Wein, Blut und Motoröl – ein Sensor für viele Flüssigkeiten

Der Fehrer-Preis der TU Wien geht an den Elektrotechniker Georg Pfusterschmied. Er entwickelte einen Sensor, mit dem man die Dichte und die Viskosität von Flüssigkeiten messen kann.

Einen Löffel aus einem Glas Wasser herauszuziehen, ist kein Problem. Befindet sich der Löffel in einem Honigglas, wird die Sache schon mühsamer, und wenn der Löffel in klebrigem Bitumen im Asphalt steckt, dann werden wir ihn ohne Hilfsmittel vielleicht überhaupt nicht mehr herausbekommen. Dieser Widerstand, den eine Flüssigkeit einer Bewegung entgegensetzt, wird als „Viskosität“ bezeichnet. Sie spielt in vielen Anwendungen eine wichtige Rolle, ist aber nicht immer einfach zu messen. Georg Pfusterschmied entwickelte am Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme nun einen Mikrosensor, mit dem man die Dichte und die Viskosität unterschiedlichster Flüssigkeiten ermitteln kann. Der Sensor ist so kompakt, dass ein einziger Tropfen für eine Messung ausreicht. Dafür wurde Georg Pfusterschmied nun mit dem Fehrer-Preis der TU Wien ausgezeichnet.

Ein schwingendes Plättchen im Mikrochip

„Die Dichte und die Viskosität einer Flüssigkeit können in ganz unterschiedlichen Anwendungsbereichen sehr wichtig sein“, sagt Georg Pfusterschmied. „Von der Viskosität des Maschinenöls im Motor hängt ab, ob es die Kolben noch richtig schmiert oder ob ein Ölwechsel nötig ist. Die Viskosität des klebrigen Bitumens im Asphalt sagt uns, ob der Asphalt noch stabil ist oder erneuert werden muss. Aus der Dichte von Wein kann man ableiten, ob der Gärungsprozess richtig funktioniert hat, und die Viskosität von Blut spielt für medizinische Fragen eine wichtige Rolle.“

Freilich bewegt sich die Viskosität von klebrigem Asphalt in ganz anderen Größenordnungen als die Viskosität von vergärendem Wein. Georg Pfusterschmied hat einen Mikrochip entwickelt, der für all diese unterschiedlichen Flüssigkeiten einsetzbar ist. „Wir verwenden einen Mikroresonator. Das ist eine winzige Platte, ähnlich dick wie Alufolie, die elektrisch zum Schwingen angeregt wird“, erklärt Georg Pfusterschmied. Der Mikrochip wird in die Flüssigkeit eingetaucht, dann wird gemessen, auf welche Weise sich das Schwingungsverhalten der Platte verändert. Daraus kann man die Dichte und die Viskosität berechnen.

Der entscheidende Vorteil dieser Messmethode ist, dass der Sensor extrem kompakt gebaut werden kann und dementsprechend auch mit sehr geringen Flüssigkeitsmengen auskommt. Ein paar Mikroliter genügen – anhand eines einzelnen Tropfens lässt sich die Dichte und die Viskosität bestimmen. Für bisher verwendete Viskositäts-Messgeräte braucht man deutlich größere Proben.

Fehrer-Preis

Am 4. Dezember 2019 wurde Dr. Georg Pfusterschmied vom Rektorat der TU Wien mit dem Dr. Ernst Fehrer-Preis ausgezeichnet. Dieser Preis wurde von Dr. Rosemarie Fehrer gestiftet, der Witwe des Erfinders und Industriellen Dr. Ernst Fehrer. Der Preis wird jährlich für besondere technische Forschungsleistungen mit praktischer Anwendbarkeit vergeben.

Georg Pfusterschmied stammt aus der Steiermark. Er studierte zunächst Elektrotechnik und Technologiemanagement an der FH Joanneum Kapfenberg. Nach dem Abschluss seines Bachelorstudiums wechselte er an die TU Wien, wo er nach seinem Masterabschluss in Materialwissenschaften auch promovierte. Die Entwicklung des Viskositäts-Sensors war Teil seiner Dissertation unter Anleitung von Prof. Ulrich Schmid. Auslandserfahrung sammelte Pfusterschmied bei Gastaufenthalten an der School of Mathematics and Statistics in Melbourne, am Department of Material Science and Technology in Toronto und am Center for Integrated Microsystems and Components an der Universität von Novi Sad.

Der Fehrer-Preis ist nicht Pfusterschmieds erste wichtige Auszeichnung – er durfte sich in den vergangenen Jahren bereits über eine ganze Reihe von Auszeichnungen freuen, darunter die Nominierung zum Wiener Ingenieurspreis 2016, der erste Platz beim Lions Förderpreis 2016 sowie das Förderstipendium der TU Wien (2015).