--- title: Automatisierte Dichtebestimmung nach Archimedes - Wie alles begann description: Automatisierte Dichtebestimmung revolutioniert die Qualitätssicherung keramischer Implantate durch die innovative Anwendung des Archimedischen Prinzips image: https://www.dichtewaage.de/hubfs/wie%20alles%20begann.jpg --- 4 minute gelesen # Automatisierte Dichtebestimmung nach Archimedes - Wie alles begann [ Mathias Evers ](https://www.dichtewaage.de/blog/author/mathias-evers) : 06.02.2025 [Dichtewaage](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/dichtewaage) [Qualitätskontrolle](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/qualitätskontrolle) [Dichtebestimmung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/dichtebestimmung) [Automatisierte Messung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/automatisierte-messung) [Effiziente Fertigung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/effiziente-fertigung) [Energieeinsparung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/energieeinsparung) [Energieeffizienz](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/energieeffizienz) [Pulverpressen](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/pulverpressen) ![Automatisierte Dichtebestimmung nach Archimedes - Wie alles begann](https://www.dichtewaage.de/hubfs/wie%20alles%20begann.jpg) Automatisierte Dichtebestimmung nach Archimedes - Wie alles begann 9:47 ## Was Sie hier erwartet: 1. [EINLEITUNG](https://www.dichtewaage.de/blog/wie-alles-begann#Anker1) 2. [AUSGANGSSITUATION UND PROJEKTENTSTEHUNG](https://www.dichtewaage.de/blog/wie-alles-begann#Anker2) 3. [WISSENSCHAFTLICHE GRUNDLAGEN](https://www.dichtewaage.de/blog/wie-alles-begann#Anker3) 4. [GENAUIGKEITSANFORDERUNGEN UND EINFLUSSFAKTOREN](https://www.dichtewaage.de/blog/wie-alles-begann#Anker4) 5. [AUTOMATISIERUNG DES MESSPROZESSES](https://www.dichtewaage.de/blog/wie-alles-begann#Anker5) 6. [VON DER IDEE ZUM PROTOTYP ](https://www.dichtewaage.de/blog/wie-alles-begann#Anker6) 7. [FAZIT](https://www.dichtewaage.de/blog/wie-alles-begann#Anker7) ## Einleitung Die Bestimmung der Dichte eines Werkstoffs zählt zu den zentralen Aufgaben in vielen Industriezweigen und Forschungsgebieten. Besonders in der Fertigung technischer Keramiken, wie sie u. a. in der Medizintechnik Verwendung finden, spielt die Dichte eine entscheidende Rolle. Denn sie erlaubt Rückschlüsse auf Materialqualität, Porosität, Festigkeit und damit auf die Zuverlässigkeit des Endprodukts. Im Folgenden wird ein Projekt vorgestellt, das aus einer Kundenanfrage entstand und schließlich zur ersten weltweit automatisierten Dichtewaage nach dem Archimedischen Prinzip führte. Es demonstriert eindrucksvoll, wie sich ein klassisches physikalisches Grundprinzip in ein hochmodernes, automatisiertes Messsystem übertragen lässt und welche Faktoren hierbei im Kontext wissenschaftlicher Genauigkeit berücksichtigt werden müssen. ## Ausgangssituation und Projektentstehung Die **Dimensionics GmbH** erhielt eine Anfrage eines international führenden Unternehmens im Bereich keramischer Implantate. Konkret sollte ein automatisiertes System für die Qualitätssicherung von Kugeln und Schalen für künstliche Hüftgelenke entwickelt werden. Diese Komponenten unterliegen strengsten Anforderungen im Hinblick auf Materialhomogenität und Maßhaltigkeit, da sie im menschlichen Körper eingesetzt werden. Ein zentrales Kriterium bildet hier die **Dichte** des keramischen Werkstoffes – sowohl zur Prozessoptimierung in der Fertigung als auch zur Qualitätssicherung des Endprodukts. Die klassische Methode zur Dichtebestimmung basiert auf dem **Archimedischen Prinzip**: Ein Körper erfährt in einer Flüssigkeit (meist Wasser) einen Auftrieb, der proportional zu seinem verdrängten Volumen ist. Aus der Gewichtsmessung an Luft und in Flüssigkeit lässt sich dann das Volumen und letztlich die Dichte berechnen. Obwohl dieses Prinzip seit Jahrhunderten bekannt ist, wurde die Umsetzung in ein vollautomatisiertes System bislang durch viele technische Details erschwert. Mehrere Unternehmen hatten sich daran versucht – ohne Erfolg. Mit der Entwicklung einer neuartigen „Dichtewaage“ gelang es Dimensionics jedoch, die entscheidenden Herausforderungen zu lösen. ## Wissenschaftliche Grundlagen: Dichtebestimmung nach Archimedes Die grundlegende Gleichung zur Dichtebestimmung eines Festkörpers ρ\rhoρ lautet: ![Grafik