Die 1980er Jahre: Produktionstechnisches Zentrum (PTZ) Berlin

Berlin wird Fraunhofer-Land

Spulen wir noch einmal zurück und erinnern uns: 1976 nahm man an, dass die UdSSR Fraunhofer in Berlin nicht akzeptieren würde und gründete das von Prof. Spur geplante Institut für Produktionstechnik als Außenstelle des Stuttgarter Fraunhofer IPA. Dieses Konstrukt hatte jedoch von Anfang an nur formalen Charakter. Tatsächlich betrachtete sich das IPA-Berlin immer als eigenständig handelnde Einheit, wie sich zwischen den Zeilen aus dem ersten Jahresbericht des jungen Instituts herauslesen lässt. Hier heißt es, zur inhaltlichen Abstimmung des Stuttgarter sowie des Berliner Institutsteils sei eine gemeinsame Institutsleitung gebildet worden, bestehend aus Prof. Hans-Jürgen Warnecke für Stuttgart und Prof. Günter Spur für Berlin. Beide hätten jedoch »aus Gründen der Praktikabilität auf eine Verantwortlichkeit für den jeweils anderen Institutsbereich verzichtet«.

Drei Jahre lang war Fraunhofer auf diese Art in Westberlin aktiv, ohne dass es Widerspruch vonseiten der Sowjetunion oder der DDR gab. Mutmaßlich machten sich daher vor allem Vertreter der USA für die Eigenständigkeit des Instituts stark. Als prominenter Unterstützer in diesem Zusammenhang wird der US-Diplomat John C. Kornblum betrachtet. Der spätere US-Botschafter in Deutschland blieb dem Institut auch in seiner weiteren Laufbahn verbunden und hielt unter anderem eine Grußbotschaft beim Produktionstechnischen Kolloquium (PTK) 1998.

Und so wurde schließlich de jure umgesetzt, was de facto schon gegeben war: Im Lauf des Jahres 1979 erklärte Westberlin seine Bereitschaft, sich an der Bund-Länder-Finanzierung der Fraunhofer-Gesellschaft zu beteiligen. So konnte das IPA-Berlin zum 1. Januar 1980 eigenständig werden. Seitdem trägt es den Namen »Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK«.

Mehr Platz für große Geräte

Platz blieb ein Thema für das stetig wachsende Fraunhofer IPK. Die Räume an der Kleiststraße ermöglichten zwar elektronische Laborarbeiten und den Betrieb von Großrechnern, erlaubten aber keine schweren Geräte. Erprobungsarbeiten an Werkzeugmaschinen fanden im Versuchsfeld des IWF in der Fasanenstraße statt. Dort jedoch stießen die beiden Institute zunehmend an räumliche Grenzen – auf Fotos aus den 1980er Jahren ist zu sehen, dass das Versuchsfeld zuletzt vollgestellt war bis auf den letzten Zentimeter. Vor allem Roboterversuchsstände trugen zur Raumnot bei.

So kam es gelegen, dass die TU Berlin 1980 Hallen und Büroflächen in einem stillgelegten Fabrikgebäude der AEG in der Ackerstraße anmieten konnte. Das Gebäude ist ein Erweiterungsbau des traditionsreichen AEG-Werksgeländes in der Brunnenstraße, wo heute das Fraunhofer IZM seinen Sitz hat. Die Renovierung dauerte ein Jahr, und 1981 wurde dort ein Roboterlabor in Betrieb genommen. Platz gab es damit nun zwar ausreichend – doch das »Raumproblem« verlagerte sich auf eine andere Ebene: Fraunhofer IPK und IWF waren nun an drei Standorten tätig. Die Zusammenarbeit innerhalb der beiden Institute sowie zwischen ihnen wurde durch lange Wege behindert. Es war daher eine große Erleichterung, als im Dezember 1982 der erste Spatenstich für das Gebäude gesetzt werden konnte, der künftig die beiden Institute an einem großzügigen Standort integrieren sollte.

Rund um den Roboter

Vorerst jedoch konzentrierte sich die Forschung zu Industrierobotern in der Nähe des Nordbahnhofs. Der Industrieroboter ist eine vergleichsweise junge Arbeitsmaschine. Im Jahr 1954 meldete George Devols ein Patent für seinen »Unimate« an, den ersten programmierbaren Manipulator. Mit Beginn der 1960er Jahre hielten erste kommerzielle Geräte zunehmend Einzug in die Industriehallen. So auch in Deutschland: 1970 sollten Unimates in die Fertigung bei Daimler eingeführt werden. Der deutsche Vertriebspartner KUKA stieß dabei jedoch an Grenzen, die die Entwicklung des ersten deutschen Industrieroboters motivierten: Der »Famulus« war zugleich der erste Roboter mit sechs elektromechanisch angetrieben Achsen. 1974 erschien in Schweden der erste voll computergesteuerte Roboter.

