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Präzision auf engstem Raum

| Redakteur: Peter Reinhardt

Automatisierte Liquid-Handling-Systeme sind in Laboratorien unverzichtbar geworden. Sie können Tests und Analysen mit Tausenden von Substanzen schnell, präzise und vor allem reproduzierbar durchführen. Um Zeit zu sparen und die Zuverlässigkeit zu erhöhen, hat die Hamilton Company ihr Liquid-Handling-System Vantage mit magnetischer Messtechnik von Siko ausgestattet.

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Liquid-Handling-System: Die Positionierung der Pipettierspitzen muss äußerst exakt erfolgen.
Liquid-Handling-System: Die Positionierung der Pipettierspitzen muss äußerst exakt erfolgen.
( Bild: Siko )

Das Liquid-Handling-System von Hamilton eignet sich für Laboranwendungen aller Art, zum Beispiel DNA-Analysen, PCR-Vorbereitung und -Reinigung, molekularbiologische Probenvorbereitungen, Blutanalysen etc.. „Wir bieten es als Baukastensystem an, das individuell konfiguriert werden kann“, beschreibt es Martin Rupp, Projektleiter Elektronik der Hamilton Bonaduz AG. Die Pipettierroboteranlage kann um weitere Labware-Transportsysteme, Logistikkabinen, Inkubatoren, Probenbehälter und andere Einheiten erweitert werden. Die vertikale Anordnung der einzelnen Module ermöglicht diese flexible Konfiguration, so dass auch Geräte anderer Hersteller integriert werden können.

Individuell angepasste Magnetband-Lösung

Die Pipettieranlage ist mit Linearmotoren zur Positionierung ihrer drei Achsen ausgestattet. Mit zwei Magnetbändern wird die Motorsteuerung am Pipettierroboter nach unten und seitlich überwacht. Eine Lösung aus Magnetband und Platine sorgt für eine präzise Umsetzung der Bewegung auf der Längsachse.

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Auf der X-Achse fahren der Pipettierarm und damit die Kanäle in Längsrichtung. Deren Vor- und Rückwärtsbewegung verläuft über die Y-Achse. Die Veränderung der Höhe erfolgt über die Z-Achse. Für alle drei Achsen geben magnetische Sensoren ein Positionsfeedback an die Steuereinheit zurück. Auf der Y-Achse werden von Siko Magnetbänder eingesetzt, da Hamilton die Sensoren hierfür selbst entwickelt hat. „Zwei Achsen waren bereits mit unseren eigenen Magnetsensoren bestückt. Dazu hat Siko die entsprechenden Magnetbänder mit einer Spezialcodierung geliefert“, erklärt Rupp.

Diese Magnetband-Lösung sitzt auf dem Pipettierarm. Denn der integrierte Linearmotor benötigt eine Positionsinformation für die auszuführende Bewegung. Das Magnetbandsystem ermittelt einerseits die Position des Pipettierarms, sorgt aber auch dafür, dass die Pipettierkanäle exakt in dieser Achse positioniert werden.

Ein wichtiger Vorteil dieser Konstruktion ist, dass die verwendete Absoluttechnik sehr zuverlässig ist und die Positionswerte auch nach einer Stromunterbrechung ohne zusätzliche Referenzfahrt zur Verfügung stehen. Grundsätzlich entfallen durch die Absolut-Kodierung der Magnetbänder die sonst üblichen Initialisierungsfahrten beim Einschalten. Ohne zeitaufwändige Referenzfahrten oder Motorkommutierungen sind die Antriebe sofort betriebsbereit.

Platine und Magnetband bilden Wegmesssystem

Zur Positionserfassung auf der Längsachse setzt Hamilton einen Sensor mit Magnetband als Komplettlösung von Siko ein: Auch hier mussten die sehr engen Platzverhältnisse berücksichtigt werden. Angedacht war zunächst ein 82,6 mal 20 mm großer Sensor, der jedoch hinsichtlich seiner Größe nicht verbaut werden konnte. Daher entschieden sich die Verantwortlichen gemeinsam für eine Platinenlösung, das heißt, es wurde nur die Platine des Sensors mit den Sensorelementen darauf direkt in das Gehäuse eingebaut. Eine reine Platinenlösung ist unter anderen Umständen nicht ohne weiteres möglich, insbesondere wenn Verschmutzung auftritt oder der Sensor mit Wasser in Berührung kommen könnte. Das vorhandene Gehäuse des Pipettierroboters bot den Schutz vor äußeren Einflüssen und machte die Platinenlösung möglich. Positiver Nebeneffekt dieser abgespeckten Sensorvariante: eine Kostenreduktion für Hamilton.

Hohe Systemgenauigkeit der magnetischen Sensoren

Für Hamilton war bei der Wahl des Siko-Messsystems bedeutend, dass sich zwei Systeme in einem befinden: ein absolutes und ein inkrementales Messsystem. Das absolute besteht aus absolut kodierten Magnetpolen, die über einen Sensor abgetastet und zusammen mit der Inkrementaleinheit verrechnet werden. Auf diese Weise werden kombinierte Absolut-Inkremental-Daten ausgegeben. „Beim Mitbewerber war es so, dass eine erhöhte Systemgenauigkeit nur über die absolute Schnittstelle zu erreichen war. Die verwendete Elektronik jedoch positioniert mit der inkrementalen Schnittstelle“, so Rupp.

Seit September 2014 sind die Hamilton-Systeme mit Siko-Sensorik auf dem Markt. „Aus unserer Sicht eine überzeugende Zusammenarbeit. Vantage wird es in Zukunft nur noch mit Siko-Magnetmesstechnik geben“, zeigt sich Rupp abschließend zufrieden.

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