Konstrukteure bei OEMs, die den Bereich Life Science beliefern, erkennen allmählich die Bedeutung eines Thermomanagements bei der Entwicklung schnellerer und präziserer Laborgeräte. Denn wir dürfen nicht vergessen: Chemische Reaktionsgeschwindigkeiten verhalten sich im Allgemeinen proportional zur Temperatur. Bleibt außerdem die Temperatur für die jeweilige Substanz im optimalen Bereich, können Labortechniker die Wirkdauer bzw. die Haltbarkeit der Proben und Reagenzien erhöhen. Die wahre Herausforderung besteht darin, diese Funktionalität verlässlich und kosteneffektiv zu realisieren. Ein Grund, weshalb sich immer mehr Unternehmen an die erfahrenen Expertinnen und Experten von SMC wenden.
Von Max Lemacon, Team Manager Life Science, SMC Frankreich
MÄRZ 2022
SMC liefert seit mehr als 40 Jahren thermoelektrische Geräte an Zulieferer der Medizintechnik- und Life-Science-Industrie. Doch was war und ist für unsere Kunden kaufentscheidend? Ganz klar: hohe Produktverlässlichkeit, das breite Portfolio, maßgeschneiderte Lösungen sowie das umfassende Pre- und After-Sales-Service von SMC.
Konstrukteure von Geräten wie Analysatoren greifen meist auf ihre umfassende Erfahrung in der Biologie oder der Biomedizintechnik zurück, nicht jedoch im Thermomanagement. Sie möchten aber dennoch eine Temperaturregelung in ihre Anlage einbauen. Das kennen Sie? Dann ist fachkundige Unterstützung bei der Konzeption ratsam. Zweitens ist ein Technologiepartner ideal, der Expertise in ergänzenden Bereichen wie Strömungssteuerung und Automatisierung beisteuert – das vereinfacht betriebswirtschaftliche Aspekte wie Konstruktion, Einkauf und After-Sales wesentlich. Für die Dauer der Gerätenutzung ist die Möglichkeit eines technischen Supports nach der Inbetriebnahme hilfreich – egal, wo Ihre Anlagen sind, rund um den Globus.
Herausforderung Spektrometer
Erst kürzlich lieferten wir einem auf In-Vitro-Diagnostik spezialisierten europäischen OEM eine Temperaturregelungslösung für einen Gas-Chromatographie-Massenspektrometer. Diese Anlage trennt die chemischen Anteile einer Gemischprobe und identifiziert bzw. quantifiziert die darin enthaltenen Komponenten.
Das Unternehmen arbeitete bereits mit uns an Fluid-Control-Lösungen, war sich jedoch nicht bewusst, dass wir auch über ein Temperierungsportfolio und Kompetenzen im Thermomanagement verfügen. Es wurde rasch klar: Bei der Festlegung der für die Anwendung geeignetsten Produkte konnten wir von besonderer Hilfe sein.
Bei den meisten Spektrometern gibt es vier Hauptbestandteile: Einlasssystem, Ionenquelle, Massenanalysator und Detektor. Beim Einlassstadium galt es für den Kunden, eine Netzwerkkammer mit sechs Kapillaren auf 55 °C zu erhitzen. Dabei musste die Temperaturregelung akkurat, präzise und wiederholbar sein.
Das Gerät erhitzt und überführt unterschiedliche Flüssigkeiten in die Gasphase, wo sie in einiger Entfernung kondensiert, anschließen getrennt und analysiert werden. Die Temperaturstabilität ist dabei entscheidend, um für die Anwender des Analysators die nötige Genauigkeit sicherzustellen. Jede selbstgebaute, auf Peltier-Elementen basierende Lösung würde schlichtweg keine ausreichende Genauigkeit liefern. Und es gibt noch weitere Herausforderungen: Peltier-basierte Kühlsysteme müssen technisch ausgeglichen sein. Ein unzureichender Kühlkörper oder eine zu klein dimensionierte Peltier-Zelle können zu einem überhöhten Energieverbrauch, einer hohen Wärmeabführung sowie einer übermäßigen Geräuschentwicklung führen.
Anforderungen versus Lösung: die perfekte Übereinstimmung
Welchen Ansatz wählten wir? Um die bestmögliche Einstellung für Wärmebilanz, Heizleistung und Luftstrom zu ermitteln, haben wir eine thermisch-fluid-technische Studie vorgeschlagen. Aufgrund der Ergebnisse gelangten wir zu einer Lösung, die auf einem kompakten Hochleistungskühl- und Temperierungsgerät von SMC mit Luft-Wasser-Wärmetauscher basierte. Gestützt auf sorgfältige Berechnungen konnten wir zudem einen konischen Diffusor bereitstellen, der eine optimale Luftturbinenströmung lieferte.
Das Ergebnis war eine überaus erfolgreiche Lösung, die Genauigkeit, Wiederholpräzision, kompakte Abmessungen und die Programmierung von Temperaturänderungen inkludierte. Der Schlüssel zum Erfolg: Wir konnten unsere Kompetenz im Bereich Thermomanagement zum Vorteil unseres Kunden bestmöglich ausspielen und letztlich eine Komplettlösung bereitstellen. Für den Kunden ist SMC seitdem nicht nur Komponentenlieferant, sondern zudem ein zuverlässiger Expert für Temperatur- und Fluidsteuerung.
Die Vorteile des Peltier-Effekts
Bei Anwendungen im Bereich Life Science und Medizintechnik profitieren Sie enorm von Kühl- und Temperatiergeräten in Peltier-Ausführung – dank der hohen Temperaturstabilität, geräuscharmen Konstruktion, niedrigen Vibrationsentwicklung und kompakten physischen Abmessungen.
Das neueste Peltier-Kühlgerät von SMC – hervorragende Funktionen, kompakt und platzsparend
Was steckt hinter dem „Peltier-Effekt“? In einem Stromkreislauf wird Gleichstrom (DC) durch zwei hintereinanderliegende Kontaktstellen von Materialien durchgeleitet, die gekühlt bzw. erhitzt werden und aus Schichten unterschiedlicher Halbleiter bestehen. Diese Halbleiter befinden sich zwischen Keramikplatten, die als thermische Isolatoren fungieren und somit eine Peltier-Zelle bilden (auch thermoelektrisches Gerät genannt).
Neben Analysatoren kommen thermoelektrische Geräte in Echografiegeräten, Röntgeneinrichtungen, Kryotherapiegeräten und Ionenbeschleunigern für die Krebsbehandlung zum Einsatz. Aber auch in Wasser- und Gasbehandlungsanlagen für die Reinigung von Laborgeräten oder chirurgischen Instrumenten werden sie u.a. gerne genutzt.
In all diesen Fällen kann SMC – je nach spezifischer Aufgabe – entsprechende Peltier-Produkte konzipieren und produzieren. Mit mehr als vier Jahrzehnten anerkannter Erfahrung ist das Unternehmen ein etablierter Technologiepartner für weltweit tätige OEMs in Life Science und Medizintechnik.
