EmpaNews

Mediadok
2012
EmpaNews
Magazin für Forschung, Innovation und Technologietransfer
Jahrgang 10 / Nummer 35 / Januar 2012
Intelligent bauen
Pilzgeige schlägt
Stradivari 04
Was geschieht im
Forschungshaus NEST? 14
Goldfasern aus dem
Dampfstrahler 22
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möglich!
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Experimente am Bau?
NEST machts möglich!
Gebäude stehen für lange Zeit. Doch genau das behindert die
Experimentierfreude am Bau. Die Empa sucht mit dem Forschungsprojekt
«NEST» einen Ausweg aus diesem Dilemma: Im NEST
ist nur das tragende Rückgrat von Dauer – alle Räume, samt ihrer
Fassaden, sind austauschbar.
TEXT: Rainer Klose / GRAFIKEN: Gramazio & Kohler; Empa
04 // Forschung und Entwicklung
Meisterinstrumente
aus dem Pilzlabor
Geigen aus pilzbehandeltem Holz brauchen den Vergleich mit einer
Stradivari nicht zu scheuen, wie ein Blindtest vor Fachpublikum ergab.
Allerdings gibt es die Klangwunder erst als Einzelstücke. Damit die
Biotech-Geigen künftig in grösserer Anzahl hergestellt werden können,
arbeiten die ForscherInnen derzeit daran, die Prozesse der Pilzbehandlung
zu optimieren und zu standardisieren. In der Walter Fischli-Stiftung
haben sie hierfür einen grosszügigen, neuen Geldgeber gefunden.
TEXT: Martina Peter / BILDER: Christian Grund (13 Photo) , Empa , zVg
1
Francis Schwarze prüft den
Klang einer Geige in seinem
Pilzlabor.
2
Projektleiterin Iris Brémaud
begutachet Holzrohlinge in der
Klimakammer und kontrolliert
die Aktivität des biologischen
Geigenbau-Helfers.
W
elches Nachwuchstalent träumt
nicht davon, einst auf einer
Stradivari zu spielen, dem Non-
plusultra der Geigenbaukunst? Doch leider
sind diese Instrumente rar – und für die
meisten unerschwinglich. «Nachbauten»
von ähnlicher Klangqualität tun also gut.
Der Empa-Forscher Francis Schwarze hat
sie zusammen mit einem Schweizer Geigenbauer
erschaffen – und mit Hilfe des
Fäulnispilzes Physisporinus vitreus, der
ganz bestimmte Strukturen im Holz abbaut
und dessen Klangeigenschaften dadurch
erheblich verbessert.
Nach langem Experimentieren hatte er
gleichmässigeren Holzbildung, schmalen
Jahrringen und geringer Dichte. Aus dem
biotechnologisch behandelten Holz liess
Schwarze einzelne «Pilzgeigen» fertigen,
die dann auch deutlich besser klangen als
«normale» zeitgenössische Instrumente.
Selbst ihr Vorbild überflügelten sie: An einer
Tagung 2009 traten zwei «Pilzgeigen»
in einem Blindtest gegen eine Stradivari an.
Ihr Klang gefiel der Fachjury und dem Tagungspublikum
besser als das Instrument
des italienischen Meisters aus Cremona.
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Grosszügige finanzielle Unterstützung
durch die Walter Fischli-Stiftung
Video:
Stradivari-Klang
diesen gefunden. Durch gezielten Einsatz Damit aus mit Pilzen behandeltem Klang-
verleiht der Pilz dem Nadelholz ähnliche holz dereinst Geigen in genügend grosser
Materialqualitäten wie Klangholz aus Bäu- Stückzahl gebaut werden können, will
dank Pilzbefall
men, die während des «Maunder-Mini- Francis Schwarze ein standardisiertes Biomums»
im späten 17. und frühen 18. Jahrtech-Verfahren entwickeln. Für die Fortset-
http://tv.empa.ch/empa_tv_stradivaritest_20090910.m4v
hundert wuchsen. Das damalige Klima – zung seines Pilzgeigenprojekts hat er in
Für Smartphone-Benutzer: Bildcode scannen
(etwa mit der App «Scanlife»)
längere, strengere Winter und kühlere Walter Fischli, dem Mitgründer der Bio-
Sommer – führte zu einer langsameren und tech-Firma Actelion, einen grosszügigen
22 // Wissens- und Technologietransfer
>>
die Weberei Weisbrod-Zürrer in Hausen am
Albis und wurde dort zusammen mit
schwarzer Seide zu Krawattenstoff
verarbeitet. Aus einer Stoffbahn,
die 25 Gramm Gold enthält,
können drei Krawatten, eine
Fliege und ein Einstecktuch
gefertigt werden. Ein nicht
ganz billiges Vergnügen,
wie man/frau sich vorstellen
kann.
