Forschung und Entwicklung

Vorbereitung der Spurenanalyse von aufgelösten Rohstoffen am Atomemissionsspektrometer: Das Erkennen von Verunreinigungen auch auf Molekularebene ist unabdingbar für die Herstellung von Produkten höchster Qualität. Foto: SCHOTT/A. Stephan
Thilo Horvatitsch

Netzwerke für die Zukunft

Der moderne Forscher blickt über reine Laborarbeit hinaus, ist globaler Netzwerker und Projektmanager. So kultiviert die SCHOTT Forschung aussichtsreiche Zukunftsfelder und sichert die Wettbewerbsfähigkeit.

Sechs Monate arbeitete Dr. Yvonne Menke im Team eines der weltweit anerkannten Experten für Optokeramiken in Japan. Im Labor von Dr. Akio Ikesue in Nagoya lernte die Forscherin von SCHOTT den Prozess zur Herstellung des zukunftsträchtigen Werkstoffs genau kennen. Optokeramiken sind transparent. Als optisches Material zur Erzeugung von Laserlicht bieten sie entscheidende Vorteile gegenüber bisher eingesetzten Gläsern oder Kristallen (siehe auch Seite 36). „Wir wollen vor allem herausfinden, inwieweit Optokeramiken industriell produzierbar sind und wo die Grenzen ihrer Materialeigenschaften liegen”, bringt es Yvonne Menke auf den Punkt.

Das sagt zweierlei aus: Erstens zielt Forschung bei SCHOTT letztlich immer auf Anwendung. Zweitens ist es effizient, externe Expertisen für den Konzern zu erschließen. Yvonne Menke weiß: „Heute muss man die nötigen Kompetenzträger aufspüren und einbinden, man kann nicht alles allein machen.” In diesem Fall ging der Konzern eine Forschungskooperation mit dem Wissenschaftler Dr. Ikesue ein, der hierbei sein Know-how und seine Infrastruktur einbringt.

Die Ergebnisse dienen dem Aufbau einer Fertigung im Labormaßstab bei SCHOTT sowie deren Weiterentwicklung mit Forschungspartnern.

Entsprechend lauten die Konstanten im Alltag der etwa 180 Experten in der Zentralen Forschung und Technologieentwicklung von SCHOTT: Anwendungsorientierung, grenzüberschreitende Netzwerk- und Projekt­arbeit.

Zusammen mit Kollegen aus den Unternehmenseinheiten verfolgen damit weltweit gut 600 SCHOTT Mit­arbeiter ein einziges Ziel: Innovation. Denn für einen Technologiekonzern im Wettbewerb ist es entscheidend, dass sich die Forschungsinvestitionen wieder auszahlen.

SCHOTT stellt dabei recht hohe Ansprüche: 30 Prozent des Umsatzes will man mit Produkten erzielen, die weniger als fünf Jahre auf dem Markt sind.
Bild oben: Testschmelzen dienen der optimalen Zusammensetzung der Rohstoffe für die jeweilige Anwendung. Foto: SCHOTT/D. Fonda Bild unten: Das Technikum des Otto-SCHOTT-Forschungszentrums in Mainz, Deutschland, verfügt über eine serientaugliche Sputter-Beschichtungsanlage, die viele Möglichkeiten zur Veredelung von Glas und Glaskeramik bietet. Foto: SCHOTT/A.Stephan
Tradition Materialentwicklung

Vor diesem Hintergrund zeigt das Beispiel Opto-Keramiken: Die Materialentwicklung, ein Kompetenzfeld von SCHOTT mit Tradition bis zurück ins 19. Jahrhundert, ist auch morgen ein Boden, auf dem Innovationen sprießen. Was aber früher von rein empirischer Vorgehensweise mit Beobachtungen und Experimenten geprägt war, trägt nun die digitale Handschrift des Computerzeitalters. „Heute nutzen wir rechnergestützte mathematische Simulationen und Modelle. Damit lassen sich Materialeigenschaften präzise vorhersagen. Das spart kostbare Entwicklungszeit und teure Labor­versuche”, so Dr. Rüdiger Sprengard, Leiter Materialentwicklung in der Zentralen Forschung. Dies gilt auch für neue Fertigungsprozesse: Am Computer gewonnene Erkenntnisse erleichtern den reibungslosen Übergang in die industrielle Produktion. „Das Material bleibt dabei unsere ­Erfolgsbasis. Dessen Wertschöpfung maximieren wir mit Hilfe unseres ­detaillierten Verständnisses heutiger und künftiger technischer Anforderungen unserer Kunden und Entwicklungspartner”, so Sprengard.
Solar: Effizienz und Zuverlässigkeit im Visier

