In vielen mit unseren Kunden geführten Diskussionen stellten wir gemeinsam fest, dass es in unserer Leistungselektronik-Branche an Nachwuchskräften mangelt und sich dies sehr negativ auf technische Kompetenz, wirtschaftliches Wachstum und auch den sozialen Frieden in unserer Welt auswirken kann. Wir überlegten auch woran es liegen könnte, dass es nicht gelingt, mehr junge talentierte Menschen für die Leistungselektronik zu begeistern. Vielleicht ist einer der Gründe der, dass wir "Alten" das Faszinierende, das die Leistungselektronik ausmacht, nicht genügend kommunizieren! So ist es mir heute ein Anliegen, anstelle eines fundierten technischen Beitrages über die Faszination Leistungselektronik zu berichten.
Aller Anfang ist schwer
Wenn wir, die GvA Leistungselektronik GmbH, frische FH- und TU-Absolventen als potentielle Bewerber für unsere Entwicklungsabteilung interviewen, laufen die Gespräche meistens sehr gut bis zu dem Punkt, an dem wir auf unser Anforderungsprofil zu sprechen kommen. Während wir den Bewerber enthusiastisch aufklären, dass wir kundenspezifische leistungselektronische Entwicklungen bis in den hohen MW-Bereich betreiben und es dabei auch mit Kiloampere und Kilovolt zu tun haben, werden die Augen des Bewerbers ganz groß und er schaut uns verwundert, ungläubig und fragend an. "Die ganze Elektronik wird doch richtig groß mit dicken Kupferschienen und passt doch sicherlich nicht auf den Labortisch?", fragt er dann oftmals nach. "Das Ganze brummt doch und macht auch sonstige Geräusche und im Fehlerfalle gibt es doch bestimmt einen großen Knall?" "Ja, kann vorkommen", antworten wir dann, "aber zuerst kommt der Blitz dann der Knall und zuletzt kommen die Teile geflogen. Das Ganze nennt man dann Lernkurve!"
Spätestens hier ist dann der Punkt erreicht, an dem die meisten Bewerber die weiße Flagge hissen und kapitulieren. Das Ganze habe zuwenig mit Elektronik zu tun und zuviel mit Mechanik und überhaupt ist ein High-Tech-Arbeitsplatz am Computer mit z.B. Software-Entwicklung, doch viel interessanter. Unser Arbeitsgebiet sei dagegen vorsintflutliche Holzhammertechnik und mit wenig Sexappeal behaftet. Und in der Tat, auf den ersten Blick stimmt diese Feststellung auch. Jedoch eröffnen sich auf den zweiten Blick ungeahnte Entfaltungsmöglichkeiten mit außerordentlich weiten Karrieremöglichkeiten in diesem Leistungselektronik-Umfeld.
Mengenlehre
Ich befinde mich im "Spätherbst" meines recht interessanten und abwechslungsreichen Arbeitslebens. Rückblickend kann ich nur unterstreichen, dass es mir in meinem Tätigkeitsumfeld nie langweilig geworden ist. Die Arbeit und Aufgabenstellungen haben viel zu meiner beruflichen und persönlichen Entwicklung beigetragen und mich in hohem Maße zufriedengestellt. Über die Jahre habe ich hierzu meine "persönliche Mengenlehre" entwickelt. Damit man als Person in seiner Arbeit aufgehen und gute Ergebnisse bringen kann, bedarf es nach meiner Ansicht einer möglichst großen Schnittmenge, welche sich aus drei Teilmengen zusammensetzt.
