Auf 100 Millionenstel Sekunden genau reagieren modernste Maschinensteuerungen. „Vor nicht allzu langer Zeit waren die Steuerungszyklen hundert-mal länger“, erklärt Dr. Ursula Frank. Die Ingenieurin arbeitet in Verl beim Urheber der eXtreme Fast Control (XFC-)Technology - Beckhoff Automation. Es ist nicht die erste bedeutende Innovation des Unternehmens.

Seit seiner Gründung 1980 brachte es die erste PC-basierte Maschinensteuerung auf den Markt, das erste BUS-System mit Lichtwellenleitern und das erste Echtzeit-Ethernet-System. Und nun die ultraschnellen Steuerungen. „Diese Technologie erlaubt Prozessoptimierungen, die bisher nicht umsetzbar waren“, so Frank. Bauteile lassen sich mit weniger Material präziser fertigen. Messtechnische Aufgaben von Maschinenüberwachung bis Qualitätsdokumentation lassen sich ohne weitere Spezialgeräte in die Maschinensteuerung integrieren. Und mit den Steuerungen ist es möglich, Maschinenantriebe exakter auf die nötige Leistung herauf- oder herabzuregeln. Klare Pluspunkte - auch für die Energieeffizienz. Weniger Nachbearbeitung, weniger Messtechnik und exaktere Antriebsregelung bedeuten weniger Stromverbrauch.

Laut Zentralverband der Elektrotechnik- und Elektronikindustrie (ZVEI) würde der Austausch veralteter Antriebe den Stromverbrauch der deutschen Industrie um 11 Prozent senken. Das liefe auf 27,5 Milliarden Kilowattstunden Strom, mehr als 16,9 Millionen Tonnen Kohlendioxid und 2,2 Milliarden Euro Energiekosten weniger pro Jahr hinaus.

Die XFC-Technologie ist nur ein Ansatz von vielen, um den Energiebedarf von Steuerungen zu senken. Beckhoff trimmt auch die Industrie-PCs selbst auf Sparsamkeit - von Netzteil bis Prozessoren. Die Embedded-PCs rechnen wie Server, ziehen jedoch kaum mehr Strom als Kontrollleuchten klassischer Systeme. Für solche Fortschritte setzt Beckhoff auf qualifiziertes Personal und Forschungskooperation. Ursula Frank koordiniert die Hochschulkontakte und hat dabei neben konkreten Projekten auch die Suche nach Nachwuchskräften im Hinterkopf. „Gute Ingenieure brauchen wir immer“, sagt sie, „ob berufserfahren oder frisch von der Uni.“ Fast 40 Prozent der 1.250 Beckhoff-Mitarbeiter sind Ingenieure.

Trotz der aktuellen Krise sucht der Automatisierungsspezialist motivierte Fachkräfte für Hard- und Software-Entwicklung, Projektmanagement, Applikation, Marketing und Vertrieb oder den technischen Service. Ein idealer Einstieg sind Praktika und Diplomarbeiten. „Wir holen Praktikanten und Diplomanden aber nur ins Unternehmen, wenn Kapazitäten für eine intensive Betreuung frei sind“, sagt Frank. Die Nachwuchskräfte sollten schließlich etwas lernen und umgekehrt zeigen, was sie draufhaben. In Bewerbungsgesprächen stellen die Recruiter auch technische Fragen.

Trotz oder gerade wegen der Krise wollen fast alle Maschinen- und Anlagenbauer ihr Innovationstempo steigern und brauchen dafür Fachkräfte. Dabei steht vor allem das 20-20-20-Ziel aus Brüssel im Raum. Die EU-Länder haben sich unter anderem 20 Prozent mehr Energieeffizienz zum Ziel gesetzt, um den CO2-Ausstoß bis 2020 um 20 Prozent zu senken. Die Industrie wird Effizienzpotentiale in Fabriken und Anlagen heben müssen. Zudem haben die Exportweltmeister des Maschinen- und Anlagenbaus oft billigere Konkurrenz im Nacken. Energieeffizienz gilt als Mittel, um sie auf Distanz zu halten. Sie rechtfertigt höhere Anschaffungspreise, weil sie die Kosten über den gesamten Lebenszyklus senkt.

