zur Krümmung der Raumzeit. Einfach gesagt, Licht strahlt nicht immer geradeaus, sondern kann auch um die Kurve scheinen. Zumindest im Weltraum. Bei einer Sonnenfinsternis ist das zu beobachten. Große Massen, wie beispielsweise die Sonne, lenken den Raum und damit auch das Licht um. Folglich ist das Universum keine statische, sondern eine dynamische Angelegenheit. Eine Idee, die erst ernst genommen wurde, als in den 1920er Jahren gigantische Teleskope entsprechende Beobachtungen ermöglichten. ■

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Licht | Light

Spezielle und allgemeine Relativitätstheorie Die Relativitätstheorie befasst sich mit Raum, Zeit sowie Gravitation. Sie besteht aus der speziellen (1905) und der allgemeinen Relativitätstheorie (1916). Die spezielle Relativitätstheorie beschreibt, aus der Sicht des Beobachters, das Verhalten von Raum und Zeit im gravitationsfreien Raum. Die Lichtgeschwindigkeit ist die oberste Grenze für alle Geschwindigkeiten. In der allgemeinen Relativitätstheorie erweitert Einstein diesen Ansatz durch die Einbeziehung von Masse. Die Gravitation wird dadurch auf eine Krümmung von Raum und Zeit zurückgeführt.

Special and general theory of relativity The theory of relativity is concerned with space, time and gravitation. It consists of the special and general theories of relativity, proposed in 1905 and 1916 respectively. The special theory of relativity describes the behaviour of space and time in a gravitationfree reference frame, from the viewpoint of an observer. The speed of light is the uppermost limit for all speeds. In the general theory of

Light shines round the bend

relativity, Einstein extended this approach to

As if the special theory of relativity were not complicated enough as it was, Albert Einstein soon reformulated it into his general theory of relativity. In this, he linked his thoughts on gravity to new insights regarding the curvature of space-time. Put simply, light does not always travel in a straight-lined beam, but can also shine around a bend. In Space, at least. This can be observed during a solar eclipse. Large masses such as the sun deflect space, and thus also light. It follows that the universe is not a static but a dynamic entity. An idea which only began to be taken seriously from the 1920’s onwards, once telescopes large enough to permit the relevant observations had come into service. ■

to curvature of space and time.

include mass, thereby attributing gravitation

Buchtipp: „Das Universum in der Nussschale“, Stephen Hawking, dtv, ISBN 3-423-34089-4 Book tip: “The Universe in a Nutshell”, Stephen Hawking, Bantam Press, ISBN 0-593-04815-6


Bildarchiv PreuĂ&#x;ischer Kulturbesitz

1905 schuf er die Relativitätstheorie, erkannte die Quantennatur des Lichts und die atomische Struktur der Materie: Albert Einstein. In 1905, he formulated the theory of relativity, recognised the quantum nature of light and discovered the atomic structure of matter: Albert Einstein.

Light | Licht

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Materie | Matter


Materie | Matter

Wir sind alle Astronauten. Auf dem Raumschiff Erde, das durch den Weltraum rast und zu dem keine Gebrauchsanweisung mitgeliefert worden ist. Richard Buckminster Fuller We’re all astronauts aboard a little spaceship called Earth that is hurtling through Space – and that came without an operating manual.

Nicht weniger als den Bauplan der Welt, ja des gesamten Universums gilt es zu entschlüsseln. Wir werden dafür ganz genau hinschauen. Auf Atome, Quarks und Higgs, auf Plasma und Silizium oder auf Moleküle, die nach Architekten benannt sind. Dabei stoßen wir in das winzige Imperium der Nanotechnik vor, widerlegen die Lehrmeinung zum Fügen von Stahl und Aluminium und erfahren zu guter Letzt, welche wissenschaftlichen Motive hinter Bestsellern stecken können. We’re talking here about decoding nothing less than the construction plan for the whole world, indeed for the whole universe. This will have us taking a very close look at atoms, quarks and Higgs bosons, at plasma and silicon, and at molecules named after architects. As we do, we shall venture into the Lilliputian empire of nanotechnology, refute the received doctrine regarding the joining of steel to aluminium, and find out what scientific motives there sometimes are behind bestsellers.

Richard Buckminster Fuller

Matter | Materie

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Atome, Quarks und Higgs |

Atoms, quarks and Higgs bosons

Ein Teilchen geht um. Higgs mit Namen. Allein gesehen wurde es noch nicht. Aber die Theorie liegt nahe, dass es ein solches geben muss. Schließlich lautet eine der ungelösten Fragen der Physik, weshalb Teilchen überhaupt Masse besitzen. Und Higgs könnte die Lösung sein, indem es all den anderen Masse verleiht.

There’s a particle going around. Answers to the name of Higgs boson. Never yet sighted on its own. But the theory suggests that it has to exist. After all, one of the great unsolved questions of physics is why particles possess any mass at all. And by giving all other particles mass, the Higgs boson could be the solution.

Teilchen im Anflug

Particles doing the rounds

Willkommen in der Welt der Teilchenphysik. Willkommen im CERN, dem weltgrößten Forschungszentrum auf dem Gebiet der Teilchenphysik. Hier, westlich von Genf, an der Grenze zwischen Frankreich und der Schweiz, ist gerade eine Anlage in Bau, die 2007 unsere Vorstellung vom Aufbau des Universums um ein weiteres Stück komplettieren soll: der Large Hadron Collider, kurz LHC, ein Teilchenbeschleuniger noch nie da gewesenen Ausmaßes. Bestehend aus einem 27 km langen Ringtunnel, der mit einem Durchmesser von 3,8 Metern 100 Meter tief in der Erde verläuft. Ausgestattet mit supraleitenden Magneten und einem gigantischen Detektor. Dort werden dann Protonen mit bislang einmaliger Energie kollidieren und, so hoffen die Forscher, neue Teilchen freisetzen. Vielleicht auch das Higgs.

Welcome to the world of particle physics. To CERN, the world’s biggest particle physics research centre. Here, just west of Geneva on (or more precisely, under) the border between France and Switzerland, an installation is under construction which it is hoped will add vital further pieces to the picture we have of the structure of the universe when it goes into operation in 2007: The Large Hadron Collider, or LHC for short, a particle accelerator of absolutely unprecedented dimensions. Consisting of a 3.8 m diameter tunnel running in a giant 27 km circle 100 metres below ground. Equipped with supraconducting magnets and a gigantic detector. In it, protons will be slammed into one another with forces never before achieved under experimental conditions, thereby – or at least so the researchers hope – releasing brand-new particles. Maybe even the Higgs boson.

Was hält die Welt zusammen? Moleküle, Atome, Quarks, Higgs. Immer filigraner geht es in der Teilchenphysik zu und doch steht hinter allem eine einzige, große Frage: Woraus besteht die Welt? Oder anders formuliert: Was ist Materie? Wie ist sie zusammengesetzt? Mittlerweile sind es multinationale Forschungsstätten wie das CERN, wo 3.000 Mitarbeiter und an die 6.500 Gastwissenschafter tätig sind, die den elementaren Strukturen nach und nach auf die Schliche kommen. Dabei beschäftigt uns der Aufbau der Materie nachgewiesenermaßen seit über 2.500 Jahren. Schon der Grieche Demokrit äußerte eine erste Vermutung, alle Materie müsste doch aus unteilbaren Grundbausteinen bestehen. Ein Vorschlag, der zwei Jahrtausende unbeachtet blieb. Erst als man Anfang des 20. Jahrhunderts verschiedene Arten anfänglich mysteriöser Strahlen (Röntgen-, Kathoden- oder Alpha- und Beta-Strahlen) entdeckte, kam Bewegung in die Sache. Das unteilbare Atom wurde in seine Einzelteile zerlegt. In den Atomkern, in Protonen und Neutronen und später noch einmal in Quarks. Der nächste Schritt soll also nun in Genf mit dem LHC gelingen. Und auch wenn die CERN-Forscher glauben, eine gute Vorstellung von ihrer nächsten Entdeckung zu haben, so rechnen sie doch mit weiteren, interessanten Überraschungen. Im Grunde sei nur eines sicher: Der LHC wird unsere Vorstellung vom Universum für immer verändern. ■

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Materie | Matter

What holds the world together? Molecules, atoms, quarks, bosons. The things particle physics is dealing with are getting more and more diminutive, yet they all have to do with just one big question: What is the world made of? Or to put it another way: What is matter? How is it put together? Nowadays it is multinational research facilities such as CERN, which has 3,000 employees and hosts some 6,500 guest scientists, which are gradually getting to the bottom of elemental structures. Interesting to note, then, that the structure of matter is something that has evidently preoccupied us for over 2,500 years. It was the Greek philosopher Democritos who first speculated that all matter must consist of inseparable, fundamental building-blocks. A suggestion that went unheeded for two millennia. Only after several different types of – initially – mysterious rays (X-rays, cathode, alpha and beta rays) had been discovered at the beginning of the 20 th century did the ball finally get rolling: The “inseparable” atom was analysed into its constituent parts. Into atomic nuclei, protons and neutrons, and later quarks. It is hoped that the next step along this road will now be taken in Geneva with the LHC. And even though the CERN researchers are confident that they have a good idea of what their next discovery will be, they are also ready for plenty more interesting surprises. Basically, only one thing is certain: The LHC will change our conception of the universe once and for all. ■

3.000 Mitarbeiter und 6.500 Gastwissenschafter erforschen am CERN die Teilchenphysik.

3,000 permanent staff and 6,500 guest scientists are researching into particle physics at CERN.


Auf der Suche nach den kleinsten Bausteinen der Materie bleibt das Atom nur Zwischenstation. Das nächste Ziel heiĂ&#x;t Higgs. In the quest for the very smallest building-blocks of matter, the atom has proved to be but a stepping-stone along the way. The next goal is the Higgs boson.

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Kohlenstoff-Architektur |

Carbon architecture

Üblicherweise verhält es sich ja umgekehrt. Im Regelfall lassen sich Erfinder, Architekten oder andere kreative Köpfe gerne von natürlichen Formen und Strukturen inspirieren. Insofern ist die Geschichte der drei Chemiker Robert F. Curl, Sir Harold W. Kroto und Richard E. Smalley ganz außergewöhnlich. Sie verdanken ihren Nobelpreis, den sie 1996 für die Entdeckung einer bis dato unbekannten Molekularstruktur erhielten, nämlich dem amerikanischen Architekten Richard Buckminster Fuller. Genauer gesagt einem von ihm entworfenen Pavillon für die Weltausstellung 1967 in Montreal, dem EXPO-Dome.

It normally works the other way round. As a rule, inventors, architects and other creative minds tend to be inspired by natural shapes and structures. In this regard, the story of the chemists Robert F. Curl, Sir Harold W. Kroto and Richard E. Smalley is quite an exception. For they owe their 1996 Nobel Prize, for discovering a hitherto unknown molecular structure, to the American architect Richard Buckminster Fuller. That is, to a pavilion known as the EXPO Dome that he designed for the 1967 World Expo in Montreal.

Vom EXPO-Dome zur „Fullerene“

The spheroidal structure of this edifice led the scientists on the right trail when, in the course of a 1985 experiment involving the vaporisation of graphite using a laser, a new molecule made of pure carbon came into being. It possessed perfectly spherical symmetry and bore an extraordinary resemblance to the 12-pentagon or 20-hexagon domes with which Fuller had been propagating an alternative to “right-angled” architecture ever since the 1950s. These domes had one thing in common: They were based on the simplest possible geometrical bodies (tetrahedra, octahedra), were extremely stable and could be constructed quickly using only small quantities of materials. In a gesture of recognition towards the architect of these structures, Curl, Kroto and Smalley christened the new molecule “fullerene”.

Die kugelartige Struktur dieses Bauwerks führte die drei Wissen­ schafter auf die richtige Fährte, als 1985 während eines Versuchs beim Verdampfen von Grafit mittels Lasers ein neues Molekül aus reinem Kohlenstoff entstand. Es verfügte über eine perfekte, sphärische Symmetrie und ähnelte auf verblüffende Weise den aus 12 Fünfecken oder 20 Sechsecken bestehenden Kuppeln, mit denen Fuller seit den 1950er Jahren eine Alternative zur Architektur des rechten Winkels propagierte. Diese „Domes“ hatten eines gemein: Sie basierten auf der Weiterentwicklung einfachster geometrischer Grundkörper (Tetraeder, Oktaeder), waren extrem stabil und mit wenig Material schnell realisierbar. In Anlehnung an den Architekten dieser Bauwerke tauften Curl, Kroto und Smalley das neue Molekül „Fullerene“.

Geometrie der Natur Buckminster Fuller nur einen Architekten zu nennen wäre etwas zu kurz gegriffen. Schriftsteller, Designer, Konstrukteur – selbst all diese Beschreibungen reichen nicht aus, um dem Universalisten Fuller gerecht zu werden, ging es ihm doch um nichts weniger als die Suche nach der „Geometrie der Natur“. Zu erforschen, „wie die Natur baut“, war sein erklärtes Ziel. Als einer der Ersten postulierte Fuller in diesem Zusammenhang die Erde als ein geschlossenes ökologisches System und propagierte globale Sichtweisen. Ökonomische Prinzipien wie Material- und Energie-Effizienz waren ihm ein großes Anliegen. Um Denkverbote oder Disziplinen kümmerte er sich hingegen wenig. Stattdessen pflegte er „laut auszudenken“ („thinking out loud“), was ihm bei seinen Forschungen alles unterkam. Das Ausgesprochene als Provokation von weiteren Gedanken. Aber wie heißt es so schön? Wunschtraum und Fantasie sind die Eltern der Innovation. Robert F. Curl, Sir Harold W. Kroto und Richard E. Smalley, die „Eltern“ der Fullerene, können das bestätigen. Von ihrer Entdeckung durch die Anregungen Fullers profitieren wir heute in den Gebieten Chemie, Elektronik und Nanotechnologie. ■

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From the EXPO Dome to “fullerene”

Die Struktur des 1985 entdeckten Kohlenstoffmoleküls ähnelt den Kuppeln Fullers. The structure of this carbon-molecule, discovered in 1985, resembled the geodesic domes designed by Fuller.

The geometry of nature To refer to Buckminster Fuller as just an architect would only be half the tale. Author, designer, constructing engineer, visionary – not even all these descriptions are sufficient to do justice to the universalist that was Fuller, given that his quest was for nothing less than the “geometry of nature.” To discover “how nature builds”, was his declared aim. Fuller was among the first to postulate the earth as a closed ecological system, and propagated taking a global view. Economic principles such as efficiency in the use of materials and energy were a great concern of his. By contrast, he was singularly unconcerned about “thought-control” or disciplinary boundaries, preferring instead to “think out loud” about whatever he came across in the course of his research. The spoken word as a catalyst for further thought. But as they say, pipe-dreams and fantasy are the parents of innovation. As Robert F. Curl, Sir Harold W. Kroto and Richard E. Smalley, the “parents” of fullerene, can confirm. Stimulated by Fuller’s ideas, their discovery is already benefiting us in the fields of chemistry, electronics and nanotechnology. ■

Buchtipp: „Your private sky – R. Buckminster Fuller“, Hrsg. v. Joachim Krausse u. Claude Lichtenstein, Verlag Lars Müller, ISBN 3-907044-93-2 Book tip: “Your private sky – R. Buckminster Fuller”, edited by Joachim Krausse and Claude Lichtenstein, Lars Müller publishers, ISBN 3-907044-88-6


Courtesy, The Estate of R. Buckminster Fuller

Seine Bekanntheit verdankt der amerikanische Architekt Richard Buckminster Fuller seinen kugelartigen Kuppeln oder „Domes“. Deren Konstruktionsprinzip ließ er sich 1954 patentieren. The American architect Richard Buckminster Fuller owes his fame to the spheroidal domes whose constructional principle he had patented in 1954.

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Die vierte Form |

The fourth phase

Fest, flüssig, gasförmig. Über die drei klassischen Aggregatzustände von Materie muss nicht gestritten werden, wohl aber über einen möglichen vierten: Plasma. Während es von den einen immer noch als Gas tituliert wird, haben sich andere bereits zur Aufstockung der Materie-Erscheinungsformen entschlossen. Einig ist man sich hingegen, dass Plasma dann entsteht, wenn Gas extrem stark erhitzt wird. So lange, bis sich die davon betroffenen Atomkerne von ihren Elektronen trennen und das Gas nur noch aus freien, geladenen Teilchen besteht. Plasma eben.

Schrankenlose Energiequellen

Solid, liquid, gas. While there is no argument about the three classic states of matter, there most certainly is when it comes to a possible fourth: Plasma. Some still call it gas, others reckon the time has come to add another category to the possible states in which matter may occur. But everyone agrees that plasma comes into being when gas is subjected to extreme heating. Until such time as the atomic nuclei are stripped of their electrons so that the gas consists only of free, charged particles. Plasma, that is.

Boundless energy sources

Natürliche Plasmen kommen auf der Erde praktisch nicht vor. Ausnahmen bilden Blitze, Flammen oder das Polarlicht. Sonne und Sterne bestehen aber daraus. Und somit auch 99 % der sichtbaren Materie des Universums. Wobei der Plasmazustand der Sonne von speziellem Interesse ist, finden doch dort permanente Fusionen von Atomkernen statt, die enorme Energiemengen freisetzen. Ein Prinzip, das in Zukunft sämtliche Engpässe und ökologische Negativfolgen irdischer Energieversorgung lösen soll. Rund um den Erdball wird eifrigst experimentiert Plasmen zu erzeugen, um die Energie von Kernfusionen zu nutzen. Als sichere, saubere und praktisch uneingeschränkte Energiequelle für kommende Generationen. Im Gegensatz zur Kernspaltung in den Kernkraftwerken fallen die Sicherheits- und Umwelteigenschaften bei Fusionen nämlich deutlich günstiger aus. Außerdem haben Verfechter der Kernfusion vorgerechnet, dass ein Liter Meerwasser und eine Hand voll Steine genügen, um eine Familie ein Jahr lang mit Energie zu versorgen.

