1. Langsame Ionen für schnelle Blitze

Ionen sind heute aus Medizin, Technik und Grundlagenforschung nicht mehr wegzudenken. Die elektrischen Teilchen werden gegen Krebsgeschwüre eingesetzt. Ionen-Projektile verändern Metalloberflächen im Milliardstel-Millimeter-Bereich, sie schaffen die Masken für Computerchips und mit ihrer Hilfe lassen sich extrem präzise Messungen realisieren. In der Forschung helfen Ionenquellen, das Verhalten und die Eigenschaften von Ionen in Plasmen, wie sie in der Fusionsforschung oder in kosmischen Objekten vorkommen, zu verstehen. Besonders interessant für die Forscher sind langsame, extrem hochgeladene Ionen. Derartige Ionen entstehen aus elektrisch neutralen Atomen, indem diesen Elektronen "entrissen" werden. Je mehr Elektronen aus der Atomhülle entfernt werden, desto höher ist die Ladung der Ionen. Doch die Herstellung der elektrischen Teilchen ist aufwendig und dementsprechend teuer. Gemeinsam mit der Leybold Vakuum Dresden GmbH und russischen Wissenschaftlern entwickelte eine Arbeitsgruppe um Privatdozent Dr. Günter Zschornack vom Institut für Kern- und Teilchenphysik der Technischen Universität Dresden eine neuartige Ionenquelle. Ihr Name "Dresden EBIT" steht für Dresden Electron Beam Ion Trap. Schon optisch unterscheidet sie sich deutlich von bisherigen Quellen. "Unsere Ionenquelle ist mit einer Länge von rund 30 Zentimetern und einem Gewicht von etwa zehn Kilogramm relativ klein", erläutert Dr. Zschornack. "Im Vergleich dazu weisen die bisherigen Quellen wesentlich größere Abmessungen auf." Spektakulärer sind aber die Veränderungen im Inneren. Die Dresdner können auf supraleitende Magnete zur Elektronenstrahlformierung und auf die damit verbundene extreme Kühlung nahe dem absoluten Nullpunkt verzichten. Sie pressen einen in die Ionenfalle eingeschossenen Elektronenstrahl mit Magnetfeldern zu extrem hohen Dichten zusammen und beschießen mit den Elektronen dieses Strahls dann Atome, die in den Strahl eingebracht und mit einer elektrostatischen Falle dort "gefangen" werden. Der Elektronenstrahl reißt den Atomen ihre Elektronen aus der Hülle heraus und macht sie so zu geladenen Ionen. Diese werden durch ein elektrisches Feld aus dem Elektronenstrahl "herausgefischt" und gesammelt. Mit der DEBIT lassen sich Ionen aus fast allen Elementen über das gesamte Spektrum des Periodensystems hinweg erzeugen, so zum Beispiel aus den Metallen Eisen, Nickel, Iridium, den Edelgasen Krypton und Xenon oder aus Quecksilber. Je nach eingesetztem Element strahlt die Ionenfalle charakteristische Röntgenstrahlung, eine sogenannte Vakuum-Ultraviolett-Strahlung oder sichtbares Licht aus. "Mit unserer neuen, zum internationalen Patent angemeldeten Technik wird es gegenüber bekannten Quellen möglich, hochgeladene Ionen in größerem Maßstab in der Forschung und Technologie extrem wirtschaftlich einzusetzen", äußert Dr. Zschornack. Zu den Anwendungen, die der Dresdener Wissenschaftler ins Auge fasst, gehört die Plasmaphysik ebenso wie die Astrophysik. Explodiert ein Stern, entstehen viele Ionen. Deren Spektrallinien müssen die Astronomen kennen, um zu verstehen, was im Kosmos abläuft. Doch nicht nur zur Erforschung der Weiten des Weltalls eignet sich DEBIT, auch kleinste Strukturen profitieren von der Ionenfalle. Künftig werden Chips mit Vakuum-Ultraviolett-Strahlung beschrieben. Nur so lassen sich noch mehr Strukturen auf die Siliziumplättchen bringen. Datenspeicher hingegen könnten künftig auch per Ionenbeschuss entstehen, die Teilchen verändern dabei nur die obersten Atomlagen. "Diese Fähigkeit unserer langsamen hoch geladenen Ionen, Materialien nur in Nanometerbereich zu beeinflussen, lässt viel Raum für Phantasien. Ich glaube, das Anwendungspotential auf diesem Gebiet lässt sich derzeit nur ahnen", urteilt Dr. Zschornack. (zscho)


2. Umformen und Schneiden ohne Presse

Die Wirtschaftlichkeit der Blechformteileherstellung in der Automobilindustrie ist u. a. durch die Losgröße bestimmt. Die steigende Variantenanzahl reduziert die Anzahl an Gleichteilen und der Einsatz von endbeschichtetem Blech im Karosseriebau stellt neue Anforderungen an den Fertigungsprozess. Ergänzend zu der bisher herkömmlichen Fertigungstechnik ist die wirtschaftliche Produktion ausgewählter Teilegruppen wie Karosserieaußenhautteile im Takt der Weiterverarbeitung ? dem Rohbau- oder Montagetakt - unmittelbar am Montageband denkbar. Dadurch kann auch die Lagerhaltung und die erforderliche Logistik für die so gefertigten Teile entfallen. Dazu ist eine Maschinen- bzw. Werkzeugtechnik notwendig, die zu geringen Kosten die erforderliche Teilequalität direkt an das Montageband liefert. Weiterhin ist Flexibilität gefordert, um schnell auf Wechsel im Produktionsprogramm reagieren zu können. In Zusammenarbeit der TU Dresden mit sächsischen Unternehmen und mit Förderung durch die AMZ Verbundinitiative Automobilzulieferer Sachsen 2005 ist die Schneid- und Umformeinheit entstanden. Als kostengünstige und flexible Anlage erfüllt diese Einheit aus hydraulischem Antrieb und Werkzeug die genannten Anforderungen. Es wird die Voraussetzung für eine taktgebundene Fertigung von Blechformteilen des Karosseriebaus geschaffen und ein bedeutender Beitrag zur Flexibilisierung geleistet. (lau)