Der Alfred-Kuhlenkamp-Preis 2005, verliehen von der VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik (GMM) für hervorragende wissenschaftliche, konstruktive oder experimentelle Arbeit, wurde am 22.09.2005 in Ilmenau an Herrn Dr.-Ing. Uwe Jungnickel (33) vergeben.
Herr Dr. Jungnickel erhielt den Alfred-Kuhlenkamp-Preis 2005 für seine Arbeiten zum Thema "Miniaturisierte Positioniersysteme mit mehreren Freiheitsgraden auf der Basis monolithischer Strukturen".
Herr Dr. Jungnickel wurde 1972 geboren. Er studierte Elektrotechnik mit Schwerpunkt Elektromechanische Konstruktionen an der TU Darmstadt. Im direkten Anschluss an sein Studium arbeitete er ab 1997 als Konstrukteur bei ABB Flexible Automation GmbH in der Abteilung mechanische und elektronische Konstruktion. Im Frühjahr 1999 wechselte er zum Institut für Elektromechanische Konstruktionen der TU Darmstadt. Im September 2004 beendete er seine Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Elektromechanische Konstruktionen und schloss seine Promotion mit dem Prädikat "mit Auszeichnung bestanden" ab. Seit Oktober 2004 ist er als Projektleiter der Abteilung Power Assisted Oral Care der Braun GmbH beschäftigt..
Zu seinen Arbeiten. Der Alfred-Kuhlenkamp-Preis 2005 wird an Herrn Dr. Jungnickel für seine Arbeiten zum Thema "Miniaturisierte Positioniersysteme mit mehreren Freiheitsgraden auf der Basis monolithischer Strukturen" vergeben, für eine hervorragend gelungene Entwicklung und Realisierung eines völlig neuartigen miniaturisierten Positioniersystems. Es handelt sich dabei um eine sehr schöpferische, eigenständige Arbeit mit hohem Neuheitsgrad, was auch die Patentanmeldung dazu verdeutlicht.
Positioniersysteme sind Kernbestandteile von Robotern mit der Aufgabe, eine Arbeitsplattform, die z. B. ein Werkzeug trägt, in eine gewünschte Position im Raum zu bringen. Vielfältige Konzepte von Robotern sind realisiert worden, wobei bislang in erster Linie makroskopische Systeme entwickelt wurden, die dem Maschinenbau zuzuordnen sind. Darüber hinaus besteht aber für einen weiten Bereich von Anwendungen, angefangen von der Fertigungstechnik für Mikrosysteme bis zur Medizintechnik, ein Bedarf an miniaturisierten Positioniersystemen bzw. Robotern. Die meisten herkömmlichen Robotersysteme basieren aber auf einer seriellen Kinematik und können daher im Vergleich zu ihrem Eigengewicht nur sehr geringe Nutzlasten bewegen. Bei Miniatur- oder Mikrorobotern führt u. a. diese Eigenschaft dazu, dass diese nicht nach den gleichen Prinzipien und Konzepten aufgebaut werden können wie die bisher bekannten Roboter.
Herr Dr. Jungnickel hat das ständig wachsende Interesse an Miniatur- und Mikrorobotern, z. B. aus der roboterunterstützten Mikrochirurgie, aufgegriffen und sich auf Grund kaum vorhandener Lösungsansätze für serientaugliche Systeme der Aufgabe gestellt, ein innovatives Konzept für ein miniaturisiertes Positioniersystem mit hoher örtlicher Auflösung bei hinreichend großem Arbeitsraumvolumen zu erarbeiten. Die Besonderheit der Arbeit besteht darin, dass erstmals miniaturisierte Positioniersysteme mit mehreren räumlichen Freiheitsgraden als Gesamtsystem betrachtet wurden und damit zwei verschiedene Teilaufgaben, die Antriebe sowie die Kinematik zu bearbeiten waren. Darüber hinaus wurde besonderes Augenmerk auf eine kostengünstige Realisierbarkeit der entwickelten Positioniersysteme gelegt, damit die Ergebnisse realitätsnah und in der Breite anwendbar sind.