Plasmas hardly ever occur naturally on earth. The main exceptions are lightning, flames or the Northern and Southern Lights. However, plasma is what the sun and stars are made of. And that means 99 % of the visible matter in the universe, then. The fact that the sun is in the plasma state is especially interesting, as fusion of atomic nuclei is taking place here all the time, releasing colossal amounts of energy. A principle which may someday solve all the shortages and negative environmental consequences of earthly energy supply systems. All around the globe, scientists are busily experimenting on producing plasmas to tap the energy given off by nuclear fusion. As a safe, clean and practically limitless source of energy for future generations. For the safety and environmental characteristics of fusion are much more favourable than the fission practised in today’s nuclear power stations. What is more, advocates of nuclear fusion have worked out that a litre of seawater and a handful of stones would be sufficient to keep a typical family supplied with energy all year long.

JET, ITER

JET, ITER

Die Fusionsforschung wird ihrem Namen mittlerweile doppelt gerecht, arbeiten doch Wissenschafter längst kontinenteübergreifend bei Projekten zusammen. Dabei gelang im Rahmen von JET, dem bislang weltweit größten Fusionsexperiment im englischen Culham, mit auf mehrere Millionen Grad erhitzten Deuterium-Tritium-Plasmen der Weltrekord von 16 Megawatt erzielter Fusionsleistung. Damit ist man dem nächsten Ziel schon sehr nahe: der Schaffung von brennendem, sich selbst unterhaltendem Fusionsplasma. Ein logischer Schritt, der schon bis ins kleinste Detail geplant ist. Mit ITER (lat. der Weg) entsteht zurzeit eine Fusionsanlage, bei der erstmals mehr Leistung erzielt werden soll als für die Aufheizung des Plasmas benötigt wird. Bis zu 700 Megawatt werden angepeilt, aber von ITER erhoffen sich die Forscher auch wertvolle Aufschlüsse über die endgültige Machbarkeit des lange angestrebten Fusionskraftwerks. ■

With international and even intercontinental teams of scientists collaborating on fusion projects, fusion research is bringing more than just atoms together. One such project is JET, based at Culham in Oxfordshire. In the biggest fusion experiment ever conducted, JET was able to generate a record 16 megawatts of fusion power using deuterium-tritium plasmas that had been heated up to several million degrees. This has taken the researchers a step closer to the next goal: Creating a “burning”, self-sustaining fusion plasma. A logical step that has already been planned right down to the last detail. The ITER project (Latin for “The Way”) is building a fusion plant which it is hoped will be the first to generate more power than it needs for heating up the plasma. The aim is to generate up to 700 megawatts, but researchers hope that ITER will also provide valuable clues as to the ultimate feasibility of the long sought-after fusion power station. ■

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Materie | Matter

Plasma ist elektrisch leitfähiges Gas und entsteht, wenn es extrem stark erhitzt wird.

Plasma is electrically conductive gas that comes into being when the gas is subjected to extreme heating.


In der Versuchsanlage JET in Culham wurde der Grundstein dafür gelegt, Kernverschmelzung als unerschöpfliche Energiequelle für kommende Generationen zu etablieren. At the JET experimental facility in Culham, near Oxford, the foundation has been laid for establishing nuclear fusion as

Courtesy of EFDA JET

an inexhaustible source of energy for generations to come.

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Die kleinste Revolution der Welt | The smallest revolution in the world „Da unten ist jede Menge Platz.“ Unvorstellbar, aber wahr: Die von vielen Forschern als Technik des 21. Jahrhunderts apostrophierte Nanotechnik lässt sich tatsächlich auf diesen einen Satz zurückführen. Formuliert von Richard P. Feynman als Titel für eine Rede, die Wissenschaftsgeschichte schreiben sollte. In dieser Rede behauptete Feynman am 29. Dezember 1959 vor der American Physical Society, Physiker könnten im Prinzip jeden beliebigen Stoff herstellen, indem sie einzelne Atome manipulierten.

“There’s plenty of room at the bottom.” Incredible but true: Nanotechnology, hailed by many researchers as the technology of the 21st century, may actually be traced back to this one sentence. Coined by Richard P. Feynman as the title for a talk which was to make science history. In this talk, given by Feynman on 29 th December 1959 to the American Physical Society, he claimed that physicists could, in principle, create any substance they wished by manipulating single atoms.

Betrifft: Sämtliche Lebensbereiche

Will affect: all areas of life

Knapp 50 Jahre später sind viele der von ihm damals gestellten Forderungen an die Wissenschaft Wirklichkeit geworden. Etwa die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Physikern, Biologen, Chemikern und Mathematikern oder der dringende Wunsch nach besseren Mikroskopen. Die ehemals nur gedanklich erfassbaren Dimensionen dieses „da unten“ sind in greifbare Nähe gerückt – und stellen Veränderungen in Aussicht, die oftmals mit dem Einfluss der Elektrotechnik auf das 20. Jahrhundert verglichen werden. Die Erwartungen an die Nanotechnik sind geradezu euphorisch. Sie reichen von der Erschaffung neuer Werkstoffe bis zur Tumorbekämpfung.

Not quite 50 years later, many of the demands he then made of science have become reality. Like interdisciplinary collaboration between physicists, biologists, chemists and mathematicians, or his urgent plea for better microscopes. Formerly only conceivable on an intellectual plane, the dimensions of this realm “at the bottom” have drawn tangibly close – raising the prospect of changes that are often compared with the influence wrought by electrical engineering on the 20 th century. The expectations being made of nanotechnology border on the euphoric, and take in anything from creating new materials to combating tumours.

Kirsche und Erde

Cherry and earth

Zum besseren Verständnis: Ein Nanometer ist der milliardste Teil eines Meters. Er verhält sich zu einem Meter etwa so wie eine Kirsche zur Erde. Tatsächlichen Einblick in diesen allerkleinsten Maßstab genießen wir erst seit der Erfindung des Rastertunnelmikroskops im Jahr 1981. Damit ließen sich erstmals Atome sehen und sogar ergreifen. Seither hat diese Eingriffsmöglichkeit in die Welt der Atome und Moleküle beachtliche Fortschritte gemacht, auch wenn manch kühne Fantasien bislang ebensolche geblieben sind. So gelang Bioingenieuren bereits im Jahr 2000 der Bau einer Nanomaschine, deren Motor aus einem Enzym einen anorganischen Nickelpropeller antreibt. Und Feynmans Vision vom mechanischen Nanochirurgen, den man in die Blutbahn bugsiert und zum Herzen wandern lässt, um sich dort umzusehen, gleicht einer zurzeit im Test befindlichen Krebstherapie, bei der den Patienten eisenoxidhaltige Nanoteilchen gespritzt werden. Noch weiter vor wagt sich der US-Wissenschafter Eric Drexler. Dessen Traum ultimativer Technik nennt sich „Assembler“ und ist in Forscherkreisen schwer umstritten. Geht es nach Drexler, besteht unsere Zukunft aus Nanomaschinen, die aus Lösungen Atome und Moleküle picken und daraus Materialien zusammenbauen. Neue Werkstoffe, Nahrungsmittel oder intelligente Medikamente etwa. Angesichts einer noch relativ jungen Wissenschaft ein gar nicht einmal so gewagter Traum. ■

To give you a better idea: A nanometre is the billionth part of a metre. Roughly speaking, a nanometre is to a metre as a cherry is to the earth. We have enjoyed the ability to actually look at this very smallest scale of things only since the invention of the scanning tunnel microscope in 1981. This made it possible to see and even grasp individual atoms for the first time. Since then, this facility for intervening in the world of atoms and molecules has made impressive progress, even if some of the bolder fantasies have so far remained just that. By as early as 2000, then, bio-engineers had already managed to build a nanomachine, whose “motor” – an enzyme – drove an inorganic nickel propeller. And Feynman’s vision of the mechanical nanosurgeon that is manoeuvred into the bloodstream and then makes its way to the heart so has to have a look-around there is similar to a cancer therapy currently undergoing testing, in which the patient receives injections of ferric-oxidecontaining nanoparticles. The American scientist Eric Drexler dares to go further still. His dream of the ultimate in technology is called the “Assembler”, and is highly controversial in the research community. If Drexler is right, our future will consist of nanomachines that pick atoms and molecules out of solutions and assemble materials from them. New materials, foodstuffs or intelligent medicines, for instance. Given that this is still a relatively young science, maybe this is not such a daring dream after all. ■

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Die ehemals nur gedanklich erfassbaren Dimensionen dieses „da unten“ sind in greifbare Nähe gerückt.

Formerly only conceivable on an intellectual plane, the dimensions of this realm “at the bottom” have drawn tangibly close.

Buchtipps: „Nano!? Die Technik des 21. Jahrhunderts“, Niels Boeing, Rowohlt, ISBN 3-871-34488-5 „Es ist so einfach – Vom Vergnügen, Dinge zu entdecken“, Richard P. Feynman, Piper, ISBN 3-492-04251-1 Book tips: “Nanofuture: What’s next for nanotechnology”, J. Storrs Hall, Prometheus Books, ISBN: 1-591-02287-8 “The pleasure of finding things out”, Richard P. Feynman, Basic Books, ISBN 0-465-02395-9


Johannes Kepler Universität, Linz

VorstoĂ&#x; in den Nanobereich: Elektrodenanordnung fĂźr einen Single-Electron-Transistor. Hergestellt mit Elektronenstrahl-Lithografie. Venturing into the nanosphere: Electrode configuration for a single-electron transistor. Fabricated using electron beam lithography.

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Der späte Triumph der Alchemie |

Nicht jeder, der nach Indien fährt, entdeckt Amerika. Gut formuliert, Herr Erich Kästner. Begann doch auch das technisch-wissenschaftliche Feuerwerk der Gegenwart mit der vergeblichen Suche nach dem Stein der Weisen. Ganze Alchemistengenerationen mühten sich ab, Mittel und Wege zu finden, um gewöhnliche Metalle in Gold zu verwandeln. Erfolglos und auch wieder nicht. Immerhin kam man so dem Geheimnis des chinesischen Porzellans und elementarem Phosphor auf die Spur.

Ein Element in seinem Element

Alchemy’s latter-day triumph

Not everyone who sets sail for India ends up discovering America – to quote a pithy saying by the German satirist Erich Kästner. So it’s worth remembering that the technical and scientific firework display we are witnessing in the present day began with the fruitless quest for the philosophers’ stone. Whole generations of alchemists toiled to find ways of turning base metals into gold. In vain – yet not entirely so. After all, this was how Europeans discovered both elementary phosphorus and the secret of how Chinese porcelain was made.

An element in its element

Was den alten Alchemisten verwehrt blieb, reklamieren die Wissenschafter der Neuzeit für sich. Schließlich fanden sie mit Silizium heute tatsächlich eine Art Stein der Weisen. In der Gestalt von Computerchips und Solarzellen hat das unscheinbarste Element der Welt einen fantastischen Technologiesprung gebracht. Hochreines, kristallines Silizium ist das Grundmaterial schlechthin für die Mikro­ elektronik. Alle gängigen Speicher, Transistoren, Computerchips etc. basieren darauf. Der Grund: Silizium ist ein Halbleiter mit besonderen elektrischen Eigenschaften. Sämtliche elektronische Schaltungen lassen sich damit realisieren. Seit 1854, als es erstmals gelang, Silizium hochrein herzustellen, hat die Massenfertigung von elektronischen Bauelementen aus diesem Stoff permanent zugenommen. Kein Wunder also, dass sich das zweithäufigste „Allerwelts­ element“ der Erdkruste – Silizium ist in vielen Mineralien und Halb­ edelsteinen sowie in Sand, Quarz, Ton und Schiefer enthalten – zum Star der Festkörperphysik aufgeschwungen hat. Silicon Valley („Silizium-Tal“), die Bezeichnung für diese kalifornische Hightech-Region südlich von San Francisco, sagt wohl alles über die Bedeutung von Silizium für die Halbleiter- und Computerindustrie aus.

A triumph denied to the alchemists of old can now be claimed by the modern-day scientists who really have found a sort of philosophers’ stone – silicon. In the form of computer chips and solar cells, this plainest of all elements has brought about a fantastic technological leap forward. High-purity crystalline silicon is simply the base material for microelectronics. All common memories, transistors, computer chips etc. are based on it. The reason: Silicon is a semiconductor with some very special electrical properties. It can be used to make all electronic circuits. Since the first successful attempts to manufacture high-purity silicon in 1854, mass production of electronic elements from this substance has constantly grown apace. No wonder, then, that the second most common element in the earth’s crust – silicon is a component of many minerals and semi-precious stones and is found in sand, quartz, clay and slate – has risen to become the star of solid-state physics. Silicon Valley, the name given to this Californian high-tech-region south of San Francisco, says it all about the significance of silicon for the semiconductor and computer industries.

Effizientestes Wirtschaften

Manufacturing economy

Es muss nicht immer hochreines Silizium sein. Für die Solarindustrie, die weltweit immerhin 90 % ihrer Zellen auf Siliziumbasis herstellt, können auch etwas geringere Reinheitsgrade als in der Halbleiterindustrie akzeptiert werden. Somit können auch Neben­ produkte der Chipindustrie effizient verwertet werden. Einzige Sorgenfalte der Solarindustrie bleibt dabei ihr eigener Boom. Auch wenn in Zukunft die Dünnschichttechnologie neben den kristallinen Solarzellen mehr Bedeutung gewinnen wird, die prognostizierten jährlichen Zuwachsraten von 25–35 % lassen dennoch auf einen Materialbedarf von 13.000 Tonnen – Tendenz natürlich steigend. Mit eigenen Produktionsstätten für Solarsilizium will man daher etwaigen Versorgungsengpässen vorbeugen. ■

It needn’t always be high-purity silicon. For the solar-power industry – and remember, 90 % of the cells it manufactures worldwide are silicon-based – somewhat lower purities can be accepted than in the semi-conductor industry. This enables it to make efficient re-use of by-products of the chip industry. Paradoxically, the only worry for the solar-power industry is the scale of the boom it is undergoing. Even though thin-film technology is set to become increasingly important in future, alongside crystalline solar cells, the 25–35 % annual growth that is forecast for this sector still indicates that as much as 13,000 tonnes of silicon will be needed – and the uptrend shows no signs of slowing. In response to this situation, the industry is moving to set up its own production facilities for solar silicon so as to forestall any supply bottlenecks. ■

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Silizium Silizium ist ein chemisches Element und zählt zu den Halbmetallen. Elementares Silizium findet in unterschiedlichen Reinheitsgraden Verwendung in der Metallurgie, der Fotovoltaik und in der Mikroelektronik. Fügt man 100.000 Siliziumatomen ein einziges Aluminiumatom bei, so vertausendfacht sich die Leitfähigkeit.

Silicon Silicon is a chemical element that is classified as a semi-metal. Elementary silicon, of various degrees of purity, is used in metallurgy, photovoltaics and microelectronics. If a single aluminium atom is added to 100,000 silicon atoms, the conductivity is increased a thousandfold.


Molecular Imaging Corp., Dr. Gerald Kada

Ein Halbleiter mit besonderen elektrischen Eigen足 schaften: kristallines Silizium. A semi-conductor with special electrical properties: Crystalline silicon.

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Der Widerspenstigen Zähmung |

Manche Materialien können ganz schön eigenwillig sein. Obwohl seit Jahrzehnten bestens erforscht und vielfältigst in Verwendung, sträuben sie sich dennoch gegen das Naheliegende. Stahl und Aluminium zum Beispiel. Werkstoffe, die ob ihrer Eigenschaften im Grunde dafür prädestiniert wären, als idealer Materialmix aufzutreten. Leichtgewichtig und hochfest zugleich. Taten sie auch. Mittels mechanischer Verbindung oder in geklebter Form. Nur zusammenschweißen ließen sie sich nicht, wie in jedem Lehrbuch nachzulesen stand.

Hartnäckigkeit und Know-how Mittlerweile musste man diese umschreiben. Stahl und Aluminium, diese ehemals für Schweißer widerspenstigen Materialien, gelten nun als gezähmt. Dank eines völlig neuen Fügeverfahrens, des CMT-Prozesses. Entwickelt hat dieses Verfahren Fronius und allein die Zeitspanne, die diese Entwicklung in Anspruch nahm – der Start datiert bis ins Jahr 1998 zurück –, macht deutlich, wie viel an Hartnäckigkeit und Know-how sich hinter diesem neuartigen Prozess verbirgt. CMT steht für Cold Metal Transfer, was so viel heißt wie „kalter Werkstoffübergang“. Gegenüber dem konventionellen Schutzgasschweißen erhitzen sich die zu fügenden Werkstücke an den Naht­ zonen bei dem neu modifizierten Verfahren nämlich deutlich geringer. Möglich macht dies die direkt in die digitale Prozessregelung mit eingebundene Drahtbewegung. Bis zu 70 Mal in der Sekunde wird der Draht vor- und – sobald die Stromquelle einen Kurzschluss erkennt – wieder zurückgezogen. Resultat sind eine hochpräzise Tropfenablöse und eine gleichmäßige, spritzerfreie Schweißnaht.

