WO2008043463A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung von substanzformulierungen -formulierungsstation - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formulierungsstation zur Herstellung von Substanzformulierungen. Die erfindungsgemäße Formulierungsstation umfaßt bevorzugt zumindest eine Dosierstation und zumindest eine Mischeinrichtung. Die Mischeinrichtung dient in einer bevorzugten Ausführungsform zum kontaktlosen Mischen von zumindest zwei Substanzen, wobei zumindest eine dieser zumindest zwei Substanzen eine erhöhte Viskosität aufweist oder fest ist. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Formulieren von zumindest zwei Substanzen, wobei zumindest eine dieser zumindest zwei Substanzen eine erhöhte Viskosität aufweist oder fest ist und der Schritt des Mischens kontaktlos, d.h. ohne Verwendung von Rührwerkzeugen, durchgeführt wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Substanzformulierungen -

Formulierungsstation

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formulierungsstation zur Herstellung von Substanzformulierungen. Die erfindungsgemäße Formulierungsstation umfaßt bevorzugt zumindest eine Dosierstation und zumindest eine Mischeinrichtung. Die Mischeinrichtung dient in einer bevorzugten Ausfuhrungsform zum kontaktlosen Mischen von zumindest zwei Substanzen, wobei zumindest eine dieser zumindest zwei Substanzen eine erhöhte Viskosität aufweist oder fest ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Formulieren von zumindest zwei Substanzen, wobei zumindest eine dieser zumindest zwei Substanzen eine erhöhte Viskosität aufweist oder fest ist und der Schritt des Mischens kontaktlos, d.h. ohne Verwendung von Rührwerkzeugen, durchgeführt wird.

Das Herstellen von neuen Materialien, insbesondere von Substanzformulierungen, sowie das Optimieren bereits bekannter Substanzformulierungen, die sich aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Substanzen zusammensetzen, ist in vielen Bereichen von großer wirtschaftlicher Bedeutung. In vielen Anwendungsbereichen, beispielsweise bei der Herstellung und Kosmetika, Pharmazeutika, Kunststoffen, Farbmischungen, Klebstoffen, Lebensmitteln etc., ist es erforderlich, dass eine gewünschte Substanzformulierung mittels geeigneter Dosier- und Mischverfahren aus einer großen Anzahl an unterschiedlichen flüssigen und gegebenenfalls auch festen Ausgangskomponenten mit hoher Präzision innerhalb sehr kurzer Zeit hergestellt, durchmischt und gegebenenfalls analysiert werden kann. Gerade bei der Verwendung einer Vielzahl von Substanzen und/oder der Herstellung/ Analyse einer Vielzahl von Substanzformulierungen ist es besonders vorteilhaft, wenn eine oder alle Einheiten der dazu verwendeten Vorrichtung automatisiert werden können.

Die unterschiedlichen flüssigen und gegebenenfalls zumindest zum Teil auch festen Substanzen, die zur Herstellung einer (komplexen) Substanzformulierung zu dosieren und gegebenenfalls zu mischen sind, weisen oftmals unterschiedliche Eigenschaften auf, insbesondere bezüglich ihrer Mischbarkeit, Dichte und Viskosität. Damit sind konventionelle Vorrichtungen und Verfahren zur Dosierung und zum Mischen von Flüssigkeiten mit geringer Viskosität, insbesondere mit der Viskosität von Wasser oder wässrigen Lösungen, nicht für das Herstellen solcher Substanzformulierungen angepasst, die zumindest eine Flüssigkeit mit erhöhter Viskosität und/oder zumindest eine feste Komponente aufweisen.

In der Praxis werden Formulierungen von Flüssigkeiten geringer Viskosität, insbesondere wenn diese gut miteinander mischbar sind, überhaupt keinem separaten Mischvorgang unterzogen, sondern schon beim Dosieren "gemischt". Somit eignen sich insbesondere konventionelle Pipettierautomaten nicht für das Dosieren und insbesondere nicht für das Mischen von Flüssigkeiten erhöhter Viskosität oder von Substanzen fester oder pastöser Konsistenz.

Formulierungsplattformen zum Herstellen von Substanzformulierungen sind beispielsweise aus der WO 2004/030819 bekannt. In dieser Druckschrift wird eine Arbeitsstation zur Handhabung von Chemikalien und Gefäßen beschrieben, welche eine Kombination einer Dosiervorrichtung für Feststoffe mit einer Dosiervorrichtung für Flüssigkeiten umfaßt. Die WO 2004/030819 stellt allerdings nicht dar, wie eine Formulierungsstation ausgestaltet werden kann, in welcher auch und gerade Substanzen mit erhöhter Viskosität in einem automatisierten Arbeitsablauf verarbeitet und insbesondere gemischt werden können. Eine Formulierungsplattform ist auch aus der DE 10 2006 006 288 bekannt. Die dort beschriebene Plattform umfaßt eine Dosierstation die es erlaubt, Flüssigkeiten mit erhöhter Viskosität zu dosieren, insbesondere Flüssigkeiten mit einer Viskosität die mehr als das Hundertfache der Viskosität von Wasser beträgt. Dabei weist die Dosierstation gemäß DE 10 2006 006 288 eine hohe Flexibilität bezüglich der Menge und/oder Art der zu dosierenden Substanzen auf und erlaubt es insbesondere, kombinatorisch eine Vielzahl verschiedener Substanzformulierungen bei hohem Durchsatz herzustellen. Allerdings erteilt diese Druckschrift keine Lehre wie eine Mischeinrichtung zum Formulieren von Substanzen mit einer erhöhten Viskosität in einen (automatisierten) Arbeitsablauf integriert werden kann.

In Bezug auf Mischeinrichtungen für das Formulieren von Flüssigkeiten mit er- höhter Viskosität ist als repräsentativer Stand der Technik die

DE 11 2004 001 671 T5 genannt. Dort wird eine Rühr/Entlüftungsvorrichtung beschrieben, die einen Behälter und ein durchzuknetendes Objekt enthält, wobei der Behälter gleichzeitig auf einer Umlaufbahn um ein Zentrum umläuft und um die eigene Achse rotiert. Die dort genannte Vorrichtung kann allerdings nicht in einen automatisierten Arbeitsablauf integriert werden, da beispielsweise der

Austausch des Misch-Behälters nur mechanisch per Hand erfolgen kann und überhaupt nicht in einem Formulierungsablauf eingebunden ist. Ein automatisiertes Einsetzen und Entnehmen von Proben ist allerdings essentiell für das kombinatorische Formulieren einer Vielzahl unterschiedlicher Proben.

Die vorliegende Erfindung vermeidet oder minimiert die Unzulänglichkeiten des vorstehend genannten Standes der Technik.

Eine der erfindungsgemäßen Aufgaben ist es, eine Formulierungsstation bereitzustellen, die teilweise beziehungsweise vollständig automatisch oder automatisiert betrieben werden kann. Gleichzeitig soll die Formulierungsstation eine hohe Flexibilität bezüglich der zu formulierenden Substanzen aufweisen.

Die Erfindung soll es auch ermöglichen, zumindest zwei verschiedene Substan- zen, gegebenenfalls in unterschiedlichen Mengenverhältnissen, so in zwei oder mehr verschiedene Probengefäße einzudosieren und/oder zu mischen, dass zumindest zwei oder mehr unterschiedliche Substanzen oder Substanzformulierungen parallel hergestellt oder verarbeitet werden können. Insbesondere sollen Dosieren und Mischen parallel erfolgen können.

Da aufgabengemäß eine Vielzahl von Substanzformulierungen hergestellt werden sollen, sollen möglichst wenige Reinigungsschritte notwendig sein, sowie ein möglichst schneller und automatisch steuerbarer Austausch von Komponenten, insbesondere von Probengefäßen, möglich sein.

Die erfindungsgemäße Formulierungsstation beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren sollen sich für die Hochdurchsatzformulierung von Flüssigkeiten mit erhöhter Viskosität eignen, d.h. ein möglichst schnelles Dosieren und Mischen von Flüssigkeiten mit erhöhter Viskosität ermöglichen, wobei die dabei hergestellten Mischungen möglichst homogen sein sollen.