An dieser Stelle sprang das Fraunhofer IPK auf den Entwicklungszug auf. Im Bereich der Steuerungstechnik konnte das Institut unter Prof. Spur erheblich zur Roboterentwicklung beitragen. Allerdings diktierten die räumlichen Möglichkeiten in den ersten Jahren eine Konzentration auf Steuerungen und passende Platinen sowie die Simulation von Bewegungsabläufen. Mit der Eröffnung des Labors wurde deutlich mehr möglich. Bahn- und Punktsteuerungen konnten jetzt nicht nur entwickelt, sondern direkt vor Ort getestet werden. Zudem konnten Anwendungsfälle aus den verschiedensten Bereichen – wie Montage, Schweißen, Bürsten oder Entgraten – erprobt werden. Auch erste Arbeiten zu kooperativen Robotern wurden möglich. Zu diesem Zweck war das Roboterlabor mit Geräten aller großen Hersteller ausgestattet, zum Beispiel von KUKA, Reis, Unimation sowie der aus Siemens hervorgegangenen Firma Manutec. 

Virtuelle Roboter, reale Produktion

Neben der Hardwareentwicklung und Steuerungsprogrammierung gewann auch die Simulation von Industrieroboterprogrammen im Lauf der 1980er Jahre immer größere Bedeutung. Statt dem manuellem Online-Teach-in, d. h. der Programmierung am realen Roboter, konnten Programme nun zunächst virtuell und ohne Ausfall der laufenden Produktion getestet werden. Damit war der Grundstein für die Offline-Programmierung gelegt, heute eine unverzichtbare Technologie in der Industrie.

Das war auch für komplexe 12-Achs- bzw. 6+6-Achssysteme relevant, bei denen z. B. ein Roboter ein auf einem Drehtisch gespanntes Teil bearbeitet. In den späten 80er Jahren testeten Teams am Fraunhofer IPK sogar kooperierende Roboter: Ein Roboter bewegte das Werkzeug, der andere das Werkstück. 

Bauplanung am Charlottenburger Spreebogen

Wohl dem, der ein neues Quartier benötigt, wenn ein enger Partner gerade großzügige Flächenerweiterungen plant. In der zweiten Hälfte der 1970er Jahre kämpfte nicht nur das spätere Fraunhofer IPK mit Platzproblemen. Auch die TU Berlin kam zu dieser Zeit an räumliche Grenzen. Die Zahl der Studierenden war zwischen 1969 und 1979 enorm gewachsen. Das vorhandene Personal konnte sie kaum adäquat betreuen – mehr Personal konnte auf den vorhandenen Flächen aber nicht beschäftigt werden. Außerdem agierte die Universität mit zahlreichen gemieteten Flächen, die auch noch über die gesamte West-Berliner Innenstadt verstreut waren.

Für den Ausbau der TU wurden unterschiedliche Areale diskutiert, unter anderem das sogenannte Spreebogengelände nördlich der Helmholtzstraße. Im Rahmen einer »strukturellen Gesamtplanung« der TU-Erweiterung wurde eine umfassende Neuordnung der dortigen Grundstücke vorgeschlagen. Die favorisierte Idee sah vor, um einen zentralen Platz – ein Universitätsforum – mehrere Institute sternförmig anzuordnen. Angedacht waren Neubauten für die Fertigungs- und Verfahrenstechnik, den Maschinenbau, die Lebensmitteltechnologie, das Verkehrswesen sowie eine Mensa. Eine schöne Idee, die letztlich nicht umgesetzt wurde, weil die Grundstücksverhältnisse im Spreebogen zu kompliziert waren.

Ganzheitliche Lösungen im und vor dem Rechner

Schon vor Gründung des Fraunhofer IPK lag einer der Forschungsschwerpunkte des IWF der TU Berlin im Bereich Softwareentwicklung. Dort wurde unter anderem EXAPT entwickelt, eine Programmiersprache für NC-Bearbeitung. Daraus ergab sich ein logischer Fokus für das Fraunhofer IPK: Teilweise am IWF entwickelte Systeme wie COMPAC (für 3D-Darstellungen), COMVAR (für 2D-Zeichnungserstellung mit Anbindung an Berechnungsprogramme und Fertigungsplanung), CAPSY (für Arbeitsplanung verschiedener Fertigungsverfahren), CADSYM (ein interaktives CAD-System zur Symbolverarbeitung), CASUS (für die Erstellung von 3D-Modellen aus Handzeichnungen) oder Baustein GEOMETRIE (zur Umwandlung von Spracheingaben in 3D- und 2D-Darstellungen) wurden durch die Forschenden für den Transfer in die Industrie erweitert.

Die ersten Forschungsprojekte des Instituts in diesem Bereich mündeten im vom Berliner Senat geförderten CAD-Arbeitsplatz »Modell Berlin«, der ab 1980 der Öffentlichkeit und interessierten Unternehmen präsentiert wurde. Im Modell Berlin wurden die verschiedenen Softwaresysteme integriert. An einem grafischen, einem Programmier- und einem Bedienarbeitsplatz, verbunden mit einer zentralen Recheneinheit, konnten Ingenieure und Ingenieurinnen CAD-Modelle erstellen und daraus Zeichnungen ableiten, aber auch umgekehrt aus Handzeichnungen dreidimensionale Darstellungen am Rechner generieren.

