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Sartorius prägt die Wägetechnik nachhaltig Technologieführerschaft als ständiges Leitmotiv

Autor / Redakteur: Marc Platthaus* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Kurzarmiger Wägebalken, Aluminium als Werkstoff, das monolithische Wägesystem oder modular konfigurierbare Laborwaagen – die Geschichte des Unternehmens Sartorius ist geprägt von zahlreichen technologischen Meilensteinen. Eine Zeitreise voll brillianter Entwicklungen.

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Abb.1: Kurzarmige Analysenwaagen wie diese bildeten Ende des 19. Jahrhundert das Fundament für den Erfolg von Florenz Sartorius.
Abb.1: Kurzarmige Analysenwaagen wie diese bildeten Ende des 19. Jahrhundert das Fundament für den Erfolg von Florenz Sartorius.
(Bild: Sartorius AG)

Erfolgreiche Gründer haben eine Idee, von der sie überzeugt sind, den unbedingten Willen, diese Idee umzusetzen – und einen Markt, der die Idee annimmt. Ein gelungenes Beispiel hierfür ist Florenz Sartorius, der 1870 die „Feinmechanische Werkstatt F. Sartorius“ in Göttingen gründete. Kein halbes Jahr später entstand mit dem Deutschen Kaiserreich der erste deutsche Nationalstaat. Die damit einhergehende wirtschaftliche Belebung der Gründerzeit schuf für den jungen Betrieb ein unternehmerisches Umfeld, das der „Universitätsmechanikus“ Florenz Sartorius erfolgreich zu nutzen wusste. Fast 150 Jahre später hat das Unternehmen zwei Weltkriege überstanden, mehrere Wirtschaftskrisen gemeistert und ist immer noch dem Grundgedanken des Gründers verpflichtet: Dem Markt technologisch führende Produkte anzubieten.

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Florenz Sartorius war beseelt von einer bahnbrechenden Idee: der kurzarmigen Analysenwaage. In der sich rasant entwickelnden chemischen Industrie war ein schnell wachsender Markt für hochgenau messende Analysenwaagen entstanden. Die Kunden hatten jedoch in der Anwendung mit konstruktionsbedingten Nachteilen zu kämpfen, die in einer komplizierten Bedienung und langen Einschwingzeiten der in dieser Zeit üblichen Balkenwaagen begründet waren. Sartorius erkannte schnell, dass durch die Einführung leichter und kurzer Wägebalken die Einschwingzeit von Waagen wesentlich reduziert werden könnte. Das Problem löste er mit der Entwicklung eines leichten und kurzarmigen Wägebalkens mit Dreiecks­profil und hoher Festigkeit.

Aluminum – ein neuer Werkstoff kommt auf

Die Gewichtsreduktion bei seinen Waagenkomponenten erreichte Sartorius durch den Einsatz des bereits 1827 von Friedrich Wöhler entdeckten, industriell aber noch recht wenig genutzten Werkstoffs Aluminium. Wöhler lehrte zu dieser Zeit als Professor für Chemie an der Universität Göttingen, der Georgia Augusta, und entwickelte dort den nach ihm benannten Wöhler-Prozess, eine Reduktionsmethode zur Herstellung von reinem Aluminium. Wöhler unterstützte die Idee von Sartorius nicht nur durch die Bereitstellung von Aluminium für die Waagen-Entwicklung, sondern gab auch Hilfestellung bei der Legierung von Aluminium mit Silber, um das Metall fester zu machen. Noch heute sind Aluminium-Legierungen wichtige Materialien für die Herstellung von Sartorius-Waagen.

Um seine Produkte einem breiten Publikum zu präsentieren, nutzte Sartorius sehr früh Messen und Ausstellungen, von denen er oftmals prämiert zurückkehrte: Bereits 1874 erhielt man auf einer Ausstellung in Bremen die höchste Auszeichnung für seine kurzarmige Waage. Auch auf internationalem Parkett war das Unternehmen erfolgreich. So gewann man 1876 auf der Weltausstellung in Philadelphia eine hohe Auszeichnung, 1893 in Chicago eine weitere. Kurz vor dem Beginn des 20. Jahrhunderts arbeiteten bereits 60 Angestellte im Unternehmen und es wurde die 5000. Waage produziert. Florenz Sartorius band vorausschauend seine vier Söhne in die Geschicke des Unternehmens ein, von denen zwei, Wilhelm und Erich, den Erfolg lange Jahre begleiten sollten.

