Monat: Dezember 2018

In den meisten Unternehmen stecken thermisches Design und Wärmemanagement noch in den Kinderschuhen“, sagt Theo Ruijl, CTO von MI-Partners und Trainer für ‚Thermische Effekte in mechatronischen Systemen‘. Ruijl sieht in dieser Tatsache ein großes Manko. Sie können keine präzise Maschine bauen, wenn Sie die thermischen Aspekte vernachlässigen.

Die größten Fehler in einer Maschine werden durch Vibrationen und Temperaturschwankungen verursacht. Wenn Sie beides nicht unter Kontrolle haben, können Sie sich von einem genauen System verabschieden. Leider sind sich nicht alle Konstrukteure dieser Tatsache bewusst. Mit einer Blattfeder können Sie ein System statisch bestimmt abstützen, aber viele Ingenieure sind sich nicht bewusst, dass eine solche Blattfeder auch ein hervorragender Wärmeisolator ist. Vielen Entwicklern fehlt es an Wissen über thermische Effekte in mechatronischen Systemen“, sagt Theo Ruijl, CTO von MI-Partners und Trainer des Kurses ‚Thermische Effekte in mechatronischen Systemen‚ (TEMS).

In der niederländischen und belgischen Hochtechnologie gibt es eine Menge Wissen über Dynamik, über gutes Design, über Dämpfung. Schließlich sind Generationen von Maschinenbauingenieuren mit den Konstruktionsprinzipien von großen Lehrern wie Rien Koster und Wim van der Hoek und dem Des Duivels Bilderbuch aufgewachsen. Aber in den meisten Unternehmen ist das Thema Wärmemanagement immer noch nicht gut abgedeckt.

Jeder Ingenieur, der ein hohes Maß an Genauigkeit erreichen will, wird früher oder später mit thermischen Effekten konfrontiert“, sagt Theo Ruijl. Ruijl beschäftigt sich seit zwei Jahrzehnten mit thermischen Effekten in mechatronischen Systemen. Temperaturschwankungen, Drift, Verlustleistung in einem Aktuator, Energieabsorption von elektromagnetischen Wellen in einer Linse oder einem Spiegel: all diese Dinge haben Auswirkungen auf die Leistung eines Systems. Natürlich können Sie sie ignorieren, und eine Zeit lang mag alles gut funktionieren. Aber wenn plötzlich ein Konkurrent auftaucht, der sich mit den thermischen Aspekten gut auskennt, wird er Sie überholen und weit hinter sich lassen.‘

Die technischen Universitäten bringen hervorragende Absolventen und Postgraduierte in Dynamik und Steuerungstechnik hervor, aber sie bilden die Studenten nicht in den thermischen Effekten in mechatronischen Systemen aus“, sagt Theo Ruijl, Trainer für thermische Effekte.

In der High-Tech-Industrie haben die Entwickler mit thermischen Verzerrungen und Ungenauigkeiten zu kämpfen. Bei ASML sind diese Herausforderungen derzeit größer als die dynamischen“, sagt Ruijl. Es wird eine enorme Menge an Licht in diese Maschinen gepumpt. Es ist unvermeidlich, dass sich der Wafer dadurch erwärmt und verformt. Wenn das schön gleichmäßig geschieht, kann man es immer noch simulieren und vorhersagen. Leider treten alle Arten von nichtlinearen Effekten auf. Dann wird die Modellierung und Kompensation sehr schwierig.

Auch Thermo Fisher beleuchtet das Thema. Ruijl: ‚Viele Nutzer von Elektronenmikroskopen kommen aus den Biowissenschaften. Sie erforschen biologische Prozesse, die sie buchstäblich einfrieren, um sie richtig studieren zu können. Das bedeutet, dass sie sie in Wasser auflösen und das Wasser auf den Gefrierpunkt abkühlen. Das Eis muss amorph sein, nicht kristallin, denn sonst können Sie unter dem Mikroskop nichts sehen. Diese Art von Struktur erhalten Sie nur, wenn Sie die Probe blitzschnell abkühlen, mit 100.000 bis einer Million Kelvin pro Sekunde. Dann muss die gefrorene Probe unter dem Mikroskop betrachtet werden. Die Vorbereitung und Positionierung stellen eine große thermische Herausforderung dar. Wie halten Sie die Probe im Hochvakuum auf der richtigen Temperatur? Und welche Auswirkungen hat das auf die empfindlichen optischen und mechatronischen Systeme um die Probe herum?‘

Der große Verlust

Die Tatsache, dass es vielen Unternehmen immer noch an fundiertem thermischen Wissen mangelt, ist größtenteils auf einen Mangel in der Ausbildung zurückzuführen. Die technischen Universitäten bringen hervorragende Absolventen und Postgraduierte in Dynamik und Steuerungstechnik hervor, aber sie lehren nicht die thermischen Effekte in mechatronischen Systemen“, sagt Ruijl entschieden. Er selbst hat bei dem TUE-Professor Piet Schellekens studiert. ‚Seit Piet Schellekens vor fünfzehn Jahren in den Ruhestand gegangen ist, wurden thermisches Design und Messtechnik vernachlässigt. Niemand hat diese Themen ernst genommen, nicht einmal in Delft oder Twente. Das ist ein großer Verlust. Es gibt so viele grundlegende Herausforderungen in diesem Bereich. Dafür bräuchte man wirklich einen engagierten Vollzeitprofessor.‘

Mit Hans Vermeulen gibt es seit ein paar Jahren einen Teilzeitprofessor an der Technischen Universität Eindhoven, der das Thema auf die Tagesordnung gesetzt hat. Für seine Gruppe Mechatronic Systems Design ist die fortschrittliche Wärmekontrolle jedoch nur eines von vielen Themen. Ein großer Teil des Stammpersonals von Schellekens hat ihn inzwischen verlassen. In Deutschland ist das Thema mehr auf der Karte“, sagt Ruijl. Es gibt einen großen Markt für Werkzeugmaschinen, bei denen thermische Effekte eine große Rolle spielen. Die deutschen Werkzeugmaschinenbauer und Wissenseinrichtungen verstehen sich in diesem Punkt gut. Sie führen verschiedene Forschungsprojekte an den Fraunhofer-Instituten durch. TEMS-Forschungsprogramme laufen auch in der Schweiz und in Spanien.‘

Recycling

Trotz der Lücke in der universitären Ausbildung gibt es eine ganze Reihe von Thermalspezialisten in der Branche. Sie sind alle Selfmademen, die das Handwerk in der Praxis gelernt haben. Für Ruijl begann dieser Prozess bei Philips vor fast zwanzig Jahren. Wir wissen schon seit langem genau, wie wir Dynamik und Steuerungstechnik modellieren und in Maschinen integrieren können. In einem typischen Designprozess sitzen verschiedene Spezialisten am Tisch, so dass Sie eine Maschine mit Input aus allen Disziplinen entwickeln können. Früher kam es bei Philips manchmal vor, dass jemand am Ende eines solchen Prozesses mit einer komplizierten Finite-Elemente-Summe feststellte, dass sie thermisch nicht funktionierte. Deshalb haben wir begonnen, eine Kompetenz auf diesem Gebiet zu entwickeln, mit Schwerpunkt auf mechatronischen Systemen.‘

Um thermische Effekte zu berechnen, verwenden Ingenieure mathematische Techniken aus der Dynamik. Dies führte zu dem Konzept der thermischen Modenformen.

