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Von der Leichtigkeit des Schwebens

Mon, 02 Apr 2012 00:00:00 +0200

Im Jahr 1962 begannen in Japan die Forschungsarbeiten zu Magnetschwebebahnen. Seither wurden zwei Systeme entwickelt: Eines davon ist der JR-Maglev, der eine Betriebsgeschwindigkeit von bis zu 500 Kilometer pro Stunde erreicht. Bis 2025 ist eine 290 Kilometer lange Strecke von Tokio über Nagoya bis Osaka geplant.
Um die Supraleitung dem Publikum näher zu bringen, haben Physiker der Universität Zürich eine Modell-Magnetschwebebahn gebaut, die nach demselben physikalischen Prinzip funktioniert: Das Trassee besteht aus Permanentmagneten. Darüber bewegt sich die Modelleisenbahn, die mit Supraleitern bestückt ist. Diese werden in einem bestimmten Abstand über dem Magnetfeld mit flüssigem Stickstoff abgekühlt, wodurch die Feldlinien „eingefroren“ werden. Der Abstand zwischen Schiene und Zug bleibt bestehen – solange die Kühlung sichergestellt ist.

Gekühlt mit flüssigem Helium

Stephen Weyeneth forscht am Physik-Institut auf dem Gebiet der Hochtemperatursupraleiter. Er weist auf den grossen Vorteil von Supraleitern hin: „Ist der Schwebezustand einmal hergestellt, braucht es keine Energie mehr, um diesen zu halten.“ Es braucht nur noch dann Energie, wenn der Zug beschleunigt oder bremst. Deshalb eignet sich diese Technologie vor allem für lange Strecken, wie in Japan. Dort besteht die Schiene aus Elektromagneten und der Antrieb funktioniert, indem das magnetische Feld bewegt wird und den Zug mitnimmt. Anders als beim Zürcher Modell ist beim JR-Maglev das Trassee nur gerade dort magnetisch, wo sich der Zug befindet. Auch das supraleitende Material ist ein anderes: In Japan werden Tieftemperatursupraleiter auf Basis von Niob-Verbindungen eingesetzt. Dieses Material bietet Vorteile in der einfacheren Verarbeitung. Allerdings muss es mit flüssigem Helium gekühlt werden, was deutlich teurer und aufwendiger ist als der Umgang mit flüssigem Stickstoff.

Suche nach neuen Materialien

Die Kühlung ist ein wichtiges Kriterium beim Einsatz von Supraleitern. Weyeneth ist überzeugt: „Viele Anwendungen werden sich erst durchsetzen, wenn sie bei Raumtemperatur betrieben werden können.“ Deshalb sind die Forscher ständig auf der Suche nach neuen Materialien, die bei immer höheren Temperaturen Supraleitung aufweisen. Bisher sind nur kupferoxydhaltige Materialien bekannt, die bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff, -196 °C, vollständig supraleitend sind. „Der Rekord liegt bei etwa -110 °C, das hat man aber nur mit Hilfe von sehr hohem Druck erreicht“, sagt Weyeneth. Die Suche nach neuen Materialien ist schwierig. Es gibt viele offene Fragen, die von der Physik noch nicht vollständig beantwortet wurden. Die einzigen Anhaltspunkte stammen von Materialien, in denen man Hochtemperatursupraleitung nachweisen konnte. Weyeneth: „Man weiss etwa, wo man suchen muss, aber etwas mathematisch Handfestes existiert nicht.“

Schweiz belegt einen Spitzenplatz

Für kommende Anwendungen spielen aber neben der Supraleitung auch noch andere Eigenschaften eine Rolle: Yttrium-Barium-Kupferoxyd, wie es bei der Modellschwebebahn eingesetzt wird, ist ein schwarzes und brüchiges Material. Für supraleitende Kabel käme es schon wegen seinen schlechten, mechanischen Eigenschaften nicht in Frage. Dass gerade in der Schweiz so intensiv geforscht wird, ist kein Zufall. „Die Schweiz belegt einen Spitzenplatz bei der Forschung auf dem Gebiet der Supraleiter“, weiss Weyeneth. Die Hochtemperatursupraleitung wurde im Forschungslabor der IBM Schweiz in Rüschlikon von Johannes Georg Bednorz und Karl Alexander Müller 1986 entdeckt. Auch die Entdeckung von Supraleitung in Quecksilber-Barium-Kalzium-Kupfer-Oxyd mit der bisher höchsten Sprungtemperatur von -137 °C bei Normaldruck wurde an der ETH Zürich durch Andreas Schilling und seine Mitarbeiter gemacht.

Isolieren mit Energie- und Raumgewinn

Tue, 21 Feb 2012 00:00:00 +0100

Der Energieverbrauch von Haushaltsgeräten, Kühlschränken, Backöfen oder Warmwasserboilern hängt vor allem von deren Isolation ab. Je leistungsfähiger diese ist, desto energieeffizienter ist das Gerät. Gesucht sind daher innovative Isolationsideen. Wie kann das Nutzvolumen eines Kühlschranks vergrössert und gleichzeitig der Stromverbrauch markant gesenkt werden? Eine Antwort auf diese Frage sucht die Helbling Technik AG in Wil mittels Vakuumspalt-Isolation. Das Vakuum ist bekanntlich die beste Wärmeisolationstechnik. Im Gebäudebereich haben die Vakuumisolationsplatten (VIP) bei speziellen Anwendungen erfolgreich einen Markt gefunden. Für Haushaltsgeräte sind aber andere und günstigere Konstruktionen gefragt. Mit Unterstützung des Bundesamts für Energie (BFE) hat die Helbling Technik AG die Entwicklung der theoretischen und konstruktiven Möglichkeiten solcher Vakuumspalt-Isolationen vorangebracht. Dabei lassen sich die Wärmeverluste eines modernen A++-Kühlschranks halbieren und der Energieverbrauch kann um rund zwei Drittel gesenkt werden.

Thermosflasche als Vorbild

Gleichzeitig lässt sich die Isolationsdicke reduzieren, weshalb das Nutzvolumen um rund 40 Prozent zunimmt – bei gleichen Aussenmassen. Voraussetzung sind jedoch flache Vakuumspalt-Elemente. Als Vorbild dienen die bekannten Thermosflaschen und -becher. Bei der Materialwahl hat man verschiedene Metalle in Betracht gezogen und sich dann für austenitischen Stahl entschieden. Mit dem Einsatz von solchen Stahlblechen ist Schweissen oder Löten als luftdichte Verbindung problemlos anwendbar. Der Schritt zur industriellen Grossserienproduktion ist möglich.

Wärmeverlust reduzieren

Theoretische Analysen zeigten, dass der Wärmedurchgangskoeffizient bei Vakuum nicht vom Abstand der beiden Aussenplatten abhängig ist, dass die Einsatztemperatur nur einen geringen Einfluss ausübt und dass die Wärmestrahlung durch Zwischenfolien im Vakuum vermindert werden kann. Stossen zwei einzelne Elemente aufeinander, besteht an dieser Schnittstelle die Gefahr eines übermässigen Wärmeverlusts. Dies trifft insbesondere bei geraden Kanten zu. Mit der konstruktiven Gestaltung einer Stufe lassen sich aber überlappende Verbindungen schaffen, so dass keine Wärmeverluste entstehen. >Ein flaches Vakuumspalt-Element benötigt aufgrund des Aussendrucks stabile Distanzhalter. Mit dem Wandel vom Druck- zum Zug-Prinzip konnte eine geeignete Lösung in Ballform gefunden werden.

Hohe Anforderungen für die Distanzhalter

Als kritische Komponente erweisen sich allerdings die Distanzhalter, die verhindern, dass die beiden ebenen Stahlbleche von weniger als 1 Millimeter Dicke zusammengepresst werden – sei es aufgrund des Vakuums im Innern oder aufgrund des äusseren Drucks von rund einer Tonne pro Quadratmeter. Dadurch würde die Isolationswirkung zunichte gemacht. Es gilt, den Vakuumspalt mit einem möglichst kleinen, aber technisch einfach realisierbaren Distanzhalter zu gewährleisten. Die Helbling Technik AG geht von deutlich weniger als 20 Millimeter Abstand zwischen den beiden Blechen aus, was einer Isolationswirkung von ungefähr 45 Millimeter VIP entspricht. Die Abstandhalter müssen einige wesentliche Kriterien erfüllen: Druck aufnehmen, minimaler Wärmetransport, keine Ausgasung von Stoffen, die das Vakuum verringern würden, geringe Materialmengen beziehungsweise Anzahl pro Flächeneinheit und kostengünstige Fertigung. Die Evaluation möglicher Abstandhalter umfasste unterschiedliche Formen und Materialien. Kunststoff schied aus, da bei der Herstellung hohe Temperaturen auftreten. Schlanke Keramikstäbe konnten zwar die Druckfestigkeit gewährleisten, brachen aber beim Auftreten von Querkräften entzwei. >Als weitere Anwendung des Zug-Prinzips gelten die am Rand einsetzbaren Distanzhalter auf der Basis von parallel angeordneten Glasfasern.

Vom Druck- zum Zug-Prinzip

Die Lösung brachte der Wechsel vom Druck- zum Zug-Prinzip: Dank einem Ball verwandeln sich die vertikalen Druckkräfte in horizontale Zugkräfte. Dieser Ball besteht aus einer Hülle und einem Füllmaterial. In einen Glasgeflechtschlauch ist pyrogene Kieselsäure eingefüllt und mit zwei Drahtabschlüssen versehen. Der pulverartige Inhaltsstoff lässt eine Verformung des Balls zu, so dass einerseits die Zugkraft genutzt werden kann, anderseits die erforderliche Wärmedämmung ermöglicht wird. Ergänzend hat die Helbling Technik AG für die Abstandhalter im Randbereich der Vakuumspalt-Elemente ein Parallel-Prinzip gewählt. Glasfasern werden dafür in parallelen Lagen mit Stahldraht umwickelt und zu Bündeln geformt. Da diese Materialien bereits in anderen Anwendungen genutzt werden und daher preiswert zur Verfügung stehen, ergeben sich kostengünstige Perspektiven für die Herstellung von Abstandhaltern für Vakuumspalt-Elemente.

Auch für Warmwasserspeicher

Neben dem Einsatz von flachen Elementen in Kühlschränken, Backöfen, usw. besteht ein noch grösseres Anwendungsgebiet bei Warmwasserspeichern. Gemäss einer statistischen Erhebung des BFE verbraucht die Warmwasserbereitung rund 13 Prozent der Haushaltsenergie. Könnte der Wärmeverlust solcher Boiler vermindert werden, wären auch hier Energieeinsparungen möglich. Bei zylindrischen Körpern kommt man sogar ohne Distanzhalter aus. Nur die kreisförmigen Abschlüsse oben und unten müssten mit einer besonderen Lösung versehen werden; denkbar sind konventionelle Wärmedämmmaterialien, aber auch Vakuumspalt-Lösungen. Die Helbling Technik AG hat Machbarkeitsstudien und konstruktive Ideen aufgeführt. Eine Vakuumspalt-Isolation kann beispielsweise mit einem doppelwandigen Rohr geschaffen werden, wobei der Spalt zwischen den Wänden evakuiert wird. Dieses Rohr umschliesst dann den eigentlichen Boiler. Berechnungen haben gezeigt, dass ein solches Rohr mit einer Wandstärke von 0,1 Millimeter auf der Innenseite und mit einer Stärke von 0,4 Millimeter auf der Aussenseite aufgebaut sein kann. Eine solche Isolation reduziert die Wärmeverluste um bis zu 80 Prozent gegenüber den heute besten Boilern. Damit eine dünne Aussenwand den Belastungen des Luftdrucks standhält, gibt es die Möglichkeiten, das austenitische Stahlblech mit Baustahl zu verstärken oder die dünne Wand mit einer Rillung zu versehen. >Das flache Vakuumspalt-Element umfasst zwei Stahlbleche, Distanzhalter sowie eine schweiss- oder lötbare Aussenwand.

Vom Funktionsmuster zur Umsetzung

Die weiteren Schritte sind einerseits die Erstellung von Funktionsmustern und anderseits der Einbezug von Industriepartnern, die an der Umsetzung der Vakuumspalt-Isolation in Haushalts- und Gebäudetechnikgeräten interessiert sind. Die thermische Isolation mittels Vakuum wird rasch wichtiger, weil eine weitere Reduktion der Energieverluste mit herkömmlichen Isolationen aus Platzgründen nicht mehr sinnvoll ist. Bei Kühlschränken ermöglicht die Technologie, weitere Effizienzgewinne mit zusätzlichem Raumgewinn zu kombinieren.

Das Lido – mehr als nur ein Schwimmbad

Tue, 31 Jan 2012 00:04:00 +0100

Schon in den 1920er-Jahren entdeckten die Tessiner die Schönheit und den Freizeitwert des Lago Maggiore. Sie errichteten in Locarno direkt am See die Badeanstalt namens Lido. Sie war damals noch aus Holz gebaut und erhielt erst wesentlich später Umkleidekabinen, Sprungbrett und ein Restaurant. Im Zuge der Renovierung Ende der 1960er-Jahre entstanden drei Aussen- und ein Innenbecken. Trotz der Schäden, die drei grosse Überschwemmungen 1978, 1993 und 2000 angerichtet hatten, blieben die Badegäste dem beliebten Treffpunkt treu. 2007 wurde das Lido schliesslich geschlossen, um einem neuen Schwimmbad Platz zu machen. Dank sorgfältiger Planung und flexiblem Management konnte das Hallenbad des neuen Lido di Locarno zur Wintersaison 2009 wieder öffnen. schloss sich 2011 der zweite an: Die gesamte Anlage mit Spa, Wellnessbereich und Sportanlagen wurde in diesem Jahr fertiggestellt. >Im Lido di Locarno sorgen Dali-Leuchten für stimmungsvolles Licht. Mit einer Beleuchtungssteuerung lassen sich verschiedene Lichtszenen und Spezialeffekte aktivieren.

Ein Projekt im Einklang mit der Natur

Modern und im Einklang mit der Natur – so könnte das Motto des gelungenen Projekts geheissen haben. Doch der Start war harzig: Der Bauherr und Betreiber, die CBR Centro Balneare Regionale SA – ein Verband aus 16 Gemeinden der Region Locarno – konnte sich lange nicht auf Projektgrösse und Budget einigen. Nachdem dies geklärt war, suchte die CBR zusammen mit der HRS Real Estate AG als Generalunternehmerin mit einem internationalen Wettbewerb den zukünftigen Lido-Architekten. Das Projekt Acquario der Brüder Franco und Paolo Moro überzeugte mit seiner Transparenz und Leichtigkeit. Um das Schwimmbad zuverlässig, kostenbewusst und energieeffizient zu betreiben, setzten die Architekten auf erneuerbare Energien und eine ausgeklügelte Automation der verschiedenen Gewerke. >Über Dali-Klemmen am BACnet-Controller wird die Effektbeleuchtung gesteuert: Strahler oberhalb der Stützsäulen wechseln ihre Farbe von Violett über Türkis bis Blau.

Lago Maggiore als Energielieferant

Bei den Gewerken, die in die Automation eingebunden werden sollten, handelte es sich um die Zugangskontrolle, Videotechnik, Sicherheit (Brand, Audio, Notbeleuchtung), Telefonie über VoIP, Visualisierung, Schwimmbadtechnik, Alarmierung, Beleuchtung mit Spezialeffekten sowie die Fluchtwegbeleuchtung. In einem Ausschreibungsverfahren entschieden sich die Bauherren, mit Damiano Ulrich vom Ingenieurbüro Erisel SA zusammen zu arbeiten. Die Projektleitung übernahm Gianfranco Cavalli von der BCS Building System AG. Ulrich erstellte die Konzepte zur Beleuchtungssteuerung und zur Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (MSR): Das Schwimmbad nutzt Solarenergie zur Warmwasserbereitung und aus dem nahegelegenen See gewinnen Wärmepumpen bis zu 60 Prozent der Energie. Damiano Ulrich erklärt: „Eine Herausforderung war die Steuerungstechnik für die verschiedenen Gewerke, besonders für die Beleuchtung – hier mussten die Interessen der Bauherren und Architekten berücksichtigt werden.“ >Projektleiter Gianfranco Cavalli vor BACnet-Controller von Wago. Über die Controller werden auch die Dali-Leuchten gesteuert.

Automatisierung dezentral gelöst

Anfangs sollte die Automatisierung als komplettes Projekt realisiert werden, was sich aber als zu komplex und unflexibel erwies. Die unterschiedlichen Gewerke sowie die Realisierung in mehreren Bauabschnitten verlangten, die Automatisierung der einzelnen Gewerke zu trennen. Anstatt eines zentralen Automatisierungskonzepts entschied man sich daher für ein dezentrales Konzept. Eine dezentrale Gebäudeautomation ist flexibel und kann mit wenig Aufwand angepasst werden. Um keine Insellösungen zu schaffen, werden die Steuerungen über Bussysteme miteinander verbunden. Ein Ethernet-Netzwerk verbindet die die einzelnen Gewerke mit ihren Datenservern und stellt die Kommunikation her. Mit dieser Kommunikationsstruktur kann das Leitsystem auf alle Steuerungsdaten zugreifen und auch Visualisierungen von anderen Steuerungen aufrufen. „Das Lido di Locarno gehört zu den ersten Projekten bei denen ein solches Konzept im grossen Stil realisiert wurde“, sagt Projektleiter Cavalli. „Daher hatten die Elektriker teilweise noch nicht das erforderliche Know-how und bei der Inbetriebnahme mussten Fachleute vor Ort sein.“ Das zentrale Leitsystem läuft auf einer Sauter-Steuerung. Es spricht mehrere Systeme über einen BACnet-Bus an, kann aber auch über andere Bussysteme kommunizieren.

Flexible Steuerung für die Beleuchtung

Die Beleuchtung realisierten die Bauherren mit Dali-Leuchten. Um Lichtszenen und die Effektbeleuchtung zu steuern, setzten sie auf das I/O-System der WAGO Contact SA. Mit seiner Vielzahl an I/O-Modulen für analoge und digitale Signale sowie zur Integration von Subbussen und Schnittstellen erfüllt das Leitsystem die Anforderungen an ein dezentrales Automatisierungssystem. „Als universelles System lässt es sich in jede Gebäudeanwendung einbinden und ist eine gute Alternative zu einem reinen KNX-System“, sagt Damiano Ulrich. Mit verschiedenen Controllern unterstützt das Leitsystem IP-basierte Kommunikationsnetze (BACnet, KNX IP, Ethernet IP/TCP). Untergeordnete Steuerungen spricht es über den BACnet-Bus an. Für die Steuerung der Beleuchtung sowie von Heizung, Lüftung und Klima entstanden insgesamt zwanzig Buslinien mit je fünf BACnet-Controllern von Wago und rund ein Dutzend Sauter-Steuerungen. Sie steuern und überwachen nahezu 600 Datenpunkte. Die Lichtstärke wird mit einem Lux-Meter kontrolliert. Gianfranco Cavalli schildert die Einbringung der Steuerung: „Das Zusammenspiel zwischen dem Leitsystem und den BACnet-Controllern funktionierte hervorragend. Wir haben in anderen Projekten schlechte Erfahrungen gemacht, so legten die Techniker etwa eine falsche Spannung auf die Steuerung oder Ersatzteile waren am Wochenende schlecht zu bekommen.“ Bei Wago habe alles gut geklappt. Das I/O-System unterstützt sowohl den automatisierten als auch den lokalen Zugriff auf Parameter und Einstellungsmenüs, denn, so der Projektleiter: „Die Praxis hat uns gezeigt: Trotz aller Raffinessen muss ein Automatisierungssystem auch von Hand bedienbar sein. Die Inbetriebnahme ist sonst zu aufwendig.“ >Für die Steuerung der Beleuchtung und der HLK-Technik entstanden insgesamt 20 Buslinien mit je fünf dezentralen BACnet-Controllern.

Nur Techniker erhalten Einblick

Anfangs sollte die Visualisierung auch im Eingangsbereich installiert werden. Dies verwarf man, da zum Einloggen ins Netzwerk technisches Verständnis nötig ist. Jetzt ist sie nur im Aufsichtsraum des Bademeisters installiert, jedoch kann man auch per Internet auf die Steuerung zugreifen. So kann Gianfranco Cavalli im Notfall von seinem Büro aus eingreifen. Über vier Datennetze, die über Router zu einem Netzwerk verbunden sind, werden MSR-Technik, Videoüberwachung, Zutrittskontrolle, Voice-over-IP-Telefonie, Sicherheit, Beleuchtung und die Aussenrutsche überwacht und gesteuert. Alle Datennetze müssen zusammenarbeiten. Der Eingangsbereich und die Videoüberwachung liefern die meisten Daten. Der Zugriff auf die Schwimmbadtechnik inklusive Visualisierung erfolgt über eine Siemens-Steuerung: Diese Daten werden auf dem Server gespiegelt und über HTML angezeigt. Auf diese Weise wird die Visualisierung der Schwimmbadtechnik in die zentrale Visualisierung implementiert.

Bauernhof investiert in zukunftsfähige Wasserversorgung

Tue, 31 Jan 2012 00:03:00 +0100

In vielen Industrieländern fliesst Trinkwasser rund um die Uhr in hoher Qualität aus dem Wasserhahn. Es scheint so selbstverständlich, dass man stutzt, wenn anderswo das Wasser zum Trinken abgekocht werden muss oder wenn nur ein Rinnsal aus der Leitung tropft. Um eine Gemeinde oder Stadt mit hygienisch einwandfreiem Trinkwasser zu versorgen, sind zuverlässige Anlagen zur Überwachung und Verteilung nötig. In der Gemeinde Wahlen im Kanton Basel-Land waren Teile der Anlagen sowie die Steuerung zur Wasserversorgung nicht mehr zeitgemäss und für einige Komponenten waren keine Ersatzteile mehr erhältlich. Über kurz oder lang musste gehandelt werden. Brunnenmeister Rainer Schmidlin wandte sich an Endress+Hauser. Deren Konzept zur Modernisierung sah neben neuen Feldgeräten auch eine neue Steuerungsanlage vor. Ausserdem sollte jede Station autark gesteuert werden. Dass die Anlagen wieder auf einen zukunftsfähigen technischen Stand gebracht und detailliertere Daten bei geringerem Aufwand möglich werden, überzeugte schliesslich auch den Gemeinderat. >Die neue UV-Entkeimungsanlage ist in die Überwachung eingebunden; Sensoren liefern die Messdaten.

Versorger stellt 320 Kubikmeter Trinkwasser pro Tag bereit

Die Wasserversorgung Wahlen versorgt etwa 1350 Einwohner sowie kleinere Industrie- und Gewerbebetriebe mit Trinkwasser. Ausserdem speist sie einen Dorfbrunnen. Das Wasser stammt aus eigenen Quellen und aus der Nachbargemeinde Laufen, da die eigenen Quellen je nach Witterungsverhältnissen nicht genügend Wasser führen. Die Gemeinde benötigt pro Tag zwischen 280 und 320 Kubikmeter Wasser. Durchschnittlich wird ein Bedarf von 60 Kubikmeter pro Person und Jahr angenommen. Bei der Bedarfsermittlung müssen auch Leckagen berücksichtigt werden, die bis zu 20 Prozent betragen können. Das Reservoir oberhalb von Wahlen, auf 462 m ü. M., fasst 750 Kubikmeter Wasser. Davon sind 250 Kubikmeter für Löscharbeiten reserviert. Die Wassermenge wird in zwei Kammern à 375 Kubikmeter vorgehalten. Eine Pumpstation am Ortseingang pumpt das Wasser zum Wasserreservoir. In dieser Station ist auch die Kopplung mit der Wasserversorgung Laufen realisiert. >Wo vorher ein diskreter Aufbau mit Schützen und Relais den Schrank füllte, übernimmt jetzt ein programmierbarer Ethernet-Controller die Steuerfunktionalität.

I/O-System löst diskrete Verdrahtung ab

Das Projektteam setzt durchgehend auf flexible Komponenten, sowohl beim Automatisierungs- wie auch beim Leitsystem. Das alte Steuerungssystem bestand aus verschiedenen, teils analogen Komponenten, die diskret verdrahtet waren. Eine Vielzahl an Relais und Schützen steuerten Pumpen und ältere Anlagen. Im Rahmen der Modernisierung liess die Gemeinde einige Feldgeräte sowie die UV-Entkeimungsanlage erneuern. Den diskreten Steuerungsaufbau ersetzte Endress+Hauser entsprechend dem Konzept durch drei I/O-Knoten von Wago Contact SA, kombiniert mit dem eigenen Leitsystem P-View. Innerhalb des feldbusunabhängigen modularen I/O-Systems entschied man sich für Ethernet-Controller und anreihbare I/O-Module. Sie erfassen die feldseitigen Messwerte wie Durchflussmengen, Druck sowie Meldungen von Feuerlöschklappen und der Trübungsmessanlage. Insgesamt steuern drei dezentrale programmierbare Ethernet-Controller die Verfahrensstufen in der Pumpstation, dem Reservoir und im Verwaltungsgebäude. Die autarken Controller bleiben auch bei Ausfall des Übertragungswegs funktionstüchtig. Die Kommunikation mit dem Leitsystem erfolgt über ein Ethernet-Netzwerk, das in den Aussenstationen über Modems und 2-Draht-Kupferleitungen bereitgestellt wird. Für den Fernzugriff des Brunnenmeisters und die Fernwartung durch Endress+Hauser wurde im Verwaltungsgebäude ein DSL-Anschluss installiert. Das Leitsystem übernimmt die Protokollierung und Alarmierung sowie die Überwachung der Reservoirkammern. Brunnenmeister Rainer Schmidlin ist zufrieden: „Die neue Steuerung ist jetzt so platzsparend, dass sie in den vorhandenen Systemschränken nicht mal die Hälfte des Platzes einnimmt. Gleichzeitig ist die Bedienung über P-View komfortabel und liefert detaillierte Betriebsdaten, die ich auch von zuhause abrufen kann.“ >Anstelle von langen Papierlisten gibt das Leitsystem übersichtliche Alarmlisten und Diagramme am Bildschirm aus.