Grenzen neu definiert Nachdem das Entwicklungsprojekt 1999 bei Fronius in eine intensivere Phase trat, war man 2003 so weit, sich darauf zu konzentrieren, das optimale, serienreife Equipment für die industrielle Anwendung des CMT-Prozesses zu realisieren. Zumal der CMT-Prozess nicht nur die Grenzen bei Stahl und Aluminium gänzlich neu definiert, sondern auch anderweitig neue Perspektiven eröffnet. Beim Schweißen von Edelstählen und Magnesium etwa. Oder dem spritzerfreien Löten beschichteter Bleche. Auch Dünnstblechverbindungen sind damit möglich. Es zahlt sich also aus, die Lehrbücher umzuschreiben. Auch wenn man dafür mitunter 6 Jahre benötigt. ■

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Materie | Matter

The Taming of the Shrew

Like the girl in Shakespeare’s play, some materials are really difficult characters with a mind of their own. Even though they’ve been thoroughly investigated and have been in very varied use for decades now, they still baulk at being used in certain obvious ways. Steel and aluminium are a good example. Materials whose properties ought to make them ideal for use with one another – lightweight and high-strength at the same time. And in fact they have been used together, but only with mechanical or bonded joins. They just couldn’t be welded to one another, as any technical-college textbook would have told you.

Persistence and know-how Now these textbooks all need to be rewritten. Steel and aluminium, once notorious for their “shrew-like” welding behaviour towards one another, have now been tamed. Thanks to a wholly new joining process known as CMT. This process was developed by Fronius, and even just considering how long this development took – work on it started back in 1998 – makes it very clear just how much persistence and know-how went into the making of this novel process. CMT stands for Cold Metal Transfer. “Cold”, because this new, modified process inputs much less heat into the weld zones of the workpieces to be joined than does conventional gas-shielded arc welding. This is made possible by the fact that the wire motions are directly integrated into the digital process-control. As many as 70 times a second, the wire is pushed forward and then – as soon as the power source detects a short circuit – pulled back again. The result is high-precision droplet detachment and a uniform, spatterfree weld-seam.

Fronius entwickelt den CMT-Prozess Bereits 1988 stellte Klaus Fronius die Idee der thermischen Verbindung von Stahl und Alu vor. Ein Jahr später zeigten sich bei Versuchen mit pulsierendem MIG-Schweißstrom und hochfrequenter Elektronenablenkung erste Erfolge. 1997 entwickelte man die spritzerfreie Zündung mit Absetzen eines einzelnen Schweißtropfens und Rückzug des Drahtes. 2003 der nächste entscheidende Schritt: Der erforderliche hochdynamische Motor wird im Haus entwickelt und in den Schweißbrenner integriert. 2004 erfolgt die Markt­ einführung. Das Unmögliche ist geschafft: Stahl und Alu endlich vereint.

Fronius develops the CMT process As long ago as 1988, Klaus Fronius presented his first ideas on thermal joining of steel and aluminium. One year later, initial successes were scored in trials using pulsed MIG welding current and high-frequency electron deflection. In 1997, a spatterfree ignition system was developed which deposited one single welding droplet and instantly retracted the wire. The next, decisive

Boundaries redefined

step followed in 2003: The highly dynamic

From 1999 onwards, the development project entered into a more intensive phase, so that by 2003 Fronius had got to the point of concentrating on developing optimised, series-production-ready equipment for industrial utilisation of the CMT process. All the more important because the CMT Process not only totally redefines the boundaries applying to steel and aluminium, but also opens up fascinating new perspectives in other fields. In the welding of special steels and magnesium, for instance. Or for spatter-free brazing of coated sheets. Ultra-light gauge joints are also possible with it. It’ll be well worthwhile rewriting all those textbooks, then. Even if it does take the next 6 years! ■

and integrated within the welding torch. In

motor needed here was developed in-house 2004, CMT was launched. The impossible had been made possible: The long-awaited union of steel and aluminium.


Aufbruch in eine neue Dimension. Mit dem CMT-Prozess hat Fronius das FĂźgen von Stahl und Aluminium mĂśglich gemacht. Breakthrough to a new dimension. With its new CMT process, Fronius has made the joining of steel and aluminium possible at last.

Matter | Materie

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Wenn das Gegenteilchen der Fall ist | Taking a walk on the flip-side: Anti-particles „Gute Science-Fiction hat ihre Wurzeln in guter Science, guter Wissenschaft.“ Mit diesem Satz aus dem Buch „Illuminati“ des Bestsellerautors Dan Brown kehren wir wieder zum Ausgangspunkt dieses Kapitels zurück. Nach Genf, Schweiz. In das uns schon bekannte CERN. Just dort lässt nämlich Brown seinen populären Thriller über einen Geheimbund, der nichts Geringeres als ein Attentat auf den Vatikan plant, spektakulär beginnen. Mit dem Diebstahl eines geheimnisvollen Stoffes, dessen Energie zehn Milliarden Mal so groß wie Sprengstoff ist: Antimaterie.

“Good science fiction has its roots in good science”. This sentence from best-selling author Dan Brown’s book “Angels & Demons” takes us back to where we started this chapter. To a place in Geneva, Switzerland, that needs no further introduction – CERN. Which is where Dan Brown sets the spectacular curtain-raiser to his popular thriller about a secret brotherhood that is planning nothing less than an attack on the Vatican. Starting with the theft of a mysterious substance with ten billion times the energy of conventional explosive: Antimatter.

Rechenfehler beim Urknall?

Miscalculation in the Big Bang?

Nicht alles entstammt dabei der Fantasie des Autors. 1928 vom britischen Physiker Paul A. M. Dirac erstmals theoretisch in Erwägung gezogen, wurde das erste Antiteilchen bereits vier Jahre später tatsächlich auch entdeckt und nachgewiesen. Kosmologen und Teilchenphysiker kamen in der Folge zum Schluss, dass es sich bei Materie und Antimaterie um ungleiche Geschwister handeln müsse, die beim Urknall des Universums entstanden sind. Denn während sich die Materie überall im Kosmos zu Sternen und Planeten formierte, fehlt von der Antimaterie nahezu jede Spur. Beruht das auf einem Rechenfehler der Natur? Die beim Urknall entstandenen Teilchen und Antiteilchen hätten sich nämlich getreu ihren entgegengesetzten elektrischen Ladungen sofort wieder aufeinander stürzen und gegenseitig auslöschen müssen. Weil sie das aber nicht restlos taten und die Materie die Oberhand behielt, ist die Menschheit jetzt mit allerhand Fragen beschäftigt.

Not all of this is the product of the author’s fertile imagination. First contemplated in theory by the British physicist Paul A. M. Dirac in 1928, the first antiparticle was actually discovered and proven only four years later. Cosmologists and particle physicists subsequently concluded that matter and antimatter must be dissimilar siblings that came into being with the Big Bang at the very dawn of the universe. For while matter coalesced into stars and planets throughout the cosmos, of antimatter there remains virtually no trace. Is this all the result of a giant cosmic miscalculation? What ought in theory to have happened is that with their opposite electrical charges, the particles and antiparticles created in the Big Bang should immediately have collided and annihilated one another. However, they did not all do this, and it is because of this preponderance of matter over antimatter that mankind is grappling with questions such as these at all.

Der explosivste Stoff der Welt Dan Brown hat für „Illuminati“ offenbar gut recherchiert. Tatsächlich fand die erste künstliche Erzeugung von Antimaterie 1996 am CERN statt. Mit seiner fiktiven Geschichte ist er aber dennoch den Forschern zu weit vorausgeeilt. Die von ihm erdachte Antimaterie-Bombe ist fern jeder Realisierungsmöglichkeit. Auch wenn es sich bei Antimaterie um den explosivsten Stoff der Welt handelt, besteht angesichts der winzigen, am CERN produzierten Mengen keine Gefahr. Außerdem, so die Forscher, sei der Prozess überaus ineffizient, da deutlich mehr Energie aufgewendet werden muss als später wieder frei wird. So liegt der Preis für die Herstellung eines milliardstel Gramm Antimaterie nach einer NASA-Schätzung derzeit bei sechs Milliarden Dollar. Trotzdem hätte Antimaterie aufgrund hoher Energiedichte als Energieträger enorme Vorteile. Dafür müsste aber ein zusätzliches Problem gelöst werden: die Speicherung. Bislang existierte am CERN produzierter Anti-Wasserstoff lediglich 30 milliardstel Sekunden lang. Was aber mit Sicherheit nicht der Weisheit letzter Schluss bleiben wird. Der Traum vom Antimaterie-Antrieb bei Fahrzeugen oder Raumschiffen ist zumindest in Genf durchaus intakt. Irgendwann, so ist man überzeugt, wird die Bombe platzen. Eine friedliche Bombe. Bis dahin bleibt uns der spannende Thriller von Dan Brown. ■

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Materie | Matter

Antiteilchen, Antimaterie Antimaterie entstand beim Urknall. Sie ist das Spiegelbild von Materie, genauer gesagt von Materie-Atomen (positiv geladenen Elektronen mit negativ geladenem Atomkern). Kommen Materie und Antimaterie in Berührung, vernichten sie sich gegenseitig. Dabei setzen sie aber enorme Energie frei. Heute kann Antimaterie bereits künstlich erzeugt, eingefangen und im Vakuum gespeichert werden.

Antiparticles, antimatter Antimatter was created in the Big Bang. It is the mirror image of matter, or – more accurately – of atoms of matter (positively charged electrons with negatively charged atomic nuclei). If matter and antimatter meet, they annihilate one another. In doing so, however, they release immense amounts of energy. Today, it is already possible to create antimatter artificially, capture it, and store it in a vacuum.

The most explosive substance in the world Dan Brown evidently did his homework before he sat down to write “Angels & Demons”. It was indeed at CERN that antimatter was first produced artificially, in 1996. His fictional story is still rather too many steps ahead of the researchers, however, with not even the remotest possibility of his “antimatter bomb” ever being realised. Even if antimatter really is the most explosive substance in the world, the minuscule quantities produced at CERN do not present the slightest danger. Quite apart from which, the researchers point out that the process is exceedingly inefficient, consuming far more energy than is later released. Thus it is that the cost of manufacturing one billionth of a gramme of antimatter is currently estimated by NASA to be around six billion dollars. Nevertheless, the high energy density of antimatter would give it immense advantages if it could be used as an energy source. Before this can happen, though, another problem would need solving: How to store it. The anti-hydrogen so far produced at CERN has only managed to survive for a mere 30 billionths of a second. This will certainly not be “the end of the matter”, though. The dream of antimatter-powered vehicles or spaceships is still being dreamt – in Geneva, at any rate. Someday, they are convinced, the bomb will go off. A peaceful bomb, that is. Until then we’ll just have to keep reading those Dan Brown thrillers. ■

Buchtipps: „Antimaterie. Auf der Suche nach der Gegenwelt“, Dieter B. Herrmann, ISBN 3-406-44504-7 Book tips: “Antimatter: The ultimate mirror”, Gordon Fraser, ISBN: 0-521-89309-7 “Matter, anti-matter and dark matter”, Roberto Battiston, Bruna Bertucci, ISBN: 9-812-38118-X


Der Urknall als Sternstunde des Universums. Gemäß astronomischen Berechnungen hat dieses Ereignis vor ungefähr 13,7 Milliarden Jahren stattgefunden. The Big Bang – the most momentous moment in the universe. According to the astronomers’ calculations, this event took place around 13.7 billion years ago.

Matter | Materie

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„Das Weltall sieht allmählich mehr wie ein großer Gedanke als wie eine große Maschine aus.“ Sir James Jeans The universe begins to look more like a great thought than a great machine. Sir James Jeans

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Information | Information


Information

Wir befinden uns mitten im Informationszeitalter. Einer Epoche noch nie da gewesener Informationsflüsse. Begünstigt durch permanente, technische Innovationen. Alles kommuniziert. Menschen untereinander. Menschen mit Maschinen und umgekehrt. Das lässt manche schon von künstlicher Intelligenz träumen. Einige Stationen, wie es dazu kommen konnte: Osaka, das antike Griechenland, New Jersey, Cambridge/Massachusetts und Wien. In diesem Kapitel werden wir sie besuchen. Die Informationen müssen schließlich weiter fließen. We are now well and truly in the Information Age. An epoch characterised by absolutely unprecedented information flows. Made possible by continual technical innovation. Everything and everybody now communicates. People with one another, people with machines, and vice-versa. This has already got quite a few folk dreaming of artificial intelligence. Some of the stations along the way: Osaka, Ancient Greece, New Jersey, Cambridge (Mass.) and Vienna. In this chapter, we’ll be visiting them all. After all, we want to keep the information flowing.

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Jan B. Braun/HNF

Kick it! Des Menschen liebstes Spiel hat nun auch die Roboter erfasst. Kick it! Mankind’s favourite game has now caught on among robots, too.

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Information | Information


Scharfe Schüsse, unscharfe Daten |

Roboterfußball spiegelt den Stand bei der Entwicklung intelligenter Maschinen wider.

Robot football reflects the “state of play” in the development of intelligent machines..

Buchtipp: „Roboter – unsere nächsten Verwandten“, Gero von Randow, Rowohlt, ISBN 3-498-05744-8 Book tip: “Roboter – unsere nächsten Verwandten” (Robots – our closest relatives), Gero von Randow, Rowohlt, ISBN: 3-498-05744-8 (in German – English edition pending)

2006 findet die Fußballweltmeisterschaft in Deutschland statt. Diese Information ist nicht wirklich neu. Genau genommen widerspräche sie sogar ihrem eigenen Charakter, der darauf fußt, dass Information einen Gewinn von Wissen darstellen muss. Bitte, diesem Anspruch kann abgeholfen werden: 2006 findet der Robo-Cup, die jährliche Fußballweltmeisterschaft für autonome Roboter in Deutschland statt. Genauer gesagt in Bremen, das damit die Nachfolge von Osaka, Japan, antritt, dem Austragungsort der letzten Titelkämpfe. „Roboter sind, mit einem Wort, Kommunikationsmedien“, stellte der Wissenschaftsjournalist Gero von Randow in seinem lesenswerten Buch „Roboter – unsere nächsten Verwandten“ richtig fest. Nicht ohne zu folgern, ein Medium sei aber auch immer selbst eine Botschaft.

Königsklasse der Forschung

Sharp shots, fuzzy data

The Football World Cup will be hosted by Germany in 2006. This information is not really new at all. Common knowledge, in fact. So if we say that information has to represent a gain in knowledge (which this information does not) then this information is not only not new, it’s not even information at all! Fear not, there is a way out of this riddle: In 2006 the Robo Cup, the annual football world cup for autonomous robots, will be taking place in Germany. In Bremen, to be precise, which takes over the baton from Osaka, Japan, the venue of the previous year’s contest. “Robots are, in a word, a medium of communication”, as science journalist Gero von Randow so rightly states in his highly readable book “Robots – our closest relatives”. Not without also concluding that a medium is always a message as well.

The ultimate research challenge

Der Robo-Cup stützt diesen Schluss. Denn natürlich geht es dabei nicht wirklich um Fußball, um Spiel oder Sport. Der Grundgedanke der seit 1997 ausgetragenen Roboter-Meisterschaft ist, den Stand bei der Entwicklung intelligenter Maschinen öffentlich erlebbar zu machen. Roboterfußball avancierte quasi zur Königsklasse der Künstliche-Intelligenz-Forschung. Das Spielfeld mutierte zur global einheitlichen Testumgebung. Was kann schließlich ein besserer Antrieb sein, als im sportlichen Wettkampf die komplexe Aufgabe zu bewältigen, dem gegnerischen Robo-Team möglichst oft den Ball ins Tor zu befördern? Immerhin müssen während eines Spiels sehr viele, unscharfe und sich schnell ändernde Sensordaten analysiert, bewertet und in ein sinnvolles Auftreten auf dem Feld umgewandelt werden. Chancen dafür gibt es gleich mehrere: Robo-Cup-Champion kann man in acht Ligen werden, die sich durch Robotergröße, Spieleranzahl und Anforderungsprofil unterscheiden.

The Robo Cup lends weight to this conclusion. For it’s not really about football, games or sport at all, of course. The basic idea behind this robot championship, held every year since 1997, was to publicise the state of the art in the development of intelligent machines and make it “come alive” in public. Robot football was promoted, so to speak, to the very top league of artificial-intelligence research, with the football pitch serving as a globally standardised test environment. What better impetus could there be than to master the complex task of outwitting the other robo-team’s defences and propelling the ball into its goal as often as possible, in a spirit of sporting competition? After all, in the course of each game, innumerable fuzzy and rapidly changing sensor data have to be analysed, evaluated and translated into appropriate actions in – literally! – the field. There are several different opportunities for doing this: You can become the Robo Cup Champion in any of eight different leagues, differentiated by robot size, number of players and requirements profiles.

Fernziel 2050

2050 – the long-term goal

Der Spielbetrieb ist in vielerlei Hinsicht relativ: Im Robo-Cup bewegen sich Spieler mit bis zu 15 km/h und verfügen über eine Schusskraft von 50 km/h! Zu den populärsten Ligen zählen derzeit die „Small Size League“ und die „Middle Size League“. In letzterer Liga bestehen die Teams aus je vier mittelgroßen Robotern mit maximal 40 kg. Sie spielen auf einem Spielfeld zwischen 48 und 192 m 2. Die Kommunikation zwischen den Robotern erfolgt per Funk. Externe Eingriffe von Menschen sind nicht erlaubt. Alle Roboter verfügen über eine eingebaute Kamera, über die der Roboter sich vor jeder Bewegung lokalisieren muss. Hier ist der Unterschied zur Small Size League, denn die Positionen der einzelnen Roboter sind nicht über eine Overheadkamera verfügbar, eine ungleich schwierigere Aufgabe. Fernziel im Roboterfußball ist und bleibt 2050. Bis dahin will man die Forschung so weit getrieben haben, dass Roboter in Menschengestalt ihre Weltmeisterkollegen aus Fleisch und Blut fordern können. ■

Direct comparability among the many different classes of players is difficult: In Robo Cup games, the players move at up to 15 km/h and can kick the ball to a speed of 50 km/h! The most popular leagues at present are the Small Size League and the Middle Size League. In this latter league, the teams each consist of four medium-sized robots weighing a maximum of 40 kg. The robots have a football pitch of between 48 m2 and 192 m2 to play on. Communication between them takes place by radio, and no external human intervention is allowed. Every robot has a built-in camera with which to localise its position before every movement. This is the difference to the Small Size League, as here in the Middle Size League there is no overhead camera to keep track of the positions of all the robots, which makes it an incomparably more difficult task. The long-term goal in robot football is the year 2050. By then, the aim is to have pushed research ahead to the point where fully autonomous humanoid robots will be able to take on their flesh-andblood World Cup colleagues – and win. ■

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1996 noch gegen den Computer Deep Blue siegreich, sah Garri Kasparow beim Rückkampf ein Jahr später schwarz. Er verlor. After managing to defeat IBM’s “Deep Blue” computer in 1996, things turned “deep black” for Garry Kasparov in the return match the following year: He lost.

