Zentrum für Angewandte Quantentechnologie ­ZAQuant, Stuttgart

Foto: Brigida Gonzalez

Tatsächlich ist der Neubau des ZAQuant nicht leicht zu finden. Wer von der S-Bahnhaltestelle „Universität“ kommt, muss aufdem Campus an vielen Instituts- und Forschungseinrichtungen vorbei, so auch am immer wieder beeindruckend massigen Betonberg, dem 50 m hoch aufragenden Naturwissenschaftlichen Zentrum NWZ (fertiggestellt 1974). Aber dann liegt der ebenfalls nicht gerade kleinvolumige Bau vor einem, mit der Südseite in den aufsteigenden Baugrund ein Geschoss hoch eingegraben. Ein mit dunkel bronzierten Alu-Lamellen verkleideter Dreigeschosser, der sich dort dezent öffnet, wo Tageslicht innen notwendig ist. Die Eingangsseite im Norden ist eher zu suchen, die Klingel für Besucher findet man um die Ecke. Aber schon vor dem Eintreten wird Neugier geweckt: Auf der linken Eingangsseite findet sich ein Fenster, durch das man ins Innere schauen kann, konkret: in einen der Reinräume. Menschen in Schutzkleidung arbeiten hier an Geräten, deren Aufgaben man vielleicht nur erahnen kann.

Also klingeln und hinein. Und wieder öffnet sich der Bau, nach oben, in einen Treppenraum, der sich geschossweise zunehmend mit Tageslicht füllt, nach links über eine mit orangefarbigen Folien bedeckte Glasfront, die wieder einmal in den Reinraum blicken lässt. Offenheit und Transparenz sind Themen, die sich auch in den weiteren Teilen dieses Gebäudes wiederfinden werden.

Offenheit ist eines der Prinzipien: Die Besucherinnen schauen auf die Arbeit im Reinraumlabor
Foto: W. D. Gericke

Offenheit ist eines der Prinzipien: Die Besucherinnen schauen auf die Arbeit im Reinraumlabor

Foto: W. D. Gericke

Machbarkeitsstudie und Grundgesetzliches

Es gab für das Projekt – wie für jedes Projekt dieser Art üblich – eine Machbarkeitsstudie, wie überhaupt Bauten dieser Art als Startpunkt immer erst einmal auf ihre Machbarkeit geprüft werden. Oder, wie die Projektleiterin bei hammeskrause architekten, Astrid Karr, im Gespräch vor Ort präzisierte: „In dieser Studie ging es um Volumina, um deren Verteilung auf dem Baufeld, es ging ums Baurecht etc. Das hat noch gar nichts mit Planung zu tun, hier geht es allein um Plausibilität!“ Worum es auch geht, ist die Förderung der Baumaßnahme. Die kann über den Art. 91b des GG eine aus Bundes- und Ländermitteln sein: „Bund und Länder können auf Grund von Vereinbarungen in Fällen überregionaler Bedeutung bei der Förderung von Wissenschaft, Forschung und Lehre zusammenwirken.“ (Art. 91b, GG) Die „überregionale Bedeutung“ wird geprüft, was eine „sehr kompetitive Sache“ ist, so der Nutzervertreter und Physiker im Gespräch, Dr. Rainer Stöhr. Von zahllosen Anträgen werden nur wenige pro Jahr gewährt. Das ZAQuant sei auch eher ein „Forschungskonstrukt“, frei in der Universität, keiner Fakultät zugeordnet. Man verstehe sich als HUB, arbeite fakultätsübergreifend. Er erläutert dann auch gleich sehr übersichtlich das Hochkomplizierte, spricht von Quantencomputern, Quantennetzwerken und Quantensensoren. An letzteren werde hier aktuell gearbeitet, an sehr sensiblen Sensoren, die Quanteneffekte nutzen. „Wir machen hier Grundlagenforschung, die in praktische Anwendung, in Produkte umgesetzt wird, der Spirit des ZAQuant ist sein Schnittstellencharakter“, so Rainer Stöhr.

Alles Arbeiten in abgeschirmten Räumen braucht Licht und Luft und Begegnung, hier möglich im Dachgarten über den Laboren
Foto: W. D. Gericke

Raumprogramm und Baustruktur

Natürlich ist das ZAQuant auch gut gestaltete Architektur. Die Proportionen stimmen, die Licht-/Luft-/Innenraumverhältnisse überzeugen, man kann sich orientieren und ist weniger überwältigt – obwohl die Labore das hergeben – als staunend im Haus unterwegs.

