Steckbrief

• Was wurde benötigt: drylin E-Raumportal, bestehend aus drylin ZLW-0630 Zahnriemenachsen mit Motor und einer drylin GRQ-Zahnstangenachse, NEMA-Schrittmotoren, chainflex Motorleitungen und Kunststoff-Energieketten des Typs E2
• Anforderungen: Kompakte Anlagengröße bei hoher effektiver Nutzfläche; strenge chemische, hygienische und hohe Reinheitsanfoderungen verbieten Schmierung des Systems; hohe Robustheit, einfache Bedienung und hohe Präzision; Wirtschaftlichkeit 
• Branche: Medizintechnik
• Erfolg für den Kunden: Es wurde eine robuste, kompakte, ruhig laufende und wirtschaftliche Lösung geschaffen. Die Modularität der Raumportale erlaubt außerdem die  flexible Anpassung an die Größenvorgaben.

In der kundenindividuellen Abfüllanlage von M2-Automation kommt ein schmierfreies und damit wartungsfreies drylin Raumportal zum Einsatz.

Problem

Das hoch spezialisierte Berliner Unternehmen M2-Automation entwickelt und baut Geräte zur Herstellung von diagnostischen Systemen und Probenpräparation mit sehr geringem Dispensiervolumen. Die kundenspezifischen Systeme sind für das komplexe Handling von Flüssigkeiten weltweit im Einsatz. Dabei werden sie unter anderem für die medizinische Forschung und Umweltanalytik bestimmt, beispielsweise für medizinische Mikrodispensiersysteme zum akkuraten kontaktfreien Abgeben von chemischen und biologischen Flüssigkeiten und Suspensionen im Piko- und Nanoliterbereich.
Für die Konstruktion einer kundenspezifischen Abfüllanlage im Bereich der Bioanalytik und Medizintechnik sollte eine flexible Lösung zum automatischen Abfüllen unterschiedlicher Füllvolumina von 0,05 ml bis 500 ml in unterschiedliche Gefäße realisiert werden.
Für die Abfüllanlage sollte ein Raumportal gebaut werden, das ein optimales Verhältnis der effektiven Nutzfläche zur absoluten Anlagengröße ermöglicht, denn Platz im Labor ist in der Regel sehr teuer. Die Außenabmessungen der Anlage betragen 1.600 x 1.900 x 800 mm während der verfügbare Arbeitsraum 1.105 x 525 mm umfasst.
An Anlagen und Geräte im Laborumfeld werden außerdem generell strenge chemische, hygienische und hohe Reinheitsanforderungen gestellt, die auch das Portal erfüllen muss. Schmutz und Staub haben im Labor nichts zu suchen. Aus diesem Grund wäre auch der Einsatz von Schmiermitteln im Portal ein klares Ausschlusskriterium gewesen. Dazu sollte die Anlage auch wartungsfrei und somit möglichst anwenderfreundlich konstruiert werden.
Weitere Anforderungen an das Raumportal waren eine hohe Robustheit, einfache Bedienung und möglichst hohe Genauigkeit, um den Dosiervorgang für unterschiedliche Volumina und Viskositäten mit angemessener Geschwindigkeit reproduzierbar durchführen zu können.
Zuletzt achtete der zuständig Konstrukteur bei M2-Automation auch auf ein möglichst geringes Gewicht, eine kompakte Bauform, die trotzdem einen relativ großen Arbeitsbereich abdecken soll sowie die Wirtschaftlichkeit der Neukonstruktion.