Mit Leitsystem den Betrieb komfortabel steuern

Das Leitsystem P-View arbeitet mit OPC-Servern und unterstützt viele industrielle Kommunikationsprotokolle. Es basiert auf offenen Standards in Bezug auf die verwendeten Software- und Hardware-Komponenten, und lässt sich flexibel auf die jeweiligen Anforderungen abstimmen. Mit diesen Kriterien eignet es sich bestens für die geforderten Aufgaben. Innerhalb des P-View-Scada-Pakets stehen vorkonfigurierte Übersichtsbilder zur Verfügung. Grenzwertverletzungen trägt das System in die Alarmliste ein und informiert den Benutzer via Bildschirmanzeige. Alternativ verschickt das Leitsystem auch Meldungen per SMS oder E-Mail. Um die Steuerung perfekt auf die Bedürfnisse der Wasserversorgung Wahlen anzupassen arbeitete Schmidlin eng mit Projektleiter Roger Jaggi von Endress+Hauser zusammen. Jaggi passte die Programmierung in CoDeSys entsprechend den Vorgaben an und nahm nach erfolgreichen Testläufen die Stationen in Betrieb. Dies geschah während des Betriebs, um den Einwohnern von Wahlen ein Abstellen der Wasserversorgung zu ersparen. Brunnenmeister Rainer Schmidlin resümiert: “Ich bin beruhigt, dass die Gemeinde mit dieser Modernisierung nun ein zukunftssicheres Steuerungssystem hat. Es liefert vielfältige Daten, mit denen wir die Betriebsführung weiter optimieren können.“ >Schematische Darstellung der Anlagenstruktur.

La station d’épuration des eaux transfrontalières respecte l’environnement

Tue, 31 Jan 2012 00:02:00 +0100

La nouvelle station d’épuration des eaux (STEP) du Bois de Bay a été mise en service en avril 2009 et fonctionne au débit nominal depuis février de cette année. Elle remplace en même temps du côté suisse la STEP du Nant d´Avril obsolète, ainsi que les installations françaises de Journans et d’Allondon dans le Pays de Gex. La nouvelle installation était nécessaire car celle de Nant d’Avril ne respectait pas toutes les normes et elle devenait de plus trop petite pour les débits à traiter. Le nouveau site a été conçu pour 130 000 EH (équivalent habitant) à l’horizon 2020. En outre, 40 % de sa capacité sont réservés au traitement des eaux usées provenant de France. L'apport se fait depuis la France par la galerie de Chouilly. Avec le raccordement de cette région française au réseau d’assainissement genevois, le cours d'eau de l'Allondon se trouve être protégé. Les eaux usées traitées retournent en France par le Rhône. La STEP du Bois de Bay est une des vingt plus grandes stations d'épuration de Suisse et en est la plus moderne. Dans le canton de Genève, il y a une dizaine de stations d'épuration. Les coûts pour la construction de la nouvelle installation, pour le réseau de canalisations et conduites de retenue (galeries) ainsi que pour la rénovation de deux stations de pompage se sont élevés à un investissement total de 120 millions de francs. L'exploitant de l'installation, Services Industriels de Genève (SIG), a pris part financièrement au projet. L'entreprise accorde une grande importance à une exploitation respectueuse de l'environnement (développement durable) et utilise l’énergie contenue dans l’eau épurée pour chauffer le bâtiment en hiver et le refroidir en été. >Le poste de commande permet de visualiser les différentes phases du processus de traitement des eaux usées.

Un procédé en plusieurs phases pour l'épuration des eaux

Quatre pompes ayant un débit individuel maximal de 300 litres par seconde relèvent les eaux usées à la station. Le débit maximal pour lequel la STEP a été dimensionnée est de 900 litres par seconde. Dans la première phase de traitement, le prétraitement, des dégrilleurs de 6 mm retiennent les matières solides. Celles-ci sont transportées par des vis sans fin, puis lavées, séchées et valorisées en usine d’incinération. Suit le dessablage dans des bassins dévolus à cette fonction. Le sable est nettoyé et trié, puis stocké dans une benne, avant d’être transporté. Après le prétraitement, l’eau est acheminée dans quatre lignes de traitement biologique constituées de bassins dans lesquels des fines bulles sont injectées au moyen de diffuseurs. Au cours de ce processus d'épuration appelé « boues activées », des bactéries aérobies et d'autres microorganismes dégradent les composés du carbone. Il se forme du dioxyde de carbone, de l'azote et de la biomasse. Des bactéries particulières oxydent l’ammonium en nitrates. Une précipitation chimique au moyen de chlorure ferrique permet d'éliminer le phosphore. Les boues activées (bactéries formant des agrégats floconneux) sédimentent finalement dans des bassins de décantation secondaires ; desquels elles sont pompées pour être réintroduites en tête des bassins de boues activées. À la fin de ce processus à plusieurs phases, l'eau épurée est rejetée dans le Rhône voisin. >Au total, 17 coffrets en inox ont été installés avec chacun un automate PFC841 Ethernet et un îlot de vannes de la maison Bürkert. Chaque contrôleur commande entre 4 et 16 vannes.

Le système d'E/S commande l'îlot de vannes

« Les processus doivent ici s'enchaîner sans erreurs. Nous nous sommes alors mis à la recherche de composants fiables que l'on pourrait aussi adapter à notre domaine », rapporte Stéphane Gabriel, responsable du lot contrôle commande pour ce projet aux SIG. Dans l'installation, on utilise environ 75 pompes et 80 agrégats pour emmener les eaux usées vers les différentes phases de processus. Elles veillent au débit nécessaire. De plus, plus de 150 vannes commandent les processus individuels. « 98 % des vannes qui sont utilisées ici sont pneumatiques, les autres 2 % sont commandées par moteur », précise Stéphane Gabriel. Des automates WAGO PFC 841 Ethernet commandent des îlots de vannes directement intégrés dans les nœuds. Cette solution électropneumatique simplifie grandement le câblage et offre une communication complète sans passerelle sur un seul type de bus de terrain. Au total, 17 coffrets en inox ont été installés avec chacun un automate PFC841 Ethernet et un îlot de vannes de la maison Bürkert. Chaque contrôleur commande entre 4 et 16 vannes. Les signaux en provenance des instruments de mesure du terrain (débitmètres, niveaux, etc.) sont également reliés au système WAGO I/O 750. >Au moyen de l’outil logiciel PACTWare de VEGA, il est alors facile d’ajuster les dérives des capteurs de mesure sans avoir besoin de se déplacer dans le terrain comme dans le passé. Certains signaux 4-20 mA/HART proviennent du bus de terrain Profibus DP.

20 000 points de données sont acquis de manière décentralisée

Le concept d'installation se base sur des commandes décentralisées, mises en réseau via Ethernet. Au total, 12 automates supérieurs sont en liaison avec les deux serveurs SCADA eux-mêmes en liaison avec les postes de commande. Les bornes de bus d'E/S connectées aux contrôleurs Ethernet, fournissent aux automates les données nécessaires au pilotage. Ces contrôleurs WAGO commandent les vannes pneumatiques et reprennent l’ensemble des mesures analogiques et HART. En plus des contrôleurs, deux WAGO I/O IPC font l'acquisition des valeurs de mesure dans la phase biologique et les transmettent par Profibus DP à l’automate supérieur. Un autre WAGO IPC surveille les centrifugeuses. L'automatisation de bâtiment est aussi prise en compte dans le concept d'installation : six automate PFC 841 Ethernet commandent l'éclairage et les stores et surveillent les disjoncteurs des prises de courant dans le bâtiment. Deux pompes à chaleur se chargent en hiver de la production d'eau chaude et refroidissent le bâtiment durant l'été. Au total, ce sont environ 20 000 points de données qui sont traités de manière décentralisée.

Les contrôleurs comme passerelle HART

Les signaux 4-20mA/HART provenant des débitmètres et capteurs de niveaux sont traités par les automates WAGO et ensuite transmis au poste de conduite via Ethernet Modbus/TCP. De là, au moyen de l’outil logiciel PACTWare de VEGA, il est alors facile d’ajuster les dérives des capteurs de mesure sans avoir besoin de se déplacer dans le terrain comme dans le passé. Certains signaux 4-20 mA/HART proviennent du bus de terrain Profibus DP. Le WAGO I/O IPC sert alors de passerelle HART entre PROFIBUS DP et Ethernet Modbus/TCP. « Ce concept novateur est un des critères qui a déterminé notre choix pour le système WAGO I/O » explique Philippe Koller, l’adjoint au responsable de l’unité cantonale d’exploitation des eaux usées aux SIG. >Les signaux 4-20mA/HART provenant des débitmètres et capteurs de niveaux sont traités par les automates WAGO et ensuite transmis au poste de conduite via Ethernet Modbus/TCP. Des automates WAGO PFC 841 Ethernet commandent des îlots de vannes directement intégrés dans les nœuds.

Résumé

Les informations recueillies par les contrôleurs sont transmises, selon le concept d'installation décentralisée, aux automates supérieurs. Les automates PFC WAGO-I/O-SYSTEM rendent ceci très souple côté terrain avec les nombreuses bornes d'E/S. De nombreuses interfaces standardisées et des bus de terrain différents sont possibles et le système peut être facilement étendu à moindres coûts. « Nous avons été convaincus par la grande flexibilité du système WAGO-I/O. Pour chaque signal, il y a un module approprié. De plus, le contrôleur de bus de terrain programmable ainsi que le WAGO-I/O-IPC peuvent prendre en charge des tâches de commande directement localement » poursuit Stéphane Gabriel en argumentant son choix du WAGO I/O-SYSTEM. « Grâce à l’indépendance du bus de terrain offerte par ce système, on réalise facilement son intégration dans des concepts mixtes d'installations. »

Au centre des congrès de Genève, un imposant design de luminaires

Tue, 31 Jan 2012 00:01:00 +0100

Dès l'entrée du bâtiment Palexpo de Genève, on est impressionné par un design extraordinaire et néanmoins sobre, en noir, blanc et rouge. Le bureau suisse d'architecture « Group8 » a d'abord obtenu une commande de Palexpo SA concernant le centre des congrès, puis dans un deuxième projet, a été chargé de l'aménagement de la zone d'entrée, l'espace gastronomie inclus. L'accent a été mis sur l'éclairage et l'aménagement, qui comprend des luminaires avec leur propre design, que l’on peut commander. C'est ainsi que pour le centre des congrès, le projet « Voronoï » a vu le jour, du nom du mathématicien russe Georgi Feodosjewitsch Woronoï, ainsi que les projets « frites » et « spaghetti » pour la zone d'entrée et de gastronomie. Avec des éclairages en forme de frites et de spaghettis, ces deux noms sonnent ici très bien. La société Palexpo SA a confié la réalisation des projets aux entreprises Blue Time Concept SA qui s'est chargée de l'automatisation de l'éclairage et Lumiverre SA, qui fait partie de CI-Group, pour la construction des luminaires.>Les distances entre les 61 luminaires de 13ml. tous différents formant des ondulations comme des courbes de niveaux du projet « frites » ont été choisies de telle sorte que la personne qui observe perçoit à peine le plafond noir. Ces luminaires ayant à la fois leur propre fonction et un rôle dans l'aménagement, chacun d'entre eux est fabriqué de manière spécifique.

Des éclairages spéciaux avec des raccordements électriques enfichables

Pour les trois projets, c’est la société CI-Group département Lumiverre plafonds et éclairage de Perly qui a développé, fabriqué et posé les luminaires et les faux-plafonds. Ayant à la fois leur propre fonction et un rôle dans l'aménagement, chaque luminaire est fabriqué de manière spécifique. Pour que l'installation électrique puisse être effectuée rapidement et sans grande planification, le bureau d'études expérimenté a choisi le système de raccordement enfichable Winsta de WAGO. Une variante de ce système est basée sur des câbles plats qui sont mis en contact grâce à la technique par perçage d'isolant (IDC). « Les éclairages font partie intégrante du plafond suspendu. Pour ce faire, nous avons cherché une technologie de connexion modulaire qui soit enfichable et que l’on puisse sélectionner librement, s'agissant des points d'alimentation et de prélèvement. Le système de connecteurs Winsta avec ses conducteurs par perçage d'isolant est l'unique système sur le marché qui rende l'installation électrique si simple » déclare Roland Andrey, directeur de CI-Group SA. Son équipe a réalisé le raccordement électrique avec des câbles plats à 5 pôles et des prises avec sélection de phase. De plus, une ligne de bus à 2 pôles de 1,5 mm2 a été posée, permettant de commander les ballasts DALI. Les monteurs ont préparé les luminaires en barre du projet « frites » avec des prises encastrables de la famille Winsta Mini. « Avec ce système enfichable, on a pu raccorder tous les luminaires dans le délai fixé. Déjà à lui tout seul, le mur à éclairage indirect dans la zone d'entrée du centre des congrès contient une centaine de luminaires qui ont été connectés très rapidement avec des conducteurs Winsta à 5 pôles et des distributeurs en "T" » indique Sébastien Noble, responsable câblage département Lumiverre. WAGO Contact SA est également bien connu par le maître d'ouvrage, Palexpo SA. Ils ont rencontré les spécialistes pour la technologie de bornes à ressort, leurs partenaires pour un support de qualité. Il n'est alors pas étonnant que le constructeur d'armoires de commande, l'entreprise Ch. Schaub SA, ait utilisé le système de bornes sur rail Topjob S pour la distribution secondaire des lignes électriques. En plus de la manipulation qui est simple, les différentes possibilités de marquage l'ont convaincu. Les bandes de marquage centrales peuvent être inscrites sur deux lignes, ce qui permet de bien classer en un coup d'œil les points de serrage et l'appartenance à un groupe. >Les luminaires au profil courbe du projet « spaghetti » ont été un véritable défi pour le bureau d'études expérimenté Lumiverre. Les jonctions et croisements des différentes parties des luminaires ont représenté un point sensible.

Les contrôleurs Ethernet commandent des luminaires individuels

Les salles du Palexpo de Genève sont très utilisées et n'autorisent qu'un court délai pour la modernisation. Le premier projet devait être terminé avant le 79e Salon international de l'auto, en mars 2009, et le deuxième avant l'évènement ITU Telecom-World 2009, qui avait lieu en octobre. Il ne restait alors que deux mois pour chacun des deux projets. Le fournisseur de solutions WAGO, Blue Time Concept, a programmé la commande DALI dans les contrôleurs avec fonctionnalité d'API. Le projet « frites » à lui seul nécessitait 1200 adresses pour l'identification des ballasts. Les luminaires « spaghetti » en avaient besoin d’encore 400. Au centre des congrès, la commande traite encore 1500 adresses pour gérer les luminaires selon les objectifs du projet Voronoï. « Au total, pour les deux projets, nous avons réalisé 30 000 points de données » a déclaré Claude-André Cornaz, directeur de Blue Time Concept. 10 contrôleurs Ethernet commandent donc les luminaires « frites » et deux contrôleurs Ethernet les luminaires « spaghetti » au restaurant Le Poivrier. L'algorithme du projet Voronoï promet des combinaisons infinies, permettant de former sans cesse de nouveaux motifs. Il y a en plus dix contrôleurs qui commandent aussi les configurations. Dans ce projet, on a eu besoin, pour l'installation électrique, de 14 km de conducteurs simples. Le raccordement se fait via le système de connecteurs Winsta Midi. A cet effet, les luminaires ont été précâblés avec la version de montage Winsta-Snap-In. Pour la modernisation des salles de conférence au centre des congrès, les concepteurs ont utilisé près de 40 boutons poussoirs radio EnOcean pour la commutation de l'éclairage. Cela a beaucoup facilité l'installation électrique, car ces boutons poussoirs n'ont pas besoin de câbles électriques. Pour pouvoir inclure également ces espaces dans la commande d'éclairage, Blue Time Concept a complété les contrôleurs Ethernet avec des interfaces RS 485. >Plus de 20 contrôleurs Ethernet WAGO commandent l'éclairage des projets Voronoï « frites » et « spaghetti ». Des modules fonctionnels facilitent la programmation.

Des blocs fonctionnels facilitent la programmation

Blue Time Concept a réalisé l'ensemble de la programmation dans le langage ST CoDeSys. On dénombre près de 700 lignes de programme par contrôleur. Des blocs fonctionnels préfabriqués provenant de la bibliothèque WAGO ont permis de faciliter le travail de programmation. « Les blocs fonctionnels pour les contrôleurs DALI sont bien conçus et bien documentés par WAGO. La programmation a donc été rapide et exempte de problèmes » indique Thomas Stalder, responsable de la programmation chez Blue Time Concept. Ce sont près de 25 appareils d'entrée comme les stations de travail et les panneaux PC qui permettront la mise en fonction et la surveillance de la commande d'éclairage au Palexpo de Genève, établis pour 25 utilisateurs finaux.>Pour le système de bornes sur rail Topjob-S, grâce au marquage sur deux lignes, on connait rapidement l'affectation des bornes.

Bilan

La modernisation du Palexpo de Genève a pu être réalisée selon les impératifs des architectes du « Group8 » dans le court délai programmé. Un de ces impératifs a pu être satisfait avec l'installation électrique enfichable Winsta, dans la version Winsta IDC (raccordement par perçage d'isolant) ainsi que par les connecteurs des familles Mini et Midi. « Sans le système Winsta, on n’aurait pas pu y arriver. Un câblage conventionnel avec des boîtes de dérivation et des bornes individuelles aurait demandé trop de temps sur place. Avec les luminaires précâblés, on a pu déplacer une partie du câblage sur les lieux de fabrication des luminaires » confirme Sébastien Noble, de Lumiverre. D'autre part, les modules fonctionnels préprogrammés CoDeSys ont simplifié la programmation des contrôleurs spécifique au client. « Ce premier projet a été couronné de succès et le second est mis en route », résume Claude-André Cornaz, satisfait. >La paroi éclairée comprend une centaine de luminaires. Le système de connecteurs Winsta a permis de réaliser rapidement la partie électrique des deux installations d’éclairage.

Leichen virtuell sezieren

Thu, 19 Jan 2012 15:06:00 +0100

Ein junger Mann wird nachts auf einer abgelegenen Landstrasse überfahren und stirbt. Der Täter begeht Fahrerflucht, es gibt keine Zeugen. Eigentlich ein fast aussichtsloser Fall – nicht jedoch für die Spezialisten am Institut für Rechtsmedizin der Universität Bern. Sie vermessen bei ungeklärten Todesfällen die Leiche samt Organen bis aufs Skelett und bilden diese virtuell als dreidimensionales Modell ab. So geschehen in einem ähnlichen Fall: Nachdem das Opfer längst beerdigt worden war, fand die Polizei ein Auto mit verdächtigen Spuren. Das archivierte dreidimensionale Modell des Verstorbenen verglichen die Forensiker am Bildschirm mit den gescannten Daten des verdächtigen Fahrzeugs – die Aufprallverletzungen an der Hautoberfläche passten genau zu den beschädigten Strukturen der Fahrzeughaube. Zudem zeigte die Simulation, dass der Fussgänger nach dem ersten Aufprall mit der Hüfte am Seitenspiegel hängengeblieben war.

Nicht nur Todesfälle

Solch umfassende Gutachten finden pro Jahr etwa 40 Mal statt. „Bei jährlich 120 bis 150 Verstorbenen scannen wir jedoch nur zur Datensicherung und um Informationen zu erhalten, was bei der Autopsie beachtet werden soll“, so der Leiter des Instituts für Rechtsmedizin, Michael Thali. Und er räumt gleich mit Vorurteilen auf: „Das Denken ist weit verbreitet, dass wir nur Leichen sezieren. Pro Jahr führen wir aber ‚nur’ gegen 350 Obduktionen an Verstorbenen durch, jedoch gegen 700 Untersuchungen an Lebendigen bei Vergewaltigungen, Kindsmisshandlungen oder Schlägereien.“ So etwa 2003, als Jugendliche in Bern einen Mann zum Behinderten geprügelt hatten. Der Oberflächen-Scan kam damals in der Schweiz erstmals vor Gericht zum Einsatz. Der Täter wurde identifiziert, da die Abdrücke im Gesicht des Opfers zweifelsfrei mit der Schuhsohle eines der Jugendlichen übereinstimmten. >Avatar eines Verstorbenen: links das Hautmodell, in der Mitte der Knochenbau und rechts ein in 3D-Software angepasstes Computermodell zur anatomisch korrekten Bewegung für Rekonstruktionen des Tathergangs.

Industriegeräte für die Forensik

Der sogenannte Virtobot wurde aus bestehenden Einzelsystemen zusammengefügt. Weltweit sind die Berner Spezialisten die einzigen, die das Oberflächen-Scannen automatisiert haben und die vermessene Hautoberfläche mit den radiologischen Daten aus dem Körperinnern zu einem vollständigen Avatar verbinden. Dazu müssen auf der Haut etwa 50 bis 60 Referenzpunkte angebracht werden, die mit einer Digitalkamera photogrammetrisch als dreidimensionales Koordinatensystem erfasst werden. Dann kommt ein Scanner zum Einsatz, der früher die Qualität von industriellen Bauteilen kontrollierte. „Er projiziert Lichtstreifen auf die Leiche, und zwei Kameras erfassen dabei das Streifenmuster. Für jedes einzelne Kamerapixel werden die 3D-Koordinaten hochpräzise berechnet. Daraus wird ein Objektoberflächennetz generiert“, erläutert Ingenieur Silvio Näther, der auch Tatwerkzeuge und Unfallfahrzeuge vermisst. Nach dem Scannen des Körpers fügt die Software noch jedem Punkt des 3D-Oberflächenmodells den entsprechenden Farbwert aus den photogrammetrischen Aufnahmen zu. Geführt wird der Scanner automatisch von einem industriellen Roboterarm, der normalerweise Autos zusammenbaut.

Bald auch Proben entnehmen

Ein Computertomograf erlaubt einen Blick in das Körperinnere. Sobald die Radiologen den Körper in die Röhre geschoben haben, rotieren eine Röntgenquelle und der Detektor mit hoher Geschwindigkeit rundherum. Tausende von zweidimensionalen Schnittbildern werden dann in einer 3D-Bildfolge aneinandergereiht. So zeigen sie einen guten Kontrast von Materialien mit unterschiedlichen Dichtewerten wie Knochen, Flüssigkeit und Luft. „Die Computertomografie eignet sich deshalb besonders für die Darstellung von Knochenbrüchen, Schusskanälen, Fremdkörpern oder Hohlräumen, die mit Luft gefüllt sind“, erklärt Thali. Befindet sich etwa Luft im Herz, weil im Körper eine Schlagader durchschnitten wurde, entweicht dieses Beweismittel bei einer klassischen Obduktion für immer. „Verletzungen von Weichteilen können mit der Computertomografie leider nicht erfasst werden. Deshalb haben wir uns kürzlich einen kostspieligen Kernspintomografen angeschafft“, so der stolze Institutsleiter. Dieser erfasst mit elektromagnetischen Wellen die feinen Kontraste von Weichteilen wie Herz und Hirn wesentlich besser. Letztlich setzen die Ingenieure am Computer die Photogrammetrie-Aufnahmen, den Oberflächen-Scan und die Computertomografie-Aufnahmen zu einem fast echt wirkenden Modell zusammen. Künftig soll der Roboter auch noch Gewebeproben für Analysen entnehmen. Getestet wird bereits mit einer Puppe, die vom Roboterarm mit einer Biopsie-Nadel gepiekst wird. Damit kommt das Projekt der Vision von einer Art Blackbox noch näher, bei der die Leiche auf der einen Seite eingeführt und auf der anderen fertig vermessen wieder herauskommt – inklusive einer Liste der Befunde als Basis für das rechtsmedizinische Gutachten. >Rekonstruktion eines Unfalls mit Fahrerflucht: Am farbigen 3D-Modell (links) können Anprallverletzungen an der Hautoberfläche dem Fahrzeug zugeordnet werden. Ein an den Körperbau angepasstes Computermodell (Mitte) ermöglicht es, den Unfall digital zu rekonstruieren. Das dreidimensionale Modell des Knochenbaus (rechts) zeigt detailliert alle Frakturen.

Was essen wir morgen?

Thu, 19 Jan 2012 14:43:00 +0100

Was werden wir morgen essen? Abenteuerliche Prognosen geistern durch die Medien: Von Pillen mit dem Nährstoffgehalt und dem Geschmack eines ganzen Menüs über Labor-Steaks und Quallen-Sushi bis hin zu Gentech-Karotten, die vor Alzheimer schützen und dabei auch noch schlau machen. Dabei ist die Verunsicherung, was wir essen sollen, heute schon gross. Ist "bio" tatsächlich gesund und Cholesterin wirklich schädlich? Und welche Gefahr schlummert in Gen- und Nanolebensmitteln? Endgültig verunsichern die Konsumenten regelmässige Lebensmittelskandale: BSE, Gammelfleisch, Acrylamid und Antibiotika-Rückstände – wer weiss da noch, was er eigentlich essen soll? "Das Misstrauen in die Foodbranche ist heute enorm gross", kommentiert Mirjam Hauser, Forscherin am Gottlieb-Duttweiler-Institut. Die Psychologin folgert daraus: "Natürliche, gesunde sowie ökologisch und sozial verträgliche Nahrung wird in Zukunft immer wichtiger."

Qualität ist gefragt

"Viele Anbieter haben das Vertrauen der Konsumenten verspielt", sagt Hauser. Infolge der Industrialisierung und Massenproduktion, die ihren Anfang im 19. Jahrhundert nahm, wissen heute immer weniger Leute, woher ihr Essen stammt, wie es hergestellt wurde und was überhaupt darin steckt. Und das Risiko von Unsauberkeiten bei der Produktion steigt mit dem Profitdenken der Lebensmittelhersteller und dem Preisbewusstsein der Konsumenten. "Heute sind die Konsumenten viel kritischer", kommentiert Hauser. In Zeiten der Billiglinien und Discounter sind Bio- und Fair-Trade-Produkte ein Luxus, den sich Konsumenten auch etwas kosten lassen. Nachdem sich auch die Biobranche langsam globalisiert, sind aktuell lokale Produkte der grösste Trend. Die Konsumenten suchen Vertrauen in die Qualität der Lebensmittel und die Richtigkeit der Deklaration – und finden dies immer häufiger im Direktverkauf des nahen Bauernhofs. Ganz oben auf der Trendwelle schwimmt auch Michelle Obama, indem sie ihren Biogarten als modernes Statussymbol inszeniert.

