Hersteller von Life-Science-, Medizin- und Biomedizingeräten müssen ihre fortschrittliche Technologie, Arbeitsabläufe und Prozesse ständig verbessern, um dem Wettbewerbsdruck standzuhalten und Marktwachstum zu erzielen. Fortschritt darf sich jedoch nicht nur auf die Steigerung des Erfolgs konzentrieren; er muss auch Präzision, Zuverlässigkeit und Funktionalität im Betrieb gewährleisten und Ausfälle im Betrieb vermeiden.

Das Vernachlässigen von Verbesserungen und Sicherheitsvorkehrungen an einer scheinbar unbedeutenden Komponente linearer Bewegungssysteme kann zu unangenehmen bis katastrophalen Folgen führen. Hersteller wie Anwender müssen wachsam bleiben.

Mit der richtigen Konzentration können Linearbewegungssysteme der nächsten Generation spezifiziert, entworfen, installiert und gewartet werden, um die Vorteile biowissenschaftlicher, medizinischer und biomedizinischer Geräte in lebenswichtigen und sogar lebensrettenden Anwendungen zu verbessern und sicherzustellen.

Konsequenzen

Da zuverlässige Linearbewegungen eine betriebliche Notwendigkeit sind, müssen Gerätehersteller und -nutzer selbst relativ seltene Ausfallrisiken in Linearbewegungskomponenten oder -systemen während des gesamten Prozesses überwachen. Dies gilt für Geräte von der DNA-Sequenzierung über Bioprinting bis hin zu Rasterkraftmikroskopen (AFM).

Es steht enorm viel auf dem Spiel.

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

Das Sicherheitsrisiko für das Personal ist ein weiteres vorrangiges Anliegen. Konstruktionsfehler oder die Nichtbeachtung betrieblicher Sicherheitsvorkehrungen kommen zwar selten vor, können aber zu Quetschungen und Durchgehen führen und Schäden von Quetschverletzungen bis hin zu Stromschlägen verursachen.

Spezifikation und Design

Die Produktionsstätte für Linearbewegungen muss vollständig ISO-zertifiziert sein, um die Konsistenz aller wichtigen Prozesse zu gewährleisten. Darüber hinaus hilft der sorgfältige Prototypenbau, die entscheidenden Schritte für die Aufrechterhaltung der Leistung und Zuverlässigkeit der fertigen Bewegungskomponente oder des Systems aufzudecken. Fehlende oder fehlerhafte Ausführung vieler kleiner, entscheidender Schritte bei der Montage oder Prüfung kann letztendlich zu einem Systemausfall im Einsatz führen.

Viele Hersteller legen zudem Ziele fest, die einen langjährigen zuverlässigen Betrieb vor einer Gerätemodernisierung erfordern. Daher ist es wichtig, die Lebensdauer der Komponenten korrekt zu berechnen. Da die Betriebszyklen je nach Anwendung variieren können, wird die Lebensdauer vieler Linearkomponenten in zurückgelegten Kilometern angegeben. Der Hersteller von Linearkomponenten muss diese Berechnung dann in verschiedene Entscheidungen über das Produkt einfließen lassen.

Beispielsweise ist für ein weit verbreitetes Kabel eine Biegebeständigkeit von über 10 Millionen Zyklen vorgeschrieben, wenn ein Biegeradius von 50 mm oder mehr eingehalten wird. Ist der Biegeradius jedoch nicht korrekt bemessen, können vom Kabel fallende Partikel oder Belastungen der Kabelführungen oder Steckverbinder zu frühzeitigen Prozessausfällen führen (insbesondere bei nicht strikter Einhaltung der Wartungspläne).

Berücksichtigen Sie die Anpassung

Standardteile spielen bei vielen Gerätemontagen eine entscheidende Rolle. Ein Problem besteht beispielsweise darin, dass ein serienmäßiges Lineartischelement möglicherweise nicht für die genaue Kombination anderer Komponenten und Strukturen des Zulieferers konzipiert und konstruiert wurde. Es können unerwartete Inkompatibilitäten auftreten.

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

Oftmals können nur maßgeschneiderte Angebote die spezifischen Leistungs- und Designanforderungen erfüllen. Sie ermöglichen es dem Hersteller, sich auf die Designaspekte des Verstellers zu konzentrieren, die die Anwendung erfordert, und Faktoren wie Geschwindigkeit, Beschleunigung und Stabilität gezielt anzupassen. Sie können sogar Kosten senken, indem sie auf nicht benötigte Standardfunktionen eines handelsüblichen Verstellers verzichten. Und sie gewährleisten eine integrierte Lösung ohne versteckte Inkompatibilitäten.

Lieferanten sollten beim Hersteller von Linearantrieben auf eine umfassende Kontrolle ihrer Bestellung vom Datenblatt bis zum Prototypenbau achten. Eine solche intelligente Anpassung ist unerlässlich, um Produktmängel vorherzusehen und zu beseitigen, Integrationshindernisse zu vermeiden und Ausfälle zu vermeiden.