Die hier genannten und weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgaben werden dadurch gelöst, dass eine Formulierungsstation zum Dosieren und Mischen von zumindest zwei Substanzen bereitgestellt wird, die bevorzugt modular aufgebaut ist und die zumindest die folgenden Einheiten umfaßt:

(i) zumindest eine Plattform, welche zumindest umfaßt:

(a) zumindest ein Modul mit zumindest zwei Vorratsgefäßen für zumindest zwei verschiedene Substanzen, sowie

(b) zumindest ein Modul mit zumindest einem Probengefäß zur Auf- nähme von zumindest zwei Substanzen, (ii) eine Dosierstation zum Dosieren von zumindest zwei Substanzen in zumindest ein Probengefaß,

(iii) eine Mischeinrichtung zum Mischen der zumindest zwei Substanzen in zumindest einem Probengefaß.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die erfindungsgemäße Formulierungsstation weiterhin zumindest eine der folgenden weiteren Einheiten:

(iv) zumindest eine Prozesskontrolleinheit zum Steuern und/oder Kontrollieren von zumindest einer der Einheiten (i) - (iii) oder (v), (vi) der Formulierungsstation,

(v) zumindest eine Beschichtungseinheit (2),

(vi) zumindest eine Analyseneinheit (3).

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung von Substanzformulierungen aus zumindest zwei Substanzen, wobei vorzugsweise die erfindungsgemäße Formulierungsstation zum Einsatz kommt. Das Verfahren umfaßt dabei bevorzugt (i) einen Designschritt, in welchem eine virtuelle An- Ordnung ^Bibliothek") der zu formulierenden Substanzformulierungen erstellt wird, welche dann, vorzugsweise unter Kontrolle einer Prozesskontrolleinheit, in einem (ii) Syntheseschritt umfassend zumindest einen Schritt des Dosierens und zumindest einen Schritt des Mischens physikalisch erzeugt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Schritt des Mischens im Syntheseschritt kontaktlos, d.h. ohne Verwendung von Rührwerkzeugen, durchgeführt wird. Vorzugsweise unterliegt dieser Schritt der Kontrolle und/oder Ansteuerung durch eine Prozesskontrolleinheit, die das automatisierte Austauschen von Probengefäßen ermöglicht. Der Begriff Rührwerkzeug, wie er im Sinn der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bezieht sich auf körperliche Mittel, die in ein Gefäß oder Behältnis, insbesondere in ein Probengefäß, eingeführt werden und die sich in direktem Kontakt mit der zu durchmischenden Formulierung befinden. Hierbei wird der Mischeffekt dadurch erzielt, dass Bewegungsenergie über körperliche Mittel auf die zu durchmischende Formulierung übertragen wird. Beispiele für derartige körperliche Mittel sind Magnetrührfische, die mittels magnetischem Rührmotor angetrieben werden, Rührspindeln oder Rotoren, die mit einem mechanischem oder elektrischem Antriebsmotor versehen sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Verfahrens werden vom Benutzer im Designschritt zunächst bestimmte Parameter vorgeben, die vorzugsweise die Art und/oder Menge der Substanzen betreffen, die in den Substanzformulierungen enthalten sein können oder sollen, oder die Anzahl an insgesamt herzustellenden Substanzformulierungen. Diese Parameter werden vorzugsweise in einer Datei der Prozesskontrolleinheit abgelegt.

In einer bevorzugten Ausführung kann die Prozesskontrolleinheit bezüglich der Substanzen auf Informationen zugreifen, die in dieser oder einer vom Benutzer bereitgestellten Datei abgelegt sind und vorzugsweise Angaben über die jeweiligen physikalischen oder chemischen Eigenschaften der ausgewählten Substanzen enthalten.

Ein solches virtuelles Design im Vorfeld der eigentlichen physikalischen Formulierung ist vorteilhaft, weil die Prozesskontrolleinheit hierdurch automatisch Randbedingungen für den eigentlichen Formulierungsschritt vorbestimmen und nicht praktikable Designs ausschließen kann, beispielsweise solche Formulierungsdesigns, die zu einer Viskosität oder Menge an Substanzformulierung führen würden, für welche die Vorrichtung nicht ausgelegt ist.

Die folgenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind bevorzugt: Bevorzugt ist ein Verfahren zum Herstellen zumindest einer Substanzformulierung aus zumindest zwei Substanzen, umfassend zumindest die beiden folgenden Schritte:

(a) einen Designschritt, in welchem eine virtuelle Anordnung der zu formulierenden Substanzformulierungen erstellt wird sowie hieran anschließend

(b) einem Syntheseschritt umfassend zumindest einen Schritt des Dosierens in einer Dosierstation und zumindest einen Schritt des Mischens in einer Mischeinrichtung, gemäß welchem die Substanzformulierungen physikalisch erzeugt werden,

wobei der Schritt des Mischens der zumindest zwei Substanzen kontaktlos, d.h. ohne Verwendung von Rührwerkzeugen, durchgeführt wird.

Dabei ist bevorzugt, dass die Schritte (a) und (b) unter Kontrolle oder Ansteuerung durch eine Prozesskontrolleinheit erfolgen, welche die

Informationen aus Schritt (a) im Schritt (b) an eine Dosierstation und eine Mischeinrichtung übergibt.

Weiter ist es bevorzugt, dass die Viskosität zumindest einer zu der dosierenden und zu mischenden Substanz höher ist als 5 mPa*s, vorzugsweise höher als 50 mPa-s.

Die erfindungsgemäße Formulierungsstation und das erfindungsgemäße Verfahren werden vorzugsweise zum Herstellen einer Vielzahl verschiedener Sub- Stanzformulierungen eingesetzt und dienen weiter vorzugsweise der Optimierung von Substanzformulierungen sowie dem Auffinden von neuen Substanzformulierungen mit gewünschten Zieleigenschaften oder mit neuen Eigenschaften. Die Formulierungsstation kann in Verbindung mit einer entsprechenden Software sowohl als Forschungsplattform betrieben werden, als auch als serielle Syntheseplattform. Gemäß der vorliegenden Erfindung soll zumindest eine Substanzformulierung aus zumindest zwei Substanzen erhalten werden. Eine Substanzformulierung wird auch als "Probe" bezeichnet, eine Substanz auch als "Komponente" (der Probe). Bezüglich der Natur der Substanzen bestehen keinerlei Beschränkungen solange das Probengefäß so gewählt ist, dass es die Substanzen aufnehmen und halten kann.

Kurze Beschreibung der Figuren:

Fig. 1 zeigt eine Formulierungsstation (1), die mit einer Dosierstation (01) mit acht Dosiermodulen (11), einer Waage (13) sowie mit einer Mischeinrichtung (04) ausgestattet ist. Zusätzlich verfugt die Einheit über ein Modul (05) für Probengefäße sowie eine Vorrichtung zum

Verschließen von (Proben-)Gefäßen (03). Die Probengefa^'ße werden mittels einer Einheit zum Positionieren (02) automatisch zu den einzelnen Punkten der Station transportiert.

Fig. 2 zeigt eine Beschichtungseinheit (2) mit einer Vorrichtung (06) zum Transfer von Flüssigkeit aus Probengefäßen sowie eine Substratbeschichtungsvorrichtung (75) und einen mit

Beschichtungsrakel (71) ausgestatteten Beschichtungsarm (07). Zusätzlich sind ein Vorratslager mit Substraten (72) und mit Austauschrakeln (73) sowie eine Reinigungsstation (74) vorgesehen.

Fig. 3a zeigt eine schematische Darstellung eines

Doppelrotationsmischers (3A) mit Pendelkippvorrichtung, bestehend aus Kipphalterung (44) und Pendelgewicht (46). In einer bevorzugten Ausführung wird die Rotation um die Gefaßachse mittels eines mit

Druckluft getriebenen Rotors (45) erreicht. Fig. 3b Schematische Darstellung eines Doppelrotationsmischers (3B) im Ruhezustand oder bei Rotation des Probengefäßes um dessen eigene Achse. Außerdem gezeigt sind Drehdurchführung (48), Druckluftleitung (49) und Bodenplatte (50).

Fig. 3c zeigt eine schematische Darstellung des Doppelrotationsmischers (3C) während der Rotation des Drehtellers um die Drehachse des Drehtellers. Dabei kann der Antrieb für die Rotation des Probengefäßes um seine eigene Achse an- oder abgeschaltet sein.

Außerdem gezeigt sind die Antriebswelle (51) für den Drehteller sowie der zugehörige Zahnriemen (52).

Fig. 4 Schematische Darstellung des Programmablaufs vom Bibliotheks- design zur Herstellung einer Substanzformulierung in Verbindung mit einem integrierten Softwaresystem.

Bezüglich der Plattform der Dosierstation bestehen keine Beschränkungen, außer dass zumindest ein Modul mit zumindest zwei Vorratsgefäßen auf bzw. in dieser vorliegen muss sowie zumindest ein Modul mit zumindest einem Probengefaß, vorzugsweise mit zumindest zwei Probengefäßen. Bevorzugt umfaßt die Plattform auch eine Verschlussvorrichtung (03) zum Verschließen von Gefäßen, vorzugsweise von Probengefäßen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Dosierstation (01) zumindest ein Dosiermodul (4).

