Dosiersysteme Wie miniaturisierte Optosensoren die Sicherheit beim Dosieren verbessern

Das hochpräzise Dosieren wässriger Medien ist aufgrund immer kleinerer Abgabevolumina nicht nur im Laboralltag eine stetig wachsende Herausforderung. Auch an automatisierte Dosiersysteme werden immer höhere Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit und Prozesssicherheit gestellt. Das erfordert filigrane Systemkomponenten, z.B. Dosiereinheiten mit kleinen Volumina, aber auch Sensoren, die auf kleinsten Einbauraum ausgelegt sind.

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Deutsche METROHM GmbH & Co. KG

BRAND GMBH + CO KG

Socorex Isba SA

Balluff GmbH

Aufgrund der bei vielen Anwendungen erforderlichen sehr kleinen Abgabemengen bei engen Toleranzen ist die Gestaltung maschineller Hochleistungsdosiersysteme eine Herausforderung. Dies können die Experten für Liquid Handling Geräte bei Brand in Wertheim – aus ihrem reichhaltigen Erfahrungsschatz schöpfend – nur bestätigen.

„Für unsere 2-ml-Seripettor-Dosiereinheit spezifizieren wir typischerweise bei einem Sollvolumen von 50 µl eines wässrigen, niedrigviskosen Mediums eine Genauigkeit von ±1 %, also 0,5 µl“, berichtet Eberhard Albrecht, Leiter Produktionstechnik und Sondermaschinenbau bei Brand. Allerdings, ergänzt Albrecht, handele es sich bei diesen Angaben um Standardwerte. Basierend auf Dosierversuchen mit dem Originalmedium sind bei der konkreten Anwendung häufig noch engere Toleranzen erreichbar. Der Bauraum in den ganz oder in Teilen austauschbaren Dosiermodulen solcher Dosieranlagen ist extrem eng mit der Folge, dass herkömmliche kapazitive Sensoren wegen ihrer Baugröße keinen Platz finden.

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Direkt aus der Vorratsflasche präzise dosiert

Die Flaschenaufsatz-Dispenser vom Typ Seripettor von Brand werden seit Jahren weltweit in den unterschiedlichsten Laboratorien eingesetzt. Sie ermöglichen das einfache und präzise Dosieren von Medien direkt aus der Vorratsflasche. Eine Aufwärtsbewegung des Kolbens füllt die Dosiereinheit mit Flüssigkeit, die während einer anschließenden Abwärtsbewegung des Kolbens über ein Ventilsystem durch die Dosierkanüle abgegeben wird.

„Das hierbei angewandte Kolben-Zylinder-Prinzip lässt sich auch hervorragend für den Einsatz in maschinellen Präzisionsdosiersystemen anpassen“, erklärt Albrecht. „Nach diesem Konzept werden bei uns schon seit vielen Jahren Dosieranlagen für eigene Produktivaufgaben gebaut.“ Seit 1998 lösen die Spezialisten auch kundenspezifische Dosieraufgaben – von der Projektierung über die Konstruktion und Fertigung, den Steuerungsbau und die Programmierung bis hin zur Inbetriebnahme und dem Service vor Ort bietet Brand alles aus einer Hand.

Als Herzstücke der Dosieranlagen wurden die Kolbenhubsysteme zunächst im Nennvolumen von 10 ml und 25 ml eingesetzt. „Beim Einsatz kleinerer Dosiereinheiten für geringere Abgabevolumina erwiesen sich die bis dahin verwendeten kapazitiven Sensoren als ungeeignet, um unerwünschte Luftansammlungen im Zylinder der Dosiereinheit zuverlässig zu erkennen. Wir brauchten also eine neue Sensorlösung“, erinnert Albrecht.

Über Internetrecherchen stieß er auf die miniaturisierten Optosensoren von Balluff, die ihn mit außergewöhnlich kleinen Bauformen beeindruckten und letztlich mit ihren technischen Kennwerten überzeugten. Selbst Faseroptiken wiesen größere Einbaumaße als die winzigen Optosensoren auf, zudem seien Ausführungen für die spezielle Wellenlänge zur Wassererkennung am Markt nicht verfügbar, ergänzt Albrecht.

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