Dabei definiere ich die Teilmenge 1 in der Zufriedenheit mit der Aufgabenstellung, resultierend aus der Herausforderung aus der Aufgabenstellung. In dieser Hinsicht ist eine Tätigkeit in der Leistungselektronik bezüglich Vielfältigkeit kaum zu überbieten. Teilmenge 2 definiere ich mit Zufriedenheit mit dem Arbeitsumfeld. Auch hier bietet die Leistungselektronik außerordentliche berufliche und persönliche Entwicklungsmöglichkeiten. Zu guter Letzt Teilmenge 3. Diese betrifft Aspekte wie Bezahlung, Karrieremöglichkeiten und Zukunftsaussichten im Arbeitsumfeld der Leistungselektronik. Auch hier ist festzuhalten, dass die Perspektiven für vor genannte Aspekte besser als ausgezeichnet sind.
Auch wenn einzelne Teilmengen aus dem Optimum der Schnittmenge divergieren, so war es zumindest bei mir so (und auch bei vielen Anderen, die ich kennenlernen durfte), dass ich der Leistungselektronik nie den Rücken gekehrt habe. Ganz im Gegenteil. Dieses Aufgabengebiet ist so interessant, vielseitig, abwechslungsreich und aufregend, dass es schon beinahe wie eine Droge wirkt. Einmal eine Dosis davon genommen und man kommt nie mehr davon los. Ich bekenne mich also als schuldig im Sinne der Anklage: Ja ich bin süchtig! Süchtig nach Power, süchtig nach Leistungselektronik!
Teilmenge 1: Spielwiese für Technikverrückte
Es wurde zuvor schon einiges über Aufgabenstellung, Herausforderung und Vielfältigkeit erzählt. Doch was sich dahinter verbirgt, kann bestenfalls nur angedeutet werden. Da wäre zunächst die Erkenntnis, dass Leistungselektronik sich nicht nur auf Antriebstechnik beschränkt. Wobei die Antriebstechnik selbst schon sehr facettenreich ist. Zum Beispiel GS-Antriebe mit Thyristorbrücken, DS-Antriebe, in Zwei-Puls-Wechselrichter-, Drei-Puls-Wechselrichter-, Multilevel-Wechselrichter-Schaltungstopologien. Leistungsbereiche von einigen 10Watt bis hunderten von Megawatt werden damit realisiert. Wir finden zum Beispiel Leistungselektroniken in Forschungsanlagen, in Anlagen zur Metallbearbeitung und Metallverformung, in Galvanik- und Schweißanlagen, in Anlagen zur Energieerzeugung und Verteilung, in Windenergieanlagen, Photovoltaik und Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung. Leistungselektroniken werden eingesetzt zur Verbesserung der Netzbedingungen, für induktives Schweißen, Schmelzen und Härten, in der Traktion, in Netzkupplungen, Rundsteuersender USV-Anlagen, Ladegeräte usw, usw. Überall steckt Leistungselektronik drin. Nicht vergessen dürfen wir an dieser Stelle den neuen kommenden riesigen Markt: das Elektroauto mit allen seinen leistungselektronischen Haupt- und Nebenbetrieben. Wie man leicht sehen kann, eröffnet sich hier ein riesiges neues und abwechslungsreiches Betätigungsfeld.
Zur Realisierung all dieser Leistungselektroniken stehen ganze Arsenale unterschiedlichster Leistungshalbleiter in Art und Leistungsdaten von verschiedenen Herstellern zur Verfügung. In erster Linie sind dies Thyristoren und Dioden in allen Technologievarianten, MOSFET und IGBT als schnelle abschaltbare MOS- bzw. BiMos-Leistungshalbleiter sowie IGCT und in gewissen Grenzen auch noch GTOs als abschaltbare bipolare Leistungshalbleiter für den Einsatz in höchsten Leistungsebenen.
Die Kunst an dieser Stelle ist es nun, die spezifischen Betriebseigenschaften der Anwendung zu erfassen, diese in einer leistungselektronischen Spezifikation zu definieren und unter Verwendung des dafür optimalen Leistungshalbleiters in eine leistungselektronische Hardware umzusetzen. Dabei bekommen wir es mit vielen fachübergreifenden Problemstellungen zu tun, die es zu lösen gilt, um eine zuverlässige Leistungselektronik zu entwickeln.
