HSG-IMIT in Villingen-Schwenningen wird 25 Jahre alt

2. Generation Differenzdrucksensor / Bildquelle: HSG-IMIT

Das Institut für Mikro- und Informationstechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. (HSG-IMIT) in Villingen-Schwenningen feiert einen runden Geburtstag. Seit 25 Jahren arbeiten dort Wissenschaftler und Ingenieure an neuen Anwendungen der Mikrosystemtechnik und ihrem Transfer in die Wirtschaft. Am 13. Juli, stellte das HSG-IMIT im Rahmen eines Tages der offenen Tür seine faszinierenden Projekte der Öffentlichkeit vor und Besucher konnten vor Ort mit den Forschern sprechen und ihre aktuellen Ergebnisse bestaunen.

       
Medikamente aus der Zahnprothese / Bildquelle: HSG-IMIT

Für Dr. Harald Stallforth, den Vorstandsvorsitzenden der Hahn-Schickard-Gesellschaft, setzt das HSG-IMIT eine lange Tradition im Schwarzwald fort. Ursprung der Hahn-Schickard-Gesellschaft war die Uhren- und Feingerätetechnik. Das HSG-IMIT in Villingen-Schwenningen hat diese bewährten Technologien konsequent in Richtung Mikrosystemtechnik weiterentwickelt und diese für die Unternehmen in der Region zugänglich gemacht.

Was genau die 130 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des HSG-IMIT derzeit entwickeln, stellten sie der Öffentlichkeit am 13. Juli 2013 vor. In der Wilhelm-Schickard-Straße 10 gaben die Experten Einblicke in die Labore und zeigten spannende Produktentwicklungen – darunter Exponate zu Themen wie

- Energieautonome Systeme – Ernten von Energie aus der Umgebung

- Mikrodosierung – Medikamente aus der Zahnprothese

- Cyber Classroom – Lernen der Zukunft

- Die Welt des Reinraums – Wenn selbst sauber zu schmutzig ist

Das HSG-IMIT steht für industrienahe, anwendungsorientierte Forschung, Entwicklung und Fertigung in der Mikrosystemtechnik. In vertrauensvoller Zusammenarbeit mit der Industrie, vor allem mit kleinen und mittelständischen Unternehmen, realisiert das HSG-IMIT innovative Produkte und Technologien in den Zukunftsfeldern Mobilität, Umwelt und Ressourcen, Gesundheit und Pflege sowie Information und Kommunikation. Zu den herausragenden Stärken zählen die Koordination und Durchführung von Entwicklungsprojekten sowie die Verantwortung von der Idee bis zur Produktion. Das Angebot umfasst auch die Herstellung von kleinen und mittleren Serien sowie die Überleitung in die Großserienfertigung. Das Qualitätsmanagement des HSG-IMIT ist nach DIN ISO 9001:2008 zertifiziert. International genießen das Institut und seine mehr als 130 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter eine herausragende Stellung. Das HSG-IMIT ist Mitglied der Innovationsallianz Baden-Württemberg, ein starkes Bündnis aus zwölf wirtschaftsnahen Forschungsinstituten. Diese Institute erhalten einen Zuschuss für ihre Finanzierung vom Ministerium für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg.

Die Zusammenarbeit mit der Wirtschaft stand beim HSG-IMIT immer im Mittelpunkt. Im Verlauf von 25 Jahren intensiver Forschungstätigkeit sind in Villingen-Schwenningen viele bahnbrechende Innovationen entstanden. Drei herausragende Projekte sollen eindrucksvoll den erfolgreichen Technologietransfer vom HSG-IMIT in die Industrie belegen.

2000 – TopSpot druckt Biochips: Das System funktioniert ähnlich wie ein Tintenstrahldrucker. Ein von HSG-IMIT entwickelter Druckkopf appliziert (druckt) vorgefertigte Biomoleküle auf geeignete Träger. TopSpot heißt das System, das für die GeneScan Europe AG entwickelt wurde und seit der Jahrtausendwende in der Fachwelt von Chemie, Biotechnologie, Pharma und Genforschung für Aufmerksamkeit sorgte. TopSpot dient zur Herstellung von Biochips in industriellen Maßstäben. Mit Biochips lassen sich genetische Veränderungen, die Suche nach Wirkstoffkandidaten oder auch Lebensmittelkontrollen produktiver gestalten. Die am HSG-IMIT hergestellten TopSpot-Druckköpfe erzeugen mit einer zuvor nie gekannten Präzision so genannte Microarrays auf einer Glas- oder Kunststoffoberfläche. Die Microarrays bestehen aus hunderten bis tausenden von auf eine Oberfläche gedruckten Mikrotröpfchen, von denen jedes wiederum nur einen Zehntel Millimeter Durchmesser besitzt. Jeder Tropfen lässt sich selbst im Bereich von unter einem Nanoliter exakt dosieren. Die Tropfen enthalten Sondenmoleküle zur Analyse von Genmaterial. Die im Jahr 2005 aus dem HSG-IMIT ausgegründete Firma BioFluidix vermarktet heute die TopSpot-Technologie.

