Mein Ansprechpartner
Standort auswählen

Nach Eingabe Ihrer Postleitzahl nennen wir Ihnen sofort Ihren persönlichen igus® Berater.

„Staub ist unser größter Feind“

Schmierfreie Gewindetriebe für eine Abfüllanlage von in-vitro Diagnostika (IVD)

Im Bereich der Medizin- und Labortechnik müssen Kontaminationen ausgeschlossen sein, um zuverlässige Diagnosen erstellen zu können. In dieser vollautomatischen Abfüllanlage für Medizinprodukte sind an verschiedenen Stellen Trapezgewindespindeln mit passenden Muttern verbaut worden. Dazu kommen Linearführungen in Miniaturbauweise. Alle Maschinenelemente sind schmiermittelfrei sowie nahezu ohne Partikelemission und bewähren sich damit auch im Reinraum. Und das Beste ist: Es handelt sich um Katalogprodukte, die von einem Tag auf den anderen verfügbar sind.

„Wir entwickeln und konstruieren seit vielen Jahren medizintechnische Geräte und Systemlösungen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf analytischer Medizintechnik“, erläutert Dipl.-Ing. (FH) Christian Baumann vom gleichnamigen Ingenieurbüro in Herbolzheim. „Dabei reicht unser Spektrum vom Einzelgerät bis hin zu Seriengeräten kleiner, mittlerer und großer Stückzahlen. Präzision und Zuverlässigkeit sind ihr Markenzeichen. Wir verbauen grundsätzlich nur ausgereifte und bewährte Komponenten, um immer bestmögliche Ergebnisse zu erzielen, die sich im Medizinumfeld auf Dauer bewähren.“

„Wir entwickeln und konstruieren seit vielen Jahren medizintechnische Geräte und Systemlösungen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf analytischer Medizintechnik“, erläutert Dipl.-Ing. (FH) Christian Baumann vom gleichnamigen Ingenieurbüro in Herbolzheim. „Dabei reicht unser Spektrum vom Einzelgerät bis hin zu Seriengeräten kleiner, mittlerer und großer Stückzahlen. Präzision und Zuverlässigkeit sind ihr Markenzeichen. Wir verbauen grundsätzlich nur ausgereifte und bewährte Komponenten, um immer bestmögliche Ergebnisse zu erzielen, die sich im Medizinumfeld auf Dauer bewähren.“

Lineargleitlager aus Hochleistungspolymeren im Einsatz

Lineargleitlager aus Hochleistungspolymeren im Einsatz der Abfüllanlage. In der Styroporbox befindet sich das Produktionsergebnis: Hochwertige Reagenzien für die in-vitro Diagnostik.

 
Musterteile zum Testen

Das Ingenieurbüro setzt schon seit vielen Jahren auf Polymerlager und Linearführungen der igus® GmbH, Köln. Das hat verschiedene Gründe: Zum einen steht die Schmiermittelfreiheit und zum anderen die Verlässlichkeit der Maschinenelemente im Mittelpunkt. In diesem Zusammenhang spielt auch ihre Wartungsfreundlichkeit im Einsatz eine wichtige Rolle. Sollte es trotz allem einmal zu Problemen kommen, müssen die entsprechenden Komponenten schnell und problemlos getauscht werden können. Lange Anlagen- bzw. Maschinenstillstände und die so entstehenden Kosten kann sich niemand leisten. „Aber diesbezüglich haben wir nur die besten Erfahrungen gemacht. Ausfälle sind uns über die Jahre hinweg in keinem Bereich bekannt“, so Christian Baumann.

Das Ingenieurbüro kennt die Kunststoffprodukte von Grund auf. „Wir haben im Laufe der Jahre sehr viele Musterteile zur Verfügung gestellt bekommen“, sagt Christian Baumann.

Ein Foto der am Projekt beteiligten Personen

Sitzend v. l.: Manfred Rüdinger (bionanalytic GmbH), Albrecht Baumann (Konstruktion Baumann). Stehend v. l.: Adrian Belke (igus® GmbH) und Christian Baumann (Konstruktion Baumann).