Der passende Leistungshalbleiter ist schnell herausgesucht und bestimmt, ebenso die erforderliche Kühlung. Hierzu bedarf es einer genauen thermischen und thermodynamischen Verlustwärmebetrachtung, resultierend aus den in der Spezifikation definierten Lastbedingungen. Für Leistungselektronik geeignete System-Simulationssoftware kann hier sehr hilfreich sein, sofern die eingegebenen Simulationsparameter die in der Anwendung herrschenden Bedingungen richtig abbilden. Es geht etwas mühsamer natürlich auch händisch unter Zuhilfenahme allen dessen, was man im Studium mal gelernt hat. Ohm, Kirchhof, Fourier usw. lassen grüßen.
Bei luftgekühlter Leistungselektronik beschäftigen wir uns automatisch mit thermo- und strömungsdynamischen Problemen, bei Flüssigkeitskühlung ebenso jedoch noch zusätzlich mit elektrochemischen Problemen in Form von Materialverträglichkeit im Wasserkreislauf und Wasseraufbereitung.
Ein besonderes Augenmerk muss auf die Mechanik gelegt werden bezüglich Kurzschlussstrombeherrschung, mechanischen Schock sowie Vibrationsfestigkeit. Die elektrischen und mechanischen Schnittsetellen müssen gemäß Spezifikation ausgeführt Einsatz- und Umweltbedingungen berücksichtigt werden. �?hnliches gilt für die Spannungsbeanspruchung. Hier muss auf die Isolationskoordinaten nach DIN IEC geachtet werden. Ganz besonders gilt dies für Entwicklungen im Mittelspannungs- oder Hochspannungsbereich bezüglich Teilentladungsfestigkeit und Verhinderung von Koronaentladungen
Jede Leistungselektronik verursacht leitungsgebundene Störungen, welche durch geeignete Filtermaßnahmen in den erlaubten Grenzen gehalten werden müssen. �?hnliches gilt für Funkabstrahlung. Emissionswerte dürfen definierte Grenzwerte nicht überschreiten. Die signalverarbeitende Elektronik muss auch unter harten dynamischen Betriebsbedingungen zuverlässig arbeiten.
Bis hierher bewegten wir uns im makroelektronischen Bereich. Doch Leistungselektronik besteht nicht nur aus Metall und Edelmetall, es wird auch Mikroelektronik in Form von Treiberboards zur Ansteuerung der Leistungskomponenten, Interfaceplatinen als Schnittstellenelektronik zwischen Treiberboards und CPU, Hilfsspannungsversorgungen, Strom- Spannungs- und Übertemperatursensorik usw. benötigt. Für diese "Tausendfüsslerelektronik" gilt beim Einsatz im leistungselektronischen Umfeld das gleiche Anforderungsprofil wie zuvor schon beschrieben.
Mit etwas Glück und noch mehr Können hängt dann nach gewisser Zeit die nach Spezifikation entwickelte gewünschte Leistungselektronik im Schaltgerüst. Diese wird dann mit der für die Belange der Anwendung geeigneten Software beseelt. Funktionstests, Hot-Run-Tests, Catastrophic Failure Tests und abschließende qualitative Tests belegen die Markteinführungreife der neuen Leistungselektronik.
Der Job der Entwicklungsabteilung wäre somit erfolgreich beendet. Und genau dies ist der Zeitpunkt, an dem die an dieser Entwicklung beteiligten Personen zufrieden feststellen: Es war zwar hart und stressig, hat aber riesigen Spaß bereitet!