Von Anfang an entdeckten die Spezialisten, dass die Techniken, die sie bereits in der Dynamik angewendet haben, auch im thermischen Bereich eingesetzt werden können. In der Dynamik und der Regelungstechnik verwenden wir Zustandsraummodelle, und deren Eigenfrequenzen und Modenformen sind wichtige Größen“, erklärt Ruijl. Ein solches Modell ist nichts anderes als ein Satz von Differentialgleichungen. Auch thermische Effekte werden mit Differentialgleichungen beschrieben. Und für die Mathematik spielt es keine Rolle, ob Sie ein mechanisch-dynamisches oder ein thermisch-dynamisches System durchlaufen.‘

Es ist nicht genau dasselbe. Im thermischen Bereich gibt es keine Objekte, die sich wie ein Masse-Feder-System verhalten. Die Temperatur schießt nicht über das Ziel hinaus, sondern geht allmählich zurück, wie bei einem System erster Ordnung. Wenn Sie eine Metallplatte in der Mitte aufheizen, kühlt sie ab, sobald Sie die Wärmequelle entfernen. Aber sie wird nie kälter als die Umgebung. Die Temperaturverteilung als Funktion der Zeit kann perfekt modelliert werden.

Ruijl und seine Kollegen haben die mathematischen Techniken aus der Dynamik wiederverwendet. Wir verwenden nach wie vor Tools von Ansys oder Mathworks, um die Berechnungen durchzuführen. Die Analysen der mechanischen Schwingungsformen sind in diesen Paketen schon lange enthalten. Die thermischen Formen sind es nicht, obwohl die Technologie bereits vorhanden ist. Als wir vor etwa zwanzig Jahren anfingen, fragten wir Ansys, ob sie uns Zugang zu dieser Funktion geben könnten. Es hat lange gedauert, aber jetzt haben sie eine Schaltfläche dafür eingebaut. Das zeigt, dass es ziemlich einzigartig ist, wie wir hier in den Niederlanden thermische Effekte aus der Sicht des mechatronischen Designs betrachten. Das ist wirklich anders als ein rein physikalischer Ansatz, der oft thermodynamische Prozesse einbezieht. Wir verbinden thermische Effekte mit mechatronischen Systemen.‘

Bewusst inkompetent

Um das Thema in der Arbeitsweise seiner Mitarbeiter zu verankern, hat Philips einen speziellen Schulungskurs entwickelt: Thermische Effekte in mechatronischen Systemen. Der dreitägige Kurs ist inzwischen bei der Mechatronics Academy angesiedelt und wird vom High Tech Institute vermarktet. Neben Rob van Gils (Philips), Marco Koevoets (ASML) und Jack van der Sanden (ASML) ist Theo Ruijl einer der Trainer.

Natürlich kann man in nur drei Tagen nicht alle Themen abdecken“, räumt Ruijl ein. Dafür ist das Publikum zu breit gefächert. Es kommen Menschen mit unterschiedlichem technischem Hintergrund zu den Kursen. Einige haben noch nie etwas mit TEMS gemacht, andere sind bereits sehr erfahren. Einige sind Ingenieure, andere sind Steuerungsingenieure.‘

Die niederländischen Spezialisten betrachten die thermischen Auswirkungen mit einem mechatronischen Designansatz. Das ist einzigartig in der Welt. Für Ruijl begann das vor Jahren mit seiner Doktorarbeit, die von Jan van Eijk und Piet Schellekens betreut wurde.

Am ersten Tag erhalten die Studenten eine Einführung in den physikalischen Hintergrund. Wärmeübertragung als Strahlung, Leitung, Konvektion“, fasst Ruijl zusammen. ‚Wie geht man damit um? Viele Fakten, Tipps und Tricks. Dann gehen wir tiefer und führen Simulationen mit Matlab und Simulink durch. Dann ist das Fundament gelegt. Das Ziel ist, dass danach alle die gleiche Sprache sprechen.

Tag zwei befasst sich mit Messtechniken. Das Messen der Temperatur ist eine Kunst für sich“, betont Ruijl. Auf jeden Fall gibt es viele verschiedene Sensortypen. Aber wie misst man genau? Und wo? Und messe ich die Temperatur des Objekts selbst oder die der Lampe, die darauf scheint? Zusammen mit Jack habe ich einmal ein System entwickelt, um die Wassertemperatur präzise zu kontrollieren. Mit einer kleinen Spule im Strom konnten wir das Wasser sehr schnell und sehr genau erwärmen. Dann haben wir eine schöne Anlage für eine Ausstellung gebaut, mit schönen Plexiglasröhren, damit man alles sehr gut sehen konnte. Leider ist es uns nicht mehr gelungen, die Temperatur stabil zu halten. Wir müssen etwas falsch gemacht haben, aber was? Es war so schlimm, dass die Temperatur schwankte, als die Leute kamen. Schließlich hatte die Deckenbeleuchtung in der Halle den Sensor durch Strahlung durch das transparente Plexiglas beeinflusst. So einen Fehler macht man nur einmal‘, lacht Ruijl.

Die Studenten werden auch selbst modellieren. Mit Matlab, obwohl dieses Tool keine spezielle Toolbox für thermische Effekte hat. Wir beschäftigen uns auch mit einem kryogenen Beispiel als praktischem Fall“, sagt Ruijl. Wie messen Sie zum Beispiel 77 Kelvin? Welche Materialien können Sie am besten verwenden? Kryogenik ist wichtig für wissenschaftliche Experimente und für die Erbauer von Elektronenmikroskopen.‘

Was ist die Lehre für die TEMS-Studenten? ‚Das Wichtigste ist, dass sie die Sprache verstehen‘, antwortet Ruijl. Wir machen sie auch auf die Themen aufmerksam, die sie beachten müssen und die sie berücksichtigen müssen. Bewusst inkompetent. Das ist sehr wertvoll, denn Hersteller mit diesem Wissen können Fehler frühzeitig erkennen, indem sie sich das Projekt noch einmal ansehen oder einen Spezialisten hinzuziehen. Zu jeder Designgruppe sollte immer ein Thermalspezialist gehören.‘

Dieser Artikel stammt von Alexander Pil, technischer Redakteur von High-Tech Systeme.

Ingenieure und technische Fachleute sind daran gewöhnt, ihre beratende Rolle allein auf den Inhalt zu beziehen. Aber wenn sie wollen, dass der Kunde oder der Interessenvertreter den Ratschlag, den sie anbieten, in die Tat umsetzt, ist noch etwas anderes erforderlich: die Akzeptanz durch die Person, für die der Ratschlag bestimmt ist. Hier kommen die Verkaufsfähigkeiten ins Spiel. Claus Neeleman schult technische Experten im erfolgreichen Beratungsverkauf. Sobald Sie verstehen, wie der Verkaufsprozess funktioniert, können Sie viel effektiver beraten. Sowohl externe als auch interne Kunden. Das wirkt sich positiv auf die Ergebnisse Ihres Unternehmens aus.‘

Der beratende Verkauf ist eine effektive Verkaufsmethode und erhält daher viel Aufmerksamkeit. Laut dem Trainer Claus Neeleman ist diese Aufmerksamkeit gerechtfertigt. Beim beratenden Verkauf geht es um das Beste für den Kunden. Es geht darum, die beste Lösung für diesen Kunden zu finden und sie mit Ihren eigenen Interessen in Einklang zu bringen, nämlich der Marge für die Produkte oder Dienstleistungen, die Sie verkaufen. Beraten und Verkaufen sind also beide wichtig. Die Kunst besteht darin, einen Mehrwert für den Kunden zu schaffen. Dieser Wert besteht in einer guten Beratung, die mehr einbringt als das, was der Kunde dafür bezahlt. In Ingenieurbüros spielen Ingenieure eine wichtige, unterstützende Rolle im Verkauf, denn sie wissen genau, worauf es bei den technischen Inhalten ankommt. Um in der High-Tech-Branche etwas zu verkaufen, ist es der Inhalt, der verkauft, nicht das Verkaufsgespräch.

