Für keramische Materialien – Schlüsselkomponenten für Siemens – entwickelt Wolfgang Rossner beständig neue Anwendungen. Er wurde dafür als einer der Top-Innovatoren der Siemens AG ausgezeichnet.
Im Global Technology Field „Ceramic Materials and Devices“ in München tüfteln Dr. Wolfgang Rossner und sein Team an Mischungen von Metalloxiden in Pulverform, um neue Hochleistungskeramiken zu entwickeln. Es handelt sich dabei um künstliche chemische Substanzen, die als kompakte polykristalline Festkörper aus Pulvern, viel feiner als Sand, bei hohen Temperaturen erzeugt werden. Die Forschungsarbeit steckt darin, diese Materialien, beginnend mit der atomaren Struktur, so aufzubauen, dass die unterschiedlichen Komponenten auf ihr jeweiliges Einsatzgebiet hin maßgeschneidert sind.
„Das geschieht heute auf Basis sowohl wissenschaftlicher als auch empirischer Erkenntnisse. Wegen der zunehmenden Komplexität neuartiger Keramikmaterialien soll dies in Zukunft auch virtuell am Computer möglich sein“, erklärt Rossner. Simulations-Werkzeuge werden geeignete Mischungsverhältnisse der chemischen Bestandteile viel schneller herausfinden, als es die empirische Vorgehensweise je könnte. Noch ist es Zukunftsmusik, aber Rossner ist überzeugt davon, dass es künftig möglich sein wird, mit den virtuellen Materialien am Computer zu „spielen“, ihr Verhalten zu simulieren sowie Eigenschaften wie Härte, Zuverlässigkeit oder Temperaturbeständigkeit digital vorherzusagen. An der Entwicklung und Verfeinerung solcher Verfahren arbeitet sein Team bereits seit Jahren.
Die keramischen Materialien stecken in so unterschiedlichen Produkten wie Röntgendetektoren, Leuchtdioden und Turbinenschaufeln. Genau das ist das Besondere an diesen Stoffen, die Rossner immer aufs Neue faszinieren: dass sie Schlüsselkomponenten für eine Vielzahl von Produkten sind. Beispielsweise wandelt die in Röntgendetektoren enthaltene Keramik die Röntgenstrahlen sehr schnell und effizient in Lichtsignale um – was für die medizinische Computertomographie besonders wichtig ist. Ganz andere Aufgaben haben die keramischen Beschichtungen in Gasturbinen: Hier geht es vorallem darum, die metallischen Turbinenschaufeln vor den extrem hohen Temperaturen der Verbrennungsgase zu schützen. Und Keramiken können noch viel mehr: Sie isolieren vor hohen elektrischen Spannungen, sie verändern unter elektrischer Spannung ihre Form (Piezoeffekt) oder sie erzeugen direkt aus einer Temperaturdifferenz Strom (thermoelektrischer Effekt).
Rossners Team denkt sich aus solchen Materialeigenschaften ständig weitere Anwendungsmöglichkeiten für diese Querschnittstechnologie aus. Das erfordert ein sehr interdisziplinäres Team – seine 30 Mitarbeiter sind Experten aus verschiedensten Fachgebieten: Werkstoffwissenschaften, Physik, Chemie, Mathematik und Elektrotechnik. Rossner, studierter Werkstoffwissenschaftler, arbeitet seit 1984 bei Siemens. Er weiß, wie lang der Weg von der Idee zum Produkt sein kann. Keramik für Röntgendetektoren entwickelte er hier bereits Ende der 80er- Jahre. Mitte der 90er war man so weit, die Erkenntnisse in die Medizintechnik zu transferieren und das Produkt auf Fertigungsdimensionen zu heben. Das gelang innerhalb von nur zwei Jahren. Das Produkt hatte schnell Erfolg am Markt, heute ist die Keramik unverzichtbarer Bestandteil der besten Röntgendetektoren.
„Das ist für mich das Spannende als Forscher: diese Wertschöpfungskette zu initiieren und zu begleiten.“ Dabei hat Rossner auch so manche Schwierigkeit überwunden. „Es gibt immer Bedenkenträger.“ Wichtig sei es, an die eigene Idee und das eigene Vorgehen zu glauben. Dann könne man die Entscheider mit Fakten und Enthusiasmus überzeugen. Doch zugleich hat man immer auch mit technischen Hürden zu kämpfen. „Ohne gute und kreative Mitarbeiter hat man da keine Chance“, meint Rossner. Unverzichtbar ist zu dem der Dialog mit Anwendungsexperten. Denn nicht aus jeder Idee wird ein technischer und wirtschaftlicher Erfolg. Spricht man frühzeitig mit den Anwendern, lässt sich aber herausfinden, was hierfür wesentlich ist. Ideen kommen natürlich auch durch Wettbewerber. „Man beäugt sich intensiv“, schmunzelt der Experte. Mit seinen Erfindungen schafft sein Team Alleinstellungsmerkmale für Siemens. Wenn dann Wettbewerber große Augen bekommen, freut Rossner das besonders.