Wie akustische Vibrationen empfindliche Laborgeräte beeinflussen

Moderne Labore sind optimal auf Präzision ausgelegt. Doch selbst in den sorgfältigsten Umgebungen gibt es eine unsichtbare Gefahr, die oft unbemerkt bleibt: Vibrationen .

Akustische Vibrationen, die durch Lärm und mechanische Bewegungen verursacht werden, können die Genauigkeit empfindlicher Laborgeräte direkt beeinträchtigen. Selbst kleine Vibrationen können große Probleme verursachen, angefangen bei der Beeinträchtigung von Mikroskopen und Mikrowaagen bis hin zu Fehlfunktionen von Lasersensoren und Analysegeräten.

Interessanterweise werden diese Störungen nicht immer von lauten Maschinen verursacht und oft übersehen. Sie können durch Klimaanlagen, Gebäudevibrationen oder überraschenderweise sogar durch Schritte ausgelöst werden. Mit der Zeit können sie leider zu fehlerhaften Daten, fehlgeschlagenen Tests und beschädigten Geräten führen.

Lassen Sie uns herausfinden, was akustische Vibrationen genau sind, wie sie sich auf verschiedene Laborsysteme auswirken, woher sie kommen und, was am wichtigsten ist, wie man sie durch intelligentes Design kontrollieren kann .

 

Warum sind akustische Vibrationen ein Problem in Präzisionslabors?

Akustische Schwingungen sind physikalische Bewegungen, die durch Schallwellen verursacht werden, die durch Luft, Oberflächen und Strukturen dringen. Diese winzigen Druckänderungen bleiben für Menschen oft unbemerkt, empfindliche Laborgeräte erfassen sie jedoch sofort.

 

Was genau sind akustische Schwingungen?

Akustische Vibrationen entstehen, wenn Schallwellen Oberflächen oder Geräte leicht bewegen. Selbst wenn das Geräusch leise oder weit entfernt erscheint, können die erzeugten Vibrationen Wände, Tische und sogar den Boden durchdringen.

Mit der Zeit wird dies zu einem ernsthaften Problem in Laborumgebungen, in denen Messungen auf absolute Stabilität angewiesen sind und bei hochpräzisen Tests selbst mikroskopische Bewegungen zu Fehlern führen können.

Laut dem National Institute of Standards and Technology (NIST) können selbst niederfrequente Schallwellen die Gerätekalibrierung beeinträchtigen, insbesondere in Laboren, in denen optische, Gravitations- oder atomare Messinstrumente verwendet werden.

 

Welche Laborgeräte sind am stärksten betroffen?

Manche Instrumente sind für die Messung extrem kleiner Veränderungen ausgelegt. Dadurch sind sie auch sehr vibrationsempfindlich.

• Mikrowaagen können Gewichtsänderungen von nur 1 Mikrogramm erfassen. Leichte Vibrationen können zu ungenauen Ergebnissen führen.
• Bei Mikroskopen, insbesondere Elektronenmikroskopen, ist absolute Stille erforderlich. Vibrationen führen zu Bildunschärfe oder Fehlausrichtung.
• Laser- und Interferometriesysteme müssen über lange Zeiträume hinweg stabil ausgerichtet sein. Akustische Störungen können die Messwerte verfälschen.
• Präzisionssensoren, die in der Spektroskopie, Messtechnik und Reinräumen verwendet werden, sind leicht von einer durch Vibrationen verursachten Signaldrift betroffen.

Dies sind nur einige Beispiele, aber die Leistung fast aller High-End-Laborgeräte ist schlechter, wenn der Raum um sie herum instabil ist, selbst wenn der menschliche Bediener dies nicht bemerkt.

 

 

Woher kommen diese Vibrationen?

Vibrationen in Laboren können viele Ursachen haben. Manche befinden sich im Gebäude, andere dringen durch Lücken ins Innere und erzeugen Vibrationen im Außenbereich. Viele davon sind nicht laut und daher oft leicht zu übersehen. Wie wir jedoch festgestellt haben, beeinträchtigen sie dennoch empfindliche Geräte.

 

Interne Vibrationsquellen

Zu den häufigsten Ursachen für Vibrationen können gehören:

• HLK-Systeme – Klima- und Lüftungsgeräte erzeugen ständige Bewegung und Geräusche.
• Pumpen und Zentrifugen – Diese Maschinen vibrieren während des Betriebs und übertragen diese Bewegung auf den Boden oder Tische.
• Schritte und Türen – Beim Gehen oder Zuschlagen von Türen können der Boden oder die Wände leicht erzittern, was ausreicht, um Laborgeräte zu beschädigen.
• In der Nähe befindliche Maschinen – In anderen Räumen verwendete Geräte können Vibrationen durch gemeinsame Wände oder Strukturen übertragen.