Zwei wesentliche Aufgaben galt es zu bearbeiten: ein Raumprogramm zu entwickeln, dessen Bestandteile sowie deren Kombination und Organisation Prototypencharakter besitzen. Und: Eine gemeinsame Sprache zu finden, die Bauherrn, Nutzerinnen und Architekten auf eine Ebene bringt; dazu am Schluss ein Satz. Für die vielfältigen Forschungsaktivitäten beinhaltet das ZAQuant vier Hochpräzisionslabore, Reinräume, Laserlabore, physikalische, chemische und biochemische Labore sowie Büro-, Seminar- und sonstige Kommunikationsflächen. Dazwischen lange, meist tageslichthelle Flure, die Ausblicke anbieten nach draußen, aber eben auch in die Forschungskammern, in die Überdruckschleusen, in die mit Elektronik vollgestopften Vorräume der Labore, wo die Teams ihre Thermoskannen zwischen Kabelbäumen platzieren.

Das Herz des ZAQuant: die vier ­Hochpräzisionsmessräume in der ­zentralen Halle
Foto: W. D. Gericke

Neben den Reinräumen, in die Besucher gleich hinter der Eingangstür durch eine großformatige Glaswand hineinschauen können, sind die vier Hochpräzisionsmessräume das Pfund, mit dem das Zentrum seine überregionale Bedeutung markiert. Um hier Quantenforschung betreiben zu können, müssen die Räume Arbeitsflächen bereitstellen, deren Schwingungsfrequenz bei Null liegt. Physikalisch ist hier nur ein Näherungswert zu erreichen, bauphysikalisch allerdings kann man einiges dazu tun. Beispielsweise, die Masse der Arbeitsflächen zu maximieren und diese schwingungsarm zu lagern in einer Hülle, die ebenfalls schwingungsarm ist. Konkret umgesetzt wurde das über mehrere bauliche Schritte. Zum ersten wurde der Baukörper in drei Abschnitte geteilt, das heißt, die drei Funktionsabschnitte Kopf-Bau, Labor-Bau, und Seminar-Bau stehen ­jeder auf einer eigenen, 1 m dicken Betonplatte. Zwei gebäudehohe, nur wenige Zentimeter breite Fugen trennen die drei Bauteile – innen sichtbar an den Gummilippen an den Durchgängen zu den jeweiligen Bauteilen.

Die Arbeit vor den Laboren ist so ­wichtig wie drinnen. Auch hier ­können Besucher zuschauen (Glastür unten und kreisrundes ­Fenster oben)

Foto: Benedikt Kraft / DBZ

Im zentralen Labor-Bau wurde nun je Hochpräzisionslabor ein ca. 150 t schwerer Fundamenttisch wie schwebend auf seiner endgültigen Höhe betoniert, dabei liegt die Schalung auf vier Stahlstempelpaaren. Als der untere Fundamentblock und in Folge die oberen Blöcke ausgeschalt werden konnten, wurden die zur baudynamischen Entkopplung erforderlichen sechs Membran-Luftfedern je Versuchsfundament zwischen Fundamenttisch und Fundamentbarren eingebracht. Die stehen auf je zwei Scheiben aus Polymerkunststoff, um eine exakte Anpassung in der Höhe zu gewährleisten. Im Experimentalbetrieb werden die Membran-Luftfedern den Tisch um wenige Millimeter anheben, die Entkopplung ist vollzogen. Dass die Teams diesen Schwebezustand (150 t!) dennoch irritieren können, zeigten erste Inbetriebnahmen, bei denen die Forscher durch ihre Bewegungen am Tisch die Luftfedern zu „Korrekturen“ veranlassten, die die Anlage in unerwünschtes Zittern brachte.

Die Hochpräzisionslabore wurden zusätzlich mit Beton realisiert, dessen Bewehrung aus nicht-magnetisierbarem GFK besteht, was für spezielle Experimente die geeignete Forschungsumgebung darstellt. Das erste Labor der Reihe Hochpräzisionsmessräume wurde zusätzlich mit einer allseitigen Ummantelung vor elektromagnetischen Wellen abgeschirmt. Hierfür wurde gemeinsam mit den Forscherinnen eine prototypische Sandwichkonstruktion aus schlussgeglühtem mµ-Metall und Aluminiumplatten entwickelt.