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Dosierstation (01) zur Dosierung von Flüssigkeiten und pastenförmigen Substanzen eine Druckdosiervorrichtung, wie sie beispielsweise in der Anmeldung DE 10 2006 006 288.4 (mit Anmeldedatum vom 10.02.2006) beschrieben ist. Auf die entsprechenden Passagen der genannten Anmeldung wird in diesem Zusammenhang explizit verwiesen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Dosierstation (01) zu- mindest ein Dosiermodul umfassend zumindest einen Vorratsbehälter (11) mit zu dosierender Substanz, an den ein Dosierkopf (4) angeschlossen ist. Der Dosierkopf weist vorzugsweise ein mit Auslaufspitze versehenes Verschlussventil auf, das durch die Prozesskontrolleinheit in kontrollierter Weise geöffnet und geschlossen werden kann. Das Verschlussventil am Dosierkopf ist vorzugsweise ein Ventil, welches pneumatisch angesteuert wird. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich beim Verschlussventil um ein piezoelektrisch angesteuertes Ventil.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dosierstation (01) modular auf- gebaut und umfaßt zumindest zwei Dosiermodule, vorzugsweise zumindest zwei Druckdosiermodule, sowie zumindest eine Waage (13), vorzugsweise eine Präzisionswaage. Die Waage ist vorzugsweise so von der Mischeinrichtung entkoppelt, dass die Funktion der Waage nicht durch mögliche Vibrationen der Mischeinrichtung beeinträchtigt wird.

Vorzugsweise sind Mittel vorhanden, mit deren Hilfe die Dosiermodule beziehungsweise der Inhalt der Vorratsbehälter beheizt und/oder gerührt werden kann. Diese Beheizungs- und/oder Rührmittel (12) werden dann eingesetzt, wenn die Viskosität der zu dosierenden Substanzen bei Raumtemperatur zu hoch ist, um die Substanzen mittels Druckdosierung in Probengefäße zu transferieren. Durch das Rühren des Vorratsbehälters kann weiterhin verhindert werden, dass sich Teile der zu dosierenden Substanzen im Vorratsgefäß absetzen was beispielsweise bei Suspension oder Emulsionen möglich ist. Das Rühren führt somit zu einer Homogenisierung der zu dosierenden Substanzen beziehungsweise stellt sicher, dass diese im homogen Zustand verbleiben.. Es ist auch denkbar, die Dosiermodule zu kühlen, falls die zu dosierenden Substanzen bei Raumtemperatur unbeständig sein sollten.

In einer weiteren, bevorzugten Ausfuhrungsform verfügt die erfindungs gemäße Dosierstation über eine Sensoreinrichtung, mit Hilfe derer die Position und/oder Positionierung der Dosierköpfe bzw. Dosierspitzen absolut und/oder relativ zum Probengefäß und/oder zur Waage und/oder zu einem Abdeckgehäuse bestimmt werden kann. Bevorzugt kommuniziert die Sensoreinrichtung mit der zentralen Prozesskontrolleinheit, d.h. wird von dieser kontrolliert und/oder angesteuert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist es mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, auch Feststoffe in die Probengefäße einzudosieren. Diesbezüglich wird auf den entsprechenden Offenbarungsgehalt der WO 2004/030819 verwiesen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eignet sich die Dosierstation auch und gerade zur Dosierung von Substanzen erhöhter Viskosität. Die Viskositäten der zu dosierenden Substanzen liegen in einem Bereich von 0,5 bis 10.000 Pa^'s. Es ist hierbei nicht ausgeschlossen, Substanzen zu dosieren, deren Viskoität oberhalb von 10.000 Pa's liegt. Dabei ist es bevorzugt, dass zumindest eine der dosierten Substanzen eine Flüssigkeit mit erhöhter Viskosität ist. "Flüssigkeiten mit erhöhter Viskosität" im Sinne der vorliegenden Erfindung haben eine Viskosität, die höher ist als die Viskosität von Wasser (bei der jeweiligen Verarbeitungstemperatur), vorzugsweise höher als 5 mPa*s, weiter vorzugsweise höher als 50 mPa^«s, weiter vorzugsweise höher als 100 mPa-s, weiter bevorzugt höher als 500 mPa-s, weiter bevorzugt höher als 1 Pa*s. Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten, Dispersionen, Suspensionen, Öle, Schmierstoffe und Pasten sind dabei auch „Flüssigkeiten " im Sinne der vorliegenden Erfindung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegende Erfindung ist die Dosierstation auch und gerade zum Dosieren geringer Substanzmengen geeignet. Als "geringe Substanzmengen" gelten Mengen unter 1 g, vorzugsweise unter 0,5 g, weiter vorzugsweise unter 0,1 g, weiter vorzugsweise unter 0,01 g, weiter bevorzugt unter 1 mg.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform umfaßt die Mischeinrichtung (04) zumindest eine der folgenden Komponenten, die bevorzugt modular aufgebaut und somit unabhängig voneinander austausch- bzw. ersetzbar sind: (i) zumindest einen Mischer zum kontaktfreien Mischen zumindest zweier Substanzen und/oder (ii) zumindest eine GreifVorrichtung (02) zum Einsetzen und/oder Austauschen zumindest eines Probengefaßes, welches sich im Mischer befindet.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform umfaßt die Mischeinrichtung (04) der erfindungsgemäßen Formulierungsstation keine Rührwerkzeuge ("kontaktloses Mischen"). Dies ist insbesondere für das Verarbeiten von Flüssigkeiten erhöhter Viskosität und/oder von Feststoffen von technischer Relevanz, da hierdurch der Reinigungsschritt und/oder der Schritt des Austauschens von Rührwerkzeugen überflüssig wird, bzw. eine wechselseitige Verunreinigung von Substanzformulie- rungen vermieden wird. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von Rührwerkzeugen ist es, dass es beim Entfernen des Rührwerkzeugs oftmals zu einem unkontrollierten Substanzaustrag aus dem jeweiligen Probengefäß kommt. Dies kann insbesondere bei der Handhabung von sehr geringen Probenmengen zu Ungenauigkeiten führen, die üblicherweise dadurch kompensiert werden, dass die Substanzmengen erhöht werden. Desweiteren kann es vorkommen, dass bei der Entnahme des Rührwerkzeugs einzelne Komponenten der Substanzformulierung, die möglicherweise besser am Rührwerkzeug anhaften als andere, unbeabsichtigt aus der Substanzformulierung entfernt werden, wodurch die Zusammensetzung der Mischung geändert wird. Die Verwendung von größeren Probenmengen ist jedoch aus wirtschaftlicher Sicht nicht bevorzugt. Rührwerkzeuge haben den weiteren Nachteil, dass der Abrieb derselben, d.h. deren Verunreinigungen, in die Substanzformulierung gelangen können.

Die Möglichkeit, ohne Rührwerkzeuge zu mischen, ist vorliegend von besonderer Bedeutung, da dies ermöglicht, dass ein weitgehend automatisierter Arbeitsablauf erreicht werden kann, wie er insbesondere im Zusammenhang mit der kombinatorischen Formulierung einer Vielzahl von Substanzen angestrebt wird.

Entsprechend ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere dadurch gekenn- zeichnet, dass der Vorgang des Mischens von zumindest zwei Substanzen in einem Probengefaß kontaktlos, d.h. ohne Verwendung von Rührwerkzeugen, erfolgt.

Im Sinne der vorliegenden Formulierungsplattform und im Sinne des vorliegen- den Verfahrens ist es bevorzugt, dass durch zumindest eine Rotationsbewegung

Fliehkräfte auf die im Probenbehälter befindlichen zu mischenden Substanzen ausgeübt werden, so dass diese Substanzen durchmischt werden, vorzugsweise hin zur Homogenität. Entsprechend ist es in Bezug auf die erfindungsgemäße

Formulierungsstation bevorzugt, dass das Probengefäß in der Mischeinrichtung zumindest um eine Rotationsachse rotiert.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass hierzu zwei sich überlagernde Rotationsbewegungen um zwei voneinander verschiedene Rotationsmittelpunkte durchgeführt werden.