Jeder kann ein Chefkoch sein

Trotzdem sei die Zeit der Billiglinien und Discounter noch lange nicht vorbei, ist Hauser überzeugt. Noch nie hätten die Schweizer verhältnismässig so wenig Geld für Lebensmittel ausgegeben. Hochwertiges und gesundes Essen ist längst nicht für jedermann erschwinglich. Andere haben schlicht keine Zeit, täglich frische Lebensmittel einzukaufen und selbst zuzubereiten. Fast-Food und Convenience – Halbfertig- und Fertigprodukte – füllen diese Lücke. Schnelles und günstiges Essen muss aber nicht ungesund sein: "Künftig erwarten wir auch von Billigprodukten, dass sie gesund und hochwertig sind – und von Bio-Produkten, dass sie billig sind", prognostiziert Hauser. McDonalds griff den Trend "Healthy Fast Food" mit seinem Salat- und Früchte-Angebot auf, und es drängen mittlerweile einige Fast-Food-Anbieter auf den Markt, die ausschliesslich natürliche und ökologische Produkte "über die Strasse" verkaufen. Laut Hauser wird sich das zweigleisige Essverhalten – werktags billiger Fast Food, sonntags hochwertige Naturprodukte – weiter verstärken. Produkte im Mittelfeld hätten es dagegen schwer, sich abzugrenzen und ihren Mehrwert verständlich zu machen.

Gesundheit zum essen?

Noch einen Schritt weiter geht "Functional Food": mit speziellen Zusatzstoffen angereicherte Lebensmittel. Klassiker sind jodiertes Speisesalz, Joghurt mit probiotischen Bakterienkulturen oder Frühstücksflocken mit Nahrungsfasern. Diese Produkte versprechen Gesundheit trotz Zeitmangel – Essen gegen das schlechte Gewissen. Nestlé preist ihre "funktionellen Lebensmittel" im Internet mit den Schlagworten "Ernährungsplus" und "gesund geniessen". Doch Functional-Food ist nicht unbestritten: "Bei vielen Produkten handelt es sich bloss eine Marketingstrategie der Lebensmittelindustrie", so Stephan Siegrist, Leiter des Schweizer Thinktanks W.I.R.E. Immer mehr driftet Functional Food zudem in Richtung Health Food ab. Von diesen "essbaren Medikamenten" oder "medizinischen Lebensmitteln" wollen sich künftig auch die Pharmafirmen eine Scheibe abschneiden. So ist denkbar, dass spezielle Schokolade das Alzheimer-Risiko mindert oder Bakterien im menschlichen Darm Medikamente herstellen. Und vielleicht dient eines Tages eine Genanalyse als Grundlage für individuelle Ernährungsempfehlungen? Während zum Beispiel Vitamin A produzierender Reis für Länder mit Nahrungsmangel durchaus sinnvoll sein kann, läuft Health Food in unserer Welt des Überflusses jedoch schnell Gefahr, übers Ziel hinaus zu schiessen. Weit schlimmer als das Ausbleiben versprochener Wirksamkeit sind dabei Überdosierungen von Vitaminen oder Spurenelementen. >Schnelles und günstiges Essen muss nicht ungesund sein.

Kochen bleibt zentral

Kaum durchsetzten wird sich laut Mirjam Hauser der "Pillenfood" – Nährwert und Geschmack eines ganzen Menüs in Form einer winzigen Pille. Denn selbst ein ungesunder Snack zwischendurch bietet immer noch ein Mindestmass an Genuss – und darauf verzichten will der Mensch nicht. "Als wichtigstes Grundbedürfnis des Menschen bleibt Essen eine emotionale Angelegenheit", sagt Hauser. Kochen mit Freunden, Slowfood im Restaurant – je schneller das Zmittag im Büro, desto wichtiger ist es, in seiner Freizeit das Essen zu zelebrieren. Auch der Wert – und somit der Preis – von natürlicher und gesunder Nahrung wird künftig wieder steigen. Angesichts der wachsenden Bevölkerung und einschneidenden klimatischen Veränderungen rückt die Landwirtschaft auf der ganzen Welt vermehrt in den Blickpunkt des Interesses.

Glossar

Convenience Food: Vorverarbeitete Lebensmittel oder Fertigmahlzeiten, die sich schnell und einfach zubereiten lassen. Functional Food: Lebensmittel mit einem spezifischen, meist gesundheitlichen Zusatznutzen, der über Sättigung und Nährstoffzufuhr hinausgeht. Health Food: Lebensmittel, die zur Vorbeugung und Behandlung von Krankheiten dienen sollen. Fast Food: Standardisierte Mahlzeiten, die verzehrsbereit am Verkaufspunkt rasch bereitgestellt werden. Ungesunder Fast Food wird auch als Junk Food bezeichnet. Slow Food: Gegentrend zu Fast Food, der für genussvolles und bewusstes Essen steht. Mood Food: Lebensmittel, die glücklich machen sollen.

Gesunde Ernährung

1 bis 2 Liter trinken, bevorzugt in Form ungezuckerter Getränke. 5 Portionen Gemüse oder Früchte in verschiedenen Farben. Zu allen 3 Hauptmahlzeiten je 1 Portion Getreideprodukte, Hülsenfrüchte oder Kartoffeln, davon zwei Portionen in Form von Vollkornprodukten. 1 Portion Fleisch, Fisch, Eier, Käse, Tofu oder andere Eiweissquellen. 3 Portionen Milch oder Milchprodukte. Öle, Fette und Nüsse mit Mass, pflanzliche Fette und Öle bevorzugen. Süssigkeiten, salzige Knabbereien, gezuckerte Getränke und Alkohol massvoll geniessen. Mengenangaben pro Tag. Quelle: Schweizerische Gesellschaft für Ernährung.

Die Kunst, Schnee zu machen

Thu, 19 Jan 2012 14:29:00 +0100

Schnee ist eine wichtige Grundlage für Sport und Tourismus. Laut Klimaprognosen wird in den nächsten 25 bis 50 Jahren die Untergrenze für schneesichere Skigebiete von 1200 auf 1500 m. ü. M. ansteigen. Deshalb dürfte auch die Zahl der Beschneiungsanlagen weiter steigen. Experten gehen davon aus, dass in Zukunft mehr als 90 Prozent der Skipisten künstlich beschneit werden. Zudem investieren Bergbahnen in Österreich bereits heute durchschnittlich einen Drittel ihrer Einkünfte in den Ausbau der Beschneiungsanlagen. Bei dieser Entwicklung spielen die Wirtschaftlichkeit und die Umweltverträglichkeit zunehmend eine Rolle – gerade auch, weil die Herstellung von Kunstschnee sehr energieintensiv ist. Das Institut für Schnee- und Lawinenforschung (SLF) hat deshalb gemeinsam mit Industrie- und Hochschulpartnern einen Schneilanzenkopf entwickelt, der mit 80 Prozent weniger Energie auskommt: Mit Druckluftdüsen wird Wasser in kleine Tröpfchen zerstäubt. Dabei ist wichtig, dass diese Tröpfchen beim Austreten aus der Düse schnell erkalten und zu Eiskügelchen werden. Hansueli Rhyner vom SLF erklärt den Unterschied zu natürlichem Schnee: „Ein Naturschneekristall entsteht im Keim. Dann wächst der Kristall und wenn er schwer genug ist, fällt er vom Himmel. Ein technisches Schneekorn ist ein Wassertropfen, der von aussen gefriert. Deshalb ist es rund.“

Schnee wächst

Natürlicher Schnee entsteht, wenn in der kalten Atmosphäre kleine Wassertröpfchen an Kondensationskernen festfrieren. Diese Kerne sind Staub- oder Russpartikel in der Luft. Anfangs messen die Eiskristalle nur einen Zehntelmillimeter. Durch die Luftfeuchtigkeit wachsen sie weiter und sind schliesslich so schwer, dass sie zur Erde fallen. Schneekristalle nehmen abhängig von der Temperatur unterschiedliche Formen an – es gibt Prismen, Nadeln, Plättchen oder Sterne. Unter -25 °C bilden sich Prismen. Fällt ein solches Prisma durch eine Luftschicht mit -15 °C, bilden sich an den Enden kleine Schneesterne. Die unterschiedlichen Temperaturen machen aus jedem Kristall ein einzigartiges Gebilde. Alle Formen haben aber die sechseckige Grundstruktur gemeinsam. Das liegt an den Wassermolekülen, die sich durch elektrostatische Kräfte immer sechseckig zueinander anordnen. >Alle Schneekristalle haben eine sechseckige Grundstruktur gemeinsam.

Energieeffizient schneien

Die Beschaffenheit des technischen Schnees wirkt sich auf die Eigenschaften der Schneedecke aus. „Technischer Schnee ist schneller hart. Das ist ein Vorteil für den Pistenbau, aber Kunstschnee wird auch schneller eisig als Naturschnee“, erklärt Rhyner. Naturschnee könne aber mit der Zeit die gleichen Eigenschaften entwickeln. Kunstschnee hat eine Dichte von 300 bis 500 Kilogramm pro Kubikmeter, während Naturschnee nur 100 Kilogramm pro Kubikmeter wiegt. Deshalb sinkt ein Skifahrer auf Kunstschnee weniger ein. Die Forscher des SLF konnten zeigen, dass künstlicher Schnee mehr Skifahrer aushält. Experten zufolge ist aber gerade auf harten, abgefahrenen Kunstschnee-Pisten die Verletzungsgefahr für Wintersportler besonders gross. Die Ski verkanten stärker und es braucht allgemein eine bessere Kondition und Fahrtechnik.

Naturidentischer Schnee fürs Labor

Die Bedingungen, die für das Wachstum von Schneekristallen erforderlich sind, sind noch immer Forschungsgegenstand. Die Wissenschaftler am SLF gehen beispielsweise der Frage nach, wie chemische Substanzen im Schnee absorbiert werden und welchen Einfluss das auf den Schnee hat. Sie entwickelten dazu eine Schneemaschine, die naturidentischen Schnee produziert. Die Maschine bläst kalte Luft über ein geheiztes Wasserbecken und erzeugt so zunächst übersättigte Luft. Diese steigt auf und kondensiert an dünnen Nylonfäden. Dort wachsen die Eiskristalle und fallen, wenn sie gross genug sind, in ein Auffangbecken. Bisher können die Forscher Schnee mit einer Dichte zwischen 30 und 120 Kilogramm pro Kubikmeter produzieren mit einem maximalen Ertrag von 0,3 Kilogramm in der Stunde. Damit sind die Forschenden in der Lage, die gewünschte Art des Schnees herzustellen und somit eine wichtige Voraussetzung für wissenschaftliche Experimente zu erfüllen.

Sicher landen dank zuverlässiger Beleuchtung

Mon, 12 Dec 2011 00:04:00 +0100

„Sehr geehrte Fluggäste, bitte bleiben Sie noch solange angeschnallt, bis das Flugzeug seine endgültige Position erreicht hat“, sagt eine freundliche Frauenstimme kurz nach der erfolgreichen Landung. Ob eine Landung ohne Probleme vonstattengeht, hängt von vielen Faktoren ab – ein Faktor ist eine sicher funktionierende Befeuerung der Start- und Landebahn. Dieses Beleuchtungssystem wurde vor zwei Jahren im Rahmen von Sanierungsmassnahmen an der Piste 16/34 des Flughafens Zürich erneuert. Die Flughafenbetreiberin, die Flughafen Zürich AG, erneuerte dabei die Werksleitungen und die elektrische Anlagen und erweiterte die bestehende Trafostation und die drei Schaltstationen mit je einem Anbau.

Gut beleuchtet – sicher ans Ziel

Der Flughafen Zürich ist ein traditionsreicher Flughafen, auf dem schon 1948 die ersten Flugzeuge starteten. Er wurde als Interkontinentalflughafen geplant und kontinuierlich erweitert. Mehr als 60 Jahre später ist er als grösster Schweizer Landesflughafen eine wichtige Drehscheibe im Luftverkehr. Am Anfang der Landebahn 16/34 weist das Anflugbefeuerungssystem (Approach Lighting System) dem Piloten den Weg. Dieses Beleuchtungssystem ist kurz vor der Landebahn installiert und besteht aus einer Reihe von Leuchten, Lichtstreifen oder Blitzlichtern. Es dient zum Abschätzen von Flughöhe, -richtung und Versatz während des Landeanflugs. Das Ende der Landebahn ist durch die Endbefeuerung (Runway End Lights) gekennzeichnet. Auf Flugplätzen mit hohem Verkehrsaufkommen wie dem Zürcher Flughafen sind Pistenrandbefeuerungen mit hoher Intensität (Runway Edge Lights) installiert: Sie verbessern besonders bei Nachtflügen die Orientierung. Zusätzlich zeigt eine Mittellinien-Befeuerung (Runway Centre Line Lights) die Lage der Start-Landebahn.

Sichere Stromkreise für die Befeuerung

Die Lichtstärke der Befeuerung orientiert sich an den Sichtverhältnissen. Dies geschieht über unterschiedliche Spannungshöhen in fünf Stufen (1, 3, 10, 30 oder 100 Prozent der Lichtstärke). Bei schlechter Sicht oder bei Gegenlicht muss die Befeuerung eine hohe Lichtstärke haben: Dann sind die höchsten Stufen mit 30 oder 100 Prozent Lichtstärke nötig. Der Pilot bestimmt vor dem Starten und Landen die Lichtstärke der Befeuerung. Die entsprechenden Spannungen wandeln Transformatoren in der Trafostation Nord und den Schaltstationen. Ein Transformator liefert maximal 400 Volt, was einer Lichtstärke von 100 Prozent entspricht. Für die Unterverteilung der Spannungen setzt der Betreiber Hochstrom-Reihenklemmen von Wago ein. Bei den Power-Clamp-Reihenklemmen erzeugt eine Feder den Kontaktdruck zwischen Leiter und Kontaktstelle. „Der Bediener hat darauf keinen Einfluss – er kann somit nichts falsch machen“, sagt Christian Theilkäs, Leiter Stromversorgung und Elektrounterhalt bei der Flughafen Zürich AG. Überzeugt habe die Flughafenbetreiberin zudem, dass diese Art der Kontaktierung wartungsfrei sei. Das sind zwei wichtige Kriterien, damit die elektrischen Verbindungen sicher und langlebig sind. >Der Flughafen Zürich-Kloten setzt zur Unterverteilung der Spannungen für die Befeuerung an die 1000 Reihenkemmen der Serie 285 Power Cage Clamp von Wago ein.

Klemmen für alle Fälle

Die Transformatoren sind für 80 Ampere Nennstrom ausgelegt. Entsprechend hoch müssen auch die Reihenklemmen belastet werden können. Die Serie 285 hält Klemmen für Leiterquerschnitte von 6 bis 95 mm2 bereit. „Für uns ist die 50-mm²-Klemme mit ihrem grossen Querschnittsbereich von 10 bis 50 mm² optimal“, sagt Theilkäs. „Sie ist bis 150 Ampere Nennstrom belastbar und deckt damit die meisten Anwendungsfälle ab. Das reduziert den logistischen Aufwand. „Sollten wir aufgrund von langen Leitungslängen einen grösseren Querschnitt benötigen, können wir auf die 95 mm² der gleichen Serie ausweichen.“ Die unterverteilten Spannungen werden in den Leuchtentransformatoren nochmals auf die entsprechende Lampenspannung gewandelt. Die Lampentransformatoren liefern maximal 200 Watt bei 30 Volt. Der Strom wird auf 6,6 Ampere konstant gehalten.

Hohe Ströme und lange Wege

Zu einer Befeuerungsanlage gehören insgesamt über 200 Leuchten, die vor und entlang der 3,7 Kilometer langen Piste oberirdisch sowie in Unterflursystemen installiert sind. Damit nur geringe Spannungsverluste auf der Zuleitung entstehen, müssen bei Strömen bis 80 Ampere die Leiterquerschnitte gross sein. „Besonderes Augenmerk müssen wir auf die Luft- und Kriechstrecken an den Kontaktstellen legen. Durch die hohen Ströme könnten sonst Kriech- oder Gleitentladungen auftreten“, erklärt Theilkäs. Im ganzen Projekt wurden mehr als 1000 Reihenklemmen der Serie 285 Power Cage Clamp eingesetzt. In einigen Schaltfeldern sind bis zu 50 dieser Klemmen verbaut. Sie lässt sich einfach installieren: Die Kontaktstelle lässt sich mit einem Sechskantschlüssel öffnen und über eine Arretiertaste offen halten. Der grosse Leiterquerschnitt kann dann sorgfältig verlegt werden. Anschliessend wird die Arretierung mit Hilfe des Schlüssels gelöst und die Kontaktstelle geschlossen“, beschreibt Christian Theilkäs. >Bei der Installation wird die Kontaktstelle mit einem Sechskantschlüssel geöffnet und über eine Arretiertaste offen gehalten. Der grosse Leiterquerschnitt kann dann sorgfältig verlegt werden.

Licht erhöht Sicherheit im Gubristtunnel

Mon, 12 Dec 2011 00:03:00 +0100

Im Kanton Zürich führt der Gubristtunnel nordwestlich zwischen Weiningen und Regensdorf an Zürich vorbei. Der gut 3 km lange Tunnel ist seit 1985 für den Verkehr freigegeben. Er ist Teil der A1-Nordumfahrung und verbindet die Autobahnen St. Gallen-Bern (A1) sowie Winterthur-Luzern (A4). Rund 100‘000 Fahrzeuge nutzen werktags diesen Autobahnabschnitt, der zu den am stärksten befahrenen Strassen der Schweiz zählt. Um die Funktionstüchtigkeit zu sichern und neuste Sicherheitsvorschriften zu berücksichtigen, veranlasste das Bundesamt für Strassen (ASTRA) die Erneuerung der gut 25 Jahre alten Elektrounterverteilung. Bei der Realisierung des Projekts legte die Baudirektion des Kantons Zürich zudem Wert auf eine wartungsfreie Kontaktierung, die neben mehr Sicherheit auch die Betriebskosten reduziert.
Die Projekt- und Bauleitung zur Sanierung der Energieversorgung und -verteilung, der Beleuchtung sowie der Sicherheitseinrichtungen übernahm die HDZ Elektroingenieure AG, die Elektroarbeiten führte die IPT Elektro AG (IPT) aus Birmensdorf aus und die Montageaufbauten und die Gehäuseausrüstung realisierte die Firma Dittli AG aus Weiningen. Die neue Elektroverteilung basiert auf Power-Cage-Clamp- und Topjob-S-Reihenklemmen von Wago. >Der Gubristtunnel gehört zur A1-Nordumfahrung und damit zu einer der am stärksten befahrenen Strassen der Schweiz.

Raue Umgebung fordert wartungsfreie Kontaktierung

Der 3200 m lange Tunnel besteht aus zwei richtungsgetrennten Tunnelröhren, die über 12 Querstollen, sogenannte Querschläge, miteinander verbunden sind. Die Elektrounterverteilung zur Elektrifizierung der Beleuchtung befindet sich im Werkleitungskanal, unterhalb der Fahrbahnen. Hier treten Vibrationen auf, welche die Kontaktierung beeinflussen können. „Elektrische Anschlüsse mittels Schraubklemmen müssten daher regelmässig kontrolliert werden und mit einem Drehmomentschlüssel nachgezogen werden“, sagt Frank Eichenberger, Geschäftsführer der IPT. Um diesen Aufwand zu vermeiden, hatte die Baudirektion des Kantons Zürich in der Ausschreibung die wartungsfreie Federklemmtechnik gefordert: Bei dieser Technik wird der Leiter in einer definierten Kontaktzone gegen die Stromschiene gedrückt ohne ihn zu beschädigen. Die Klemmkraft passt sich automatisch dem Leiterquerschnitt an. Eventuelle Leiterverformungen werden ausgeglichen und ein Selbstlockern sicher verhindert. „Daneben mussten die Klemmen aber auch grosse Querschnitte klemmen können, eine gut lesbare Beschriftung ermöglichen sowie einfache Brückungsmöglichkeiten aufweisen“, ergänzt Christoph Lehmann, Geschäftsführer der HDZ. Diese Kriterien treffen auf die Power-Cage-Clamp für Querschnitte bis 95 mm² und auf die Topjob-S bis 16 mm² zu. Beide Serien stammen von Wago und nehmen Streifen auf, die zweizeilig beschriftet werden können. Zudem werden bei Reihenklemmen aus dem Topjob-S-Programm eindrähtige Leiter ohne Betätigungswerkzeug direkt gesteckt. >Je drei Verteilerboxeneinheiten mit Einspeisung sind ungefähr alle 260 Meter im Tunneluntergeschoss installiert.

Neue Verteilung sorgt für mehr Sicherheit

Bei der alten Elektroverteilung war jede neunte Leuchte von einer Unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) gespeist worden. Bei geringem Verkehrsaufkommen schaltete sich die Beleuchtung aus, um Energie zu sparen. Seit 2008 gibt es neue Betriebs- und Sicherheitsanforderungen, die es zu erfüllen gilt. Die neue Verteilung sieht jetzt vor, dass jede zehnte Leuchte von einer USV gespeist wird. Jeder zweite der 12 Querschläge ist einer Fahrbahn zugeordnet: Alle ungerade gezählten Querschläge speisen die Einrichtungen in der einen Röhre, die geraden entsprechend die anderen.
Darüber hinaus sind die neuen Leuchten dimmbar, um die Lichtstärke dem Verkehrsaufkommen anzupassen und trotzdem energieeffizient zu sein. Da die Leitungswege lang sind, werden Verstärker in den Steuerleitungen eingesetzt. Erfahrungsgemäss ist ab 20.30 Uhr nur noch wenig Verkehr auf dem Streckenabschnitt. Da ausreichend gutes Licht die Sicherheit erhöht, werden die Leuchten jetzt, anstatt ausgeschaltet, auf 70 bis 90 Prozent der Lichtstärke gedimmt. Die volle Lichtleistung ist Ereignissen wie einem Unfall oder Pannenfall vorbehalten.
Mit diesen Vorgaben entwickelte IPT Verteilerboxen mit Einspeiseklemmen und Durchgangsklemmen für die geforderten Nennquerschnitte. „Die 3-Leiter-Durchgangsklemmen der Serie 2006 aus dem Topjob-S-Programm haben einen grossen Nennquerschnittsbereich von 0,5 mm² bis 6 mm². Für die Einspeisung ist die 35er-Power-Cage-Clamp ideal, sie klemmt Nennquerschnitte von 6 bis 35 mm². Mit diesen beiden Reihenklemmserien ist der geforderte Querschnittsbereich optimal abgedeckt“, erklärt Frank Eichenberger. „Die gewählten Reihenklemmen haben eine einfache und einheitliche Handhabung – auch bei gemischter Verdrahtung von ein- und mehrdrähtigen Leitern. Durch die Federklemmanschlüsse entfällt die Kontrolle der Kontaktierung, wie sie bei Schraubklemmen notwendig ist“, bestätigt Frank Eichenberger. Die vormontierten Verteilerboxen liessen sich vor Ort schnell anschliessen. IPT installierte ungefähr alle 260 Meter drei 3-phasige Einspeisungen. Die Verteilung ist so gewählt, dass bei Ausfall einer Phase nur jede zehnte Leuchte ausfällt. Fällt ein kompletter Strang aus, bleiben nur drei aufeinanderfolgende Leuchten dunkel. Fallen alle drei Phasen aus, übernimmt die USV die Versorgung jeder zehnten Leuchte. Die USV-Leuchten werden über eine separate Verteilbox gespeist, um sicherzustellen, dass immer mindestens jede zehnte Leuchte in einem Strang im Betrieb ist. >Reihenklemmen der Serie Topjob-S werden für den Anschluss der Lüftung sowie für die Beleuchtung im Untergeschoss verwendet.

Standardkomponenten ersetzen alte Fernwirkanlage

Mon, 12 Dec 2011 00:02:00 +0100

Die Verkehrsbetriebe Biel (VB) sind seit 2001 ein selbstständiges Unternehmen der Stadt Biel. Sie transportieren täglich 38‘000 Fahrgäste sicher und pünktlich durch Stadt und Region. Um das zu bewerkstelligen, sind auf 13 Buslinien rund 50 Fahrzeuge im Einsatz, davon 20 Trolleybusse. Die werden mit 600 Volt Gleichspannung aus dem Oberleitungsnetz betrieben, das von insgesamt sechs Gleichrichterstationen gespeist wird. Die Fernwirkanlage zur Steuerung und Überwachung dieser Stationen war jedoch veraltet: Sie basierte noch auf PDP-11-Computern sowie Systemen des Typs ED-1000. Für diese Komponenten sind keine Ersatzteile mehr erhältlich. Um die Gleichrichterstationen auch in Zukunft sicher steuern und überwachen zu können, entschlossen die VB daher, die alte Anlage zu ersetzen.

Proprietär war gestern

Die VB beauftragten die Hutec Automation AG, die proprietäre Anlage durch eine neue mit Standardkomponenten und -software zu ersetzen. Dadurch sind die VB – bei einem weiterhin guten Preisleistungsverhältnis – nicht mehr auf einen bestimmten Hersteller festgelegt. Die Hutec Automation entschied sich für den Einsatz eines programmierbaren Fernwirkkontrollers von Wago Contact SA, dessen modulares, feldbusunabhängiges I/O-System sie aus anderen Projekten kannte. Mit dem Fernwirkkontroller bietet Wago eine Standardkomponente, die mit dem freien Programmiersystem CoDeSys, nach IEC 61131-3 programmiert werden kann. Gleichzeitig setzt der Kontroller Fernwirkgrössen in Daten um, und zwar gemäss den international genormten Fernwirkprotokollen IEC 60870-5-101 (seriell) oder IEC 60870-5-104 (TCP/IP-basiert). Möglich machen das eine entsprechende CoDeSys-Programmierung im Kontroller sowie eine implementierte CoDeSys-Bibliothek. Da der Fernwirkkontroller eine Komponente des Wago-I/O-Systems ist, stehen zur Einbindung von digitalen und analogen Sensor- und Aktorsignalen eine Vielzahl an I/O-Modulen zur Verfügung. „Das Wago-I/O-System ist nach allen Seiten offen und bietet freie Wahl des Kontrollers, Feldbusses und der Ein- und Ausgangsmodule sowie ein freies Programmiersystem“, sagt Benno Zihlmann, Projektleiter bei Hutec Automation. „Mit diesen Eigenschaften sowie der bereits implementierten CoDeSys-Bibliothek zur Umsetzung der Daten in die genormten Fernwirkprotokolle, ist der Kontroller für diese Anwendung wie geschaffen.“ >Eine der modernisierten Gleichrichterstationen mit neuer Fernwirkanlage.