Blick in den Messraum Nr. 3: Das Raster-tunnelmikroskop wird auf dem 150 t schweren Fundamenttisch für den
Versuch neu eingerichtet
Foto: Benedikt Kraft / DBZ

Blick in den Messraum Nr. 3: Das Raster-tunnelmikroskop wird auf dem 150 t schweren Fundamenttisch für den
Versuch neu eingerichtet

Foto: Benedikt Kraft / DBZ

Gemeinsame Sprache finden

Es klingt banal, ist es bei einem Projekt dieser Art aber nicht. Zwar gab es das positive Ergebnis der schon genannten Machbarkeitsstudie, doch das, was die Entwurfsskizze zeigt, mit der das Architektenteam in das VOF-Verfahren gegangen war, war eigentlich nicht viel mehr als „ein leeres Blatt Papier“, so Astrid Karr. Denn natürlich musste das Projekt „mit den Nutzern zusammen entwickelt werden, im Kontext der vorgegebenen Ressourcen.“ Aber was wollten die Nutzer? „Das Beste“, wie Rainer Stöhr lächelnd erläutert. Wie das aussehen soll? Keine Ahnung, denn „als Forscher haben wir keine konkreten Vorstellungen davon, wie man unsere Forschungsarbeit architektonisch umsetzen kann. Wir wollen zunächst nur im Rahmen der zur Verfügung stehenden Möglichkeiten nahezu ideale Umgebungen für unsere Experimente schaffen. Wahrscheinlich sind wir damit auch keine einfachen Kunden, schon, weil wir die Dinge anders benennen und uns auch schon einmal selbst widersprechen.“ „Tatsächlich“, so Astrid Karr, „mussten wir die Komplexitäten der Planungs- und Bauprozesse erläutern, wir mussten hier regelrecht übersetzen. Andererseits mussten wir die Sprache der Forscher in unsere Begriffswelt transportieren. Wenn mir jemand sagt, es darf nicht schütteln, dann verstehe ich das, aber zwischen Schütteln und Mikro­seismik liegen eben doch Welten.“

Messraum Nr. 3: Blick aus der engen Wartungszone auf zwei der insgesamt sechs Membran-Luftfedern, die den 150 t schweren Arbeitstisch absolut vibra­tionsfrei halten sollen. Die Federn ­stehen auf je zwei
Polymerkunststoffpaketen
Foto: Benedikt Kraft / DBZ

Messraum Nr. 3: Blick aus der engen Wartungszone auf zwei der insgesamt sechs Membran-Luftfedern, die den 150 t schweren Arbeitstisch absolut vibra­tionsfrei halten sollen. Die Federn ­stehen auf je zwei
Polymerkunststoffpaketen

Foto: Benedikt Kraft / DBZ

Baustelle: hier ruht der Tisch noch auf den Stahlstempeln. Gut zu sehen: die Abschirmflächen unterhalb der Barren
Foto: hammeskrause architekten bda

Baustelle: hier ruht der Tisch noch auf den Stahlstempeln. Gut zu sehen: die Abschirmflächen unterhalb der Barren

Foto: hammeskrause architekten bda

Fazit

Auf dem Campus in Stuttgart-Vaihingen steht nun ein Prototyp von Forschungsgebäude. Der wird das machen, was er machen soll, Grundlagenforschung ermöglichen und internationale Talente anziehen. Der Bau fasziniert durch seine Ratio­nalität und leise Poesie, die sich ausdrückt im wildbewachsenen Dachgarten oder auch in den Durch- und Einblicken, die man als Gast en passant zur Verfügung gestellt bekommt. Den Architektinnen ist es sehr gut gelungen, das spannungsvolle Forschen in Räume zu packen, die mehr sind, als reine Zweckorte, aber auch nicht weniger. Dass Doppelböden oder HOLORIB-Decken in Teilen eingespart werden mussten, bedauert nicht allein der Forscher. Dennoch, „das immerwährende gemeinsame Abwägen mit allen Projektbeteiligten ist hier das Besondere“, so Astrid Karr, die auf die Frage, ob man als Architekturbüro auf das Arbeitsfeld Forschungsbauten spezialisiert sein muss, mit „Nein“ antwortet. Allerdings sei „das prozessuale Wissen durchaus hilfreich. Ergebnisoffen planen kann man wohl nur, wenn man sich selbst vertraut und da ist Erfahrung aus vielen Projekten zuvor durchaus hilfreich.“ Und der Forscher zieht das Fazit so: „Wir alle sind mit diesem Haus sehr glücklich. Wir haben hier einen Bau, der sehr attraktiv wirkt auf die Talente, die wir brauchen. Und neben allen technischen Superlativen hier bekomme ich immer wieder das Feedback, dass man sich hier wohlfühlt.“ Damit meint er vielleicht die vollgestopften Vorräume der Labore, bestimmt aber auch den Dachgarten mit seinem wilden Grün.