Jedoch eignete sich Sartorius nicht nur neue Technologien zum Gebrauch an, er nutzte ebenso auch Bekanntes, um hieraus neue Anwendungen zu schaffen. Im Betrieb in Rauschenwasser, rund zehn Kilometer nördlich von Göttingen gelegen, wurden Brutschränke für die Geflügelzucht hergestellt. Gleichzeitig war Sartorius auf das Gebiet der aufkommenden Bakteriologie aufmerksam geworden. In beiden Feldern spielte eine präzise Temperaturregelung in begrenzten Räumen zur Zucht von Organismen eine entscheidende Rolle. Dem technisch interessierten Unternehmer mit Gespür für zukunftsträchtige Anwendungsbereiche eröffnete sich ein aussichtsreiches neues Betätigungsfeld, auf dem technische Innovation schnellen Markterfolg erwarten ließ. Auch in der Folgezeit wurden immer wieder neue Produktsegmente in das Unternehmen integriert: So beispielsweise in den 1930er Jahren die Entdeckungen des Göttinger Chemikers und Nobelpreisträgers Prof. Richard Adolf Zsigmondy auf dem Gebiet der Filtertechnik. Aus diesen sollte später der wichtige und zukunftsweisende Unternehmenszweig der Filtrationstechnologie entstehen.

Nächster Entwicklungsschritt: Dämpfungswaagen

Doch auch in der Waagen-Entwicklung ruhte sich das Unternehmen nicht auf seinen Lorbeeren aus. Um Anwendern ein noch schnelleres Wägeergebnis zu ermöglichen, entwickelte man die so genannten Dämpfungswaagen: War es bisher durch die kurzarmigen Balken schon möglich, die langen Einschwingzeiten wesentlich zu verkürzen, so entfielen bei den Dämpfungswaagen diese Schwingungen gänzlich, ohne dabei die Empfindlichkeit der Waage zu beeinträchtigen. Außerdem besaßen die Dämpfungswaagen eine optische Ablesevorrichtung, womit geringste Gewichtsabweichungen direkt abgelesen werden konnten. Im Gegensatz zu üblichen Ablesungen hatte sie darüber hinaus den Vorteil, fest an der Säule angebracht zu sein, sodass keine Nullpunktveränderung eintreten konnte.

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Ein bemerkenswertes Zitat findet sich in einem Brief von Prof. Ludwig Ramberg vom Chemischen Institut der Universität Uppsala aus den 1930er Jahren: „...Hierdurch teile ich Ihnen mit, daß ich seit mehr als einem halben Jahr eine von Ihnen gebaute Dämpfungswaage mit Bruchgrammtransporteur täglich benutze und daß ich nach eingehender Prüfung dieser Waage und Vergleich mit den Erzeugnissen anderer Firmen kein Bedenken trage, dieses Modell als die beste z.Z. existierende analytische Schnellwaage zu bezeichnen...“.

Selecta: Der „Käfer“ unter den Laborwaagen

Den wirtschaftlichen Wiederaufbau des Unternehmens nach dem Zweiten Weltkrieg leitete Erich Sartorius noch bis zu seinem Tod 1947. Die Geschäftsleitung übernahm anschließend sein Sohn Horst, der bereits mehrere Jahre im Unternehmen tätig war. Der Betrieb hatte kriegsbedingt zwar gelitten, aber es konnte relativ rasch wieder produziert werden. Zudem kamen erfahrene Mitarbeiter nach Göttingen zurück, und die traditionell bei Sartorius gepflegte Lehrlingsausbildung wirkte sich positiv aus: Gut ausgebildete Nachwuchskräfte konnten übernommen werden.