Anlagenkonzept nutzt Mobilfunknetz

Die Modernisierung umfasste das Leitsystem, die Unterstationen und die Datennetze. Hutec Automation war verantwortlich für die Planungen zum Leitsystem, die Programmierung der Leitstelle und der Unterstationen sowie für den Funktionstest der gesamten Fernwirkanlage. Im neuen Anlagenkonzept sah Hutec Automation als Leitstelle zwei Server mit SCADA-Software, zwei Bedienplätze und eine Alarmunterstation vor. Weiterhin übernimmt pro Gleichrichterstation jeweils ein Fernwirkkontroller die Steuerung und Überwachung der Betriebszustände. Die zu überwachenden Zustands- und Spannungs-signale werden über angereihte I/O-Module am Fernwirkkontroller aufgenommen. Feldseitig stellt der Kontroller ein Fernwirksignal nach IEC 60870-5-104 zur Kommunikation mit der Leitstelle bereit. Da in den Stationen kein leitungsgebundener Übertragungsweg zur Verfügung steht, ist jede Station mit einem GSM-VPN-Ethernet-Router ausgerüstet. Dieser überträgt die Fernwirkdaten ins Mobilfunknetz der Swisscom. Mit deren Dienst LAN-I-over-IPSS wird ein individueller VPN-Tunnel zum Datennetz der Verkehrsbetriebe aufgebaut. Das Datennetz in der Leitstelle nutzt zwei Zugänge: Im Depot ist ein DSL- und in der Verwaltung ein GSM-VPN-Ethernet-Router installiert. Über Lichtwellenleiter sind beide Netze inhouse miteinander verbunden. Der redundante Zugang (mobil und DSL) erhöht die Erreichbarkeit und damit die Verfügbarkeit der Leitstelle. Ein zusätzlicher Fernwirkkontroller im Depot übernimmt zentrale Funktionen wie das Auslösen des Alarmhorns und des Alarmblitzes, die Löschung des akustischen Alarms sowie die General-Aus-Funktion. Zusätzlich wird dort über eine RS-232-Schnittstelle ein GSM-Modem integriert, das im Alarmfall ein SMS an das Bereitschaftspersonal absetzt.

Aufgaben komfortabel gelöst

Dieses Konzept berücksichtigt alle Funktionen der alten Anlage. Der zentrale Server mit SCADA-Software visualisiert an den Bedienplätzen in Depot und Büro der Werkstatt die Betriebszustände der Gleichrichterstationen und des Fahrleitungsnetzes. Der zweite Server dient als Back-up-System. Bei einer Störung in der Gleichrichterstation informiert eine zentrale Alarmunterstation im Depot akustisch und optisch den Betreiber. Ausserdem ermöglicht die Programmierung der Steuerungen und des Servers, die Gleichrichterstationen fernzuschalten – sowohl als Individualfunktion, nach Zeitschaltprogrammen als auch durch eine General-Aus-Funktion. Peter Hostettler, Leiter Technik bei den Verkehrsbetrieben, ist mit der Umsetzung des Projektes zufrieden: „Die Stationen haben einen modernen und einheitlichen Aufbau, der mit wenigen Komponenten auskommt. Die Fernsteuerung und die Benachrichtigung per SMS sind zudem ein grosses Plus.“ >Das Wago-I/O-System mit Fernwirkkontroller erfüllt gleich drei Funktionen: programmierbare Steuerung, Einbindung digitaler und analoger Signale und Bereitstellung international genormter Fernwirkprotokolle.

Imposantes Lichtdesign im Palexpo Genf

Mon, 12 Dec 2011 00:00:00 +0100

Beim Betreten des Kongresszentrums Palexpo beeindruckt das aussergewöhnliche, aber schlichte Design in Schwarz, Weiss und Rot. Verantwortlich für die Gestaltung des Eingangsbereichs inklusive Gastronomie zeichnet das Genfer Architekturbüro Group8. Daneben erteilte die Palexpo SA den Architekten auch den Auftrag, das Kongresszentrum neu zu gestalten: Heute bilden die Leuchten Waben gemäss einem bestimmten mathematischen Algorithmus: Die Formel ermöglicht, ganz unterschiedliche Polygonen zu bilden – in diesem Fall mit vier Seitenlängen. Der Schwerpunkt der Gestaltung liegt bei der Beleuchtung, die steuerbare Leuchten mit eigenem Design umfasst. So entstanden die Projekte „Voronoï“ für das Kongresszentrum (benannt nach dem russischen Mathematiker Georgi Feodosjewitsch Woronoi) sowie „frites“ und „spaghetti“ für den Eingangsbereich und die Gastronomie. Hier machen sogar die Namen Appetit. Die viel genutzten Räumlichkeiten des Geneva Palexpo erlaubten nur ein enges Zeitfenster für die Modernisierung. Das erste Projekt sollte noch vor dem Internationalen Auto-Salon im März 2009 abgeschlossen sein und das zweite noch vor der ITU Telecom-World im Oktober 2009. So verblieben für jedes Projekt lediglich zwei Monate. >Die Abstände zwischen den 61 Leuchten mit je 13 Meter Länge wurden im Projekt „frites“ so gewählt, dass der Betrachter die schwarze Decke kaum wahrnimmt. Ausserdem bilden die unterschiedlichen Höhenlinien der Leuchten Wellen. Jede Leuchte ist eine Einzelanfertigung.

Sonderleuchten mit steckbarem Elektroanschluss

Für beide Projekte entwickelte, fertigte und verlegte die Lumiverre, die darauf spezialisierte Abteilung der IC-Group SA, die Leuchten und abgehängten Decken. Da die Leuchten sowohl Gestaltung als auch Funktion vereinen, war jede Leuchte eine Einzelanfertigung. Damit die Elektroinstallation schnell und ohne grosse Vorplanung vorgenommen werden konnte, wählte das Konstruktionsbüro das steckbare Anschlusssystem Winsta von Wago. Eine Variante dieses Systems basiert auf Flachleitungen, die in IDC-Technik (Insulation Displacement Connection) kontaktiert werden. „Die Leuchten sind Bestandteil der abgehängten Decke – hierfür haben wir eine modulare Anschlusstechnik gesucht, die steckbar ist und bei der Ein- und Ausspeisepunkte weitgehend frei wählen lassen“, sagt Roland Andrey, Geschäftsführer der CI-Group SA, und ergänzt: „Das Steckverbindersystem Winsta mit IDC-Leitungen ist das einzige System auf dem Markt, bei dem die Elektroinstallation so einfach ist.“ Den Elektroanschluss realisierte sein Team mit 5-poligen Flachleitungen sowie Abgriffen mit Phasenwahl. Zusätzlich liess Andrey eine 2-polige Busleitung in 1,5 mm2 verlegen, worüber die DALI-Vorschaltgeräte gesteuert werden. >Die gebogenen Linien-Leuchten des Projekts „spaghetti“ waren eine Herausforderung für das erfahrene Konstruktionsbüro Lumiverre. Besonders schwierig waren die passgenauen Übergänge und Kreuzungen der Leuchtenteile.

Leuchten schnell und einfach anschliessen

Die Balkenleuchten im Projekt „frites“ bereiteten die Monteure mit Snap-in-Buchsen aus der Winsta-Familie „Mini“ vor. Sébastien Noble, bei Lumiverre verantwortlich für die Verdrahtung: „Schon allein die indirekt beleuchtete Wand im Eingangsbereich zum Kongresszentrum enthält rund 100 Leuchten, die wir dank diesem Stecksystem im vorgegebenen Zeitfenster anschliessen konnten. Eine konventionelle Verdrahtung mit Abzweigdosen und einzelnen Klemmen hätte dagegen vor Ort zu viel Zeit gekostet. Mit den vorkonfektionierten Leuchten konnten wir einen Teil der Verdrahtung in die Leuchtenfertigung verlagern.“
Da die Palexpo SA die Wago Contact SA bereits aus früheren Projekten kannte, setzte auch der Schaltschrankbauer, die Ch. Schaub SA, für die Unterverteilung der Elektroleitungen auf das Reihenklemmensystem Topjob S . Dieses ist leicht zu handhaben und bietet verschiedene Möglichkeiten zur Beschriftung. >Die indirekt beleuchtete Wand enthält rund 100 Leuchten. Das Winsta-Steckverbindersystem ermöglichte eine schnelle Elektroinstallation innerhalb des Beleuchtungsobjektes.

Ethernet-Controller steuern einzelne Leuchten

Mit der Automatisierung der Beleuchtung war die Blue Time Concept SA beauftragt. Der Wago-Solution-Provider programmierte die DALI-Steuerung in den Controllern mit SPS-Funktionalität. Allein das Teilprojekt „frites“ benötigt 1200 Adressen zur Identifizierung der Vorschaltgeräte, die „spaghetti“-Leuchten brauchen 400 Adressen und im Kongresszentrum verarbeitet die Steuerung weitere 1500 Adressen, um die Leuchten nach den Projektvorgaben zu steuern. „Insgesamt haben wir in beiden Projekten rund 30‘000 Datenpunkte realisiert“, berichtet Claude-André Cornaz, Geschäftsführer der Blue Time Concept. Zehn Ethernet-Controller (750-841) steuern daher die “frites“-Leuchten und zwei Ethernet-Controller die “spaghetti“-Leuchten im Restaurant Le Poivrier („die Pfeffermühle“).

14 Kilometer Einzeladern

Der Algorithmus im Voronoï-Projekt verspricht unendliche Kombinationen, die immer wieder neue Muster bilden. Die Szenarien dazu steuern ebenfalls zehn Ethernet-Controller. In diesem Projekt waren für die Elektroinstallation 14 Kilometer Einzeladern erforderlich. Der Anschluss erfolgt über das Steckverbindersystem Winsta-Midi. Hierfür wurden die Leuchten mit der Einbauvariante Winsta-Snap-in vorkonfektioniert. Bei der Modernisierung der Besprechungsräume im Umfeld des Kongresszentrums setzten die Planer rund 40 EnOcean-Funktaster zum Schalten der Beleuchtung ein. Die Funktaster vereinfachten die Elektroinstallation wesentlich, da sie keine elektrischen Leitungen benötigen. Um auch diese Räume in die Beleuchtungssteuerung einzubeziehen, ergänzte Blue Time Concept die Ethernet-Controller um RS-485-Schnittstellen. >Mehr als 20 Wago-Ethernet-Controller steuern die Beleuchtung.

Funktionsblöcke erleichtern die Programmierung

Die komplette Programmierung erstellte Blue Time Concept in der CoDeSys-Sprache ST. Pro Controller kamen an die 700 Zeilen Programm zusammen. Vorgefertigte Funktionsbausteine aus der Wago-Bibliothek erleichterten die kundenspezifische Programmierarbeit. „Die Funktionsblöcke für die DALI-Controller sind gut gemacht und dokumentiert. Dadurch war die Programmierung schnell und problemlos möglich“, sagt Thomas Stalder, verantwortlich für die Programmierung bei Blue Time Concept. Bedient und überwacht wird die Beleuchtungssteuerung im Geneva Palexpo zukünftig über rund 25 Eingabegeräte wie Workstations und Panel-PCs. >Beim Topjob-S-Reihenklemmsystem lässt sich die Belegung der Klemmen mithilfe der zweizeiligen Beschriftung die schnell zuordnen.

WEC 2011 – ein Schritt in die nachhaltige Energiezukunft

Thu, 17 Nov 2011 00:00:00 +0100

Es gibt wenig Anzeichen, dass der dringend notwendige Kurswechsel bei den weltweiten Energietrends eingeleitet wurde, so ein Fazit des World Energy Outloooks, den die Internationale Energieagentur IEA Anfang November veröffentlichte. Das Hauptszenario der IEA geht davon aus, dass die Regierungen ihre Verpflichtungen nur vorsichtig umsetzen. Unter diesem Vorzeichen rechnet die IEA mit einem weiteren Anstieg des Energieverbrauchs um einen Drittel zwischen 2010 und 2035. Die CO2-Emissionen würden weiter steigen und langfristig zu einem globalen Temperaturanstieg von über 3,5 °C führen – die Chancen zur Verwirklichung des 2°C-Ziels werden laut der IEA geringer. Der World Energy Outlook bestätigt einmal mehr, dass Handlungsbedarf besteht. Gefordert sind nicht nur Politik und Wirtschaft sondern auch Forschende und Ingenieure. Dies betonte auch Bundesrätin Doris Leuthard an der World Engineers‘ Convention (WEC) im September 2011 in Genf. Sie erinnerte daran, dass alles daran zu setzen sei, den Ressourcenverbrauch zu reduzieren. In den vergangenen Jahren und Jahrzehnten sei durch die Perfektionierung bestehender Technologien schon viel erreicht worden. Die Bundesrätin stellte jedoch klar: „Wir müssen mehr tun. Wir müssen die Rahmenbedingungen zugunsten einer hohen Innovationsleistung im Cleantech-Bereich nachweisbar verbessern.“ Sie machte deutlich, welche fundamentale Rolle die Ingenieure dabei einnehmen. „Wir brauchen neue technologische Lösungen – beim Verkehr, bei der Energiegewinnung und -versorgung, in der Kommunikation.“

Deklaration von Genf

Die World Engineers Convention ist das grösste internationale Treffen der Ingenieursgemeinde und findet alle vier Jahre statt. 2011 stand WEC unter dem Titel „Engineers Power the World – Facing the Global Energy Challenge“, über 1800 Teilnehmer aus aller Welt waren anwesend. WEC 2011 sollte etwas bewirken und zum Handeln aufrufen. Dazu erarbeitete die Ingenieursgemeinde im Vorfeld des Kongresses Antworten auf eine der drängendsten Fragen unserer Zeit: Wie können wir allen Menschen auf der Erde genügend Energie zur Verfügung stellen und dabei unsere Umwelt für künftige Generationen erhalten? >Ruedi Noser: „Entscheidend ist die effiziente Nutzung der Energie.“ Die Organisatoren formulierten dazu Thesen, die weltweit diskutiert wurden. Das Resultat ist die Deklaration von Genf, die an der WEC 2011 verabschiedet wurde. Nationalrat Ruedi Noser, Präsident des Vereins WEC 2011, fasst die Aussagen zusammen: „Um allen Menschen eine gute Lebensqualität zu bieten, müssen alle verfügbaren Energiequellen in Betracht gezogen werden. Entscheidend ist zudem die effiziente Nutzung der Energie.“ Die Technologien dazu seien vorhanden oder in der Pilotphase, hält die Deklaration weiter fest. Noser betont, dass nun die Politik gefordert sei: „Die Umstellung auf eine CO2-arme Energieversorgung hat Kosten zur Folge. Es müssen die richtigen Anreize geschaffen werden, damit sie tragbar sind.“

Forderungen umsetzen

Mit der Deklaration haben die Ingenieure Stellung bezogen. Doch was geschieht nun mit dem Papier? Da sich das Organisationskomitee WEC 2011 um Ruedi Noser bald auflösen wird, liegt der Ball bei der Weltingenieurvereinigung WFEO. „Die WFEO hat die Möglichkeiten und auch das Gewicht, die in der Deklaration genannten Forderungen in die öffentliche Diskussion miteinzubringen“, sagt Noser. Ein Schritt in diese Richtung war die Präsentation des Dokuments am Science and Technology Forum in Kyoto Anfang Oktober. Laut Noser führte der internationale Erarbeitungsprozess der Deklaration zudem dazu, dass verschiedenste Sichtweisen diskutiert wurden: „Die Klima- und Energiediskussion wird auf der Welt sehr unterschiedlich geführt. In Europa ist man stark darum bemüht, den Klimawandel zu verhindern. Man sucht nach ungefährlichen alternativen Energiequellen.“ In den USA sei man jedoch bereits damit beschäftigt, sich auf die Folgen des Klimawandels vorzubereiten, während asiatische Nationen vor der Herausforderung stehen, überhaupt genügend Energie für die aufstrebende Wirtschaft bereitzustellen. Noser ist überzeugt, dass „gerade die chinesische Delegation nach den Diskussion an der WEC 2011 deutlich motivierter ist, die weltweiten CO2-Ziele umzusetzen.“ >Die Herausforderung ist, allen Menschen auf der Erde genügend Energie zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig die Umwelt für künftige Generationen zu erhalten.

Die Schweiz profitiert

Für Stefan Arquint, Generalsekretär von Swiss Engineering, ist die Deklaration auch ein Zeichen, dass die weltweite Ingenieursgemeinde die Herausforderung angenommen hat: „Der Austausch von Experten aus aller Welt ist zwingend notwendig, um die länderspezifischen Problemstellungen gegenseitig zu verstehen, und um Antworten zu finden, die von allen Ländern der Welt akzeptiert und umgesetzt werden können.“ Zudem seien solche Anlässe gute Gelegenheiten, die Schweiz als Standort für Spitzenleistungen in Wissenschaft und Wirtschaft zu präsentieren. “Für die Schweiz wird der Export von Ingenieurdienstleistungen wieder wichtiger, dafür war WEC 2011 ein Werbeträger“, ergänzt Hans-Georg Bächtold, Generalsekretär des SIA. Zudem beginne der zunehmende Mangel an Fachkräften, insbesondere im Bereich Infrastruktur und Energie, die Sicherung des Wohlstandes und der Lebensqualität in unserem Land zu gefährden. „Die Schweiz und die Ingenieurvereinigungen brauchen Anlässe, um mit positiven Signalen an die Öffentlichkeit zu gelangen.“

Winzlinge mit grossem Appetit auf Schadstoffe

Wed, 09 Nov 2011 15:26:00 +0100

Nach der Explosion auf der Erdöl-Plattform Deepwater Horizon am 20. April 2010 sind neben geschätzten 780 Millionen Liter Erdöl auch rund 200‘000 Tonnen klimaschädliches Methangas ins Meer geströmt. Wie Wissenschaftler der Texas A&M University im Wissenschaftsmagazin «Science» kürzlich berichteten, konnten sie bei Messungen vor Ort jedoch weder an der Meeresoberfläche, noch in der Tiefe grosse Mengen Methan registrieren. Dafür fanden die Forscher nur eine Erklärung: Mikroorganismen mussten das organische Gas «gefressen» haben.
Darüber, wie viel Erdöl die Mikroorganismen seit dem Leck am Golf von Mexiko zersetzt haben, geben die Studien zurzeit noch kein einheitliches Bild. Was man von früheren Unfällen jedoch mit Sicherheit weiss: Natürlich vorkommende Mikroorganismen und deren Enzyme sind die effizientesten Helfer beim Abbau von Kohlenwasserstoffen wie Erdöl oder Erdgas. Die Bioremediation – so nennt sich diese Zersetzung von Schadstoffen durch biologische Systeme – ist damit die wohl wichtigste Waffe im Kampf gegen ölverschmutzte Küsten. Das weiss man spätestens seit der Säuberungsaktion nach dem Sinken der Exxon Valdez von 1989 vor der Küste Alaskas. Durch die Düngung von riesigen Küstenabschnitten mit Phosphat und Stickstoff wurde der Hunger der Mikroorganismen künstlich angeregt. Mit durchschlagendem Erfolg: Die Abbaurate des Erdöls stieg laut Studien um das Drei- bis Fünffache.

Suche nach Bodenrettern

Grundsätzlich unterscheidet man heute zwischen zwei Verfahren der Bioremediation: Der Biostimulation – zum Beispiel über Nährstoffzugabe wie im Fall der Exxon Valdez – und der Bioaugmentation. Bei letzterer werden nicht nur die vorhanden Mikroorganismen stimuliert, sondern auch zusätzliche Organismen für den Abbau von Altlasten in die Umwelt eingebracht. Hans-Peter Kohler, Leiter Umweltbiochemie an der Eawag, arbeitet mit Forschern der EPF Lausanne und zwei indischen Hochschulen an einem entsprechenden Verfahren. Die Forscher suchen in einem mehrjährigen Projekt nach Mikroorganismen, die für den Abbau der Chemikalie Hexachlorocyclohexan (HCH) genutzt werden könnten. Über 600‘000 Tonnen HCH wurden weltweit als Pestizid – oft unter dem Namen «Lindan» – eingesetzt, bis die giftige Substanz in den meisten Ländern verboten wurde. In Indien, wo das Pestizid in einzelnen Regionen noch bis heute verwendet wird, sind viele Böden dadurch verseucht – entweder aufgrund von Produktionsstätten oder der Anwendung auf den Feldern.
Hans-Peter Kohler und seine Kollegen suchen im Labor nach natürlich vorkommenden Bakterienstämmen, die HCH abbauen können. Erste Feldversuche mit erfolgversprechenden Kandidaten laufen zurzeit. Besonderes Augenmerk legen die Forscher dabei auf giftige Nebenprodukte, die beim HCH-Abbau entstehen könnten. Deshalb werden regelmässig Bodenproben im Labor untersucht.
Von Ideen, mit gentechnologischen Verfahren Mikroorganismen zu entwickeln, die bei der Tilgung von Schadstoffen besonders effizient sind, hält Kohler dagegen nicht viel: «Für den Schadstoff-Abbau in verseuchten Böden müssen wir grosse Mengen an Mikroorganismen freisetzen. Deshalb sind gentechnologisch erzeugte Organismen heute ein No-Go.» Einzig bei Verfahren in geschlossenen Systemen ohne Umweltkontakt, wie etwa in der Pharmaindustrie, seien solche Organismen eine Option.

Nicht geeignet für Sondermülldeponien

In der Schweiz wird die Bioremediation bereits seit Jahren zur Wasseraufbereitung in Kläranlagen und bei der Bodenbehandlung nach Öllecks eingesetzt. Für die Sanierung von Sondermülldeponien hat sie jedoch keine grosse Bedeutung. Weder beim Rückbau der Sondermülldeponie Bonfol noch in Kölliken werden heute Bioremediationsverfahren eingesetzt. Dort wird das kontaminierte Deponiematerial ausgehoben und anschliessend in Spezialöfen verbrannt. Zwar sei die Bioremediation als Forschungsgebiet interessant und könne in Einzelfällen durchaus zur gesetzeskonformen Bodenbehandlung genutzt werden, sagt Bernhard Hammer, Chef Sektion Altlasten beim Bundesamt für Umwelt. Doch die Wirksamkeit sei in der Praxis oft begrenzt. «Forschung ist das Eine, die Praxis hingegen oft etwas anderes», sagt Hammer.

Mein Handy ist auch ein Rohstofflager

Wed, 09 Nov 2011 15:16:00 +0100

Was haben Sie mit ihrem alten Handy angestellt? Falls Sie es irgendwo zu Hause horten, sind Sie kein Einzelfall: Laut einer Umfrage von Nokia liegen 44 Prozent der gebrauchten Mobiltelefone in Schubladen herum, 25 Prozent werden an Familie oder Freunde verschenkt und etwa 16 Prozent verkauft. Schätzungsweise lagern in Schweizer Haushalten etwa 8 Millionen unbenutzte Handys. Obwohl sich die Schweiz gerne als inoffizielle Recycling-Weltmeisterin brüstet – und das meist zu Recht –, ist sie bei den Handys nicht gerade vorbildlich: Von den jährlich 2,8 Millionen verkauften Geräten gelangen nur 15 Prozent zu den Rückgabestellen. Deshalb sammelte Swico Recycling am Aktionstag "Wahre Werte" 17'000 alte Handys ein. Ziel der Sensibilisierungskampagne war, dass Handy-Recycling so alltäglich wird wie das Sammeln und Wiederverwerten von Altpapier.

Engpass vorprogrammiert?

Warum sich Recycling lohnt, weiss Patrick Wäger von der Empa: "Die heutige Miniaturisierung ist nur dank ganz spezifischer Materialien möglich, für deren Funktionalität eine Vielzahl von bis vor wenigen Jahrzehnten kaum eingesetzten seltenen Metallen verantwortlich ist. Während eine Handy-Leiterplatte in den 1980er-Jahren noch mit wenigen Elementen des Periodensystems auskam, enthält sie heute Schätzungen zufolge bis zu 45 davon." Zwar kommen in einem Mobiltelefon die meisten Elemente nur in vergleichsweise geringen Konzentrationen vor. Doch der weltweite Siegeszug des Handys fällt ins Gewicht: 2008 wurden knapp 1,3 Milliarden Handys verkauft, wobei rund 31 Tonnen Gold, 325 Tonnen Silber und 12 Tonnen Palladium in den Umlauf gebracht wurden. Neben Edelmetallen sind auch eher exotische Metalle wie Gallium, Indium oder Tantal unentbehrlich für die Handyherstellung. Das Problem dabei: Bei einer weltweiten Rücklaufquote von nur drei Prozent findet sehr wenig Material in den Stoffkreislauf zurück. Steuern wir deshalb auf einen Engpass zu? Eine kürzlich veröffentlichte Studie ergab, dass der Jahresbedarf an verschiedenen seltenen Metallen für ausgewählte Zukunftstechnologien im Jahr 2030 um ein Vielfaches höher liegen könnte als noch 2006. Die Versorgung mit seltenen Metallen aus Erzen aber ist bereits heute mit erheblichen Unsicherheiten und Abhängigkeiten verbunden. Werden also seltene Metalle wie Gallium und Indium nicht aus den unzähligen Handys zurückgewonnen, könnten sie später etwa bei der Produktion von dünnen Solarzellen fehlen.

Ein Hauch von Nichts rezyklieren?

