Schon seit Jahren ist Miniaturisierung ein wichtiges Ziel vieler Entwicklungen in Wissenschaft, Forschung und Technik. Insbesondere im Bereich der Medizintechnik ist eine stetige Präzisierung, eine immer weiter fortschreitende Verkleinerung der Apparaturen und eine Automatisierung zum Beispiel durch Compounding-Mischsysteme zu beobachten. Treibende Kraft sind die Anforderungen des Marktes nach erhöhter Leistung, Genauigkeit und steigender Kosteneffizienz.

Spätestens seit der Corona-Pandemie ist jedem die Bedeutung der Automatisierung von Prozessen in Laboren, Apotheken und Krankenhäusern deutlich geworden. Millionenfacher Bedarf an Tests, Medikamenten und Impfstoffen machte effiziente und präzise Herstellungsmethoden unerlässlich. Medikamente müssen in großer Zahl schnell und zuverlässig produziert werden. Hier kommt die faszinierende Welt der automatisierten Compounding-Mischsysteme ins Spiel, in der spielfreie Miniaturbalgkupplungen von R+W Antriebselemente eine entscheidende Rolle spielen.

In der pharmazeutischen Industrie sind hochmoderne Produktionsanlagen entscheidend, um die Herstellung großer Mengen an Impfstoffen und Medikamenten zu ermöglichen. Die ehemals manuellen Dosierungen und Abfüllungen durch medizinisches Personal werden mittlerweile von kompakten Ein- und Mehrkanal-Compounder-Systemen übernommen. Diese Systeme sind darauf ausgelegt, verschiedene Inhaltsstoffe und Wirkstoffe in genau definierten Mengen und Verhältnissen zu mischen, um die gewünschten Produkte herzustellen. Die Präzision und Effizienz dieser Mischprozesse sind von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die hergestellten Medikamente und Impfstoffe wirksam und sicher sind.

Der automatisierte Befüllprozess

In diesem Zusammenhang werden Mehrkanal-Compounder beispielsweise bei der Zusammenstellung von benötigten Inhaltsstoffen in Spritzen oder Infusionen gemäß patientenspezifischer Rezepturvorgaben eingesetzt. Sie können bis zu 20 Spritzen oder Infusionen gleichzeitig automatisch bestücken. Ein Steuerungscomputer übermittelt die jeweiligen Rezepturen an die Pumpensysteme, die diese entsprechend in kontinuierlichen oder diskreten Dosierungen zusammenstellen. Für diese Anwendungen werden ausschließlich Präzisionsmotoren eingesetzt, um die Anforderungen hinsichtlich kontinuierlicher oder diskreter Dosierungen sowie der erforderlichen Leistung und hohen funktionalen Anforderungen zu erfüllen.

Der Antriebsmotor gewährleistet einen gleichmäßigen axialen Weg des Spritzenkolbens, um das Gemisch in den Hohlkörper der Kanüle oder Spritze zu ziehen. Die Kraftübertragung vom Schrittmotor zum Kolbenadapter erfolgt dabei mithilfe einer Ausgleichskupplung, die unter anderem den montagebedingten Versatz zwischen den beiden Wellenenden des Schrittmotors und dem Kolbenadapter ausgleicht. Wesentlich für diesen äußerst sensiblen Prozess ist die absolute Spielfreiheit, Torsionssteifigkeit und Laufruhe des Antriebstrangs. Nur so kann ein vollständiges Mischergebnis im automatisierten Befüllprozess gewährleistet werden. Ein Schlüsselelement hierbei sind die Miniaturbalgkupplungen von R+W, die eine Vielzahl wichtiger Anforderungen der Anlagen erfüllen. Sie ermöglichen die präzise Übertragung von Drehmomenten und Bewegungen in den Mischprozessen, um sicherzustellen, dass die verschiedenen Inhalts- und Wirkstoffe gleichmäßig gemischt werden. Darüber hinaus erfüllen sie die Anforderungen an Hygiene und Reinheit, die in diesem Bereich unerlässlich sind.