Geben Sie Produkte mit der genauen Größe, Form, Beschichtung oder dem Material an, die für den Auftrag erforderlich sind. Bestehen Sie auf Lösungen, die die individuellen Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit, Geschwindigkeit, Ebenheit, Vorspannung (zur Erhöhung der Steifigkeit durch Beseitigung von Innenspiel), Lebensdauer, Wartungsaufwand und Preis erfüllen.

Manchmal können innovativere Materialien auch dazu beitragen, Risiken bei spezifischen Sonderkonstruktionen zu reduzieren. Beispielsweise kann die Konstruktion aus Kohlefaser trotz ihres geringeren Gewichts und ihrer geringeren Dicke die strukturelle Festigkeit, Steifigkeit und Stabilität optimieren. Gleichzeitig können Keramiklager eine praktikable Lösung für bestimmte Schmierprobleme sein.

Vorsichtig handhaben

Sobald eine für eine bestimmte Anwendung bestimmte Linearbewegungskomponente beim Gerätehersteller eintrifft, können weitere Risiken auftreten.

Hersteller von Linearantrieben können mit der Lösung einer Vielzahl von Problemen beauftragt werden, die in dieser Zwischenphase auftreten. Beispielsweise kann ein Linearmotor klemmen, wenn die Spule in der Motorschiene während der Bewegung an der Schiene reibt. Ursache hierfür können Handhabungsprobleme sein, die durch Erschütterungen verursacht werden, die die Spule oder die Schiene leicht aus der Ausrichtung bringen. Es ist möglich, dass der Sattel – das bewegliche Tischsegment – ​​Stöße abbekommt und sich verzieht. Beim Bau des größeren Werkzeugs können zu lange Schrauben verwendet werden, die von einer Linearplatte in eine andere drücken, Kratzer verursachen und das Risiko unvorhersehbarer Kräfte während des Betriebs erhöhen. Es ist auch möglich, dass eine Spule aus ihrer Halterung gelöst wird, um Zugang für ein zusätzliches Kabel zu erhalten, und dann falsch wieder festgeschraubt wird.

Solche Unfälle bergen Risiken, die von einer leichten Leistungsminderung im Prozess bis hin zu durchgebrannten Motoren und erheblichen Ausfallzeiten reichen. Auch die Oberflächenvorbereitung erfordert besondere Aufmerksamkeit. Die Toleranzen müssen in allen Einzelheiten übereinstimmen.

In manchen Fällen bezieht ein Hersteller, der Werkzeuge für diese Prozesse herstellt, eine Linearbewegungskomponente, die für eine Ebenheit von beispielsweise 0,0005 Zoll konstruiert ist. Der Werkzeugbauer verschraubt diese Komponente dann jedoch mit einer größeren Baugruppe, die nur eine Ebenheit von 0,005 Zoll aufweist. Die daraus resultierende Verdrehung des Tisches kann nahezu unmerklich sein. Dies kann beispielsweise zu einem Festfressen der Lager und damit zu vorzeitigem Lagerverschleiß, zusätzlichen Kräften auf der Kugelumlaufspindel oder einem höheren Leistungsbedarf der Linearmotoren führen, was zu übermäßiger Überhitzung und möglichen Ausfällen führt.

Erden Sie sich

Eine weitere Vorsichtsmaßnahme, die Hersteller ergreifen können, um zukünftige Probleme zu vermeiden, besteht darin, sicherzustellen, dass alle Komponenten des Linearbewegungssystems ordnungsgemäß elektrisch geerdet sind. Ein solches Versäumnis kann zu Stromschlägen für die Bediener führen. Es kann sich aber auch auf die Systemleistung auswirken.

Eine Erdschleife im System, die über den Erdungspfad zurückgeführt wird, kann zu falschen Messwerten im Encoder führen, sodass ein Bauteil nur 1 mm zurücklegt, der Controller jedoch einen Weg von 100 mm registriert. Wird dieses Versehen beispielsweise übersehen, kann die Positionsgenauigkeit zu fehlerhaften Messwerten der Instrumente führen, was zu ungenauen Analysen führt.

Transport und Installation

Die relativ geringe Widerstandsfähigkeit linearer Bewegungssysteme gegenüber Stoßbelastungen wurde bereits erwähnt. Die größten Risiken treten naturgemäß in drei Phasen auf:

• Während des Transports vom Linearbewegungslieferanten zum Gerätewerkzeughersteller;
• Bei der Ankunft und Einbindung des Systems in das Gerätewerkzeug;
• Während des Transports der fertigen Gerätebaugruppe zur Prozesshalle und der Installation.

