Mikrodosierung von Flüssigkeiten und Pasten mit hoher Präzision
Die Mikrodosierung ist eine Technik, die seit vielen Jahrzehnten tagtäglich eingesetzt wird und bei der die Abgabe der entsprechenden Mengen mehr schlecht als recht erfolgt. Eine der bekanntesten Methoden ist das Dosieren mit Spritze und Kartusche, welche mit den Medien Ölen, Fetten, Farben etc. gefüllt wird und mit denen dann mit Hilfe eines Druckluftpulses die benötigte Menge abgegeben wird. Eine exakte Menge ist damit leider nur im gröberen Bereich möglich. So muss man empirisch mit verschiedenen Experimenten die notwendige Einstellung vornehmen, um eine hoffentlich wiederkehrende Menge abzugeben. Für die Reproduzierbarkeit der Menge sind die verschiedensten Parameter erforderlich, welche durchaus variieren und zu abenteuerlichen Resultaten führen können. Die Viskosität des Mediums ändert sich allgemein mit der Wärme des Umgebungsraumes, aber auch durch die Wärme, die durch den Luftpuls entsteht, und daher variiert auch das Ausgeben der gewünschten Menge. Beim Entleeren der Kartusche ändert sich das Verhältnis von Medium zu Luftpolster. Infolgedessen variiert auch die Abgabemenge. Deshalb ist es von Zeit zu Zeit notwendig, die Menge mit Präzisionswaagen nachzumessen und dann entsprechende Einstellungen vorzunehmen, was die abgegebene Menge für meist nur einen kurzen Moment wieder stabilisiert. Das Wechseln der Kartusche bei der Entleerung wird auf jeden Fall eine Neueinstellung erforderlich machen und damit verbunden ist ein Zeitverlust und natürlich eine Änderung der auszubringenden Menge des Mediums. Auch die Tropfeigenschaften der verschiedenen Medien verändern sich durchgehend je nach Temperatur und Viskosität, sodass das Rückziehen mit Hilfe von Vakuum immer wieder neu eingestellt werden muss, damit kein Nachtropfen erfolgt und sich dadurch die ausgebrachte Menge wieder verändert.
Um dieses Problem möglichst zu vereinfachen und absolut wiederholbar zu machen, haben wir ein Dosierverfahren entwickelt, das auf dem Schlauchpumpenverfahren basiert und mit Hilfe eines Schrittschaltmotors die entsprechende Menge und den entsprechenden zeitlichen Durchsatz gewährleistet. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es keine Kartuschen benötigt, im Gegenteil, es kann aus Gefäßen beliebiger Größe die Menge abziehen und bei Medien mit geringen Viskositäten, d.h. schwerflüssigen oder pastenähnlichen Medien, kann dieses Großgefäß unter Druck gesetzt werden, sodass das jeweilige Medium dadurch in den Schlauch gedrückt wird.
Abgabe der exakten Menge
Durch den Schlauchdurchmesser, z.B. 4 mm, können entsprechend große oder bei Schlauchdurchmessern von 1 mm entsprechend kleine Mengen abgegeben werden. Damit die nötigen Genauigkeiten und Wiederholbarkeiten gewährleistet sind, arbeitet unser Schlauchpumpensystem mit 10 Rollen. Der Schrittschaltmotor kann mehrere hundert Schritte pro Umdrehung erzeugen und so höchste Genauigkeit gewährleisten.
Kalibrieren der Abgabe
Da jeder Schlauch unterschiedlichste Durchmesser und auch Fertigungstoleranzen hat, müssen die entsprechenden Pulse nach dem Einlegen des Dosierschlauches in die Schlauchpumpe mit Hilfe eines Kalibriergefäßes von 1 ml bis 10 ml ermittelt werden, sodass nach diesem Prozess die Abgabemenge kalibriert ist. So ist man in der Lage, über ein elektronisches System mit numerischer Darstellung an einer LCD-Anzeige die jeweilige Menge vorzuwählen, die dann auf Knopfdruck jederzeit mit besser als 1 % reproduzierbar ist. Je nach Medium kann die Geschwindigkeit variiert werden zwischen 30 nl pro Sekunde bis 1,19 ml pro Sekunde, sodass niedrig viskose bzw. zähflüssige Medien ihrer Fließgeschwindigkeit entsprechend langsam ausgebracht werden können. Die Anzeige des PMDS 99 gibt rechts oben über die Prozentzahl die Information, inwieweit die Ausgabegeschwindigkeit tatsächlich genutzt ist und ob noch Steigerungen möglich sind. Es ist eine Tatsache, dass Geschwindigkeiten von Prozessen heute unwahrscheinlich wichtig sind, denn jede Verkürzung wird die Kosten reduzieren. Auch das Nachtropfen wurde berücksichtigt und eine Rückzugmöglichkeit des Mediums mit variabler Geschwindigkeit eingebaut. Die rückgezogene Menge wird von der neu auszubringenden Menge subtrahiert, sodass auch in diesem Fall keine Fehlmengen existieren.
Systemfähigkeit
Unseres Mikrodosiersystem PMDS99 ist über eine RS232-Schnittstelle steuerbar. So können die Ausbringmengen, Geschwindigkeiten und falls notwendig die Rückzugsmenge per Rechner im ASCII-Format konfiguriert werden, sodass wir bei den nacheinander folgenden Abgaben der Medien jede Aufgabe mit individuellen Werten und Mengen abgeben können.
Wartung und Reinigung des Dosiergerätes
Die zur Abgabe nötigen Schläuche sind als Verbrauchsmaterial anzusehen und sind unter 10 Euro erhältlich. Sie können deshalb nach Benutzung entsorgt werden, sodass keinerlei Reinigung des Gerätes erforderlich wird und die Andruckrollen niemals mit dem Medium in Kontakt kommen. Reinigungszeiten und -kosten entfallen deshalb. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei normalflüssigen Medien (Viskosität bis 800 Millipascalsekunden) keine Pressluft nötig ist, sondern das Medium aus beliebig großen Gefäßen entnommen werden kann und dadurch auch kein Tausch von Kartuschen oder Nachfüllen notwendig ist. Der Schlauch kann erfahrungsgemäß in wenigen Sekunden ausgetauscht werden. Dann ist allerdings eine neue Kalibrierung notwendig, was mit Hilfe der Referenzgefäße in typisch ein bis drei Minuten erfolgt und dann das Gerät wieder voll einsatzfähig macht.
Mischen von verschiedenen Medien
Da unser Mikrodosiersystem voll kalibrierbar ist, ist es möglich, über Software unter Verwendung vieler Dosiersysteme einen Mischprozess einzuleiten. Dann wird individuell je nach Aufgabe die Mischung eingeleitet und diese dank hoher Reproduzierbarkeit und ohne Begrenzung durch Kartuschen kontinuierlich durchgeführt. Kleinste Mengen werden durch einen Dosiergriffel ausgebracht, der mit den verschiedensten Dosiernadeln ausgestattet werden kann, um auch Mengen im unteren Nanoliterbereich, also Mengen in der Größenordnung von Fliegenexkrementen ausbringen zu können.Sie können diesen Artikel laden unter ART303.pdf.
© 07.04.2003
