Heraeus Innovationspreise 2008: Infrarotstrahler mit weißem Nanoreflektor ist beste Innovation 2008

Ein innovativer Infrarotstrahler mit einem weißen Reflektor aus opakem Quarzglas, der auch bei hohen Temperaturen im Vakuum eingesetzt werden kann, ein neuer, hochempfindlicher Sauerstoffsensor, mit dem sich Sauerstoff im ppb-Bereich (ppb = parts per billion) bei der Herstellung von Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoff (CGI) messen lässt, und eine neue bleifreie Lotpastenmischung zur Silberkontaktierung für Bauelemente in der Leistungselektronik – dies sind die Innovationen, die mit dem Heraeus Innovationspreis 2008 ausgezeichnet wurden.

Der erste Preis wurde im Rahmen einer Feierstunde in Hanau an Jürgen Weber (Heraeus Noblelight / Heraeus Quarzglas) überreicht. Den zweiten Platz belegte Danny Habets von der Heraeus Electro-Nite. Wolfgang Schmitt von der Contact Materials Division, W. C. Heraeus, erreichte den dritten Platz. Die Preisträger wurden von Dr. Jürgen Heraeus (Vorsitzender des Aufsichtsrats) und Schirmherr der Veranstaltung, sowie von Dr. Frank Heinricht (Vorsitzender der Geschäftsführung) mit einer Goldmedaille mit der Sonderprägung „Innovationspreis 2008“ ausgezeichnet.

„Mit Ihren innovativen Produktentwicklungen haben Sie gezielt und erfolgreich auf die Veränderungen und Anforderungen im Markt reagiert und neue Marktsegmente erschließen können“, lobte Dr. Frank Heinricht die aktuellen Preisträger. „Gerade in wirtschaftlich schwieriger werdenden Zeiten helfen uns Innovationen, um zukünftiges Wachstum zu erzielen.“ Derzeit verfügt der Edelmetall- und Technologiekonzern über mehr als 4900 Patente, setzt über 60 Mio. Euro jährlich für Forschung und Entwicklung ein, über 350 F&E-Mitarbeiter sorgen in 25 Entwicklungszentren weltweit für innovativen Nachschub. Der Heraeus Innovationspreis wird seit 2003 ausgelobt. Teilnehmen können weltweit alle Forscher und Entwickler von Heraeus.

Der Innovationspreis will die oftmals verborgenen Innovationen im Unternehmen sichtbar machen und gleichzeitig die Leistungen und Talente der Forscher und Entwickler anerkennend würdigen.

1. Platz: Infrarotstrahler mit weißem Nanoreflektor (QRC®-Strahler)

Der von Jürgen Weber und einem Mitarbeiter-Team von Heraeus Noblelight und Heraeus Quarzglas gemeinsam entwickelte Infrarot-Strahler mit dem neu-en QRC®-Reflektor (QRC = quartz reflective coating) hilft beispielsweise in der Photovoltaik bei der energiesparenden Produktion von Solarzellen. Einige Schritte bei der Herstellung der Zellen benötigen hohe Temperaturen bis 1200 °C im Vakuum. Die Erwärmung unter Vakuum mit Infrarotstrahlern, die mit dem weißen Nanoreflektor aus opakem Quarzglas ausgestattet sind, erfolgt kontaktfrei und damit ohne die Gefahr von Verunreinigungen. Durch die Verwendung des hochreinen Quarzmaterials wird eine Kontamination minimiert, wie dies bei Reflektoren aus Metall der Fall wäre.

Solarzellen sollen die Sonnenenergie möglichst gut nutzen. Ein Anti-Reflexcoating sorgt bei den Zellen für ein wesentlich besseres Absorptionsverhalten. Diese Beschichtung findet im Vakuum und bei hohen Temperaturen statt. Dank des sehr hohen diffusen Reflexionsvermögens des Strahlers mit dem weißen Nanoreflektor können die Wärmeprozesse bei der Fertigung von Solarzellen stabilisiert und optimiert werden, da Prozessparameter wie die Temperatur und deren Homogenität besser eingehalten werden. Das senkt die Kosten und steigert die Energieeffizienz der Photovoltaikanlage. Da der weltweit patentierte bzw. zum Patent angemeldete Reflektor aufgrund seiner speziellen Nano- und Mikrostruktur in einem weiten Spektrum vom ultravioletten bis infraroten Wellenlängenbereich reflektiert, sind weitere Anwendungen bereits im Blickfeld, z. B. in der Halbleiterindustrie, zum Bearbeiten von Kunststoffkomponenten oder in der UV-Härtung.