Claus Neeleman schult technische Experten im erfolgreichen Beratungsverkauf.

Neeleman hat eine freundliche Persönlichkeit und einen intelligenten Blick. Er ist qualifiziert als Arbeits- und Organisationspsychologe. Er hat bei einer Assessment-Agentur, bei einer Wiedereingliederungsagentur und unter anderem als Regionalmanager gearbeitet. ‚Wenn Sie eine Beurteilung durchführen, analysieren und testen Sie Menschen, was ich super lustig fand und immer noch finde. Man lernt, die Qualitäten und Schwächen der Menschen zu erkennen, um ihnen zu helfen, sich zu verbessern. Bei der Wiedereingliederungsagentur war das nicht immer hilfreich, denn in diesem Umfeld spielt der Kommerz eine große Rolle. Das führt manchmal zu moralischen Dilemmas. Helfen Sie der Person, in die Sie viel Energie stecken müssen, oder der Person, die nicht viel Ärger macht? Ich habe diese Art von Arbeit hauptsächlich gemacht, um Menschen dabei zu helfen, in ihrer Karriere und ihrem Leben voranzukommen, also waren solche Entscheidungen nicht das, was ich wollte. Deshalb beschloss ich, Trainerin zu werden. Natürlich habe ich auch selbst Ausbildungskurse besucht und festgestellt, dass dies ein faszinierendes Gebiet ist. Training ist etwas Positives. Die Menschen verbessern sich nach einer Schulung, sie mögen sie und sind danach begeistert. Das gibt mir Energie. Und es macht mir mehr Spaß, zu reden und mit Menschen zu tun zu haben, als am Schreibtisch Berichte zu schreiben.‘

Viel Übung

Neeleman ist seit etwa achtzehn Jahren als Trainer tätig. Er konzentriert sich hauptsächlich auf praktische Fähigkeiten. Viele der Dinge, die ich Ihnen erzähle, stammen aus der Psychologie, zusammen mit Erkenntnissen aus der Praxis darüber, wie Sie Menschen beeinflussen können und welche Auswirkungen das hat. Der Inhalt eines Gesprächs kann also derselbe sein, aber die Strategie, diesen Inhalt auf einen anderen zu übertragen, kann sich unterscheiden. Die beste Vorgehensweise hängt von der Situation und den betreffenden Personen ab. Ich bin der festen Überzeugung, dass die Praxis der beste Weg ist, um zu lernen, wie man verkauft, z.B. in einer beratenden Funktion. Die Theorie dahinter ist überhaupt nicht kompliziert, aber um besser auf Kundengespräche eingehen zu können, muss man erst einmal erleben, wie es ist, wenn man verschiedene Verhaltensweisen ausprobiert.‘

Lehrer des Jahres

Seit einigen Jahren gibt Neeleman am High Tech Institute zwei Schulungen: Effektive Kommunikationsfähigkeiten für Ingenieure und Vertriebsfähigkeiten für Ingenieure. Im Jahr 2016 wurde er vom High Tech Institute zum Trainer des Jahres ernannt, mit einer Bewertung von 9,1 von 10 Punkten. Die Kursteilnehmer bezeichneten ihn als beeindruckenden, inspirierenden und einfühlsamen Lehrer. Sie sagen, dass er die Dinge hervorragend erklären kann und den Kurs genau auf ihre Bedürfnisse abstimmt.

Im Jahr 2016 wurde Claus zum „Lehrer des Jahres“ des High Tech Institute gewählt.

Das ist schon etwas Besonderes, denn Verkaufen ist nicht gerade die Lieblingsbeschäftigung von Technologieexperten…
‚ Richtig. Sie denken auch oft, dass sie nur Ratschläge geben. Aber das ist falsch. Was nicht gesehen wird, ist, dass sie in Gesprächen mit dem Kunden weniger effektive Strategien anwenden. Das Ergebnis ist jedoch spürbar: Sobald der Kunde sie unter Druck setzt, geben sie bereits einen Rabatt, der nicht in ihrem Interesse ist. Oder sie sind zu kundenfreundlich und vergessen, Vereinbarungen über die Vergütung für ihre Beratungsarbeit zu treffen. Oder sie sind sich über die Kosten im Unklaren. Bei einem laufenden Vertrag gehört zu jedem Beratungsmoment auch ein Verkaufsmoment. Darauf müssen Sie achten.

Aber auch in der ersten Phase des Kontakts mit dem Kunden muss ein Techniker ausreichend überzeugend sein, damit der Verkauf einer Dienstleistung oder eines Produkts gelingt. Wie stellen Sie sicher, dass Sie gut rüberkommen und Vertrauen schaffen? Wie vermitteln Sie dem Kunden die Vorstellung, dass Sie stark genug sind, das Projekt durchzuführen? Sie müssen Vertrauen schaffen und Ihren Kommunikationsstil an den Kunden und das, was ihm wichtig ist, anpassen. Sowohl in Bezug auf den Inhalt als auch auf die persönliche Interaktion. Und wenn Sie mit einem Kundenbetreuer zusammenarbeiten, müssen Sie lernen, die Sprache des anderen zu sprechen, damit Sie wissen, welche Absichten Ihr Kollege hat und was der andere im Verkaufsprozess tut. Der Vertriebsmitarbeiter muss natürlich auch wissen, wann der Inhalt wichtig ist.‘

Das klingt ziemlich schwierig.
In Wirklichkeit ist das keine so große Sache! Die Theorie ist ein Werkzeug, ein Modell, das Ihnen sagt, welche Schritte Sie unternehmen müssen. Analytische Menschen, wie z.B. Techniker, können damit sehr gut umgehen. Die Theorie besagt zum Beispiel, dass Sie selbst oft Widerstand beim Kunden hervorrufen. Das passiert zum Beispiel, wenn Sie sich mehr um Ihre eigenen Ziele kümmern als um die des Kunden. Oder wenn Sie zu viel Druck auf ihn ausüben. Das ist das, was wir Gegenverhalten nennen. Wenn Sie zum Beispiel ständig alles besser wissen als Ihr Kunde, wird er anfangen zu widersprechen. Und wenn Sie in der Geschwindigkeit, mit der Sie über Dinge sprechen oder versuchen, eine Entscheidung durchzusetzen, zu dominant sind, provoziert das ebenfalls Widerstand. Gegensätzliches Verhalten hilft Ihnen nicht, Ihre Lösung zu verkaufen. Wenn Sie sich jedoch mit Ihrem Kunden verbinden und in einen konstruktiven Dialog treten, werden Sie etwas aufbauen. Der Kunde kommt dann viel reibungsloser mit Ihnen weiter. Wenn Sie während eines Gesprächs auf Widerstand stoßen, können Sie ihn ausgleichen, indem Sie Ihr Verhalten anpassen. Zum Beispiel, indem Sie dem Kunden mehr vom Tempo des Gesprächs überlassen und seine Interessen klar in den Vordergrund stellen.‘

Müssen Sie sich selbst verändern, um besser verkaufen zu können?
‚Das ist überhaupt nicht nötig. Sie bleiben einfach Sie selbst, Sie entscheiden sich nur dafür, in bestimmten Situationen ein anderes Verhalten an den Tag zu legen, um effektiver zu wirken. Wenn Sie wissen, wie ein Verkaufsprozess abläuft und was funktioniert, können Sie viel besser bestimmen, welche Wirkung Sie auf andere haben wollen. Es geht nicht um richtig oder falsch. Sie können Ihr Ziel auf viele Arten erreichen. Aber wenn Sie Ihre Geschichte erfolgreich auf die Bühne bringen wollen, ist es sicherlich hilfreich, wenn Sie wissen, wie man beratende Verkäufe durchführt. Und das können Sie ganz einfach tun, ohne sich in eine Situation zu zwingen, die Ihnen nicht gefällt.