Recycling ist also unumgänglich. Dies ist aber bei den seltenen Metallen nicht so einfach, was sich bei Indium gut aufzeigen lässt: Gewonnen wird das Element vor allem in China, wo über 60 Prozent der Reserven vermutet werden. Der Abbau lohnt sich jedoch nur gemeinsam mit Hauptmetallen wie Zink, da sich bei den geringen Konzentrationen von Indium eine alleinige Gewinnung nicht rechnen würde. In Verbindung mit Zinn landet Indium schliesslich als transparenter Leiter im unseren Handy-Displays. Haben wir uns unseres veralteten Handys an einer Swico-Sammelstelle entledigt, wird der Akku von Hand entfernt. Keines der Schweizer Elektrorecycling-Unternehmen verfügt aber über Know-how und Infrastruktur, um seltene Metalle aus Handys rauszufischen. Nur wenige Unternehmen in Europa, wie die belgische Umicore, können dies – wie genau bleibt allerdings ihr Geschäftsgeheimnis. Trotz vertraulichen Zahlen weiss Empa-Forscher Wäger: "Es können nicht alle Metalle gleich effizient wiedergewonnen werden. Bei Gold oder Palladium funktioniert dies sehr gut, bei einem Element wie Tantal hingegen, das in Mikrokondensatoren von Handys vorkommt, eher weniger." Im Falle von Indium findet derzeit ein Recycling aus ausgedienten Konsumgütern – mit Ausnahme von Mobiltelefonen – kaum statt. >Gallium wird vor allem für Solarzellen und Leuchtdioden verwendet.

Den Kreislauf optimieren

"Bei einer Firma wie Umicore ist die Rückgewinnungseffizienz für eine ganze Reihe seltener Metalle auch bei komplexen 'Mischungen' wie in einer Leiterplatte sehr hoch. Anders sieht es in Drittweltländern aus, wo zwar Edelmetalle wie Gold zurückgewonnen werden, häufig jedoch ineffizient und mit negativen Auswirkungen für Mensch und Umwelt", sagt Wäger, der zusammen mit weiteren Forschern im Auftrag der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften SATW eine Schrift zu seltenen Metallen verfasst hat, die Ende Oktober erscheint. Darin werden auch mögliche Lösungsansätze skizziert. Wäger spricht etwa vom Ansatz des "Best of two Worlds": "Die Idee ist, dass der in Entwicklungsländern anfallende Elektronikschrott von Hand zerlegt wird und gewisse Fraktionen wie Leiterplatten zurück nach Europa kommen, in diejenigen Anlagen, die es ermöglichen, seltene Metalle ökoeffizient zurückzugewinnen." Damit ein Mangel an seltenen Metallen aber nicht Zukunftstechnologien wie Windturbinen oder Elektromobile zum Erliegen bringt, braucht es einen ganzheitlichen Ansatz, der auf die Schliessung von Stoffkreisläufen ausgerichtet ist. Hier müssen, so Wäger, speziell auch die Hersteller Verantwortung übernehmen: "Gerade für breit verteilte Elektrogeräte sollten die Hersteller konsumentenfreundliche Rücknahmesysteme anbieten, die es ermöglichen, seltene Metalle so gut wie möglich zurückzugewinnen und einen irreversiblen Verlust durch die Feinverteilung zu vermeiden. Dazu gehört letztlich auch die recyclinggerechte Gestaltung von Produkten – auch wenn es selbst bei optimalem Recycling nie möglich sein wird, alle Metalle wieder in den Stoffkreislauf rückzuführen."

Heute machen wir Partisani!

Wed, 09 Nov 2011 14:59:00 +0100

Hey Mann, was isch denn das für ne Schine*? – Am Kevin sini, dänk. – Boah, dä isch ja so en Dagobert! – Die chasch rauche, Mann. – Schliifts, ey? Hesch en Aff? – Egal, Alter. I hole üs no ne Russesaft. – Dasch bündig!
Wenn Jugendlichen miteinander sprechen, fällt es manch älterem Zuhörer schwer, dem Gespräch zu folgen – man meint, seine eigene Sprache nicht mehr zu kennen. Denn weit mehr als andere soziale Gruppen gehen Jugendliche sehr kreativ mit Sprache um: Sie erfinden neue Begriffe, verwenden Zitate aus Filmen, wandeln englische Wörter ab oder übernehmen Sprechgewohnheiten ihrer fremdsprachigen Kollegen. Nicht selten bezeichnen kritische Stimmen die Sprache der Jugendlichen als niveaulos und als Vermischung von Mundart, Hochdeutsch und Englisch. Verlernen unsere Kinder unsere Sprache?
Dem widerspricht Esther Galliker, Sprachforscherin am Departement für Angewandte Linguistik der ZHAW in Winterthur. Jugendliche seien durchaus in der Lage, ihre Sprechweise der Situation anzupassen, so Galliker kürzlich zur „Obwalden-und-Nidwalden-Zeitung“. Unter Kollegen würden sie sich ganz anders ausdrücken als gegenüber Lehrern, Eltern oder Arbeitgebern.

Sich abgrenzen

Galliker bezeichnet den jugendlichen Sprachgebrauch als Bereicherung und als Motor für die Sprachentwicklung der gesamten Gesellschaft. Denn kaum jemand geht so innovativ und unverkrampft mit der Sprache um. Folglich widerspiegelt die sogenannte Jugendsprache auch den gesellschaftlichen Wandel. Während früher beispielsweise Ausdrücke wie „dufte“ oder „bingo“ als in galten, sind es heute etwa „fresh“ oder „porno“. Dieser Wandel vollzieht sich sehr rasch. Ähnlich grosse Unterschiede finden sich auch von Ort zu Ort. Dies hat damit zu tun, dass Jugendliche ihre Sprache vor allem nutzen, um sich mit ihrer Gruppe zu identifizieren und sich von anderen abzugrenzen, die ihre Begriffe und Sprechweisen nicht verstehen. Wie Kleidung und Musikgeschmack schafft auch die gemeinsame Sprache ein Gefühl der Zusammengehörigkeit. „Die anderen“ sind andere Jugendgruppen und meistens auch die Erwachsenen. Wer sich selber aber als „junggeblieben“ sieht, neigt nicht selten dazu, sich beim Wortschatz der Jugend zu bedienen. So werden Begriffe wie „cool“ oder „krass“ mittlerweile quer durch Bevölkerung benutzt, ebenso die von den Medien breitgetretenen „Jugendwörtern des Jahres“ wie „hobbylos“ (2010) oder „s beschte wos je hets gits“ (2009). Bei der Jugend verlieren diese Wörter indes ihren Reiz – um sich weiterhin abzugrenzen, schaffen sie sich einfach wieder neue.

Einfluss der Migrantensprache

Als Inspiration dienen immer häufiger die modernen Medien und Kommunikationsmittel wie Internet, SMS, Filme oder Computerspiele. Die Jugendlichen bedienen sich etwa bei Werbesprüchen, Filmzitaten oder Songtexten, verfremden sie und stellen sie in einen neuen Kontext. Wörter und Phrasen aus dem Englischen oder dem Hochdeutschen werden zu neuen eigenen Wortkreationen eingedeutscht, etwa „chillen“. Seit ein paar Jahren steigt auch der Einfluss der Migrantensprachen: Neben einzelnen Wörtern („brate“: serbokroatisch für Bruder) übernehmen die Jugendliche auch die spezielle Sprechweise der Secondos – eine Art Ethnodialekt oder „Balkanslang“. In SMS, Chats oder sozialen Netzwerken kommunizieren Jugendliche häufiger als Erwachsene in Mundart. Dazu kommen in der geschriebenen Sprache auch Abkürzungen. („lol“, „n1“, „hdl“) und bewusste Verstösse gegen die Rechtschreiberegeln („kuul“, „geshtr, „wie geiz?“). Weitere Besonderheiten der SMS-Kommunikation untersuchen derzeit die Germanistin Christa Dürscheid und die Romanistin Elisabeth Stark von der Universität Zürich. Knapp 24‘000 SMS haben sie gesammelt – erste Ergebnisse sind für dieses Jahr geplant. >Wie Kleidung und Musikgeschmack schafft auch die gemeinsame Sprache ein Gefühl der Zusammengehörigkeit.

Wortkreationen und Grammatikverstösse

Im Spiel mit der Sprache kreieren Jugendliche zahlreiche neue Begriffe. Meist unbewusst orientieren sie sich dabei an bestimmten Mechanismen, die man in verschiedenen Sprachen antrifft. Gemäss Jannis Androutsopoulos von Institut für Germanistik der Universität Hamburg gehören dazu die folgenden: Typisch ist die Verkürzung („Studi“, „Fascho“) oder Erweiterung von Begriffen („ab-hängen“, „rum-motzen“) sowie sogenannte Gesprächspartikel („ey“, „boah“, „wow“) und intensivierende Ausdrücke („hammer“, „mega“, „fett“). Während sich die bekannten Jugendlexika von Pons und Langenscheidt auf Wortkreationen und „Jugendwörter des Jahres“ konzentrieren, wird jedoch oft übersehen, dass die Sprachkreation weit über Wortkreationen hinausgeht: Ebenso charakteristisch sind Phrasen („ke plan“, „bisch pickt?“ oder harmlos-beschimpfende Anreden („hey Alter“, „hey Mann“). Das Ethnodeutsch verstösst teilweise auch bewusst gegen grammatische Regeln („gömmer Migros?“).

Dialektwörter wiederbelebt

Im Gegensatz zu Deutschland wird Mundart in der Schweiz auf allen sozialen Stufen gesprochen. Das Schweizerdeutsche ist also weit davon entfernt auszusterben – gerade auch dank der Jugend. Nur eine Sprache, die sich laufend der Gesellschaft anpasst, bleibt lebendig und bestehen. Dazu gehört auch, dass sich Dialekte vermischen, was von der vermehrten Mobilität zusätzlich begünstigt wird. Während in gewissen Gegenden deshalb eine Art Mittellandmischung auf dem Vormarsch ist – ein undefinierbarer Dialekt irgendwo zwischen Zürcher-, Luzerner- und Aargauerdeutsch – klaubt die Jugend auch immer wieder verstaubte Ausdrücke aus dem Wortschatz ihrer Grosseltern hervor. Und so könnte es in der S-Bahn demnächst auch so klingen:
Alter, hesch eis gchäppelet? – Seich! Hesch mir Zigarette? – Tue nid gäng guene! – Du bisch ömu ou es Röckli. – Sälber Sissi. I zupfe’s. – Aber hantli!

*Lexikon Partisani: Party
Schine: „Schnecke“
Dagobert: Glückspilz
en Aff ha: betrunken sein
Russesaft: Wodka
fresh: super
porno: super
hobbylos: langweilig
n1: nice one
hdl: hab dich lieb
guene: betteln
Röckli/Sissi: Feigling
hantli: schnell

Der Enthusiasmus der jungen Ingenieure

Wed, 19 Oct 2011 00:00:00 +0200

„Wir erlebten eine geballte Ladung an Emotionen und Willensstärke in der vielköpfigen und kulturell bunt gemischten Truppe. Dies wird die jungen Ingenieurinnen und Ingenieure weiterhin beflügeln“, so das Fazit von Martin Klöti, Institutsleiter an der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW). Klöti begleitete eines der internationalen Teams, die im September in Genf im Rahmen eines Wettbewerbs der World Engineers‘ Convention (WEC) 2011 praktische Lösungen für eine nachhaltige Energiezukunft erarbeiteten. Dass sich die junge Generation engagiert, zeigte ihre grosse Präsenz: Mehr als 400 der rund 1800 Teilnehmer der WEC 2011 waren junge Ingenieurinnen und Ingenieure. Regula Altmann-Jöhl, Organisatorin des Wettbewerbs, ist überzeugt, dass solche Projekte einen wesentlich Beitrag zur Nachwuchsförderung leisten: „Die jungen Menschen haben erlebt, dass ihre Ideen gefragt sind und dass sie mit ihren Vorstellungen über künftige Lösungen für gesellschaftliche Fragen gehört werden.“ Auch die Möglichkeit, sich an einem internationalen Kongress mit Fachleuten austauschen zu können, sei von grosser Bedeutung für die Nachwuchsingenieure. „Die jungen Menschen haben eine grosse Begeisterung ausgestrahlt“, sagt Altmann-Jöhl. „Das Projekt war für alle involvierten Personen ein Gewinn.“ >Mitglieder des Gewinnerteams bedanken sich, nachdem sie den ersten Preis für ihr Modell eines Solarenergiespeichers entgegen nehmen durften. Mit dem Wettbewerb wollten die Organisatoren auch die Zusammenarbeit der jungen Ingenieure über Landesgrenzen und Kulturen hinweg fördern. Professoren von Schweizer Fachhochschulen schrieben dazu Projekte aus, auf die sich junge Menschen aus aller Welt meldeten. Von den zahlreichen Bewerbern erhielten 100 junge Ingenieure aus 26 Nationen die Möglichkeit, an insgesamt 15 Projekten mitzuarbeiten. An der WEC 2011 stellten die Teams ihre Arbeiten einem internationalen Publikum und einer Jury vor. Wissenschaftliche Qualität, Originalität, Nachhaltigkeit, Bedeutung für die Energieindustrie, Öffentlichkeitswirksamkeit, Team und Qualität der Präsentation – neben dem „Bauchgefühl“ der Jurymitglieder waren dies die Kriterien für die Prämierung.

Erster Preis für Solarenergiespeicher

Der erste Preis ging ins Tessin an das Team von Maurizio Barbato und Simone Zavattoni vom Department für Innovative Technologien der Fachhochschule der italienischen Schweiz (SUPSI). Junge Ingenieurinnen und Ingenieure aus Australien, Kanada, Nigeria, Frankreich und der Türkei beschäftigten sich mit der Speicherung von Sonnenenergie in Solarwärmekraftwerken, eine der aussichtsreichsten Technologien in naher Zukunft. Reflektoren bündeln das einfallende Sonnenlicht auf Absorber, die wiederum die Wärme sammeln. Was passiert nun aber, wenn die Sonne nicht scheint, zum Beispiel nachts oder bei schlechtem Wetter? Diese Frage stellten sich die jungen Ingenieure und entwickelten ein Modell für einen Energiespeicher mit Gesteinsschichten. Sie nutzten es, um die Leistungen und Grenzen eines solchen Speichersystems zu berechnen.

Mit Begeisterung und Engagement

Neben dem Gewinnerteam erklommen zwei weitere aussergewöhnliche Projekte das Siegertreppchen: Thomas Matta und Yolanda Leyel vom Institut für Raumentwicklung der Hochschule für Technik Rapperswil (HSR) begleiteten ein Team von jungen Ingenieuren aus Rapperswil, Mosambik, Malawi und Äthiopien. Sie entwickelten auf der Ilha de Moçambique ein Wasserentsorgungszentrum kombiniert mit Sanitär- und Sportanlage und zogen dabei die lokale Bevölkerung in die Planung mit ein. Die Jury war der Ansicht, das Projekt verbessere die Lebensbedingungen der Inselbevölkerung nachhaltig und honorierte es daher mit dem zweiten Platz im Wettbewerb. >Die jungen Ingenieurinnen und Ingenieure aus Mosambik, Malawi, Äthiopien und Rapperswil wurden für die Entwicklung eines Wasserentsorgungs- zentrums in Mosambik geehrt. Das drittplatzierte Projekt analysierte das Markpotenzial für den Einsatz von Organic Rankine Cycles (ORC). ORC bezeichnet einen Prozess, der mit organischen Flüssigkeiten arbeitet. Dabei wird Energie aus Prozessen gewonnen, bei denen niedrig temperierte Abwärme entsteht. Diese wird dann mittels ORC in Elektrizität umgewandelt. Frank Tillenkamp und Martin Lagler vom Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) leiteten die Untersuchung. Daneben beschäftigten sich weitere Teams mit Themen wie dem Niedrigverbrauchsfahrzeug „Biomobil“ oder der Entwicklung von Technologien für erneuerbare Energien für eine Schule in Kenia. Regula Altmann-Jöhl betont denn auch, dass sämtliche Projekte zu würdigen seien: „Alle eingereichten Arbeiten zeigen ein grosses Engagement. Die jungen Ingenieure haben viel geleistet und viel gelernt. Einerseits fachlich, aber auch über die Zusammenarbeit in einem interkulturellen virtuellen und realen Team.“

WEC 2011 - Engineers Power the World

Die World Engineers’ Convention 2011 fand vom 4. bis 9. September 2011 in Genf unter dem Thema “Engineers Power the World – Facing the Global Energy Challenge” statt. Mit rund 1800 Teilnehmern aus über 85 Ländern wurde die Konferenz zum internationalen Treffpunkt der Energieszene. Neben zahlreichen Referaten und Diskussion zu sieben Themenschwerpunkten – von Produktion und Verbrauch von Energie über Gebäude und Megacities bis hin zur Mobilität – gab es auch spezielle Sessions, zum Beispiel zu den Ereignissen in Fukushima. Für die Organisation waren unter anderen die Schweizer Ingenieurorganisationen SIA und Swiss Engineering zuständig. Zu den Trägern gehören die internationalen Organisationen UNESCO und die World Federation of Engineering Organizations (WFEO). Die nächste WEC findet 2015 in Kyoto statt.

Die Rückkehr des Propellers

Wed, 31 Aug 2011 16:00:00 +0200

Aktuell trägt der Luftverkehr zwar „nur“ zwei Prozent zur globalen CO2-Emission und damit zum Klimawandel bei. Aber: Die weltweite Flugzeugflotte wird laut Schätzungen des Flugzeugherstellers Boeing jährlich um 3,2 Prozent wachsen, die Zahl der Passagiere um 4 Prozent. Auch der Konkurrent Airbus kommt auf ähnliche Zahlen. Die Experten vom Advisory Council for Aeronautics Research in Europe (Acare) sind jedoch überzeugt, dass Fliegen erheblich umweltfreundlicher werden kann. In Leitlinien, die sie für die europäische Luftfahrtindustrie erarbeitet haben, fordern sie bis 2020 eine Halbierung der Kohlendioxid- und Lärmemissionen gegenüber 2000; der Ausstoss von Stickoxiden soll gar um 80 Prozent reduziert werden.

Europäische Projekte

Wie kann jedoch die Fliegerei umweltfreundlicher werden? Laut Jürg Wildi von der Ruag Aviation zu einem guten Teil durch technische Massnahmen an der „Wurzel“ selbst, denn die erzeugte Schadstoffmenge ist direkt an den Treibstoffverbrauch gekoppelt. „Beim Flugzeug geht es im Wesentlichen darum, den Luftwiderstand zu reduzieren, leichter zu werden und mit effizienteren Triebwerken zu fliegen.“ Um diese Umweltziele zu erreichen, stehen im Rahmen des europäischen Projekts Clean Sky 1,6 Milliarden Euro für Forschung zur Verfügung. Beteiligt sind alle namhaften Organisationen der Branche wie Airbus oder Rolls Royce und Forschungsinstitute wie die Fraunhofer-Gesellschaft. Auch die Schweizer Ruag Aviation forscht mit. Für Clean Sky entwickelt das Unternehmen aerodynamische Konzepte für Rumpfhinterteile, die auch mit neuartigen Triebwerken ausgerüstet werden könnten. Solche gelten laut Experten als Schlüssel zur Treibstoffeinsparung. „Bezüglich Effizienz schneidet der Propeller sehr gut ab, leider liegt der optimale Betriebspunkt von Propellern und offenen Rotoren jedoch bei etwas kleineren Fluggeschwindigkeiten als jener von herkömmlichen Strahltriebwerken“, so Wildi. „Es ist deshalb zu erwarten, dass künftige Flugzeuge, insbesondere Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge, etwa 100 Kilometer pro Stunde langsamer fliegen werden als heutige Jets.“ >Bei den grossen Flugzeugherstellern ist der Windkanal von Ruag beliebt.

Ummantelung fällt weg

Heute stehen wir kurz vor der Einführung der sogenannten „Geared Turbofan“-Triebwerke, die sich äusserlich nur durch einen etwas grösseren Durchmesser von den bekannten Motoren unterscheiden. In 10 bis 15 Jahren könnte die Ummantelung des Triebwerks ganz wegfallen. Denn gleichzeitig mit dem Durchmesser des Triebwerks wächst auch dessen Luftwiderstand. Sogenannte „Open Fan“-Triebwerke sind dem Propeller ähnlich und weisen zwei gegenläufige Rotoren mit je etwa einem Dutzend geschwungenen Schaufeln auf. Bereits seit den 1990er-Jahren ist diese Technologie bekannt. Damals hatte hatten die Forscher aber technische Probleme, wie zum Beispiel den Lärm, noch nicht im Griff. Heute ist man mit der Entwicklung von offenen Rotoren deutlich weiter. Im Windkanal testet Ruag Aviation zusammen mit Boeing und Rolls Royce in einem „Open Fan“-Projekt das Triebwerk der Zukunft: Ein Ganzmodell mit präzise nachgebildeten „Open Fan“-Antrieben simuliert den Antrieb und seinen Einfluss auf die Aerodynamik des Flugzeugs.

Gemeinsamer Luftraum

Neben Clean Sky ist auf europäischer Ebene vor allem das Sesar-Projekt von Bedeutung. Ähnlich wie die Amerikaner mit ihrem von der Nasa unterstützten „Next Generation Air Transport System“, wollen auch die Europäer ihren Luftraum vereinheitlichen. Heute ist noch jedes Land für seinen eigenen Luftraum verantwortlich. Deshalb ist an jedem Grenzübergang eine Übergabe zwischen Fluglotsen und technischen Systemen notwendig. Vielfach werden die Flugzeuge im Zickzack und nicht in Luftlinie zum Flughafen geführt. Zudem werden gemäss Berechnungen der Association of European Airlines (AEA) in rund zehn Jahren insgesamt 60 der grössten europäischen Flughäfen an ihre Kapazitätsgrenzen stossen; und auch der Luftraum wird eng. Um in Zukunft einen verstopften Himmel und überfüllte Flughäfen zu verhindern, haben sich europäische Flugsicherungen, Hersteller und Flughafenbetreiber wie der Flughafen Zürich auf Initiative der Europäischen Kommission im Sesar-Projekt zusammengeschlossen. Das Budget für die Forschung beträgt insgesamt 2,1 Milliarden Euro. Für die Optimierung des Luftverkehrs, so Marc Rauch, Mediensprecher des Flughafens Zürich, spielen Flughäfen eine entscheidende Rolle: „Wir haben ein hohes Verkehrsaufkommen auf einer relativ kleinen Fläche. Deshalb konnten wir bereits über viele Jahre – sowohl im täglichen Betrieb als auch in Forschungs- und Entwicklungsprojekten – umfassendes Know-how bei der Bodenverkehrsführung und der Verkehrssteuerung erarbeiten. Dieses will die Flughafenbetreiberin zur Definition und Weiterentwicklung neuer Standards in Sesar einbringen.“

Die Gesellschaft ohne Wachstum

Wed, 31 Aug 2011 15:47:00 +0200

Ohne Wirtschaftswachstum auskommen und trotzdem gut leben: Die beiden Ökonominnen Irmi Seidl und Angelika Zahrnt suchen Wege zu einer Gesellschaft, in der das möglich wird. In ihrem jüngst erschienenen Buch „Postwachstumsgesellschaft. Konzepte für die Zukunft“ zeigen sie Probleme in unserer Gesellschaft auf und geben Denkanstösse für eine unabhängige Lebensform. Denn Politik und Wirtschaft halten nach wie vor am Wirtschaftswachstum fest. Eine mögliche Erklärung dafür sehen die beiden Forscherinnen in den zentralen Gesellschafts-, Politik und Wirtschaftsbereichen sowie Institutionen: Diese sind heute so gestaltet, dass sie auf ständiges Wachstum angewiesen sind. Könnten diese Bereiche umgestaltet werden, würde auch der Übergang zu einer Postwachstumsgesellschaft möglich. Seidl erklärt: "Wir wollen Impulse für Erforschung, Entwicklung und Praxis wachstumsunabhängiger Strukturen geben." Ein Wirtschafts- und Gesellschaftssystem, das sich ernsthaft auf eine nachhaltige Entwicklung ausrichtet, könne nicht auf stetem Wachstum beruhen.

Ein Blick zurück

Nach dem zweiten Weltkrieg wurde das Wirtschaftswachstum zu einem wichtigen Ziel der Industrieländer. Damit stiegen der Ressourcen- und Energieverbrauch sowie die Abfallproduktion: Die Schädigung und Zerstörung der Umwelt wuchs mit der Wirtschaft. Dieser Trend hält an – heute stehen wir bereits an einem Punkt, an dem es nicht mehr reicht, den Ressourcenverbrauch zu stabilisieren. Vielmehr muss er gesenkt werden. Da aber das Wirtschaftswachstum noch immer das höchste Ziel ist, sind viele Projekte für eine bessere Umwelt und Nachhaltigkeit zum Scheitern verurteilt. Doch die Wachstumsstrategie ist veraltet – wichtige Probleme der heutigen Zeit kann sie nicht lösen. Argumente, die einst für das Wachstum sprachen, stellten sich als Irrglauben heraus. So galt lange Zeit die Annahme, dass mit dem Wirtschaftswachstum auch Wohlstand, Zufriedenheit und Glück zunähmen. Studien zufolge besteht dieser Zusammenhang bis zu einer Schwelle, die bei der Hälfte des Pro-Kopf-Einkommens heutiger Industrieländer liegt. Danach hat das Wirtschaftswachstum kaum mehr einen Einfluss auf die Lebenszufriedenheit. Laut einer Studie der beiden Soziologen Richard Wilkinson und Kate Pickett ist es in Industrieländern vor allem die Verteilungsgerechtigkeit, welche die Lebensqualität positiv beeinflusst. Eine Gesellschaft, in der Reiche immer reicher und Arme immer ärmer werden, bewegt sich demnach weg von einer hohen Lebensqualität.