2. Platz: ppb-Sauerstoff-Sensor für die Gusseisenindustrie

Drei Jahre Entwicklungszeit stecken in dem innovativen ppb-Sensor von Dan-ny Habets, Heraeus Electro-Nite. Durch eine Verfeinerung der Messtechnik kann der hochempfindliche Sensor Sauerstoff im ppb-Bereich, also parts per Billion (ein Teilchen auf einer Milliarde Teilchen) messen, und ist damit tausend Mal empfindlicher als der bisher beste Sauerstoffsensor von Heraeus. Eingesetzt wird der Sensor zur Prozesskontrolle bei der Herstellung von Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoff (CGI = Compacted Graphite Iron) für eine neue Generation leichterer Dieselmotoren. Der CGI-Werkstoff besitzt eine spezielle Graphitstruktur, die ihm eine hohe Festigkeit und Stabilität verleihen. Er ist temperaturbeständig und sehr gut gießbar. Gefragt ist das Material als Alterna-tive für Aluminium bei der Herstellung für thermisch belastbare Bauteile in Verbrennungsmotoren. Um die spezielle Graphitstruktur zu erzeugen, werden bei der Herstellung neben Kohlenstoff und Silizium auch winzige Mengen Magnesium zugesetzt. Nur in einem speziellen Mischungszusatz von 70 bis 150 ppm (ppm = parts per million; Teilchen pro Millionen) entsteht die gewünschte stabilisierende Struktur. Über eine chemische Reaktion von Magnesium mit Sauerstoff misst der Heraeus Sensor direkt in der Gusseisenschmelze den Sauerstoff-Anteil. Darüber wiederum wird der exakte Magnesium-Gehalt bestimmt. Bisherige Magnesiummessungen mussten zeit- und kostenaufwändig durch Entnahme einer Probe durchgeführt werden. Der ppb-Sensor bestimmt in einer Einmalmessung schon innerhalb von 12 Sekunden den richtigen Wert. Dies ist eine erhebliche Kosten-, Zeit- und Energieersparnis für den Anwender.

3. Platz: Neue Silberkontaktierung als bleifreier Lotersatz für die Leistungselektronik

Das Edelmetall Silber hat sich aufgrund seiner hervorragenden thermischen und elektrischen Leitfähigkeit zur Kontaktierung von Bauteilen für die Leis-tungselektronik bewährt. Allerdings fehlten bislang effiziente Prozesse, Kon-taktflächen mittels einer Silberschicht zu verbinden. Wolfgang Schmitt, W. C. Heraeus, entwickelte eine Silberkontaktpaste und Verfahren, solche Silberschichten zu erzeugen. Die Pasten enthalten spezielle Silberverbindungen, welche im Fügeprozess elementares Silber freisetzen. Die innovative Methode erlaubt, sehr homogene Silberschichten zu erzeugen. Das war bisher nur mit Drucksintern oder Nanosilberpasten möglich. Die neuen Silberkontaktpasten sind wesentlich stabiler als bisher eingesetztes Nanosilber.

Die Leistungselektronik spielt in industriellen Elektromotoren, Kraftfahrzeugen oder in der unterbrechungsfreien Stromversorgung eine wichtige Rolle. Der Markt für Leistungsmodule wächst jährlich um mehr als sieben Prozent. In umweltfreundlichen Hybridfahrzeugen hilft die Leistungselektronik beispielsweise, die elektrische Energie auf die für den Elektromotor passende Spannung und Frequenz umzuwandeln. Materialien für die Leistungselektronik müssen sehr hohe Anforderungen erfüllen, speziell für die Verbindungstechnik, da Spannungen von mehreren Tausend Volt auftreten und Ströme bis mehrere Tausend Ampere fließen. Mit der neuen Silberkontaktierung als bleifreier Lotersatz erweitert Heraeus sein Produktportfolio für die Aufbau- und Verbindungstechnik in der Leistungselektronik.

Der Edelmetall- und Technologiekonzern Heraeus mit Sitz in Hanau ist ein weltweit tätiges Familienunternehmen mit über 155jähriger Tradition. Unsere Geschäftsfelder umfassen die Bereiche Edelmetalle, Sensoren, Dental- und Medizinprodukte, Quarzglas und Speziallichtquellen. Mit einem Produktumsatz von 3 Mrd. € und einem Edelmetall-Handelsumsatz von 9 Mrd. € sowie weltweit mehr als 11.000 Mitarbeitern in über 100 Gesellschaften hat Heraeus eine führende Position auf seinen globalen Absatzmärkten.

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Heraeus Holding GmbH
Dr. Jörg Wetterau
Leiter Technologiepresse & Innovation
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