Mehr als nur ein Ofen – die Nutzung von Infrarotstrahlung in der Herstellung von Biosensoren
Wenn man eine intelligente Produktionsanlage für Biosensoren baut, wird man schnell erkennen, dass die alten Konvektionsöfen nicht mehr ausreichen. Sie sind langsam und unpraktisch. Wenn man eine digitalisierte Produktionstrecke betreiben will, braucht man Wärme, die sofort auf die Befehle des PLC reagiert.
Dabei kommt Infrarotstrahlung ins Spiel. Sie ist sehr schnell – wirklich extrem schnell. Für die empfindlichen Trocknungs- und Aushärtungsprozesse der Sensormembranen ist diese Geschwindigkeit entscheidend.
Der Trick, um die richtige Wärmezufuhr zu erreichen
Biosensoren sind äußerst empfindlich. Es handelt sich dabei um dünne Schichten sowie organische Beschichtungen, die bei zu starker Erwärmung zerstört werden können. Deshalb verwenden wir Kurzwellen-Infrarotstrahler – sie verbrauchen keine Zeit damit, die Luft um den Sensor zu erhitzen. Die Wärme trifft direkt auf das Substrat. Dadurch bleibt der Rest der Anlage kühler und der Platzbedarf reduziert sich.
Aber man kann die Strahler einfach nicht einfach anschließen und darauf hoffen, dass alles funktioniert. Man benötigt PID-Controller sowie eine geschlossene Rückkopplungsschleife. Dadurch kann man die Leistung der Strahler je nach Geschwindigkeit der Produktionslinie anpassen. Jeder Sensor erhält genau die Energie, die er benötigt – weder mehr noch weniger.
Details zur Hardware
Wir verwenden in der Regel Quarzkörper für die Lampen, damit die Wärme tatsächlich durchdringen kann. Je nach Aufbau des Stromnetzes können die Lampen entweder serie- oder parallel miteinander verbunden werden, damit es keine lästigen Spannungsabfälle über längere Strecken gibt.
Achtung: Hochleistungs-Lampen sind zwar gut geeignet, um viel Energie zu erzeugen, doch sie können auch schädlich sein. Wenn man nicht vorsichtig ist, entstehen Hotspots, die die bioaktiven Schichten zerstören können. Man muss etwas Zeit investieren, um die Entfernung zwischen der Lampe und dem Substrat richtig einzustellen – doch das lohnt sich, um eine ganze Charge zu retten.
Warum das das Leben erleichtert
Das Beste daran: Man muss nicht mehr warten, bis der Heizer „auf Temperatur kommt“. Man schaltet ihn einfach ein – und schon ist die gewünschte Temperatur erreicht. Dadurch wird der Heizvorgang „auf Abruf“ möglich. Man verbraucht keine Energie, solange die Produktionslinie stillsteht. Zudem wird die Anordnung der Komponenten deutlich flexibler. Wenn sich die Größe des Sensors ändert, muss man einfach die Lampen auswechseln. Man muss nicht die gesamte Heizkammer abreißen und neu gestalten. Es funktioniert einfach.