Das InnoProfile-Projekt „Neuartige Anwendungsfelder innovativer Kraftmess- und Wägetechnik“, das zum 31. August erfolgreich abgeschlossen wurde, stand unter der wissenschaftlichen Führung von Dr. Michael Kühnel vom Fachgebiet Prozessmesstechnik der TU Ilmenau. Darin wurden hochpräzise Kraftkalibriergeräte entwickelt, mit denen es möglich ist, mikroskopisch kleine Kraftsensoren wie zum Beispiel sogenannte AFM Cantilever mit einer Kraftauflösung von einem Nanonewton zu kalibrieren und dabei noch deren Verbiegung mit einer Wegauflösung von besser als 0,1 Nanometer zu beobachten. Die Verwendung von genau kalibrierten Mikrokraftsensoren gewinnt in der Medizin, der Biologie, der Biophysik und auch in den Materialwissenschaften zunehmend an Bedeutung. Beispielsweise werden kalibrierte Mikrokraftsensoren in der Krebsforschung eingesetzt, um nanomechanische Eigenschaften von kranken Zellen zu untersuchen. Das Ilmenauer Kalibriergerät wird künftig in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig für solche Kalibrierungen oder auch für internationale Vergleichsmessungen eingesetzt.

In dem Projekt wurden im Fachgebiet Prozessmesstechnik der TU Ilmenau auch hochauflösende Neigungsmessgeräte, sogenannte Tiltmeter oder Inklinometer, entwickelt, die in der Lage sind, Neigungen von einem Nanorad zu erfassen. Zur Einordnung: Würde man einen 1000 Kilometer langen Balken an einer Seite um einen Millimeter anheben, so hätte man ihn um einen Nanorad geneigt. Solch hochpräzise Neigungsmessgeräte werden in der Geophysik zur Beobachtung kleinster lokaler Neigungseffekte eingesetzt. Die gemessenen Neigungen werden dann unter anderem in der Erdbebenforschung oder für Korrekturmodelle der Erdbewegung verwendet. Und bei Messungen in der hochpräzisen Kraftmess- und Wägetechnik sind kleinste Neigungsänderungen im Nanoradbereich teilweise bedeutende Fehlerquellen. Die Gezeitenwirkung des Mondes und der Sonne rufen beispielsweise periodisch wiederkehrende Neigungsänderungen von bis zu 100 Nanorad hervor. Die Ilmenauer Tiltmeter werden bereits von der Friedrich-Schiller-Universität Jena im Geodynamischen Observatorium Moxa eingesetzt und eine Kooperation mit dem Bundesamt für Kartografie und Geodäsie im Observatorium Wettzell ist in Planung. Für die Erfassung der Messdaten und die Regelung der Kraftmesssysteme, der Tiltmeter und auch weiterer Präzisionswaagen und Kraftsensoren haben die Ilmenauer Wissenschaftler in dem Projekt zudem eine schnelle, hochauflösende und universell einsetzbare Elektronik entwickelt und erfolgreich eingesetzt.

Das InnoProfile-Projekt „Neuartige Anwendungsfelder innovativer Kraftmess- und Wägetechnik“ der TU Ilmenau wurde für fünf Jahre vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und den Projektpartnern driveXpert GmbH (Ilmenau), PAARI Waagen- und Anlagenbau GmbH & Co. KG (Erfurt), Sartorius Lab Instruments GmbH & Co. KG (Göttingen), SIOS Meßtechnik GmbH (Ilmenau) und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (Braunschweig) mit insgesamt 1,8 Millionen Euro gefördert. Das soeben beendete Projekt baute auf den Ergebnissen des Vorgängerprojekts „Innovative Kraftmess- und Wägetechnik durch Anwendung mechatronischer Konzepte“ auf, das 2011 zu Ende gegangen war. Beide Projekte wurden im Rahmen der „Unternehmen Region“-Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert. Die insgesamt zehnjährige Förderung und ihr erfolgreicher Abschluss zeugen von der vorausschauenden und nachhaltigen Forschungsarbeit der TU Ilmenau im Bereich der Kraftmess- und Wägetechnik.

