Laborgeräte bauen „sauber…Bauraum…sparen“

Ulf Hottung | 8. Oktober 2019

Für die Entwicklung eines Laborgerätes sind viele Anforderungen deutlich definiert. Wer Laborgeräte bauen, optimieren oder neue Labortechnik anbieten will, steht immer vor derselben Aufgabenstellung.

Das neue Gerät muss mindestens Folgendes bieten, egal welche Aufgabe es übernehmen soll:

  • Zuverlässigkeit
  • Produktivität
  • Reproduzierbare und dokumentierbare Ergebnisse
  • Möglichst wenig Platz beanspruchen
  • und idealerweise bereits sehr kurzfristig einen R-o-I „return of investment“ bieten

In diesem Blog-Beitrag zeigen wir, wie igus Produkte durch ihre jeweiligen Eigenschaften „sauber…Bauraum…sparen“. Z.B. durch kleine Biegeradien, Montagemöglichkeiten in Stanzblechen oder die Verfügbarkeit individueller Bauformen.

Hintergrund der Anforderungen

Das Gerät soll einen immer wiederkehrenden und zeitaufwendigen Standardprozess im Labor erledigen, der bisher meist per Hand durchgeführt wird. Bereits bei mittleren Durchsätzen rentiert sich das System und erhöht die Laborauslastung.

Innocyte Split-It , Laborgerät mit mehr als 30 igus Komponenten pro Gerät

Routine-Arbeit: „Zellpassage“

Durch den stetig steigenden Bedarf an adhärenten tierischen und humanen Zellkulturen in der Biologie, Medizin, Pharmazie, Immunologie, Virologie und vielen anderen Disziplinen, nimmt in deren Bereitstellung die „Passage“ eine große Rolle ein.

Hier werden Mikroorganismen oder Viren vielfach auf Nährboden oder andere Zellkulturen übertragen, um sie zu erhalten oder Veränderungen in der neuen Umgebung feststellen zu können.

Substrat wird aus der Mutterflasche abgesaugt und auf Tochtergefässe verteilt. Manuell eine ziemlich langwierige Aufgabe.

Optimierte Funktion auf engstem Raum

igus Energiekette und chainflex Leitung in Laborgerät auf engstem Raum
Einbaulage Energiekette und Leitung an Teller-Lagerung Mutterflasche

Platz ist im Labor extrem knapp und teuer. Lösungen müssen platzsparend sein, wodurch besondere Aspekte berücksichtigt werden müssen.

Die Mutterflasche muss im Gerät bewegt und temperiert werden. Für unterschiedliche Flaschenformate ist die Aufnahme auch höhenverstellbar. Hier übernehmen eine Energiekette vom Typ E2 micro und eine chainflex Leitung vom Typ CF98 mit einem Biegeradius von nur 4 x d die Sensor- und Stromversorgung.

chainflex cf98 im Dauertest mit Biegeradius 4x Durchmesser
chainflex CF98 Leitung im Dauertest mit 4 x D

Mehr Details zu den Versuchsergebnissen sind in diesem Link zu finden: https://www.igus.de/info/unharnessed-cables-tested-cf98

Noch wichtiger als Kosten und Bauraum: Hygiene

Es versteht sich von selbst, daß Verunreinigungen aller Art ausgeschlossen werden müssen. Nach der Vervielfältigung werden mit den Substraten u.a. Toxikologie- und Nebenwirkungstests durchgeführt. Und auch Untersuchungen für die Tumor- und Arzneimittelforschung.

Die Passage dauert, trotz Einwirk- und Ruhezeiten , häufig weniger als 30 Minuten.

Im Anschluss muss das Gerät gereinigt und zum nächsten Durchgang vorbereitet werden. Hierfür wurden der Fluid-Kreislauf und die Mechanik streng getrennt. Die Fluid-Linien können steril gespült werden, die Mechanik benötigt keine Wartung.

Alle Verunreinigungen vermeiden

Die Mechanik besteht bis auf kleine Ausnahmen aus wartungs- und schmierungsfreien igus Komponenten, die sauber ohne zusätzliche Schmierstoffe ihren Dienst versehen.

Gleitlager ohne Schmierstoff und Schnittbild der Lagerwand
iglidur Gleitlager Schnittbild und Einbauzustand

Diese Elemente sind an Ihrer Oberfläche fettfrei und bieten daher Anhaftungen ebenso wenig Halt, wie Schmierstoff verloren gehen kann.