Weiter ist es bevorzugt, dass die Oberfläche der fluiden, viskosen oder flüssigen Substanzmischung im Probengefäß während des Mischvorgangs nicht parallel zur Horizontalen angeordnet ist, sondern in einem Winkel zwischen 0° und 90° hierzu, d.h. dass das Probengefäß gekippt ist. Der Winkel reicht dabei vor- zugsweise von 20° bis 60°, weiter vorzugsweise von 30° bis 50°. Weiter ist es bevorzugt, dass dieser Winkel stufenlos und automatisiert eingestellt und/oder kontrolliert wird, vorzugsweise von einer Prozesskontrolleinheit. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass dieser Winkel zum Zeitpunkt des Dosierens der Substanzen in das Probengefäß und/oder zum Zeitpunkt des Einsetzens und/oder des Herausnehmens des Probengefaßes in die/aus der Mischeinrichtung 0° beträgt oder so nahe an 0° liegt, dass ein automatisiertes Dosieren, Einsetzen oder Herausnehmen möglich oder befördert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausfϊihrungsform der Mischeinrichtung ohne Rühr- Werkzeuge ("kontaktloser Mischer") umfaßt diese ein Ausstellglied, auf welchem sich eine Halterung befindet, welche zumindest ein Probengefaß lösbar und automatisch steuerbar aufnehmen kann. Dabei ist es bevorzugt, dass das

Ausstellglied um eine Rotationsachse rotieren kann. Bezüglich der Ausgestaltung des Ausstellgliedes bestehen keine Beschränkungen, solange dieses die Rotation des Probengefäßes um eine Rotationsachse ermöglicht. Vorzugsweise ist das

Ausstellglied als Dreharm/Drehkreuz oder als Drehteller realisiert.

Weiter ist es bevorzugt, dass das Ausstellglied so eingerichtet ist, dass es die Halterung mit Probengefäß so kippen kann, dass die Oberfläche der fließfahigen Mischung im Probengefäß einen Winkel von 0° und 90°, vorzugsweise von 20°- 60°, weiter bevorzugt von 30°-50° gegen die Horizontale erreicht. Dieser Winkel wird vorzugsweise über die Prozesskontrolleinheit gesteuert, eingestellt und gegebenenfalls kontrolliert. Durch variables Einstellen dieses "Mischungswinkels" können mit der gleichen Formulierungsstation eine Vielzahl unterschiedlicher Substanzformulierungen in möglichst kurzer Zeit möglichst effektiv homogen gemischt werden. Dabei werden höher viskose, schlecht homogenisierbare Mischungen vorzugsweise bei größeren Winkeln gemischt (also unter dem Auftreten stärkerer Fliehkräfte) als geringviskose, gut mischbare Mischungen. Es ist bevorzugt, dass das Probengefäß während der Rotation um die große Drehachse eine gekippte Position aufweist, da hierdurch u.a. auch ein Austreten oder Anhaften von Substanzformulierung beziehungsweise von Bestandteilen der Substanzfoπnulierung im Bereich des Gefäßverschlusses vermieden wird. Die Auswahl des Kippwinkels richtet sich im Wesentlichen nach der jeweils gewählten Rotationsgeschwindigkeit für die große Drehachse. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform wird der Kippwinkel bei der jeweils gewählten Rotationsgeschwindigkeit, die in Umdrehungen pro Minute gegeben ist, automatisch von der Prozesskontrolleinheit vorgegeben.

Diesbezüglich ist es bevorzugt, dass die Rotationsachse des Ausstellgliedes, also die Achse, um welche das Ausstellglied rotiert, während des Kipp- Vorganges unverändert bleibt. In einer Ausführungsform ist das Ausstellglied ein zumindest zweigeteilter Dreharm, welcher mit einer gelenkartigen Einrichtung, vorzugsweise einem Gelenk, versehen ist, über welche dieser Winkel eingestellt werden kann.

Weiter bevorzugt rotiert zum Mischen das Probengefäß (mit den zumindest zwei zu mischenden Substanzen) zusätzlich zur Rotation des Ausstellgliedes um seine eigene Rotationsachse. Dabei ist die eigene Rotationsachse bevorzugt die Symmetrieachse des Probengefäßes, beispielsweise bei einem zylinderförmigen Probengefäß die Zylinderachse. Dies bedeutet vorzugsweise, dass das die zu mischenden Substanzen enthaltende Probengefäß beim Mischvorgang gleichzeitig sowohl um die Mittelachse des Probengefäßes rotiert als auch, vorzugsweise auf einer Kreisbahn oder einem Ellipsoid, um den Mittelpunkt bzw. Auflagepunkt, also die Rotationsachse des Ausstellgliedes ("Doppelrotation"). Ein solcher Mischer wird im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als Doppelrotationsmischer bezeichnet. Die beiden Rotationsrichtungen können gleich oder entgegengesetzt sein.

Dabei ist es bevorzugt, dass die Fläche, welche das Ausstellglied in einer

360° Rotation überstreicht, größer ist als die entsprechende Fläche, welche das rotierende Probengefäß während der gleichen Rotation überstreicht. Dabei liegt die Rotationsachse des Ausstellgliedes vorzugsweise außerhalb der Gefäßachse bzw. Symmetrieachse des Probengefäßes.

Zum Mischen ist es auch möglich, dass das Probengefäß gleichzeitig vor- bzw. nachgeschaltet einer Schüttelbewegung unterzogen wird, also einem in alle drei Raumwirkungen wirkenden Kraftvektor unterliegt.

Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die Rotationsgeschwindigkeiten der beiden Rotationen unabhängig voneinander eingestellt werden können sowie automatisch und zentral über die Prozesskontrolleinheit erfasst und/oder kontrolliert werden. Somit können mit der gleichen Formulierungsstation eine Vielzahl unterschiedlicher Substanzfoπnulierungen in möglichst kurzer Zeit möglichst effektiv homogen gemischt werden. Dies trägt zu einer besonders variablen Nutzung des Mischers beiträgt, da ein sehr breites Spektrum an zu durch- mischenden Komponenten in flexibler Weise mit dem gleichen Mischer durchmischt werden können. Insbesondere können auch sehr schwer mischbare Komponenten durch die Wahl von geeigneten Mischbedingungen innerhalb von kurzen Mischzeiten zu homogenen Pasten durchmischt beziehungsweise auch durchknetet werden.

In einer bevorzugten Ausführung rotiert das Probengefäß ("kleine" Rotationsachse) mit einer Umdrehungszahl von bis zu 5.000 min^"1, vorzugsweise von bis zu 3.000 min^"1, weiter vorzugsweise von bis zum 1.000 min^"1. Für die "große" Rotationsachse (Ausstellglied) sind bis zu 10.000 min^"1 bevorzugt, weiter bevorzugt bis 5.000 min^"1, besonders bevorzugt bis 2.000 min^"1. Die Umdrehungszahl der großen Achse ist bevorzugt größer als die Umdrehungszahl der kleinen.

Weiterhin vorteilhaft bei der Verwendung eines kontaktfreien Doppelrotations- mischers ist es auch, dass geringe Mengen an zu durchmischenden Komponenten äußerst effektiv miteinander durchmischt werden können. Die Anordnung Ausstellglied - Halterung - Probengefäß entspricht dabei vorzugsweise einer Anordnung, wie man sie in einer Zentrifuge findet. Entsprechend ist es weiter bevorzugt, dass Mittel bereitstellt, welche die während der Rotation eines Probengefäßes gegebenenfalls am Ausstellglied angreifende Unwucht vermindern oder verhindern. Hierzu kann auf der Gegenseite zum Probengefäß symmetrisch ein zweites Probengefäß vorgesehen sein. Es ist dabei bevorzugt, dass die Unwucht mit Hilfe eines über die Prozesskontrolleinheit zu steuernden bzw. einstellbaren Gegengewichtes ausgeglichen wird bzw. dass das gegenüberliegende Probengefäß genau so befällt ist, dass keine Unwucht auftritt, bzw. dass diese minimiert wird. Die Einstellung des Gegengewichtes kann bevorzugt über einen Servomotor oder einen Schrittmotor vorgenommen werden, wobei diese direkt oder über Sensoren in Verbindung mit der Prozesskontrolleinheit stehen.

Es ist weiter bevorzugt, dass der Mischer zumindest zwei Ausstellglieder (vorzugsweise Dreharme) umfaßt, welche unabhängig nebeneinander um die gleiche Rotationsachse rotieren und jeweils zumindest ein Probengefäß mit Halterung umfassen.

In einer bevorzugten Ausführungsform, die in den Figuren 3a — 3c illustriert ist, ist das Ausstellglied als Drehteller (41) realisiert, wobei sich vorzugsweise im Zentrum des Drehtellers die Rotationsachse (Drehachse) befindet. Dabei ist es bevorzugt, dass sich das Probengefäß (63') in einer Halterung (43) befindet, die mit einem Pendelgewicht (46) verbunden ist und an einer Kipphalterung (44) kippbar gelagert ist.

Hierdurch wird bewirkt, dass bei Stillstand des Drehtellers (siehe Figur 3b) das

Probengefäß senkrecht zur Horizontalen steht und einfach, vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines Greifers, aus der Halterung (43) entnommen bzw. in diese eingesetzt werden kann. In dieser Position hat die Oberfläche der Flüssigkeit im Probengefäß einen Winkel von 0° (± Toleranzen) gegen die Horizontale, ist also im wesentlichen parallel zur Horizontalen. Bei Rotation des Drehtellers dagegen (siehe Figuren 3a und 3c) treibt die Fliehkraft des Pendelgewichtes (46) nach außen und bewirkt ein Ankippen des Probengefäßes. Der Kippwinkel kann dabei durch die Rotationsgeschwindigkeit des Drehtellers eingestellt werden. Vorzugsweise erfolgt der Antrieb des Drehtellers (41) über die Antriebswelle (51) und den Zahnriemen (52).