»Innovationen aus Berlin für den Automobilbau«

So betitelte die Berliner Morgenpost am 16. Juni 1983 einen Beitrag zur Gründung der Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH, kurz inpro. Auf dem 3. Berliner Wirtschaftsgipfel 1982 hatten Daimler-Benz, BMW, VW und Siemens ihr Interesse an der Gründung einer gemeinsamen Gesellschaft für Forschung und Entwicklung im Automotive-Bereich erklärt. Inspiriert von Erfolgsgeschichten aus den USA oder Japan hatte Prof. Spur diese Idee gemeinsam mit den beteiligten Unternehmen weiter vorangetrieben. Spur wurde dann auch zum Gründungsgeschäftsführer ernannt. 

Auch inpro siedelte sich nur wenige Meter entfernt vom PTZ an – und hält weiterhin die Nähe zur Forschung: Heute befindet sich der Sitz der Gesellschaft am Berliner Steinplatz, in unmittelbarer Nähe der Technischen Universität. 

Joseph-von-Fraunhofer-Preis 1984: Gut simuliert ist halb gefertigt

Einer von ihnen war August Potthast, Mitte der 1980er Jahre Leiter der Abteilung NC-Technik. In seinen Verantwortungsbereich fielen sowohl die Entwicklung numerischer Steuerungen als auch die Simulation von Arbeitsabläufen und die Werkstattprogrammierung – die Erstellung von CNC-Programmen direkt an der Maschine. All diese Bereiche sind heute bei der Arbeit mit Werkzeugmaschinen Selbstverständlichkeiten – in den 1980er Jahren stand ihr breiter Einsatz noch relativ am Anfang.

Eine Entwicklung aus Potthasts Bereich war das »grafisch-dynamische Simulationssystem« zur Überprüfung von NC-Programmen. NC-Programme steuern Fertigungsabläufe in Maschinen, und ehe sie auf ein Werkstück angewendet werden, wird im Trockenlauf geprüft, ob sie verfahren wie geplant. Heute erfolgt die Prüfung im CAM-System am Computer – doch bevor Systeme wie das von August Potthast entwickelt wurden, wurden NC-Programme analog geprüft: Bei einem Plotterlauf wurde der Verfahrweg der Werkzeugspitze auf Papier gezeichnet. Potthasts Entwicklung machte es möglich, den Verfahrweg nicht an eine Maschine, sondern an einen Bildschirm auszugeben. Die Darstellung war zweidimensional und für heutige Begriffe rudimentär, aber das Verfahren nach damaligen Maßstäben so fortschrittlich, dass Potthast dafür 1984 mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis ausgezeichnet wurde. Die Fraunhofer-Gesellschaft verleiht den Traditionspreis seit 1978 und bis heute jährlich an Mitarbeitende, die herausragende wissenschaftliche Leistungen zur Lösung anwendungsnaher Probleme erbracht haben.

Stetig wächst das PTZ

So kompliziert die Planung und Bauvorbereitung gewesen waren, so reibungslos verlief die Errichtung des Produktionstechnischen Zentrums. Einen maßgeblichen Beitrag dazu leisteten Dr. Erwin Feiten, der aufseiten des Fraunhofer IPK die Bauplanung übernahm, sowie sein Gegenüber auf der IWF-Seite, Joachim Eggert. Der gesamte Gebäudekomplex mit Büroflügeln, Versuchshalle und Seminartrakt entstand in rund drei Jahren Bauzeit zwischen Dezember 1982 und April 1986. Am 18. Oktober 1984 wurde über dem Gebäude der Richtkranz aufgezogen. Prof. Gerd Fesel, einer der beiden Architekten, konnte diesen Moment nicht mehr miterleben: Mitte September war er im Alter von 60 Jahren verstorben.

Was die Architekten und Bauträger letztlich an die beiden Forschungsinstitute übergaben, lässt sich in beeindruckenden Zahlen umreißen: Das Ensemble bietet auf 25 400 Quadratmetern Platz für ein zentrales Versuchsfeld, zahlreiche Speziallabore und Werkstätten, Hörsäle und Seminarräume für die ingenieurwissenschaftliche Aus- und Weiterbildung sowie eine Cafeteria und umfangreiche Büroflächen. Das Versuchsfeld misst 64 Meter im Durchmesser und rund 3200 Quadratmeter Fläche – damit ist es wahrscheinlich die größte freitragende Forschungshalle weltweit. Zwei Rundlaufkräne mit Traglasten von 7 und 20 Tonnen können jeden Punkt der Halle aus zwei Richtungen anfahren – so können Maschinen an beliebige Positionen in der Halle gestellt werden, ohne dass andere Maschinen aus dem Weg geräumt werden müssten.