Bitte kein Stahl: Die Bewehrung der Ortbetonbauteile wurde sämtlich mit GFK-Stäben erledigt, um jede elektromagnetische Störung in den Laboren auszuschließen
Foto: hammeskrause architekten bda

Lageplan, M 1 : 10 000

Grundriss EG, M 1 : 750
1 Foyer
2 Reinraum
3 Versuchshalle
4 Hochpräzisionslabore
5 Laserlabor mit Schleuse
6 Anlieferung und LN2-Tank
7 Sanitär, Nebenräume, Lager
8 Technik/UV

Grundriss 1. OG, M 1 : 750
1 Technik Reinraum
2 Versuchshalle
3 Büroräume
4 Seminar- und Besprechungsräume
5 Laserlabor mit Schleuse
6 Teeküche
7 Haustechnik
8 Sanitär, Nebenräume
9 Aufenthalt, Treffpunkt

Grundriss 2. OG, M 1 : 750
1 Technik, Lager
2 Gartenhof
3 Büroräume
4 Seminar- und Besprechungsräume
5 Laserlabor mit Schleuse
6 Teeküche
7 Haustechnik, Lager
8 Chemielabor
9 Biologielabor
10 Archiv und Erste-Hilfe-Raum
11 Sanitär, Nebenräume
12 Aufenthalt,Treffpunkt

Längsschnitt, M 1 : 750

Detail Bauwerksfuge, M 1 : 10
1 Nadelvlies 7 mm, 1mm faserverstärkter Kleber, 40 mm Hohlbodenplatte, Calciumsulfat faserverstärkt, verzahnt verklebt, Stützenfuß, 1 mm Abdichtung gegen aufsteigende Feuchtigkeit gemäß DIN 18195-4, systembodengeeignet, 300 mm Bodenplatte
2 Randwinkel 80x40x4, Fugenband Systemboden, Winkelprofil V2A
3 Nadelvlies 7 mm, geklebt, 3 mm Spachtelung, Grundierung
4 Verbundestrich 40 mm, CT-C35-F5
5 Stahlbetondecke 300 mm
6 T30 Metall-Glas-Tür

Detail Box 1 Nutzerdurchführung, M 1:20
1 Schalungssteine mit GFK- bewehrtem Normalbeton
2 Abdeckung Durchführung Doppelboden
3 Klemmhalterung für Folie
4 Randstreifen, PE-Folie
5 EMV Flächenschirmung Wand
6 Rahmen Durchführung Doppelboden

Schnitt Hochpräzisonsmessraum mit Ablaufplan, M 1 : 150
1 Bodenplatte betonieren
2 Bitumenbahn als Trennlage + Niveauausgleich
3 Abschirmung auf der Bodenplatte
4 Zementestrich vollflächig oberhalb der Abschirmung
5 Betonieren der seitlichen Barren
6 Schalen, Betonieren und Ausschalen unterer Fundamentblock
7 Schalen und Betonieren oberer Fundamentblock
8 Stahlstempel unter die oberen Fundamentblöcke positionieren
9 Ausschalen des oberen Fundamentblocks
10 Einbringen der Dämpfer, evt. testweise bei einem Fundament mit temporären Hydraulikstempeln
11 Kontrollversuch auf dem Fundamentblock. Witterung? Schutz Dämpfer? Druckluftversorgung?
12 Mitnahme der Dämpfer
13 Übegangsweise Stahlstempel zwischen Barren und Fundament
14 Einbau von Stahl- bzw. GFK-Dollen (alle 50 cm) durch den Estrich und durch die Abschirmung in die Bodenplatte
15 Betonieren der Boxwände und Decke
16 Abschirmung auf den Boxwänden und der Decke
17 Fertigstellung der Wartungszugänge
18 Einbau der Dämpfer auf je 2 Scheiben polymerisierten Kunststoff kurz vor der Fertigstellung

0 hohe Ebenheitsanforderungen

hammeskrause architekten bda
Nils Krause, Markus Hammes
www.hammeskrause.de
Foto: Croce & WIR