Unsichtbare Präzision – sichtbare Innovation

Halbleiterindustrie: Moderne Chips besitzen Strukturen im Nanometerbereich. PI sorgt dafür, dass Belichtungs- und Inspektionssysteme mit höchster Präzision positioniert werden. Ohne ultrapräzise Bewegung wäre Fortschritt in der Halbleitertechnologie nicht möglich.

Photonik: In der Datenkommunikation müssen optische Bauteile im Submikrometerbereich positioniert werden. PI ermöglicht die präzise Ausrichtung von Laserquellen für optische Interconnects - Voraussetzung für leistungsfähige Datenübertragung und künftige Mobilfunkgenerationen.

Mikroskopie & Life Sciences: Von hochauflösender Lichtmikroskopie bis zur Kryo-Elektronenmikroskopie: PI positioniert Proben und Optiken so exakt, dass biologische Strukturen in atomarer Auflösung sichtbar werden – entscheidend für Diagnostik, Impfstoffentwicklung und Molekularforschung. 

Industrial Automation: Automobilfertigung, Lasermaterialbearbeitung oder Dosierprozesse in der Elektronikproduktion profitieren von stabilen, wiederholgenauen Bewegungen. PI liefert die dafür notwendige hochdynamische Motion-Technologie.

Luft- und Raumfahrt, Astronomie und Forschung: Von Mars-Rovern bis zu Teleskopen – PI ist dort im Einsatz, wo präzise Bewegung unter extremen Bedingungen gefragt ist.

Die Antriebstechnologien von PI arbeiten dort, wo selbst kleinste Abweichungen Auswirkungen haben – in Prozessen, die für moderne Industrien essenziell sind.

Piezoelektrischer Effekt: Piezokeramik verformt sich unter elektrischer Spannung minimal, aber extrem präzise – ideal für ultraschnelle Bewegungen im Mikro- und Nanometerbereich.

Nanopositionierung: Ob in der Chipfertigung oder in der Mikroskopie – hier entscheidet jeder Nanometer über Qualität, Auflösung oder Ausbeute. 

Hybridantriebe: Die Kombination aus klassischen Motorspindelachsen und Piezo-Feinpositionierung verbindet Geschwindigkeit mit Feinpositionierung.

ACS Motion Control: Hoch entwickelte Steuerelektronik und Software-Algorithmen stellen sicher, dass auch komplexe Mehrachsbewegungen exakt, schnell und wiederholgenau ausgeführt werden.

Der Weltraum fasziniert die Menschheit. Allein die Frage, ob wir allein im Universum sind, beschäftigt Forschung und Gesellschaft. Antworten auf Fragen wie diese soll das ELT, das größte bodengebundene Teleskop (Extremely Large Telescope) der Europäischen Südsternwarte (ESO), geben. Unterstützt wird dieses innovative Forschungsprojekt auch von PI. Das Unternehmen lieferte der ESO 2.500 maßgeschneiderte Hybridaktuatoren. Die speziell für das Projekt konzipierten Nanopositionierer erfüllen noch nie da gewesene Anforderungen: Sie halten widrigsten Umweltbedingungen und hohen Belastungen durch Gravitation stand und überzeugen durch ihre langfristige Zuverlässigkeit.

Das ELT, das derzeit auf 3.046 Meter Höhe in der chilenischen Atacama-Wüste gebaut wird, ist das innovativste Teleskop seiner Art. Mit einem segmentierten Hauptspiegel von 39 Meter Durchmesser und einer Lichtsammelfläche von knapp 1.000 Quadratmetern ist das Teleskop darauf ausgelegt, elektromagnetische Strahlung im sichtbaren und nahen Infrarot-Wellenlängenbereich zu erfassen und so Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu erforschen. Dazu müssen 798 hexagonale Teilspiegel mit je 1,40 Meter Durchmesser und je 250 Kilogramm Gewicht so exakt zueinander ausgerichtet werden, dass Abbildungsfehler vermieden werden. Diese höchste Präzision erfordernde Aufgabe übernehmen die speziell für das Projekt entwickelten Hybridaktuatoren von PI. Sie positionieren die schweren Spiegelsegmente, kontrollieren deren Position und korrigieren Verformungen durch Gravitation, Temperatur und Wind im Nanometerbereich. 

Der von PI konzipierte Hybridantrieb, der Motorspindelantriebe mit Piezoaktuatoren kombiniert, erreicht eine Bewegungsgenauigkeit von mehr als 2 Nanometern, große Stellwege bis zu 10 Millimetern, und bewegt Lasten mit bis zu 463 Newton Zugkraft und 1.050 Newton Druckkraft. Zur Ausrichtung auf verschiedene Objekte werden Geschwindigkeiten von 2 Nanometern pro Sekunde bis zu 100 Mikrometern pro Sekunde erreicht. Dadurch können Ungenauigkeiten durch Umwelteinflüsse wie Gravitation, thermische Effekte oder Windlast automatisch ausglichen werden. 