Archimedesgleichung](https://www.dichtewaage.de/hs-fs/hubfs/Grafik%20Archimedesgleichung.png?width=710&height=201&name=Grafik%20Archimedesgleichung.png) Für die Medizintechnik ist dies insbesondere für die Bestimmung von Materialdefekten und Porositäten relevant, da Abweichungen in der Dichte Hinweise auf Fehlstellen oder Inhomogenitäten geben können. ### Relevante Normen und Standards In der Werkstoffprüfung existieren zahlreiche Normen, die das Verfahren näher beschreiben (z. B. **DIN EN ISO 18754** für Hochleistungskeramiken oder spezifische ASTM-Standards). Für die Rückverfolgbarkeit und Akkreditierung von Messverfahren sind zudem Leitfäden wie die **GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement)** essenziell, um systematische und zufällige Fehlerquellen zu quantifizieren. ## Automatisierung des Messprozesses ### Mechanische Realisierung Um **Kugeln und Schalen** künstlicher Hüftgelenke automatisiert zu messen, bedurfte es eines ausgeklügelten Handlingsystems. Ursprünglich war der Einsatz eines Roboters geplant, der das Werkstück mittels Greifer auf zwei separate Waagen – eine für die Messung an Luft, eine für die Messung im Wasserbad – transportiert. Während der Entwicklungsphase zeigte sich jedoch, dass ein **4-Achs-Portalsystem** die nötige Präzision, Geschwindigkeit und Robustheit besser erfüllt. ![P1036178](https://www.dichtewaage.de/hs-fs/hubfs/P1036178.jpg?width=800&height=534&name=P1036178.jpg) ### Bauteilträger und patentierte Aushebung Ein zentrales Element ist ein speziell entwickelter **Bauteilträger**, der durch Aussparungen am Boden eine exakte Aushebung des Prüflings auf den Waagen ermöglicht. Damit wird verhindert, dass zusätzliches Trägergewicht in die Messung eingeht. Dies ist von besonderer Bedeutung, um das Rauschen der Messwerte zu minimieren und wiederholbare Ergebnisse zu gewährleisten. Dieses Konzept erwies sich als derart innovativ, dass es durch Dimensionics patentiert werden konnte. ![P1036323](https://www.dichtewaage.de/hs-fs/hubfs/P1036323.jpg?width=800&height=600&name=P1036323.jpg) ## Genauigkeitsanforderungen und Einflussfaktoren ### Hochpräzise Waagen Um den Anforderungen der medizinischen Fertigung gerecht zu werden, kamen hochpräzise Laborwaagen zum Einsatz. Sie stammen von einem führenden Partnerunternehmen und lassen sich über **offene Schnittstellen** optimal in das Automationssystem integrieren. Das erlaubt eine nahtlose Prozesssteuerung und erleichtert die Umsetzung komplexer Algorithmen zur Messdatenauswertung. ### Umgebungseinflüsse Die wissenschaftliche Genauigkeit hängt entscheidend von externen Parametern ab: 1. **Temperatur**: Veränderte Temperatur beeinflusst nicht nur die Dichte der Flüssigkeit, sondern auch die Ausdehnung des Prüflings. 2. **Luftfeuchte**: Starke Luftfeuchtigkeit kann zu Kondensation oder Verdunstung im Messbereich führen. 3. **Schwingungen und Vibrationen**: Bewegen sich Waagen oder Wasserbad auch nur minimal, beeinflusst dies die Messwerte. Zur Kompensation dieser Faktoren kamen modernste **Sensoren** und **Korrekturalgorithmen** zum Einsatz. So werden Temperatur, Feuchte und Füllstand kontinuierlich überwacht und in Echtzeit korrigiert. ### Messstrategie bei wasserziehenden Bauteilen Bei keramischen Werkstoffen, die Wasser absorbieren, entstehen zusätzliche Herausforderungen. Um die **Aufnahme von Flüssigkeit** während der Messung zu reduzieren bzw. rechnerisch zu erfassen, wurden **spezielle Filter und mathematische Korrekturverfahren** entwickelt. Hierbei erfolgt oft eine kurze Vorkonditionierung der Proben, sodass Arteffekte durch schnelles Eintauchen minimiert werden. ### Optimierung durch Tensidlösung Ein zentrales Problem in der Dichtemessung nach Archimedes ist die **Blasenbildung**. Anhaftende Luftblasen an der Oberfläche eines Bauteils erzeugen bei der Messung einen zusätzlichen Auftrieb und verfälschen damit das Ergebnis. Um diese Blasenbildung zu unterbinden, wurde gemeinsam mit Partnerunternehmen eine **Tensidlösung** entwickelt, die das Benetzen der Bauteile verbessert. Gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass **keine Rückstände** auf dem Werkstück verbleiben – insbesondere für Anwendungen im medizinischen Umfeld ein entscheidender Faktor. Die hier entwickelte Rezeptur gewährleistet ein hohes Maß an Kompatibilität und Reinheit. ![P1082433](https://www.dichtewaage.de/hs-fs/hubfs/P1082433.jpg?width=800&height=722&name=P1082433.jpg) ## Von