Doch wie kommt das
Gold auf den Faden? Die
Empa-Forscher entschieden
sich für ein Verfahren namens
Magnetron-Sputtering. Sie benötigen
dazu nur etwas Strom, einen
Golddukaten, ein paar Liter Argongas und
ein Vakuumgefäss, dass gross genug ist, um darin 4000
Meter Faden in engen Schlaufen abzuspulen. Wer all
das beisammen hat, kann Gold bei Raumtemperatur
verdampfen und damit vergoldete Fäden fabrizieren: Im
Inneren der Beschichtungsanlage wird das Goldstück –
ein so genanntes Target – mit schnell fliegenden Argon-
Ionen beschossen. Goldatome fliegen davon und setzen
sich auf einem Polyesterfaden ab, der wenige Zentimeter
vor dem Target langsam durch die Maschine gezogen
wird.
Ganz so einfach geht es natürlich nicht – die Details
machen die Rezeptur: Wie der Polyesterfaden vorbereitet
wird, damit das Gold haften bleibt, welche Betriebsspannung
und welche Schichtdicke die besten Effekte ergeben
– das alles ist Betriebsgeheimnis. Wenn sich
Weihnachten 2011 die ersten stolzen Besitzer ihre Goldkrawatte
umbinden, dann markiert dieser Moment den
Höhepunkt einer zehnjährigen Forschungsarbeit. So lange
testeten und verfeinerten Textilfachleute der Empa in
St. Gallen die Methode des Magnetron-Sputtering. Um
systematische Erfahrungen zu gewinnen, zerstäubten
sie alle möglichen Metalle – Titan, Aluminium, Stahl,
Kupfer und Silber – und liessen sie in atomarer Form
auf Polyesterfäden prasseln.
Ziel des Projekts war zunächst ein Silberfaden, der
alsbald diverse Abnehmer fand: Mit Silber beschichtete
Fäden wirken antibakteriell – das interessierte zum Beispiel
einen Sockenfabrikanten, der daraus geruchsfreie
Socken herstellt. Auch die Modebranche suchte nach einem
dauerhaft haltbaren Silberstoff. Silber ist ausserdem
elektrisch leitfähig – das machte den Empa-Faden
zur passenden Grundlage für Sensorbauteile und für antistatische
Filterstoffe für die Industrie. Was mit Silber
geht, könnte auch mit Gold funktionieren, fanden die
Projektpartner und starteten im Januar 2010 das «Goldfadenprojekt».
Nun waren gleich mehrere Probleme zu lösen: Wie
viel Gold ist nötig, damit der Faden glänzt? Hilft ein Untergrund
aus Silber, den Glanz zu verbessern? Lassen
sich Silber und Gold in einem Arbeitsgang applizieren
und somit eine «Legierung» direkt auf dem Faden herstellen?
Als Ergebnis der Versuchsreihen stellte sich heraus,
dass eine Menge von drei Gramm reinem Gold pro
2
1
1
neuen Geldgeber gefunden. Genauer gesagt
in dessen Stiftung. Fischli, ein begeisterter
Hobby-Geiger, will Schwarze finanziell
unterstützen, weil das Projekt zwei
seiner «Leidenschaften» verbindet – die
Wissenschaft und die Musik (siehe Interview
nächste Seite). In dem Anfang September
gestarteten und auf drei Jahre angelegten
interdisziplinären Folgeprojekt
geht es nun darum, ein definiertes und
kontrolliertes Holzbehandlungsverfahren
zu entwickeln.
Geleitet wird das Projekt von der Französin
Iris Brémaud: Sie ist nicht nur Spezialistin
auf dem Gebiet der Klangholzeigenschaften,
sie spielt vielmehr selber leidenschaftlich
gerne klassische Gitarre und
hat in einem englischen Musikinstrumentenatelier
gelernt Lauten zu bauen. Ihre
Passion zu Holzinstrumenten führte sie sogar
bis nach Asien. «Die Klangfülle der dortigen
Musik ist komplett anders als in
Europa», sagt sie. «Das kommt auch daher,
2
Das NEST wird mitten auf
dem Empa-Gelände in
Dübendorf errichtet. Kurze
Wege für Forschende,
Gäste und schaulustige
Besucher.