Hohe Variantenvielfalt

Das aktuelle Portfolio an Miniaturbalgkupplungen umfasst dabei den Leistungsbereich von 0,01 bis 10 Nm, wobei Bohrungsdurchmesser von 1,0 bis 28,0 mm möglich sind. Wie bei jeder Metallbalgkupplung ist auch bei der Miniaturbalgkupplung der Metallbalg gleichzeitig zentraler Bestandteil und Ausgleichselement. Wie dieser ausgelegt ist, hängt davon ab, welche Anforderungen die Anwendung in der Praxis fordert, welches Drehmoment übertragen wird und wie hoch der auszugleichende Versatz ist. Miniaturbalgkupplungen müssen maximale Steifigkeit in Rotationsrichtung beweisen, um Rückstellkräfte, die beim Ausgleichen der Versätze entstehen, so gering wie möglich zu halten. Beides schafft die Miniaturbalgkupplung von R+W mühelos. Der torsionssteife Metallbalg überträgt das Drehmoment hochpräzise und gleicht radiale und axiale Versätze sowie den Winkelversatz sicher aus. Die verschiedenen Modelle und Serien sind unter anderem mit Klemmnaben – in geschlitzter, geteilter und Konusausführung – oder mit einem Konusspreizdorn für Hohlwellenanbindungen erhältlich.

„FEINSTE BEWEGUNGSKONTROLLE
UND EXAKTE JUSTIERUNG“

Vielseitige Anwendungsgebiete

In der Welt der hochpräzisen Mikroskopie ist exakte Justierung und feinste Bewegungskontrolle unerlässlich. R+W Miniaturbalgkupplungen erfüllen diese Anforderungen effizient und zuverlässig. Die Serie MK1/1 kam in der Variante Edelstahl geschweißt zum Einsatz und bietet präzise Bohrungsdurchmesser in einem kompakten Format von ca. 10 x 20 mm und einer zuverlässigen Drehmomentübertragung bis 0,10 Nm. Ihre Torsionssteifigkeit gewährleistet die Präzision ohne Beeinträchtigung der Mikroskopempfindlichkeit. Diese Kupplungen erleichtern die präzise Ausrichtung von optischen Elementen, verbessern die Bildqualität und steigern die Genauigkeit mikroskopischer Untersuchungen. Ihre Zuverlässigkeit und Langlebigkeit machen sie zu einer unverzichtbaren Komponente für den reibungslosen Betrieb moderner Mikroskopsysteme, sogar unter anspruchsvollen Reinraumbedingungen.

Die Integration der Miniaturbalgkupplungen der Serie MK2 in Variante 10 mit Klemmnabe in Zahnarztstühlen stellt ein weiteres Anwendungsbeispiel dar. Sie ermöglichen eine präzise Anpassung der Sitzposition, um eine optimale Behandlungsposition sowohl für das Fachpersonal als auch für den Patienten zu schaffen. Mit ihren kompakten Abmessungen von 27 x 15 mm bieten sie eine effiziente Lösung für begrenzte Raumverhältnisse. Diese Miniaturbalgkupplungen gewährleisten eine zuverlässige Drehmomentübertragung von 1,00 Nm, was für die genaue Steuerung und Einstellung des Zahnarztstuhls von entscheidender Bedeutung ist. Durch ihre leicht montierbare Klemmnabe ermöglichen sie zudem eine unkomplizierte Montage und Demontage, was eine effiziente Wartung und Anpassung des Zahnarztstuhls erleichtert.

Die Microflex-Kupplung FK1, die kleinste unter den Miniaturkupplungen, ist ein technologisches Meisterwerk. Mit winzigen Abmessungen von 9 x 4,5 mm spielt sie zum Beispiel eine entscheidende Rolle in der präzisen Ausrichtung von Geräten für die optische Biometrie-Augenvermessung. Durch die zuverlässige Übertragung kleinster Drehmomente von 0,01 Nm gewährleistet sie genaue und zuverlässige Messungen in der augenärztlichen Praxis. Ihre kompakte Bauweise minimiert den Platzbedarf und sichert gleichzeitig höchste Genauigkeit und Leistung in der Augenheilkunde. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass Miniaturbalgkupplungen in der Labor- und Medizintechnik von unschätzbarem Wert sind. Sie heben die Genauigkeit medizinischer Geräte auf ein beispielloses Niveau und tragen so dazu bei, Leben zu retten und die Gesundheitsversorgung zu verbessern. Ihre präzise Funktionalität stellt sicher, dass sie in diesen hochspezialisierten Bereichen unentbehrlich sind

Kommissioniersysteme für Apotheken müssen schnell und zuverlässig sein. Kupplungen von R+W sorgen in Lineartechnik-Anwendungen für Präzision, Laufruhe und Dynamik.