Ein zentraler Ansatz dafür sind Embedded Systems. Ingenieuren und Informatikern gelingt es zusehends, die Präzision und Leistungsfähigkeit von Maschinen und Anlagen durch das Zusammenspiel von Soft- und Hardware zu steigern. Rund 290.000 Mitarbeiter beschäftigen Anbieter und Anwender der eingebetteten Microcontroller laut IT-Branchenverband Bitkom. Ihr Umsatz liegt bei 19 Milliarden Euro und wuchs zuletzt regelmäßig zweistellig. Laut Bitkom-Vizepräsident Heinz Paul Bonn fehlt es an Fachkräften. Weil Elektrotechniker und technische Informatiker knapp sind, waren Ende 2008 über 2.500 Stellen offen. „Das Segment wird trotz seiner hohen strategischen Bedeutung für die Investitionsgüterindustrie in der Öffentlichkeit vernachlässigt und stark unterschätzt“, kritisiert Bonn.

Anwender und Anbieter der Maschinenintelligenz sind oft nicht zu unterscheiden und fallen eher durch andere Produkte auf. Das gilt beispielsweise auch für die Festo AG aus Stuttgart. Der Spezialist für pneumatische und elektrische Antriebssysteme hat einen Namen in der Industrie- und Prozessautomatisierung. Eingebettete IT-Systeme sind hier Mittel zum Zweck, etwa um Roboterarme oder Werkzeugmaschinen bis auf Zehntelmillimeter genau zu lenken. Dafür verarbeiten Festo-Antriebssysteme binnen Millisekunden Daten unter anderem von berührungslos messenden Wegmess-Systemen, Achs-Controllern oder Drucksensoren.

Joachim Dietrich entwickelt seit einem Jahr an solchen Antriebslösungen mit. Zuvor lernte der Elektroingenieur mit Schwerpunkt Automatisierungstechnik den Forschungsbereich, in dem er arbeitet, schon als Praktikant und Diplomand kennen. „Viele Diplomanden bleiben als Berufseinsteiger bei uns“, berichtet Dr. Rüdiger Neumann, Leiter der Forschungsabteilung „Mechatronische Systeme“ - und Dietrichs Mentor. Sein Team sorgt für die Schnelligkeit und Präzision der Antriebe - und für deren Energieeffizienz. Unter anderem entwickelt es derzeit in einem Forschungsprojekt adaptive Antriebssysteme, die Leistung und Stromverbrauch in Millisekunden dem tatsächlichen Bedarf anpassen.

Auf der Suche nach versteckten Energiereserven zerlegen die Forscher sämtliche Prozesse. „Wenn etwa ein Roboter von A nach B fährt, gibt es bei gleicher Gesamtgeschwindigkeit verschiedenste Beschleunigungsoptionen“, so Dietrich. Fährt er gleichmäßig? Beschleunigt er kurz und lässt dann gleiten? Je nach Profil ergeben sich Verbrauchsunterschiede von bis zu 10 Prozent, wobei es von der Antriebsart abhängt, welche Auslegung effizienter ist. Kompliziert wird das Ganze bei einer Neuentwicklung der Schwaben: hybride pneumatisch-elektrische Antriebe. Grundidee: Während elektrische Antriebe sehr exakt sind, für größere Lasten aber viel Bauraum beanspruchen, ist es bei Druckluftantrieben umgekehrt: Sie sind klein, aber schwerer zu regeln. „Wir kombinieren die Kraft der Pneumatik mit der Genauigkeit der elektrischen Antriebe“, erklärt Neumann, der die Entwicklung maßgeblich prägte. Beide Antriebe arbeiten parallel, wobei Steuerungsalgorithmen entscheiden, wann Pneumatik oder Elektrik übernehmen und wann sie sich gegenseitig unterstützen.

Firmen wie Festo sind dafür prädestiniert, den Energiehunger der Industrie zu zähmen. Denn ihre Produkte wandeln Energie in Bewegung. Und sie haben das nötige Know-how, um die Energiewandlung zu optimieren. „Energieeffizienz ist eine Frage der Gesamtsysteme“, sagt Neumann. Diesen Ansatz verfolgt Festo an verschiedensten Fronten: sei es in gemeinsamen Forschungsprojekten mit anderen Unternehmen der „Antriebskette“. Sei es im Service, wo Techniker Leckagen in Druckluftsystemen der Kundschaft orten und beseitigen; durch Lecks verpuffen oft 20 bis 60 Prozent der Eingangsenergie. Daneben unterstützen Ingenieure des Unternehmens Kunden anhand von Simulationsprogrammen bei der korrekten Auslegung elektrischer und pneumatischer Antriebe von Maschinen, Anlagen und Fertigungssystemen. Und nicht zuletzt rüsten die Schwaben ihre eigenen Standorte durch konsequenten Einsatz erneuerbarer Energien und effizienter Technik auf. Denn wie die Kunden will auch Festo selbst klimaschonend produzieren - und Energiekosten sparen.