 

„Das ist bei unseren komplexen Konstruktionen mehr als hilfreich, da wir im Vorfeld einer Neuentwicklung schon beim einfachen Ausprobieren der zur Verfügung gestellten Elemente ein Gefühl dafür entwickeln können, ob ein Bauteil für die jeweiligen Bewegungsprofile geeignet ist und den Anforderungen voraussichtlich standhält. Und gibt es einmal ein Problem oder eine Frage, genügt ein Anruf, um schnelle Hilfestellung zu bekommen.“

Abfüllanlage für Reaktionsgefäße

Im Jahr 2010 wurde an das hoch spezialisierte Ingenieurbüro mit seinen fünf Mitarbeitern die Anfrage herangetragen, eine vollautomatische IVD-Abfüllanlage zu konstruieren und zu bauen. Ihre Aufgabe ist, unter Reinraumbedingungen sog. Reaktionsgefäße mit labordiagnostischen Reagenzien in Volumen von wenigen Mikrolitern bis etwa 1,5 ml präzise zu befüllen. Im nachfolgenden Arbeitsgang werden dann die Reaktionsgefäße absolut dicht verschlossen und in Styroporständer, die gleichzeitig als Primärverpackung dienen, gestellt. Diese produzierten Einheiten sind Teil von labordiagnostischen Testkits zum Untersuchen von Blutzellen, von Gelenkflüssigkeiten, Rückenmarks- bzw. Gehirnflüssigkeit sowie zum Untersuchen von Spermien. Alle Untersuchungen betreffen sowohl das Human- als auch das Veterinärlabor.

Sehr umfangreiche Erfahrung hat das Ingenieurbüro mit dieser Art von Anlagen schon seit langem gesammelt. Bereits 1978 brachte es erstmalig ein Probenverteilsystem mit einer Kapazität von 400 Proben je Stunde auf den Markt. Hier sind erstmals Abläufe automatisiert worden. Bereits zwei Jahre später ermöglichte das System die vollständige Identifikation der Patientenproben. Es folgten Öffnungsgeräte für Probengefäße aller Art, Spülköpfe für den Probenverteilbereich sowie ein Linearprobenverteilsystem für den Laborbereich. „Wir wussten deshalb genau, was unserem Kunden vorschwebte“, sagt dazu der Gründer des Ingenieurbüros, Albrecht Baumann. Im Bereich des Pipettierens und Verteilens von Kleinmengen kennt sich das Ingenieurbüro bestens aus.

„Für diese spezielle Anlage zum Flüssigkeitshandling, die wahrscheinlich auf der ganzen Welt einmalig ist, haben wir eine Reihe von Vorgaben gemacht“, blickt der Auftraggeber, der Ingenieur für biomedizinische Analytik, Manfred Rüdinger, der bioanalytic GmbH in Umkirch bei Freiburg, zurück.

Blick auf die komplette IVD-Abfüllanlage.

 
Foto der Anlage während der Zuführen der Gefäße.

Zuführen der Gefäße.

 

„Zum einen geht es um eine saubere Abfüllung, die nicht steril, aber hochrein sein muss. Zum anderen muss das zu befüllende Volumen der jeweiligen Reagenzien zuverlässig den Vorgaben entsprechen. Es handelt sich schließlich um einen der wichtigsten Faktoren zum exakten Bestimmen der Zellzahlen. Und diese Aufgabenstellung schließlich zu automatisieren, ist nicht einfach.“

Gefunden haben sich die beiden Unternehmen über das Internet. „Wir haben einen regionalen Anbieter gesucht und sind zum Glück in der Nähe fündig geworden“, so Manfred Rüdinger. „Uns war klar, dass wir nicht nur in der Entwicklungs- und Bauphase, sondern auch zum Anlagenstart ganz eng zusammenarbeiten mussten, um Kinderkrankheiten möglichst schnell zu minimieren.“ Seit April 2011 läuft die weitgehend ausgelastete IVD-Abfüllanlage im Routinebetrieb.

Schmiermittelfrei und reinraumtauglich

Die Funktionsweise ist relativ einfach. Die Reaktionsgefäße werden lose und geschützt über einen Rüttelförderer der vollautomatischen Anlage zugeführt und sauber in einer Reihe zu einer Abholposition gebracht. Greifer von oben nehmen einzeln die dünnwandigen Gefäße ab, eine Zange umfasst sie dabei vorsichtig. Anschließend fahren sie zum Befüllen an eine Pumpeinheit, ehe sie zum Verschließen gebracht werden. Schon vorher ist eine Styroporbox als Aufnahme zugeführt worden. Nach dem Verschließen öffnet sich der Greifer bzw. die Zange und das Gefäß fällt sanft in die praktische Ständerbox.