Wer im Winter von der Grippewelle betroffen war und eine Apotheke aufsuchen musste, hat sich dabei vielleicht über kurze Wartezeiten gefreut. Denn in der Regel vergehen von der Bestellung bis zur Übergabe des Medikaments nur wenige Augenblicke. Hierzu trägt Lineartechnik bei, die in den Kommissionierautomaten der Apotheken eingesetzt wird. Mit hohen Beschleunigungs- und Verfahrgeschwindigkeiten stellen diese automatisierten Regalsysteme die Medikamente zügig bereit. Neben der Geschwindigkeit kommt es auf Wiederholgenauigkeit der Bewegungen an. Dazu trägt insbesondere die Kupplungstechnik maßgeblich bei. Nur so ist sichergestellt, dass das System das richtige Medikament ausspuckt. Christopher Monka, Senior-Account-Manager bei der R+W Antriebselemente GmbH, betont: „Präzision und Qualität sind in lineartechnischen Anwendungen essenziell. Aber auch die Dynamik dieser Systeme wird immer größer, die Zykluszeiten kürzer. Diese Faktoren stellen enorme Anforderungen an den eingesetzte Antriebsstrang – und damit auch an die Kupplung als Schlüsselkomponente für die Genauigkeit und Laufruhe eines Systems.“

Kupplungen in Kommissionierautomaten

Damit die Lagersysteme in der Apotheke nicht danebengreifen, muss die Verbindung zwischen Motorwelle und Antriebswelle spielfrei sein. Sie sollte außerdem den Wellenversatz – lateral, axial und angular – ohne Längenabweichung ausgleichen. Zusätzlich haben Kupplungssysteme die Aufgabe, Kräfte zu kompensieren, die durch die hohe Dynamik des Systems auftreten. Kupplungen in lineartechnischen Applikationen müssen auch langlebig sein. Darüber hinaus kommt es auf eine hohe Fertigungsgüte und einen guten Rundlauf an. Ist letzterer nicht gewährleistet, läuft die gesamte Maschine nicht rund. Die Elastomerkupplungen von R+W verfügen mit lediglich drei Hundertsteln über die nach eigenen Angaben geringsten Rundlauftoleranzen am Markt. Für hochdynamische Anwendungen sollten die Kupplungen möglichst wenig Gewicht und somit ein geringes Trägheitsmoment mitbringen – aber trotzdem präzise arbeiten: „Wir sprechen hier beispielsweise von mehreren Metern pro Sekunde bei einer Wiederholgenauigkeit von zehn Mikrometern“, erläutert Christopher Monka. „Dort wirken enorme Kräfte, die Maschinenhersteller und Integratoren bei der Auslegung ihrer Systeme vor Herausforderungen stellen. Hierbei helfen wir mit unserem erfahrenen technischen Vertrieb und Entwicklungssupport“, berichtet der R+W-Manager. Bei dem Kupplungshersteller ist die gemeinsame Suche nach der optimalen Lösung eher die Regel als die Ausnahme. Das Unternehmen hat eine rund 15 Personen starke Entwicklungsabteilung und ein Prüflabor mit verschiedenen Prüfständen. Das braucht es auch, um zu beraten und um bei außergewöhnlichen Anforderungen für die Realisierung zu sorgen.