Gefahren des Wachstums

Problematisch ist zudem, dass eine aktive Wachstumspolitik auf gesättigte Märkte stösst. Marktpotenziale gibt es aktuell nur noch in Schwellen- und Entwicklungsländern. Doch Mittel- bis langfristig kommt es auch dort zu einer Sättigung. Diese Länder werden dann zunehmend in die globalen Exportmärkte drängen und den Industrieländern Marktanteile wegnehmen. Die aktuelle Wirtschafts- und Finanzlage zeigt die Gefahren der Wachstumsstrategie. Dass noch vielerorts das alte Denkmuster verwurzelt ist, lässt sich an den Reaktionen ablesen: Von der Krise betroffene Branchen werden durch spezielle wirtschaftspolitische Massnahmen unterstützt und staatlich gefördert. Damit soll erneut Wachstum generiert werden. „Diese Massnahmen sind gesamtwirtschaftlich fragwürdig", erklären Seidl und Zahrnt. "Sie zeigen das Unvermögen der Politik, mit Einbrüchen der Wirtschaftsleistung rational und vorausschauend umzugehen und so Krisen zu vermeiden." Weshalb halten Politik und Wirtschaft also weiterhin am Wirtschaftswachstum fest? Aus Sicht der Forscherinnen sprechen die Begrenztheit der Erde und die negativen sozialen und ökologischen Auswirkungen eigentlich gegen diese Strategie. Es müsse daher tiefer liegende Systemzwänge geben, die Wirtschaft und Politik daran festhalten lassen. >Marktpotenziale gibt es nur noch in Schwellen- und Entwicklungsländern.

Übergang zur Postwachstumsgesellschaft

Mögliche Strategien für den Übergang zur Postwachstumsgesellschaft gibt es viele. Ein effektiver Hebel könnte das Geld sein. Die Politik könnte Unterstützungsmassnahmen für weiteres Wachstum einstellen oder Steuervorschriften erlassen. Als einen wesentlichen Schritt sehen die Ökonominnen eine ökologische Steuerreform: Die Verteuerung von Energie und Ressourcen würde einen sorgsamen Umgang mit Rohstoffen bewirken. Sie fordern auch ein Umdenken: Auf internationaler Ebene solle anerkannt werden, dass der Schutz des Klimas oberste Priorität habe. Angelika Zahrnt nennt ein Beispiel: „Wenn sich Klimaforscher einig sind, dass eine Erhöhung der Temperatur um 2°C zu unvorhersehbaren Katastrophen führt, dann müsste diese Überlebensaufgabe wichtiger sein als die weitere Anhäufung von materiellen Gütern.“ Während dem Übergang in die Postwachstumsgesellschaft würden einzelne Bereiche wachsen und andere schrumpfen, wie das bei jeder Entwicklung der Fall ist. Die bisher wachstumsabhängigen Strukturen in Gesellschaft und Wirtschaft müssten so umgestaltet werden, dass sie ihre Funktion weiter erfüllen können – ohne auf das Wachstum angewiesen zu sein. (www.ch-forschung.ch)

Die Natur als Stimmungsmacher

Wed, 31 Aug 2011 15:23:00 +0200

Rocky, der Kater, ist bereits über ein Jahr tot. Luisa W., die 32-jährige Historikerin aus Luzern, leidet bis heute unter dem Verlust. Zehn Jahren begleitete sie das Tier im Kampf gegen ihre wiederkehrenden Depressionen und Ängste. "An schwierigen Tagen gab mir Rocky Kraft und Ruhe", sagt sie. Mit einer neuen Katze ersetzen will sie ihn noch nicht. Ein Jahr danach sucht sie den seelischen Ausgleich lieber in langen Spaziergängen durch die Natur. Wie viele Menschen hat auch Luisa W. intuitiv erkannt: Die Natur tut uns gut. Wer zum Beispiel in der Natur Sport treibt, erholt sich schnell vom Alltagsstress. Wer seinen Hund Gassi führt, bewegt sich und kommt mit anderen Hundefreunden in Kontakt. Mittlerweile belegen auch wissenschaftliche Studien die positive Wirkung unserer natürlichen Umwelt. Als wegweisend gilt ein Experiment aus den 1980er-Jahren: Forscher der Texas-A&M-Universität konnten zeigen, dass Patienten, die von ihrem Spitalbett aus ins Grüne sahen, weniger Schmerzmittel brauchten als Patienten, die an eine Häuserwand blickten. Und in einer aktuellen Untersuchung an der Universität Essex verbesserten sich Stimmung und Selbstbewusstsein von Versuchspersonen, je länger sich diese in der Natur aufhielten.

Verstehen ohne Worte

Die heilsame Wirkung der Natur macht sich auch die Therapie zu Nutze. Davon profitieren zum Beispiel ältere Menschen oder Personen mit einer Behinderung. Auch die Psychiatrische Uniklinik Zürich setzt seit mehreren Jahren Therapiehunde ein. "Die Idee dazu hatte ich aufgrund meiner persönlichen Erfahrungen mit meinem Hund", erzählt Roberto Tavaretti, Leiter Dienste der Direktion "Pflege, Therapien und Sozialdienst". Er geht davon aus, dass die Patienten durch den Kontakt mit den Tieren unter anderem mehr Lebensqualität gewinnen und Aggressionen abbauen können. "Die Hunde ermöglichen ihnen, Zuwendung und Zärtlichkeit zu erfahren und Ängste zu reduzieren", sagt Tavaretti. Die Beschäftigung mit Tieren wirkt auf den Menschen beruhigend und stressmindernd. Studien haben gezeigt, dass Herzfrequenz und Blutdruck sinken und sich die Muskeln entspannen. Manchmal reicht es schon, dass ein Tier sich bloss im selben Raum aufhält. Das Verhalten von Tieren ist echt, spontan und archaisch. Durch Laute, Mimik oder Körperhaltung entsteht so ein Austausch, der direkter, unverfälschter und anspruchsloser ist als die verbale Kommunikation unter Menschen. "Davon profitieren besonders psychisch kranke oder demente Patienten, die sich mit Worten nur schlecht ausdrücken können", sagt Roberto Tavaretti. >Tiere vermitteln ein Gefühl von Sicherheit und Empathie. Ähnliche Erfahrungen macht auch die Psychotherapeutin Elisabeth Frick Tanner aus St. Gallen. Sie teilt Haus und Praxis mit einem Hund, einigen Katzen, Kaninchen, Meerschweinchen und Wellensittichen. "Wir haben immer mit vielen Tieren gelebt", sagt sie. Am Anfang kamen diese eher intuitiv in der Therapie zum Einsatz. In der Zwischenzeit setzt Tanner sie bewusst ein. "Die Tiere vermitteln meinen Patienten ein Gefühl von Sicherheit, Wertschätzung und Empathie", sagt sie. Sie wirken auch als Eisbrecher, schaffen eine entspannte Atmosphäre und bieten Gesprächsstoff. "Und bringen uns immer wieder zum Lachen", betont Frick Tanner.

Natur als Frühwarnsystem

Unter Psychotherapeuten ist jedoch noch umstritten, wie wirkungsvoll die tiergestützte Therapie ist. Die Befürworter begründen die Wirksamkeit mit der sogenannten Biophilie-Hypothese, die der Zoologe Edward O. Wilson 1984 prägte. Danach entwickelte sich der Mensch als Teil der Natur: Er lernte in ihr zu denken und zu fühlen und blieb ihr deshalb bis heute verbunden. Für unsere Vorfahren war es überlebenswichtig, die Zeichen der Natur richtig zu interpretieren. Weil Tiere Gefahren früher wahrnehmen konnten, wurden sie zu einer Art Frühwarnsystem. Das heisst, solange die Katze friedlich döste, konnten sich auch die Menschen entspannen. Wurde das Tier jedoch nervös, war es dringend Zeit, aufmerksam zu werden. Sinngemäss lässt sich das auf unser ganzes Naturerleben übertragen. So stellten Forscher der Universität Michigan in einer 2009 publizierten Studie fest: Versuchspersonen, die eine Stunde durch einen Park spazierten, lösten danach knifflige Gedächtnisaufgaben besser als Versuchspersonen, die in der Stadt unterwegs gewesen waren. Die Forscher vermuten, dass sich die Aufmerksamkeitsmechanismen der Versuchspersonen in der Natur – aber nicht in der Stadt – erholten und danach leistungsfähiger waren. Der Mensch hat gelernt, sich zu erholen, wenn die Natur friedlich erscheint. Im Gegensatz dazu erfordert die hektische Umgebung der Stadt unsere ständige Aufmerksamkeit. "Die Geräusche und Düfte der Natur wirken beruhigend auf mich", sagt auch Luisa W. "Allerdings ist das Erlebnis eingeschränkt, wenn ich im Stadtpark noch immer Motorenlärm höre." Ähnliches gilt auch für naturbelassene Waldgebiete. "Die Fülle von Reizen – wie Totholz und Dickichte – verlangen unsere Aufmerksamkeit", erklärt Dörte Martens, Umweltpsychologin an der Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL. Die Forscherin hat herausgefunden, dass gut gepflegte – also weder verwilderte noch leer gefegte – Wälder den grössten Erholungswert haben.

Grüne Gesundheit

Bei all diesen offensichtlichen Vorteilen des Naturerlebnisses erstaunt es nicht, dass Pädagogen regelmässig klagen, Kinder würden zu wenig Zeit in der Natur verbringen. Neben dem Verlust von Fantasie und Stresstoleranz sehen einige darin sogar eine Ursache für ADHS. "Die Natur ist ein sich täglich verändernder Lern- und Erlebnisraum, der die Kinder mit allen Sinnen fordert", sagt Marcel Fierz, Geschäftsleiter von Silviva, einer Stiftung für Umweltbildung. "Die Kinder sind kreativer, gesünder und zeigen eine höhere Sozialkompetenz." Fierz plädiert deshalb für einen regelmässigen Naturkontakt. Wer also vermehrt der Natur und dem Natürlichen in sich begegnen möchte, hat heute immer mehr Gelegenheiten: Sogenannte Green-Care-Angebote reichen vom "Schlafen im Stroh" über Kneipp-Anlagen bis hin zu "Gesundheitswegen" entlang von Hochstammbäumen, Sammelsteinhaufen und Naturkunstwerken. Gemäss einer Untersuchung der Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz Tänikon gibt es schweizweit zudem rund 550 landwirtschaftliche Familienbetriebe, die sich mit sozialen Leistungen ein Zubrot verdienen. Darunter fallen Höfe, die Erlebnisangebote anbieten, ebenso wie solche, die Menschen in Notsituationen auf dem Hof beherbergen. Was bleibt, ist der persönliche Zugang zur Natur. Er steht uns jederzeit offen: "Für mich ist die Naturbegegnung eine Art Meditation", sagt Luisa W. "Und die gestalte ich selbst." (www.ch-forschung.ch)

Tiergestützte Therapie

Die tiergestützte Therapie wurde Ende der 1960er-Jahre erstmals in den USA angewandt. Mittlerweile gibt es universitäre Lehrgänge und Therapien mit verschiedensten Tierarten vom Lama über das Pferd bis hin zum Delfin. Am häufigsten werden jedoch Hund und Katze eingesetzt. "Wie jemand mit einem Tier umgeht, verrät einiges über ihn", weiss die Psychotherapeutin Elisabeth Frick Tanner. Hat zum Beispiel ein Patient nicht gelernt hat, für seine Wünsche einzutreten, zeigt ihm dies das Tier mit Ungehorsam. Und geht jemand grob mit dem Tier um, weil er vielleicht selber Gewalt erfahren musste, merkt er dies sofort an dessen Rückzug. "Dann greifen wir zum Schutze der Tiere natürlich ein", so Frick Tanner.

Übersicht im Kartoffellager

Mon, 08 Aug 2011 00:00:00 +0200

Kartoffeln werden nach der Ernte oft eingelagert bevor sie weiterverarbeitet werden. In Alchenflüh haben die Geiser agro.com AG aus Langenthal und die Kartoffelzentrale Amt Burgdorf (KAB) ein Zentrum für die Lagerung, Aufbereitung und Verpackung von Kartoffeln gebaut. Die Landwirte aus der Region liefern ihre Ernte mit dem Traktor an. Anschliessend werden die Knollen über Förderbänder transportiert, grob gereinigt und mit Keimhemmmittel behandelt. Die Paletten mit Kartoffeln werden bei 8°C unter grünem Licht eingelagert. Dieses verhindert die Bildung von Solanin, welches die Knollen grün verfärben würde. Später lassen sich die Kartoffeln je nach Bedarf aufbereiten und in Kleinpackungen für den Lebensmittel-Einzelhandel abpacken. Die Lagerhalle mit einer Grundfläche von 10'000 m² ist in mehrere Kühlräume unterteilt, die insgesamt 20‘000 Tonnen Industrie- und Speisekartoffeln fassen. Übers Jahr werden hier 17'000 Tonnen Kartoffeln abgepackt.

Verschiedene Bussysteme

Für die Automation des gesamten Gebäudes ist die FäWa-System AG verantwortlich. Geschäftsführer Franz Wagner nennt die Herausforderung bei diesem Projekt: „Wir haben hier viele unterschiedliche Anlagen von Druckluft und Wärmepumpen über Kühlsysteme, Lüftungsanlagen bis hin zu einer Havarielüftung. Alle sind miteinander vernetzt.“ Die Schwierigkeit der Vernetzung lag aber weniger bei der Grösse – rund 1200 Datenpunkte bilden einen gängigen Umfang für solche Projekte. Es sind vielmehr verschiedene Bussysteme, die zusammenkommen: Im Lager, in der Produktion und in den Büros sind rund 480 Dalileuchten installiert. Hinzu kommen 200 Datenpunkte wie Lichttaster, Präsenzmelder und Storen, die über den Feldbus KNX angesprochen werden sowie die Tür- und Torüberwachung der über 700 Meter langen Aussenhülle. Lüftungsanlagen für Bürogebäude und Mitarbeiterbereiche wie auch die Nachtauskühlung mit Überstromklappen und die Anbindung an die Rauch- und Wärme-Abzugsanlagen (RWA) werden über MP-Bus betrieben. Für die Wärmeerzeugung und Kühlung über Grundwasser wurde eine Verbrauchserfassung über M-Bus integriert. Diese unterschiedlichen Bussysteme aus der Anlage wie auch aus der Gebäudeautomation laufen zentral in einem Leitsystem zusammen. Über eine Visualisierung lässt sich das gesamte Gebäude überwachen und steuern. >Die verschiedenen Bussysteme wurden zusammengefasst und können zentral gesteuert werden.

Vernetzung ist gefragt

In den letzten Jahren sind die Anforderungen an die Gebäudeautomation gestiegen. „Wir müssen immer mehr unterschiedliche Gewerke zusammenfassen. Da braucht es unterschiedliche Busanbindungen“, erklärt Wagner. Weil die gesamte Bürowelt über Ethernet betrieben wird, lag es in Alchenflüh nahe, für andere Bussysteme ebenfalls Ethernet einzusetzen. Diese Strategie führte Wagner schon vor Jahren zu Wago: „Uns gefällt die Philosophie, weil man mit passiven und konventionellen Feldgeräten arbeiten kann.“ Auch die Anbindungsmöglichkeiten an beinahe alle in der Haustechnik eingesetzten Bussysteme war ein Grund, auf Wago zu setzen. Die Modularität des Wago-Systems biete die Möglichkeit, diese Bussysteme schnell zu integrieren. „Somit können wir multifunktionale Gateways schaffen und verschiedene Gewerke vernetzen“, sagt Wagner.

Die Effizienz steigern

Über die zentrale Steuerung sind in Alchenflüh Komponenten und Anlagen von 15 verschiedenen Herstellern zusammengefasst. Wagner erklärt: „Die Lagerraumtechnik wurde komplett geliefert. Wir stellen die Infrastruktur zur Verfügung und sorgen dafür, dass die Abwärme abgeführt wird.“ An allen wichtigen Orten wurden Messpunkte gesetzt. So können sämtliche Anlagenteile controller-übergreifend auf Effizienz optimiert werden. Ausserdem werden von allen Anlagen die Alarme zusammengefasst und zentral visualisiert. Die Gewerke lassen sich nach der Inbetriebnahme weiter verbessern, um die Leistung optimal auszunutzen. Bei Neubauprojekten ist der Trend erkennbar, Prozessabläufe mit der Haustechnik enger zu vernetzen. Im Vergleich zu den Produktionsanlagen ist die Haustechnik günstig. Letztere zu optimieren bedeutet also nur geringe Mehrinvestitionen. Wagner sieht gute Chancen, in Zukunft vermehrt solche Lösungen integrieren zu können: „In der Vergangenheit wurde die Gebäudetechnik in Industriebauten vernachlässigt. Dimmbares Licht in Industriehallen oder ein integrales Energiemanagement sind heute immer gefragter." >Grünes Licht im Kartoffellager verhindert die Bildung von Solanin.

Wege zum Ersatz von Elektroheizungen

Tue, 21 Jun 2011 00:00:00 +0200

Das Effizienz- und Substitutionspotenzial bei Elektroheizungen ist gross, wie das Forschungsprojekt „Elektroheizungen“ Ende 2009 zeigte. Die Schweizerische Agentur für Energieeffizienz (S.A.F.E.) erarbeitete in diesem Projekt mögliche Massnahmen und Vorgehensoptionen zur Reduktion des Stromverbrauchs bei Elektroheizungen. Zunächst lokalisierten Jürg Nipkow und Giuse Togni massgebliche Hindernisse, die den Ersatz von Elektroheizungen behindern: Der grosse Investitionsbedarf für ein neues Heizsystem sowie die gleichzeitig nötigen Verbesserungen der Gebäudehülle stehen einer Neuausrichtung oft entgegen.

Verbrauchsanteil von Bedeutung

Gemäss Roland Brüniger, Programmleiter für die Forschung im Elektrizitätsbereich des Bundesamts für Energie (BFE), bildet dieser wissenschaftliche Ansatz eine wichtige Grundlage für die weiteren Umsetzungsschritte: „Anhand der Umfragen und Recherchen konnte man erkennen, dass zwischen 6 und 12 Prozent des Schweizer Stromverbrauchs durch Elektroheizungen verursacht werden. Zudem haben Aktionen zur Umstellung auf andere Systeme seit den 1990er-Jahren kaum die erhoffte Wirkung gezeigt: Anzahl und Energieverbrauch haben noch zugenommen. Deshalb waren konkrete Ideen gefragt.“ Zwei Jahre nach Abschluss der Studie präsentiert sich ein verändertes Bild: Auf der Grundlage von Forschungsarbeiten, die vom BFE unterstützt wurden, konnten sowohl bei der Argumentation, bei den gesetzlichen Rahmenbedingungen, bei den Förderprogrammen von Bund und Kantonen als auch in der Kommunikation wesentliche Fortschritte erzielt werden. Aus Sicht der Energieeffizienz stellen elektrische Widerstandsheizungen keine nachhaltige Lösung dar. Denn sie nutzen hochwertige elektrische Energie, um niederwertige Raumwärme zu erzeugen. Mit Wärmepumpenanlagen braucht es beispielsweise für die Wärmeerzeugung nur einen Viertel an elektrischer Energie; der Rest stammt von der Umgebungswärme. Für Raumwärme und Wassererwärmung stehen zudem unterschiedliche Systeme für den Einsatz weiterer erneuerbarer Energien zur Verfügung. Denn die Elektrizität werde dringend für Anwendungen benötigt, bei welchen keine Substitutionsmöglichkeiten bestehen, ist Jürg Nipkow überzeugt. Und Guise Togni ergänzt einen weiteren relevanten Punkt: „Es ist im Allgemeinen nicht sinnvoll, in einem bestehenden Gebäude eine Heizungserneuerung zu realisieren, ohne die Gebäudehülle zu verbessern und den Energiebedarf zu reduzieren.“ Damit eröffneten sich meist neue Möglichkeiten zur Auswahl eines alternativen Systems, so Togni. >Jahrgang der installierten Elektroheizungen.

Massnahmen gegen den Strommissbrauch

Auf der Basis von technischen und statistischen Daten sowie von Umfragen bei Elektrizitätswerken und Liegenschaftsbesitzern mit Elektroheizungen wurden im Rahmen des Forschungsprojekts konkrete Massnahmen formuliert. Bei der Überarbeitung der Mustervorschriften der Kantone im Energiebereich haben die Kantone beziehungsweise die Energiefachstellenkonferenz strengere Bedingungen für Elektroheizungen, aber auch für Elektroboiler beschlossen. Diese Vorschriften wurden inzwischen mehrheitlich umgesetzt. 2009 wurden im Rahmen des Stabilisierungsprogramms des Bunds rund 10 Millionen Franken für den Ersatz von Elektroheizungen bewilligt. Innert kurzer Zeit war dieser Betrag ausgeschöpft. Dabei sind Optimierungsschritte möglich, die sowohl die Gebäudehülle als auch die Elektroheizung betreffen, wobei moderne Regelungssysteme eine wichtige Rolle spielen. Weiter kommt auch ein Ersatz der Elektroheizung durch andere Heizsysteme infrage, wie Wärmepumpen, Holzheizungen, Wärme-Kraft-Kopplung oder der Anschluss an ein Nah- und Fernwärmenetz.

Mit Argumenten die Entwicklung wenden

Die Umfragen zeigten, dass in der Deutschschweiz die Elektrospeicherheizungen dominieren, wohingegen in der Romandie und in der italienischen Schweiz Direktheizungen überwiegen. Aufgrund der Angaben der Elektrizitätswerke beträgt die durchschnittlich installierte Leistung bei Direktheizungen 10 Kilowatt und bei Speicherheizungen 17 Kilowatt. Bei einzelnen Elektrizitätswerken erreicht der Anteil des Stromverbrauchs für Elektroheizungen bis zu 18 Prozent des gesamten Stromabsatzes. Ein grosses Sparpotenzial liegt bei den Zweitwohnungen: In der Schweiz stehen rund 420’000 Wohnungen jährlich mehr als 300 Tage leer. Das ganzjährige Halten von Temperaturen über 15°C verbraucht viel Energie. Mit geeigneten Steuergeräten kann eine merkliche Reduktion des Energieverbrauchs erreicht werden, wie ein weiteres Forschungsprojekt zeigt. Mit Unterstützung des BFE untersuchten die Bush Energie GmbH, die Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) in Chur sowie die Arbeitsgemeinschaft Energie-Alternativen (ARENA) Fernsteuerungen für Raumheizungen und formulierten daraus konkrete Empfehlungen. Bei nur zeitweise bewohnten Liegenschaften ermöglichen ferngesteuerte Heizungen, die Raumtemperatur während der Abwesenheit auf Frostschutzniveau abzusenken und damit Heizenergie zu sparen. Per SMS, Telefon oder Internet kann dann eine Aktivierung erfolgen, so dass bei Ankunft die gewünschte Temperatur herrscht. Mit solch einem Regelungskonzept kann die Heizenergie um bis zu 70 Prozent reduziert werden.

Regelung als erster Schritt

Ferner ging aus der Studie hervor, dass die Integration von Fernsteuergeräten oft an den eigentlichen Heizungssteuerungen scheitert, die keine entsprechenden Erweiterungsmöglichkeiten bieten. Eine mögliche Ausweichmassnahme ist die fernsteuerbare Regelung des Raumthermostaten. Der Impuls für eine sinnvolle Nutzung solcher Geräte ist von den Heizungsherstellern inzwischen aufgenommen worden. Zudem wurden aufgrund der Studie die Kommunikationsaktivitäten für Besitzer von Zweitwohnungen und Ferienhäusern verstärkt. Roland Brüniger sagt: „Ausgehend von den Forschungsarbeiten konnten innert kurzer Zeit wesentliche Schritte zur Effizienzsteigerung im Bereich der Elektroheizungen getan werden.“ Mit wirkungsvollen Aktionen wie Energie-Apéros oder der Promotion von Fernsteuerungen auf der Website www.topten.ch werde die Sensibilisierung noch weiter verstärkt. „Zudem sind die Bündner Behörden aktiv geworden und haben in diesem Jahr bei neuen Ferienhäusern den Einbau einer Fernsteuerung zwingend beschlossen: So ist es nicht verwunderlich, ja sogar erfreulich, dass der Markt positiv auf solche Entwicklungen reagiert.“

Weitere Informationen

„Zeitweise belegte Gebäude“: Ratgeber für Hausbesitzer und Verwalter, herausgegeben von Energie Schweiz und der Konferenz kantonaler Energiefachstellen.
Bezug: www.endk.ch/vollzugshilfen.html „Ersatz von Elektroheizungen, Gewinn für Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft“: Broschüre herausgegeben von Greenpeace Schweiz.
Bezug: www.greenpeace.ch

Weltweite Diskussion um die Energiezukunft

Thu, 26 May 2011 09:35:00 +0200

Der weltweite Energieverbrauch wird bis 2030 voraussichtlich um bis zu 40 Prozent steigen. Kann dieser steigende Verbrauch gedeckt werden ohne die Klimaerwärmung weiter zu verstärken? Sind die technischen Lösungen vorhanden und ist eine Umstellung auf eine CO₂-arme Energieversorgung realisierbar und finanziell tragbar?
Zu diesen Fragen nehmen die Ingenieure der World Engineers‘ Convention (WEC) 2011 im „Aufruf von Genf“ Stellung. Der Aufruf wird mit einem Blog auf der Webseite www.wec2011.org international diskutiert; die Diskussionsbeiträge fliessen in eine Deklaration, die an der WEC 2011 im September in Genf verabschiedet wird.

Die Technologien sind vorhanden

Der Aufruf von Genf liefert Antworten auf aktuelle Fragen zur Energieversorgung. Ruedi Noser, Schweizer Nationalrat und Präsident der WEC 2011, fasst den Hauptgedanken des Aufrufs so zusammen: „Eine CO₂-arme Energieversorgung ist realisierbar und in Regionen wie Europa auch finanziell tragbar“. Allein die Sonnenenergie, die täglich die Erde erreicht, übersteigt den gesamten Energieverbrauch der Menschheit um über das 10‘000-fache. Tatsächlich gibt es also genügend Energie, um den steigenden Energiebedarf zu decken – entscheidend ist laut des Aufrufs also nicht in erster Linie die Höhe des Energieverbrauchs. Wichtig ist vielmehr, dass bei der Produktion und dem Verbrauch von Energie wenig Schadstoffe, insbesondere kein CO₂, entstehen. Bereits heute sind Technologien vorhanden, um Energien wie Sonne und Wind zu nutzen, die Effizienz bei der Energieerzeugung und beim Verbrauch zu steigern sowie Netze zu bauen, um die gewonnene Energie zu transportieren und zu verteilen. Auch zur Speicherung stehen verschiedene Möglichkeiten wie Pumpspeicherkraftwerke oder neuartige Batterien zur Verfügung. Damit kann der Ausgleich zwischen Produktion und Verbrauch geschaffen werden. >Ruedi Noser: „Eine CO2-arme Energieversorgung ist realisierbar und in Europa finanziell tragbar“.

