12.05.2020
ID: 2899

Berührungslos Messen und Wiegen

Supraleiterbasierte Technologie für die Laboranwendung

Hochreine und keimfreie Prozesse sind eine zentrale Herausforderung der industriellen Produktion von morgen – insbesondere in der Lebensmittelverarbeitung, der pharmazeutischen und medizintechnischen Industrie, aber auch in der Elektronikbranche. Um die Fertigung möglichst kontaminationsfrei zu halten, sollten Arbeitsmittel und Arbeitsraum voneinander getrennt sein. Das lässt sich mit supraleiterbasierter Technologie umsetzen. Auf der Anuga Foodtec 2018 stellt Festo ein Konzept für das berührungslose Wiegen und Messen vor.

Insbesondere in Reinräumen müssen Oberflächen geschlossen, gut zu reinigen und effektiv zu desinfizieren sein. Die größte Herausforderung sind hier die Arbeitsmittel: Vom Reagenzglas bis zur Destillationskolonne werden sie von außen eingebracht und können Keime einschleppen. Zudem bilden sie aufgrund ihrer Stellfläche unzugängliche Kriechspalte, die man nur schwer sauber halten kann. Durch den Einsatz von magnetfeldbasierter Schwebetechnik – zum Beispiel mit Supraleiter-Technologie – lassen sich solche Einschränkungen in Zukunft umgehen.

 

SupraSensor: Berührungslos Messen und Wiegen

Eine der vielfältigen Möglichkeiten zeigt das anwendungsorientierte Exponat SupraSensor, das Festo auf der Anuga Foodtec 2018 präsentiert. Es demonstriert die Funktion einer berührungslosen Waage, wie sie beispielsweise in Sicherheitswerkbänken der biologischen oder chemischen Analytik nutzbar wäre. Mit dem Konzept können verschiedene physikalische Größen über ein kraftbasiertes Messsystem erfasst werden, z. B. Gewicht, Dichte, Viskosität oder Temperatur.

 

Leicht zu reinigende Laborumgebung

„In eine Laborumgebung übertragen bleibt die Oberfläche des Arbeitsplatzes so ohne störende Aufbauten und kann effektiv und einfach gereinigt werden, da alles außer einem Träger für das Wägegut hinter Abdeckungen untergebracht werden kann“, erklärt Georg Berner, Leiter Strategische Unternehmensentwicklung Konzern-Holding bei Festo und Projektkoordinator für die SupraMotion-Konzepte. „Lediglich die Wägeschale mit dem Wägegut schwebt über der Tischplatte – ohne die Gefahr einer Querkontamination durch die Arbeitsoberfläche oder Werkzeuge.“ Beide lassen sich mit Hilfe eines Gestells von der Umgebung komplett vibrationsfrei entkoppeln.

 

Wird die Schale nicht benötigt, kann sie entfernt werden und der gesamte Arbeitsraum der Sicherheitswerkbank steht zur freien Verfügung. Ermöglicht wird dies durch die besondere Eigenschaft von Supraleitern, die Magnete schwebend in einem bestimmten Abstand fixieren können, wenn sie auf eine bestimmte Temperatur gekühlt werden. Das Exponat zeigt damit eindrucksvoll, wie sich voneinander getrennte Arbeitsräume und Arbeitsmittel inklusive Sensorik berührungslos miteinander koppeln lassen.

 

Anwendung in der Medizintechnik

Über das reine Messen und Wiegen hinaus bietet die Technologie vielfältige Möglichkeiten wie die analytische Dichte- oder Viskositätsbestimmung, das präzise Dosieren oder die Überwachung reaktiver oder biologischer Prozesse. „Die Möglichkeit, Objekte berührungslos und somit komplett kontaminationsfrei zu handhaben, ist gerade für die Medizintechnik sehr interessant. Da keine Reibung entsteht, wird das Messergebnis nicht verfälscht und ist absolut genau“, sagt Dr. Frank Jacob, Leiter der Project Unit LifeTech bei Festo. „Das Konzept der supraleitenden Waage wird jetzt in enger Zusammenarbeit mit einem unserer Kunden in einem Prototyp umgesetzt. Es zeigt, wie wir zukünftig einfach zu reinigende Wiegevorrichtungen bauen und in Kombination mit unserer Antriebstechnik in automatisierte Anlagen integrieren können.“

 

Die Technologie ist sehr robust und sowohl räumlich als auch zeitlich stabil: Die materialintrinsische Schwebefunktion benötigt keinerlei Regelungstechnik und bleibt auch bei einer Unterbrechung der Stromversorgung über längere Zeit bestehen.

 

Supraleiter: Materialien mit besonderen Eigenschaften

Supraleiter sind Materialien, die unterhalb einer bestimmten Temperatur das Feld eines Permanentmagneten in einem definierten Abstand speichern können. Mit diesem Effekt lassen sich Objekte berührungslos lagern und bewegen. Der Schwebespalt bleibt dabei selbst durch Wände hindurch stabil. Dank ihrer Rückstellkräfte nehmen die supraleitenden Magnetlagerkomponenten ihre gespeicherte Position sogar dann wieder selbstständig ein, wenn eine davon temporär entfernt wurde – ganz ohne externe Regelungstechnik.

Festo ist gleichzeitig Global Player und unabhängiges Familienunternehmen mit Sitz in Esslingen am Neckar. In der industriellen Automatisierungstechnik und technischen Bildung setzt Festo seit seinen Anfängen Maßstäbe und leistet damit einen Beitrag zu einer nachhaltigen Entwicklung von Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft. Das Unternehmen liefert pneumatische und elektrische Automatisierungstechnik für 300.000 Kunden der Fabrik- und Prozessautomatisierung in über 35 Branchen. Wachsende Bedeutung erhält der Bereich LifeTech mit Medizintechnik- und Laborautomation. Produkte und Services sind in 176 Ländern der Erde erhältlich. Weltweit rund 20.000 Mitarbeiter in 61 Ländern mit über 250 Niederlassungen erwirtschafteten 2020 einen Umsatz von ca. 2,84 Mrd. €. Davon werden jährlich rund 8 % in Forschung und Entwicklung investiert. Im Lernunternehmen beträgt der Anteil der Aus- und Weiterbildungsmaßnahmen 1,5 % vom Umsatz. Festo Didactic SE ist führender Anbieter in technischer Aus- und Weiterbildung und bietet seinen Kunden weltweit umfassende digitale und physische Lernlösungen im industriellen Umfeld an.

© Festo SE & Co. KG
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Das Exponat SupraSensor demonstriert die Funktion einer berührungslosen Waage, wie sie beispielsweise in Sicherheitswerkbänken der biologischen oder chemischen Analytik nutzbar wäre.
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Die Wägeschale mit dem Wägegut schwebt über der Tischplatte – ohne die Gefahr einer Querkontamination durch die Arbeitsoberfläche oder Werkzeuge.

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