Lorenzo Pettazzi, ELT M1 PACT Contract Manager bei der ESO, ist begeistert: „Das ELT-Projekt erfordert einzigartiges spezifisches Fachwissen in unterschiedlichen Bereichen von Wissenschaft und Technik sowie Erfahrung, Ausdauer und ein Team engagierter Menschen, die von der Idee angetrieben werden, etwas zu schaffen, das größer ist als sie selbst. Wir danken PI für sein Know-how und seine maßgeschneiderte innovative Lösung zur Erforschung des Weltraums.“ 

Seit dem Jahr 2014 planen und realisieren rund 750 Mitarbeitende aus 30 verschiedenen Nationen den Bau des Teleskops. Bei PI wurde das Projekt von Juni 2017 bis Juni 2025 umgesetzt. Bis zum „First Light“ Ende 2030 wird das Projekt weitere technologische Meilensteine setzen und die wissenschaftliche Forschung vorantreiben.

Die Revolution unserer Hightech-Welt findet im Verborgenen statt – in Räumen, die so klein sind, dass sie sich nur in Nanometern messen lassen. Genau dort wirkt Physik Instrumente (PI). Vom ersten Laserschnitt eines Smartphone-Displays bis zum historischen Bild eines schwarzen Lochs: PI ermöglicht Präzision, ohne die moderne Technologien undenkbar wären. Was 1970 als visionäre Ausgründung eines Forschungsinstituts begann, ist heute ein globales Netzwerk für Präzisionsbewegung, das Wissenschaft und Industrie in die Zukunft führt.

Moderne Geräte werden immer kleiner, leistungsfähiger, vielfältiger. Hinter vielen dieser Entwicklungen steht eine Technologie, die kaum jemand sieht, deren Wirkung aber weltweit spürbar ist: Präzisionspositionierung im Mikro- und Nanometerbereich. Das Karlsruher Unternehmen Physik Instrumente (PI) zählt seit Jahrzehnten zu den führenden Kräften in diesem Feld – als globaler Technologieführer für ultra- genaue Bewegungssysteme und Piezotechnologie. PI liefert Lösungen, die in Zukunftsbranchen wie der Halbleiterindustrie, der Photonik, der Medizintechnik und der Raumfahrt unverzichtbar sind.

Präzision aus Leidenschaft – ein Unternehmen mit familiären Werten
Die Geschichte von PI beginnt 1970: Der Physiker Dr. Karl Spanner verfolgte am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching, Deutschland, die Vision, wissenschaftliche Präzision auch industriell nutzbar zu machen. Gemeinsam mit Professor Bardocz und weiteren Gesellschaftern gründete er ein Unternehmen, das zunächst klein war, aber von Beginn an einen außergewöhnlichen Anspruch verfolgte: Bewegungen im Nanometerbereich zuverlässig kontrollieren zu können.

Im Laufe der Jahre entwickelte sich PI zu einem der weltweit führenden Spezialisten für Präzisionspositioniertechnik und Piezotechnologie. Heute wird das Familienunternehmen in zweiter Generation von CEO Markus Spanner geführt. Die Unternehmenskultur ist weiterhin geprägt von Forschergeist, Verantwortung und dem festen Glauben daran, dass Präzision die Basis für viele Zukunftstechnologien ist.

Globale Präsenz, technologische Tiefe und ein starkes Netzwerk
PI ist heute global verankert und doch fest in Karlsruhe verwurzelt. Rund 1.900 Mitarbeitende, neun Produktionsstandorte in Europa, Nordamerika und Asien sowie 16 Vertriebs- und Serviceniederlassungen bilden ein internationales Netzwerk, das Kunden in allen relevanten Hightech-Märkten erreicht.

Der Erfolg des Unternehmens basiert auf einer außergewöhnlichen technologischen Bandbreite: PI entwickelt und fertigt nahezu alle Kerntechnologien selbst – von Mechanik, Antriebstechnik und Sensorik bis hin zu Steuerungen, Algorithmen und eigener Piezokeramik. Diese vertikale Integration macht PI unabhängig, flexibel und zu einem gefragten Partner in anspruchsvollen Märkten. Zentraler Bestandteil dieser Struktur sind zwei spezialisierte Unternehmensbereiche: PI Ceramic und ACS Motion Control.

Seit 1992 ist PI Ceramic mit Sitz in Lederhose einer der weltweit führenden Hersteller von Piezokeramik. Die dort entwickelten Werkstoffe bilden das Herz vieler ultraschneller und hochpräziser Antriebssysteme von PI. Die vollständige Kontrolle über das Material von der Rohkeramik bis zur fertigen Komponente – ermöglicht eine außergewöhnliche Leistungsfähigkeit, Stabilität und Langlebigkeit.

Mit ACS Motion Control in Israel verfügt PI seit 2017 über ein Kompetenzzentrum für High-Performance Motion Control. ACS entwickelt präzise Mehrachssteuerungen und Algorithmen, die komplexe Bewegungen im Nanometerbereich ermöglichen. Gemeinsam bilden PI und ACS ein integriertes System aus Mechanik, Sensorik und intelligenter Regelung – und liefern damit schlüsselfertige Highend-Lösungen aus einer Hand.

Präzision als Fundament der Zukunft
Ob in der Halbleiterfertigung, in der Photonik, der Biotechnologie oder im Orbit: PI macht Prozesse möglich, die ohne Feinpositionierung nicht denkbar wären. Das Unternehmen zeigt, wie aus wissenschaftlicher Vision industrielle Realität wird – und wie technologische Exzellenz, die in Karlsruhe ihren Anfang nahm, weltweit wirkt. PI ist damit nicht nur ein Zulieferer für Hightech-Märkte, sondern ein maßgeblicher Gestalter der Technologien von morgen.