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Die Information, das schwer zu erfassende Wesen | Information, a slippery beast

Erst Wiedererkennbarkeit sowie Neuigkeitsgehalt machen Signale zu Information.

Recognisability and newness of content are what turns mere signals into information.

Ein Gedanke des Robo-Cups verdient unsere weitere Beachtung: die teilweise Offenlegung der Codes, die hinter den Aktionen der Spieler stecken, nach Ende des Bewerbs. Eine sportliche Geste im Sinne der Wissenschaft. Informationen zu teilen sei wichtig für den weiteren Fortschritt, tönt es aus der Robo-Cup-Community. Ein guter Grund, sich das Wesen von Information noch einmal genauer anzusehen.

One of the ideas behind the Robo Cup merits some further attention on our part: The partial disclosure, after the end of the championship, of the code underlying the players’ actions. A sporting gesture that is very much in the spirit of science. Sharing information is essential if progress is to be maintained, to quote the oft-heard mantra of the Robo Cup community. A good reason for us to take a closer look at the nature of information.

Schrift als Tonbandgerät

Writing – a sort of tape-recorder

Denn Information ist heute ein sehr weitläufig verwendeter und daher auch sehr schwer abzugrenzender Begriff. Wir begegnen ihm in so verschiedenen Wissenschaftszweigen wie Biologie und Informatik. Generell lässt sich aber sagen, dass Information mit „übertragenem Wissen“ gleichzusetzen ist. Was nicht nur Sender und Empfänger voraussetzt, sondern auch Struktur und Bedeutung. Ein Beispiel für so eine Struktur wären Lichtimpulse. Um deren Bedeutung zu verstehen, muss man sich eines festgelegten Bezugssystems bedienen, eines Codes. In unseren Gesellschaften sind Sprache und Schrift als Codesysteme zu betrachten. Zum Beispiel mit dem 24-BuchstabenAlphabet, wie es die Griechen um ca. 800 v. Chr. einführten, ließen sich etwa alle gesprochenen Sprachen der Welt aufschreiben, unabhängig davon, was die Wörter bedeuten. Genau betrachtet funktioniert es wie ein Tonbandgerät, gedacht als grafisches Medium.

The thing is that nowadays, “information” is a term that is very widely used and so is very difficult to delimitate. We come across it in such diverse branches of science as biology and information technology. In general, though, it is fair to say that information can be equated with “transmitted knowledge”. Which presupposes not only a sender and a recipient, but also structure and meaning. One example of such a structure would be light pulses. In order to understand what these mean, you have to make use of a defined reference system – that is, a code. In our societies, language and writing can both be viewed as code systems. With the 24-letter phonographic alphabet introduced by the Ancient Greeks around 800 B.C., for example, all the languages spoken in the known world could be written down regardless of what the words meant. When you think about it, the system actually functions like a sort of taperecorder that uses a graphic medium to record sound.

DNS, ASCII Andere Beispiele für Codes finden sich in der Biologie, wo unser genetischer Code in die Desoxyribonukleinsäure (DNS) eingeschrieben ist, oder in der Informatik mit dem ASCII (American Standard Code for Information Interchange), der benutzt wird, um Buchstaben und Zahlen durch Bitfolgen darzustellen. Womit wir wieder beim Robo-Cup und der Künstliche-Intelligenz-Forschung angelangt wären, einer Fachdisziplin der Informatik mit interdisziplinärem Charakter. Deren Ziel – siehe Robo-Cup – ist es, Maschinen zu entwickeln, die sich verhalten, als verfügten sie über menschliche Intelligenz. Eine zusätzlich Schaffung von Bewusstsein, wie es manche für möglich halten, scheitert bis heute allein an philosophischen Fragen. Legendär bleibt in diesem Zusammenhang das Duell des Computers Deep Blue mit Schachweltmeister Garry Kasparov. Nachdem er als erster amtierender Weltmeister gegen eine Maschine verloren hatte, attestierte Kasparov seinem Gegner zwar hohe Intelligenz und Kreativität, bemängelte aber die Modifizierung durch menschliche Programmierer zwischen den Partien. Faktisch spielte Kasparov nach jeder Codeänderung gegen einen anderen Gegner. Warten wir nun darauf, was die menschlichen Fußballer anlässlich des Spieles gegen das Roboterteam 2050 ins Mikrofon sagen werden. ■

DNA, ASCII We find other examples of codes in biology, where our genetic code is recorded in deoxyribonucleic acid (DNA), or in information technology, where ASCII (the American Standard Code for Information Interchange) is used to represent letters and numbers by certain bit sequences. Which brings us back to the Robo Cup and artificialintelligence research, a branch of information technology with an interdisciplinary character. Its goal – just think of the Robo Cup – is to develop machines that behave as if they had human intelligence. Attempts to go beyond this and create consciousness itself, as some believe possible, have so far not even managed to surmount the philosophical hurdles, let alone the technical ones. In this connection, the duel fought between the IBM computer Deep Blue and world chess Grand Master Garry Kasparov in 1996 has passed into legend. After suffering the ignominy of being the first reigning Grand Master ever to lose to a machine, Kasparov conceded that his opponent displayed high intelligence and creativity, but criticised the modifications made between each round by human programmers. In effect, Kasparov found himself playing against a different opponent after every change in the code. We’ll just have to wait and see what the human footballers find to say into the microphones after they’ve played against the robot team in 2050. ■

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Von Büroklammern, Mailüfterln und Briefmarken |

Of paper-clips, spring breezes and postage stamps

Die Charakterisierung von Information als Rohstoff und Ware brachte es mit sich: Spätestens seit den 1990er Jahren sprechen wir anstatt vom Industrie- vom Informationszeitalter. Elektronische Datenverarbeitung und globale Informationsflüsse begünstigten dies. Der Grundstein dafür wurde allerdings früher gelegt. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Auslöser war die Erfindung der Elektronenröhre, eines Steuerungs- und Verstärkungsorgans der Elektrotechnik, das die Entwicklung des Radios, der Telekommunikation, des Fernsehens und der ersten Computer ermöglichte. Jedoch erwiesen sich diese Röhren als fehleranfällig und die Industrie suchte nach einer Alternative in Form eines festen, kristallinen Verstärkers für schnelle elektrische Schwingungen.

Der Halbleiter als Revolutionär Fündig wurde man in den Bell Laboratories, New Jersey. Dort entstand 1947 aus einem goldbeschichteten Plastikdreieck, einer verbogenen Büroklammer und einem Block des Halbmetalls Germanium der erste Transistor der Welt. Dieser unscheinbare Bauteil zum Schalten und Verstärken von Strom sollte sich als folgenreiche Erfindung erweisen. Wobei die besondere elektrische Leitfähigkeit von Silizium, das an die Stelle des Germaniums trat, die Hauptrolle spielte. Dieser Halbleiterstoff wurde zur Basis nahezu aller aktiven elektronischen Bauelemente, des Computerchips und der gesamten Mikroelektronik. Wenden wir uns aber zuerst noch dem „Mailüfterl“ von 1955 zu. Unter diesem Namen wurde nämlich Europas erster Computer auf Transistorbasis bekannt. Gebaut hat ihn der Wiener Computerpionier Heinz Zemanek. 3.000 Transistoren wendete er dafür auf. Mit einer Grundfläche von 4 x 0,5 Meter und einer Höhe von 2,5 Meter galt die Anlage gegenüber Röhrenrechnern als klein. Die Speicherkapazität von 10.000 Wörtern und die Taktfrequenz von 132 KHz hingegen als groß.

Eine Billion Bits pro Quadratzoll Seither haben Elektronik und Speicherkapazität natürlich beachtliche Quantensprünge hingelegt – zum Beispiel durch engagierte Forscher bei Apple, Texas Instruments oder Intel. Vorerst einhergehend mit der Entwicklung des Mikroprozessors in den 1970er Jahren, der alle Einheiten eines Prozessors auf einem einzigen Chip vereinigte, und später mit der weiteren Verkleinerung dieses Chips auf einige hundert Nanometer. IBM-Wissenschafter erreichten 2002 mit Hilfe von Nanotechnologie eine Speicherdichte von einer Billion Bits pro Quadratzoll. Anders gesagt: 25 Millionen Buchseiten sind so auf der Fläche einer Briefmarke gespeichert. Dafür schreiben feinste Metallspitzen winzige Vertiefungen in einen dünnen Kunststofffilm. Das Resultat ist mit althergebrachten Lochkarten vergleichbar. Allerdings auf der Skala von Nanometern. Rosige Zukunftsaussichten für den Informationsfluss künftiger Generationen. ■

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The characterisation of information as a raw material and a commodity made it inevitable: Since the 1990s, if not before, we have ceased talking about the industrial era, and refer instead to the Information Age. Electronic data processing and global information flows were what made this possible. The foundation stones had been laid long before, though, in the first half of the 20 th century – triggered by the invention of the thermionic vacuum tube, an electrotechnical control and amplification device which paved the way for the development of the radio, telecommunications, the television and the first computer. These tubes proved to be very fault-prone, however, and the industry looked for an alternative in the form of a solid crystalline amplifier for rapid electrical oscillations.

Der erste Computer auf Transistorbasis in Europa, das „Mailüfterl“, reüssierte in

“Semi”-conductor, “wholly” revolutionary The breakthrough came at the legendary Bell Laboratories in New Jersey. It was here, in 1947, that a gold-coated plastic triangle, a bent paper-clip and a block of the semi-metal germanium were crafted into the world’s first transistor. This inconspicuous little component for switching and amplifying electricity was to prove itself a very momentous invention indeed. With the very great electrical conductivity of silicon, which soon replaced the germanium, playing a key rôle. This semi-conducting material became the basis of virtually all active electronic componentry, of the computer chip and indeed of all of microelectronics. But let us turn first to the “Spring Breeze” of 1955. This was the name given to Europe’s first transistor-based computer, built by the Viennese computing pioneer Heinz Zemanek and comprising all of 3,000 transistors. With a footprint of 4 m x 0.5 m and a height of 2.5 m, the machine was regarded as small in comparison with vacuum-tube-based computers. On the other hand, its 10,000 word storage capacity and 132 KHz clocking frequency made it a “big” computer by the standards of its day.

A trillion bits per square inch Since then, electronics and storage capacity have taken some huge strides, of course – through the work of committed researchers at e.g. Apple, Texas Instruments and Intel. Initially, this went hand in hand with the development of the microprocessor in the 1970s, permitting all the elements of a processor to be grouped onto a single chip. This was followed by the successive scaling-down of this chip to dimensions of only several hundred nanometres. By 2002, IBM scientists using nanotechnology had attained a storage density of one trillion bits per square inch. To put it another way: This equates to storing 25 million printed textbook pages on an area the size of a postage stamp. To do this, ultra-sharp, molecular-size tips punch minuscule indentations into a thin plastic film. The result is comparable with the punch-cards of yore – although on a nanometre scale. Rosy prospects, then, for future generations’ information flows. ■

den 1950er Jahren.

The first transistorised computer, the “Spring Breeze”, was a success in 1950s Europe.


Das Schrumpfen elektronischer Bauteile geht weiter. Der Weg von der Mikroelektronik zur Nanoelektronik ist vorgezeichnet. There seems to be no end to that “shrinking feeling� for electronic componentry. The path is leading inexorably from microelectronics to nanoelectronics.

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Standardisierte Schnittstellen erleichtern die system足 端bergreifende Kommunikation. Standardised interfaces make it easier to communicate across system boundaries.

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Vernetzt und zugemailt |

Mail dominance – a network effect?

1999 wählte die Gesellschaft für deutsche Sprache e. V. in Zusammenarbeit mit Medien und dem angesehenen Suhrkamp-Verlag die Wörter des 20. Jahrhunderts. Prägende Begriffe der Epoche waren gefragt und „Kommunikation“ war einer davon. Kein Wunder, bezeichnen wir doch damit auf der Alltagsebene den wechselseitigen Austausch von Gedanken in Sprache, Gestik, Mimik, Schrift oder Bild. Und das beschränkte sich während der letzten 100 Jahre längst nicht mehr auf persönliche Gesprächssituationen. Durch den technischen Fortschritt entstanden nicht nur eigene Medien wie Telegraf, Telefon, Fernsehen oder das computergestützte Internet, sondern begann der Mensch auch mit den Objekten selbst zu kommunizieren.

Mensch-Maschine

Schnittstellen bringen Ordnung ins Chaos, sprich unterschiedliche Systeme in Beziehung zueinander.

Interfaces create order out of chaos, by enabling differing systems to relate to one another.

Die Mensch-Computer-Interaktion als Teilgebiet der Informatik beschäftigt sich mit der benutzergerechten Gestaltung von interaktiven Systemen – zum Beispiel Bedienelementen einer Stereoanlage oder der grafischen Benutzeroberfläche eines Computers. Erweisen sich die Entwicklungen als gebrauchstauglich, dann darf von einer erfolgreichen Mensch-Computer-Interaktion gesprochen werden. Neuesten Zahlen zufolge sind dank des Internets rund 600 Millionen Menschen (etwa 10 % der Weltbevölkerung) technisch gesehen dazu in der Lage, miteinander in Sekundenschnelle Informationen auszutauschen, sprich zu kommunizieren. Dem Austausch von Daten oder Signalen speziellen Inhalts sind gewissermaßen kaum noch Grenzen gesetzt.

Wider das Chaos Damit angesichts dieser Dimensionen nicht das vollkommene Chaos beim Hin und Her der Botschaften ausbricht, sind Schnitt­ stellen vonnöten. Diese bringen unterschiedliche Systeme in Relation zueinander. Das beginnt mit so handfesten, standardisierten Schnittstellen wie Steckern und Buchsen von Telefonen und reicht bis in den Softwarebereich, wo definiert ist, wie Daten zwischen Prozessen ausgetauscht werden. Viele dieser Schnittstellen sind in weltweiten Industrienormen festgehalten. Sie sorgen unter anderem dafür, dass ein PC ein offenes System bleibt, bei dem Komponenten und Module jederzeit ausgetauscht werden können, das heißt zueinander kompatibel sind. Nicht auszudenken, wenn jeder PC-Hersteller hier eigene Maßstäbe anlegen würde. Unsere technische Dialogfähigkeit würde massiv darunter leiden. Was angesichts von 600 Millionen potenziellen Kommunikationspartnern – Tendenz steigend – ein ausgesprochener Jammer wäre. ■

In 1999, the “Gesellschaft für deutsche Sprache e.V.” (German Language Society) joined with the media and the well-regarded German publishers Suhrkamp to nominate the “Words of the 20 th century”. The sort of terms that are emblematic of trends that have shaped our era. “Communication” was one such term. Not surprising, really, when you consider that this is the everyday term that we use to refer to the exchange of ideas in language, gesture, mimicry, writing or imagery. An exchange that for the past 100 years or more has no longer been limited to one-to-one conversational settings. This technical progress has not only spurred the growth of discrete media such as the telegraph, the telephone, television or the computer-based Internet, but has also seen mankind even beginning to communicate with the objects themselves.

Man-machine Human-computer interaction is an area of information technology which deals with the user-friendly design of interactive systems – for example the controls on a hi-fi system, or a computer’s graphic user interface. If the interactive systems developed in this way prove to be serviceable, then the human-computer interaction may be said to have been successful. According to the latest figures, thanks to the Internet some 600 million people (around 10 % of the world’s population) now have the technical capability to exchange information with one another – that is, to communicate – in a matter of seconds. In a way, there are scarcely any impediments left to the untrammelled exchange of data (that is, of signals that encode special contents).

In place of chaos Faced with dimensions such as these, in order to prevent complete chaos breaking out when all these messages are passed back and forward, there simply have to be interfaces. These enable different systems to relate to one another. This starts with such tangible standardised interfaces as telephone plugs and jacks and extends all the way up to the software defining how data will be interchanged between different processes. Many of these interfaces are defined in worldwide industry standards. Among other things, these ensure that the PC will remain an open system in which components and modules can be exchanged whenever needed – that is to say, are compatible with one another. The consequences of every single PC manufacturer insisting on its own proprietary standards simply do not bear thinking about. Our technical dialoguing capabilities would be massively impaired. Which, given all the potential communication partners we have at present – 600 million at the last count and still rising – would be a crying shame. ■

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Wird Information wie Schrift, Bild, Ton in den binären Code umgewandelt, sprechen wir von Digitalisierung. Whenever information such as text, images or sound is turned into binary code, we say that it has been “digitised”.

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Schnell geschaltet |

Ein digitaler Signalprozessor als Motor der Veränderung.

A digital signal processor as an engine of change.

Fast switching: An open-and-close case

In der Digitalelektronik wurde ein Baustein zum Grundstein: der Transistor. Können doch Transistoren zwei Zustände annehmen und damit Signale mit Hilfe eines ziffernmäßigen Codes aus Nullen und Einsen speichern. Anders gesagt, Signale werden digitalisiert und sind so einfacher zu bearbeiten und zu transportieren. Ein technisches Prinzip, das Fronius in den 1980er Jahren als weltweit erstes Unternehmen zur Steuerung und Regelung des Schweißprozesses nutzte. Das Schlagwort der „Digitalen Revolution“ bei Schweißgeräten geht seit 1998 um und greift auch in anderen Branchen um sich.