Mit neu entwickelten Waagentypen, wie etwa der Selecta, war Sartorius schnell wieder erfolgreich. Die Waage zeichnete sich durch ein Metallgehäuse, eine leichte Handhabung, innovative Magnet-Dämpfung, vollautomatische Gewichtsauflage und eine weitere Verkürzung des Wägeprozesses aus. In den folgenden Jahren wurde die Selecta-Reihe durch immer mehr Spezialausführungen ergänzt, die vom breiten Anwendungsfeld der Waagenreihe zeugen. Sicher nicht zufällig war es eine Selecta, die im Jahr 1958 als 100 000. Analysenwaage gefertigt wurde. Mit dieser Typenreihe wurde in den 1950er Jahren zunehmend auch die Fließbandfertigung im Waagenbau eingeführt.

Die Elektronik hält Einzug in die Wägetechnik

Eine der einschneidendsten und zugleich erfolgreichsten unternehmerischen Entscheidungen der Firmengeschichte war sicher die Einführung der Elektronik in der Wägetechnik in den 1950er Jahren. Während Ende des Zweiten Weltkrieges in Amerika der Begriff des „Electronic Weigh­ing“ schon gebräuchlich war, bemühte man sich in Göttingen zunächst, die Produktion herkömmlicher mechanischer Waagen im Holz- oder Metallgehäuse wieder aufzubauen und weiter zu entwickeln. Gleichzeitig wurden vielversprechende Prototypen entwickelt, welche die elektromagnetische Kraftkompensation (EMK) nutzten. Das der EMK zugrunde liegende „Spule-Magnet-Prinzip“ war in der Wissenschaft zwar schon länger bekannt, fand bis dato allerdings noch keinen konkreten kommerziellen Einsatz.

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Mit der Elektrono 1 wurde 1954 die erste elektromagnetisch-kraftkompensierende Waage von Sartorius in Serie produziert. Es sollte aber noch einige Jahre dauern, bis sich das EMK-System auch in Präzisions- und Analysenwaagen wiederfand.

Mit der Modellreihe 3100 wurde 1963 das kraftkompensierende Messprinzip schließlich auch auf die mechanischen Präzisionswaagen übertragen. Deren Messwerte konnten zu Dokumentationszwecken etwa an x-t-Schreiber, Steuer- oder Anzeigegeräte übermittelt werden. Mithilfe dieser registrierenden Wäge­systeme war es möglich, die Automatisierung von Laborprozessen zu unterstützen.

In immer größerem Ausmaß wurden Analysenwaagen auf das EMK-System umgestellt. Mit der im Jahr 1971 eingeführten Waagen-Reihe 3000 erfolgte die Messwertermittlung erstmals vollautomatisch. Wägewerte wurden nun innerhalb weniger Sekunden ohne weitere Bedienschritte digital angezeigt und standen zur weiteren digitalen Verarbeitung zur Verfügung. Der Wägevorgang wurde dadurch erheblich vereinfacht, die Messzeit stark reduziert.

In den Jahren 1975 bis 1977 wartete Sartorius sowohl in technologischer als auch optischer Hinsicht mit Highlights auf. Zunächst wurde die Waagen-Reihe 3700 präsentiert, welche mit C-MOS-Bausteinen ausgestattet war, und vom US-Magazin „Industrial Research“ 1976 zu den 100 bedeutendsten neuen technischen Produkten des Jahres gezählt wurde. Die endgültige Umstellung von mechanischen zu elektronischen Präzisionswaagen wurde durch die Einführung von Mikroprozessorwaagen eingeleitet. Den Anfang machte die 1200 MP, welche Anwender nicht nur durch ihre kompakte, handliche Größe zu überzeugen wusste, sondern ihnen auch ein sehr gutes Preis/Leistungsverhältnis bot. In schneller Folge wurden Mikroprozessoren auch in anderen Waagen verbaut, etwa der Modellreihe 2000 MP.

In die Mitte der 1970er Jahre fiel zudem die Umstellung der Gehäusefarbe zahlreicher Modellreihen – von nun an waren viele Sartorius-Waagen orange. Die markante Farbgebung unterstrich die technische Differenzierung und hob sich zugleich auffällig von den Produkten der Konkurrenz ab. Die Farbe sollte lange das Erscheinungsbild des Unternehmens und seiner Produkte prägen. Waagen aus dieser Zeit haben Generationen von Anwendern begleitet und gelten heute als echte „Klassiker“.