Was ist das Geheimnis eines erfolgreichen Beratungsgesprächs?
Sie brauchen zwei Zutaten: eine gute Geschichte und die Akzeptanz durch den Kunden. Letzteres bedeutet, dass Sie sicherstellen, dass der Kunde Ihren Rat annehmen kann. Dies erreichen Sie, indem Sie Fragen, Gefühle und Zweifel aufwerfen, die den Kunden daran hindern könnten, Ihr Produkt oder Ihre Dienstleistung zu akzeptieren und gute Antworten zu geben. Die Befragung Ihres Kunden auf der Grundlage der Signale, die er Ihnen gibt, ist für Techniker nicht einfach, denn Techniker beschäftigen sich hauptsächlich mit Fakten und weniger mit Emotionen. Aber mit ein wenig Übung können sie lernen, wie das geht.

Wie läuft ein solches Gespräch ab?
Die erste Phase ist die Kontaktphase. Techniker finden es oft schwierig, diesen Teil zu überstehen und ziehen es vor, direkt zum Inhalt zu kommen. Aber die erste Phase ist wichtig, um Vertrauen zu schaffen und eine gute persönliche Beziehung aufzubauen. In dieser Phase entscheiden Sie auch, worüber Sie sprechen. Sie zeigen, dass Sie über das Problem des Kunden nachgedacht haben und zeigen, dass Sie bereits ein paar Ideen haben. In der Kontaktphase einigen Sie sich auch auf die Art und Weise, wie Sie mit dem Kunden kommunizieren. Wenn Sie den gleichen Kommunikationsstil haben, ist das ganz einfach. Ein Kunde kann auch sehr direktiv sein und schnell entscheiden wollen. Als Techniker neigen Sie dazu, ein Problem von allen Seiten zu betrachten, aber diese Art von Kunden wird dadurch irritiert. Wenn Sie also feststellen, dass Zeit und Geld wichtige Ziele für einen Kunden sind, dann müssen Sie auf diese Informationen eingehen. Dann bekommen Sie im weiteren Verlauf des Gesprächs mehr Platz für den Inhalt.

In der zweiten Phase machen Sie eine Bestandsaufnahme, um die Bedürfnisse des Kunden zu ermitteln. Dafür haben Sie bewährte Methoden. Das Ergebnis ist, dass der Kunde das Ausmaß seines Problems erkennt und aktiv werden möchte. Das erreichen Sie nicht, indem Sie sagen, dass er ein großes Problem hat, sondern indem Sie Fragen stellen. Dies führt zu einem Gefühl der Dringlichkeit, zu der Vorstellung, dass etwas getan werden muss.

Die dritte Phase ist die Präsentation Ihrer Beratung, in der Sie Ihr Können zeigen und Menschen beeinflussen. In der vierten und letzten Phase helfen Sie dem Kunden, eine Entscheidung zu treffen, indem Sie gemeinsam Schritte im Entscheidungsprozess unternehmen. Dies ist die eigentliche Beratungsarbeit.

Alles in allem geht es bei einem beratenden Verkaufsgespräch mehr um den Kunden als um Sie. Der Kunde ist König.‘

Tipps von Claus

Seien Sie froh über kritische Fragen oder Reaktionen, denn das ist der Moment, in dem Sie Kontakt zum Inhalt haben. Versuchen Sie in diesem Fall nicht, schlauer zu sein oder die Frage in Frage zu stellen. Gehen Sie stattdessen tiefer in die Frage hinein, denn hinter einer solchen Frage verbirgt sich eine Angst oder Sorge. Gehen Sie also einen Schritt auf den Kunden zu, indem Sie Kritik als positiven Input nutzen. Schließlich weiß der Kunde am meisten über das Problem, für das er Ihren Rat braucht. Das Schöne daran ist: Was Sie in diesem Training lernen, können Sie auch in anderen Situationen innerhalb und außerhalb Ihres Unternehmens anwenden. Akzeptanz kommt mit jedem Geschäft. Es geht nur um Beeinflussung.

Dieser Artikel wurde von Mathilde van Hulzen geschrieben, technische Redakteurin von High-Tech Systeme.

Passive Dämpfung ist schon seit geraumer Zeit ein Standardwerkzeug für Bauingenieure und Architekten. Maschinenbauingenieure, die für eine Genauigkeit im Mikrometerbereich konstruieren, versuchten jedoch in der Regel, den Einsatz von Dämpfung zu vermeiden. Jetzt, da die High-Tech-Welt in den Bereich der Sub-Nanometer-Präzision vorgedrungen ist, entdecken Maschinenbauingenieure mehr und mehr, dass passive Dämpfung eine wirksame Medizin für die heutigen Präzisionskrankheiten ist.

In den letzten Jahren hat sich die passive Dämpfung mehr und mehr zu einem Standardwerkzeug für Präzisionsingenieure entwickelt. Es ist kein Zufall, dass der fünftägige Schulungskurs Design Principles for Precision Engineering diesem Thema einen ganzen Tag widmet. Aufgrund der zunehmenden Bedeutung der passiven Dämpfung für Systeme mit Subnanometer-Positionsanforderungen hat die Mechatronics Academy, Partner des High Tech Institute, einen speziellen Schulungskurs zu diesem Thema entwickelt. Die Top-Experten Hans Vermeulen und Kees Verbaan unterrichten diesen neuen Kurs Passive Dämpfung für High-Tech-Systeme.

Hans Vermeulen kam in den späten neunziger Jahren bei Philips CFT erstmals mit passiver Dämpfung in Berührung. Seit Mitte 2000 arbeitet er bei ASML, wo diese Technologie inzwischen in verschiedenen Subsystemen implementiert wurde, um eine Präzision im Sub-Nanometerbereich zu erreichen. Außerdem ist er einen Tag pro Woche als Professor an der TU Eindhoven tätig. Ungehindert von der täglichen Hektik in Veldhoven kann Vermeulen sich unter anderem auf die passive Dämpfung konzentrieren. Die Tatsache, dass seine Vorlesungen auf diesem Gebiet schon vor einigen Jahren begonnen haben, zeigt, dass die passive Dämpfung im Mittelpunkt des Interesses steht.

Hans Vermeulen informiert, dass ASML zunehmend passive Dämpfung einsetzt, um Sub-Nanometer-Präzision zu erreichen.

Kollege und Trainer Kees Verbaan promovierte 2015 über robuste Massendämpfer für Bewegungstische. Er arbeitet für die NTS Group, einen erstklassigen Zulieferer für den Hightech-Maschinenbau. In seiner Rolle als Systemarchitekt sieht Verbaan, wie sich die passive Dämpfungstechnologie in vielen High-End-Unternehmen durchsetzt.

Der Systemarchitekt Kees Verbaan, der über robuste Massendämpfer promoviert hat, sieht nun, wie sich sein Fachgebiet etabliert.

