Hersteller von Life-Science-, Medizin- und biomedizinischen Geräten müssen ständig Verbesserungen bei fortschrittlicher Technologie, Arbeitsabläufen und Prozessen anstreben, um dem Wettbewerbsdruck und dem Marktwachstum gerecht zu werden. Aber Fortschritt kann sich nicht nur auf die Ausweitung des Erfolgs konzentrieren; Es muss auch Präzision, Zuverlässigkeit und Funktionalität während des Betriebs gewährleisten – die Vermeidung von Betriebsausfällen.

Das Vernachlässigen von Verbesserungen und Sicherheitsvorkehrungen in einer scheinbar unbedeutenden Komponente prozessbegleitender Linearbewegungssysteme kann unangenehme bis katastrophale Folgen haben. Sowohl Hersteller als auch Anwender müssen wachsam bleiben.

Mit der richtigen Ausrichtung können Linearbewegungssysteme der nächsten Generation spezifiziert, entworfen, installiert und gewartet werden, um die Vorteile von Life-Science-, medizinischen und biomedizinischen Geräten in lebenswichtigen und sogar lebensrettenden Anwendungen voranzutreiben und sicherzustellen.

Konsequenzen

Da eine zuverlässige lineare Bewegung eine betriebliche Notwendigkeit ist, müssen Gerätehersteller und Gerätebenutzer selbst relativ seltene Ausfallrisiken in linearen Bewegungskomponenten oder -systemen während des gesamten Prozesses überwachen. Dieses Anliegen umfasst Geräte, die von der DNA-Sequenzierung über Bioprinting bis hin zu Rasterkraftmikroskopen (AFMs) reichen.

Es steht enorm viel auf dem Spiel.

Der Ausfall eines einzelnen Teils oder Systems kann Gerätebenutzer schon bei relativ kurzer Ausfallzeit Hunderttausende Dollar kosten. Je nach Standort, Schweregrad und Reaktionszeit für Reparatur oder Austausch können die Kosten deutlich höher ausfallen.

Das Risiko für die Sicherheit des Personals ist ein weiteres vorrangiges Anliegen. Auch wenn es selten vorkommt, können Konstruktionsfehler oder die Nichtbeachtung betrieblicher Sicherheitsvorkehrungen zu allem Möglichen führen, von Quetschstellen bis hin zu Ausreißern, und Schäden durch Quetschungen bis hin zu Stromschlägen verursachen.

Spezifikation und Design

Die Produktionsanlage für Linearbewegungen muss vollständig ISO-zertifiziert sein, um die Konsistenz aller wichtigen Prozesse sicherzustellen. Darüber hinaus helfen sorgfältige Prototypenbauten dabei, Schritte aufzudecken, die für die Aufrechterhaltung der Leistung und Zuverlässigkeit der fertigen Bewegungskomponente oder des fertigen Bewegungssystems von entscheidender Bedeutung sind. Das Versäumnis oder die nicht korrekte Ausführung vieler kleiner, entscheidender Schritte bei der Montage oder beim Testen könnte letztendlich dazu führen, dass das System im Feld ausfällt.

Viele Hersteller legen auch Ziele fest, die vor einer Geräteaufrüstung einen langjährigen zuverlässigen Betrieb bedeuten. Daher ist es wichtig, die Lebensdauer der Komponenten richtig zu berechnen. Da die Einschaltdauer von Anwendung zu Anwendung unterschiedlich sein kann, wird die Lebensdauer vieler Linearbewegungskomponenten in zurückgelegten Kilometern angegeben. Der Hersteller linearer Bewegungen muss diese Berechnung dann in verschiedene Entscheidungen über das Produkt umsetzen.

Beispielsweise gibt ein weit verbreitetes Kabel mehr als 10 Millionen Biegezyklen an, wenn ein Biegeradius von 50 mm oder mehr eingehalten wird. Wenn der Biegeradius jedoch nicht richtig dimensioniert ist, könnten vom Kabel fallende Partikel oder Belastungen der Kabelführungen oder Anschlüsse möglicherweise zu einem frühen Ausfall im Prozess führen (insbesondere, wenn Wartungspläne nicht strikt eingehalten werden).