W
ozu brauchen wir eigentlich Fenster?», fragt Peter Richner.
Die Frage ist nicht nur rhetorisch gemeint, denn aus
Sicht des Baufachmanns bezahlen wir einen schönen
Ausblick mit der grössten thermischen Schwachstelle in der ganzen
Fassade: durchs Fenster geht Energie verloren. Richner, als
Empa-Direktionsmitglied verantwortlich für das Departement
«Bau- und Maschineningenieurwesen», hakt nach: «Warum lassen
wir die Fenster nicht einfach weg? Wir könnten doch Häuser bauen
mit Webcams aussen und Flachbildschirmen innen.» Ein solches
Gebäude liesse sich perfekt isolieren, meint der Baufachmann.
Dann schaut er aus seinem Bürofenster (das es im Moment
noch gibt), betrachtet den trüben Hochnebel und setzt noch einen
drauf: «Stellen Sie sich vor, das Wetter gefällt Ihnen nicht. Sie
brauchen nur einen Knopf auf dem Flatscreen zu drücken und
schon wird der Himmel blau. Wär das nicht viel schöner?»
Irgendwie hat Richner Recht – und irgendwie auch nicht. Wer
möchte in solch einem Gebäude leben? Welcher Investor würde
es wagen, so ein Haus zu bauen und es wieder abzureissen, nachdem
die Bewohner kopfschüttelnd davon gelaufen sind? In der
realen Bauwirtschaft hätte die Idee nicht den Hauch einer Chance.
Darwinismus im Hausbau
Und trotzdem könnten wir schon bald erfahren, wie sich Leben in
einem «Flatscreen-Panorama-Loft» in der Realität anfühlt. Das
Forschungsprojekt NEST solls möglich machen. Ein Stahlbetonkern
mit einem zentralen Treppenhaus bildet das Rückgrat für das
Haus-Labor. Aussen werden die Experimente eingehängt. Und
dann treten visionäre und pragmatische Ideen, modernistische
und traditionelle Wohnkonzepte live gegeneinander an: Ein fensterloses
«Flatscreen-Loft» könnte sich Wand an Wand neben einem
voll ökologischen Passivhaus-Modul befinden. Wände aus
Hanffasern und Lehm, beleuchtet von Wachskerzen. Daneben
steht vielleicht ein Hightech-Modul mit neuester Heizungs- und
Lüftungselektronik. Alles gesteuert via iPhone.
Das geplante modulare Forschungshaus soll jedoch nicht nur
schrille Ideen generieren, sondern schneller als anderswo möglich
zu brauchbaren Zukunftskonzepten führen. Was gut ist, setzt sich
durch – was weniger gut funktioniert, wird nach zwei Jahren
durch ein anderes Modul ersetzt. Darwinismus im Hausbau.
Wie lebt es sich in der Wohnung von morgen?
Freilich hätte eine Kombination reiner Schaustück-Module noch
wenig wissenschaftliche Aussagekraft. Darum sollen ins NEST
Menschen einziehen und über ihre Erfahrungen berichten. Geplant
ist eine gemischte Nutzung aus Grossraumbüros, Konferenzsälen–
und Wohnungen: «Wir können uns alles vorstellen», sagt
Richner, «vom Einzimmerappartement für den Doktoranden bis
>>
dass in Asien für den Bau traditioneller Instrumente
Laubholz verwendet wird, in
Europa dagegen lieber Nadelhölzer». In
den nächsten Jahren wird sie sich vertieft
mit Fichten- und Ahornholz beschäftigen.
Für sie ist klar: Die Arbeiten mit dem Fäulnispilz
sind sehr aufschlussreich, um besser
verstehen zu können, welche Holzstrukturen
die Klangeigenschaften prägen.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit
Brémauds und Schwarzes Projektpartner ist
der Geigenbauer Michael Baumgartner, der in
seinem Basler Atelier in dritter Generation
Streichinstrumente baut; bis er allerdings das
erste pilzbehandelte Holz erhält, müssen
noch zahlreiche Tests an unbehandeltem und
behandeltem Holz durchgeführt werden. Zu
Brémauds Aufgaben gehört es, in der ersten
Phase herauszufinden, welche Holzproben
mit welchen von ihr sorgfältig festgehaltenen
Eigenschaften dem Geigenbauer zur Weiterverwendung
geeignet scheinen.