In digital electronics, one building block has become the very foundation stone: The transistor. Transistors can adopt either of two possible states, and so store signals with the aid of a binary code of zeros and ones. To put it another way, the signals are digitised, making them much easier to process and to transmit. This is a technical principle which Fronius were the first company in the world to utilise in order to control and regulate the welding process, back in the 1980s. The catchphrase about the “Digital Revolution” in welding machinery is spreading fast and is taking root since 1998 in other sectors as well.

Revolution im Sinne von Reproduktion

Revolution in replication

Kurioses Detail am Rande: Den Entwicklern schwebte ursprünglich eine ganz andere Revolution vor. Sie machten sich lediglich das Trafo-Baugesetz – demnach das Volumen von Frequenz abhängt – zu Nutze, erhöhten mit schnell schaltenden Transistoren die Frequenz der Transformatoren und reduzierten als Konsequenz deren Größe auf ein Minimum. Den Hauptvorteil der gleichzeitigen Digitalisierung erkannten sie erst später und entwickelten in der Folge eine Signalregelung mit Hilfe eines digitalen Signalprozessors für Schweißgeräte. Dieser Prozessor misst laufend die Daten während des Schweißens und sorgt dafür, dass die zu Beginn eingestellten Größen – wie etwa die Lichtbogenlänge – konstant eingehalten werden. Die Folge: Ergebnisse sind zu 100 % reproduzierbar, Qualitäts­ verluste ausgeschlossen. Sämtliche Bedien-, Steuer- und Kontroll­ arbeiten gehen auf einen zentralen Mikrocontroller zurück, das gesamte Stromquellenmanagement erfolgt digital. Revolutioniert hat sich damit auch die Bedienung der Geräte. Anstatt bis zu 20 verschiedene Knöpfe steht dem Benutzer jetzt ein logisch aufgebautes Bedien-Panel mit übersichtlichem Display zur Verfügung. Aufgerüstet wird mittels Update der Software. Die starren Grenzen der alten Hardware sind damit Geschichte.

A curious detail in passing: Originally, the developers had a quite different sort of revolution in mind. They were simply making use of a law of transformer design which states that the volume will depend on the frequency, and so raised the frequency of the transformers using high-speed transistors, thereby reducing their size to a minimum. They didn’t recognise the main advantage of the digitisation entailed by the above process until later, and then developed a signal feedback control using a digital signal processor for welding machines. This processor continually measures the data during welding and makes sure that the variables set at the outset – like the arc length – are kept constant. The consequence: Welding results are 100 % reproducible, with no risk of any quality losses. All operating and control actions are handled by a central microcontroller, so that the power source is 100 % digitally managed. This of itself has also brought about a revolution in how the machines are operated. Rather than having to twiddle as many as 20 different knobs, users now enjoy the convenience of a logically structured control panel with a clearly arranged display. All it takes to upgrade the machine is a software update. The rigid boundaries of the old, pre-digital hardware are now a thing of the past.

Digitalisierung in allen Sparten

Digitisation right across the board

Digitalisierung prägt aber auch die anderen Sparten von Fronius. In der Solarelektronik funktioniert beispielsweise die Überwachung der Fotovoltaikanlagen auf digitalem Weg. Herzstück dabei ist ein Datenlogger, der sämtliche Daten der Anlage sammelt und für eine spezielle Software aufbereitet. Er fungiert als Schnittstelle zwischen Wechselrichter und PC, wobei mit angeschlossenem Modem auch eine Fernüberwachung problemlos möglich ist. Allfällige Erweiterungen sind dank des Plug & Play-Prinzips der Hardware schnell nachrüstbar. Ähnlich wie bei den Batterieladesystemen. Plug & Charge-Software und damit verbundene Programmierung von Kennlinien stellt auch hier das digitale Nonplusultra der Branche dar. Die Reproduzierung optimaler Ergebnisse ist schlussendlich ein ewig aktuelles Thema. ■

Digitisation also characterises the other Divisions at Fronius, however. In the solar electronics field, for example, monitoring of the photovoltaic installations is carried out digitally. The heart of this monitoring system is a datalogger that collects all the data from the installation and pre-processes it for use in a special software package. The datalogger acts as an interface between the inverter and the PC, also permitting easy remote monitoring when a modem is attached. The Plug & Play principle means that any add-ons can quickly be retrofitted to the hardware. It’s the same thing with the battery charging systems. Here too, Plug & Charge software, offering users the facility to program their own charging characteristics, makes them the digital non-plus-ultra of their sector. In the last analysis, the question of how to reproduce optimum results is and always has been a very topical one. ■

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Gerald Kogler

Die allgemeine Begeisterung fĂźr Lego Mindstorms beweist: Manches Spielzeug hat durchaus auch das Zeug zum Forschungsobjekt in der Wissenschaft. The general enthusiasm for Lego Mindstorms proves once again that there are some “playthingsâ€? that really have got what it takes to be an object of scientific research as well.

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Spielend lernen |

Learning by playing

„Mein Name ist George, ich bin ein AFOL.“ Mit diesem ungewöhnlichen Bekenntnis begrüßt der Amerikaner George Haberberger die Besucher seiner Website. AFOL – ausgeschrieben und übersetzt heißt das nichts anderes als „Erwachsene Fans von Lego“, dem Spielzeugklassiker aus Dänemark, und als typischer Vertreter dieser Spezies bietet der 37-jährige Haberberger allen volljährigen Lego-Fans einen würdigen Treffpunkt.

Forscher, die auf Lego bauen

RCX steht für Robotic Control Xplorer. Dahinter verbirgt sich ein programmierbarer Legostein mit mehreren Sensorenausgängen. RCX stands for Robotic Control Xplorer. Behind the name is a programmable Lego brick with several sensor outputs.

Webtipp: George Haberbergers Homepage der „Adult Fans Of Lego“ (AFOL) enthäIt eine Menge Links zum Thema: www.frontiernet.net/ ~ghaberbe/legolink.htm Web tip: George Haberberger‘s website for “Adult Fans Of Lego” (AFOL) contains a wealth of links on this topic: www.frontier.net/~ghaberge/ legolink.htm

“My name’s George, I’m an AFOL.” An unusual confession, with which the American George Haberberger greets visitors to his website. AFOL stands for “Adult Fan of Lego”, that toybox classic from Denmark, and as a typical representative of the species the 37 year-old Haberberger provides all grown-up Lego fans with a worthy meetingplace.

Researchers who build on Lego

Dass sich Erwachsene noch für Lego interessieren, ist weniger ungewöhnlich, als man glaubt. Sogar Forscher „spielen“ damit. Etwa am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA. Dort bauten Roboterforscher 15 Jahre lang ihre Prototypen aus Legosteinen zusammen, ehe sie 1998 in enger Kooperation mit dem Spielzeugkonzern überhaupt gleich eine eigene Produktlinie entwarfen: Lego Mindstorms. Dabei handelt es sich um einen Roboterbaukasten, der mittels PC programmiert wird. Sein Herz, oder besser Hirn, ist das RCX, in etwa ein programmierbarer Legostein, den man über eine Infrarotschnittstelle mit dem Computer verbindet. Das RCX verfügt über Anschlüsse für Elektromotoren und Sensoren – beispielsweise Licht- und Berührungssensoren. Dazu kommt ein großes Sortiment an Lego-Technik-Steinen, mit denen sich einfache Fahrzeuge, aber auch komplexe Industrieroboter kreieren lassen. Durch die Kombination von Lego und Computer vermittelt Mindstorms mechanische, elektronische und computertechnische Grundkenntnisse auf spielende Art. Das eröffnet Kindern enorme kreative Möglichkeiten.

To finds that adults are still interested in Lego is a lot less unusual than you might think. Even researchers “play” with it. At the Massachusetts Institute of Technology (MIT) in the USA, for example. MIT’s robotics researchers had been building their prototypes from Lego bricks for 15 years before they joined forces with the toybrick making giant in 1998 to go a step further and design an entire product line of their own: Lego Mindstorms. This is basically a robot building set that you can program from your PC. The heart, or rather brain, of the Robotics Invention System set is the RCX, a sort of programmable Lego brick that you connect up to your computer via a USB infrared interface. The RCX comes with connection points for electric motors and sensors – e.g. light and tactile sensors. The set also includes a big assortment of Lego Technic bricks which you can use to create anything from simple vehicles to complex industrial robots. By combining Lego with computers, Mindstorms is a great way of imparting basic mechanical, electronic and computer skills through play. This opens up enormous creative possibilities to children.

Einzug in Wissenschaft und Wirtschaft

Marching into the scientific and business worlds

Aber auch Programmierprofis stehen Mindstorms mit Begeisterung gegenüber. Den flachen Bildschirm gegen ein dreidimensionales Objekt einzutauschen stellt eben eine herausfordernde Abwechslung dar. Wobei die anfänglich nach dem Produkt-Launch mitgelieferte Software, die für Leute ohne Vorkenntnisse gedacht war, binnen Wochen von Profis entschlüsselt, im Internet bekannt gegeben und für alternative Betriebssysteme weiterentwickelt wurde. Mindstorms wurde so zum Selbstläufer, mit dem die Legosteine endgültig Einzug in Wissenschaft und Wirtschaft hielt. Speziell Universitäten und Schulen haben gemerkt, dass sich RCX hervorragend für den Unterricht eignet, wird doch durch die praktische Auseinandersetzung mit diesem technischen Medium Lernen als aktiver, erfahrungsorientierter Prozess begriffen. ■

However, even programming professionals are enthusiastic about Mindstorms. Trading in your 2-D computer screen for a 3-D object for a change is simply such a satisfying challenge. Although it’s interesting to note that within weeks of the product launch, the software initially supplied with the set, which was intended for people without any prior knowledge, had been reverse-engineered by professional hackers, put on the Internet, and rewritten for alternative operating systems. This helped turn Mindstorms into a self-sustaining phenomenon which finally propelled Lego bricks across the threshold into the scientific and business worlds. Schools and universities, in particular, have noticed that the RCX is an ideal teaching resource, as students’ hands-on encounters with this technical medium help them understand learning as an active, experience-orientated process. ■

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Unsere zukunftsweisenden Technologien sind unerschöpfliche Quellen, mit denen wir die Ressourcen der Erde für uns und unsere Nachkommen nachhaltig schonen. Klaus Fronius Our forward-looking technologies are inexhaustible energy sources with which we can conserve the earth’s resources, for ourselves and our descendents, on a sustained basis. Klaus Fronius

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Fronius Laboratory

Das Ziel ist das Ziel, aber der Weg durchaus reizvoll. Er führt von der Vision zur Umsetzung. Vom Enthusiasmus einiger Visionäre über hartnäckige Forschungs- und Entwicklungsarbeit geradewegs in technologisches Neuland. Es ist der Fronius-Weg, ein Weg mit vielen Etappen entlang einer roten Linie, der Strategie. Folgen Sie uns und Sie werden verstehen. Although we have set our sights very firmly on our destination, we still find time to enjoy the ride. The journey leads from the original vision through to final implementation. Starting with the enthusiasm of a few visionaries and leading, by dint of persistent research and development work, straight into technological “terra nova”. This is the Fronius Way – a path with many stages, all strung out along the red line of the strategy. Follow us and you’ll see what we mean.

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Klaus Fronius versteht sich als Motivator der Mitarbeiter. Sie bringen mit ihrer Kreativität und ihrem Engagement Fronius voran. Klaus Fronius sees himself as a motivator of the company’s people. It is they, with their creativity and commitment, who keep Fronius moving ahead.

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Von Drang und Fantasie |

Impetus and fantasy

Visionen zu haben ist eine Sache. Diese aber auch umzusetzen, sie dabei oft über Jahre nicht aus den Augen zu verlieren und deren Ergebnisse letztendlich zur Produktreife zu bringen, eine ganz andere. Ein Interview mit Klaus Fronius über Reisen, Antrieb, „ScienceFiction-Menschen“ und den Ölpreis.

Having visions is one thing. Making these come true, not losing sight of them – often for years at a stretch – and then finally developing them to the point of readiness for production, is something else altogether. An interview with Klaus Fronius on journeys, propulsion, science-fiction people and the oil price.

Im Zusammenhang mit Strategie wird bei Fronius gerne von einer Reise gesprochen. D as ist unsere Unternehmensvision. Den Weg zur weltweiten Nummer eins wollen wir gemeinsam zurücklegen. Als Team. In einem Bus, der der roten Linie in der Mitte der Straße folgt, der Fronius-Strategie. Alle im Bus kennen diese Strategie. Ein Lenker ist daher überflüssig. Der Bus wird von der Energie der Mitarbeiter angetrieben, die im Bus sitzen. Die Energie entsteht im Kopf, wandelt sich in physikalische Energie um und lässt den Bus vorwärts kommen. Ganz wesentlich: Die Straße führt bergauf. Das gefällt den Mitarbeitern, weil das ein Ansporn ist, sich laufend anzustrengen. Zumal nach Erfolgen die Straße auch wieder bergab verläuft, wo wieder neuer Schwung gesammelt werden kann, um in der Folge erneut durchzustarten. Wichtig dabei ist nur, dass wir unserem Weg treu bleiben, dass wir die Straße nicht verlassen. Die Mitarbeiter haben aber die ganze Straßenbreite als Freiraum zur Verfügung, auf dem sie ihre Ideen umsetzen können.

When it comes to strategy, people at Fronius like to talk about a journey. T his is our corporate vision. The journey that will take us to the Worldwide Number 1 position is a journey that we want to accomplish together. As a team. In a bus that follows that red line in the middle of the road, the Fronius strategy. Everybody on board the bus knows the strategy. So there’s no need for a driver. The bus is propelled by the energy of the Fronius people on board. This energy originates in the mind, turns into physical energy and keeps the bus moving ahead. A crucial aspect here: The road leads uphill. Our people like that, because it spurs them to keep it up. Particularly because after rising to successes, the occupants of the bus can gather fresh impetus on downhill stretches ready to surmount the next uphill challenge. The important thing is that we stay on track and do not stray from our chosen path. And if that sounds too confining, remember that our people have the whole width of the road to play with and to try out their ideas on.

Dabei gibt es sicherlich immer Etappenziele. G anz genau. Das können Anforderungen unserer Kunden sein, aber auch ganz konkrete Entwicklungsfragen. Etwa: Was können wir mit Fotovoltaik noch alles erreichen?

There are certainly some interim goals along the way, aren’t there? D efinitely. These might be requirements made by our customers, or even specific developmental questions. Like: What else can we still achieve with photovoltaics?

Wie entstehen eigentlich bei Fronius die meisten Entwicklungen? Im Team? Oder hat da ein Einzelner einen Genieblitz? Entwicklungen entstehen oft spontan und werden dann interessant, wenn sie auf breiter Basis Akzeptanz finden. Nehmen wir den CMT-Prozess als Beispiel. Ich war vom Wunsch beseelt, dass LKW-Anhänger höhere Lasten laden können. Da gab es nur eines: Eigengewicht reduzieren, das weit leichtere Aluminium mit Stahl kombinieren. Ich habe mir gedacht: Es muss doch möglich sein, diese beiden Materialien zu verschweißen. Auch wenn sämtliche Metallurgen bis vor kurzem behauptet haben, das ginge nicht. Sie haben es dennoch versucht. Ja. Unsere ersten Versuche hielten den Prüfungen zwar nicht stand, aber ich habe die Universität Leoben um Mikrounter­ suchungen der Nähte gebeten. Dabei stellte sich heraus, dass es perfekt geschweißte Mikromillimeter gibt. Mein Ansatz war in der Folge: Wenn es auf einem Mikromillimeter geht, dann auch auf einem Meter und mehr.

How do most developments at Fronius actually come about? In teams? Or by some individual having a stroke of genius? D evelopments often come about spontaneously and then become interesting if they meet with more broadly based acceptance. Let’s take the CMT process as an example. What inspired me here was the wish to make it possible for truck trailers to carry higher loads. There’s only one way of doing this, and that is to reduce the dead weight of the trailer – and this, in turn, means combining weight-saving aluminium with steel. I thought to myself: There just has to be some way of welding these two materials to one another. Even though all metallurgists insisted that there wasn’t. Until recently, that is. You still went ahead and tried, though. Yes. True, our first attempts didn’t stand up to testing, but I then asked the University of Leoben to carry out microinvestigations of these test welds. It turned out that some micromillimetres of the welds were in fact perfectly welded.