In einer hierzu bevorzugten Ausführungsform wird das Probengefäß (63') in der Halterung (43) gleichzeitig mit der Rotation des Drehtellers durch einen mit

Druckluft betriebenen Rotor (45) um die eigene Gefäßachse gedreht. In einer weiteren hierzu bevorzugten Ausruhrungsform wird eine durch die Einheit (46)-

(45)-(44)-(43)-(63') gegebenenfalls bedingte Unwucht des Drehtellers durch ein verstellbares Ausgleichsgewicht (42) ausgeglichen. Zur Einstellung dient vorzugsweise eine Schiene (42') sowie ein von der Prozesskontrolleinheit ansteuerbarer Motor.

Die folgenden Ausgestaltungen der Mischeinrichtung (04) sind im Sinne der erfindungsgemäßen Formulierungsstation (1) bevorzugt:

Eine Formulierungsstation ist bevorzugt, in welcher das Probengefäß (63) in der Mischeinrichtung (04) um zumindest eine Rotationsachse rotiert, vorzugsweise um zwei Rotationsachsen, die voneinander verschieden sind.

Eine Formulierungsstation ist bevorzugt, in welcher die Mischeinrichtung zumindest ein Ausstellglied (41) umfaßt, auf welchem sich eine Halterung (43) befindet, welche zumindest ein Probengefäß (63) lösbar aufnehmen kann. Das Ausstellglied ist dabei vorzugsweise als Dreharm oder als Drehteller realisiert.

Weiter vorzugsweise ist das Ausstellglied (41) so eingerichtet, dass die Halterung (43) mit Probengefäß (63) kippbar ist, und zwar vorzugsweise so, dass die Oberfläche der fließfähigen Mischung im Probengefäß einen Winkel von 0° bis 60° gegen die Horizontale erreicht.

Weiter vorzugsweise sind das Ausstellglied (41) und die Halterung (43) so ausgestaltet, dass das Probengefäß (63) mit den zumindest zwei zu mischenden Substanzen sowohl um die Rotationsachse des Ausstellgliedes als auch um seine eigene Rotationsachse rotieren kann.

Weiter ist es bevorzugt, dass der Antrieb für eine Rotation um die Achse des Probengefäßes (63) sowie der Antrieb für eine Rotation um die Achse des Ausstellglieds unabhängig voneinander sind, und die beiden Rotationen unabhängig voneinander einstellbar sind, vorzugsweise automatisiert über die Prozesskontrolleinheit.

Zum Antrieb des Rotors der Zentrifuge, der Kippvorrichtung oder des Greifers können bevorzugt folgende Mittel eingesetzt werden: Pneumatikmotor, der je nach Auslegung mit und ohne Zahnriemen ausgestattet ist; Servomotoren, wobei der Servomotor mit Zahnriemen ausgelegt sein kann oder direkt angetrieben werden kann, d.h. einen Torquemotor darstellen kann.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Formulierungsstation beziehungsweise sind einzelne funktionelle Baugruppen der Formulierungsstation mit Sensoren ausgestattet, die eine genaue Positionserkennung des Drehtellers beziehungsweise des Ausstellglieds ermöglichen, die eine mögliche Unwucht des Gegengewichts zur Halterung auf dem Drehteller erkennen, die dann von der Prozesssteuerung automatisch korrigiert wird und/oder die die einzelnen Greifer überwachen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Transport eines jeden Objektes, insbesondere aber der Transport von Proben- gefäßen und/oder von Probenarrays von einer Einheit zum Positionieren bewirkt. Eine Einheit zum Positionieren ist vorzugsweise dazu geeignet, ein Objekt von einem Punkt im Raum zu einem anderen Punkt im Raum zu bewegen. Die Einheit zum Positionieren kann auch dazu geeignet sein, zwei oder mehr Positionier-Schritte gleichzeitig oder nacheinander durchzufuhren.

Eine Einheit zum Positionieren kann für Verschiebungen in zwei ("x-y-Positio- niereinheit") oder in drei ("x-y-z-Positioniereinheit") Raumrichtungen geeignet sein. Die Bewegungen der Einheit zum Positionieren können linear oder kreis- förmig sein, oder aus Sequenzen solcher Bewegungen zusammengesetzt sein.

Eine bevorzugte Einheit zum Positionieren ist eine Greifvorrichtung ("Greifer"), vorzugsweise ein Positionier-Roboter mit Greifarm (21). Weiter bevorzugt ist es, wenn die Einheit zum Positionieren einen Knickarm- oder einen Scara-Roboter mit Greifer umfasst. Der Greifer kann vorzugsweise elektrisch oder pneumatisch gesteuert werden.

Mit Hilfe der Greifvorrichtung können gleiche, aber auch unterschiedliche Probengefäße von deren Standplätzen, beispielsweise einer Waage oder einem Modul mit zumindest einem Probengefäß, bewegt werden. Die Greifvorrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsform auch dazu geeignet, Probengefäße in die Halterung der Mischeinrichtung einzuführen bzw. dort einzusetzen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Greifvorrichtung so ausgestaltet, dass diese sowohl bezüglich ihrer Form als auch bezüglich ihrer Größe unter- schiedliche Objekte, insbesondere unterschiedliche Dosiermodule und/oder unterschiedliche Probengefäße, handhaben kann. Gegebenenfalls kann es notwendig und/oder sinnvoll sein, den Greifer einer Greifvorrichtung zwischen zwei Operationen auszutauschen, beispielsweise beim Übergang von der Operation „Einsetzen eines besonders großen Dosiermoduls " auf einen vorbestimmten Platz zu „Austausch eines besonders kleinen Probengefäßes in der Mischeinrichtung" . Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform verfugt der Greifer über einer Positionserkennung, um feststellen zu können, wo sich ein bestimmtes Objekt, welches gegriffen werden soll, befindet, beispielsweise wo sich das auszutauschende Probengefäß befindet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient eine Greifvorrichtung (Greifer) auch als Halterung für das Probengefäß in der Mischeinrichtung. Dabei ist dieser Greifer vorzugsweise auf dem äußeren Ende, d.h. dem von der Rotationsachse entfernten Ende, des Ausstellgliedes (Dreharm oder Drehteller) angebracht und dient dazu, das Probengefäß während des Mischvorganges so zu fixieren, dass dieses um seine Achse und/oder um die Rotationsachse des Ausstellgliedes rotieren kann, sowie auch gekippt werden kann, gegebenenfalls in Winkeln 90°- 45° gegen die Horizontale (entsprechend einem Winkel von 0° - 45° der Flüssigkeitsoberfläche gegen die Horizontale) ein. Dieser Greifer (Halterung) ist vorzugsweise fest mit dem Ausstellglied verbunden und dient dazu, Probengefäße festzuhalten und dient vorzugsweise nicht dazu, Probengefäße (oder andere Objekte) durch den Raum zu bewegen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Grundfunktionalität eines Greifers (egal ob dieser zur Bewegung von Objekten durch den Raum dient oder zum Festhalten eines Probengefäßes) durch zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei oder vier vertikal positionierte Haltemittel bestimmt, die vorzugsweise durch pneumatische Krafteinwirkung ein Objekt einspannen. Als "Halte- mittel" kann jedes Mittel eingesetzt werden, welches eine Kraftwirkung auf das Objekt ausübt oder überträgt, so dass das Objekt so fest gegriffen wird, dass es in alle drei Raumrichtungen bewegt bzw. fest in einer vorbestimmten Stellung gehalten werden kann. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist das Haltemittel als Stift oder Backe ausgebildet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Greifervorrichtung vier Haltemittel aufweist, wobei jeweils zwei Haltemittel diametral gegenüberliegen und die Haltemittel konzentrisch aufeinander zu und/oder voneinander weg bewegbar sind.

Die Haltemittel werden vorzugsweise über zwei linear ausgerichtete Gleit- schienenpaare konzentrisch geführt und mittels zwei Verstellspindeln und Gewindebuchsen über einen elektrischen oder pneumatischen Antrieb verstellt. Dabei sind die beiden Paare von Gleitschienen vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet. Durch die Verstellung der Spindeln kann der Greiferradius der Stifte in einer bevorzugten Ausführungsform beliebig verstellt werden. Damit ist es möglich, auch unterschiedliche Probengefäße, auch während ein und desselben Arbeitsablaufes, in das System zu integrieren. Damit wird der übergeordneten Forderung nach größtmöglicher Flexibilität Genüge getan.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine pneumatische Einspannung ge- wählt, wodurch Gefäßgrößentoleranzen und/oder -asymmetrien kompensiert und eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Objekt und den Haltemitteln hergestellt wird. Für den (bevorzugten) Fall, dass die Haltemittel als Stifte oder Backen realisiert sind, sind die Stifte oder Backen mit einzelnen oder auch mit mehreren Nuten versehen, um eine formschlüssige Verbindung zu unterstützen.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Haltemittel so angeordnet, dass sie ein formkomplementäres Einspannen mit der Geometrie des einzuspannenden Objekts, insbesondere des Probengefäßes, gestatten.