Statt vieler Einzelteile: das monolithische Wägesystem

Das Herzstück einer Analysenwaage von Sartorius war von Anbeginn die Mechanik der Waage. Die Herstellung der bis zu 150 Einzelteile, sowie deren Zusammenbau zu einem funktionierenden Wägesystem stellte höchste Ansprüche an die Facharbeiter.

Eine wesentliche Herausforderung war zudem der Einsatz unterschiedlicher Materialien, aus denen die Einzelteile hergestellt wurden. Aufgrund ihrer jeweiligen physikalischen Eigenschaften reagierten diese Materialien unterschiedlich auf sich verändernde Umweltbedingungen, wie z.B. Temperatur, Luftdichte oder Luftfeuchtigkeit. Mit der Entwicklung und dem Einsatz monolithischer Wägesysteme fand das Göttinger Unternehmen auch hierauf eine passende Antwort. Zwar gab es bereits Entwicklungen, die zu einer erheblichen Senkung der Anzahl von Einzelteilen und Materialien beitrugen, jedoch gelang Sartorius mit dem Monolithen 1994 ein Durchbruch. Modernste Fertigungstechnologien wie dreidimensionales Highspeed-Cutting erlaubten, das monolithische System mit seinen filigranen Hebeln vollständig aus einem einzigen Aluminium-Block zu fräsen.

Diese Hightech-Wägesysteme wurden zunächst in Halbmikro- und Analysenwaagen verbaut und bald auf weitere Modellreihen übertragen. Der Monolith basierte auf jahrzehntelanger kontinuierlicher Forschung und Entwicklung, die zu einer erneuten Qualitätssteigerung in der Waagenfertigung führten.

Erfolgreiche Waagen-Serien wie die im Jahr 2000 eingeführte Genius und das Nachfolgemodell ME zeugen von den Vorteilen dieser Bauart. Die herausragende Technik der Genius Waage wurde außerdem mit dem „Innovationspreis der deutschen Wirtschaft“ des Jahres 2000 in der Kategorie „Mittelständische Unternehmen“ honoriert. Die Jury hob vor allem die Funktionalitäts- und Ergonomieaspekte der Genius hervor. So überzeugte sie mit der Bedienbarkeit, dem freien Zugriff und Durchgriff zum bzw. in den Wägeraum, einfacher Reinigungsmöglichkeit und einer intuitiven Windschutzbedienbarkeit. Der in der Waage verbaute Monolith besaß eine zu diesem Zeitpunkt einzigartige Auflösung von 21 Millionen Schritten.

Modernes Waagenportfolio für jede Anwendung

Die Idee des besten Wägeergebnisses wurde dann auch in den folgenden Jahren konsequent weiterverfolgt. Das heutige Portfolio im Bereich der Standardwaagen umfasst die Modell-Reihen Practum, Quintix und Secura. Alle Modelle besitzen Touchscreens und eine einheitliche Bedien-Ergonomie, die Sartorius gemeinsam mit erfahrenen Laboranwendern entwickelt hat. Sie decken einen Wägebereich von 20 bis 6100 g ab und erlauben eine Ablesbarkeit von 0,01 mg bis 1 g.

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Die Practum stellt den Einstieg in das Segment der Sartorius-Standardwaagen dar. Sie ist robust, sehr leicht zu bedienen und richtet sich an Anwender, die bei Standardanwendungen großen Wert auf hohe Genauigkeit und hervorragende Wiederholbarkeit legen. Ein mechanischer Überlastschutz hält auch einer (Fehl-) Bedienung durch weniger geübte Anwender stand und ist damit besonders gut für Ausbildungszwecke geeignet.