Im Bereich der Zuführungen und der Hubbewegungen kommen drylin® -Gewindetriebe zum Einsatz. Hierbei setzt der Kunde auf die Gleitpaarung einer Trapezgewindemutter aus iglidur® W300 und einer gerollten Trapezgewindespindel aus dem Material 1.4301. Gewindetriebe sind Maschinenelemente, die eine drehende Bewegung in eine translatorische Bewegung umwandeln. drylin® -Gewindetriebe basieren immer auf selbstschmierenden Kunststoffmuttern aus hoch verscheißfesten Tribo-Polymeren und ermöglichen einen lebenslangen Betrieb ohne externe Schmierung. Der so mögliche Verzicht auf Öle und Fette sorgt für die Reinraumtauglichkeit der Gewindetriebe, die überdies mit besonders niedrigen Reibwerten punkten.

Bei der Hubbewegung des Greifers bzw. der Zange beweisen außerdem noch korrosionsbeständige drylin® -Miniaturführungen ihre Leistungsfähigkeit. Die Gleitelemente werden formschlüssig in Gehäuse montiert. Diese ebenso einfache wie effektive Konstruktion ermöglicht Führungen, die gleichzeitig robust und wirtschaftlich sind. „Diese Führungen im Umfeld des Greifers bilden ein weiteres Herzstück der Anlage“, erläutert Christian Baumann. „Sie müssen auf Dauer absolut zuverlässig funktionieren.“ Die Zangen des Greifers halten die Gefäße, positionieren sie einwandfrei zum Befüllen und nehmen beim Verschlussprozess die entstehende Kraft zuverlässig auf. Weitere mechanische Belastungen sind so gut wie nicht vorhanden, da die Styroporboxen extrem leicht sind.

1:0 für drylin® Gewindetriebe

„Es gibt viele Hersteller von Trapezgewindetrieben“, berichtet Christian Baumann. „Uns gefällt bei dieser igus® -Lösung besonders die Kombination der Edelstahlspindel mit der wartungsfreien Mutter aus einem Spezialkunststoff.“ Der niedrige Reibwert im Trockenlauf und die Gleitpaarung des Gewindetriebes überzeugen im Alltag. Dazu kommt das geringe Gewicht der Maschinenelemente, das wiederum positive Auswirkungen auf das Gesamtgewicht der Anlage hat. Die Geschwindigkeit spielt im Gesamtprozess dagegen keine große Rolle. „Die Vorgänge spielen sich im Sekundenbereich ab“, gibt Albrecht Baumann zu bedenken. „Sie stellen keine besonderen Anforderungen an die Maschinenelemente dar. Es kommt vor allem auf die Präzision beim Zuführen der Gefäße an.“

Gerade in der Medizintechnik und im Laborbereich spielt das Thema Schmiermittel- und Wartungsfreiheit eine wichtige Rolle. Weitere igus® -Produkte, wie vorgespannte Linearsysteme, umkehrspielfreie Gewindemuttern, FDA-zugelassene Materialien und partikel- bzw. abriebfreie Werkstoffe für Reinräume, können in diesem komplexen Umfeld ihre Leistungsfähigkeit zeigen. Dazu kommen die Anforderungen an Korrosionsfreiheit, die sich mit diesen Systemen zusätzlich erfüllen lassen. Bei allen beschriebenen Produkten handelt es sich um Standardteile aus dem Katalog. Sie stehen in der Regel kurzfristig zur Verfügung. Bei Bedarf sind auch Sonderteile möglich.

Von der Entwicklung bis zur Inbetriebnahme der IVD-Abfüllanlage unter Reinraumbedingungen dauerte es rund ein dreiviertel Jahr. „Wir wussten von Anfang an, dass wir aufgrund der Anforderungen vor Ort auf die schmiermittelfreien drylin® Linearprodukte setzen werden. Sie haben sich schon vielfach bewährt“, bestätigt abschließend Christian Baumann. Dazu ergänzt Manfred Rüdinger: „Staub ist unser größter Feind. Beim Handling darf auf keinen Fall Schmutz produziert werden, der Tests verfälschen könnte. Und das ist in diesem Fall zu 100 Prozent gewährleistet.“

Foto einer Trapezgewindespindel in der Anlage

Trapezgewindespindel für den Hubvorgang.

 
Foto des Rüttelförderers in der Abfüllanlage

Über den Rüttelförderer werden im ersten Schritt die Gefäße zugeführt.

 
Foto von der Gefäßsprüfung vor dem Abfüllen.

Vor dem Abfüllen werden die Gefäße auf korrekte Anordnung geprüft.

 
Foto des eigentlichen Befüllvorganges an der Pumpstation.

Der eigentliche Befüllvorgang an der Pumpstation.

 

Weitere Informationen

Hier geht es zu den eingesetzten Produkten
Weitere interessante Anwendungen