Teilmenge 2: Der Zufriedenheitsfaktor
Wie angedeutet, tangiert die Leistungselektronik in ihrer komplexen Gesamtheit viele unterschiedliche Fach- und Sachgebiete sowohl was die Entwicklung selbst wie auch die Eigenheiten in ihrem späteren Einsatz betrifft. Möglicherweise wirkt meine Beschreibung auf den einen oder anderen Interessenten ob dieser Komplexität eher abschreckend als motivierend, sich für eine mögliche Tätigkeit in der Leistungselektronikbranche zu interessieren. Demjenigen sei gesagt, dass über ihm soeben das geballte Mitteilungsbedürfnis von mehr als dreißig Jahren Berufserfahrung hereingebrochen ist. Selbstverständlich kann man von einem Berufsanfänger diese Wissenstiefe nicht erwarten. Sie werden Schritt für Schritt an die Thematik herangeführt werden müssen. Auch mir ist das in meinem beruflichen Werdegang so ergangen und selbst ich lerne tagtäglich noch neue Dinge hinzu. Über die Jahre erschließen sich so mannigfaltige Problemstellungen, sowohl was die Anwendungen selbst betrifft als auch die leistungselektronischen Lösungsansätze hierzu. Dabei kommt man in Kontakt mit Fachleuten der unterschiedlichsten Branchen, lernt die dortigen technischen Problemstellungen kennen, hat es mit Menschen unterschiedlichster Natur und Kulturen zu tun. Oft ist eine Tätigkeit in unserem leistungselektronischen Umfeld mit Reisen in ferne Länder verbunden um technische Problemstellungen vor Ort aufzunehmen und zur Lösung zu bringen. Die Entwicklungsmöglichkeiten sowohl fachlich als auch persönlich sind immens. Über die Jahre hinweg mit Anwachsen des Erfahrungsschatzes wird man so zu einem geschätzten technischen Gesprächspartner, vernetzt sich immer mehr in dem doch recht überschaubaren Personenkreis unserer Branche und wird sozusagen zu einem "Familienmitglied" meistens auf Lebenszeit. Dies führt natürlich zu einem hohen persönlichen Zufriedenheitsgrad.
Teilmenge 3: Wohin geht die Reise?
Dies bestimmt letztendlich jeder für sich selbst und hängt ab von den persönlichen Neigungen und dem Wollen. Unsere Branche hat Platz für alle Persönlichkeitsstrukturen von introvertiert bis extrovertiert und ist multikulturell liberal. Unser Betätigungsfeld erstreckt sich weltweit. So findet sich für Jeden mit entsprechender Ausbildung ein Beschäftigungsfeld - sei es in der Entwicklung oder im Marketing, oder im Vertrieb oder in der Qualitätssicherung oder, oder, oder!
Noch nie waren die Zukunftsaussichten, was eine Beschäftigung in der Leistungselektronik betrifft, so glänzend wie heute. Unsere Gesellschaft hat erkannt, dass wir um unserer Kinder willen den CO2Ausstoß bei der Energieerzeugung reduzieren müssen. Gleichzeitig mussten wir nach Fukushima erkennen, dass der ungezügelte Einsatz von Atomkraftwerken wohl doch nicht der Weißheit letzter Schluss ist. Andererseits ist es klar, dass eine gesicherte und stabile Versorgung mit elektrischer Energie Grundvoraussetzung ist, um ein gesundes wirtschaftliches Wachstum in den unterschiedlichen Volkswirtschaften zu erzielen und letztendlich den sozialen Frieden innerhalb der Gesellschaft und innerhalb der Völkergemeinschaft zu sichern. Die Regierung der Bundesrepublik Deutschland hat als eines der ersten Länder daher entschieden, fünf Atomkraftwerke vom Netz zu nehmen und verstärkt auf regenerative Energien zu setzen. Eine solche Entscheidung hat naturgemäß weitreichende Folgen, müssen doch zig-Gigawatt an Leistung ersetzt werden welche bisher zentral in das Netz eingespeist. Dies mit fossilen Brennstoffen befeuerten Großkraftwerken als Ersatz zu bewerkstelligen wäre kontraproduktiv.