Die Haltemittel sind vorzugsweise zumindest in dem Bereich, der zumindest teilweise mit einem Objekt, insbesondere dem Probengefäß, in Kontakt treten kann, mit einem die Haftreibung vergrößerndem Material ummantelt, um dadurch die Haltekraft zu verstärken.

In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt die Greifervorrichtung über einen Sensor, welcher den Einspannvorgang überwacht. Als ein solcher Sensor kann beispielsweise ein Näherungsschalter eingesetzt werden. Aufgabe der Sensoren ist es, bei Annäherung an ein Objekt auf einen bestimmten, vordefinierten Wert, ein Signal auszusenden, welches es ermöglicht, den Bewegungsvorgang abzubrechen, zu verlangsamen oder umzukehren. Mechanische, elektrische, magnetische, akustische, auf Ultraschall basierende, optische, IR-optische sowie weitere Sensoren sind zur Detektion einer Annäherung möglich.

Die Tatsache, dass die Mischeinrichtung gemäß vorliegender Erfindung aufgrund ihrer modularen Ausgestaltung weitgehend oder vollständig automatisiert werden und in eine computergesteuerte Formulierungsstation eingebunden werden kann, ermöglicht es, auch Substanzformulierungen nach komplexen Rezepturvorgaben anzufertigen. Diese komplexen Rezepturen enthalten beispielsweise Zwischen- mischschritte, denen weitere Dosierschritte und Mischschritte nachgeschaltet sind. Insbesondere ist es auch möglich, Dosier- und Mischvorgänge parallel durchzuführen.

Während der Herstellung aufeinanderfolgender Substanzformulierungen ist es möglich, dass die Art der Probenbehandlung inklusive der Wahl der Mischparameter zwischen aufeinander folgenden Proben in flexibler Weise innerhalb einer großen Variationsbreite geändert werden kann, wobei die einzelnen Behandlungsschritte von der Prozesskontrolleinheit aufgezeichnet und in strukturierter Form abgelegt beziehungsweise gespeichert werden. Hierbei ist es bevorzugt, dass die in strukturierter Form abgelegten Informationen als Datensätze in einer Datenbank abgelegt beziehungsweise gespeichert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Formulierungsstation eine Beschichtungseinheit (2) mit zumindest einer der folgenden Komponenten, die bevorzugt modular aufgebaut und somit unabhängig voneinander austausch- bzw. ersetzbar sind:

• Modul (62) zur Aufnahme von Probengefäßen (63) • Vorrichtung zum Transfer von Flüssigkeiten (06)

• Beschichtungsarm (07) mit Halterung für eine Beschichtungsrakel (71)

• Modul mit unbehandelten Substraten (72)

• Austauschstation (73) und Reinigungsstation(74) für Rakeln • Substratbeschichtungsvorrichtung (75)

• Ablageplätze für beschichtete Substrate (76).

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Formulierungsstation eine Analyseneinheit (3), vorzugsweise eine Farb-Analyseneinheit, mit zumindest einer der folgenden Komponenten, die bevorzugt modular aufgebaut und somit unabhängig voneinander austausch- bzw. ersetzbar sind:

• (Farb-)Messanalysator

• Robotervorrichtung

• Einrichtung zur Zufuhr von beschichteten Substraten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zentrale Prozesskontrolleinheit, den modularen Einheiten übergeordnet und umfaßt zumindest ein Mittel zur Datenverwaltung, zur Datenanalyse sowie zur Visualisierung von Messdaten.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erstellt die Prozesskontrolleinheit nach Vorgabe durch den Benutzer eine Bibliothek mit Substanzformulierungen unterschiedlicher Zusammensetzung, die aus vorgegebenen Komponenten/Substanzen herzustellen sind. Die Zusammen- Stellung der Bibliothek kann hierbei auf der zufälligen Auswahl von Komponenten und Mengen bestehen oder auf der Anwendung von systematischen Auswahlmethoden beruhen. Die Anwendung systematischer Auswahlmethoden zur Definition der herzustellenden Substanzformulierungen ist in der Regel bevorzugt, da hierdurch der experimentelle Parameterraum bei einer vorgegebenen Anzahl an herzustellenden Proben besser abgebildet werden kann als mittels zufällig ausgewählter Proben.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Designschritt vor dem tatsächlichen Formulieren eine virtuelle Bibliothek der gewünschten Substanzformulierungen erzeugt. Diese sind bevorzugt in einem (virtuellen) Array angeordnet, welches in der Realisierungsphase einem Substrat, beispielsweise einer Platte entspricht, auf welchem/welcher die verschiedenen Substanzformulierungen angeordnet sind (Probenarray). In Figur 4 wird diese virtuelle Bibliothek als "Auftragsbibliothek" bezeichnet.

Das im Rahmen des Designschritts des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene virtuelle Bibliotheksdesign wird in einer bevorzugten Ausführungsform im Anschluß an die Designphase von der Prozesskontrolleinheit übernommen und zur physikalischen Herstellung einer Vorlage mit Probenarrays an die Formulierungsstation weitergeleitet. Die Vorlage mit Probenarray stellt hierbei die physikalisch-gegenständliche Abbildung des virtuellen Bibliotheksdesign dar. Die Forrnulierungsplattform ist in der Lage, das vorgegebene Probenarray teilweise oder vollständig automatisch herzustellen, vorzugsweise gesteuert über die Prozesskontrolleinheit.

Ein Probengefäß gemäß der vorliegenden Erfindung ist dazu geeignet, zumindest eine der zudosierten Flüssigkeiten aufzunehmen. Das Probengefäß ist außerdem dazu geeignet, einen gegebenenfalls zu dosierenden Feststoff aufzunehmen. Be- züglich des Materials und der Ausgestaltung des Probengefäßes bestehen keine Beschränkungen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung müssen die Probengefäße insbesondere nicht alle von der gleichen Form sein, sondern es können vielmehr auch unterschiedlich ausgeformte oder verschieden große Probengefäße eingesetzt werden. Bezüglich des Materials, aus welchem das Probengefäß gefertigt ist, be- stehen keine Beschränkungen, solange das Material sowohl mit den zudosierten Substanzen chemisch und physikalisch verträglich ist, als auch insbesondere für die gegebenenfalls beim Mischen von zwei oder mehr Substanzen auftretenden chemischen Reaktionen oder Temperaturänderungen aufgrund freiwerdender Mischungsenthalpie geeignet ist.

Bevorzugt sind die Probengefäße auf einem Modul einer Plattform angeordnet. Dabei umfaßt das Modul bevorzugt zwei oder mehr Probengefäße. Liegt eine Vielzahl von Probengefäßen vor, so sind diese bevorzugt in einem Array, weiter bevorzugt in einer Matrix, angeordnet. Ein solches Array kann beispielsweise als Bündelgefäß oder Bündeleinsatz realisiert sein.

Individuelle Probengefäße - oder auch Probenarrays - werden bevorzugt über ein Identifikationsmittel — beispielsweise mittels Barcode oder Chipmarkierung - von der Prozesskontrolleinheit erfasst, und können somit zu jeder Zeit des Verfahrens identifiziert werden. Auch die Position des Ausstellgliedes und/oder des darauf befindlichen Probengefäßes ist bevorzugt identifizierbar, beispielsweise über eine vorbestimmte Stopp-Position.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, dass einzelne oder alle Probengefäße mit Verschlüssen verschlossen werden, um Änderungen der Zusammensetzung der Mischung auszuschließen, wie diese beispielsweise durch Verdunsten von leichtflüchtigen Substanzen oder durch die Aufnahme von Wasser im Falle hygroskopischer Substanzen auftreten können. Dies geschieht vorzugsweise in einer zur Formulierungsstation gehörenden Vorrichtung zum Verschließen von Gefäßen (03) ("capping unit").