Auch wenn diese Geräusche leise sind, dringen die von ihnen erzeugten Vibrationen durch Oberflächen. Deshalb ist es wichtig, sie frühzeitig zu bekämpfen.

 

Externe und gebäudebezogene Quellen

Vibrationen können auch von außerhalb des Labors auftreten. Dazu gehören:

• Straßenverkehr – Vorbeifahrende große Lastwagen oder Busse. Diese können den Boden erschüttern, insbesondere bei älteren und nicht so stabilen Gebäuden.
• Züge oder U-Bahnen – Niederfrequente Schwingungen von U-Bahn-Linien breiten sich überraschend weit aus.
• Bauarbeiten – Maschinen wie laute Presslufthämmer oder Bohrer in der Nähe können die Laborleistung beeinträchtigen.
• Gebäudesysteme – Aufzüge, Rohrleitungen und sogar gemeinsam genutzte Maschinenräume können ebenfalls Hintergrundvibrationen erzeugen, die unbemerkt bleiben.

Alle diese Quellen erzeugen sogenannte Körperschallschwingungen. Das bedeutet, dass die Energie nicht nur durch die Luft, sondern auch durch Böden, Decken und Wände übertragen wird.

 

Welche Folgen haben unkontrollierte Vibrationen?

Akustische Vibrationen in Laboren sind zwar schwach, ihre Auswirkungen sind jedoch real. Werden sie vernachlässigt, können sie Daten gefährden, die Lebensdauer von Geräten verkürzen und sogar das Laborpersonal schädigen. Diese Probleme beeinträchtigen den täglichen Betrieb und die langfristige Zuverlässigkeit in jeder Umgebung, in der Präzision eine entscheidende Rolle spielt.

 

 

Reduzierte Genauigkeit und unzuverlässige Ergebnisse

Stabilität ist für alle Präzisionslaborgeräte entscheidend. Selbst winzige Millimeter Vibrationen einer Oberfläche führen zu Messungenauigkeiten. Gewichte in Mikrowaagen können schwanken, was dazu führt, dass Mikroskopbilder verzerrt oder unscharf werden, da sie aus dem Fokus geraten. Selbst kleinste Bewegungen können Messungen in Interferometern und Lasersystemen, die eine feste Strahlausrichtung erfordern, direkt beeinträchtigen.

Laut dem Journal of Microscopy beeinträchtigen Vibrationen im Niederfrequenzbereich von 0,5 bis 5 Hz die Bildschärfe und -genauigkeit, und obwohl dieser Wert weit unterhalb der menschlichen Hörschwelle liegt, kann er dennoch zu Instabilitäten bei hochauflösenden Elektronenmikroskopen führen.

Solange die Daten nicht inkonsistent oder unzuverlässig sind, werden diese Störungen oft übersehen. Dadurch steigen oft die Kosten, der Personalaufwand und der Materialverbrauch. Die Ergebnisse verzögern sich.

 

Gerätebelastung und frühzeitiger Ausfall

Maschinen werden durch ständige Vibrationen physisch stark beansprucht. Empfindliche Laborgeräte sollten während des Betriebs nicht bewegt werden. Dadurch können Teile schneller verschleißen. Motoren oder Sensoren können Ausrichtungsprobleme aufweisen, Halterungen können sich lösen und empfindliche elektrische Komponenten können sich bewegen.

Dies führt im Laufe der Zeit zu häufigeren Reparaturen, einem erhöhten Kalibrierungsbedarf und einer kürzeren Gesamtlebensdauer der Geräte.

 

Gesundheits- und Sicherheitsbedenken für das Personal

Obwohl die Laborumgebung ruhig erscheint, können schwache Vibrationen den Mitarbeitern schaden, insbesondere denen, die häufig oder ständig in der Nähe von Maschinen oder HLK-Anlagen arbeiten. Längere Belastung kann zu schnellerer Ermüdung, verminderter Konzentration und in extremeren Fällen zu körperlichem Stress oder körperlicher Belastung führen.

In industriellen Umgebungen stehen höhere Vibrationspegel in direktem Zusammenhang mit Ganzkörpervibrationen (GKV) und dem Hand-Arm-Vibrationssyndrom (HAVS). Auch wenn Labore diese Standards möglicherweise nicht erfüllen können, bleibt die Hauptsache gleich: Vibrationen, egal wie gering, verursachen letztendlich Unbehagen und Angstgefühle.

So wählen Sie die richtige Antivibrationslösung

Verschiedene Vibrationsprobleme erfordern unterschiedliche Lösungen. Die Auswahl des geeigneten Produkts oder Verfahrens hängt von einer Reihe wichtiger Aspekte ab, beispielsweise vom Maschinentyp, der Stärke und Frequenz der Vibrationen sowie der Umgebung, in der sie eingesetzt werden.

