Drogenanalyse, Lebensmittelkontrolle, Umweltanalytik, Medikamentenentwicklung oder das präzise Handhaben giftiger oder teurer Substanzen im Labor sind nur einige der Anwendungsfelder für die neueste Innovation in der Laborautomation. Die dafür notwendigen Entwicklungen wurden in einem Kooperationsprojekt von Axel Semrau und JÜKE Systemtechnik im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) durch das BMBF gefördert. JÜKE gelang es in diesem Projekt zum ersten Mal, die exakte Dosier- und Wägetechnologie Quantos von Mettler Toledo mit der automatischen Probenvorbereitung über den multidimensional arbeitenden Roboter CHRONECT® Bionic von Axel Semrau zu einem Gesamtsystem zu verknüpfen. Durch diesen einzigartigen Meilenstein in der Automatisierung von Labortätigkeiten ist es gelungen, einen bisher eingeschränkten Arbeitsbereich zu durchbrechen und Arbeitsschritte zu automatisieren, die bislang manuell durchgeführt werden mussten.

„Dieses Projekt hat für uns eine große Bedeutung, weil es genau auf unserer Erfahrung und Kompetenz aufsetzt und uns in ein Zukunftssegment trägt, das gute Wachstumsprognosen hat.“, verdeutlicht Heinrich Jürgens, Geschäftsführender Gesellschafter von JÜKE. Laut dem letzten Jahresbericht des Branchenverbandes Spectaris wird mit Wachstumsraten von  bis zu 12% für die Analysen- und Labortechnik gerechnet. Marktreiber sind hier vor allem die Megatrends wie Ernährung, Gesundheit und Umwelt. „Vor diesem Hintergrund dürfen wir annehmen, dass das entwickelte System eine hervorragende Zukunftsperspektive hat, weil es Lösungen anbietet für genau diese Megatrends. Außerdem arbeiten wir in diesem Technologieprojekt mit Partnern zusammen, die sich bestens im Markt auskennen und zu den großen Akteuren in der Branche für Labortechnik und Laborautomation zählen. Neben Axel Semrau für den europäischen Markt ist Trajan Scientific and Medical für den US amerikanischen Markt an unserer Seite. Das gibt uns tiefere Einblicke in die Branche und führt zu einem soliden Verständnis für die Anforderungen und Wünsche der Endkunden.“, ergänzt Jürgens.

Um ein anspruchsvolles Projekt wie dieses erfolgreich umzusetzen, sind Erfahrungen in der Analysentechnik, der Laborautomation und der Robotertechnik nötig. Die Integration etablierter Technik zu einem Gesamtsystem erfordert gute Kenntnisse von Verfahrensschritten und Prozessabläufen. Ein zentraler Punkt ist die Entwicklung von hochgenauen und zuverlässigen Greifwerkzeugen für den CHRONECT® Bionic. „Hier können wir von den langjährigen Erfahrungen in der Präzisionstechnik und der eigenen hochmodernen Fertigung profitieren.“, macht Martin Hovestadt, ebenfalls Geschäftsführender Gesellschafter von JÜKE, deutlich. Der Einsatz eines Roboters in einem Prozess, in den eine hochempfindliche Waage integriert ist und Interaktion mit den Bedienern stattfindet, erfordert eine ausgeklügelte Schwingungsdämpfung, eine Kontrolle der Bewegungen im dreidimensionalen Raum, eine gründliche Sicherheitsbewertung  und eine solide Einhausung. „Auch bei diesen Anforderungen können wir von unserer Erfahrung in der Entwicklung und Produktion von anspruchsvoller Labortechnik profitieren. Weiterhin sind wir routinierter Systemintegrator und unsere Experten beherrschen deshalb das Management der vielen Schnittstellen in einem solch komplexen System.“, bringt Hovestadt das umfangreiche Know-how der Experten bei JÜKE auf den Punkt.

Die Komplexität des Systems wird im Prozessablauf erst richtig deutlich, denn es ist in der Lage, eine genau definierte Pulvermenge für die weitere Bearbeitung hochpräzise und automatisch zu dosieren. Der Roboter platziert im ersten Schritt einen von bis zu 32 Pulverdosierköpfen direkt in das Quantos-Pulverdosiersystem. Dieses besteht aus dem Dosiermodul und einer Waage. Als nächstes nimmt CHRONECT Bionic das gewünschte Probengefäß aus dem automatischen Probenvorbereitungssystem heraus und platziert es unter den Pulverdosierkopf. Automatisch wird dann die benötigte Menge an Pulver hochpräzise und zuverlässig eingewogen. Das Gefäß wird anschließend zur weiteren Bearbeitung zurück in das Probenvorbereitungssystem gesetzt. Hier kann ein sicheres und effizientes Liquid Handling durchgeführt werden.

Dieses neue Laborsystem übernimmt sowohl zeitraubende als auch unangenehme Arbeitsschritte. Die Ausführung erfolgt dabei exakt und verringert Fehlerquellen in der Probenvorbereitung. Neben der hohen Vielfalt und Zeitersparnis zeichnet sich diese Lösung vor allem durch ihre Sicherheit aus. Alle benötigten Substanzen befinden sich in den sicher verschließbaren Dosierköpfen, wodurch der Kontakt des Anwenders mit giftigen Substanzen auf ein Minimum reduziert wird. Dank der innovativen Dosier- und Wägetechnologie können sehr teure und/oder auch sehr toxische Substanzen mit höchster Präzision dosiert werden.

Das System wurde im April auf der analytica 2018, der größten Fachmesse für Analytik, in München vorgestellt. Die Reaktion auf die neue die Automatisierung in der Laborumgebung war gewaltig, so dass nun schneller als geplant die Produktion vorbereitet werden muss.

Entwicklung und Test von Baugruppen

Fertigung hochpräziser Bauteile