Funke, Carsten: Entwicklung des Prozesses Mikrodosieren mit integrierter Prüfung für medizintechnische Anlagen

Abstract in German:

Bei der Montage von medizintechnischen Einwegprodukten wird häufig der Prozess Mikrodosierung bzw. Mikrodispensen von verschiedenen Medien benötigt. Dabei müssen die kleinen Tropfen positionsgenau auf das Werkstück aufgetragen werden. Durch die unterschiedlichen Werkstückgeometrien wird diese Forderung zusätzlich erschwert. Außerdem ist bei vielen Anwendungen die applizierte Flüssigkeitsmenge entscheidend. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Prozessbaukasten entwickelt, der aufgrund der gesamtheitlichen Betrachtung, der hohen Funktionssicherheit der Einzelkomponenten und einer 100 %-Messung des dispensten Tropfenvolumens die Auflagen zur Validierung erfüllt. Die im medizintechnischen Bereich zu dispensenden Medien reichen von niederviskosen wässrigen Lösungen über Silikonöle und Klebstoffe bis hin zu hochzähen Schmierfetten. Der ermittelte Viskositätsbereich erstreckt sich von 0,43 bis ca. 50 000 mPas. Die zu dispensenden Tropfenvolumen bewegen sich zwischen 1 nl und 15 nl. Diesen großen Volumen- und Viskositätsbereich kann ein Dosierventil nicht abdecken. Dispensverfahren können allgemein in berührende und berührungslose Verfahren unterschieden werden. Bei berührenden Verfahren wird die Flüssigkeit durch Berührung des an einer Nadel hängenden Tropfens mit dem Werkstück auf dieses übertragen. Bei berührungslosen Verfahren wird der Tropfen durch einen Impuls, der die Oberflächenspannung des Fluids übersteigt, auf das Werkstück geschossen. Aufgrund der Vorteile von berührungslosen Dispensverfahren (bspw. Ausgleich von Werkstücktoleranzen, kurze realisierbare Taktzeiten und hohe Flexibilität) wurden diese für das Mikrodosiersystem ausgewählt. Als Messsystem für den Prozessbaukasten sollen analoge Laserlichtschranken zur quantitativen Tropfengrößenbestimmung oder digitale Laserlichtschranken zur qualitativen Prozessüberwachung eingesetzt werden. Als Referenz und zur Kalibrierung der analogen Laserlichtschranken kann eine Analysewaage eingesetzt werden. Zur Tropfengrößenbestimmung mittels Laserlichtschranken wurden die theoretischen Grundlagen hergeleitet und in einer Messdatenauswertung implementiert. Durch experimentelle Untersuchungen konnte die Laserlichtschranke als Messsystem zur Bestimmung von Tropfenvolumen frei fliegender Tropfen qualifiziert werden. Neben dem Nachweis der Funktionsfähigkeit von Einzelkomponenten wurden ausgewählte Mikrodosierapplikationen mit den passenden Systemkonfigurationen realisiert. Somit ist der gesamte Prozessbaukasten für die Mikrodosierung im medizintechnischen Bereich geeignet. Abschließend wurden die Schlussfolgerungen aus den gesammelten Informationen und Erfahrungen in einem Leitfaden zum Einsatz von Mikrodosiersystemen zusammengefasst. Darin wird für den Konstrukteur und Benutzer von Mikrodosiersystemen die Vorgehensweise von der Festlegung der Applikationsparameter bis zur Inbetriebnahme und Überwachung des Mikrodosierprozesses beschrieben.