Beispiele für geeignete Kupplungen

Für diese Lineartechnik-Applikationen bieten sich zum Beispiel die Elastomerkupplung EKL mit Klemmnabe oder die Gelenkwellen vom Typ ZAE an. Die EKL ist mit Drehmomenten von 0,5 bis 2.150 Nm verfügbar und baut dabei mit einer Minimaleinbaulänge von 20 mm kurz auf. Zur Wahl stehen hochfeste Aluminium- sowie Stahl oder Edelstahlausführungen. Für Systeme mit mehreren parallelen Achsen überbrücken die spiel- und wartungsfreien Gelenkwellen vom Typ ZAE Achsabstände bis sechs Meter ohne Zwischenlagerung. Gerade bei Mehrachssystemen kommt es auf perfekten Gleichlauf an, da es sonst zum Verkanten und somit zu Maschinenstillständen kommen könnte. Hier sind die ZAE im Standard die richtige Wahl bei Anwendungen mit Drehmomenten von maximal 800 Nm und Wellendurchmessern bis 70 mm. Dank Klemmnaben in Halbschalenbauweise lassen sich diese Wellen anwenderfreundlich montieren. Für Anwendungen mit besonders hoher Dynamik und hohen Drehzahlen sind die Wellen neben den standardmäßigen Aluminium- und Edelstahl-Varianten auch in einer besonders leichten Ausführung mit einem Zwischenrohr aus CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) verfügbar. Um erste Konfigurationen (fast) aller Produkte zu testen, stellt R+W auf der Homepage einen kostenlosen Produktkonfigurator zur Verfügung. Zur Qualität der Elastomerkupplungen trägt der Elastomerkranz aus Hochleistungs-TPU bei. Dieser ist in unterschiedlichen Shorehärten verfügbar, um die Kupplung an die Anwendung anzupassen – sie kann dann höhere Drehmomente übertragen und weist größere Dämpfungseigenschaften auf. Je nach Applikation steht den Anwendern eine Hoch-/Niedrigtemperatur-Komponente und chemikalienresistente Variante zur Verfügung. Die Kupplungen haben einige spezielle Vorteile, wie Christopher Monka erklärt: „Wir kalibrieren unsere Elastomerkränze, um eine perfekte Passform gegenüber dem Kupplungselement zu garantieren. Dadurch sind sie absolut spielfrei, aber gleichzeitig besonders montagefreundlich. Durch die Auswahl der richtigen Nabenausführung werden Rüstzeiten durch einfache Montage und Demontage minimiert. Außerdem gewährleistet das perfekte Zusammenspiel aus Elastomerkranz und Metallnaben, dass die Kräfte optimal aufgenommen und übertragen werden.“ Erreicht wird dies über eine thermische Nachbehandlung des Kranzes. Darüber hinaus verfügt der TPU-Kranz über gute Hysterese-Eigenschaften, die in anspruchsvollen lineartechnischen Anwendungen zur Langlebigkeit beitragen.

Keine Scheu vor Losgröße 1

Werden Maschinenhersteller im Standardproduktportfolio der Kupplungshersteller nicht fündig, können sie Sonderkonstruktionen anfragen. Bei R+W besteht diese Möglichkeit schon ab Losgröße 1, wie Monka betont: „Egal, wie groß oder klein die Kupplung sein muss, egal welche Stückzahlen – mit unserem technischen Vertrieb und unserer Entwicklungsabteilung finden wir die passende Lösung für jede konstruktive Herausforderung. Zwei Beispiele: Für einen Kunden, der zwei Hohlwellen verbinden musste, haben wir eine flexible Kupplung mit integrierter Welle konstruiert, in welche die Hohlwellen eingebracht werden. Die zuvor regelmäßig auftretenden Wellen-Ausfälle waren damit passé. Und ein anderer Kunde brauchte eine ZAE-Gelenkwelle in Übergröße. Wir haben in diesem Fall ein Produkt in 7,80 m Länge geliefert, also deutlich über der Standardmaximallänge. Das sind die Projekte, die uns fordern, aber eigentlich auch am meisten Spaß machen. Die Freude ist jedes Mal aufs Neue groß, wenn wir es am Ende erfolgreich umsetzen konnten.“

Kostenloser CAD-Konfigurator

Wer sich vorab testweise ein erstes Bild der gewünschten Kupplungslösung machen will, kann den CAD-Produktkonfigurator von R+W nutzen. Dieser steht kostenlos für alle Präzisionskupplungen und eine Vielzahl von Industriekupplungen zur Verfügung. Interessentinnen und Interessenten haben auf jeder Produktseite die Option, den Konfigurator aufzurufen, die gewünschte Kupplung zu konfigurieren und im gewünschten CAD-Format zu exportieren – als 2D- oder 3D-Darstellung. Es stehen alle gängigen Dateitypen sowie das offene STEP-Format zum Download zur Verfügung. Somit lassen sich die Produkte anwenderfreundlich in die Konstruktion und den Entwicklungsworkflow integrieren. Ist die passende Kupplungslösung gefunden, lässt sich unmittelbar aus dem CAD-Konfigurator heraus eine Anfrage an den R+W-Vertrieb triggern, der ein Angebot schickt.