Fokus: Intelligent bauen // 11
Forschung und Entwicklung // 05
Für ihre Untersuchungen kann Iris Brémaud
auf die interdisziplinäre Unterstützung
zahlreicher KollegInnen an der Empa
zählen. Ultraschallexperte Jürg Neuenschwander
untersucht beispielsweise mit einer
erst kürzlich im Rahmen einer Dissertation
entwickelten Methode mit luftgekoppeltem
Ultraschall die Schallgeschwindigkeit,
Schallschwächung und Dichte des Klangholzes.
Die Methode, mit der sich eigentlich
schlecht geleimte Stellen in Lamellen aufspüren
lassen, könnte dazu dienen nachzuweisen,
in welchen Bereichen der Fäulnispilz
aktiv war und wo nicht. Auch Erwin
Hack, Experte für optische Messverfahren,
ist mit von der Partie: Mit einem Laser, dem
Speckle-Interferometer, misst er, wie sich
die Klangholzoberfläche während des
Schwingens im Tausendstel-Millimeter-Bereich
verformt. So kann er abbilden, wie verschiedene
Klanghölzer und auch ganze Instrumente
akustisch abstrahlen. //
>>
Wissens- und Technologietransfer // 23
Kilometer Faden einen schönen Glanz in einem dezenten
altgoldfarbenem Ton erzeugt. Ist Silber die Grundlage,
dann leuchtet das Gold deutlich heller; die Farbe
wirkt so auffällig wie bei massivem Goldschmuck. Die
Silberschicht lässt sich im gleichen Arbeitsgang auftragen,
wenn ein Gold- und ein Silbertarget nebeneinander
in der Maschine eingespannt sind und gleichzeitig beschossen
werden. Auf diese Weise ist eine Echtgoldauflage
für ganz unterschiedliche Modeaccessoires und unterschiedliche
Geschmäcker herstellbar: Während ein
Geschäftsmann eine Krawatte in dezentem Altgold bevorzugen
mag, darf die feine Stickerei auf der Abendgarderobe
einer Dame durchaus etwas heller leuchten.
Nach 24 Monaten geht das Goldfadenprojekt nun
erfolgreich zu Ende; die Weiterverarbeitung des Garns
übernehmen zwei Partnerfirmen, die am Projekt von
Anfang an beteiligt waren: Weisbrod-Zürrer und die Stickerei
und Dekorstofffabrik Jakob Schlaepfer in St. Gallen.
Zum Weihnachtsgeschäft ist eine limitierte Kleinserie
Goldkrawatten bereits im Verkauf. Wegen der begrenzt
verfügbaren Menge an Goldfaden wird es 2011
gerade einmal ein Dutzend Goldkrawatten weltweit geben.
Exklusivität, edles Material und Hightech-Produktionsmethode
haben ihren Preis: 7500 Franken muss der
Käufer einer Goldkrawatte auf den Tisch legen. Dafür
darf er sich sicher sein, rund acht Gramm echtes Gold
auf der Brust zu tragen.
Auch in Zukunft wird die Empa-Goldkrawatte nicht
zur Massenware werden. Bei voller Auslastung könnten
pro Jahr theoretisch 600 Stück produziert werden.
Ganz bestimmt werden es jedoch deutlich weniger
sein – denn ein Teil der Produktion ist für
den zweiten Projektpartner, Jakob Schlaepfer,
reserviert. Dieser wird das Goldgarn
für die Haute-Couture-Kollektion Winter
2012/13 verwenden. Die Kollektion
wird im Frühjahr präsentiert. //
1
Projektleiter Martin Amberg überwacht die Vakuum-
Beschichtungsanlage, in der sich ein schlichter
Polyesterfaden in einen Echtgoldfaden «verwandelt».
Bild unten: ein so genanntes Target, das bereits
verbraucht ist. Der Beschuss durch Argon-Ionen fräst
eine kreisförmige Rille ins Metall.
2
Ortstermin in der Zürcher Krawattenmanufaktur
Hofmann: Der Goldstoff, bestehend aus Goldfäden
und schwarzer Seide, wird zugeschnitten und von Hand
zu einer edlen Krawatte vernähnt. Bild unten:
Martin Amberg und Textilingenieur Chokri Benkhaled
Kasdallah freuen sich am edlen Endprodukt ihrer Arbeit.
Video:
Goldfaden
Herstellung
http://tv.empa.ch/empa_tv_goldkrawatte_20111201.m4v
Für Smartphone-Benutzer: Bildcode scannen
(etwa mit der App «Scanlife»)

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EmpaNews – Das Forschungsmagazin der Empa: Neuer Produktionspartner
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Prof. Dr. Gian-Luca Bona Dr. Michael Hagmann
Direktor Leiter Kommunikation
Empa Empa

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