CO₂-arme Energieversorgung ist finanzierbar

Noser ist überzeugt: „In Europa könnten die dazu nötigen Investitionen getätigt werden, ohne die Energiekosten wesentlich zu erhöhen.“ Die Ingenieure kommen im Aufruf von Genf zum Schluss, dass einzelne Regionen wie Europa autonom eine Umstellung bei der Energieversorgung vornehmen könnten, ohne einen Wettbewerbsnachteil zu erfahren. Wie sich diese Situation in anderen Teilen der Welt gestaltet, ist unter anderem Teil der Diskussion. Denn Ausgangslage und Bedürfnisse sind sehr unterschiedlich: Während Europa eine Senkung des CO₂-Ausstosses um 20 Prozent bis 2020 verfolgt, wird in den USA die Energie aus fossilen Energieträgern verteuert werden müssen, um das 2-Grad-Ziel zu erreichen. China wiederum wird die Energie gar nicht mit fossilen Energieträgern decken können und deshalb auf erneuerbare Energien setzen. „Europa, die USA und China werden das gleiche Problem – eine nachhaltige und CO₂-arme Energieversorgung aufzubauen – unterschiedlich lösen“, fasst Noser zusammen. WEC 2011 will dazu beitragen, die Ingenieurleistungen Entscheidungsträgern und Öffentlichkeit näher zu bringen und gleichzeitig zu würdigen. Das Programm umfasst sieben Themenbereiche: Global Challenges, Education in Engineering, Mobility and Transport, Buildings and Megacities, Powerplants and Networks, Renewable Energy and Storage sowie Rational End Use and Large Consumers.

Beitrag junger Ingenieure

WEC 2011 will auch die junge Generation ermutigen, die Umwelt- und Energieprobleme anzupacken, und hat dazu das Projekt „Young Engineers“ ins Leben gerufen. Dabei arbeiten junge Ingenieure von März bis August in internationalen Teams an verschiedenen Projekten, die von Schweizer Fachhochschulen ausgeschrieben wurden. Die Hochschulen übernehmen die Betreuung der Teams, die ihre Projekte unter anderem auf einer virtuellen Plattform ausarbeiten. Kurz vor der WEC 2011 treffen sich die Teams in der Schweiz, um die Arbeiten abzuschliessen und eine Präsentation vorzubereiten. Am 4. September werden von der Jury drei bis vier Siegerprojekte auserkoren. Alle Projekte werden am 6. September an der WEC 2011 präsentiert. Der Wettbewerb gibt jungen Ingenieuren die Chance zu zeigen, dass sie in der Lage sind, Lösungen für eine nachhaltige Zukunft zu finden. Bisher konnten 15 Projekte mit insgesamt 101 jungen Ingenieuren besetzt werden. >Die Sonnenenergie, die täglich die Erde erreicht, übersteigt den gesamten Energieverbrauch der Menschheit um über das 10‘000-fache.

WEC 2011 – breit abgestützt Die World Engineers’ Convention 2011 ist national und international breit abgestützt. Für die Organisation sind unter anderen die Schweizer Ingenieurorganisationen SIA und Swiss Engineering zuständig. Zu den Trägern gehören die internationalen Organisationen UNESCO und die World Federation of Engineering Organizations (WFEO), die 15 Millionen Ingenieurinnen und Ingenieure aus 90 Nationen vereinigt. Für die WFEO ist der Anlass eine Chance, die globalen Herausforderungen auf verschiedenen Ebenen anzugehen. Dazu Maria Laffargue, Präsidentin der WFEO: „Wir Ingenieure sind überzeugt, dass die Antworten auf die heutigen Fragen nur von Menschen kommen können, die neben fundiertem Fachwissen ein umfassendes ethisches Verständnis haben.“

World Engineers' Convention 2011
Engineers Power the World – Facing the Global Energy Challenge
4. bis 9. September 2011
Internationales Konferenzzentrum CICG, Genf
www.wec2011.org

Perfekter Skiurlaub bei rentablem Betrieb

Tue, 19 Apr 2011 09:35:00 +0200

Das Wintersportgebiet Lenzerheide erstreckt sich auf einer Fläche von rund 6400 ha, aufgeteilt auf einen Ost- und einen Westhang und damit auf zwei Sonnenhänge. Knapp 40 Liftanlagen befördern die Wintersportler zu den Bergstationen. Sie können auf insgesamt 155 km Piste ins Tal fahren oder in einem der 35 Restaurants einkehren. Die Lenzerheide Bergbahnen AG (LBB AG) hat in den letzten Jahren über 30 Mio. Franken in Beschneiungsanlagen investiert, sodass das Gebiet inzwischen als schneesicher wahrgenommen wird. Neben dem Wintersport erfüllt das Unternehmen auch im Sommer die Wünsche seiner Gäste nach Erholung, Biking oder Wandern. Das zeigt: Ein solches Erholungsgebiet zu betreiben, erfordert einen immensen Aufwand, um den Gästen einen perfekten Urlaub bieten zu können.

Leitsystem bindet alle Gewerke ein

Nachdem im letzten Jahr eine Tiefkühlzelle ausgefallen war und mehrere Tausend Franken Schaden verursacht hat, gab die LBB AG den Startschuss, ein Leitsystem zu installieren. Programmiert wurde das übergeordnete Leitsystem von AZ-Systems aus Grüsch; seine Basis bilden dezentrale KNX-Knoten von Wago. Die dezentral automatisierten Stationen kommunizieren via Ethernet mit dem Leitsystem und steuern und überwachen die einzelnen Gewerke. Dazu zählen: Energie- und Wasserversorgung, Zutrittskontrolle, Alarmierung, Bahnanlagen, Öltanks sowie die Gastronomie. Ausserdem soll ein Energiemanagement berücksichtigt werden, das Aufschluss über die Lastverteilung gibt und den Leistungsbezug durch gezieltes Ein- und Abschalten der Verbraucher optimiert. Die Heizanlagen der weit im Gelände verteilten Gebäudekönnen zudem in Abhängigkeit der Witterungssituation ein- oder ausgeschaltet werden. Daraus resultiert eine enorme Zeiteinsparung. „Wenn wir schon ein Leitsystem aufbauen, dann wollen wir auch umfassende Informationen erhalten und ein Energiemanagementsystem installieren. Es wird die Betriebskosten senken und das System schnell amortisieren“, sagt Samuel Lorez, Leiter Facility Management und Mitglied der Geschäftsführung bei der LBB AG. Die Grösse des Erholungsgebiets und die örtlichen Gegebenheiten lassen nur Teilprojekte zu. So hat das Unternehmen für den Aufbau des Leitsystems einen Zeitraum von fünf Jahren eingeplant. Dann sollen die Gebäude und Prozesse von 20 Stationen über das Leitsystem gesteuert und überwacht werden. Voraussetzung dafür sind vorhandene Telekommunikationsleitungen. Die LBB AG betreibt daher, teilweise zusammen mit der Swisscom, ein umfassendes Glasfasernetz für Telefon und die gewünschte Datenübertragung (Skidaten, Zeiterfassung, Voice over IP, Steuerung der Bahnanlagen, Webcams, Beschneiungsanlage sowie das neue Leitsystem). >KNX-Controller automatisieren dezentral die verschiedenen Gewerke und kommunizieren mit dem Leitsystem.

Diplomarbeit ebnet Geschäftstätigkeit

Im Rahmen ihrer Diplomarbeit „Retrofit an komplexen Gebäuden“ realisierten Corsin Alig und Martin Zogg für die Hochschule Technik und Wirtschaft (HTW) Chur ein Leitsystem zur Steuerung von Licht und Lüftung, um deren Gebäudemanagement zu vereinfachen und das Energiemanagement zu optimieren. Technisch basiert das Konzept auf dem feldbusunabhängigen Wago-I/O-System mit frei programmierbaren Controllern. Für die Jungingenieure war diese Diplomarbeit, die mit einem Sonderpreis ausgezeichnet wurde, der Startschuss in die Selbständigkeit als AZ Systems GmbH. Im Juli 2009 stellten sie sich bei Samuel Lorez als frisch gebackene Wago Solution Provider vor. Da Lorez das Energiemanagement als sehr wichtig betrachtete, beauftragte er AZ Systems, zunächst die Elektroheizungen und die Wasserversorgung am Rothorngipfel sowie die Förderpumpe des Speichersees Valos zu automatisieren und ins Energiemanagement einzubinden.

KNX-Controller steuert Wasserversorgung

In der Nähe von Valos auf 1640 m ü. M. liegt ein Speichersee mit einer Wasserkapazität von rund 150‘000 m³, die für die Beschneiung der Pisten verwendet wird. In der nahegelegenen Pumpstation sind fünf Pumpen mit einer Gesamtleistung von zurzeit 1,6 MW installiert. Im Endausbau werden es 2,5 MW sein, was dem Betreiber ermöglicht, Wassermengen von 400 l/s zu verschneien. Weiterhin ist in der Pumpstation eine Pumpe für die Frischwasserversorgung des Piz Scalottas (2323 m) installiert. Die Wasserversorgung wird durch einen KNX-Knoten mit analogen Ein- und Ausgangsklemmen angesteuert. Entsprechende Sensoren überwachen den Primärdruck, den Sekundärdruck sowie die Temperatur der Druckpumpe. Ein Niveausensor misst den aktuellen Füllstand im Reservoir des Piz Scalottas. Wird ein gewisses Niveau im Reservoir unterschritten schaltet die Pumpe (140 l/min, 65 bar) nach vorheriger akustischer Vorwarnung automatisch ein. Die Druckerhöhung zur Versorgung des Restaurants Scalottas wurde früher mit Druckschaltern (4 bis 6 bar) realisiert; jetzt werden die Pumpen über Frequenzumformer angesteuert. Der Druck wird auf den Sollwert von 5 bar geregelt. „Der KNX-Controller übernimmt hier die komplette Steuerung, die Frequenzumrichter führen lediglich die Befehle aus. Zwei Pumpen wechseln sich alternierend ab. Steht ein Serviceintervall an, wird ein SMS ans Servicepersonal ausgelöst“, beschreibt Martin Zogg die realisierte Automatisierungslösung. >DALI-Leuchten sorgen für angenehmes Licht im Restaurant Scalottas. Die Steuerung passt die Lichtstärke dem Tageslicht an.

Messklemme integriert Energiemanagement

In allen Stationen sind 3-Phasen-Leistungsmessklemmen eingesetzt, um den Leistungsbedarf zu erfassen. Sie werden als I/O-Busklemme am Controller angereiht und liefern die Strom- und Spannungswerte sowie den Leistungsfaktor für das Energiemanagement. Auf diese Weise lassen sich Zeiträume mit hoher Leistungsanforderung ermitteln. „Diese Leistungspeaks können vermieden werden, wenn beispielsweise die Warmwasserbereitung zeitlich verlagert wird. Auch Kühlanlagen können später eingeschaltet werden. Ziel ist es, dadurch eine gleichmässigere Auslastung zu erhalten“, erklärt Samuel Lorez. Zur Wasserversorgung gehört auch das Abwassermanagement: Am Standort des Restaurants Scalottas sind Abwassertanks mit 1500 und 4500 Litern Fassungsvermögen aufgestellt. Das Abwasser wird zunächst in den kleineren Tank geleitet und später in den grösseren umgepumpt. Zuvor wurden die Feststoffe in einem Muncher zerkleinert. Ist der grosse Tank bis zu 80% befüllt, wird die Klappe zum Talablauf geöffnet. Die grosse Ablaufmenge verhindert ein Einfrieren des Abwassers. Eine Störung des Vorgangs wird über die Stromaufnahme des Munchers überwacht, bei ungefähr 8 A setzen automatisch ein Rückwärtslauf und ein neuer Versuch ein. Scheitert auch dieser, erfasst der I/O-Knoten die Störung „Umwälzpumpe Fäkalien“ als Alarm und schickt automatisch ein SMS an das Servicepersonal und die Betriebsleitung.

Wettersensoren liefern Parameter

Mit Hilfe von Wettersensoren werden klimatische Veränderungen in die Steuerungen einbezogen. So werden beispielsweise bei starkem Wind die entsprechenden Personen via E-Mail und SMS alarmiert. Die daraufhin vorgenommenen Massnahmen erhöhen die Betriebssicherheit der Bahnanlagen. Im Panorama-Restaurant Rothorngipfel steuert ein KNX-Controller über DALI-Busklemmen die Deckenleuchten tageslichtabhängig. DALI ist ein Protokoll zur Steuerung der Lichttechnik. Dazu wird die aktuelle Lichtstärke herangezogen und die Beleuchtung ab 50 Lux zugeschaltet. Das Licht kann zentral ausgeschaltet werden oder gestuft nach Szenarien beispielsweise mit Fluchtweg. Auch die Heizung ist mit Hilfe des Wettersensors aussentemperaturgeführt geregelt.

Visualisierung intuitiv bedienen

Corsin Alig und Martin Zogg setzten die Visualisierung nach den Vorstellungen von Samuel Lorez um. Zuvor liessen sie hierzu ein Design von einem Industriedesigner erstellen, das auf einer Studie zur intuitiven Bedienbarkeit beruht. Sobald ein erstes System in Betrieb ging, testeten die AZ-Systems-Ingenieure ihre Visualisierung am Servicepersonal. Es verlässt jeweils als letztes die Gastronomie und muss demzufolge die Visualisierung zur Gebäudeautomation bedienen können. Das Experiment klappte auf Anhieb. Die selbsterklärende Bedienoberfläche zeigt Statusanzeige, Modus, Zeiten sowie die aktuelle Betriebsstunden der Pumpen. >Die Pumpstation am Speichersee in der Nähe von Valos beherbergt fünf Pumpen mit einer Gesamtleistung von 1,6 MW für die Beschneiungsanlage. Auch die Pumpe zur Wasserversorgung des Restaurant Scalottas ist hier untergebracht.

Nächste Schritte sind geplant

„Mit dem Wago-I/O-System lassen sich lokale Steuerungen realisieren, die den Betrieb optimieren und den Gästen mehr Komfort bieten“, beschreibt Facility Manager Samuel Lorez das Projekt. „Wir erhalten Informationen zu anstehenden Alarmen, Füllständen oder Stromaufnahmen und steuern beispielsweise das Licht in den Restaurants tageslichtabhängig.“ Ein weiteres Teilprojekt soll Ende dieses Jahres abgeschlossen sein: Es vernetzt die Stationen Verwaltung, Mittelstation Scharmoin und das Bergrestaurant am Rothorngipfel. Zukünftig will der innovative Techniker Lorez auch die Trafoanlage im Mittelspannungsbereich (11 kV) überwachen und die Schaltanlagen vernetzen. Hierfür liebäugelt er mit dem Fernwirkcontroller. Und in einem übernächsten Schritt plant Lorez, auch das Condition Monitoring bei den Bahnanlagen zu integrieren, um Verschleiss frühzeitig erkennen zu können.

Bauherrin: Lenzerheide Bergbahnen, 7078 Lenzerheide
Engineering: AZ Systems, 7214 Grüsch
Lieferant Automationskomponenten: Wago Contact SA, 1564 Domdidier

Ingenieure dringend gesucht

Wed, 16 Feb 2011 11:11:00 +0100

Das Problem ist seit mehr als zehn Jahren bekannt: Schweizer Unternehmen finden zu wenige Ingenieure auf dem Schweizer Arbeitsmarkt. Im Oktober 2007 erreichte der Fachkräftemangel dann seinen vorläufigen Höchststand: 20'000 offene Stellen warteten vergeblich auf Absolventen eines Studiums in Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften oder Technik (MINT). Demgegenüber waren nur gerade 2000 stellensuchende MINT-Fachkräfte registriert – unter dem Strich fehlten also 18'000 Arbeitskräfte. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie, die das Büro für arbeits- und sozialpolitische Studien (BASS) 2010 im Auftrag des Staatssekretariats für Bildung und Forschung verfasste. Weil die Wirtschaft in den Folgejahren von der Krise eingeholt wurde, verkleinerte sich zwar diese "Fachkräftelücke". Die aktuellsten Daten vom März 2009 zeigen 16'000 offene Stellen und nur 2000 stellensuchende Fachkräfte – es fehlten also noch immer mehr als zwei Absolventenjahrgänge aller Schweizer Universitäten und Fachhochschulen.

Vor allem KMU betroffen

"In erster Linie suchen wir Bau- und Elektroingenieure", sagt Mauro Pellegrini, Geschäftsleitungsmitglied des Ingenieurbüros Maggia in Locarno und Zentralpräsident von Swiss Engineering, dem Berufsverband der Ingenieure und Architekten. Zurzeit bietet das KMU, das schweizweit rund 80 Ingenieure beschäftigt, sechs Ingenieurstellen an. Die MINT-Studie zeigt Ähnliches: Am meisten ausgeprägt ist der Mangel bei den Ingenieuren aus dem Bauwesen (4200) und aus der Technik (4400), darunter vor allem bei den Elektro-, Mikro- und Maschineningenieure. Im Gegensatz dazu fehlten „nur“ 3700 Informatiker und 1800 Mathematiker sowie Naturwissenschaftler. Die Folgen für die Unternehmen sind vielfältig und reichen von langen Vakanzen über verzögerte Neueinstellungen bis hin zu höheren Rekrutierungskosten. "Grossunternehmen sind allerdings weniger stark betroffen als KMU", sagt Matthias Gehrig, Ökonom und Hauptautor der MINT-Studie. "Wahrscheinlich bieten sie den Stellensuchenden tendenziell attraktivere Jobinhalte und Löhne und haben zudem ein effektiveres Recruiting."

Die Lücke wächst

Zwar hängt der Ingenieurmangel stark von der Konjunktur ab, er hat aber auch einen strukturellen Anteil. Gemäss der MINT-Studie beträgt diese strukturelle Lücke in der Schweiz rund 10'000 fehlende MINT-Fachkräfte – "diese Lücke resultiert bei einem Wachstum des BIP in der Höhe von 1,7 bis 2 Prozent", führt Gehrig aus. Ursache ist der Strukturwandel der letzten Jahrzehnte, der zu einer technologieaffinen Wissensgesellschaft führte, die heute zehnmal so viele technische Fachkräfte benötigt als noch im Jahr 1950. Die heutige Schweiz lebt von Brainpower – Forschung und Innovation sind ihre Motoren. Das zeigt sich auch an der Einwanderung: Statt Bauarbeiter kommen heute Akademiker in die Schweiz – ohne sie wäre der Strukturwandel nicht zu bewältigen. Und angesichts der Herausforderungen in den Bereichen Energie, Mobilität und Ressourcen dürften Ingenieurdienstleistungen in Zukunft noch weiter an Bedeutung gewinnen.

Positive Trendwende

Lange standen jedoch die Studieneintritte in den klassischen Ingenieurdisziplinen im Gegensatz dazu: Gemäss Berichten des Bundesamts für Statistik und der OECD, nahm der Anteil der MINT-Studierenden seit Ende der 1990er-Jahre ab. Hinzu kommt die demografische Entwicklung hin zu einer überalterten Gesellschaft. Allmählich zeichnet sich eine positive Trendwende ab: 2009 und 2010 waren wieder mehr Studieneintritte in den technischen Disziplinen zu verbuchen, sagt eine Studie des Vereins Engineers Shape our Future (IngCH) von 2010. Mit 15% Zuwachs an den Universitäten und Eidgenössischen Technischen Hochschulen (ETH) überragen die Ingenieurswissenschaften die anderen Studienrichtungen deutlich. Allerdings: Bis diese Studierenden auf dem Arbeitsmarkt verfügbar sind, dürfte sich die Schere zwischen Angebot und Nachfrage noch einige Jahre weiter öffnen. Denn zurzeit ist die Zahl der Abschlüsse auf Diplomniveau noch immer rückläufig.

Unterschiedliche Erwartungen

Häufig finden Unternehmen und Ingenieur schlicht nicht zusammen: Denn die Anforderungsprofile der Unternehmen sind hoch gesteckt und eng gefasst. Je mehr sich die Technik diversifiziert, desto spezifischer müssen auch die Kenntnisse der gesuchten Ingenieure sein. "Wir brauchen erfahrene Fachkräfte mit der Bereitschaft zur Mobilität", bestätigt Mauro Pellegrini. "Da wir schweizweit tätig sind, sind zudem mindestens zwei Landessprachen Pflicht". Deshalb sei es insbesondere schwierig, im Ausland zu rekrutieren. Umgekehrt stellen auch die Arbeitnehmer Forderungen: Mehr als früher legen sie Wert auf ein Privatleben, das diesen Namen verdient. Bezogen auf ihre Arbeit erwarten sie zudem in erster Linie vielseitige Arbeitsinhalte, berufliche Perspektiven und Weiterbildungsmöglichkeiten, wie die diesjährige Salärumfrage von Swiss Engineering zeigt.

Weiterbildung tut Not

"Häufig stimmen Angebot und Nachfrage nicht überein", sagt Daniel Löhr, Personalberater bei der E.M.S. AG und Mitglied des Zentralvorstands von Swiss Engineering. Dies könne sowohl Persönlichkeit als auch Potenzial und Fachkenntnisse betreffen. "Beide Seiten erkennen oft nicht, dass sie dies mit wenig Aufwand korrigieren könnten – indem sie nämlich in die gemeinsame Zukunft investieren", so Löhr. Ein Ingenieur solle sich modular weiterbilden können – und zwar auch in fachfremden Disziplinen, je nachdem, welche Kenntnisse vom Arbeitgeber verlangt werden. Die Unternehmen ihrerseits dürfen nicht länger darauf warten, den einen passenden Ingenieur für eine bestimmte Stelle zu finden, sondern müssen vermehrt in die Weiterbildung der Mitarbeitenden investieren. Dazu eignen sich interne Weiterbildungen, Trainee-Programme oder Praktika. "Wir arbeiten sehr nahe mit Fachhochschulen zusammen und führen regelmässig gemeinsame Projekte durch", sagt Stephan Rüegg, Marketing Manager bei Schalter-Hersteller EAO. "Gute Leute versuchen wir dann zu behalten."

Löhne sind eher tief

Ein weiterer Grund für den Mangel an Fachkräften: Nach einigen Jahren als Spezialisten in Forschung oder Produktentwicklung schlagen ältere Ingenieure häufig eine Management-Laufbahn ein oder wechseln in Branchen wie Consulting oder Finanz – dort erwarten sie in der Regel bessere Karrieremöglichkeiten und höhere Gehälter. Unternehmen müssen sich deshalb bewusst sein, dass die branchenüblichen Löhne die Zahl verfügbarer Fachkräfte beeinflussen können. Denn allgemein verdienen Ingenieure in der Schweiz – verglichen mit gewissen anderen akademischen Fachrichtungen – heute eher wenig. Zwar konnten sie 2010 ihren Bruttojahreslohn steigern, doch nur marginal auf 120'000 Franken (Median), sagt die Salärstudie von Swiss Engineering.
Ob höhere Löhne aber auch mehr Studenten in die technischen Fächer locken, ist aber offen. Arbeitsmarktüberlegungen spielen beim Entscheid für ein Studium grundsätzlich nur eine untergeordnete Rolle: "Abgesehen vom Geschlecht sind das Interesse für Technik und die Leistungsfähigkeit in Mathematik die wichtigsten Faktoren", so Matthias Gehrig. Gemäss der MINT-Studie stehen beide Faktoren im Alter von 15 Jahren bereits hochgradig fest. Verschiedene Initiativen von Politik, Behörden, Industrie und Bildungsinstitutionen zielen deshalb darauf, Schülerinnen und Schüler möglichst frühzeitig und auf allen Schulstufen mit MINT-Fächern in Kontakt zu bringen.

Wo bleiben die Frauen?

Besonders wichtig ist die Nachwuchsförderung bei Mädchen. Denn die Wahrscheinlichkeit, dass ein 15-jähriger Schüler ein MINT-Studium macht, ist 5-Mal grösser als bei seiner gleichaltrigen Kollegin, schreiben die BASS-Forscher. Die Studie von IngCH zeigte zudem, dass 2010 zwar leicht mehr Frauen ein technisches Studium beginnen als letztes Jahr (27% an den Unis und ETH, 16% an den Fachhochschulen), dass aber noch deutlich weniger ein solches abschliessen (23% an den Unis und ETH, 13% an den Fachhochschulen). Um den Beruf für Frauen attraktiver zu machen, sind auch die Unternehmen gefordert, die Vereinbarkeit von Beruf und Familie weiter zu fördern und entsprechende Rollenmodelle aktiv zu propagieren. Nicht zuletzt zeigt die Salärumfrage von Swiss Engineering, dass Ingenieurinnen und Architektinnen noch rund 7000 Franken pro Jahr weniger verdienen als ihre männlichen Kollegen.

Salärstudie von Swiss Engineering
Die Salärstudie 2010/11 können Nicht-Mitglieder bestellen unter www.swissengineering.ch.
Ingenieure und Ingenieurinnen sind zudem aufgerufen, sich an der Umfrage 2011/12 zu beteiligen: Infos im Internet.

Wertschätzung spiegelt sich im Gehalt

Wed, 16 Feb 2011 00:00:00 +0100

Ingenieure und Architekten konnten auch 2010 ihren Bruttojahreslohn steigern – jedoch nur moderat auf 120'000 Franken. Dies zeigt die jährliche Salärstudie des Berufsverbands Swiss Engineering bei 3800 Ingenieuren und Architekten. Die Steigerung betrifft alle Branchen mit Ausnahme der krisengeschüttelten Maschinen- und Metallbranche, wo die Löhne stagnierten. Zusammen mit dem Baugewerbe und der Branche Heizung/Lüftung/Klima bildet sie das Schlusslicht der Rangliste. Besonders gut verdienen im Gegensatz dazu Ingenieure und Architekten aus den Bereichen Finanz und Telekommunikation. Neben der Branche hat auch die Studienrichtung einen wesentlichen Einfluss auf die Höhe des Gehalts: Während Betriebs-, Chemie- und Agronomieingenieure mit deutlich besseren Salären rechnen dürfen als der Durchschnitt, verdienen Holzbauingenieure und Architekten am wenigsten – mit gut 30'000 Franken Abstand auf die Spitzenverdiener. Kleiner ist der Unterschied zwischen den Geschlechtern: Ingenieurinnen und Architektinnen erhalten rund 7000 Franken weniger als ihre männlichen Kollegen.