Die Quintix-Waage steht für komfortables Wägen. Eine Reihe von Leistungsmerkmalen, wie z.B. die vollautomatische interne Justierung, der direkte Datentransfer, das ergonomische Design und vor allem integrierte Applikationsprogramme tragen dazu bei, Arbeitsabläufe viel effizienter zu gestalten. Da Veränderungen der Umweltbedingungen (Temperatur, Luftdruck, etc.) einen Einfluss auf die Genauigkeit von Wägeergebnissen haben, ist die Waage mit einer internen Justierfunktion ausgerüstet, die stabile Ergebnisse garantiert. Jeder Justier- und Kalibrier-Vorgang wird von der Waage dokumentiert und ist damit für das Qualitätsmanagement rückverfolgbar. Bei der Quintix gehören zahlreiche Applikationen zum Standardumfang. Beispielsweise kann mit der integrierten Dichte-Applikation und dem Sartorius-Dichtebestimmungs-Set die Dichte von Feststoffen und Flüssigkeiten zuverlässig ermittelt werden.

Das Waagenmodell Secura macht Wägeprozesse besonders sicher. Es minimiert durch integrierte und intelligente Sicherheitssysteme Risiken einer fehlerhaften Bedienung. Fehler, die die Sicherheitssysteme erkennen, werden dem Benutzer durch entsprechende Hinweise im Display angezeigt. Um Veränderungen in den Einstellungen der Waage nur autorisierten Personen zu gestatten, ist die Waage mit einem Passwortschutz ausgestattet. Ist ein Passwort gesetzt, sind alle Funktionen, die das metrologische Verhalten verändern könnten, gesperrt. Die Secura erlaubt außerdem eine klar rückführbare Dokumentation mit Proben- und Chargen-Identnummern sowie GMP- und GLP-konforme Ausdrucke.

Cubis: Individualisierung auf die Spitze getrieben

In den vergangenen Jahren standen Aspekte wie Ergonomie, Individualisierung und Regulationskonformität der Waage ganz oben auf der Wunschliste von Anwender. Sartorius antwortete darauf mit der Markteinführung der Premium-Laborwaagenreihe Cubis im Jahr 2009. Sie ist die erste vollständig modular aufgebaute Laborwaagenreihe, bei der Anwender Anzeige- und Bedieneinheit, Wägemodule, Windschutzmodelle, Schnittstellen und vieles mehr frei miteinander kombinieren können.

Mit zahlreichen Features ermöglicht die Premiumwaage ein sicheres und protokolliertes Arbeiten. Die Waage kontrolliert und dokumentiert beispielsweise selbstständig ihre Nivellierung. Ist diese nicht korrekt, fordert die Waage den Anwender auf, eine Nivellierung per Tastendruck automatisch zu starten oder manuell durchzuführen. Die Cubis-Reihe umfasst insgesamt drei Bedieneinheiten, sechs Windschutzvarianten sowie 40 Wägeplattformen. Sie reicht von der Ultramikro- bis zur Hochlastwaage, mit Wägebereichen von 2 g bis 70 kg und einer Auflösung von 100 Nanogramm bis 1 g.

Ein besonderes Highlight der Waage sind spezifische Softwareprogramme (Q-Apps), mit denen die Waage leicht für sehr individuelle Aufgaben ausgerüstet werden kann.

2017: Meilenstein für die Laborgeräteproduktion

Den jüngsten Meilenstein setzte das Unternehmen mit einer neuen Produktionsstätte für die Laborinstrumenten-Fertigung, die Teil der neuen Göttinger Konzernzentrale „Sartorius Campus“ ist. In dem etwa 25 000 Quadratmeter großen Gebäude stellen rund 450 Mitarbeiter Laborgeräte wie Waagen, Reinstwassersysteme und Feuchtemessgeräte her. Bisher auf verschiedene Betriebsstätten verteilte Fertigungsbereiche sind jetzt in dem Neubau unter einem Dach zusammengefasst: die Teile- und Gerätefertigung, Zentren für Kalibrierung und Metrologie, eine vergrößerte Ausbildungswerkstatt sowie der zugehörige Bereich Operations.

Das Unternehmen, das 2020 sein 150-jähriges Jubiläum feiern wird, schafft damit eine wichtige Grundlage für weitere Technologieführerschaft – ganz dem Leitmotiv des Firmengründers folgend.

* M. Platthaus: Chefredakteur LABORPRAXIS, E-Mail: marc.platthaus@vogel.de

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