In der Welt der großen Dimensionen (Zentimeter statt Nanometer) ist die passive Dämpfung überall anzutreffen. Legen Sie Ihren Finger auf eine vibrierende Stimmgabel oder nageln Sie einen großen Teppich an die Wand und schon haben Sie eine passive Dämpfung. In der Automobilindustrie wird sie häufig bei Autotüren eingesetzt. Eine Schicht aus Anti-Knall-Folie sorgt für ein gutes Klangerlebnis. Wenn Sie die Tür schließen, hören Sie das Blech nicht ärgerlich mitschwingen: Die Dämpfungsschicht sorgt für den sanften Klang, den wir mit Qualität assoziieren. Die Energie verbleibt nicht als kontinuierliche Schwingung im Material, sondern wird über eine Bitumenschicht auf der Innenseite der Tür in Wärme umgewandelt. Ein ziemlich extremes Beispiel für ein passiv dämpfendes Design finden Sie im Taipei 101, dem höchsten Gebäude der gleichnamigen taiwanesischen Hauptstadt. Da Erdbeben und Taifune recht häufig auftreten, ist das 101-stöckige Gebäude mit einem abgestimmten Massendämpfer ausgestattet, einer riesigen kugelförmigen Masse von mehr als achthundert Tonnen, die an der Spitze des Gebäudes an vier Seilen hängt und mit großen viskosen Dämpfern versehen ist. Bei Erschütterungen, die durch Erdbeben oder schwere Stürme verursacht werden, bewegt sich die Kugel phasenverschoben und absorbiert so einen großen Teil der kinetischen Energie des Gebäudes. ‚Ähnliche Techniken halten jetzt auch Einzug in die Hightech-Welt‘, sagt Hans Vermeulen. In den letzten Jahren wurden Dämpfungsschichten – so genannte Zwangsschichten – in Hochpräzisionsbühnen eingesetzt und abgestimmte Massendämpfer verwendet, um störende Vibrationen bei bestimmten Frequenzen zu unterdrücken und die Genauigkeit des gesamten Systems zu erhöhen.

Im Hightech-Maschinenbau wurde die Anwendung passiver Dämpfung lange Zeit vermieden und umgangen. Das liegt vor allem daran, dass die Konstrukteure ihre Ziele mit dem traditionellen Ansatz erreichen konnten (und oft immer noch können), relativ steife Strukturen aus Metall oder Keramik und Metallfedern zu verwenden, um ein vorhersehbares Verhalten zu erreichen.

Kunststoffe, Gummi und Verbundwerkstoffe

Obwohl der Einsatz von Kunststoffen, Gummimaterialien und Verbundwerkstoffen unerwünschte Schwingungen erheblich reduzieren kann, war die Anwendung nie besonders beliebt, weil das hysteretische Verhalten dieser Materialien Präzisionssysteme potenziell unberechenbar macht. Ein weiterer Grund ist, dass analytische Werkzeuge wie die Finite-Elemente-Analyse und die erforderlichen Computer lange Zeit nicht über eine ausreichende Rechenleistung verfügten, um das komplexe Verhalten zu berechnen, das notwendig ist, um den Einfluss der passiven Dämpfung in Strukturen aus exotischen Materialien richtig vorherzusagen. In den letzten Jahren haben sich die Dinge jedoch geändert.

Es mag eine Binsenweisheit sein, aber sie ist immer noch sehr wahr: In der Welt der High-Tech-Systeme steigen die Anforderungen an die Präzision ständig. Halbleiterhersteller wollen lithografische Maschinen, die zuverlässig Muster mit einer Präzision im Sub-Nanometerbereich herstellen können. Biotechnologen benötigen Mikroskope, mit denen sich DNA-Strukturen auf atomarer Ebene abbilden lassen, und Mediziner sind auf Diagnosegeräte angewiesen, die nach Möglichkeit eine molekulare Auflösung bieten. In allen Bereichen steigen die Anforderungen, so dass sich Konstrukteure und Architekten nicht mehr auf ihre Standardwerkzeuge verlassen können.

Es scheint, dass die passive Dämpfung hier einen sehr wichtigen Beitrag leisten kann. Der Ansatz hat sich als wirksam erwiesen, auch bei den High-Tech-Geräten. Das Schöne an der Dämpfung ist, dass eine ganz neue Trickkiste zum Einsatz kommt“, sagt Verbaan. Präzisionsingenieure profitieren wirklich von ein paar zusätzlichen Figuren auf ihrem Schachbrett. Das gefällt mir, denn im traditionellen Werkzeugkasten eines Herstellers gab es nur drei volle Schubladen. Jetzt stellt sich heraus, dass es drei weitere gibt, und die sind voll mit neuen Arten von Werkzeugen, die er vorher nicht benutzt hat.‘ Er unterstreicht, dass die Dämpfung eine Erweiterung des Lösungsraums ist, kein Ersatz. ‚Wenn Sie das traditionelle Design nicht beherrschen, werden Ihnen die Ergänzungen nicht viel bringen.‘

Als die Anforderungen noch weniger anspruchsvoll waren, waren Designer an den vorhersehbaren Lösungsraum aus Massen und Federn gewöhnt“, sagt Vermeulen. Bei der traditionellen Konstruktion haben Sie es mit linearen Beziehungen zu tun, z. B. mit Beziehungen zwischen Kraft und Position oder Spannung und Dehnung. Um die negativen Auswirkungen von Verstärkungen bei Resonanz zu begrenzen, stellen die Designer sicher, dass die Eigenfrequenzen des Systems hoch genug sind. Das bedeutet, dass sie leichte und steife Konstruktionen mit geringer Masse und hochsteifen Materialien und Geometrien verwenden. ‚

Monolithische Blattfeder

Das Hooke’sche Gesetz besagt eine lineare Beziehung zwischen Kraft und Position oder Spannung und Dehnung für linear elastische Materialien. Das bedeutet, dass ein elastisches Material genau in seine ursprüngliche Position zurückkehrt. Das ist schön, denn solange Sie die Kräfte kennen, die auf das System wirken, können Sie die Position genau vorhersagen. Nehmen Sie das Beispiel einer monolithischen Blattfeder, einem massiven Metallblock, der mit Löchern und Schlitzen zu einem Mechanismus verarbeitet wurde, der auf Massen und Federn basiert. Eine solche Struktur weist ein reproduzierbares lineares Verhalten auf, frei von Hysterese. Aus der Sicht der Steuerung kann dieser Ansatz jedoch zu Problemen führen, wenn eine höhere Präzision erforderlich ist.

Typische Konstruktion mit integrierter abgestimmter Massendämpfung. Foto: Janssen Precision Engineering.

Beispiel für eine monolithische Blattfeder. Ein massiver Metallblock wird mit Löchern und Schlitzen zu einem Mechanismus verarbeitet, der auf Massen und Federn basiert. Eine solche Struktur zeigt ein reproduzierbares lineares Verhalten, hat aber den Nachteil, dass sie ‚wie eine Uhr klingt‘.

Bei dieser Art von Konstruktion leidet das Steuerungssystem unter lang anhaltenden Vibrationen. Resonanzen können durch Kräfte innerhalb des Systems selbst, wie z.B. aufgezwungene Bewegungsprofile, aber auch durch äußere Einflüsse, z.B. Bodenvibrationen oder Luftverschiebungen, angeregt werden. Ohne Dämpfung verbleiben diese Schwingungen lange Zeit im System. Die Vibration kann die Schwingungsenergie nicht loswerden.