Wissen verliert an Wert

Doch unabhängig von der Höhe des Gehalts – kurz vor der Pensionierung muss mit Einbussen gerechnet werden. Der Spitzenverdienst von Ingenieuren und Architekten liegt bei durchschnittlich 142'000 Franken mit etwa 60 Jahren und in einigen Branchen dürfte das Gehaltsmaximum sogar in früheren Jahren erreicht werden. Darüber erstaunt zeigt sich Daniel Löhr, Personalberater bei E.M.S. AG und Mitglied des Zentralvorstands von Swiss Engineering: "Zählen sollte eigentlich nicht das Alter, sondern die Leistung eines Mitarbeitenden." Erklären lasse sich dies teilweise damit, dass ältere Arbeitnehmende seltener ihre Arbeitsstelle wechselten. In Folge komme es zu keinem Lohnsprung, wie sonst bei Stellenwechseln üblich. Eva-Maria Aulich vom Institut für Strategie und Unternehmensökonomik der Universität Zürich hat eine weitere Erklärung: "Das Wissen der älteren Mitarbeitenden verliert an Wert, je näher die Pensionierung rückt." Gemäss der sogenannten Humankapitaltheorie unterliege das Humankapital wie das Sachkapital einer Abschreibungsrate. "Sinkt der Wert seines Wissens, fällt auch das Salär des Mitarbeitenden." Ein Gegenmittel, so Aulich, sei lebenslanges Lernen, das auch Ingenieure und Architekten verinnerlichen müssten. Gemäss der Salärstudie von Swiss Engineering sind bei diesen vor allem Einzelkurse und Nachdiplom-Studiengänge beliebt. Während in der Deutschschweiz mehr als ein Drittel über ein Nachdiplom verfügen, sind es in der Westschweiz und im Tessin aber weniger als 20 Prozent.

KMU werden unterschätzt

In der Regel tragen die Unternehmen die Kosten für eine betriebsinterne Weiterbildung. Sie sind jedoch nicht immer dazu bereit, wenn der Angestellte das Wissen auch beim nächsten Arbeitgeber einsetzen kann. Zahlt der Angestellte die Weiterbildung in solchen Fällen selber, muss er die Investition langfristig durch ein höheres Salär amortisieren können. "Am schnellsten geht dies, wenn die Weiterbildung Zugang zu einer besser bezahlten Führungsposition ermöglicht", sagt Daniel Löhr. Dass sich Führungsverantwortung auszahlt, bestätigt auch die Salärumfrage von Swiss Engineering. Doch fällt das Lohngefälle je nach Branche verschieden steil aus: Während ein Geschäftsführer in der Elektrobranche 50'000 Franken mehr als ein Mitglied des unteren Kaders verdient, beträgt die Differenz in der Informatik gerade mal 20'000 Franken. Allgemein sind Ingenieure und Architekten im Management gut vertreten: Laut einer Studie des Vereins IngCH besetzen sie in SLI-notierten Unternehmen 23 Prozent aller Geschäftsleitungs- und 16 Prozent aller Verwaltungsratspositionen. "Wer eine Führungsfunktion anstrebt, hat in KMU grundsätzlich die besseren Chancen als in einem Grossunternehmen", so Daniel Löhr. Der Nachteil: Die Jahressaläre steigen mit der Grösse des Unternehmens – bei mehr als 1000 Angestellten sind sie um 17'000 Franken höher als in einem KMU mit weniger als 9 Angestellten. Doch KMU werden oft unterschätzt. "Das Einsatzgebiet und somit die erworbenen Kenntnisse sind hier viel breiter gefasst", sagt Löhr. "Zudem stehen die Chancen besser auf eine Firmenbeteiligung oder Nachfolge, zum Beispiel des Inhabers." Eva-Maria Aulich ergänzt: "KMU bieten häufig einen grösseren Handlungsspielraum und mehr Verantwortung. Dies fördert die sogenannte intrinsische Motivation: Die Mitarbeitenden identifizieren sich mit ihrer Arbeit und leisten mehr, als wenn sie weniger selbstbestimmt arbeiten würden."

Angemessene Entlöhnung

Für Schweizer Ingenieure und Architekten sind denn auch andere Faktoren wichtiger als ein hoher Basislohn oder hohe Boni. Gemäss Salärstudie erwarten Arbeitnehmer vor allem einen vielseitigen Arbeitsinhalt, Perspektiven, Wertschätzung und Weiterbildungsmöglichkeiten. Umgekehrt sind sie aber auch bereit, Überstunden zu leisten, sich laufend weiterzuentwickeln und Reisen zu unternehmen. "Wie stark unser Arbeitsplatz uns motiviert, hängt vor allem von drei Faktoren ab", sagt Eva-Maria Aulich. "Und zwar davon, wie bedeutend uns die Arbeit erscheint, ob wir Feedback erhalten und wie selbständig wir arbeiten können". Doch auch wenn der Lohn nicht das Mass aller Dinge ist, darf er nicht unterschätzt werden. Swiss Engineering setzt sich dafür ein, dass Ingenieure und Architekten angemessen entlöhnt werden. Denn trotz der Steigerung im letzten Jahr liegen die Jahressaläre deutlich unter jenen anderer akademischer Berufsrichtungen. Nicht zuletzt braucht es eine adäquate Entlöhnung, damit der Ingenieurberuf bei Maturanden – und insbesondere Maturandinnen – weiterhin an Attraktivität gewinnt. Das Gehalt soll durchaus auch variable Komponenten beinhalten, abhängig von persönlicher Leistung und Geschäftsgang. "Ich halte die Entlöhnung inklusive leistungsabhängigem Bonus für wichtig: Läuft es gut, sollen beide profitieren. Läuft es weniger gut, sollen beide das Risiko tragen", ist auch die Meinung von Daniel Löhr. Dass die Mitarbeitenden am Geschäftserfolg beteiligt werden, ist ein Zeichen von Wertschätzung und dürfte folglich zu noch besserer Leistung anregen.

Die Fachkarriere ist ein starkes Argument

Tue, 18 Jan 2011 00:00:00 +0100

Spezialisierte Fachexperten sind heute gefragter denn je, auf dem Markt sind sie ein rares Gut. Wer es schafft, vielversprechende Talente in das Unternehmen zu holen, sollte alles daran setzen, ihnen interessante Zukunftsperspektiven zu bieten – nicht nur im Management, sondern auch auf der Fachebene. Wenn der Aufstieg zwingend mit Managementfunktionen verknüpft ist, verlassen Fachexperten das Unternehmen nach einigen Jahren oder werden zu mittelmässigen Führungskräften – in beiden Fällen gehen wertvolles Know-how und Erfahrung verloren.

Mehr als hohe Löhne

Doch was sind aus Sicht eines Fachspezialisten interessante Zukunftsperspektiven? Sicher ist: Die Besten im Markt geben sich nicht mit hohen Löhnen oder interessanter Projektarbeit zufrieden. Sie haben einen natürlichen Ehrgeiz, der sie zur ständigen Weiterentwicklung treibt. Sie möchten ihr Fachwissen laufend erweitern und neue Erfahrungen sammeln. Wenn sie in einem Gebiet sattelfest sind, suchen sie die nächste Herausforderung. Wer diese innerhalb des eigenen Unternehmens bieten kann, ist für Talente ein attraktiver Arbeitgeber. Dies haben viele Unternehmen erkannt und neben einer Managementlaufbahn ein Fachkarrieremodell eingeführt. Eine erfolgreiche Fachlaufbahn zu etablieren, bedeutet jedoch weit mehr, als das Modell der vorhandenen Managementkarriere anzupassen und die Funktionsbezeichnungen zu ändern. Das Fachkarrieremodell muss im Unternehmen anerkannt sein und gelebt werden. Dafür braucht es nicht nur geeignete Strukturen und Prozesse, sondern auch Zeit. Meist dauert es mehrere Jahre, bis das Modell erfolgreich etabliert ist und seine Wirkung zeigt.

Andere Fähigkeiten sind gefragt

Wer ein Fachkarrieremodell aufsetzt, muss sich von den Strukturen des bestehenden Managementmodells lösen. Dieses ist in der Regel zentral organisiert: Das Top-Management koordiniert die Aktivitäten und treibt das Programm voran. Es entscheidet, ob ein Kandidat die notwendigen Voraussetzungen, wie Führungsqualitäten oder strategisches und unternehmerisches Denken, mitbringt. Bei einer Fachkarriere sind hingegen andere Fähigkeiten gefordert. Das obere Management ist nicht das richtige Gremium, um diese zu beurteilen – auch wenn die Manager vor wenigen Jahren noch als Fachexperten tätig waren. Sie entfernen sich zwangsläufig von der Thematik, wenn sie aufsteigen und sich strategischen Fragen widmen, denn die Technik entwickelt sich rasant. Die Entscheidungsbefugnisse über Beförderungen innerhalb der Fachkarriere müssen bei den Fachbereichen liegen. Zühlke, ein unabhängiges Technologie- und Beratungsunternehmen in Schlieren bei Zürich, hat dies umgesetzt. Hier hat die Fachkarriere eine lange Tradition: Das Unternehmen führte sie bereits vor fünfzehn Jahren ein, lange bevor sich die Geschäftsleitung Gedanken über ein Management-Förderprogramm machte.

Dezentrale Organisation

Die Organisation der Fachkarriere bei Zühlke unterscheidet sich grundlegend von derjenigen typischer Management-Karrieremodelle. Der wichtigste Unterschied ist die dezentrale Verteilung von Verantwortungen und Entscheidungsbefugnissen: Zühlke verfügt über Fachkompetenzen in verschiedenen Disziplinen und ist wie die meisten vergleichbaren Unternehmen nach Business-Units organisiert. Daran orientiert sich das Fachkarrieremodell: Das heisst, es liegt in der Kompetenz der Business-Unit-Leiter, ihre Mitarbeitenden fachlich zu fördern und fordern. Diese Organisation bringt auch eine Herausforderung mit sich: Es besteht die Gefahr, dass bei der Beförderung die Beurteilung der so genannten Soft Skills untergeht, da die fachlichen Fähigkeiten im Vordergrund stehen. Zudem können die Business-Unit-Leiter unterschiedliche Vorstellungen von den nötigen Sozialkompetenzen haben. Hier ist das obere Management gefordert. Es muss dafür sorgen, dass in allen Bereichen dieselben Massstäbe gelten und dass die Soft Skills ausreichend berücksichtigt werden. Nur so lässt sich die Unternehmenskultur erhalten und prägen.

Anerkennung und Wertschätzung

Entscheidend für den Erfolg der Fachlaufbahn ist der Stellenwert des Karrieremodells innerhalb des Unternehmens. Ein Fachexperte muss dieselbe Anerkennung und Wertschätzung erfahren wie ein Manager. Daran gilt es zu arbeiten – insbesondere wenn die Fachkarriere in einem zweiten Schritt als Alternative zu einer etablierten Managementkarriere eingeführt wurde. Ein erster Schritt ist ein vergleichbares Gehalt – dies reicht jedoch bei weitem nicht aus. Fachexperten sollten mit speziellen Zusatzaufgaben betraut und mit Knacknüssen gefordert werden. Bei Zühlke leiten sie zum Beispiel neben ihrer täglichen Projektarbeit Kompetenzzentren auf der fachlichen Ebene, bearbeiten Schlüsselthemen in Focus Groups oder tauschen sich in Knowledge Groups aus. So können sie ihr Wissen vertiefen und sind als ausgewiesene Fachexperten im Unternehmen anerkannt. Diese Zusatzaufgaben helfen zudem den Business-Unit-Leitern, ihre Mitarbeitenden individuell zu fördern. Daneben erwarten Talente ein grosszügiges, flexibles Weiterbildungsangebot. Bei Zühlke sind vier Wochen pro Jahr dafür reserviert. Dies hat Kosten zur Folge. Zühlke investierte 2009 16 Prozent des Umsatzes in die Weiterbildung der Mitarbeitenden – eine hohe Investition, die sich jedoch auszahlt.

Wirkung im Markt

Ein Fachkarrieremodell sollte dokumentiert und transparent sein. Bei Zühlke kennen die Mitarbeitenden die Anforderungen für eine Beförderung und wissen, welche Erwartungen mit der nächsthöheren Karrierestufe verknüpft sind. Auch gegenüber Kunden und Lieferanten schafft das Modell Transparenz und Vertrauen. Dank der fachlichen Funktionsbezeichnung weiss der Kunde, welche Ausbildung und Erfahrungen ein Fachexperte mitbringt. Bei Zühlke hat sich das Fachkarrieremodell bewährt. Die Mitarbeitenden bleiben durchschnittlich sieben Jahren im Unternehmen. Während die meisten Unternehmen daran arbeiten, der Fachkarriere genügend Stellenwert einzuräumen, ist es bei Zühlke genau umgekehrt: Das Unternehmen steht heute vor der Aufgabe, dem Management-Förderprogramm genügend Aufmerksamkeit zu verleihen, ohne dabei den Stellenwert der Fachkarriere herabzusetzen. Ziel ist, beide Modelle als gleichwertige Karrierewege nebeneinander zu verankern und zu leben.

Wir müssen bescheidener werden

Thu, 18 Nov 2010 11:00:00 +0100

Herr Guzzella, was ist Ihre Vorstellung von einer nachhaltigen Mobilität der Zukunft?

Es muss eine Mobilität sein, die global möglich ist. Wir müssen Lösungen suchen, die günstig, technisch sinnvoll und nachhaltig sind. Wir müssen aber vor allem bescheidener werden. Wenn wir die Anforderungen aufrecht erhalten, die heute an ein Auto gestellt werden, ist eine nachhaltige Mobilität nicht machbar. Wir können keine Technik finden, die allen Menschen auf der Welt eine Mobilität mit dem Luxusstandard der Schweiz ermöglicht.

Wie beurteilen Sie das enorme Wachstum in Asien im Hinblick auf eine nachhaltige Mobilität?

Ob wir das Ziel einer nachhaltigen Mobilität erreichen, wird sich in Ostasien entscheiden. Denn die Zahlen sind enorm: Amerika hat etwa 300 Millionen Einwohner, Europa etwas mehr. In China allein leben 1.4 Milliarden Menschen. Zudem ist der Entwicklungsstand dort weitaus tiefer als bei uns und auch in schlechten Jahren verzeichnen sie ein Wachstum von 10 %. Das entspricht einer Verdopplung in sieben Jahren.

Welche Konzepte braucht es dort?

Es braucht kleinere, leichtere Autos, sparsame Antriebssysteme, die Nutzung erneuerbarer Energiequellen und eine Veränderung im Bewusstsein und im Verhalten der Menschen. Das sind die vier Säulen für eine nachhaltige Mobilität. Dies gilt nicht nur in China, sondern überall.

Wo liegen die Hindernisse auf dem Weg zu einer nachhaltigen Mobilität?

Der Druck ist noch zu gering. Energie ist zu billig, jedenfalls bei uns in der westlichen Welt. Natürlich gilt dies nicht für einen chinesischen Wanderarbeiter. Auch Mobilität ist zu billig. Es gibt Menschen, die über das Wochenende nach New York zum Einkaufen fliegen, weil sie dank des tiefen Wechselkurses das Flugticket herausschlagen. Das ist nicht mehr gesund. Die Welt muss wieder in ein Gleichgewicht kommen. Wachstum als Notwendigkeit für den Erfolg eines Gesellschaftsmodells ist einfach nicht nachhaltig.

Wie sieht das Auto der Zukunft aus?

Es hat einen durchschnittlichen Verbrauch von 2 l/100 km, ist 800 kg schwer, hat kleine aerodynamische und rollreibungsbedingte Verluste sowie ein hocheffizientes Antriebssystem. Dies ist technisch machbar. Die einzige Herausforderung ist die Sicherheit, daran arbeiten wir.

Auf welche Konzepte setzen Sie, um die Sicherheit zu erhöhen?

Dazu gibt es zwei Wege: Heute setzen die Autobauer auf passive Sicherheitssysteme wie Crashzonen oder Überrollbügel. Die Autos sind so gebaut, dass die Insassen bei einem Unfall möglichst gut geschützt sind. Bei leichten Autos müsste man dazu auf spezielle Materialien ausweichen. Dies kann sehr teuer werden. Der zweite Weg sind aktive Sicherheitssysteme: Man baut Autos, die gar keinen Crash mehr machen können. Die Grundidee ist wie beim Autopiloten im Flugzeug. Der Fahrer kann machen was er will, solange er sich in einem sicheren Bereich bewegt. Sobald er das Fahrzeug jedoch gegen ein Hindernis steuert, bremst der Bordrechner ab.

Wie sieht die Zukunft bei den Antriebssystemen aus? Werden Verbrennungsmotoren irgendwann vollständig von anderen Technologien abgelöst?

In den nächsten 10 bis 20 Jahren wird der Verbrennungsmotor dominant bleiben. Der erste Grund sind die Kosten, denn letztendlich entscheidet die Ökonomie. Es setzen sich nur Systeme durch, die auch marktfähig sind. Da müssen wir als Ingenieure ganz bescheiden sein. Der zweite Grund: Die Elektromobilität ist eine grossartige Idee – wären da nicht die Batterie und die Herkunft des Stromes. Betrachtet man die CO₂-Bilanz, machen Elektroautos in Ländern mit viel CO₂-neutralem Strom wie Frankreich oder der Schweiz durchaus Sinn. In Deutschland, der USA oder in China bringt das Konzept jedoch nichts, da der Strom zum grossen Teil aus Kohlekraftwerken stammt.

Wo stehen die Entwicklungen bei den Batterien?

Im Zentrum steht die Frage der Energiedichte. Diesel und Benzin liegen bei etwa 2500 Wh/kg, bei Batterien sind etwa 100 Wh/kg technisch machbar und auf dem Markt sind Batterien mit 50 Wh/kg. Das heisst, man müsste rund eine Tonne Batterien mitnehmen, um gleich weit zu fahren wie mit einem 50-Liter-Dieseltank. Das ist nicht realistisch. Die Vorstellung, dass man einfach sein Dieselfahrzeug mit einem Elektroauto ersetzen kann, ist daher völlig illusorisch. Sinn machen jedoch Plug-In-Hybride. Bei diesem Konzept reicht die Batterie für 20 km und sie ist kombiniert mit einem sparsamen Verbrennungsmotor. Doch solche Fahrzeuge sind noch teuer. Für die Schweiz sind die Kosten tragbar, aber für Länder wie Indien oder China ist dies keine Lösung.

Sollte man die Forschungsgelder also besser in Verbrennungsmotoren investieren?

Auf jeden Fall. Denn wenn wir das Zwei-Liter-Auto haben, können wir noch weiter gehen: Gemäss einer Studie des PSI könnte die Schweiz etwa 10 % des Treibstoffverbrauches mit Biomasse der zweiten Generation decken, zum Beispiel mit Zellulose oder Pflanzenabfällen. Hätten wir Zwei-Liter-Autos, wäre dies grob gerechnet fast die Hälfte des gesamten Treibstoffverbrauchs. Und auch für den Rest gibt es Ideen: An der ETH Zürich arbeiten Forscher daran, CO₂ mit Solarenergie aus der Luft zu gewinnen und daraus einen synthetischen Treibstoff in Form flüssiger Kohlenwasserstoffe herzustellen. Dies wäre genial, dann hätten wir eine CO₂-neutrale Mobilität.

Sie werden im September 2011 an der World Engineers’ Convention als Keynote Speaker auftreten. Welche Anliegen werden Sie dort vertreten?

Das Besondere am WEC 2011 ist, dass es die Brücke schlägt von Ingenieuren und Wissenschaftlern zu Wirtschaft, Politik und Gesellschaft. Zudem ist es ein globaler Anlass. Meine Botschaft ist: Wir brauchen nicht gute Technik allein, nicht gute Politik allein, und auch nicht nur gute Rahmenbedingungen – wir brauchen alles zusammen. Wir Ingenieure und Wissenschaftler haben die Verpflichtung, die Wahrheit zu sagen und diese lautet: Wir leben heute auf zu grossem Fuss, so können wir nicht weiter wachsen. Es besteht jedoch auch kein Grund zur Panik. Wir haben Zeit, aber wir müssen jetzt massiv investieren.

World Engineers’ Convention 2011 (WEC 2011) Vom 4. bis 9. September 2011 wird Genf zum weltweiten Treffpunkt der Ingenieurinnen und Ingenieure. Unter dem Titel «Engineers Power the World – Facing the Global Energy Challenge» widmet sich die World Engineers’ Convention 2011 dem Thema Energie – einer der grossen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Dazu wird WEC 2011 innovative und zukunftsträchtige Lösungen aufzeigen. WEC 2011 steht unter dem Patronat der Schweizer Eidgenossenschaft und den internationalen Organisationen WFEO und UNESCO. Für die Organisation sind der Schweizerische Ingenieur- und Architektenverein (SIA), Swiss Engineering STV, Electrosuisse und die Fachkonferenz "Technik, Architektur und Life Sciences" (ftal) zuständig. www.wec2011.org

Kerzenschein dank Solarwärme

Thu, 18 Nov 2010 10:48:00 +0100

Lange Nächte, garstiges Wetter: Da hilft nur der Griff zur Kerze. Sie zaubert warmes Licht und eine stimmungsvolle Atmosphäre in die gute Stube. Sogar ein Stück Sommer steckt in den Kerzen der Fischer Kerzen AG: Sie werden mithilfe von Solarwärme hergestellt.

Paraffin liebt es warm

Kerzen bestehen hauptsächlich aus Paraffin. Dieser aus Erdöl hergestellte Rohstoff muss auf 65 Grad warm gehalten werden, damit er flüssig bleibt. Er wird flüssig in speziellen, beheizten Tankzügen geliefert und in ebenfalls beheizten Tanks in der Fabrik gelagert. Das Paraffin wird anschliessen flüssig verarbeitet: Die Kerzen werden manuell in Formen gegossen oder maschinell durch Bäder gezogen. Alternativ wird es zu einem Granulat verarbeitet, aus dem Kerzen kalt gepresst werden. Dieses Verfahren ist günstiger und wird beispielsweise für die Produktion von Weihnachtskerzen eingesetzt. Die Kerzenfabrik im luzernischen Root verarbeitet pro Jahr rund 600 Tonnen Paraffin. Das Warmhalten der beiden Lagertanks mit einem Volumen von 40 und 27 Tonnen verbrauchte bis anhin 160 000 Kilowattstunden Strom; das entspricht dem jährlichen Stromverbrauch von rund 35 Vierpersonenhaushalten. >Die Vakuumröhrenkollektoren weisen eine Fläche von 81,5 Quadratmetern auf.

Kerzenproduktion oder Haustechnik

„Die Hauptproduktionszeit von Kerzen liegt zwischen Mai und November“, erklärt Martin Kretz, Mitglied der Geschäftsleitung der Fischer Kerzen AG. Da lag es auf der Hand, die Sonne als Wärmelieferant für die Paraffintanks zu nutzen. Auf dem Dach des Produktionsgebäudes sind heute 80 Vakuumröhrenkollektoren mit einer Fläche von über 80 Quadratmetern installiert. Bei dieser Kollektorart fliesst Wasser in einem unter Vakuum stehenden Glasrohr. Im Vergleich zu herkömmlichen Kollektoren werden die Energieverluste reduziert und es können Temperaturen bis 150 Grad Celsius erreicht werden. Zudem haben Vakuumröhrenkollektoren den Vorteil, dass sie wegen ihres hohen Wirkungsgrads auch bei leicht bedecktem Himmel arbeiten. Die Wärme aus den Kollektoren wird über einen Wärmetauscher auf den Heizkreislauf in den Paraffintanks übertragen. Alternativ kann über einen zweiten Wärmetauscher auch die Haustechnik versorgt werden, zur Wassererwärmung oder zur Unterstützung der Heizung. „Für die Kerzenproduktion sind mindestens 80 Grad Celsius erforderlich“, erklärt Martin Lütolf von der BE Netz AG, welche die Anlage geplant und realisiert hat. „Wird dieser Wert aufgrund des Wetters oder des tiefen Sonnenstands im Winter nicht erreicht, schaltet das System automatisch auf die Versorgung der Haustechnik um.“ Die Solaranlage ist so dimensioniert, dass sie übers Jahr gesehen 40 Prozent der Wärme für die Kerzenproduktion liefert. >Blick in die Kerzengiesserei der Fischer Kerzen AG: Sie ist auf die manuelle Fertigung von Qualitätskerzen spezialisiert.

Projekt mit Ausstrahlung

Diese Art der industriellen Sonnenenergienutzung ist in der Schweiz einzigartig. „Die Anlage bedeutete für uns eine technologische und finanzielle Herausforderung“, so Kretz. Dank der Förderung durch den Kanton Luzern und das Bundesamt für Energie als Pilot- und Demonstrationsprojekt konnte die Anlage realisiert werden. Neben dieser Unterstützung hat auch die Ungewissheit über die zukünftige Strompreisentwicklung den Entscheid begünstigt. Sind die Investitionen einmal getätigt, liefert die Sonne die Energie kostenlos. „Als Familienunternehmen sind für uns langfristige Perspektiven und innovative Entwicklungen wichtig. Die neue Solaranlage erfüllt beide Kriterien“, ist Martin Kretz überzeugt. Die Auszeichnung des Projekts mit dem Schweizerischen Solarpreis hat das Engagement belohnt.

Kontakte
Fischer Kerzen AG, Martin Kretz
m.kretz@kerzen.ch

BE Netz AG, Peter Schlaufer, Martin Lütolf
www.benetz.ch

BFE-Energieforschung
Industrielle Solarenergienutzung, Programmleiter Pierre Renaud
www.energieforschung.ch