Auch entsteht im Test nach DIN EN ISO 846 Verfahren A, an verschiedenen iglidur Werkstoffen durchgeführt, kein Schimmelpilzbefall und es konnten keine Materialveränderungen nachgewiesen werden.

Wie das funktioniert und mehr zum Aufbau der igus Tribokunststoffe findet sich hier: https://www.igus.de/info/iglidur-eigenschaften?CL=DE-de&_ga=2.103164611.230684708.1570173926-277637946.1517303386

Zusatznutzen: Wunschkontur

Neu entwickelt werden musste auch die Führung der Nadel die zum Durchdringen des Flaschenverschlusses notwendig ist. Durch den großen Hub, legte sich die verwendete Feder des Niederhalters an die Nadelführung an. Reiberscheinungen, teilw. auch Verschleißspuren waren auf der Führungsstange erkennbar.

Feder mit Stützteller um Knicken und Abrieb zu vermeiden
Federführung mit gleitgelagerter Federstütze

Die Feder wurde zweigeteilt und ein Federteller mit integriertem iglidur Gleitlager übernimmt nun die Hubbewegung.

Infos im Link: https://www.igus.de/info/speziallager

Speziallager durch Zerspanung, 3D-Druck oder Werkzeug
Individuelle Gleitlager

Jetzt ist die Federführung genauso verschleißarm, wie die daneben angeordnete Hubvorrichtung der Mutterflasche. Hier ist zur Verschleißminimierung eine drylin AWMP, Aluminium-Präzisionswelle, in Kombination mit einem iglidur J Gleitlager verbaut. Regelmäßig ergibt das im igus Labor den geringsten Verschleiß.

Konsequent die Kosten im Auge behalten – Maschinenbau in Blech

Besondere Raffinesse der Antriebsfunktion ist die Ausführung mittels Kurvenscheibe, eine parallel angeordnete drylin T Profilschienenführung übernimmt hier die Hubbewegung des Flaschentellers und lässt sich individuell einstellen auf die herstellungsbedingten Toleranzen des hauptsächlich aus Blechkomponenten hergestellten Geräterahmens.

Kurbeltrieb Übertragung der Bewegung durch drylin T Profilschienenführung
Kurvenscheibe – Übertragung der Bewegung mit drylin T Profilschienenführung

In der Anforderungsliste am Beginn dieses Beitrages habe ich auf den R-o-I hingewiesen. Die Blechbauweise spielt hier eine große Rolle.

Regelmäßig sind Blechkonstruktionen erheblich preiswerter, als gefräste oder aus Profilen hergestellt Strukturen….

Das gilt aber nur, wenn die Stückzahlen stimmen und Besonderheiten wie z.B. Verzug durch Stanz- und Biegeprozesse und Höhenunterschiede durch Toleranzen berücksichtigt werden.

Aus gutem Grund finden sich im Gerät deutlich mehr als 20 igus Komponenten für Klappen, Mechaniken, Durchführungen usw., die entweder speziell auf den Einsatz „im Blech“ ausgelegt sind, wie die iglidur Clipslager, oder einfach konstruktiv deutliche Vorteile bieten, wie fluchtungsausgleichende igubal Gelenklager, die z.B. als Einclips- , sowie zwei- und vier-Loch-Flanschlager zum Aufschrauben erhältlich sind.

Mehr zu igus Lösungen für Bleche hier:

iglidur Clipslager: https://www.igus.de/product/236 iglidur Flanschlager: https://www.igus.de/product/213 igubal Clipslager: https://www.igus.de/product/393 igubal Flanschlager: https://www.igus.de/product/381

Die Form und Funktionalität der Bauteile wurde auf Bleche angepasst, die Eigenschaften der verwendeten iglidur Materialien bleiben gleich.

Zusammengefasst

Durch die von Beginn an auf optimale Anwendbarkeit und schnelle Amortisation ausgelegte „Vereinfachung der Laborroutine“ kann durch den Einsatz entsprechender Komponenten erfolgreich umgesetzt werden.

Besonders die im mechanischen Aufbau liegenden Gestaltungspunkte: Bauraum, „sparen“ und Hygiene können durch Tribokunststoffe überzeugend und kostengünstig realisiert werden.

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