2002 – Differenzdrucksensor für die Klimatechnik: Ein Mikrosensor des HSG-IMIT zur Messung sehr kleiner Druckunterschiede wurde zu einem industriellen Massenartikel. Das Institut hatte die Entwicklung des Differenzdrucksensors im Jahr 2001 gestartet und konnte ihn bereits seit 2002 im eigenen Reinraum in Serie fertigen. Bis heute wurden 500.000 derartiger Sensoren hergestellt. Das Kernelement des Produkts ist ein Chip mit einem thermischen Strömungssensor. Entwicklungspartner und Hauptabnehmer ist die Gruner AG, ein Hersteller von Relais- und Steuerungstechnik. Die Gruner AG setzt den Sensor für die Luftmengenregelung in Klimaanlagen ein. Gemeinsam mit den Firmen 2E mechatronic, Gruner AG und MicroMountains Applications AG hat das HSG-IMIT inzwischen eine zweite Generation dieses Sensortyps realisiert. Dabei gelang es, das gesamte Bauteil weiter zu schrumpfen. Gleichzeitig konnte der Messbereich um den Faktor 5 erweitert werden. Durch den Einsatz der 3-D MID Technologie konnten die elektrischen Leiterbahnen direkt ins Kunststoffgehäuse integriert werden. Somit ist ein Sensorelement entstanden, das wie elektronische SMD-Bauelemente einfach auf Leiterplatten gelötet werden kann. Diese Entwicklung ging die 2012 in Serie. Die Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen 3-D MID e.V. hat die Entwicklung bereits 2011 mit ihrem Innovationspreis ausgezeichnet.

2004 – Mikroventil MegaMic fliegt ins All: Gemeinsam mit dem Pneumatikhersteller Hoerbiger-Origa-Systems GmbH entwickelte das HSG-IMIT das Mikroventil MegaMic. Es hat die Größe eines Zuckerwürfels und wiegt nur vier Gramm. MegaMic besteht im Inneren aus einem wenige Millimeter großen Siliziumkörper, der eine hauchdünne Membran enthält. Sie wird über Logiksignale direkt angesteuert und durch elektrostatische Spannung geschaltet. Die Membran bewegt sich dabei nur einen Fünftausendstel Millimeter und gibt so die Ein- und Auslässe frei. Sie ist praktisch verschleißfrei, und je nach Ausbaustufe kann pro Minute zwischen einem halben und 50 Liter Gas durch sie strömen. Im März 2004 flog MegaMic sogar ins All – an Bord der europäischen Weltraumsonde Rosetta, die in Kourou (Französisch-Guayana) ihre Reise zum Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko antrat. Die Rosetta-Mission geht unter anderem der Frage nach, ob Kometen einst Leben auf die Erde gebracht haben könnten. Die Mikroventile aus Villingen-Schwenningen haben dabei die Aufgabe, Gas fein dosiert in einen Gaschromatographen zu befördern. Das Messgerät wird ermitteln, ob im Kometenkern organische Moleküle – also die Bausteine des Lebens – vorhanden sind. Wir sind gespannt! Der Kontakt mit dem Kometen wird für das kommende Jahr 2014 erwartet.

Geschichtlicher Hintergrund

Seit 1988 widmet sich das HSG-IMIT in Villingen-Schwenningen der Welt der miniaturisierten Systeme. Der Standort war mit Bedacht gewählt Das Institut setzt die Tradition der Feinmechanik fort, deren Wiege in der Region steht. Seine Gründung war aber auch die Antwort auf den Strukturwandel Mitte der 80er-Jahre. Damals verlagerte der französische Elektronikkonzern Thomson seine Entwicklung und Produktion schrittweise nach Fernost – ein Prozess, dem viele Arbeitsplätze in Villingen-Schwenningen zum Opfer fielen. Darum beschlossen die IHK Schwarzwald-Baar-Heuberg und die Landespolitik Ende der 80er-Jahre, dem Standort und seinen hochqualifizierten Fachkräften eine neue Zukunft zu geben. Der Transfer von Wissen, Innovationen und Forschungsergebnissen aus einem Technologiebereich mit Wachstumspotenzial sollte der regionalen Industrie frische Impulse geben. Der Fokus richtete sich auf die Mikrotechnologien. Das war die Geburtsstunde des Instituts für Mikro- und Informationstechnik, des späteren HSG-IMIT. Das Ziel war klar: Man wollte hier zukunftsfähige Branchen aufbauen beziehungsweise fördern und Talente in der Region halten. Die Trägerschaft übernahm die in den 50er-Jahren von der Uhrenindustrie gegründete Forschungsgesellschaft für Feingeräte-, Mikro- und Uhrentechnik e.V., die sich 1989 in Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. umbenannte. Schon am 1. September 1988 nahm das neue Institut in Räumen der Stadt Villingen-Schwenningen seine Arbeit auf. Von Anfang an war es an bundesweiten Verbundprojekten wie der Entwicklung frequenzanaloger Sensoren oder der Funkuhr-Technologie beteiligt. Parallel dazu wurden Anstrengungen unternommen, den passenden Standort für einen Neubau zu finden, der schließlich im Zentralbereich von Villingen-Schwenningen entstand und am 9. Juni 1993 übergeben wurde.