der Idee zum Prototypen – und darüber hinaus Das erste weltweit automatisierte Dichtebestimmungssystem nach Archimedes veränderte nachhaltig die Qualitätssicherung in der Medizintechnik und bei technischen Keramiken. Seit Markteinführung wird das System – intern als „Density“ bezeichnet – stetig weiterentwickelt: - **Höhere Genauigkeiten** bei kürzeren Taktzeiten - Integration von **Befeuchtezellen** zur Vorkonditionierung wasserziehender Bauteile - **Anbindung an Laufbandsysteme** für eine 100%-Inline-Kontrolle in der Serienfertigung Diese kontinuierliche Optimierung unterstreicht das **Potenzial automatisierter Messverfahren**, die klassische physikalische Prinzipien (wie das Archimedische) nutzen und mittels digitaler Technologien in hochpräzise, zuverlässige Qualitätssicherungssysteme transformieren. ![P1081859](https://www.dichtewaage.de/hs-fs/hubfs/P1081859.jpg?width=400&height=533&name=P1081859.jpg) Die Automatisierung physikalisch bewährter Methoden eröffnet neue Perspektiven in Forschung und Industrie. In der wissenschaftlichen Praxis bietet die exakte und wiederholbare Bestimmung von Keramikdichten Ansatzpunkte für weiterführende Analysen, etwa zur Porenstruktur oder zur Pulvermetallurgie. Aus akademischer Sicht sind folgende Bereiche besonders interessant: - **Werkstoffforschung**: Genauigkeit der Messung beeinflusst die Aussagekraft über Mikrostruktur und Materialfehler. - **Messtechnik und Sensorik**: Die Entwicklung besserer Korrekturmodelle für systematische Störeinflüsse trägt zur Verfeinerung internationaler Normen bei. - **Automatisierungstechnik**: Das reibungslose Zusammenspiel von Portalrobotern, Waagen, Sensorketten und Steuerungssoftware demonstriert, wie die Industrie 4.0 in der Praxis aussehen kann. Zukünftig lassen sich ähnliche Konzepte auf weitere Bereiche übertragen, etwa auf die **Metallpulverindustrie**, die **Additive Fertigung** oder sogar auf biologische Proben in der **Biotechnologie**. Durch die Kombination aus zuverlässiger Hard- und Software, patentierten Trägersystemen und der stetigen Optimierung mathematischer Algorithmen besteht ein enorm großes Innovationspotenzial – weit über die reine Dichtebestimmung hinaus. ## Fazit  Die Entwicklung einer automatisierten Dichtewaage für die Qualitätssicherung keramischer Implantate verdeutlicht, wie ein seit Jahrhunderten bekanntes physikalisches Prinzip neu interpretiert werden kann, um den steigenden Anforderungen moderner Fertigungsverfahren zu genügen. In enger Zusammenarbeit mit Experten aus Messtechnik, Werkstoffkunde und Automatisierungstechnik entstand ein System, das **Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Effizienz** auf einem bislang unerreichten Niveau vereint. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse und Technologien beeinflussen nicht nur die **Serienfertigung in der Medizintechnik**, sondern setzen neue Maßstäbe für alle Industriezweige, in denen die exakte Dichtebestimmung eines Werkstoffs elementar ist. Zukünftige Forschungen und Entwicklungen werden an der Schnittstelle von **Sensorik**, **mathematischer Modellierung** und **robotergestützter Automatisierung** ansetzen, um die Messketten weiter zu verfeinern. So bleibt das automatisierte Dichtemessverfahren nach Archimedes ein Vorzeigebeispiel für die erfolgreiche Synthese von traditioneller Physik, modernster Technik und kontinuierlichem Innovationsgeist. [![Vollautomatisierte Dichtemessung im MIM-Verfahren - Eine Einführung](https://www.dichtewaage.de/hubfs/MIM%20ARBURG.jpg) ](https://www.dichtewaage.de/blog/dichtemessung-trifft-hightech-pulverpressung-in-bayern-0?hsLang=de) #### [Vollautomatisierte Dichtemessung im MIM-Verfahren - Eine Einführung](https://www.dichtewaage.de/blog/dichtemessung-trifft-hightech-pulverpressung-in-bayern-0?hsLang=de) [Mathias Evers](https://www.dichtewaage.de/blog/author/mathias-evers) : 23.05.2024 Was Sie hier erwartet: EINFÜHRUNG DIE BEDEUTUNG DER DICHTEVERTEILUNG IM MIM-VERFAHREN ARCHIMEDISCHE DICHTEMESSUNG: GRUNDLAGEN UND HERAUSFORDERUNGEN ... [Dichtewaage](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/dichtewaage) [Qualitätskontrolle](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/qualitätskontrolle) [Dichtebestimmung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/dichtebestimmung) [Automatisierte