Zur Lösung der Aufgabe wählte Herr Dr. Jungnickel einen äußerst innovativen Ansatz: Sowohl die Antriebe als auch die Kinematik werden als monolithische Strukturen hergestellt. Für die Positionierung der Arbeitsplattform wird eine Parallelkinematik verwendet, so dass die Antriebe gestellfest in einer Ebene angeordnet bleiben. Hierfür entwickelte er Mikroschrittantriebe nach dem "Inchwormprinzip", die monolithisch in einer gemeinsamen Plattform integriert sind. Besonders faszinierend ist an dieser Lösung, dass diese Plattform für beliebige Antriebskonfigurationen nahezu beliebig in der Größe skalierbar aus einem Teil hergestellt werden kann, obwohl die Plattform letztlich aus einer Vielzahl von Hebelübersetzungen mit Festkörpergelenken besteht. Das neuartige Konzept besteht aus wenigen Einzelteilen, die mit geringem Montageaufwand zusammengesetzt werden. Insgesamt zeigt diese Arbeit ein hohes Innovationspotenzial sowohl in konstruktiver als auch in fertigungstechnischer Sicht und bietet eine Vielzahl von Anwendungen in der Automatisierungstechnik, der Mikromontage aber auch in völlig neuartigen Gebieten wie der Mikromedizin und Mikrobiologie.
Im Wesentlichen besteht dieses Positioniersystem aus nur zwei Hauptteilen, ausgenommen die Ansteuerung. Konsequent werden alle mechanischen Übersetzungen, Gelenke und alle weiteren Elemente in einer gemeinsamen monolithischen Plattform zusammengefasst, die nicht nur in einem Freiheitsgrad sondern in mehreren Freiheitsgraden beweglich ist. Schon die Zielstellung klingt verblüffend, ein vollständiges Positioniersystem in mehreren Achsen mit ganz wenigen Teilen zu realisieren. Vergleichbare Lösungen mit einzelnen Aktoren in Hexapod-Systemen sind äußerst aufwendig und teuer. Dass hierzu eine Lösung erarbeitet werden konnte, ist wohl schon allein preiswürdig, ohne die Veröffentlichung dazu zunächst zu betrachten.
Vom Fachgebiet her ist es eine typisch feinwerktechnische und mechatronische Lösung, die auf der klassischen Kinematik und der Untersuchung der verschiedenen Freiheitsgrade aufbaut. Sie bildet also die Brücke von klassischen Wissensdisziplinen zu neuen Lösungsansätzen mit hohem Innovationsgrad. Hinzu kommen weitere neue interessante konstruktive Ansätze, beispielsweise das Beschichten von Bauteilen aus Polymeren mit metallischen Werkstoffen zur Erhöhung ihrer Festigkeit. Schließlich funktioniert dieses System nur mit einer entsprechenden Ansteuerelektronik und Sensorik, letztere ist in diesem Fall ebenfalls integriert in den Antrieb ausgeführt. Damit sind alle die Feinwerktechnik seit Jahrzehnten prägenden Disziplinen mit Ausnahme der Optik vertreten, interessante mechanische Lösungen mit integrierten Festkörpergelenken und durch Beschichtung verstärkten Kunststoff-Trägerkomponenten, Antriebe, deren Ansteuerung und die erforderliche Sensorik dazu. Dies alles wird in einer sehr anschaulichen, klaren Veröffentlichung in den einzelnen Teilbereichen beschrieben und letztlich in der Gesamtanwendung als System vorgestellt.
Hinsichtlich der wirtschaftlichen Verwertung ist es mit dem monolithischen Fertigungskonzept von vornherein gelungen, die Positioniertechnik aus der Ecke der "teuren" und aufwendigen Ultrapräzisionstechnik heraus für breitere Anwendungen zu erschließen. Insofern bietet diese Arbeit den Ansatz für einen gesamtgesellschaftlichen Nutzen, indem intelligente Werkzeug- und Montagesysteme Bereiche der montageintensiven Produktion im Hochlohnland Deutschland sichern können, die sonst in Niedriglohnländer abwandern würden, oder aber neue, beispielsweise medizinische Behandlungsmethoden ermöglicht werden, die wesentlich kürzere Krankenhausaufenthalte verursachen.
In beeindruckender Weise fügen sich klassische Disziplinen der Feinwerktechnik zu völlig neuen Lösungsansätzen zusammen, die verblüffend einfach realisiert werden. Hier wird eine echte Innovation beschrieben, die im Kerngebiet der Mikro- und Feinwerktechnik liegt.
Zweifelsfrei wird diese Arbeit dem Vermächtnis von Alfred Kuhlenkamp in besonderer Weise gerecht: Innovation begründet auf klassischen Disziplinen der Feinwerktechnik, umgesetzt in neue Gebiete und dies anschaulich publiziert.
Der mit ? 3.000 dotierte Preis, der nach Alfred Kuhlenkamp, dem Nestor auf dem Gebiet der Informationsverarbeitung im Maschinenbau, benannt ist, wird alle drei Jahre an junge Naturwissenschaftler und Ingenieure für wissenschaftliche, konstruktive oder experimentelle Arbeiten in den Mikrotechnologien und des Feingerätebaus verliehen
Prof. Dr. W. Schinköthe