Das InnoProfile-Projekt „Neuartige Anwendungsfelder innovativer Kraftmess- und Wägetechnik“ hat auch das Ziel der „Unternehmen Region“-Initiative des Bundes erreicht: den traditionellen Stärken der mitteldeutschen Region wieder mehr Gewicht zu verleihen, um so „direkte und eindeutig nachweisbare, volkswirtschaftliche Wettbewerbsvorteile zu erzielen, die sich in der Schaffung von neuen Arbeitsplätzen am Hochtechnologiestandort Deutschland niederschlagen werden“. Im Rahmen der Innovationsinitiative „Unternehmen Region“ fördert die Bundesregierung im InnoProfile-Transfer-Programm solche öffentlichen Forschungsarbeiten in den Neuen Bundesländern, die gemeinsam mit Unternehmen durchgeführt werden, die das wirtschaftliche Kompetenzprofil ihrer Region prägen, und deren Markt- und Technologieentwicklung ein besonderes Potenzial aufweisen – so, wie das Projekt „Neuartige Anwendungsfelder innovativer Kraftmess- und Wägetechnik“ der TU Ilmenau. Insbesondere die mitteldeutsche Region hat eine lange und erfolgreiche Tradition in der Fertigung feinmechanischer Präzisionsgeräte und speziell auch in der Kraftmess- und Wägetechnik. An der TU Ilmenau wird schon seit über 40 Jahren im Bereich der hochpräzisen Kraftmess- und Wägetechnik geforscht. Und seit fast 30 Jahren gibt es eine intensive Forschungskooperation mit dem weltweit führenden Hersteller von Präzisionswaagen Sartorius Göttingen. Die Partner entwickelten gemeinsam unter anderem den „1kg-Prototypkomparator CCL 1007“, der als genaueste Waage der Welt bekannt wurde.

Die Forschungsarbeiten am InnoProfile-Projekt „Neuartige Anwendungsfelder innovativer Kraftmess- und Wägetechnik“ unter Führung von Dr. Michael Kühnel haben an der TU Ilmenau bereits Folgeprojekte nach sich gezogen, die teilweise auf ihren Ergebnissen aufbauen. Im Projekt „Small Cantilever“ mit einer Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft von 500.000 Euro wird die Forschung an den Kraftkalibriergeräten unmittelbar fortgeführt. Im VIP+-Projekt „Planck-Waage“, das vom Bundesforschungsministerium und dem Projektträger VDI/VDE mit 1,5 Millionen Euro gefördert wird, wird die Waage entwickelt, die nötig ist, um das Kilogramm zu messen, wenn es im nächsten Jahr neu definiert wird. Ebenso erst jüngst gestartet wurde das Graduiertenkolleg „NanoFab“, in dem neue Verfahren zur Produktion im Nanometerbereich entwickelt werden und das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit 5,7 Millionen Euro gefördert wird.

Workshop „Neuartige Anwendungen in der Präzisionskraftmess- und Wägetechnik“
(im Rahmen des Ilmenauer Wissenschaftlichen Kolloquiums, IWK):
14.09.2017, 09:00 Uhr
TU Ilmenau, Humboldtbau, Raum 211/212, Gustav-Kirchhoff–Platz 1, Ilmenau

Bei dem Workshop werden nicht nur Ergebnisse des InnoProfile-Projekts „Neuartige Anwendungsfelder innovativer Kraftmess- und Wägetechnik“ präsentiert, sondern auch Forschungsarbeiten der Projektpartner Physikalisch-Technische Bundesanstalt, der Firma PAARI Waagen- und Anlagenbau GmbH & Co. KG sowie des Observatoriums Wettzell. Vertreter der Medien sind herzlich eingeladen.