Messung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/automatisierte-messung) [Effiziente Fertigung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/effiziente-fertigung) [Energieeinsparung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/energieeinsparung) [Energieeffizienz](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/energieeffizienz) [Pulverpressen](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/pulverpressen) [DorstTechnologietage](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/dorsttechnologietage) [Read More](https://www.dichtewaage.de/blog/dichtemessung-trifft-hightech-pulverpressung-in-bayern-0?hsLang=de) [![Optimierung des Metal Injection Molding (MIM) Prozesses](https://www.dichtewaage.de/hubfs/additive%20Fertigung.png) ](https://www.dichtewaage.de/blog/optimierung-des-metal-injection-molding?hsLang=de) #### [Optimierung des Metal Injection Molding (MIM) Prozesses](https://www.dichtewaage.de/blog/optimierung-des-metal-injection-molding?hsLang=de) [Mathias Evers](https://www.dichtewaage.de/blog/author/mathias-evers) : 29.11.2024 Was Sie hier erwartet: EINLEITUNG WAS IST METAL INJECTION MOLDING HERAUSFORDERUNGEN IM MIM PROZESS: DIE BEDEUTUNG DER DICHTE GRÜNDICHTEBESTIMMUNG:... [Dichtewaage](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/dichtewaage) [Qualitätskontrolle](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/qualitätskontrolle) [Dichtebestimmung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/dichtebestimmung) [Automatisierte Messung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/automatisierte-messung) [Effiziente Fertigung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/effiziente-fertigung) [Energieeinsparung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/energieeinsparung) [Energieeffizienz](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/energieeffizienz) [Pulverpressen](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/pulverpressen) [DorstTechnologietage](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/dorsttechnologietage) [Read More](https://www.dichtewaage.de/blog/optimierung-des-metal-injection-molding?hsLang=de) [![Praktischer Versuch zur Dichtemessung im MIM-Verfahren](https://www.dichtewaage.de/hubfs/Mim%20Praktische%20Untersuchung.jpg) ](https://www.dichtewaage.de/blog/dichtemessung-trifft-hightech-pulverpressung-in-bayern-0-0?hsLang=de) #### [Praktischer Versuch zur Dichtemessung im MIM-Verfahren](https://www.dichtewaage.de/blog/dichtemessung-trifft-hightech-pulverpressung-in-bayern-0-0?hsLang=de) [Mathias Evers](https://www.dichtewaage.de/blog/author/mathias-evers) : 24.05.2024 Was Sie hier erwartet: EINFÜHRUNG VERSUCHSAUFBAU UND -DURCHFÜHRUNG ERGEBNISSE DER DICHTEMESSUNG OPTIMIERUNG DER FERTIGUNGSPARAMETER FAZIT UND... [Dichtewaage](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/dichtewaage) [Qualitätskontrolle](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/qualitätskontrolle) [Dichtebestimmung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/dichtebestimmung) [Automatisierte Messung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/automatisierte-messung) [Effiziente Fertigung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/effiziente-fertigung) [Energieeinsparung](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/energieeinsparung) [Energieeffizienz](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/energieeffizienz) [Pulverpressen](https://www.dichtewaage.de/blog/tag/pulverpressen) [Read More](https://www.dichtewaage.de/blog/dichtemessung-trifft-hightech-pulverpressung-in-bayern-0-0?hsLang=de) ![](https://px.ads.linkedin.com/collect/?pid=4892618&fmt=gif) ```json { "@context" : "https://schema.org", "@type" : "BlogPosting", "author" : { "@type" : "Person", "name" : "Mathias Evers", "url" : "https://www.dichtewaage.de/blog/author/mathias-evers" }, "dateModified" : "2025-02-06T14:05:51.970Z", "datePublished" : "2025-02-06T14:05:11.000Z", "headline" : "Automatisierte Dichtebestimmung nach Archimedes - Wie alles begann", "image" : [ "https://www.dichtewaage.de/hubfs/wie%20alles%20begann.jpg" ], "mainEntityOfPage" : { "@id" : "https://www.dichtewaage.de/blog/wie-alles-begann", "@type" : "WebPage" }, "publisher" : { "@type" : "Organization", "logo" : { "@type" : "ImageObject", "url" : "https://www.dichtewaage.de/hubfs/Firmenlogos-beide-horizontal.png" }, "name" : "DIMENSIONICS GmbH" } } ```