Um neue Zukunftsmärkte zu bedienen, blicken die SCHOTT Forscher immer häufiger auch über die traditionellen Kernkompetenzen für Spezialgläser und Glaskeramiken hinaus auf Komponenten und Systemlösungen. Zu deren Entwicklung unterstützen die Forscher des Technologiekonzerns zum Beispiel die Konzerntochter SCHOTT Solar mit den Segmenten Photovoltaik und Concentrated Solar Power. Schwerpunkte dieser Kooperation liegen vor allem in der Erhöhung der Zuverlässigkeit und Effizienz der Technik. „Wir entwickeln computerbasierte Modelle und Testverfahren, um Solarprodukte in Bezug auf ihre Lebensdauer zu charakterisieren und zu verbessern. Schließlich sollen Module oft über 20 Jahre Leistung bringen. Dabei müssen verschiedenste Werkstoffe wie Glas, Silicium, Metall und Kunststoff stets produktiv zusammenwirken”, erläutert Dr. Stefan Bauer, der diese Zusammenarbeit steuert. Erste Forschungsergebnisse flossen bereits in die Entwicklung eines neuen Moduls von SCHOTT Solar mit größeren Solarzellen ein.
Das Otto-SCHOTT-Forschungszentrum am deutschen Hauptsitz in Mainz ist eine der weltweit führenden Einrichtungen für die Glasforschung. Dort arbeiten über 180 Wissenschaftler, Ingenieure und Anwendungsexperten. Das Zentrum bietet einen umfassenden Analytik-Service mit über 300 Messmethoden und Problemlösungsverfahren. Foto: SCHOTT
Zur Effizienzsteigerung von Solarmodulen wird eine „intelligente” Lichtführung angestrebt. So soll möglichst viel Sonnenlicht in die Solar­zelle gelangen, dort bleiben und elektrisch genutzt werden. Laborversuche setzen hier etwa auf die Modifikation der Frontgläser von Photovoltaikmodulen – zum einen durch verbesserte Gläser, zum anderen durch Beschichtungen. Eine Schlüsseltechnologie, um den Wirkungsgrad von Dünnschichtzellen auf über zehn Prozent zu erhöhen, sieht SCHOTT Solar in der Entwicklung neuartiger, mikromorpher Solarzellen. Dabei geht es um die vorteilhafte Kombination amorpher und kristalliner Zellen. „Dafür steuern wir unser Know-how zum Design der dünnen Schichten und deren Charakterisierung bei”, so Stefan Bauer. Weitere Beschichtungsexpertisen lieferte die SCHOTT Forschung beim Aufbau der neuen Produktion von ­Receivern für solarthermische Kraftwerke in Spanien und USA. Hier unterstützt man bei der Auswahl und Implementierung der Messtechnik ­sowie der Sputter-Technologie, die es erlaubt, spezielle Absorberschichten zur optimalen Nutzung der Sonnenenergie auf die Receiver aufzubringen.
Die PICVD-Technologie eröffnet viele Möglichkeiten, durch die Innenbeschichtung von Pharmaverpackungen die ­Lagerstabilität von empfindlichen Biotech-Medikamente zu erhöhen. Foto: SCHOTT
Vielschichtige Kompetenzen

Die Veredelung von Produkten mit Hilfe von Beschichtungstechniken ist heute eine Kernkompetenz von SCHOTT. Mit hohem Stellenwert in der Forschung: Dort wurde und wird etwa das Verhalten von Beschichtungen auf Kochflächen bei großen Temperaturschwankungen untersucht. Erkenntnisse daraus führten zur Entwicklung thermisch stabiler Farbbeschichtungen für die neue Generation von Ceran Cleartrans® Kochflächen auf Basis transparenter Glaskeramik. Im Entwicklungsvisier stehen auch infrarot-reflektierende Schichten auf Kaminsichtscheiben zur möglichst umweltfreundlichen und effizienten Verbrennung in Heizsystemen.
Bild oben: Prüfung der chemischen Beständigkeit von Pharmafläschchen im Autoklaven, einem gasdichten Druckbehälter. Foto: SCHOTT/A. Stephan Bild unten: Dr. Yvonne Menke arbeitete sechs Monate im Team eines der weltweit anerkannten Experten für neuartige transparente Optokeramiken in Japan. Foto: A. Sell
Bahnbrechende Möglichkeiten bietet vor allem der wachsende Trend zum Einsatz von Biopharmaka. Um die empfindlichen Wirkstoffe auf Basis von Proteinen zu schützen, entwickelt SCHOTT Pharmaverpackungen mit neuartigen Beschichtungen. „Wir verfügen dazu über wegweisende Expertisen. Um für jeden Kundenwunsch die geeignete Lösung zu finden, nutzen wir unser breites Beschichtungs-Know-how zum Beispiel auf Basis unseres patentierten Verfahrens PICVD (Plasma Impulse Chemical Vapor ­Deposition) sowie die wissenschaft­lichen Kompetenzen am US-Forschungsstandort Duryea. Und wir tauschen uns mit führenden Beschichtungsinstituten aus”, sagt Dr. Tobias Kälber, Leiter der Beschichtungsentwicklung in der Zentralen Forschung. In Duryea wird vor allem die Wechselwirkung von Biomolekülen und Oberflächen untersucht. Technik und Fachwissen dazu dürfen auch Pharmazeuten nutzen.

Technische Support-Zentren in Asien

Der kurze Weg zum Kunden, ob intern oder extern, wird nicht nur an dieser Stelle gesucht: An der Schnittstelle zwischen Forschung und Anwendung unterstützen Technische Support-Zentren dort, wo die Konzerngeschäfte immer mehr zulegen: in Asien.

Die Einrichtungen im chinesischen Suzhou und im japanischen Minakuchi knüpfen Netzwerke und Kontakte zu Hochschulen, führen Entwicklungsprojekte vor Ort durch, geben den lokalen Einheiten anwendungstechnische Hilfestellung und agieren als Problemlöser sehr nah am Kunden.

„Japan ist in einigen unserer Geschäftsfelder ein Innovationsführer, und China holt auf. Wohin die Reise jeweils geht, spüren wir vor Ort sehr frühzeitig. Darum wird sich unser Beitrag zu neuen Forschungsthemen sicher noch erhöhen”, glaubt José Zimmer, Leiter der Applikationszentren. Dies gilt auch für das Scouting rund um interessante neue Technologien, für die Zusammenarbeit mit der Wissenschaft und Entwicklungspartnern sowie die Rekrutierung von Forschungsnachwuchs. SCHOTT kooperiert heute bereits mit über 150 Partnern aus Forschungsinstituten, Universitäten und Unternehmen vorwiegend in Europa und USA. Dieses Netzwerk nun auf Asien auszudehnen, wird zunehmend wichtiger.
Ergänzende Informationen
Drei Fragen an Dr. Roland Langfeld