Dicht und durchsichtig

Laborboxen aus Plexiglas®

Laborbox aus Plexiglas®

Laborboxen kommen weltweit bei wissenschaftlichen und medizinischen Laboren zum Einsatz. Für die Firma Toepffer Lab Systems, einem Anbieter von Laborsystemen aus Göppingen, fertigt Junker + Radon entsprechende Boxen.

Geologen nutzen Laborboxen, um Untersuchungen an Bohrkernen vorzunehmen. Im Rahmen der mikrobiologischen Forschung für die Umwelttechnik kommen Laborboxen bei der Züchtung von Mikroorganismen zum Einsatz. In der Biochemie werden in Laborboxen Enzyme aus Lebewesen separiert, die als Bestandteil von Medikamenten Vorgänge im menschlichen Körper unterstützen können. Im Rahmen der medizinischen Forschung werden menschliche Zellen bei einer bestimmten Sauerstoffkonzentration in Laborboxen untersucht.

Anforderungen an Laborboxen

Vor diesem Hintergrund müssen Laborboxen luftdicht sein sowie die Sicherheit der Laboranten und des zu untersuchenden Objektes gewährleisten. Aber auch die Durchsichtigkeit, die Resistenz des verwendeten Werkstoffs gegenüber bestimmten Medien sowie die gute Bedienbarkeit durch das Laborpersonal gehören zu den zentralen Anforderungen, welche die Anwender stellen.

Die Laborboxen sind in der Regel als individuelle Anfertigung auf Basis einer Standardbox zu sehen. Bei der Wahl der Geometrie sind den Wünschen fast keine Grenzen gesetzt. Die standardmäßigen Laborboxen sind im Durchschnitt 0,6 m hoch und tief. Die Breite kann mit den Rundschleusen bis zu 3,0 m aufweisen; vor allem dann, wenn lange Gegenstände, wie Bohrkerne, über die seitlich angeflanschten Rundschleusen eingebracht werden sollen.

Die luftdichte Ausführung der Laborbox als eine zentrale Anforderung betrifft zum einen die Schnittstelle zwischen der oben aufgesetzten Sicherheitsglasplatte und dem Laborboxkörper selbst. Der Herausforderung nach Luftdichtheit begegnet Junker + Radon mit dem Anbringen von so genannten Gummirundschnüren zwischen der Sicherheitsglasplatte und dem Acrylglas.

Gezielte Werkstoffauswahl

Der Anforderung der Labore nach Durchsichtigkeit des verwendeten Werkstoffs und nach Resistenz gegenüber den beim Versuch verwendeten Medien muss durch eine gezielte Werkstoffauswahl begegnet werden. Von höheren Konzentrationen organischer Lösungsmittel im Laborversuch abgesehen – dort kommt Aluminium als Werkstoff für die Laborbox zum Einsatz – eignet sich das in gegossener Form verwendete und als Acrylglas bezeichnete Polymethylmethacrylat (PMMA) sehr gut. Durch die Wahl dieses thermoplastischen Kunststoffes wird eine riss- und blasenfreie Ausführung der Laborbox gewährleistet. „Dem Wunsch nach Durchsichtigkeit, um dem Laborpersonal die Arbeit durch einen umfassenden Blick in die Laborbox zu erleichtern, kommt Acrylglas aufgrund seines transparenten Charakters in geeigneter Art und Weise nach“, so Hans Peter Toepffer, Geschäftsführer bei Toepffer Lab Systems.

Laborbox mit Rundschleuse

Laborbox mit Rundschleuse

Der Fertigungsablauf

Die Fertigung einer Laborbox läuft so ab, dass in einem ersten Schritt die Einzelteile aus der Plattenware zugeschnitten werden. Die Rohre für die Rundschleusen werden zugekauft. Darauf werden 20 mm starke Flansche geklebt, die eine hohe Formstabilität gewährleisten. An die Flansche werden Türen mit Scharnieren geschraubt.

Der Körper der Laborbox besteht aus einer einzigen, 6 mm starken Acrylglasplatte, die durch das thermische Verformen fünffach abgekantet wird und eine neue dauerhafte Form erhält. Im Anschluss daran werden die Enden der abgekanteten Acrylglasplatte durch das Fügeverfahren des Klebens stoffschlüssig miteinander verbunden. Anschließend werden die 10 mm starken Stirnseiten aufgeklebt, so dass die Laborbox langsam Gestalt annimmt.

Für das Anbringen der Rundschleusen sowie diverser Anschlussteile und -stutzen fräsen die Verarbeiter Öffnungen in die Laborbox ein. Ein weiterer Fräsvorgang ist nötig, um die Nuten für die Dichtungen und Deckelpassungen herzustellen. Im Anschluss werden die Rundschleusen an die jeweilige Stirnseite geklebt oder geschraubt. Der nächste Arbeitsschritt besteht im mechanischen Polieren der Laborbox mit einer ‚Wollschwabbel’ und speziellen Wachsen, so dass durch dieses glättende Feinbearbeitungsverfahren die Oberfläche des Acrylglases geebnet und klar transparent wird.

Im Rahmen des letzten Arbeitsschrittes wird die Laborbox getempert. Ziel ist es, die Verteilung mechanischer Spannungen kontrolliert zu beeinflussen, das heißt die beim Abkanten und Kleben entstandenen Spannungen zu entfernen. Im Falle des Kunststoffverarbeiters wird die Laborbox in einem speziellen Wärmeofen langsam auf eine Temperatur knapp oberhalb der unteren Entspannungsgrenze von circa 80 °C gebracht und dort über mehrere Stunden gehalten, bis sich das gesamte Bauteil gleichmäßig auf diese Temperatur erwärmt hat. Anschließend lässt man das Acrylglas mehrere Stunden abkühlen.

Nach circa 80 Stunden Bearbeitungszeit hat der Laborboxkörper sein endgültiges Erscheinungsbild erhalten, so dass er nun zur Montage der Vakuum-, Gas- und Stromanschlüsse, der speziellen Laborhandschuhe sowie weiterer Bauteile zum Laborsystemanbieter ins naheliegende Göppingen transportiert werden kann.