Kernstück war der 600 Quadratmeter große Reinraum. Er ist die Grundlage für die meisten Produktentwicklungen des HSG-IMIT. Während sich das HSG-IMIT in den ersten Jahren auf die Fertigung von Prototypen beschränkt hat, die zur späteren Produktion beispielsweise an die Firma X-Fab in Erfurt oder Robert Bosch in Reutlingen transferiert wurden, ist das HSG-IMIT ab dem Jahr 2002 auch in eine eigene Produktion eingestiegen. Beispiele aus den ersten Jahren sind Mikrosensoren für die Messung von Beschleunigungen und Winkelgeschwindigkeiten, die im Jahr 1997 vorgestellt wurden. Ebenfalls ab 1997 entstand in Kooperation mit Hoerbiger-Origa das Mikroventil MegaMic, das 2004 mit der Rosetta-Sonde ins Weltall flog. Weitere Innovationen, die aus der Arbeit des HSG-IMIT und seiner Partner hervorgegangen sind: TopSpot, die Technik, die es erlaubt, Biochips im Hochdurchsatz zu produzieren. Compact-Discs mit Mikrokanälen, die Blut oder Umweltproben in Sekunden analysieren. Mikroströmungssensoren, die Klimaanlagen helfen, Strom zu sparen.

Da sich das Institut an Maßstäben und Bedürfnissen der Industrie orientiert, hat es auch eine entsprechende Qualitätssicherung eingeführt. 2001 wurde das HSG-IMIT als eine der ersten deutschen Forschungseinrichtungen für sein Qualitätsmanagement nach DIN ISO 9001:2000 zertifiziert.

Für seine Arbeit hat das HSG-IMIT immer wieder Bestnoten erhalten. 2006 gehörte es zu den ausgewählten Orten im Land der Ideen. 2008 endete die Evaluation durch eine Gutachterkommission des baden-württembergischen Wirtschaftsministeriums mit einem eindeutigen: sehr gut! Und 2009 zählte das HSG-IMIT als Mitglied des Clusters MicroTEC Südwest zu den Gewinnern des Spitzencluster-Wettbewerbs des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.

Auch einige Ausgründungen belegen die erfolgreiche Arbeit des Instituts. Dazu zählt die BioFluidix GmbH, die seit 2005 Dosiersysteme im Nanoliter-Bereich entwickelt und vertreibt. Die 2013 ausgegründete Verapido Medical GmbH beschäftigt sich mit der Verabreichung von Medikamenten in die obere Hautschicht – etwa für Impfungen, Schmerz- und Krebstherapie.

Die erfolgreiche Arbeit des HSG-IMIT wäre ohne seine visionären Institutsleiter nicht möglich gewesen. Von 1988 bis 1991 legte Prof. Dr. Stephanus Büttgenbach den Grundstein für die Zukunft, gefolgt von Dr. Werner Kulke (1992 bis 1994), Prof. Dr. Ing. Hermann Sandmaier (1994 bis 2005) und der gemeinsamen Institutsleitung unter Prof. Dr. Yiannos Manoli, Prof. Dr. Holger Reinecke und Prof. Dr. Roland Zengerle (2005 bis heute).

Derzeit arbeiten am Institut 130 Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen. Gemeinsam mit der Industrie entwickeln sie neue Lösungen und Produkte auf der Basis der Mikrosystemtechnik – zu ihren Kunden zählen Weltkonzerne wie Bosch und Festo ebenso wie mittelständische, regionale Unternehmen. Für die laufende Forschungs- und Entwicklungsarbeit prognostiziert das HSG-IMIT ein Haushaltsvolumen von über 13 Mio. Euro, das sich vorwiegend aus Industrie-, EU-, Bundes- und Landesmitteln zusammensetzt.

Die Mikrosystemtechnik ist heute ein wichtiger Wirtschaftsfaktor in Baden-Württemberg. Sie hat tausende von neuen Arbeitsplätzen und Erfindungen hervorgebracht. Das HSG-IMIT hat dazu grundlegende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten geleistet und wird auch in Zukunft – gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie – noch viele Innovationen mitgestalten.

www.hsg-imit.de