Bei der Auslegung der Gefäßverschlüsse zur Entnahme von Substanzen oder Substanzformulierungen aus geschlossenen Gefäßen besteht - je nach Art der Anwendung - die Möglichkeit einer Verwendung von wiederverschließbaren Gefäßverschlüssen. In einer alternativen Ausführungsform können die Gefäße auch mit Verschlüssen versehen sein, die jeweils ein Septum enthalten oder umfassen, welches mit geeigneten Hohlnadeln zur Probenentnahme oder Probendosierung durchstochen werden kann. Geeignet Septen können beispielsweise aus Silikon, Kautschuk oder anderen Elastomeren bestehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform verfugt die Formulierungsstation über Mittel zur Überwachung des Herstellungsprozesses jeder einzelnen Substanzformulierung. Durch diese bevorzugt auf jede einzelne Substanzformulierung bezogene Überwachung ist es beispielsweise in einem bevorzugten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, Mischzeiten zu verändern, falls die Substanzformulierung nach dem Durchlauf eines Mischprozesses nicht die erforder- liehe Mindesthomogenität aufweisen sollte. Diese Mittel zur Überwachung sind bevorzugt in die Prozesskontrolleinheit eingebunden oder mit dieser verbunden. Als Mittel zur Überwachung kann beispielsweise eine Videokamera dienen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegende Erfindung können die Substanzen und/oder die Substanzformulierungen während der Lagerung und/oder während des bzw. nach dem des Mischvorgangs temperiert werden, d.h. es sind Mittel zur Temperaturkontrolle (Erwärmung oder Kühlung) der Probengefäße und/oder der Vorratsgefäße vorhanden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Temperatur oder die Heiz/Kühlleistung ein Parameter, der von der Prozesskontrolleinheit aufgenommen und in einer Datei in Verbindung mit der behandelten Probe abgelegt werden kann.

Mittels der erfϊndungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es insbesondere möglich, Substanzformulierungen herzustellen, die eine geringe Probenmenge aufweisen. In der Regel liegt die Gesamtmenge für eine einzelne herzustellende Substanzformulierung, unterhalb von 250 g. Bevorzugt ist es, wenn die einzelne Substanzformulierung in einer Menge hergestellt wird, die kleiner als 100 g und - weiter bevorzugt - kleiner als 50 g ist. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass jede einzelne Substanzformulierung eine Gesamtmenge aufweist, die kleiner als 10 g ist. Die Herstellung dieser nur geringe Probenmengen umfassenden Substanzformulierungen ist dabei gleichzeitig gut reproduzierbar, so dass die einzelnen Substanzformulierungen als repräsentativ für die vorgegebene Zusammensetzung anzusehen sind. Folglich kann die Zahl der Wiederholungsexperimente auf ein Minimum reduziert werden. Einer der wesentlichen Vorteile bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der erfindungsgemäßen Apparatur ist die hohe Reproduzierbarkeit, mit welcher die Proben hergestellt werden können. Gleichzeitig ist das Herstellungsverfahren der unterschiedlichen Substanzformulierungen zeitsparend.

In einer weiter bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die Substanzformulierungen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens dosiert und abgemischt werden, nach der Formulierung einer Analyse unterzogen. Die Analyse kann beispielsweise darin bestehen, dass die Substanzformulierung zu- nächst für die analytische Charakterisierung vorbereitet wird und anschließend einer Charakterisierung unterzogen wird. Vorzugsweise besteht die Vorbereitung der analytischen Charakterisierung im Falle von Farbmischungen darin, dass ein Substrat mit der Probe beziehungsweise einem Teil der Probe beschichtet wird und diese beschichtete Probe in der Beschichtungseinheit (2) einer Farbanalyse in der Analyseeinheit (3) unterzogen wird. Die Probenvorbereitung und Probencharakterisierung werden dabei vorzugsweise von der Programmsteuerung vorgenommen und die Charakterisierungsdaten werden in der gleichen Datei gespeichert, in welcher auch die anderen Angaben zur Probe (Substanzformulierung) abgespeichert sind.

In einer weiter bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die Probengefäße automatisch von einer mit Greifarm versehenen Einheit zum Positionieren zu den jeweiligen Manipulationspunkten der jeweiligen Einheit befördert. Im Fall, dass die Formulierungsstation aus mehreren Einheiten - beispielsweise Dosier- und Mischeinheit (1), Beschichtungseinheit (2) und Analyseneinheit (3) - aufgebaut ist, können die unterschiedlichen Einheiten (physikalisch) miteinander zu einer einzigen Vorrichtung verbunden sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass die einzelnen Einheiten nicht direkt miteinander in Verbindung stehen, wobei sie trotzdem an die gleiche Prozesskontrolleinheit angeschlossen sind und von dieser kontrolliert werden. Die Auslegung der Transfermechanik und Greifvorrichtungen richtet sich insbesondere auch nach der räumlichen Anordnung der einzelnen Einheiten zueinander. Es ist daher bevorzugt, dass ein einzelner Roboterarm die Transferaufgaben von mehreren Einheiten der Formulierungsplattform übernimmt, oder aber, dass jede einzelne Einheit eine separate Transfervorrichtung aufweist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Formulierungsstation insbesondere auch dafür eingesetzt werden, die Substanzformulierungen mit hoher Geschwindigkeit herzustellen, um so einen besonders hohen Durchsatz an Proben zu erzielen, was auch einen wesentlichen Vorteil für die Durchführung von kombi- natorischer Materialforschung darstellt.

Falls die Formulierungs Station mit einer Analyseneinheit ausgestattet ist, dann werden die bei der Analyse erhaltenen Messdaten in Verbindung mit der jeweiligen Probe vorzugsweise in einer Datei abgespeichert. Die abgespeicherten Messdaten werden in der Regel weiteren Analyse und Auswerteschritten unterzogen, wobei die Ergebnisse der Messdaten sowie die Ergebnisse der Analyse und Auswerteschritte vorzugsweise auf einem Monitor graphisch sichtbar gemacht werden. Falls sich die durchgeführte Analyse auf Zieleigenschaften der Substanzformulierungen bezieht, dann sucht das Programm nach den relativen und/oder absoluten Werten, welche die verbesserten Eigenschaften zeigen. Hierdurch ist das Programm in der Lage, die Informationen über verbesserte Eigenschaften in Verbindung mit spezifischen Formulierungsparametern und/oder Prozessparametern in die Designphase beim Entwurf der nachfolgenden Bibliotheksgeneration zu übernehmen, so dass der gesamte Formulierungsprozess in einem iterativem Optimierungsprozess vorgenommen werden kann. In der Datei werden die erzielten Messwerte und Eigenschaften der Proben abgelegt, wobei die Prozesskontrolleinheit in der Lage ist, derartige Probeninformationen für die Designphase von neuen (insbesondere von optimierten) Bibliotheken zu verwerten.

In Verbindung mit jeder real hergestellten Probe ist vorzugsweise eine Datei vorhanden, anhand derer die real hergestellte Probe vollumfänglich beschrieben werden kann. Eventuelle Wiederholungen von Messungen an bereits zuvor hergestellten Proben können dabei in Verbindung mit einer Charakterisierung der Standzeiten der Proben verwendet werden.

Beispiel

Im folgenden wird ein möglicher Arbeitsablauf, der zur Herstellung von Substanzformulierungen gewählt wird, näher beschrieben. Das hier dargestellte Beispiel betrifft das Auffinden einer Substanzformulierung zur Beschichtung von Oberflächen. Die Substanzformulierung soll acht unterschiedliche Einzelkomponenten enthalten, wobei diejenige Formulierung aufgefunden werden soll, die bestimmte Eigenschaften aufweist, wobei unter anderem auch die optischen Eigenschaften einen Zielparameter darstellen, der bestimmte bevorzugte Eigenschaften aufweisen soll. Das Verfahren des Auffindens kann auch iterativ durchgeführt werden, wobei zunächst ein Durchlauf erfolgt, bei dem eine bestimmte Serie von Substanzformulierungen hergestellt und untersucht wird. Anhand des Untersuchungsergebnisses wird dann im Anschluss eine zweite Serie von Substanzformulierungen entworfen und erzeugt, die zur Untersuchung derjenigen Formulierungsbereiche genutzt wird, in denen verbesserte Eigenschaften im ersten Durchlauf aufgefunden wurden.

Die Gesamtzahl an Substanzformulierungen, die in einem Verfahrensdurchlauf herzustellen sind, kann vom Benutzer vorgegeben werden, wobei jedoch auch in der Programmsteuerung Auswahlmöglichkeiten vorgegeben sind, durch die Auswahl unterstützt wird beziehungsweise auch vollständig vom Programm getroffen wird. Die Anzahl der herzustellenden Proben hängt von der Zahl der Komponenten ab, die die Substanzformulierung enthalten soll. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein bestimmtes experimentelles Design vom Benutzer oder durch das Programm vorgegeben, das dann in eine Rezeptdatei übersetzt wird, die wiederum als Auftragsbibliothek - in Aufträge umgewandelt - an die einzelnen Systemkomponenten der Formulierungsplattform weitergeleitet wird. Ein Schema des Verfahrensablaufs ist in Figur 4 dargestellt.

