ROBOTIK UND PRODUKTION TITELSTORY: Mechatronische Greifer für das Nest-Handling
Sicherer Griff im Reinraum
Auch im Bereich der pharmazeutischen Industrie setzt sich der Trend zu Individualisierung und Personalisierung immer mehr durch. Abfüll- und Verpackungslösungen müssen schneller und flexibler werden. Eine reinraumtaugliche Greiferlösung zum roboterbasierten Handling ist in der Lage, bis zu 60 Tubs pro Stunde inklusive 100-prozentiger In-Prozess-Kontrolle zu handhaben.
Das neue Maschinenmodul des flexiblen Produktionssystems VarioSys dient dem vollautomatischen Öffnen von Tubs und zum Denesten von RTU-Vials. (Bild: Zimmer GmbH)
Der Trend zu Individualisierung und Personalisierung von Massenprodukten entwickelt sich rasant. Wie bereits in der Automobil- und Lebensmittelherstellung ist dieser Trend nun auch im Bereich der pharmazeutischen Industrie zu beobachten. Die Branche setzt bei der Suche nach Alternativen zu Massenprodukten zunehmend auf Individualisierung. So werden auch die Abfüll- und Verpackungslösungen immer schneller und flexibler. Kleine Chargen, schnelle Produktwechsel und individualisierte Lösungen: Mehr Automation, weniger Benutzereingriffe und höhere Verfügbarkeit sind gefordert. Und natürlich soll die Technologie der Zukunft in der Lage sein, sich selbstständig an ändernde Anforderungen anzupassen. Angesichts von immer knapper werdenden Platzverhältnissen in der Produktion, hoher Lohnkosten, einem Mangel an Fachpersonal und vor allem der Sicherheit der Bediener und des gesamten Prozesses, hat der Maschinenhersteller Bausch+Ströbel den Trend zu mehr Automation und Individualisierung mit dem flexiblen Produktionssystem VarioSys aufgegriffen: Mit diesem modularen und aseptischen Produktionssystem wird das Befüllen und Verschließen von Ampullen, Spritzen und Vials vollständig automatisiert und das flexibel und für kleine Füllmengen. Dabei kombiniert VarioSys einen standardisierten Reinraumisolator mit einem austauschbaren Maschinenmodul.
Der Einsatz im Reinraum schließt den Einsatz von pneumatischen Greifern aus. Daher setzte Zimmer auf eine rein mechatronische Lösung. (Bild: Zimmer GmbH)
Maschinenmodul mit neuen Funktionen
Abfüll- und Verpackungsprozesse sind das Spezialgebiet der Bausch+Ströbel Maschinenfabrik Ilshofen (B+S). Das Unternehmen ist ein erfahrener und kompetenter Partner für die pharmazeutische Industrie. Auf den Abfüll- und Verpackungsanlagen des Unternehmens werden weltweit hochwertige flüssige und pulverförmige Arzneimittel, Spritzen, Vials, Karpulen oder Ampullen verarbeitet – angefangen mit der Objektreinigung und Sterilisierung bis hin zum Etikettieren oder der Spritzenmontage. Neben Entwicklung, Konstruktion und Bau der speziell auf die Bedürfnisse der Kunden abgestimmten Anlagen, bietet Bausch+Ströbel eine große Bandbreite an Dienstleistungen an – als kompetenter Partner für eine sichere und kontinuierliche Produktion beim Kunden. Vor Kurzem wurde das VarioSys-System von B+S um ein neues Maschinenmodul (DDM 9105) mit neuen Funktionen erweitert. Es erlaubt nun ein vollautomatisches Öffnen von Tubs und ermöglicht es, RTU (Ready to use)-Vials im Nest (eine spezielle Verpackungseinheit) vollautomatisch zu öffnen, zu denesten, zu füllen und zu magazinieren. Die Deckfolie der Tubs wird mit Hilfe eines thermischen Verfahrens gelöst. Hierfür werden sie von einem Reinraumroboter bzw. Greifer in die entsprechenden Positionen transportiert. Nach dem Öffnen entnimmt ein zweiter Greifer die RTU-Vials aus dem Nest und gibt diese an das nächste Modul zur Weiterverarbeitung im Bulk. Bei einer Weiterverarbeitung der RTU-Objekte im Nest, wird das Tub nach dem Öffnen auf eine Transportbahn zur Überleitung gestellt.