Erwägen Sie die Anpassung

Standardteile spielen in vielen Gerätebaugruppen eine entscheidende Rolle. Eine Sorge besteht beispielsweise darin, dass ein serienmäßiges Linearbewegungstischelement möglicherweise nicht so konzipiert und konstruiert wurde, dass es mit der genauen Kombination anderer Komponenten und Strukturen funktioniert, die der Lieferant zusammenbaut. Es kann zu unerwarteten Inkompatibilitäten kommen.

Die Frage ist: Wird ein Hersteller bei seinen routinemäßigen Design-, Qualitätskontroll- und Inspektionsprotokollen auf Probleme stoßen? Wahrscheinlich. Aber nicht sicher.

Oftmals können nur maßgeschneiderte Angebote die Ziele spezifischer Leistungs- und Designanforderungen erfüllen. Sie ermöglichen es dem Hersteller, sich auf die Designaspekte der Bühne zu konzentrieren, die die Anwendung erfordert, und insbesondere Faktoren von der Geschwindigkeit über die Beschleunigung bis hin zur Stabilität anzupassen. Sie können sogar die Kosten senken, indem Sie unnötige Funktionen eliminieren, die bei einer handelsüblichen Bühne standardmäßig vorhanden sind. Und sie sorgen für eine integrierte Lösung ohne versteckte Inkompatibilitäten.

Lieferanten sollten eine echte „Vom Datenblatt bis zum Prototypenbau“-Kontrolle ihrer Bestellung beim Hersteller von Linearantrieben anstreben. Eine solche intelligente Anpassung ist von entscheidender Bedeutung, um Produktmängel vorherzusehen und zu beseitigen, Hindernisse bei der Integration zu vermeiden und Ausfälle vollständig zu verhindern.

Geben Sie Produkte mit der genauen Größe, Form, Beschichtung oder dem Material an, die für den Auftrag erforderlich sind. Und bestehen Sie auf Lösungen, die die einzigartigen Ziele in Bezug auf Genauigkeit, Geschwindigkeit, Ebenheit, Vorspannung (zur Erhöhung der Steifigkeit durch Eliminierung von Innenspiel), Lebensdauer, Wartungsaufwand und Preis erfüllen.

Manchmal können auch innovativere Materialien dazu beitragen, die Risiken bei bestimmten kundenspezifischen Designs zu verringern. Beispielsweise kann die Konstruktion aus Kohlefaser die strukturelle Festigkeit, Steifigkeit und Stabilität optimieren (trotz des geringeren Gewichts und der geringeren Dicke). Gleichzeitig können Keramiklager eine praktikable Lösung für spezifische Schmierungsprobleme sein.

Vorsichtig behandeln

Sobald eine lineare Bewegungskomponente, die für eine bestimmte Anwendung bestimmt ist, beim Gerätehersteller ankommt, können andere Risiken entstehen.

In diesem Zwischenstadium können Hersteller von Linearantrieben hinzugezogen werden, um eine Vielzahl von Problemen zu lösen. Beispielsweise kann es bei einem Linearmotor zu einem Klemmproblem kommen, wenn die Spule, die sich in der Motorschiene bewegt, während ihrer Bewegung an der Schiene reibt. Dies kann durch ein Handhabungsproblem aufgrund von Erschütterungen verursacht werden, die die Spule oder die Schiene leicht aus der Ausrichtung verschieben. Es ist möglich, dass der Sattel – das bewegliche Bühnensegment – ​​anstößt und verzerrt wird. Beim Bau des größeren Werkzeugs können zu lange Schrauben hinzugefügt werden, die sich durch eine lineare Bewegungsplatte in eine andere drücken, was zu Kratzern und dem Risiko unvorhersehbarer Kräfte während des Betriebs führt. Es ist auch möglich, dass eine Spule aus ihrer Halterung abgeschraubt wird, um den Zugang zum Verlegen eines zusätzlichen Kabels zu ermöglichen, und dann falsch wieder angeschraubt wird.