 

 

1. Verstehen Sie das Gewicht Ihrer Ausrüstung

Das Gewicht der Maschine bestimmt, wie viel Energie sie in den Boden oder die umgebende Struktur übertragen kann. Um diesem Problem direkt zu begegnen, müssen Antivibrationssysteme so ausgelegt sein, dass sie der gesamten Belastung der Maschine standhalten. Ist das Polster oder die Halterung zu weich oder zu klein, isoliert es die Vibrationen nicht oder nur unzureichend.

Für schwere Laborgeräte wie Kühlaggregate oder Industriemischer bieten dicke Materialien wie Vibro EP die nötige Festigkeit und Stabilität, um das Gewicht zu tragen und gleichzeitig die Kraftübertragung zu reduzieren. Für leichtere Werkzeuge reichen in der Regel kleinere Halterungen oder weiche Gummipolster aus.

 

2. Passen Sie die Lösung an die Schwingungsfrequenz an

Manche Geräte erzeugen niederfrequente Vibrationen, andere hingegen hochfrequente. Die falschen Produkte filtern möglicherweise die falschen Frequenzen heraus. Daher ist es wichtig, die Art der Frequenz zu bestimmen.

• Gummibasierte Halterungen funktionieren tendenziell besser bei höherfrequenten Vibrationen
• Federbasierte Systeme sind effektiver bei niederfrequenten Vibrationen, insbesondere von Motoren oder Kompressoren

Beispielsweise sind die Federhalterungen DECIBEL SMR speziell für die Isolierung von Geräten mit niedriger Geschwindigkeit konzipiert, die auch seitliche und vertikale Stabilität erfordern.

 

3. Berücksichtigen Sie die Umgebung

Die Bedingungen, unter denen die Geräte aufgestellt und betrieben werden, sind sehr wichtig. Labore mit hoher Luftfeuchtigkeit, gelegentlichen Temperaturschwankungen oder starker Chemikalienbelastung benötigen vibrationshemmende Produkte aus langlebigen Materialien.

• In feuchten Bereichen oder Laboren mit Reinigungschemikalien sind korrosionsbeständige Metallrahmen und alterungsbeständige Elastomere wichtig
• Wählen Sie für Reinräume oder sensible Bereiche Materialien aus, die sich im Laufe der Zeit nicht zersetzen oder Partikel freisetzen

Überprüfen Sie immer das Datenblatt des Herstellers auf Widerstandswerte und Zertifizierungen, insbesondere wenn Sie in medizinischen oder pharmazeutischen Umgebungen arbeiten.

 

4. Planen Sie Stabilität und Sicherheit

Manche Labore befinden sich in Regionen, in denen bei äußeren Einflüssen wie starkem Wind oder leichten Erdbeben Vibrationen auftreten können. In diesen Fällen können Schwingungsdämpfer mit Rückhaltefunktionen Bewegungen oder das Umkippen der Geräte verhindern.

Die AMR-Halterungen von DECIBEL kombinieren beispielsweise Schwingungsisolierung mit integrierten Endanschlägen, um Stabilität in alle Richtungen zu gewährleisten.

 

In modernen Laboren ist Präzision entscheidend. Akustische Vibrationen können jedoch die Datenqualität beeinträchtigen, teure Geräte beschädigen und die Laborarbeit erschweren. Diese Auswirkungen werden oft übersehen, bis die Daten unzuverlässig werden oder die Geräte versagen.

Vibrationen können von verschiedenen Orten ausgehen, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Labors. Selbst geringfügige Bewegungen durch HLK-Systeme, Fußgänger oder den Verkehr in der Nähe können empfindliche Instrumente stören. Diese kleinen Probleme entwickeln sich schließlich zu größeren.

Bei der Kontrolle von Vibrationen geht es vor allem darum, eine stabilere, produktivere und sicherere Arbeitsumgebung zu schaffen. Die richtigen Schwingungsdämpfer, -polster und akustischen Maßnahmen machen einen deutlichen Unterschied.

Benötigen Sie Unterstützung bei der Suche nach der richtigen Vibrationslösung für Ihr Labor? Wenden Sie sich an die Experten von DECIBEL, um maßgeschneiderte Systeme zu erhalten, die genau Ihren Anforderungen entsprechen.

Zusätzliche Lektüre und Referenzen

• Health and Safety Executive. (nd). Hand-Arm-Vibration (HAVS). Britische Regierung.
• Health and Safety Executive. (nd). Gesundheitsüberwachung für Hand-Arm-Vibrationen. Britische Regierung.
• Nationales Institut für Standards und Technologie. (nd). Akustische Messungen und Standards.
• Thermo Fisher Scientific. (nd). Instrumente zur Elektronenmikroskopie.
• Vine, DJ, McVitie, S., & MacLaren, DA (2014). Mechanische Vibrationen und ihre Auswirkungen auf die hochauflösende Rastertransmissionselektronenmikroskopie. Journal of Microscopy, 254 (2), 85–94.