Maschinenbauingenieure neigen dazu zu sagen: „Es klingt wie eine Uhr“, und in diesem Fall ist das keine positive Feststellung. Hochfrequente Resonanzen lassen sich im Allgemeinen nur schwer durch aktive Kontrolle beseitigen. Deshalb versuchen Systemdesigner immer sicherzustellen, dass diese Arten von Resonanzen außerhalb des interessierenden Bereichs liegen. Das bedeutet, dass die erste Eigenfrequenz in der Regel etwa fünfmal höher als die Bandbreite ausgelegt wird. So wird das Kontrollsystem im unteren Frequenzbereich nicht beeinträchtigt. Durch Störungen verursachte Vibrationen treten zwar auf, aber sie wirken sich nicht leistungseinschränkend aus.

Wenn jedoch die Anforderungen an die Genauigkeit steigen, sind Designer, die den traditionellen Ansatz verwenden, gezwungen, höhere Eigenfrequenzen innerhalb des Entwurfs zu erreichen. Die Anforderungen steigen“, sagt Programmmanager Adrian Rankers von der Mechatronics Academy. Das wird ein Ende haben, denn es ist nicht mehr herstellbar.

Aversion

Der traditionelle Ansatz war für High-Tech-Systementwickler viele Jahre lang ausreichend. Aber auf der Suche nach immer größerer Präzision befassen sich jetzt alle Anbieter von High-End-Systemen mit den Möglichkeiten der Implementierung passiver Dämpfung. Vermeulen: ‚Ich wage zu behaupten, dass sie in der High-Tech-Systemindustrie zum Standard wird. Nicht jeder ist damit vertraut, aber es breitet sich aus.‘ Verbaan: ‚Die großen Akteure wie ASML, Philips, TNO und ThermoFisher haben die Zeit, ihr Wissen zu erweitern und zu forschen.‘

Vermeulen: `Dämpfung bedeutet, dass Sie vom linearen elastischen Verhalten von Materialien, wie es durch das Hooke’sche Gesetz definiert ist, abweichen. Das liegt daran, dass das Material einen Teil der Energie in Wärme umwandelt. Wenn Sie die Kraft gegen die Dehnung in einem Diagramm auftragen, wird die Dissipation durch die Hystereseschleife ausgedrückt. Die Fläche dieser Schleife ist proportional zur dissipierten Energie: die Dämpfung, die Sie der Struktur geben können.’Darüber hinaus sind die Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften von Gummi temperatur- und frequenzabhängig (für Spezialisten: lineare viskoelastische Modelle können für Gummi verwendet werden). Daher wurden diese Arten von Dämpfungsmaterialien lange Zeit vermieden: ein System kann unter denselben Belastungsbedingungen unterschiedliche Zustände annehmen. Vermeulen: ‚Das bedeutet Unsicherheit in der Position. Präzisionsingenieure haben eine Abneigung dagegen. Mit Dämpfung weichen Sie von der linearen Beziehung ab. Sie durchlaufen eine Hystereseschleife, wenn die Kraft zunimmt und wieder abnimmt, und Sie wissen nicht genau wie, da nicht alle Kräfte, die auf das System einwirken, genau bekannt sind. Oft gibt es Störungen von außen und dann können Sie in einer Position landen, die vorher nicht vorhergesagt wurde. Wir haben eigentlich lange Zeit versucht, diese Unsicherheit zu vermeiden. Daher hat jeder im Bereich der High-Tech-Systeme die Dämpfung vermieden und die Dinge traditionell mit Massen und Federn konstruiert. Aber ab einem bestimmten Zeitpunkt sind die Möglichkeiten zu Ende.

Gift

Das Gift befindet sich jedoch in der oben erwähnten Hystereseschleife. Es ist komplizierter, das Verhalten richtig vorherzusagen, denn das System kann sich wie erwähnt in verschiedenen Zuständen befinden. Das bedeutet, dass die Bedienung und Steuerung in Umgebungen, in denen Bodenvibrationen und kleine Schwankungen des Luftdrucks oder der Temperatur große Störungen verursachen, komplex ist. Ein sanftes Ausatmen über einem Wafertisch sorgt bereits für eine stehende Welle mit einer Amplitude von mehreren zehn Nanometern, während die Tische auf Sub-Nanometer-Ebene gesteuert werden müssen.In den letzten Jahrzehnten hat sich das Streben nach dem heiligen Gral eines vollständig vorhersagbaren Verhaltens von Führungsbahnen darin ausgedrückt, Reibung so weit wie möglich zu vermeiden – und auch für Energiedissipation, also Dämpfung, zu sorgen. In vielen Anwendungen ist die Coulomb-Reibung nicht erwünscht“, sagt Vermeulen. Außerdem funktionieren rRolling Elements nicht in jeder Situation. Deshalb sind Luftlager so beliebt. Sie haben kaum Reibung. 1961 setzte IBM bereits Luftlager in seinen Festplattenlaufwerken ein. Lithografische Geräte, die in den sechziger und siebziger Jahren im Physiklabor von Philips entwickelt wurden, waren mit nahezu reibungsfreien Öllagern ausgestattet und verwenden heute in mehreren Systemen die Luftlagertechnologie. Vermeulen: ‚Mit der klassischen Trickkiste, um reibungsfreie Führungen zu konstruieren, Spiel zu vermeiden und Federn mit hoher Steifigkeit und begrenzter Masse einzusetzen, konnten wir das Verhalten lange Zeit vorhersehbar machen. Aber für Anwendungen im Nanometerbereich und darüber hinaus ist das nicht mehr ausreichend.‘

Wackeliger Pizzateller

Bis vor kurzem war der klassische Ansatz für die Entwicklung von Bewegungstischen für Wafer-Stepper und -Scanner gut geeignet. Durch die Verwendung von Strukturmetallen und Keramiken kann ein solcher Tisch leicht und steif gemacht werden. Die Eigenfrequenzen sind so hoch, dass sie für die Steuerung mit hoher Bandbreite keine Einschränkung darstellen. Die Anforderungen an die Subnanometerpräzision machen jedoch die Einführung strengerer Schritte erforderlich.

Verbaan untersuchte während seiner Promotion den Einfluss der passiven Dämpfung auf ein Positionierungssystem für 450-Millimeter-Wafer. Eine solche Bühne hat Außenabmessungen von 600 mm im Quadrat. Auf der Nanometerebene ist es so, als ob man eine wackelige Pizzascheibe mit den Händen ruhig halten müsste“, sagt Verbaan. Er verglich verschiedene Materialien und untersuchte und optimierte mit Finite-Elemente-Analysen den Einfluss von Massenverteilungen auf die Leistung.

Ein so großes System ist anfällig für mehrere Resonanzfrequenzen. Um die Bühne genau steuern zu können, müssen diese Resonanzen unterdrückt werden. Für eine Frequenz ist klar, wie das geht, und man kann das auch in einem einfachen Modell darstellen. Aber wenn Sie mehrere Resonanzspitzen über ein breites Frequenzband haben, ist das praktisch unmöglich. Dann erhalten Sie ein Modell, das zu komplex ist, um es zu handhaben.

