Schlüsselfertige Lösung für mobiles Farm-Labor

Plug & Play-3-Achs-Linearsystem für medizinische Diagnosegeräte

Gesunde Kühe produzieren mehr Milch. Diese einfache Formel ist in der Praxis nur mit einigem Aufwand umzusetzen, denn pro Laktation werden bis zur Hälfte des Rinder-Bestandes mit der subklinischen Mastitis infiziert. Der amerikanische Hersteller von medizinischen Diagnosegeräten Advanced Animal Diagnostic (AAD) hat für die Früherkennung dieser Erkrankung ein praktikables Konzept entwickelt: Die Milch-Proben werden nicht mehr in Labore verschickt, sondern das Labor kommt auf die Farm. Elektromechanisches Herzstück der mobilen Testgeräteist ein plug & play-fertiges 3-Achs-Linearsystem von Schaeffler USA.

Milchkühe

Die subklinische Mastitis zählt zu den Erkrankungen, die am weitesten unter den Milchkühen verbreitet ist und die über Wochen ohne äußere Anzeichen verborgen bleibt. Die Entzündung des Euters bzw. der Milchdrüsen von Milchkühen kostet beispielsweise die US-amerikanische Wirtschaft jährlich 2 Mrd. Dollar. Durch die Erkrankung leiden das Tier und die Milchqualität, die Melkmenge pro Tag reduziert sich „schleichend“. Die zuverlässige Früherkennung einer Infektion bedeutet für die Farmer also bares Geld.

Kompaktes und tragbares Diagnosesystem
Mit seinen mobilen On-Farm-Diagnosesystemen QScout® Farm Lab garantiert AAD den Landwirten die Diagnose aller vier Euter – der sogenannten Viertel – in wenigen Minuten. Vor Ort regelmäßig messen, frühzeitig Infektionen erkennen, Behandlungen schnell umsetzen, Ansteckungen vermeiden und vor allem schnell entscheiden, das ist die Idee des mobilen Testlabors, das in enger Zusammenarbeit mit Schaeffler entstanden ist.

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Bei dem optischen Verfahren von AAD werden die vier Milchproben auf einem Probeplättchen – dem sogenannten Slide – mit einem Mikroskop vollautomatisch abgefahren, untersucht und elektronisch ausgewertet. Bis zu 20 dieser Slides finden im Einschub des QScout® Farm Lab Platz.

Bild 1: Mit Schrittmotoren und spielfreien Gewindespindeln angetriebenes, präzises 3-Achs-Linearsystem.

Bei der Entwicklung seiner Produkte konzentriert sich AAD ganz auf seinen Kernbereich der Diagnose und der Mikroskopie. Für das automatische und präzise Handling und Verfahren der Slides unter dem Mikroskop in drei Achsen suchte AAD daher einen Partner für eine langfristige Zusammenarbeit. Konstruktion, Entwicklung und Fertigung des x-y-z-Systems sollten komplett beim Systemlieferanten stattfinden. Um die Logistik- und die Montagekosten so gering wie möglich zu halten, war außerdem ein plug & play-fertiges System gefragt. Aufgrund einer Kundenempfehlung durch einen Entwicklungsingenieur nahm AAD Ende 2011 Kontakt mit Schaeffler USA auf. Nach einer ersten Analyse der Aufgabe war der zu lösende Zielkonflikt für das 3-Achs-Positioniersystem offensichtlich: hohe Präzision bei hoher Wirtschaftlichkeit.

Individuelle Positioniersysteme aus dem Baukasten
Ein großer Baukasten allein ist kein Garant für wirtschaftliche und funktionsfertige Linearsysteme, auch wenn er Grundvoraussetzung ist. Kreative Ideen, flexible Fertigungskapazitäten und erfahrene Maschinensystementwickler sind ebenso wichtig. Daher bietet Schaeffler speziell im Bereich der INA-Lineartechnik ein umfangreiches Leistungsspektrum an, das alle Aufgaben bis zur anschlussfertigen Lösung umfasst: Projektierung, Auslegung, Gesamt- und Detailkonstruktion, Vor- und Endmontage, die Verkabelung, die Steuerung und Programmierung und der Transport der Positioniersysteme sowie ggf. die Inbetriebnahme. Das Produktspektrum reicht dabei von einbaufertigen Einachs-Einheiten bis zu komplett integrierten Mehrachs-Positioniersystemen.

Mit klugen Kombinationen aus Standardkomponenten und kundenindividuellen Ergänzungen entwickeln die Schaeffler-Spezialisten in Homburg funktionsfertige Achssysteme. Die daraus generierte Zeit- und Kostenersparnis bei Planung, Konstruktion, Beschaffung und Logistik sind handfeste Vorteile, die immer mehr Kunden in der Linear- technik nutzen und funktionsfertige Komplettsysteme an Systemlieferanten vergeben. Auch AAD entschied sich für diese Option.

Bild 2: Das QScout® Farm Lab des Unternehmens Advanced Animal Diagnostics.

Die Schaeffler-Ingenieure entwickelten für AAD ein Gleichteilekonzept für die Miniatur-Kugelumlaufführungen, Laufwagen, Spindeln, Spindelmuttern, Motoren und Endpositionsschalter. Schrittmotoren und einfache Gewindespindeln reduzieren zusätzlich die Kosten. Für einen verschleißarmen und stick-slip-freien Lauf werden die Spindeln mit einem Trockenschmierstoff versehen. Die Spindelmuttern sind spielfrei vorgespannt, so dass die geforderte bidirektionale Wiederholgenauigkeit von unter 20 µm eingehalten wird.

Die Bewegung der x-y-Ebene bzw. der Slides unter dem Mikroskop muss innerhalb von 7 µm erfolgen, damit die nötige Bildschärfe erhalten bleibt. Sämtliche Toleranzen wurden von den Schaeffler-Konstrukteuren darauf abgestimmt.

Für einen bequemen Transport der Diagnosegeräte waren auch geringes Gewicht und kleine Außenmaße weitere Anforderungen von AAD. Das plug & play-fertige x-y-z-System von Schaeffler bringt nur 4 kg auf die Waage. Zur Gewichtsreduktion wurden große Bohrungen in der Grundplatte vorgesehen. Bei Außenmaßen von nur 304 x 229 x 120 mm sind Verwahrwege von 171 x 97 x 20 mm möglich.

Bild 3: Die präzisen Miniatur-Kugelumlaufeinheiten vom Typ KUEM/TKDM von Schaeffler.

Schaeffler USA liefert das System betriebsbereit, also komplett montiert und geprüft, mit Schrittmotoren, Endschaltern und der elektrischen Verkabelung mit Steckern. AAD muss in das Gehäuse nur noch das Positioniersystem, die Steuerung und das Mikroskop montieren.

Die logistische Aufteilung eines Produktes in die jeweiligen Kompetenzen der Unternehmen ist ein Konzept, das auch in anderen Applikationen der Lineartechnik bereits Schule gemacht hat: einfache Lagerhaltung und Logistik, geringste Endmontagekosten und klare Funktionsverantwortung vereinfachen die Serienproduktion deutlich.

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