Nach heutigem Stand der Technik bleibt nur der verstärkte Einsatz regenerativer Energieerzeugung. Was zur Folge hat, dass wir eine dezentrale Energieerzeugung haben werden, leider aber selten dort, wo die elektrische Energie schwerpunktmäßig gerade gebraucht wird. In der Folge benötigen wir für die Energieerzeugung z.B. viel mehr - um nicht zu sagen sehr viel mehr - Windenergieanlagen On-Shore, Off-Shore, Pumpspeicher-Kraftwerke, Flusskraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Photovoltaik-Anlagen, Geo-Thermiekraftwerke oder solarthermische Großanlagen im Sonnengürtel der Erde. Überall benötigt man Leistungselektronik in großen Mengen.
Da vorgenannte Energieerzeuger dezentral in das Netz einspeisen und sich meistens nicht dort befinden, wo die elektrische Energie benötigt wird, wird ein dazu passendes Energieverteilungssystem benötigt. Wir benötigen zum Transport und Verteilung der elektrischen Energie Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecken, Netzkupplungen, Netz-Einspeisungen, Smart Grids, passive und aktive Filter usw. Die Vernetzung der Energie-Übertragungsstrecken wird nicht nur auf nationaler Ebene erfolgen, sondern länderübergreifend, mit Sicherheit kontinental und in weiter Zukunft auch global. Denn irgendwo auf dieser Erde scheint immer die Sonne oder bläst der Wind. Auch hier wird Leistungselektronik in sehr, sehr großen Mengen benötigt.
Um die CO2Emissionsgrenzen der Zukunft, zu welchen sich viele Länder bereits verpflichtet haben, einhalten zu können, wird es dringend notwendig sein, Benzin und Diesel konsumierende Fahrzeuge durch Elektrofahrzeuge zu ersetzen. In der Bundesrepublik Deutschland sollen so nach dem Willen der Regierung innerhalb der nächsten 10 Jahre mindesten 1Million solcher Fahrzeuge unterwegs sein. Elektrofahrzeuge benötigen neben den Antriebswechselrichter auch Batterielader. Geht man nur von einem fünfprozentigen Ersatz aller auf den Strassen dieser Welt fahrenden Fahrzeugen aus, wächst hier ein zusätzlicher gigantischer Mark für Leistungselektronik heran.
Bis hierher sprachen wir nur über ein Neu und über ein Mehr von Leistungselektronik. Doch das ist zu kurz gegriffen. Es gibt viele elektrische Anwendungen wie zum Beispiel Mittelspannungs-Antriebe, welche heute noch ungeregelt vor sich hinlaufen. Mit neuen hoch sperrenden Leistungshalbleitern ist es nun möglich, mit vertretbarem Aufwand Leistungselektroniken zu entwickeln, welche den Bedarf an elektrischer Energie für solche Motoren entsprechend der Belastung zur Verfügung stellen.
Wie unschwer zu erkennen ist, eröffnen sich in der Leistungselektronik fast unendlich viele Möglichkeiten für Menschen, die sich für eine Aufgabenstellung in dieser Branche entscheiden. Das Gleiche gilt für die persönlichen als auch die fachlichen Entwicklungsmöglichkeiten. Man könnte fast daraus ableiten und sagen, wir sind die Zukunft dieses Planeten. Wir sind die "Erdretter". Wir stoppen mit unserer Tätigkeit die globale Erwärmung, indem wir CO2Emissionen reduzieren und verhindern. Wir machen diesen Planeten lebenswert für unsere Kinder und Kindeskinder. Wir machen desaströs explodierende Kernkraftwerke überflüssig und verhindern die Verstrahlung der Heimat hunderttausender von Menschen.
WENN DAS KEIN SEXAPPEAL HAT!!!!
Und genau an diesem Punkt ist sie zu Ende, die Suche nach dem goldenen Vlies. Es bedarf keiner Irrfahrt über das Mittelmeer, wie es einst Jason mit seinen Argonauten erging auf der Suche nach Glück und Reichtum. Der Fundort des goldenen Vlieses ist hier beschrieben, man braucht sich nur zu bücken und es anzunehmen.