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Wie lange hat es dann gedauert, bis es letztendlich gelang? Weit über 10 Jahre. Die ersten Versuche gehen bis ins Jahr 1991 zurück. Meine hauptsächliche Aufgabe in dieser langen Zeit war, die Leute zu motivieren, damit sie nicht das Handtuch werfen. Ähnlich war es doch auch bei der für Fronius so wichtigen Entwicklung der Inverter-Technik. Wenn man früher in der Schule gefragt worden ist, wie man Wechsel- zu Gleichstrom umwandeln kann, und man hätte geantwortet, über ein elektrisches Transformationsprinzip, dann wäre ein „Nicht genügend“ die Folge gewesen. Aber bereits 1972 haben wir uns bei Fronius darüber unterhalten, wie man Schweißstromquellen völlig anders – nämlich auf Gleich/Wechselstrom – aufbauen könnte. Daraus entstand das Konzept mit schnell schaltenden Transistoren. Ein echter technischer Meilenstein. Diese Technologie ist sowohl für unser Unternehmen – in allen drei Sparten Batterieladesysteme, Schweißtechnik und Solarelektronik – als auch für die gesamte Branche nicht mehr wegzudenken. Fronius wird heute als Vorbild gesehen. Woher stammen all diese Überlegungen? Lesen Sie Fachpublikationen aufmerksamer als andere oder lassen Sie sich von historischen Vordenkern wie Nikola Tesla inspirieren? Tesla ist aus der Sicht der Elektronik tatsächlich ein Quell der Eingebung. Der war damals der Welt um 100 Jahre voraus. Einige seiner Überlegungen beschäftigen uns heute noch. Aber Sie haben Recht, die Frage ist, wie kommen wir laufend zu neuen Technologien wie zum Beispiel dem CMT-Schweißprozess oder der Active Inverter Technology. Was genau schwebt Ihnen vor? D as will ich erst sagen, wenn es im Detail funktioniert. Vorab nur so viel: Auf unserer Reise dorthin werden wir vielfach auf Unbekanntes treffen – und wir werden lernen, Bekanntes in einem anderen Licht zu sehen. Unsere Physiker und Mathematiker gleich wie Forscher und Entwickler oder „Science-FictionBegeisterte“ entdecken Schätze, denen wir in unserem weiteren Leben eine definierte Struktur geben wollen, um hoffentlich Geheimnisse des Universums für unsere Visionen zu entschlüsseln. Derartigen Prozessen buchstäblich Raum zu geben ist mir ein wichtiges Anliegen. Forschungsarbeit ist teuer. Kann man sich das auch immer leisten? Wenn wir von einem Ziel, einer Entwicklung – passend zur Vision – überzeugt sind, dann finden wir immer Möglichkeiten, das zu finanzieren. Auch während nicht so rosiger Zeiten haben

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After this discovery, the approach I took was this: If it works on one micromillimetre, then it can work on one metre or even more. How long did it take until it really did work? O ver 10 years. A lot longer, in fact. We started with our first experiments back in 1991. My main task during this long period was to keep people motivated so that they didn’t throw in the towel. Wasn’t it a similar story with another development that was very important for Fronius – inverter technology? In the old days, if they’d asked you at school how to convert AC to DC current and you had answered “using an electrical transformation principle”, then they would certainly have failed you. But as early as in 1972, we at Fronius were already talking about how we could build welding power sources completely differently – on a DC/AC basis. The upshot was the concept with high-speed transistors. A real technical milestone. This technology is now ubiquitous and indispensable, both for our company – all three Divisions of it, that is Battery Charging Systems, Welding Technology and Solar Electronics – and for the industry as a whole. Fronius today is seen as something of a model. Where do all these ideas come from? Do you read scientific journals more attentively than others do, or do you draw inspiration from thinkers such as Nikola Tesla who were ahead of their times? From the viewpoint of electronics, Tesla actually is a source of inspiration. He was easily 100 years ahead of his contemporaries, and quite a few of his ideas are still occupying our minds today. Indeed, this is one of the things we’re working on at the moment. But you’re right, the question is, how do we keep on coming up with new technologies like the CMT welding process or Active Inverter Technology? Have you got something specific in mind? I’d rather not say until it functions in detail! But for the time being, I will say this much: On our journey there we shall be having frequent encounters with the unknown – and learning to see the known in a different light. Our physicists and mathematicians, not to mention our researchers and developers or science fiction fans, are discovering treasures that we then want to give a defined structure to, in the hope of deciphering yet more secrets of the universe with which to realise our visions. Providing space – metaphorically and literally – for this type of process is a real concern of mine.


wir diese Politik vertreten. Weil wir gewusst haben: Wenn wir das streichen, dann streichen wir uns den inneren Antrieb. Wie wählen Sie aus, welche Entwicklungen verfolgenswert sind und welche nicht? Bei unseren Entwicklungen gibt es generelle Kriterien. Erstens: Das neu entstehende Produkte muss markante positive Veränderungen für den weltweiten Markt anbieten. Zweitens: Wir kopieren keinen Mitbewerber. Das interessiert uns nicht. Wir schauen, dass wir unsere Produkte so weiterentwickeln, dass der geschaffene Abstand gewahrt bleibt. Verständnis ist ohnehin nicht kopierbar. Sichtbare Elemente kann man perfekt kopieren, aber nicht das Zusammenspiel dahinter. Drittens: Das Ergebnis muss unsere Kunden begeistern, damit sie morgen mit frischem Elan Neues auszuprobieren beginnen. Welche Visionen beschäftigen Sie zurzeit abseits aller Technik? Heute in der Früh habe ich beim Spazieren über den Ölpreis nachgedacht. Ein Barrel kostet im Augenblick 60 Dollar. Intern haben wir eine Wette laufen. Wo wird der Ölpreis 2010 stehen? Experten tippen auf 150 Dollar, ich habe 110 gewettet und gleichzeitig gefragt, ob allen bewusst ist, was geschieht, wenn sich der Treibstoffpreis verdreifacht. Darum ist für mich Öl aus nachwachsenden Biorohstoffen ein Thema. Als NebenerwerbsBio-Landwirt bin ich gerade mit 13 anderen Kollegen an einem Arbeitskreis beteiligt. Wir testen, welche Pflanzensorte den Boden am wenigsten belastet und den meisten Ertrag bringt. Man muss auf die Zukunft schließlich vorbereitet sein. Woran denken Sie noch? Wenn ich morgen dieselbe Strecke gehe und in der Sommerlandschaft einen Augenblick verharre, dann wünsche ich mir, jetzt auf dem Mond zu sein, den Fronius-Bus zu suchen und seinen Weg zu verfolgen. Zu fragen, von welcher Energie er wohl diesmal angetrieben wird. Und wenn ich als Antwort bekomme: „von einer fantastischen Energie, die im Überfluss vorhanden ist, um die sich niemand mehr in Zukunft streiten oder raufen muss“, dann entsteht dieses schöne Gefühl von Hoffnung, auf dem richtigen Weg zu sein, für unsere Enkel, Urenkel ... ■

Research work is expensive. Can you always afford it? If we are serious about a goal or a development that fits in with our vision, then we will always find ways of financing it. We have stuck to this policy through thick and thin. Quite simply because we have always known that if we abandon this, then we’re abandoning the inner drive that keeps us moving ahead. How do you choose which developments are worth pursuing and which not? O ur developments have to measure up to certain general criteria. Firstly: The new product resulting from the development has to offer the world market some striking changes for the better. Secondly: We never copy a competitor. We’re just not interested in that. We see to it that we keep on developing and improving our products in such a way that the lead we have built up is maintained. In any case, understanding is not something you can copy just like that. You may manage to make perfect copies of the bits you can see, but you’ll never manage to copy the underlying interplay. Thirdly: The result must get our customers excited, so that tomorrow they may start trying out new things with fresh vigour. Aside from the technical ones, what sort of visions are you preoccupied with at the moment? W hile I was out for a walk early this morning I was thinking about the oil price. A barrel costs over 60 dollars at the moment. Several of us in the firm have got a bet going. Where will the oil price be in 2010? Experts say 150 dollars; I have bet 110, and at the same time I wonder whether everyone realises what would happen if fuel prices tripled. This is why I’m interested in oil from renewable biomass materials. As a part-time organic farmer myself, I’m a member of a working party with 13 other farmers. We’re testing which plant varieties take the least out of the soil and give the biggest yields. After all, you have to be prepared for the future. What else are you thinking about at present? When I go on the same walk tomorrow and spend a moment or two taking in the summer landscape, then I’ll wish that I could be on the moon, looking out for the Fronius Bus and watching its progress from afar. Asking myself what type of energy it’s being powered by this time. And if the answer I get is “by an amazing source of energy that’s available in limitless quantities and that nobody will ever again have to argue or fight over”, then I’ll look forward to experiencing that wonderful feeling of hope that we’re on the right track, for our grandchildren, great-grandchildren and generations yet to come. ■

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Patente Lösungen: Das Absichern sämtlicher technologischen Revolutionen führt bei Fronius über den Schreibtisch von Josef Rauscher. “Patently” good solutions: The job of securing intellectual property protection for all technological revolutions at Fronius is masterminded from Josef Rauscher’s desk.

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Chancen sofort erkennen |

Immer über den technischen Letztstand auf dem Laufenden, dieses Wissen verknüpft man bei Fronius mit eigenen Ideen.

Always abreast of the very latest technical developments, Fronius marries this knowledge to its own ideas.

Spotting opportunities straight away

„Auf das Beobachten kommt es an.“ Diese Erfahrung macht Josef Rauscher Woche für Woche aufs Neue. Er hat bei Fronius die Oberhoheit über Patentierungen inne und sichtet zu diesem Zweck pro Arbeitswoche an die 1.000 Patente. Manche nur anhand ihrer Titel, manche bis ins kleinste Detail. „Man muss sofort Chancen und Risiken von Erfindungen einschätzen und beurteilen können. Dafür habe ich ein gutes Gespür.“

“It’s all about being a good observer.” Josef Rauscher should know – it’s what he experiences again and again, day in, day out. As the man in charge of patenting at Fronius, he sifts through nearly 1,000 patents every working week. With some of them, he just looks at the title, others he scrutinises right down to the last detail. “You have to be able to appraise and judge the opportunities and risks of an invention straight away. I’ve got a good feel for this.”

Grüne Wiese, Experimentierfeld, Ernte mit Serienreife

Greenfield, experimental ground, harvest-time

Was Rauscher neben Patenten noch so alles studiert: Fach­ bücher und -zeitschriften zum Thema Elektronik. Eine Leidenschaft, die schon in jungen Jahren begann und von ihm bei Fronius weiter vertieft wurde. Zuerst als Lehrling. Später über einen langen Zeitraum als Entwicklungsleiter des Unternehmens. Mit einem ausgeprägten Interesse für alles, „was bis dato nicht machbar ist, jedoch den Anschein erweckt, da ist etwas dahinter“. Ein Credo, das bei Fronius Anfang der 1970er zu einem Nachdenkprozess über den Status quo von Schweißgeräten führte. Tenor: Es müsste doch möglich sein, deren schwere Transformatoren klein zu kriegen, indem man die Frequenz hinaufsetzt. In engem Kontakt mit Halbleiterherstellern ging man daran, die ersten Leistungstransistoren zu entwickeln. In vielen nächtlichen Versuchen wurde aus einer grünen Wiese erst langsam ein Experimentierfeld und dann eine serienreife Inverterstromquelle. Dafür mussten die Entwickler Neuland betreten. „Es hat nichts Vergleichbares gegeben, wo man nachschauen hätte können. Wir haben über eigene Versuche draufkommen müssen. Eine einzige Fehlschaltung führte damals zur Explosion der ganzen Transistorbatterie.“ Nicht immer war Beobachtungsgabe also gänzlich ungefährlich.

What else does Rauscher study besides patents? Technical books and journals on electronics. A passion that began in his early years and that he deepened still further at Fronius. First as an apprentice, and later for a long period as the company’s Head of R&D. With a pronounced interest in everything “that hasn’t been feasible so far but which looks as though there might be something behind it.” A creed which led to a fundamental rethink about the status quo of welding machinery at Fronius in the early 1970s. The general tenor: There just had to be some way of cutting the machines’ heavy transformers down to size by upping their frequency. Working in close contact with semi-conductor manufacturers, they set about developing the first power transistors. In many late-night experimenting sessions, the greenfield was gradually changed into an experimental ground and then into a series-productionready inverter power source. This took the developers onto virgin territory. “There simply was nothing comparable that we could have consulted. We just had to find out the hard way with our own experiments. Back then, a single misconnection and your whole transistor array would explode.” Being observant was not always without its dangers, then.

Grundvoraussetzung Neugierde

A fundamental precondition: Curiosity

Der Durchbruch mit der Invertertechnologie war für Fronius richtungsweisend. Man hatte sich als Trendsetter etabliert. Immer über den technischen Letztstand auf dem Laufenden, war man in der Lage, dieses Wissen mit eigenen Ideen zu verknüpfen. Die Früherkennung aufkommender Themen bescherte sowohl bei der Digitalisierung des Schweißprozesses als auch beim Einsatz der Invertertechnologie in der Solarelektronik und im Bereich Batterie­ ladesysteme entscheidende Vorteile. Wenn also Josef Rauscher heute der Forschung und Entwicklung bei Fronius den Weg zur Patentierung ebnet, weiß er genau, welche Motive zu neuen Entwicklungen führen: „Grundvoraussetzung ist immer noch Neugierde. Wissensdurst. Dabei darf die Neugierde aber nicht so weit gehen, dass man auf alles aufspringt. Ein fantastischer Realist muss man sein. Dann ist man seiner Zeit immer einen Schritt voraus.“ ■

The breakthrough with inverter technology marked a seismic shift for Fronius, establishing the company as a trend-setter. Always abreast of the very latest technical developments, Fronius has been able to marry this knowledge to its own ideas. This ability to spot upcoming issues early in the day gave Fronius crucial advantages both in its digitisation of the welding process and in its utilisation of inverter technology in solar electronics and battery charging systems. So today, when Josef Rauscher smoothes Fronius R&D’s path to the patent office, he knows exactly what motives lead to new developments: “What it really takes is still curiosity. The thirst for knowledge. Although this shouldn’t be the sort of curiosity that jumps at everything that comes past. You have to be a realist, but a fantastical kind of realist. Then you’ll always be a step ahead of your time.” ■

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Ihre Computersimulationen beschleunigen Entwicklungsprozesse, v.l.n.r.: Sami Jaber, Helmut Pfl端gelmeier, Alexander Eder. Their computer simulations speed up developmental processes, from l. to r.: Sami Jaber, Helmut Pfl端gelmeier, Alexander Eder.

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Zahlen hinter Gitter |

Numbers behind (lattice) bars

Fluent, Sorpas, ProMechanica – von dem, was sich hinter diesen Namen verbirgt, haben Geräte-Entwickler vergangener Jahrzehnte bestimmt des Öfteren geträumt: Simulierte Experimente in virtueller Realität, rasch durchführ- und beliebig oft abwandelbar. Eine der zahlreichen Segnungen des Computerzeitalters. Denn Fluent, Sorpas und ProMechanica sind nichts anderes als Berechnungsprogramme, Software, die zum Ziel hat, einzelne Bauteile nicht erst über endlose Versuche in optimale Form zu bringen, sondern gleich am Computer.

Das Reale an der Realität

Die „numerische Simulation“ ist als Partner in der Konstruktion nicht mehr wegzudenken.

The “Numerical Simulation” group is now an indispensable partner in the constructional design process.

Mittels mathematischer Gleichungen werden dafür aus Versuchsreihen erhobene Daten in das jeweilige Modell integriert. Im Durchschnitt sind es 500.000 Gleichungen, die ein Computer für eine Aufgabenstellung lösen muss. Denn um tatsächlich von wirklichkeitsnahen Prozessen ausgehen zu können, gilt es erst den zu untersuchenden Bauteil in kleine Einheiten aufzuteilen. Am einfachsten als Vergitterung anhand der CAD-Daten aus der Konstruktion. Da jede Einheit ihre eigene Gleichung hat, dauert die Berechnung der Realität sowie der späteren, optimierten Varianten schnell einmal ein paar Stunden. Die Möglichkeiten zur Abwandlung der Parameter sind allerdings nahezu grenzenlos. „Im Idealfall greifen reale Experimente und Simulationen ineinander“, führt Alexander Eder aus. Der studierte Mathematiker, Spezialgebiet Numerik, hat 2000 als Berechnungsingenieur bei Fronius begonnen. Und betrat damals auf dem Gebiet der „Finite-ElementeBerechnungen“ absolutes Neuland im Unternehmen, das man aber angesichts anstehender Aufgaben bei der Entwicklung des LaserHybridSchweißens rasch erkunden wollte. Seither ist die mittlerweile zu einer kleinen Gruppe angewachsene „numerische Simulation“ als Partner von Prozesstechnik oder Konstruktion nicht mehr wegzudenken.

Servicestelle für geplagte Entwickler Hauptsächlich sind es Strömungs-, Temperatur- und Festigkeitsanalysen, die durchgeführt werden, wie etwa bei der Perfektionierung des Kühlprozesses beim Wasserdampf-Plasma-Schneiden. Umgesetzt im neuen Fronius-Plasma-Schneidsystem TransCut 300. Geplagte Entwickler haben in der Modellentwicklung so etwas wie eine Servicestelle, die ihnen bei Optimierungsschritten wertvolle Zeit und aufwändige Experimente (er-)spart. Zumal die Möglichkeiten von Alexander Eder und seinen Kollegen laufend zunehmen. Dank noch besserer Programme. Eine Prognose, die bei den nimmermüden Entwicklern des Unternehmens sicherlich breiten Anklang findet. ■

Fluent, Sorpas, ProMechanica – these names stand for something that the equipment developers of bygone decades could only dream of: Simulated experiments in virtual reality that can be conducted rapidly and modified any number of times. One of the many blessings of the computer era. For Fluent, Sorpas and ProMechanica are nothing other than computational programs – software which aims to let users get individual components into optimum form right on their computer screens, rather than after endless series of experiments.

What’s real about reality To do this, data acquired from test series are integrated into the respective model by means of mathematical equations. On average, a computer will have to solve 500,000 equations for each task that it is asked to tackle. For before it can base its calculations on realistic processes, the first step must be to break down the component to be investigated into small units. The easiest way to do this is as a data lattice based on the CAD data from the constructional design phase. As each unit has its own equation, it can easily take several hours for the “reality”, and for subsequent optimised variants, to be calculated. The scope for modifying the parameters is virtually unlimited, however. “Ideally, real experiments and simulations will mesh into one another”, explains Alexander Eder. This graduate mathematician and numerics specialist joined Fronius as a computational engineer in 2000. And started exploring what was then wholly new ground for the company, the field of finite-element computation – territory which Fronius was keen to reconnoitre as fast as possible in view of tasks needing to be tackled in the development of LaserHybrid welding. Since then, “Numerical Simulation” – now a small group in its own right – has become an indispensable partner for Fronius people working in the process technology or constructional design fields.

