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Rheologie

Rheologie und Automatisierung

10.02.2009 | Autor / Redakteur: Paul Staudinger* / Marc Platthaus

1 a Der Greifarm des Roboters nimmt die Probe und bearbeitet sie weiter für die rheologische Messung.
1 a Der Greifarm des Roboters nimmt die Probe und bearbeitet sie weiter für die rheologische Messung.

Rheologische Eigenschaften sind oft wichtige Kenngrößen für die Qualität eines Produktes. Daher müssen diese Eigenschaften möglichst zeitnah bestimmt werden. Ein weiterer Anspruch an die produktionsnahe Analytik ist ein reibungsloser Methodenablauf. Lesen Sie, welche Vorteile eine automatisierte Lösung hier mit sich bringt.

Der wachsende Wunsch nach rheologischen Messungen quer durch viele Industriezweige – von der Lebensmittel-, Kosmetik-, Kunststoff- bis zur Petroindustrie – lässt den Bedarf nach Rheometern steigen. Doch nicht nur die Zahl der eingesetzten Systeme steigt, auch die Anforderungen an deren Kapazität nimmt zu. Logische Schlussfolgerung sind hier Automatisierungslösungen.

Die Entwickler bei Anton Paar haben auf die Forderungen aus der Industrie reagiert. Das erste vollautomatische, robotergesteuerte Rheometersystem HTR (High-Throughput-Rheometer) verbindet die Modularität eines MCR-Rheometers mit den Vorteilen maximaler Automatisierung. Mit dem HTR können niederviskose Proben bis hin zu Polymerschmelzen gemessen werden.

Alle Arbeitsschritte von der Probenvorbereitung über die Messung, Reinigung und Aufzeichnung der Messdaten erfolgen vollautomatisch. Das HTR-System erlaubt, mit Platte/Platte- oder Kegel/Platte-Messsystemen bis zu 96 Proben in einem Durchlauf zu messen.

Die Vorteile liegen auf der Hand: Das HTR-System steigert die Produktivität bei Routinemessungen und verbessert deren Wiederholgenauigkeit.

Kapazitätssteigerung und mehr

Ein kompakter und präziser Sechsachs-Industrieroboter der Schweizer Firma Stäubli erledigt im HTR-System alle Aufgaben rund um das bewährte MCR-Rheometer von Anton Paar. Dazu zählen das Abfüllen der Proben in Pipetten, das Aufbringen und Trimmen der Proben sowie die sorgsame Handhabung der Messsysteme.

Bei der Systementwicklung standen Wiederhol- bzw. Positioniergenauigkeit und die kompakte Bauweise an den oberen Positionen des Pflichtenheftes. Schließlich arbeitet das MCR-Rheometer mit einer Toleranz von 1 μm bei der Spalteinstellung der Messsysteme.

Nur kombiniert mit einer ähnlich präzisen Handhabungslösung ist die von den Rheologen geforderte Präzision der Messungen im Nano-Bereich prozesssicher automatisiert zu erzielen. Der Stäubli TX 40 arbeitet hierfür mit einer Wiederholgenauigkeit von ±0,02 mm. Zum einen sichert die Automatisierung die optimale Auslastung des Rheometers, zum anderen ist das HTR-System so flexibel, dass auch Testserien mit zeitintensiven Messzyklen zu vertretbaren Kosten durchgeführt werden können. Zwei Beispiele verdeutlichen dies: Stabilitätsprüfungen an Kosmetika und Lacken mit dreißigminütiger Oszillation über mehrere Temperaturzyklen oder Oszillationsmessungen bei niedrigen Frequenzen für die Polymercharakterisierung – sie lassen sich bequem während der Nachtstunden und an Wochenenden durchführen. Den kontinuierlichen Betrieb ermöglichen zwei Messsystemsätze. Während der erste misst, wird der zweite gereinigt und anschließend getrocknet.

Kompakte Lösung

Laborplatz ist rar und teuer, daher wird bei der Entwicklung von Analyse-Geräten ein großer Wert auf die Kompaktheit der Systeme gelegt. Obwohl das HTR ein hochintegriertes System für die Laborautomatisierung darstellt, ist es den Ingenieuren von Anton Paar gelungen, den Platzbedarf sehr gering zu halten. Das HTR-System hat einen Raumbedarf von 130 x 150 x 200 cm (BxTxH).

Da automatisierte Systeme in der Regel unbeaufsichtigt arbeiten, müssen genaue Systemeinstellungen im Vorfeld möglich sein. So ist eine fehlerfreie Identifizierung der einzelnen Proben zwingend erforderlich. Über eine Jobliste können für jede einzelne mit Barcode gekennzeichnete Probe individuelle Parameter festgelegt werden. Die rheologische Messung basiert auf der Software Rheoplus, die von einer übergeordneten Soft SPS gesteuert wird. Die LIMS/SAP-Schnittstelle überträgt die Messergebnisse in die Kundendatenbank.

Markterfahrungen

Das HTR-System hat sich in der Praxis bewährt und positive Kundenresonanz hervorgerufen. Seit einem Jahr befindet sich ein HTR-System in einem US-amerikanischen Labor im Einsatz; in Europa stehen einige HTR-Projekte kurz vor der Realisierung. „Auch wenn wir, wo immer es möglich ist, auf bewährte System-Komponenten zurückgreifen, stehen bei der Planung und Realisierung neuer HTR-Systeme Kundenwünsche immer im Vordergrund; denn jeder Kunde hat individuelle Bedürfnisse, die es bestmöglich zu erfüllen gilt“, sagt der bei Anton Paar für die HTR-Systeme verantwortliche Produktmanager Paul Staudinger.

*DI P. Staudinger, Anton Paar GmbH, 8054 Graz-Straßgang/Österreich

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