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Rationelle Fertigung von Klinik-Einmal-Saugern:


Vollautomatisch in der Reinraumoberliga. Die Fertigung von Klinik-Einmal-Saugern aus Latex erfordert einen aufwendigen Prozess in mehreren Stufen. Der Babyartikelhersteller Mapa setzt auf TPE als Rohstoff und schafft es durch Prozessintegration, den Sauger einstufig und vollautomatisch in einem Reinraum der Klasse 100 zu fertigen.

Möglich macht dies unter anderem ein speziell für solche Anwendungen ausgerichteter Sechsachsroboter.

Trinksauger als Einwegprodukte im Klinikbereich bestehen heute in der Regel aus Latex, mit einem Schraubring aus Polypropylen. Die Mapa GmbH stellt jährlich etwa 40 Mio. solcher Einmalsauger her. Das übliche Herstellungsverfahren ist allerdings mit einer großen Fertigungstiefe verbunden. So trennt sich der mehrstufige Prozess in Spritzgießen und Zwischenlagern des Schraubrings sowie Herstellen des Latex-Saugers im Tauchverfahren. Dieser Prozess ist mit Tauchen, Vulkanisieren, Waschen, Tempern und Zwischenlagern sehr komplex. Nach dem Zwischenlagern sind die Schraubringe und Sauger in einer Komplettierungsanlage zusammenzubauen. Nach nochmaligem Zwischenlagern werden die Sauger in einem 100.000er-Reinraum desinfiziert, im Anschluss darin verblistert und nochmals getempert, bevor sie fertig für den Versand sind.

Dieser komplexe Prozess veranlasste den Hersteller von Babyartikeln, sich Gedanken über ein neues Verfahren zu machen. Heute besteht der Einmalsauger der Firma aus einem thermoplastischen Elastomer, was verfahrenstechnisch ein großer Vorteil ist: Das TPE-Teil lässt sich durch 2-Komponenten-Spritzgießen herstellen, wodurch der Sauger fest mit dem Schraubring verbunden ist. Damit entfallen der komplette Tauchprozess mitsamt seiner nachgelagerten Verfahrensschritte sowie der komplette Montageschritt. Der neue, automatisierte Prozess ist nach dem Anfahren durch einen Einrichter völlig mannlos zu fahren. „Durch die komplette Fertigung im Reinraum müssen wir den Sauger auch nicht mehr in einem dem Herstellungsprozess nachgelagerten Schritt desinfizieren”, so Uwe Wagenknecht, Projektleiter Kunststofftechnik beim Zevener Anbieter. „Wir nutzen die hohen Temperaturen von 220 bis 240° C, wie sie beim Spritzgießen auftreten, zur Desinfizierung. So ist der Sauger keimfrei, sobald er aus der Maschine kommt.“

Hohe Anforderungen an den Roboter

Die neue Fertigungszelle besteht
aus einer 2-Komponenten-Spritzgießmaschine mit 1.500 kN Schließkraft von Krauss-Maffei, einem Sechsachsroboter von Stäubli Tec-Systems, Automatisierungskomponenten der ehemaligen DAT Automatisierungstechnik GmbH und einer Verpackungsmaschine von Multivac. Das 2-K-Spritzgießwerkzeug baute Braun Formenbau.

„Dass der Sauger keimfrei und versandfertig aus der Reinraumzelle herauskommt, ermöglicht eine doppelte Schottung nach dem so genannten Rooming-in-Prinzip“, so Wagenknecht. Dabei stehen Werkzeugseite der Spritzgießmaschine, Sechsachs-Roboter und Verblisterung in einem Reinraum der Klasse 100, der von einem Reinraum der Klasse 10.000 umgeben ist. Die innere Einhausung zieht ihre Luft vorgefiltert aus dem vorgeschalteten 10.000er Reinraum. Als die Produktion mit einem 8+8-fach-Werkzeug vor etwa eineinhalb Jahren anlief, war relativ schnell klar, dass nur ein Roboterhersteller für diese Aufgabe in Frage kommt. „Stäubli war – und ist meiner Ansicht nach auch heute noch – der einzige Anbieter von Sechsachsern, die sich für die Fertigung in einem 100er-Reinraum eignen“, so Wagenknecht.