Solche Pannen bergen Risiken, die von einem leichten Leistungsabfall im Prozess bis hin zu ausgebrannten Motoren und größeren Ausfallzeiten reichen. Besondere Aufmerksamkeit verdient auch die Oberflächenvorbereitung. Die Toleranzen müssen in allen Einzelheiten übereinstimmen.

In einigen Fällen beschafft ein Hersteller, der Werkzeuge für diese Prozesse herstellt, möglicherweise eine lineare Bewegungskomponente, die für eine Ebenheit des Bewegungswegs konstruiert ist, beispielsweise 0,0005 Zoll. Der Werkzeugbauer schraubt diese Komponente dann jedoch zu einer größeren Baugruppe mit einer Ebenheit von nur 0,005 Zoll zusammen. Die daraus resultierende Verdrehung der Bühne kann fast unmerklich sein. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass sich die Lager verklemmen, was zu einem vorzeitigen Verschleiß der Lager führt, zusätzliche Kräfte auf die Kugelumlaufspindel wirken oder ein höherer Leistungsbedarf von Linearmotoren entsteht, was zu übermäßiger Überhitzung und potenziellem Ausfall führt.

Bleiben Sie auf dem Boden

Die Sicherstellung, dass alle Komponenten im Linearbewegungssystem über eine ordnungsgemäße elektrische Erdung verfügen, ist eine weitere Vorsichtsmaßnahme, die Hersteller ergreifen können, um künftigen Problemen vorzubeugen. Ein solches Versehen könnte zu einem Stromschlagrisiko für die Bediener führen. Es kann sich aber auch auf die Systemleistung auswirken.

Eine Erdschleife im System, die über den Erdungspfad zurückgekoppelt wird, könnte zu falschen Messwerten im Encoder führen, sodass eine Komponente nur 1 mm zurücklegt, die Steuerung jedoch einen Weg von 100 mm registriert. Wenn das Versehen beispielsweise versäumt wird, kann die Positionsgenauigkeit zu Fehlern bei den Messwerten der Instrumente und damit zu einer ungenauen Analyse führen.

Transport und Installation

Der relativ geringe Widerstand linearer Bewegungssysteme gegenüber Stoßbelastungen wurde bereits früher erörtert. Die Punkte mit dem größten Risiko treten naturgemäß in drei Zeiträumen auf:

• Während des Transports vom Linearantriebslieferanten zum Gerätehersteller;
• Während der Ankunft und Integration des Systems in das Ausrüstungswerkzeug;
• Beim Transport der fertigen Gerätebaugruppe zur Prozesshalle und Installation.

Ein zuverlässiger, erfahrener Lieferant von Linearantrieben kann das Risiko von Stoßschäden in der ersten Phase erheblich verringern. Lieferantenexperten können Platzbeschränkungen in der Fertigung frühzeitig erkennen, sodass sie keine Bühne entwerfen, die zu groß oder zu schwer ist, um problemlos in einem Reinraum oder einer Fertigungshalle aufgebaut zu werden. Sie können auch den Einsatz von Transportgeräten (Kräne, Transportwagen usw.) so planen, dass die Bühne sicher von der Kiste zum Werkzeug transportiert werden kann, wodurch das Verletzungsrisiko für das Personal vor Ort sowie das Risiko schädlicher Stöße minimiert werden.

Schließlich kann das lineare Bewegungssystem oder der entsprechende Teil des Werkzeugs während der Installation mit den erforderlichen passiven Isolationsmaßnahmen (z. B. Elastomerfüßen oder -pads) oder aktiven Isolationsdämpfern (sensorgesteuerten Airbagsystemen) ausgestattet werden, um die Wahrscheinlichkeit einer Überschreitung zu verringern Erschütterungen oder Vibrationen bei späteren Arbeiten ausgesetzt sein.

Im Reinraum

Sowohl in der ersten als auch in der zweiten Phase sollte der Lieferant von Linearantrieben bewährte Verfahren beim Bau von Transportkisten und Verpackungssystemen befolgen. Beispielsweise verpackt ein führender Anbieter das System für den Transport in zwei Beutel, von denen einer in der Stickstoffatmosphäre und der zweite in einem Reinraum angebracht wird. Für heikle Transporte stellen sie dann spezielle Takelagen und Karren zur Verfügung.