Das ist genau das, was Ingenieuren in der Praxis begegnet. Die erste „Hürde“, die die Leistung eines Systems einschränkt, ist die erste Eigenfrequenz. Das ist die Frequenz, bei der ein Objekt heftig zu vibrieren beginnt, wenn die Frequenz erhöht wird. Der traditionelle Ansatz besteht darin, zu versuchen, diese Frequenz zu erhöhen. Wenn die Mittel dafür ausgeschöpft sind, kann die Dämpfung helfen, die Resonanzamplituden zu unterdrücken. Die erste Eigenfrequenz eines quadratischen Wafers ist zum Beispiel der Torsionsmodus, bei dem sich zwei Paare von gegenüberliegenden Ecken in Phase bewegen. Aber bei höheren Frequenzen fängt alles an zu rasseln. Das liegt an den zahlreichen Teilen und Komponenten, die am Tisch befestigt sind, wie z.B. Stecker und Sensoren. Mehrere kleine Massen, die bei Kilohertz schwingen. Sie werden letztendlich das dynamische Verhalten bestimmen. Weil es so viele sind, können Sie das Problem nicht durch aktive Filterung im Kontrollsystem lösen. Mit passiver Dämpfung können Sie all das jedoch lösen“, sagt Vermeulen.

Hans Vermeulen zeigt, wie die Dämpfung eine Resonanzspitze in einem Diagramm reduzieren kann.

Verbaan: Was hilft, ist, dass sich dämpfende Materialien wie Gummi und Flüssigkeiten und die Dämpfer, die Sie mit diesen Materialien entwerfen, bei diesen hohen Frequenzen typischerweise sehr gut verhalten, vor allem wegen der frequenzabhängigen Materialeigenschaften. Bei niedrigen Frequenzen verhalten sie sich wie eine Feder mit geringer Steifigkeit und geben daher ein wenig nach, aber bei höheren Frequenzen werden sie viskos.‘ Die Schulung von Vermeulen und Verbaan macht deutlich, dass man das Feld der Dämpfung zwar extrem schwierig gestalten kann, dass es aber auch sehr gute Faustregeln und einige sehr nützliche Konstruktionsprinzipien gibt. Verbaan: ‚Unser Ziel ist es, die gesamte Palette der Möglichkeiten zu skizzieren und sicherzustellen, dass die Kursteilnehmer mit dem richtigen Ansatz zu einer Lösung kommen. Man kann moderne Computer tagelang oder sogar wochenlang rechnen lassen, aber dann muss man ein echter Spezialist sein. Wir wollen den Kursteilnehmern verschiedene Möglichkeiten zur Anwendung der Dämpfung vermitteln. Sie lernen die Hintergründe der Modellierung, aber auch die einfache Herangehensweise an das Problem, damit sie die Dämpfung richtig anwenden können. ‚

Potenzielle Studenten sind zum einen Menschen mit einem Hintergrund in Konstruktionsprinzipien“, sagt Rankers. Sie wollen die Dämpfung in der Praxis anwenden. Andererseits werden sich auch Systemarchitekten dafür interessieren, damit sie sich der Möglichkeiten bewusst sind, die Dämpfung bieten kann.

Kees Verbaan zeichnet einen Bewegungstrainingstisch, der in einer vertikalen Position konstant gehalten werden muss. Auf einen solchen Tisch wirken alle möglichen Kräfte, von horizontalen Motoren zur Beschleunigung bis hin zu vertikalen Aktuatoren, die den Wafer auf dem Tisch in der richtigen Höhe halten. Bei der ersten Schwingungsform bewegen sich die gegenüberliegenden Ecken gleichzeitig nach oben oder unten, während sich die anderen Ecken in die andere Richtung bewegen. Das Ergebnis kann in der Größenordnung von zehn Nanometern liegen, während der Tisch eine Positionskontrolle im Subnanometerbereich benötigt.

Vermeulen und Verbaan betonen, dass passive Dämpfung kein ‚Wunderöl‘ ist. Ein ganzheitlicher Designansatz ist unerlässlich. Ich habe Ingenieure sagen hören: Lassen Sie den Fehler erst einmal drin, wir werden ihn später mit Kontrollen lösen“, sagt Verbaan. Er sagt, dass die Leute manchmal mit Systemen zu ihm kommen, die nicht die gewünschte Leistung erbringen, und ihn fragen, ob sie das Problem mit passiver Dämpfung beheben können. Verbaan: ‚Manchmal wird das zu einfach gehandhabt. Sie dürfen nicht einfach die Grundlagen einer soliden mechanischen Konstruktion vergessen. Alles beginnt mit einer leichten und steifen Konstruktion, die unbestreitbar notwendig ist, auch für das richtige Funktionieren der Dämpfung. Im Kurs ‚Passive Dämpfung für High-Tech-Systeme‘ werden Verbaan und Vermeulen mehrere Dämpfungsmechanismen im Detail erläutern, wie z.B. Materialdämpfung, Dämpfung mit abgestimmter Masse und robuster Masse, Dämpfung mit Zwangslagen und Wirbelstromdämpfung. Ausgehend von Dämpfungsimplementierungen in anderen Anwendungsbereichen, wie z.B. im Bauwesen und in der Automobilindustrie, liegt der Schwerpunkt auf Design, Modellierung und Implementierung passiver Dämpfung in High-Tech-Systemen. Stan van der Meulen, Co-Trainer des Kurses, wird sich auf die Anwendung der viskoelastischen Dämpfung in einem Halbleiter-Wafertisch konzentrieren.

Dieser Artikel wurde von René Raaijmakers geschrieben, dem technischen Redakteur von High-Tech Systeme.

Experten von TNO und Ausbilder von T2prof geben den erneuerten Ausbildungskursen ‚Angewandte Optik‘, die im Februar in Delft und in Eindhoven beginnen, den letzten Schliff. Der Schwerpunkt verlagert sich. Der Anteil der harten Mathematik nimmt ab und macht Platz für Demos und praktische Experimente.

Der Kurs‚Angewandte Optik‚ von T2prof stammt aus dem Philips Center for Technical Training. Das High Tech Institute führt den Kurs in einer exklusiven Partnerschaft mit T2prof durch. Die erste Ausgabe stammt aus dem Jahr 2003. Kurz zuvor hatte ASML dem Philips CTT mitgeteilt, dass es einen Kurs benötige, um Elektronikingenieuren, Maschinenbauingenieuren und Chemieingenieuren ein besseres Verständnis für die Welt der optischen Forschung und Entwicklung zu vermitteln, in der sie arbeiten müssen.

Die Idee hinter der Anfrage von ASML war es, babylonische Sprachverwirrung bei Forschungsprojekten zu vermeiden. Wenn nicht-optische Ingenieure mehr über Linsen, Reflexion, Brechung, Kollimatoren, Laser und Ähnliches wüssten, könnten sie effektiver mit den Optikspezialisten im Unternehmen zusammenarbeiten. Dies ist Teil eines wachsenden Trends in der High-Tech-Welt. Unternehmen beziehen ihre Innovationskraft immer weniger von Einzelpersonen und immer mehr von multidisziplinären Teams. Wenn Menschen in der Lage sind, effizienter zusammenzuarbeiten, kommt dies wiederum der Entwicklung und der Innovationskraft zugute.

Experten von TNO und Trainer von T2prof haben die letzten Monate damit verbracht, das Training zu aktualisieren, um den Inhalt besser an die neuesten technologischen Entwicklungen anzupassen. Der größte Teil der schwierigen Matheaufgaben ist verschwunden. Dadurch wurde Platz für praktischere Themen wie optische Systeme, Aberrationskorrektur und die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie geschaffen. Der Lehrgang findet sowohl in Eindhoven als auch in Delft (TNO) statt.