Lösung

Bei der Konstruktion der kundenspezifischen Abfüllanlage hat sich der zuständige Konstrukteur für ein schmiermittel- und wartungsfreies drylin E-Raumportal entschieden. Bei den Portalen werden mehrere Linearachsen kombiniert, um zusammen eine mehrdimensionale Bewegung zu realisieren. Da alle beweglichen Teile der Achsen sind mit Polymer-Gleitlagern ausgestattet sind, arbeiten die Linearachsen ohne Schmierung. Aus diesem Grund werden die Systeme auch in anderen Flüssigkeitshandlingsystemen in der Labortechnik eingesetzt.
Die anschlussfertigen Portale beinhalten vorkonfektionierte drylin-Linearmodule bzw. drylin-Linearachsen mit NEMA Schrittmotoren.
Als x-Achse kommen zwei robuste, horizontal verbaute Zahnriemenachsen drylin ZLW-0630 mit Motor zum Einsatz. Diese eignen sich gerade für Positionieraufgaben bei eingeschränkten Platzverhältnissen. Die Einbauhöhe beträgt lediglich 31 mm bei einer Hublänge von 1.100 mm. Die Achslänge wurde dabei individuell für die Anforderungen von M2-Automation spezialangefertigt. Für die y-Richtung werden zwei 600 mm lange, mechanisch gekoppelte Parallelachsen ebenfalls der Baugröße ZLW-0630 verwendet. Und als z-Achse ist eine drylin GRQ-Zahnstangenachse für das Dispensiermodul gewählt worden. Der Hub von 240 mm kann bei Bedarf jederzeit skaliert werden. Zusätzlich ist die drylin GRQ-Achse mit einer variabel klemmbaren Halterung zum Auslösen des integrierten Initiators ausgestattet worden. So kann die genaue Auslöseposition schnell eingestellt und geändert werden, die Präzision steigt.
Insgesamt erlaubt die Modularität der Raumportale die flexible Anpassung an die Größenvorgaben. Daneben werden alle Anforderungen an Positioniergenauigkeit, Geschwindigkeit und Langlebigkeit in der Anwendung erfüllt. Aber auch das Preis-/Leistungsverhältnis der Linearmodule war für M2-Automation ausschlaggebend. Die Positioniergenauigkeit des Portals liegt bei +/- einem Millimeter. Derzeit können bis zu 1.400 Flaschen in einem Anlagendurchlauf befüllt werden. Das Achssystem positioniert die Füllnadel präzise in jeden Flaschenhals. Die maximale Verfahrgeschwindigkeit beträgt 300 m/s.
Zum Verfahren werden Schrittmotoren der Größen NEMA 11, 17 und 23 mit optischen Inkrementalgebern in einem geschlossenen Regelkreis eingesetzt. Als Endschalter sind induktive Präzisions-Näherungsschalter gewählt worden. Dazu ergänzen weitere chainflex-Motorleitungen und Kunststoffenergieketten der Baureihe E2 das Projekt.

Das Portal setzt sich aus mehreren Zahnriemenachsen für leichte Verstell- und Positionieraufgaben zusammen. Sie sind maßgeschneidert auf die Anforderungen vor Ort ausgelegt worden. (Quelle: M2-Automation)

Die Dosierachse ist neben einer variabel klemmbaren Initiatorhalterung auch mit einem selbsteinstellenden Gleitlager für noch bessere Positioniergenauigkeit nachträglich ausgestattet worden. Hier kommt eine drylin GRQ-Zahnstangenachse als z-Achse zum Einsatz. (Quelle: M2-Automation)

Mehr über den Kunden: M2-Automation

Seit 2003 ist M2-Automation aus Berlin der Spezialist für kundenspezifische Laborautomatisierungslösungen, kontaktfreies Dispensieren von Flüssigkeiten und Zellsuspensionen, Hardware für die Herstellung und Verarbeitung von Biochips und Lab-on-a-Chips, Echtzeitbildverarbeitung sowie Gerätesteuerungs- und Auswertesoftware. Im M2-Team arbeiten Biologen, Chemiker, Softwareingenieure und Konstrukteure.
M2-Automation hat sich durch seinen umfangreichen applikativen und technischen Support mittlerweile einen exzellenten Ruf bei seinen Kunden und Anwendern erarbeitet, und zeichnet sich als kompetenter Berater und Entwickler im Bereich klein- und kleinstvolumiger Mikro-Dispensiertechnologie aus.

Der drylin E-Baukasten

drylin E ist ein offener mechatronischer Baukasten. Offen deshalb, weil Kunden auf Wunsch ihre eigenen Motoren zum Antrieb unserer Spindel- oder Zahnriemeneinheiten nutzen können. Es werden die passenden Adapter- oder Motorflansche zur Verfügung gestellt. Der Baukasten umfasst ab Werk 25 verschiedene Linearachsen, zwölf Steigungen beziehungsweise Übersetzungen, passende Leitungen, Motorflansche, 20 Kupplungen und End- und Positionsschalter sowie 15 verschiedene Schrittmotortypen von 0,5 bis 6 Nm, mit oder ohne Encoder und Bremse.