Wenn das System in der dritten Phase von oben auf die Werkzeugbaugruppe aufgesetzt wird, kann der Kran des Werkzeugherstellers ausreichen. Wenn jedoch ein anspruchsvolleres Seitenlademanöver erforderlich ist, stellt der Lieferant eine spezielle Kammerkiste zur Verfügung, die an der Seite des Werkzeugs festgeschraubt werden kann, bis die Montage abgeschlossen ist.

Schmierung

Obwohl lineare Bewegungssysteme in der Regel Zyklus für Zyklus ohne Probleme oder besondere Aufmerksamkeit laufen, ist ein kleiner Teil der regelmäßigen Wartung immer von entscheidender Bedeutung. Hier gibt es drei Schlüssel für eine effektive Wartung: Schmierung, Schmierung und Schmierung.

Jeder Anbieter von Linearbewegungssystemen liefert sein Produkt mit einem festgelegten Nachschmierungszyklus aus. Da die menschliche Natur jedoch so ist, wie sie ist, können viele Probleme auf einfache Fehler bei der Einhaltung dieses empfohlenen Zyklus zurückgeführt werden. Ohne die erforderliche Schmierung nehmen die Reibungsspannungen zu und führen schließlich zu äußerst unerwünschten Ereignissen wie Abschaltungen oder Motorausfällen.

Zu weiteren Schmierungsproblemen gehört ein vorzeitiger Ausfall der Lager, der zu Leistungseinbußen wie Geradheit, Ebenheit, Nicken, Wanken und Gieren führt.

Es ist wichtig, für jede Maschine nur das richtige Fett zu verwenden. Achten Sie darauf, niemals unverträgliche Öle oder Fette zu vermischen. Dazu gehört auch die Verwendung unterschiedlicher Fette bei der Wartung einer Maschine von einem Zyklus zum nächsten. Dadurch verändert sich die erforderliche Viskosität, was häufig zur Bildung eines gummiartigen, zementartigen Materials führt, das bei empfindlichen Geräten das Letzte ist, was man sich wünscht. Wenn das Material auch Partikel aus einem überdehnten Kabel, einem Kabelträger oder anderswo enthält, kommt es in der Regel schnell zu einem Schienenversagen.

Leistungs-Roadmap

Als Reaktion auf die Anforderungen von Geräteherstellern arbeiten die Hersteller von Linearbewegungsgeräten kontinuierlich daran, die Grenzen der Leistung zu erweitern. Doch zunächst müssen sie sicherstellen, dass etwaige Verbesserungen nicht unbeabsichtigt das Risiko von Ausfällen bei linearen Bewegungen erhöhen.

Ein guter Anbieter von Linearantrieben stellt eine „Leistungs-Roadmap“ bereit, in der Elemente des Systems hervorgehoben werden, die nicht nur für aktuelle Anforderungen ausgelegt werden können, sondern auch über die Leistungskapazität für den Einsatz in der nächsten Generation verfügen. Dieses Engagement ist besonders wichtig bei der Herstellung fortschrittlicher Biowissenschaften sowie medizinischer und biomedizinischer Technologie.

Prozesssysteme mit linearer Bewegung sind möglicherweise nicht die hervorstechendsten Elemente in den meisten Geräten mit fortschrittlicher Technologie, und für die meisten Benutzer sind sie in der Regel auch nicht das Hauptanliegen. Doch ihr Scheitern kann schwerwiegende Folgen für alle Beteiligten haben. Glücklicherweise kann durch die richtige Aufmerksamkeit bei Design, Installation, Betrieb und Wartung sichergestellt werden, dass Linearbewegungssysteme eine entscheidende Rolle für den weiterhin kritischen – und vielleicht sogar lebensrettenden – erfolgreichen Betrieb modernster Life-Science-, Medizin- und Biomedizingeräte spielen.