Ein neuer Zeitplan gilt auch für die TNO-Schulung in Delft. In Eindhoven erstreckt sich der Kurs über sechzehn Nachmittagssitzungen über einen Zeitraum von acht Monaten. In Delft sind es acht Sitzungen am Nachmittag und am Abend, die sich über sechzehn Wochen erstrecken. Die Ausbildung ist bekanntermaßen anspruchsvoll, aber in den letzten Jahren wurde sie von den Teilnehmern im Durchschnitt mit mehr als 8 auf einer Skala von 10 bewertet.

Der Kurs ‚Angewandte Optik‘ in Delft wird auf Anfrage organisiert (acht Sitzungen am Nachmittag und Abend). Auch für den Kurs ‚Angewandte Optik‘, der zweimal im Jahr in Eindhoven beginnt (fünfzehn Nachmittage), kann man sich noch einschreiben.

Historisches Reisegepäck

Normalerweise gibt es zwei Arten von Kursteilnehmern, sagt Jean Schleipen, der seit vier Jahren einer der drei Ausbilder für den Kurs ‚Angewandte Optik‘ ist. Die eine Hälfte eignet sich den Inhalt ohne weiteres an und macht sich gleich an die Mathematik und die Hausaufgaben. Sie wollen den Beruf beherrschen. Andere brauchen eher ein Gesamtbild. Denken Sie an Marketingfachleute, die es für ausreichend halten, in allen optischen Bereichen grob auf dem Laufenden zu sein. Mein Ziel ist es, neben der Vermittlung von Wissen alle Teilnehmer für unser schönes und wichtiges Gebiet der Wissenschaft zu faszinieren und zu begeistern.‘

Um die Inhalte zu vermitteln und sie in einen größeren Zusammenhang zu stellen, hält Schleipen es für unerlässlich, den Studenten sowohl historisches Gepäck als auch tiefere Hintergrundinformationen zu vermitteln. ‚Wir können nicht alle Formeln und mathematischen Hintergründe an nicht-optische Ingenieure weitergeben. Aber es ist nützlich, wenn sie wissen, woher diese Berechnungen stammen. Wenn sie wissen, dass Ampère, Coulomb und Faraday im achtzehnten und neunzehnten Jahrhundert Entdeckungen auf dem Gebiet der Elektrizität und des Magnetismus machten und dass danach ein genialer Physiker, James Maxwell, auftauchte, ein Physiker, der die elektromagnetischen Kräfte mathematisch beschreiben konnte. Und als dieser Physiker mit seinen Formeln jonglierte, fielen alle Teile des Puzzles an ihren Platz und eine neue physikalische Konstante fiel heraus, die der damals gemessenen Lichtgeschwindigkeit sehr ähnlich war. Er spürte, dass es einen Zusammenhang geben musste. Maxwells Gleichungen bilden noch immer die Grundlage der modernen Optik.‘

Jahrhunderts, fährt Schleipen fort, entdeckte Hertz den photoelektrischen Effekt, gefolgt vom Aufkommen der Quantenmechanik zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts. Neue Erkenntnisse zeigten, dass Teilchen, wie z.B. Elektronen, als Masse und als Welle beschrieben werden können. Umgekehrt konnte sich das Licht sowohl als Welle als auch als Teilchen verhalten. Die Studenten sagen mir, dass sie diese Art von Wissen zu schätzen wissen.‘

Schleipen möchte auch Hintergrundinformationen geben, wenn er optisch-physikalische Phänomene erklärt. Wenn Sie eine Linse verwenden, um einen Laserstrahl zu fokussieren, dann hat der Fleck eine endliche Breite. Aber warum? Sie können dann erklären, dass dies auf die Beugung und/oder Brechung des Lichts zurückzuführen ist. Aber ich möchte auch, dass die Studenten die Ursache dieses Phänomens verstehen. Dass es zum Wellencharakter des Lichts gehört. Ich bin fest davon überzeugt, dass dies zum Verständnis beiträgt.‘

In dem neuen Kurs, der in Zusammenarbeit mit TNO entwickelt wurde, hat Schleipen mehr Platz für Demos geschaffen. Seine Erfahrung ist, dass kleine Demonstrationen sehr aufschlussreich sein können. ‚In einer einfachen praktischen Demonstration lasse ich die Studenten den Abstand zwischen den Spuren einer CD, DVD oder Blu-ray Disc bestimmen. Wir lassen einen Laser auf eine DVD strahlen und die Studenten messen die Winkel der gebeugten Strahlen, einfach mit einem Maßband. Und wirklich, mit einer Genauigkeit von weniger als einem Zehntel Mikrometer!‘ Er lacht.“So ein Test dauert zehn Minuten, dann ist jeder aufgewacht und kann zum nächsten Modul übergehen.‘

Während des Kurses werden auch interessante Naturphänomene besprochen. Warum sehen wir einen Regenbogen, warum sind es manchmal zwei und warum sind die Farben dieser beiden Bögen invertiert?

Eine stabile Disziplin

In unserem Land kann sich die optische Technologie auf neue Aufmerksamkeit freuen. So hat der Spitzensektor High Tech Systems & Materials im vergangenen Juli die Photonics National Agenda veröffentlicht und 2018 wurden erhebliche Subventionen für photonische Chips bewilligt. Auf die Frage, ob wir es mit einer Renaissance seines Bereichs zu tun haben, reagiert Schleipen jedoch recht neutral. ‚Wir spielen sicherlich mit, aber im Bereich der Optik sind wir ein kleines Land, zum Beispiel im Vergleich zu Deutschland. Natürlich haben wir ASML und Signify und ein paar Dutzend kleine und mittlere Unternehmen, die im Bereich der Photonik sehr gut abschneiden, aber sicher nicht Hunderte, wie es bei unseren östlichen Nachbarn der Fall ist.‘

Mit dieser Aussage will Schleipen die Optik nicht verharmlosen. Sie ist in erster Linie ein sehr stabiles Feld, weil sie die Grundlage für eine extrem breite Palette von Themen mit vielen Anwendungsbereichen bildet. Sie finden die optische Technologie in der Messtechnik, der Sensorik, der Inspektion, der Sicherheit, der Datenkommunikation, der Bildgebung, in der Automobilindustrie und in den biomedizinischen und Biowissenschaften.‘

Der neue Kurs trägt auch den jüngsten Entwicklungen auf dem Gebiet der optischen Phänomene und der Instrumentierung Rechnung. Um ein Beispiel zu nennen: Das Imec in Leuven hat vor einigen Jahren einen neuen cmos-Bildsensor entwickelt, in den eine Vielzahl von winzigen Spektralfiltern integriert wurde. Diese kompakten und potenziell kostengünstigen hyperspektralen Sensoren haben nun ihren Weg in eine ganze Reihe neuer Anwendungen im Gesundheitswesen gefunden.‘

Das Gebiet der Optik ist so umfangreich, dass nicht alle Teilbereiche in sechzehn dreistündigen Modulen behandelt werden können. Wir könnten leicht vier weitere Module hinzufügen, aber irgendwo müssen wir aufhören. Wir befassen uns nicht mit Biowissenschaften und biomedizinischer Technik, aber die Grundlagen werden ausreichend behandelt. Und vor allem: Die Studenten erleben den Stoff jetzt selbst, indem sie während der wöchentlichen praktischen Sitzungen physisch an den Knöpfen drehen können. Nach dem Kurs sind die Teilnehmer ausreichend ausgerüstet, in allen Teams, in denen die Diskussionen über Optik in die Tiefe gehen. Und zu Hause können sie bis ins kleinste Detail erklären, woher die Farben eines Regenbogens kommen.‘

Dieser Artikel wurde von René Raaijmakers geschrieben, dem technischen Redakteur von Bits&Chips.