Service centre for harassed developers It is mainly flow, temperature and strength analyses that are performed here. A good example is the work done on perfecting the cooling process in steam plasma cutting – as implemented in the new Fronius plasma cutting system TransCut 300. During the model development phase, harassed developers can now turn to a sort of service centre that saves them valuable time by doing away with the laborious physical experimentation that the various optimisation steps would otherwise require. All the more so as the capabilities of Alexander Eder and his colleagues are constantly on the rise. Thanks to even better programs. A prognosis that is sure to be very well received among the company’s indefatigable development engineers. ■

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Einsatzgrenzen und Praxistauglichkeit zeigen sich nur im Experiment. Vertreter aus Forschung & Entwicklung v.l.n.r. Andreas Schauer, Andreas Starzengruber, Bernhard Spisic, Rupert Frauenschuh, Thomas Rauch, Wolfgang Zauner, Gerald Pernkopf (sitzend). A product’s boundary conditions for use, and its suitability for actual practice, will only really become apparent in experiments. Representatives from Research & Development, from l. to r. : Andreas Schauer, Andreas Starzengruber, Bernhard Spisic, Rupert Frauenschuh, Thomas Rauch, Wolfgang Zauner, Gerald Pernkopf (seated)

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Lauter Testsieger |

Test winners, each and every one

Manche Fronius-Geräte haben es echt nicht leicht. Sie werden geschlagen, beregnet, gekippt, aus 1 Meter Höhe fallen gelassen, müssen sich bei extremer Hitze und Kälte oder in simulierten tropischen Klimaten bewähren, laufen in sechsmonatigen Dauertests oder landen gleich in der Truhe für die Salzsprühnebelprüfung. Was sich wie ein Nachmittag in der Folterkammer liest, heißt bei Fronius „Testing“. In einem Speziallabor prüft ein 15-köpfiges Team schonungslos, ob die entwickelten Gerätereihen auch allen genormten und – den weit strengeren – selbst auferlegten (Qualitäts-)Kriterien entsprechen. Die raue Praxis kann kommen.

Spannende Spannungen Testen, experimentieren – bei Fronius ein essenzieller Vorgang beim Entwickeln und Verfeinern von Geräten, Prozessen oder Techniken. Die entfesselten Kräfte des Bereichs „Testing“ sind dabei nur das Tüpfelchen auf dem i. Der Weg dorthin führt erst einmal durch ganz andere Labors. Durch jenes der Solarelektronik etwa, wo Wechselrichteranlagen mit den schwankenden Wirklichkeiten von Stromnetzen konfrontiert werden. Ein Stromnetzsimulator, der die Bedingungen verschiedenster Länder und Weltgegenden kennt, lässt die Entwickler auf jede Tücke eine Antwort finden. Nicht die Norm, sondern die Ausnahme ist dort von speziellem Interesse – beispielsweise der Spannungseinbruch, den Wechselrichter zu meistern haben, wollen sie überall bestehen. Dafür wird experimentiert und adjustiert. Eine wahrlich spannende Tätigkeit.

60.000 Bilder pro Sekunde Salzsprühnebelprüfung, Stromnetz­ simulationen oder Highspeedkameras – experimentieren wird bei Fronius groß geschrieben.

Salt spray testing, mains network simulations and high-speed cameras – experimentation is writ large at Fronius.

Ein paar Türen weiter ist das nicht viel anders. Dort erstellen im Schweißlabor die Techniker Algorithmen für Schweißprozesse, um den idealen Lichtbogen zu generieren. Dafür filmt man vor Ort Schweißversuche mit einer Highspeedkamera, die 60.000 Bilder pro Sekunde liefern kann. Das ermöglicht eine genaue Analyse des Lichtbogens und in Verbindung mit den via Oszilloskop parallel erhobenen Messdaten eine immer genauer werdende Annäherung an den Idealzustand. Aber nicht nur die Entwicklung des CMT-Prozesses wäre ohne Highspeedkamera undenkbar gewesen. Auch beim Experimentieren mit dem LaserHybrid-Schweißen spielt sie eine maßgebliche Rolle. Stetig wechselnde Kundenanforderungen machen dort individuell konzipierte Schweißkennlinien für die Roboterarme nötig. Das will natürlich bei Versuchen im eigenen Labor ebenfalls erprobt und optimiert werden. Highspeedkamera und Spezialmikroskope zur Nahtanalyse geben dabei Aufschluss. Fronius testet alle seine Geräte auch auf elektromagnetische Verträglichkeit. In einer mit Ferritkacheln isolierten Kammer wird die Ein- und Abstrahlung gemessen und geprüft, ob auch alle Emissionsbestimmungen eingehalten werden. Denn das Einzige, was bei Fronius über Gebühr strahlen soll, ist der hochzufriedene Kunde. ■

Some Fronius machines really don’t have such an easy time of it. They are knocked, rained on, pushed over, dropped from a height of 1 metre, forced to prove their mettle in extreme heat and cold or in simulated tropical climates, run non-stop in six-month endurance tests or get put in the salt spray testing box. What sounds like an afternoon in the torture chamber is just routine testing at Fronius. A 15-person team pitilessly puts all Fronius-developed machines through their paces in a special laboratory, to find out whether they comply with all the (quality) criteria stipulated in international Standards and the far more stringent criteria Fronius lays down for itself. After this, the rough-and-tumble of actual practice is a welcome relief!

When voltages get volatile Testing and experimenting – at Fronius, an essential part of developing and refining machines, processes and technologies. The unleashed energies of the “Testing” Dept. are just the icing on the cake here. Before they are let loose on a product, it has to make its way through some quite different laboratories altogether. Like the solar electronics lab, for instance, where inverter installations are confronted with the fluctuating realities of real-world mains networks. A network simulator that knows the conditions found in many different countries and regions of the world helps the developers find an answer to “exotic” network behaviour of every kind. What particularly interests them here is not the rule but the exception – for example the voltage dip that inverters simply have to be able to deal with if they are to survive no matter where they’re used. So they just keep on experimenting and adjusting until they’re satisfied.

60,000 pictures per second A few doors down the way, it’s not much different. Here in the welding lab, technicians are busy creating algorithms for welding processes so as to generate the ideal arc. To do this, they are filming welding trials with a high-speed camera that can deliver 60,000 pictures per second. This allows them to make an exact analysis of the arc and – in conjunction with the measured data acquired in parallel by oscilloscope – to achieve an ever-closer approximation to the ideal state. But it’s not only the development of the CMT process that would have been unthinkable without the high-speed camera. It also plays an instrumental rôle in experimentation with LaserHybrid welding, where customers’ constantly varying requirements mean that individually tailored welding characteristics have to be created for the robot arm. These also have to be tried out and optimised in trials in our own laboratory, of course. The high-speed camera and special microscopes for analysing weld-seams provide important insights here. Fronius also tests all its machines for electromagnetic compatibility. In a chamber insulated with black ferrite tiles, the immission and emission values are measured and checks are made on whether all limit-values and emission regulations are being complied with. For the only thing a Fronius machine is allowed to radiate is an aura of superlative quality. ■ Fronius Laboratory | Fronius Laboratory

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Produktentwicklung bei Fronius. Stellvertretend f체r ihre Abteilungen f체hren Helmut Friedl, Bernhard Huemer, Christoph Panhuber und Bernd Rutzinger ein anregendes Roundtablegespr채ch. Product development at Fronius. Helmut Friedl, Bernhard Huemer, Christoph Panhuber and Bernd Rutzinger having a lively round-table discussion.

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Produkten den Prozess machen |

Die Personen:

Christoph Panhuber, Projekt- und Spartenleiter Solarelektronik Bernd Rutzinger, Area-Manager Nord-/Osteuropa, Vertrieb Schweißtechnik Bernhard Huemer, Projektleiter Batterieladesysteme Helmut Friedl, Projektleiter Schweißtechnik

Round-table participants:

Christoph Panhuber, Project and Divisional Manager, Solar Electronics Division Bernd Rutzinger, Area Manager for Northern & Eastern Europe, Welding Technology Division Bernhard Huemer, Project Manager, Battery Charging Systems Division Helmut Friedl, Project Manager, Welding Technology Division

Product producing processes

Wie werden bei Fronius aus Visionen Produkte? Wo gibt es Synergien und wie sieht es dabei mit der produktiven Abweichung von der Norm aus? In einem Roundtablegespräch diskutieren die 3 F & E Projektleiter mit einem Area-Manager über das A & O der Produktentwicklung.

How are visions turned into products at Fronius? Where are there synergies, and what about all those “productive deviations” from the norm? In a round-table discussion, the 3 R & D Project Managers talked to an Area Manager about the ins and outs of product development.

Christoph Panhuber: Bei Fronius sind speziell in der Frühphase von Entwicklungen viele Zugänge offen. Ein gewisses Herumspielen­d ürfen, Ausprobierendürfen. Sonst hätten wir noch kein Stahl-Alu-Schweißen.

Christoph Panhuber: At Fronius, especially in the early phases of development projects, we’re free to take many possible approaches. With plenty of leeway for playing around and trying out different things. If we weren’t, there still wouldn’t be a steelaluminium welding process.

Bernhard Huemer: Für so etwas braucht es eine gewisse Freiheit. Wo man sagt: Okay, das schaut man sich aber jetzt genauer an. Wenn es da starre Richtlinien gäbe, quasi innerhalb von drei Monaten müssen konkrete Ergebnisse vorliegen, wären wir nicht mit diesen Produkten auf dem Markt. Helmut Friedl: Jeder Entwickler hat seine bestimmten Freiräume. Der kann auch einmal zwei Tage eine Idee verfolgen, die er sich vielleicht gar nicht einmal auszusprechen traut. Und wenn da nicht unmittelbar etwas herauskommt, dann ist es auch nicht das Thema. Vielleicht muss die Zeit erst reif werden dafür. Zu unseren großen Stärken zählt aber von jeher, dass wir den weitaus größten Teil solcher Entwicklungsprojekte auch tatsächlich in Produkte umsetzen. Christoph Panhuber: Natürlich kommt auch der Punkt, wo man die neuen Geräte herstellen und verkaufen muss. Ab dann wird auch ein genauer Zeitplan erstellt, eine Projektgruppe installiert. Dann hat man klare Ziele und einen klaren Weg. Die typische Projektgruppe umfasst bei uns fünf bis zehn Leute. In der Schweißtechnik sind das in der Regel mehr – 20 bis 30: Leistungselektroniker, Softwaretechniker, Fertigungstechniker, Konstrukteure, CAD-Ingenieure et cetera. Dieser Gruppe steht ein Projektleiter vor, der darauf schaut, dass die gemeinsam festgelegten Kosten- und Qualitätsziele auch erreicht werden. Helmut Friedl: Obwohl die Anforderungen in den Sparten sehr unterschiedlich sind, hat man trotzdem ähnliche Entwicklungsschritte. Darum haben wir uns auch auf eine gemeinsame Vorgangsweise geeinigt. Wobei die vernünftige Balance zwischen Regel und Freiheit aber weiterhin gewahrt bleiben soll. Bernd Rutzinger: In der Schweißtechnik stößt beim Definieren der Anforderungen an das neue Produkt meist der Vertrieb schon dazu. Weniger bei Prozessen, die entstehen auf der technischen Achse, aber bei Produkten. Wir liefern auch konkrete Anstöße. Für zusätzliche Geräte in bestimmten Marktsegmenten oder branchengerechtere, moderne Produkte. Gemeinsam mit der Projektgruppe geben wir Vorgaben betreffend Baugröße, Leistung, angestrebte Stückzahl, Preis, aber auch Informationen zu Mitbewerb und Marktsituation.

Bernhard Huemer: To come up with something like that you need a certain degree of freedom. Where you can say: OK, now we’ll take a closer look at that. If we were hemmed in by rigid guidelines like “three months, then there has to be something concrete to show for it”, we simply wouldn’t be on the market with products like these at all. Helmut Friedl: Every developer has a certain freedom of manoeuvre. So that every so often he can spend a couple of days pursuing an idea that he maybe wouldn’t even dare say out loud. And if nothing comes of it directly, that’s not the end of the world either. Maybe the time just wasn’t ripe for it yet. And remember that one of our really big strengths has always been that sooner or later we do actually translate the vast majority of such development projects into real-life products. Christoph Panhuber: Of course, the point also comes where the new appliances have to be manufactured and sold. From then on, a precise schedule is drawn up and a project group is set up. Then we have clear objectives and a clear path to take. A typical project group in our Division will comprise between five and ten people. In the Welding Technology Division it will usually be rather larger – between 20 and 30 people: Power electronics engineers, software technicians, production engineers, design engineers, CAD engineers and so on. This Group is headed by a project manager who sees to it that the jointly defined cost and quality goals are actually reached. Helmut Friedl: Although the requirements are very different in each Division, the developmental steps are still quite similar. This is why we have agreed on a common procedure. One that aims to keep a sensible balance between rules and freedom, though. Bernd Rutzinger: In the Welding Technology Division, we Sales people will generally be involved right from the point when the requirements which the new product is going to have to fulfil are being defined. Not so much with processes – these are worked out on the technical side – but more so with products. We also provide concrete impetuses: For extra appliances in certain market

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Christoph Panhuber: Weil Fronius sehr technologiegetrieben ist, wird die Vertriebsseite stärker forciert. In der Solarelektronik war das von jeher so. Viele Wünsche, was unsere Produkte können sollen, kommen vom Vertrieb. Die Techniker halten sich anfangs zurück und überprüfen erst, was davon umsetzbar ist. Bernhard Huemer: Oder andersrum: Die Techniker legen noch etwas drauf. Gedanken werden weitergesponnen. Das ist ein stetiges Austauschen von Informationen und miteinander Wachsen. Bernd Rutzinger: Gerade bei technischen Features ist der Vertrieb gefragt. Wie bewertet man das? Braucht das der Kunde oder nicht? So etwas diskutieren wir intensiv. Die Kommunikation funktioniert aber immer einwandfrei. Was auch an der langjährigen Erfahrung der Projektleiter liegt, die kennen die Marktsituation ganz genau und wissen, worum es geht. Bernhard Huemer: Früher ging es rein um technische Funktionen, jetzt legen Kunden aber auch auf das Design zunehmend Wert. Das Auge kauft mit. Das hat zusätzliche Auswirkungen auf die Funktionalität. Man achtet nicht nur auf die Konturen, sondern ist auf optimales Handling bedacht. Bernd Rutzinger: Diesen Trend haben wir auch bemerkt. Der steht außer Frage. Da wachsen die eigenen Ansprüche parallel auch mit. Außerdem vermittelt es sogleich unseren technologischen Standard. Bernhard Huemer: Grundkonzepte entstehen bei uns. Dann ziehen wir noch Produktdesigner dazu. Das gibt den Produkten den letzten Schliff. Helmut Friedl: Ein Charakteristikum von Fronius ist es auch, dass man als Projektleiter seinem Projekt treu bleibt. Man bleibt als Ansprechpartner erhalten, egal, ob das nun Jahrzehnte zurückliegt. Fronius ist schließlich nicht nur Lieferant von Qualitätsgeräten, sondern bietet auch langfristig kompetente Servicequalität vor Ort oder eben bei uns in der Forschungszentrale an. ■

segments or for more sector-compatible modern products. Working with the project group, we lay down guidelines regarding overall size, performance, targeted production-runs and price, and also provide information on competitors and on the market situation. Christoph Panhuber: Because Fronius is a highly technologydriven company, the Sales side is deliberately given more emphasis here. It’s always been that way in the Solar Electronics Division. Many of the wishes for things that our products should be capable of come from Sales. The technicians keep in the background to begin with, and start by working out how much of this “wish-list” is feasible. Bernhard Huemer: Or even the other way round: The technical people chip in with some more ideas of their own. Thoughts are developed further. It’s a process where we’re constantly exchanging information, and growing together. Bernd Rutzinger: Particularly with technical features, input from Sales is called for. How important is this or that feature? Is it something the customer really needs, or not? We discuss things like this intensively. But the communication always works smoothly. Which also has a lot to do with the project managers’ many years of experience. They’re completely familiar with the market situation and know exactly what’s important and what isn’t. Bernhard Huemer: It used to be all about technical functions, but nowadays customers are also attaching increasing importance to styling and design. The product not only has to be good, it has to look good, too. This, in turn, has repercussions on the functionality. You not only have to pay attention to the contours, but you have to ensure optimum handling as well. Bernd Rutzinger: We’ve noticed this trend too. No doubt about it. And the standards we set for ourselves rise along with it. The other thing is that this attention to exterior design also communicates our high technological standard. Bernhard Huemer: We come up with the basic concepts. Then we bring the product designers on board. That puts the finishing touches to the products. Helmut Friedl: Another characteristic thing about Fronius is that project managers stay loyal to their projects. You can still get hold of them about a particular project even if was a couple of decades ago. After all, Fronius doesn’t just supply quality machinery but also provides long-term, high-calibre service quality, “on the spot” or in our research centre. ■

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Quellverweis |

References

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Licht | Light

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Anhang | Annex


Materie | Matter

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Gero von Randow, Rowohlt, ISBN 3-498-05744-8