Die Abarbeitung des Auftrages erfolgt durch die einzelnen Systemkomponenten - bevorzugter Weise vollautomatisch, d.h. ohne Eingriffe von außen. Die einzelnen Probengefäße werden vom Vorratsständer ausgehend einer Registrierung unterzogen und anschließend zur Waage transferiert, wo diese mittels den in der jeweiligen Rezeptdatei vorgesehenen Mengen an Substanzkomponenten befüllt werden. Das mit den Substanzkomponenten befüllte Probengefäß Befüllung wird mit einem Verschluss verschlossen und von der Greifvorrichtung in die Halterung der Zentrifuge eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Halterung der Zentrifuge, die der Aufnahme des Probengefäßes dient, immer an der gleichen Position.

Anschließend wird das in der Halterung der Zentrifuge fixierte Probengefäß einem Mischprozess unterzogen, der durch die Programmsteuerung vorgegeben wird. Im Fall des vorliegenden Beispiels besteht der Mischprozess darin, dass das Probengefäß mit Umdrehungszahlen von 2000 min^"1 bezüglich der großen Drehachse und mit 1000 min^"1 bezüglich der kleinen Umdrehungsachse für eine Zeitdauer von 90 Sekunden gedreht wird. Die Zeitdauer zum Erreichen der Rotationsgeschwindigkeit beziehungsweise Umdrehungszahl von 2000 min^'1 und zum Abbremsen beträgt für die große Achse jeweils 30 Sekunden. Die Gesamtdauer des verwendeten Mischprozesses beträgt daher 150 Sekunden. Während ein einzelnes Probengefaß in der Zentrifuge einem Mischprozess unterzogen wird, werden gleichzeitig andere Probengefäße an anderen Stellen der Arbeitsstation der Registrierung unterzogen oder mit Substanzformulierungen befüllt, wodurch es möglich ist, mehrere Probengefäße gleichzeitig zu handhaben.

In dem vorliegenden Beispiel ist die Formulierungsstation mit einem Doppelrotationsmischer ausgestattet der eine Halterung für jeweils ein Probengefäß aufweist, so dass innerhalb des Betriebszeit von 12,5 Stunden insgesamt 256 unterschiedliche Substanzformulierungen eindosiert, abgemischt und einem optischen Charakterisierungstest unterzogen werden konnten.

Bezugszeichenliste:

1 - Formulierungsstation

2 - Beschichtungseinheit 3 - Analyseneinheit

4 - Dosierkopf

01 - Dosierstation

11 - Vorratsgefäß des Dosiermoduls

12 - Beheizungs- und/oder Rührmittel 13 - Waage

02 - Einheit zum Positionieren 21 Greifarm

03 - Vorrichtung zum Verschließen von Gefäßen 31 - Probenschlitten mit Gefäßen 04 - Mischeinrichtung

05 - Modul mit zumindest einem Probenaufnahmegefäß

06 - Vorrichtung zum Transfer von Flüssigkeiten

41 - Drehteller

42 - verstellbares Ausgleichsgewicht 42' - Schiene

43 - Halterung für das Probengefäß

44 - Kipphalterung

45 - Druckluftrotor (zur Rotation um die Gefäßachse)

46 - Pendelgewicht 48 - Drehdurchführung

49 - Druckluftleitung

50 - Bodenplatte

51 - Antriebswelle für Drehteller

52 - Zahnriemen 61 - Ansaugspitzen zum Transfer von Flüssigkeiten

62 - Modul zur Aufnahme von Probengefäßen 63 Probengefäße (bzw. 63': einzelnes Probengefäß)

07 Beschichtungsarm

71 Beschichtungsrakel

72 (unbehandelte) Substrate

73 Austauschstation

74 Reinigungsstation

75 Substratbeschichtungsvorrichtung

76 Ablagefeld für beschichtete Substrate

81 Drucklufteingang

82 Auslass für zu dosierende Substanz

83 Regel- bzw. Stellglied zur Einstellung des Leitungsquerschnitts

84 Verschlusskolben

85 Einlass für zu dosierende Substanzkomponente

86 Druckluftbetriebener Kolben

3A Doppelrotationsmischer

3B Doppelrotationsmischer

3C Doppelrotationsmischer

Claims

Patentansprüche

1. Formulierungsstation (1) zum Dosieren und Mischen von zumindest zwei Substanzen, wobei die Formulierungsstation zumindest die folgenden Einheiten umfaßt:

(i) zumindest eine Plattform, welche zumindest umfaßt:

(a) zumindest ein Modul mit zumindest zwei Vorratsgefäßen für zu- mindest zwei verschiedene Substanzen, sowie

(b) zumindest ein Modul (05) mit zumindest einem Probengefäß (63) zur Aufnahme von zumindest zwei Substanzen,

(ii) eine Dosierstation (01) zum Dosieren von zumindest zwei Substanzen in zumindest ein Probengefäß (63),

(iii) eine Mischeinrichtung (04) zum Mischen der zumindest zwei Substanzen in zumindest einem Probengefäß (63),

dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (04) zumindest einen Mischer zum kontaktfreien Mischen zumindest zweier Substanzen umfaßt, d.h. zum Mischen ohne Verwendung von Rührwerkzeugen.

2. Formulierungs Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (04) zusätzlich zumindest eine Greifvorrichtung (02) zum Einsetzen und/oder Austauschen zumindest eines Probengefäßes in und/oder aus der Mischeinrichtung umfaßt.

3. Formulierungsstation nach Anspruch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Probengefäß (63) in der Mischeinrichtung (04) zumindest um eine Rotationsachse rotiert, vorzugsweise um zwei Rotationsachsen, die voneinander verschieden sind.

4. Formulierungsstation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung zumindest ein Ausstellglied (41) umfaßt, auf welchem sich eine Halterung befindet (43), welche zumindest ein Probengefäß (63) lösbar aufnehmen kann.

5. Formulierungsstation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstellglied als Dreharm/Drehkreuz oder als Drehteller realisiert ist.

6. Formulierungsstation nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstellglied (41) so eingerichtet ist, dass die Halterung (43) mit Probengefäß (63) kippbar ist, und zwar vorzugsweise so, dass die Oberfläche der fließfähigen Mischung im Probengefäß einen Winkel von 0° bis 60° gegen die Horizontale erreicht.

7. Formulierungsstation nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstellglied (41) und die Halterung (43) so ausgestaltet sind, dass das Probengefäß (63) mit den zumindest zwei zu mischenden Substanzen sowohl um die Rotationsachse des Ausstellgliedes als auch um seine eigene Rotationsachse rotieren kann.

8. Formulierungsstation nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb für eine Rotation um die Achse des Probengefäßes (63) sowie der

Antrieb um die Achse für eine Rotation um das Ausstellglied unabhängig voneinander sind und beiden Rotationen unabhängig voneinander einstellbar sind, vorzugsweise automatisiert über die Prozesskontrolleinheit.

9. Formulierungsstation nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zumindest eine der folgenden weiteren Einheiten enthält:

(iv) zumindest eine Prozesskontrolleinheit zum Steuern und/oder Kontrollieren von zumindest einer der Einheiten (i) - (iii) oder (v),

(vi) der Formulierungsstation,

(v) zumindest eine Beschichtungseinheit (2),

(vi) zumindest eine Analyseneinheit (3).

10. Verfahren zum Herstellen von zumindest zwei Substanzformulierungen aus zumindest zwei Substanzen, umfassend zumindest die beiden folgenden Schritte:

(a) einen Designschritt, in welchem eine virtuelle Anordnung der zu formulierenden Substanzformulierungen erstellt wird, sowie hieran anschließend

(b) einem Syntheseschritt umfassend zumindest einen Schritt des Dosierens in einer Dosierstation und zumindest einen Schritt des Mischens in einer Mischeinrichtung, gemäß welchem die Substanzformulierungen physikalisch erzeugt werden,

dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Mischens der zumindest zwei Substanzen kontaktlos, d.h. ohne Verwendung von Rührwerkzeugen, durchgeführt wird.

1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass die Schritte (a) und (b) unter Kontrolle oder Ansteuerung durch eine Prozesskontrolleinheit erfolgen, welche die Informationen aus Schritt (a) in Schritt (b) an eine Dosierstation und eine Mischeinrichtung übergibt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität zumindest einer zu der dosierenden und zu mischenden Substanz höher ist als 5 mPa*s, vorzugsweise höher als 50 mPa*s.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 -12, dadurch gekennzeichnet, dass durch zumindest eine Rotationsbewegung Fliehkräfte auf die im Probengefäß befindlichen zu mischenden Substanzen ausgeübt werden, so dass diese Substanzen durchmischt werden.