Die elektrischen Greifer verfügen neben einem großen Hub über einen Servoantrieb mit integriertem Controller. (Bild: Zimmer GmbH)
Greifer für das Nest-Handling
Für das Nest- und Tub-Handling dieser speziellen Anwendung entschied sich B+S für eine Zusammenarbeit mit Zimmer. Neben einem perfekten Zusammenspiel mit dem Roboter, bestand eine große Herausforderung für den Greiferspezialisten aus dem badischen Rheinau darin, dass die Greifer in einer Reinraumanlage eingesetzt werden. Dies schloss von vorneherein den Einsatz von pneumatischen Greifern – allein aus Platzgründen wegen der Kabel und Abluft – aus. Daher entschloss man sich relativ schnell für eine rein mechatronische Greiferlösung. Aufgrund der erwähnten Reinraumproblematik mussten die Greifer, da sie mit Spritzen und Vials bzw. mit dem Nest direkt in Berührung kommen können, auf die Vorgaben der technischen Sauberkeit besonders Rücksicht nehmen. Handelsübliche Greifer sind vor einer Partikelübertragung und unliebsamer Partikelverschleppung nicht gefeit. Auch durch einen Kontaktabrieb beim Greifer selbst können lästige Fremdkörper entstehen. Für Konstrukteure sauberkeitssensibler Anlagen stellen sie daher eine besondere Herausforderung dar. Als eine der ersten Konstruktionsmaßnahmen von B+S wurden deshalb zur Vermeidung von Partikeleintrag in den Prozess gut abnehmbare und abgedichtete Einhausungen bzw. Ummantelungen mit geschlossener Oberfläche für die Greifer gewählt. Von entscheidender Bedeutung war für B+S auch die Flexibilität der Greifer, da die Anlage selbst auch sehr adaptiv bzw. modular aufgebaut ist und die Verpackungsgrößen jederzeit variieren können. So wurden mit dem GEH6180IL und dem GEH6040IL die zwei am besten passenden Greifer für die jeweilige Tätigkeit aus dem Portfolio von Zimmer ausgewählt: Beide elektrischen Greifer verfügen neben einem großen Hub über einen Servoantrieb mit integriertem Controller. Die bürstenlose Antriebstechnik beinhaltet neben einer individuellen Krafteinstellung noch zusätzlich eine Positions- und Geschwindigkeitsregelung. Auch die Sicherheit der Anlage sollte kein zu vernachlässigender Aspekt sein, da meist mit zerbrechlichem Glas und Kunststoff gearbeitet wird. So haben die Greifer auch eine mechanische Selbsthemmung, die das Herunterfallen eines Vials selbst bei einem Stromausfall verhindert. Dass die Zimmer Group in der Lage war, auch auf notwendige Modifikationen (z.B. einen seitlichen Anschluss mittels Einbausteckverbinder beim GEH6180IL) innerhalb kürzester Zeit zu reagieren, kam B+S sehr entgegen. Ebenso die Tatsache, dass die Greifer nur über einen einzigen Kabelabgang verfügen – das stellte bei den sehr beengten Platzverhältnissen im Reinraum einen großen Vorteil dar. Die Ausrüstung mit IO-Link erleichterte darüber hinaus das Auslesen von spezifischen Daten, z.B. Temperaturmessung, Position oder die Zyklusanzahl.
Klaus Tritt, technische Beratung und Verkauf bei der Zimmer Group, und Lukas Bindewald, Produktmanager VarioSys, Bausch+Ströbel, vor dem Maschinenmodul DDM 9105. (Bild: Zimmer GmbH)
Keine manuelle Handhabung mehr
Noch bis vor wenigen Jahren wurden das Öffnen und Denesten von Tubs manuell gehandhabt. So wurde früher eigens ein Bediener für den Reinraum beschäftigt, der das Nest- und Tub-Handling über zwei Handschuheingriffe im Modul durchführte. Heute kann dieser Fertigungsschritt mit Hilfe der zwei Roboter und deren Greifer mit 100-prozentiger In-Prozess-Kontrolle bei voller Maschinenausbringung (bis zu 60 Tubs pro Stunde) gehandhabt werden. Durch die Vollautomatisierung kann nun neben einer Kosteneinsparung durch geringeren Personalaufwand, vor allem die Prozesssicherheit erhöht werden. „Besonders die einfache Parametrisierung und die vielen Zusatzfeatures der GEH-Greifer konnten uns überzeugen“, so Philip Messerschmidt und Andreas Höppel, Entwickler bei Bausch+Ströbel. „Der rege und offene Austausch zwischen den Experten von Zimmer und unserem Team prägte die sehr gute Zusammenarbeit und bestätigte die Entscheidung für den Einsatz der Zimmer-Greifer“, fügt Lukas Bindewald, Produktmanager bei B+S, hinzu. Das führte dazu, dass für die Zukunft bereits neue potenzielle Projekte diskutiert werden.
Bei Bausch+Ströbel ist der GEH6000IL-Greifer von Zimmer im Einsatz. Zimmer GmbH)