Ein zuverlässiger, erfahrener Lieferant von Linearbewegungssystemen kann das Risiko von Stoßschäden in der ersten Phase deutlich verringern. Die Experten des Lieferanten erkennen frühzeitig die räumlichen Einschränkungen in der Fertigung und entwerfen daher keine zu großen oder zu schweren Tische, die nicht problemlos in einem Reinraum oder einer Fertigungshalle montiert werden können. Sie können außerdem den Einsatz von Transportmitteln (Krane, Rollwagen usw.) so planen, dass der Tisch sicher von der Kiste zum Werkzeug transportiert werden kann. Dadurch wird das Verletzungsrisiko für das Personal vor Ort sowie die Gefahr schädlicher Stöße minimiert.

Schließlich kann das Linearbewegungssystem oder der entsprechende Teil des Werkzeugs während der Installation mit den erforderlichen passiven Isolationsmaßnahmen (wie etwa Elastomerfüßen oder -polstern) oder aktiven Isolationsdämpfern (sensorgesteuerte Airbagsysteme) ausgestattet werden, um die Gefahr übermäßiger Stöße oder Vibrationen bei nachfolgenden Vorgängen zu verringern.

Im Reinraum

Sowohl in der ersten als auch in der zweiten Phase sollte der Anbieter von Linearbewegungssystemen bewährte Verfahren für die Konstruktion von Transportkisten und Verpackungssystemen anwenden. Ein führender Anbieter verpackt das System beispielsweise für den Transport in zwei Beutel, einen in Stickstoffatmosphäre und einen in einem Reinraum. Für den empfindlichen Transport stellt er spezielle Vorrichtungen und Wagen bereit.

In der dritten Phase, wenn das System von oben auf die Werkzeugbaugruppe aufgesetzt wird, reicht möglicherweise der Kran des Werkzeugherstellers aus. Ist jedoch ein anspruchsvolleres seitliches Beladungsmanöver erforderlich, stellt der Lieferant eine spezielle Kammerkiste zur Verfügung, die bis zur Montage seitlich am Werkzeug verschraubt werden kann.

Schmierung

Obwohl Linearsysteme in der Regel problemlos und ohne besondere Aufmerksamkeit laufen, ist ein geringer regelmäßiger Wartungsaufwand unerlässlich. Drei Schlüssel zu effektiver Wartung sind Schmierung, Schmierung und nochmals Schmierung.

Jeder Anbieter von Linearsystemen liefert seine Produkte mit einem festgelegten Nachschmierzyklus aus. Doch wie es die menschliche Natur so will, sind viele Probleme auf die Nichteinhaltung dieses empfohlenen Zyklus zurückzuführen. Ohne die erforderliche Schmierung steigen die Reibungsspannungen und führen schließlich zu äußerst unerwünschten Ereignissen wie Abschaltungen oder Motorausfällen.

Zu weiteren Schmierproblemen zählen vorzeitige Lagerausfälle, die zu Leistungseinbußen, beispielsweise bei Geradlinigkeit, Ebenheit, Nicken, Rollen und Gieren, führen.

Es ist wichtig, für jede Maschine nur das richtige Fett zu verwenden. Achten Sie unbedingt darauf, niemals unverträgliche Öle oder Fette zu mischen. Dies gilt auch für die Verwendung unterschiedlicher Fette bei der Wartung einer Maschine von einem Zyklus zum nächsten. Dadurch ändert sich die erforderliche Viskosität, was häufig zur Bildung eines zähen, zementartigen Materials führt, das bei empfindlichen Geräten nicht wünschenswert ist. Enthält das Material zusätzlich Partikel von einem überdehnten Kabel, einem Kabelträger oder Ähnlichem, führt dies in der Regel schnell zu einem Schienenversagen.

Leistungs-Roadmap

Um den Anforderungen der Anlagenhersteller gerecht zu werden, arbeiten Hersteller von Linearantrieben kontinuierlich an der Leistungssteigerung. Dabei müssen sie jedoch sicherstellen, dass Verbesserungen nicht unbeabsichtigt das Risiko von Linearantriebsfehlern erhöhen.

Ein guter Anbieter von Linearantrieben erstellt eine „Leistungs-Roadmap“, die Systemelemente hervorhebt, die nicht nur für aktuelle Anforderungen, sondern auch für die zukünftige Nutzung ausgelegt werden können. Dieses Engagement ist besonders wichtig bei der Herstellung fortschrittlicher Biowissenschafts-, Medizin- und Biomedizintechnik.

Lineare Bewegungssysteme sind in den meisten modernen technischen Geräten vielleicht nicht die wichtigsten Elemente und für die meisten Anwender auch nicht das wichtigste Anliegen. Doch ein Ausfall kann schwerwiegende Folgen für alle Beteiligten haben. Glücklicherweise kann die richtige Planung, Installation, Bedienung und Wartung dafür sorgen, dass lineare Bewegungssysteme eine entscheidende Rolle für den kontinuierlichen – und möglicherweise sogar lebensrettenden – erfolgreichen Betrieb modernster biowissenschaftlicher, medizinischer und biomedizinischer Geräte spielen.