Der Roboter vom Typ Stäubli RX 130 B entnimmt in der Anwendung nicht nur das Fertigteil aus dem Spritzgießwerkzeug, sondern ist auch für das Umsetzen des Vorspritzlings (Schraubring des Klinik-Einmalsaugers) im 2-Komponenten-Werkzeug verantwortlich. Diese Lösung bot sich an, da das Gerät zur Entnahme des Fertigteils sowieso in das Werkzeug einfahren muss. So können die bewegten Teile im Werkzeug entfallen, die sonst für das Umsetzen des Vorspritzlings erforderlich gewesen wären. Das reduziert wiederum den Schmiermitteleinsatz und die damit einhergehende Gefahr der Kontamination des Reinraums. Mit dieser Lösung gehen allerdings äußerst hohe Anforderungen einher, die unter anderem aus der sehr hohen Genauigkeit des Umsetzvorgangs resultieren. Während der Entnahme des Vorspritzlings setzt ja bereits der Schwindungsprozess ein. Das Spritzgussteil trotzdem hundertstelmillimetergenau für das Umspritzen erneut im Werkzeug zu positionieren, ist eine Herausforderung an die Roboter- und Greifertechnologie.

„Während der Projektierung wurde dies fast zu einem K.o.-Kriterium für die gesamte Anlage”, erinnert sich Wagenknecht. „Es brauchte
mehrere Anläufe und sehr viel technisches Know-how, bis zum Beispiel die Roboterhand so funktionierte wie sie sollte.” Nach der Entnahme der Fertigteile aus dem Werkzeug durch den Roboter, übergibt dieser sie an eine Schlitzstation, die die Sauger jeweils mit einem Ventilschlitz versieht. Dieser verhindert beim Trinken das Entstehen von Unterdruck in der Trinkflasche. Danach transportiert eine Schwenkeinheit die Sauger zur Verpackungsmaschine und lässt sie dort in Blister fallen. Nach dem Aufbringen der Oberfolie taktet die Verpackungsmaschine die fertig verblisterten Sauger durch den 10.000er-Reinraum hinaus in die normale Fertigungsumgebung, wo diese etikettiert werden, anschließend in Kartons fallen und dann in den Versand gehen.

Produktion an steigende Nachfrage anpassen

Der Hersteller von Babyartikeln musste nicht lange darauf warten, dass die Nachfrage nach den Klinik-Einmalsaugern eine dreischichtige Produktion rund um die Uhr erforderlich machte. Schnell war die Anlage zu 100 % ausgelastet und der Bedarf weitaus höher, als die Kapazitäten es zuließen. „Vor etwa einem halben Jahr standen wir vor der Entscheidung, entweder eine zweite Anlage zu bauen oder die Kapazitäten in der vorhandenen Anlage zu erweitern“, erinnert sich Wagenknecht. „Wir entschieden uns letztlich aus Kostengründen für die zweite Variante. Dazu arbeiteten wir mit Zahoransky Formenbau aus Freiburg(D) zusammen, die es schaffte, auf derselben Aufspannfläche statt des 8+8-fach-Werkzeugs ein 16+16-fach-Werkzeug unterzubringen. Neben einigen Details der Spritzgießmaschine mussten wir dazu auch die Konstruktion des Entnahmegreifers ändern. Aufgrund der gestiegenen Anforderungen ist in das neue 16+16-fach-Werkzeug ein eigenständiges Handling für den Umsetzvorgang des Vorspritzlings integriert, das sich die Arbeit künftig mit dem Sechsachs-Roboter teilt, der dann ausschließlich für Entnahme und Ablage des Fertigteils in die Schlitzstation zuständig ist.“ Zum Thema Qualitätssicherung bemerkt Wagenknecht: „Über Stichproben aus der laufenden Produktion prüfen wir manuell die Position des Schlitzes, die Oberfläche des Saugers sowie den Sauger auf Gratbildung und Überspritzung. Messstationen messen die Durchflussmenge des Trinklochs.“

Grundsätzlich
lässt sich das Verfahrenskonzept mit all seinen Vorteilen auch auf andere Produkte im medizinisch technischen Bereich übertragen. Als vorstellbare Beispiele nennt Wagenknecht die Fertigung von Dosierspendern für Asthmatiker, Verschlussdichtungen für Bluttransfusionsbeutel sowie Spritzen oder Pipetten. Im Prinzip sei das Verfahren für sehr viele Anwendungen im medizinisch technischen Bereich geeignet, bei denen heute die Produkte nach der Fertigung noch desinfiziert werden müssen. Ein Vergleich der Investitionskosten verdeutlicht das mögliche Einsparpotenzial. Wagenknecht: „Für eine Reinraumzelle, wie sie bei uns im Einsatz ist, sind etwa 750.000 Euro zu veranschlagen. Eine komplette Tauchkette, in der die Einmalsauger konventionell hergestellt werden, kostet etwa 1,5 Mio. Euro. Noch nicht eingerechnet sind hier die erforderlichen Komplettierungsanlagen.”

Bericht in folgenden Kategorien:
Projektierung, Greifer, Kunststofftechnik

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