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Annex | Anhang

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Stichwortverzeichnis

Acctiva 5, 21

Drexler, Eric 48

Kernfusion 9, 14, 15, 46, 47

Active Inverter Technology 21

Dürrenmatt, Friedrich 85

Kroto, Sir Harold Walter 4, 44

AGM-Technologie 11

Edison, Thomas 13

Künstliche-Intelligenz-Forschung 59, 61

Alphabet 5

Einstein, Albert 1, 4, 17, 26, 27, 29, 38, 39

Kyoto 4, 7

Antimaterie 4, 9, 54

Elektronenstrahl-Lithografie 49

Ladegleichrichter 5, 21

Antiteilchen 4, 54

Feynman, Richard P. 4, 6, 9, 48

Laser 4, 30, 31

Apple 5, 62

Fotoelektrischer Effekt 4, 17, 29

LaserHybrid-Prozess 4

ASCII 61

Fotosynthese 16

LaserHybrid-Schweißen 32, 33, 79, 81

Assembler 48

Fotovoltaik 17, 18, 19, 50, 67, 73

Laserkunst 35

Automobilindustrie 33

FRONIUS IG 40/60 5

Laserschwert 4, 36, 37

Batterie 11

FRONIUS IG 400/500 5

Laserstrahlen 33, 34, 35

Batterie, Antriebs- 21

Fuller, Richard Buckminster 4, 41, 44, 45

Lasertechnologie 37

Batterie, Fahrzeug- 20

Fullerene 4, 44

Lego Mindstorms 5, 68, 69

Batteriebelastungsprüfer 5

Fuller-Kuppel 4, 44

Leuchtdiode 24

Batterieladesysteme 1, 21, 67, 74, 77, 83

Galvani, Luigi 4, 11

Leuchtkäfer 24, 25

Batterieladetechnik 5

Gehry, Frank O. 35

Leuchtzelle 24

Becquerel, Alexandre Edmond 4, 17

Gel-Technologie 11

LHC (Large Hadron Collider) 42

Bell Laboratories 5, 62

Gesundheitsbereich 35

Lichtquanten 1, 4, 29, 31, 39

Binnig, Gerd 4

Gleichstrom 12, 13, 17, 74

Lucas, George 27, 36, 37

Biolumineszenz 24, 25

Guggenheim-Museum 4, 35

Mailüfterl 62

Brennstoffzelle 9

Haberberger, George 69

Maiman, Theodore H. 4, 27, 30, 31, 35, 37

Brown, Dan 54

Hawking, Stephen 27, 38

Marc9 23

CERN 4, 42, 54

Hertz, Heinrich 29

Massachusetts Institute of Technology 5, 69

CMT (Cold Metal Transfer) 4, 5, 52, 53, 73, 74, 81

Higgs 41, 42, 43

Maxwell, James Clerk 4, 29

Code 61

Huygens, Christiaan 4, 29

Mensch-Computer-Interaktion 65

Computerchips 50, 62

IBM 5, 62

MIG-Schweißen 4, 33, 52

Computersimulation 78, 79

IC (Integrierter Schaltkreis) 5

MIX-Konzept 5

Cruise, Tom 11

Informationszeitalter 57, 62

Musik 23

Curl, Robert F. 4, 44

Intel 62

Nanoelektronik 63

Deep Blue 60, 61

Invertertechnik 74, 77

Nanotechnologie 4, 5, 41, 44, 48, 62

Demokrit 4, 42

ITER 46

Newton, Isaac 4, 27, 28, 29

Design 84

Jakobsleiter 22, 23

Nobelpreis für Chemie 44

Deville, Henri Etienne Sainte-Claire 4

Jeans, Sir James 56

Nobelpreis für Physik 4, 9, 17

Digitalelektronik 67

JET 46, 47

Numerische Simulation 79

Digitale Revolution 5, 67

Kalzium-Silber-Technologie 11

OLED 24

Dirac, Paul A. M. 4, 54

Kasparov, Garry 60

Planck, Max 29

DNS 61

Kästner, Erich 50

Plasma 14, 37, 41, 46, 79

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Anhang | Annex


Plug & Charge-Software 67

Volta-Säule 4, 11

Plug & Play-Prinzip 67

Wasserstofftechnologie 9

Quantenmechanik 28

Wechselrichter 4, 17, 19, 67, 81

Quarks 41, 42

Wechselstrom 4, 12, 13, 17, 74

Randow, Gero von 59

Wechselstrommotor 13

Rastertunnelmikroskop 4, 48

Wellen, elektromagnetische 4, 29, 38

RCX (Robotic Control Xplorer) 69

Wellentheorie 4

Relativitätstheorie 1, 38

Weltklimakonferenz 4, 9

Robo-Cup 5, 59, 61

Westinghouse, George 13

Roboter 58, 69

Yamagata, Hiro 4, 35

Roboterfußball 59

Young, Thomas 29

Rohrer, Heinrich 4

Zelle, Brennstoff- 9

Schnittstelle 64, 65, 67, 69

Zelle, fotovoltaische 4

Schweißgleichrichter 5

Zelle, Leucht- 24

Schweißtechnik 1, 74, 81, 83

Zemanek, Heinz 62

Schweißtransformatoren 5 Science-Fiction 37, 54, 73, 74 Selectiva, Active-Inverter-Batterieladegerät 5, 21 Silicon Valley 50 Silizium 4, 41, 50, 51 Siliziumkristalle 17 Single-Electron-Transistor 49 Smalley, Richard E. 4, 44 Solarelektronik 1, 5, 19, 67, 74, 77, 81, 83 Solarpark Leipziger Land 9 Solarstrom 19 Sonnenenergie 14, 16, 17, 19 Tesla, Nikola 4, 12, 13, 74 Texas Instruments 5, 62 Thyristor 21 TransArc 500 5 TransCut 300 79 Transformator 13, 21, 67, 77 Transistor 5, 21, 50, 62, 67, 74, 77 Urknall 54, 55 Vlies-Technologie 11 Volta, Alessandro 4, 11

Annex | Anhang

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Index

AC 4, 12, 13, 17, 74

Digital electronics 67

Kästner, Erich 50

AC motor 13

Digital Revolution 5, 67

Kroto, Sir Harold Walter 4, 44

Acctiva 5, 21

Dirac, Paul A. M. 4, 54

Kyoto 4, 7

Active Inverter Technology 21

DNA 61

Laser 4, 30, 31

AGM technology 11

Drexler, Eric 48

Laser art 35

Alphabet 5

Dürrenmatt, Friedrich 85

Laser beams 33, 34, 35

Antimatter 4, 9, 54

Edison, Thomas 13

Laser technology 37

Antiparticle 4, 54

Einstein, Albert 1, 4, 17, 26, 27, 29, 38, 39

LaserHybrid process 4

Apple 5, 62

Electron beam lithography 49

LaserHybrid welding 32, 33, 79, 81

Artificial-intelligence research 59, 61

Feynman, Richard P. 4, 6, 9, 48

Lego Mindstorms 5, 68, 69

ASCII 61

Fire-flie 24, 25

LHC (Large Hadron Collider) 42

Assembler 48

FRONIUS IG 40/60 5

Light-emitting diodes 24

Automobile industry 33

FRONIUS IG 400/500 5

Light quanta 1, 4, 29, 31, 39

Battery 11

Fuel cell 9

Lightsaber, -sword 4, 36, 37

Battery charging systems 1, 5, 21, 67, 74, 77, 83

Fuller, Richard Buckminster 4, 41, 44, 45

Lucas, George 27, 36, 37

Battery load testers 5

Fuller Dome 4, 44

Luminescent cell 24

Battery, traction - 20

Fullerene 4, 44

Maiman, Theodore H. 4, 27, 30, 31, 35, 37

Battery, vehicle - 20

Galvani, Luigi 4, 11

Marc9 23

Becquerel, Alexandre Edmond 4, 17

Gehry, Frank O. 35

Massachusetts Institute of Technology 5, 69

Bell Laboratories 5, 62

Gel technology 11

Maxwell, James Clerk 4, 29

Big Bang 54, 55

Global Climate Conference 4, 9

MIG welding 4, 33, 52

Binnig, Gerd 4

Guggenheim Museum 4, 35

MIX concept 5

Bioluminescence 24, 25

Haberberger, George 69

Music 23

Brown, Dan 54

Hawking, Stephen 27, 38

Nanoelectronics 63

Calcium-silver technology 11

Health-care 35

Nanotechnology 4, 5, 41, 44, 48, 62

Cell, fuel - 9

Hertz, Heinrich 29

Newton, Isaac 4, 27, 28, 29

Cell, luminescent - 24

Higgs 41, 42, 43

Nobel Prize in Chemistry 44

Cell, photovoltaic

Human-computer interaction 65

Nobel Prize in Physics 4, 9, 17

CERN 4, 42, 54

Huygens, Christiaan 4, 29

Nuclear fusion 9, 14, 15, 46, 47

Charging rectifiers 5, 21

Hydrogen technology 9

Numerical Simulation 79

Charging units for batteries 21

IBM 5, 62

OLED 24

CMT (Cold Metal Transfer) 4, 5, 52, 53, 73, 74, 81

IC (Integrated Circuit) 5

Photoelectric effect 4, 17, 29

Code 61

Information Age 57, 62

Photosynthesis 16

Computer chips 50, 62

Intel 62

Photovoltaics 17, 18, 19, 50, 67, 73

Computer simulations 78, 79

Interface 64, 65, 67, 69

Planck, Max 29

Cruise, Tom 11

Inverter 4, 17, 19, 67, 81

Plasma 14, 37, 41, 46, 79

Curl, Robert F. 4, 44

Inverter technology 74, 77

Plug & Charge software 67

DC 12, 13, 17, 74

ITER 46

Plug & Play principle 67

Deep Blue 60, 61

Jacob’s ladder 22, 23

Quantum mechanics 28

Democritos 4, 42

Jeans, Sir James 56

Quarks 41, 42

Design 84

JET 46, 47

Randow, Gero von 59

Deville, Henri Etienne Sainte-Claire 4

Kasparov, Garry 60

RCX (Robotic Control Xplorer) 69

90

Anhang | Annex


Robo Cup 5, 59, 61 Robot 58, 69 Robot football 59 Rohrer, Heinrich 4 Scanning tunnel microscope 4, 48 Science-fiction 37, 54, 73, 74 Selectiva active-inverter battery charger 5, 21 Silicon 4, 41, 50, 51 Silicon crystals 17 Silicon Valley 50 Single-electron transistor 49 Smalley, Richard E. 4, 44 Solar electronics 1, 5, 19, 67, 74, 77, 81, 83 Solar energy 14, 16, 17, 19 Solar power 19 Solarpark Leipziger Land 9 Spring Breeze 62 Tesla, Nikola 4, 12, 13, 74 Texas Instruments 5, 62 Theory of relativity 1, 38 Thyristor 21 TransArc 500 5 TransCut 300 79 Transformer 13, 21, 67, 77 Transistor 5, 21, 50, 62, 67, 74, 77 Volta, Alessandro 4, 11 Voltaic pile 4, 11 VRLA technology 11 Wave theory 4 Waves, electromagnetic 4, 29, 38 Welding rectifiers 5 Welding technology 1, 74, 81, 83 Welding transformers 5 Westinghouse, George 13 Yamagata, Hiro 4, 35 Young, Thomas 29 Zemanek, Heinz 62

Annex | Anhang

91


Impressum:

Publisher’s imprint:

Konzeption: Gerhard Freimüller & Heinz Hackl, Fronius, Wels Erich Goldmann & Thomas Hackl, reklamebüro, Linz Projektmanagement Fronius: Kurt Streitschek, Maria Wallner-Angerer Projektmanagement reklamebüro: Petra Enzenhofer, Nicole Nagelbach Layout: Erich Goldmann, Natascha Ziachehabi, reklamebüro, Linz Text: Andreas Kump, reklamebüro, Linz Fotografie: Andreas Balon, Altenberg (Kapitel Laboratory) Dietmar Tolerian, Linz Übersetzung: Martin H. Staple, Walding Bildrecherche: Marie Ruprecht, www.marieruprecht.at Legobauten: Peter Kulev, www.kulev@servus.at Coproducer: Luis Wohlmuther, www.timesup.org Lithografie: Martin Märzinger, Marchtrenk Druck: ueber:reuter Print und Digimedia GmbH, Korneuburg Estermann Druck GmbH, Aurolzmünster

Conceptual design: Gerhard Freimüller & Heinz Hackl, Fronius, Wels Erich Goldmann & Thomas Hackl, reklamebüro, Linz Project management at Fronius: Kurt Streitschek, Maria Wallner-Angerer Project management at reklamebüro: Petra Enzenhofer, Nicole Nagelbach Layout: Erich Goldmann, Natascha Ziachehabi, reklamebüro, Linz Text: Andreas Kump, reklamebüro, Linz Photography: Andreas Balon, Altenberg (“Laboratory” chapter) Dietmar Tolerian, Linz; Translation: Martin H. Staple, Walding Pictorial research: Marie Ruprecht, www.marieruprecht.at Lego models: Peter Kulev, www.kulev@servus.at Coproducer: Luis Wohlmuther, www.timesup.org Lithography: Martin Märzinger, Marchtrenk Printers: ueber:reuter Print und Digimedia GmbH, Korneuburg Estermann Druck GmbH, Aurolzmünster

Besten Dank für die Unterstützung an:

Our sincere thanks to the following for all their help and support:

Christoph Bimminger, Peter Boxleitner, Edmond Deschmann, Alexander Eder, Andreas Edlinger, Josef Feichtinger, Reinhard Fink, Rupert Frauen­ schuh, Helmut Friedl, Klaus Fronius, Alois Furthner, Florian Helbich, high voltage space junk orkestra, Karin Himmelbauer, Bernhard Huemer, Sami Jaber, Ekkehard Kepplinger, Patrick Kliemstein, Carina Kromer, Manfred Lämmermann, Wolfgang Lattner, Gerald Liedl, marc9, Markus Merkler, Stefanie Milich, Robert Nimmervoll, Christoph Panhuber, Gerald Pernkopf, Helmut Pflügelmeier, Claudia Plochberger-Brandlmayr, Thomas Rauch, Josef Rauscher, Bernd Rutzinger, Franz Samer, Andreas Schauer, Walter Scheuringer, Bernhard Spisic, Andreas Starzengruber, Dragan Vuksan, Helena Weber, Wolfgang Zauner

Christoph Bimminger, Peter Boxleitner, Edmond Deschmann, Alexander Eder, Andreas Edlinger, Josef Feichtinger, Reinhard Fink, Rupert Frauenschuh, Helmut Friedl, Klaus Fronius, Alois Furthner, Florian Helbich, high voltage space junk orkestra, Karin Himmelbauer, Bernhard Huemer, Sami Jaber, Ekkehard Kepplinger, Patrick Kliemstein, Carina Kromer, Manfred Lämmermann, Wolfgang Lattner, Gerald Liedl, marc9, Markus Merkler, Stefanie Milich, Robert Nimmervoll, Christoph Panhuber, Gerald Pernkopf, Helmut Pflügelmeier, Claudia Plochberger-Brandlmayr, Thomas Rauch, Josef Rauscher, Bernd Rutzinger, Franz Samer, Andreas Schauer, Walter Scheuringer, Bernhard Spisic, Andreas Starzengruber, Dragan Vuksan, Helena Weber, Wolfgang Zauner

Fronius International GmbH, Wels, www.fronius.com reklamebüro GmbH, Linz, www.reklamebuero.at

Fronius International GmbH, Wels, Austria, www.fronius.com reklamebüro GmbH, Linz, Austria, www.reklamebuero.at

40,0006,2637

40,0006,2637

Dezember 2005

December 2005

Rechtliches:

Legal notices:

Geschützte Warenzeichen und Namen wurden in der Regel nicht als solche kenntlich gemacht. Das Fehlen einer solchen Kennzeichnung bedeutet nicht, dass es sich um einen freien Namen im Sinne des Warenund Markenrechts handelt.

Registered trademarks and tradenames have not generally been identified as such. The absence of any such identification does not mean that the name in question is an unregistered name for the purposes of product and trademark law.

Ohne schriftliche Genehmigung der Fronius International GmbH darf dieses Dokument weder vollständig noch in Auszügen kopiert oder in anderer Form vervielfältigt werden.

This document may not be copied or otherwise reproduced, whether in part or in its entirety, without the express prior written consent of Fronius International GmbH.


Auszug aus „Die Physiker“ |

Excerpt from “The Physicists”

NEWTON: Wenn Sie da neben der Tür den Schalter drehen, was geschieht, Richard? INSPEKTOR: Das Licht geht an. NEWTON: Sie stellen einen elektrischen Kontakt her. Verstehen Sie etwas von Elektrizität, Richard? INSPEKTOR: Ich bin kein Physiker.

NEWTON: Richard, when you turn that switch beside the door, what happens? INSPECTOR: The light comes on. NEWTON: You make an electrical contact. Do you know anything about electricity, Richard? INSPECTOR: I’m no physicist.

NEWTON: Ich verstehe auch wenig davon. Ich stelle nur aufgrund von Naturbeobachtungen eine Theorie darüber auf. Diese Theorie schreibe ich in der Sprache der Mathematik nieder und erhalte mehrere Formeln. Dann kommen die Techniker. Sie kümmern sich nur noch um die Formeln. Sie gehen mit der Elektrizität um wie der Zuhälter mit der Dirne. Sie nützen sie aus. Sie stellen Maschinen her, und brauchbar ist eine Maschine erst dann, wenn sie von der Erkenntnis unabhängig geworden ist, die zu ihrer Erfindung führte. So vermag heute jeder Esel eine Glühbirne zum Leuchten zu bringen – oder eine Atombombe zur Explosion. ■

NEWTON: I don’t understand all that much about it either. I merely put forward a theory about it, based on my observations of nature. I write down this theory in the language of mathematics and obtain several formulae. Then it’s the technicians’ turn. The formulae are all they care about. They treat electricity just like a pimp treats a street-walker. Exploitatively. They make machines, and a machine is only useful once it has become independent of the discovery that led to its being invented in the first place. Which is why any jackass nowadays can turn on a light-bulb – or set off an atom bomb. ■ From “The Physicists” by Friedrich Dürrenmatt

Aus „Die Physiker“ von Friedrich Dürrenmatt


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Ein großformatiges Buch, das anlässlich der 60-Jahr-Feier des Welser Hochtechnologie-Unternehmens Fronius International aufgelegt wurde. Auf...

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