Roboterbasiertes Handling Griff ins Nest: Abfüllen im Reinraum mit sicherem Griff

Schnelle Abfüllprozesse mit kleinen Losgrößen: In der Pharmaindustrie gehen Automatisierungskonzepte von Maschinenbauern wie Bausch+Ströbel mit extra Anforderungen einher. Für den sicheren Griff beim Abfüllen im Reinraum sorgt Zimmer mit seiner Greifer-Lösung für ein roboterbasiertes Handling.

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Der Trend zur Individualisierung und Personalisierung von Massenprodukten entfaltet sich rasant. Wie bereits in der Automobil- und Lebensmittelherstellung ist dieser Trend hin zu kleinen Losgrößen nun auch im Bereich der pharmazeutischen Industrie zu beobachten. Die Branche setzt auf der Suche nach Alternativen zu Massenprodukten zunehmend auf Individualisierung. Und damit werden auch die Abfüll- und Verpackungslösungen immer schneller und flexibler.

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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.

Voll automatisiert: Keimfreies Produktionssystem

Begleitet wird diese Entwicklung von immer knapper werdenden Platzverhältnissen in der Produktion, hohen Lohnkosten, einem Mangel an Fachpersonal und vor allem von der erforderlichen Sicherheit für Bediener und im gesamten Prozess.

Mit Blick auf diesen Mix aus steigenden Anforderungen hat der Maschinenhersteller Bausch+Ströbel Maschinenfabrik Ilshofen (B+S) 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 kleinen Fläschchen, den sogenannten Vials, vollständig automatisiert – und das flexibel und für kleine Füllmengen. Dabei kombiniert Variosys einen standardisierten Reinraumisolator mit einem austauschbaren Maschinen­modul.

Abfüll- und Verpackungspro­zesse sind das Spezialgebiet von Bausch+Ströbel aus Ilshofen. Der Maschinenhersteller gilt hier als erfahrener und kompetenter Partner für die pharmazeutische Industrie. Auf B+S Abfüll- und Verpackungsanlagen 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 – für eine sichere und kontinuierliche Produktion beim Kunden.

Neues Maschinenmodul öffnet vollautomatisch RTU-Vials

Vor kurzem hat B+S das Variosys-System um ein neues Maschinenmodul (DDM 9105) mit neuen Funktionalitäten erweitert. Das DDM 9105 erlaubt nun ein vollautomatisches Öffnen von Tubs und ermöglicht RTU-Vials (Ready To Use) im Nest (Verpackungseinheit) vollautomatisch zu öffnen, zu denesten, zu füllen und auch zu magazinieren, wie die Prozessschritte in der Branche heißen.

Die Deckfolie der Tubs wird mit Hilfe eines thermischen Verfahrens gelöst. Reinraumroboter beziehungsweise Greifer transportieren sie hierfür in die entsprechenden Positionen. 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.

Greifer: Mechatronische Lösung fürs Nest-Handling

Für das Nest- und Tub-Handling dieser speziellen Anwendung entschied sich B+S für eine Zusammenarbeit mit der Zimmer Group. Neben einem perfekten Zusammenspiel mit dem Roboter bestand eine große Herausforderung für den Greifer-Spezialisten aus dem badischen Rheinau darin, dass die Greifer in einer Reinraum-Anlage eingesetzt werden. Dies schloss von vornherein den Einsatz von pneumatischen Greifern aus –wegen der Kabel und Abluft schon allein aus Platzgründen. Daher entschloss sich das Projektteam relativ schnell für eine rein mechatronische Greifer-Lösung.

Greiftechnik

Polygreifer nutzt Wärme und Kälte zum Greifen

Wegen der Reinraumproblematik mussten die Automatisierer bei den Greifern auf die Vorgaben der technischen Sauberkeit besonders Rücksicht nehmen. Der Grund: Die Greifer können mit Spritzen und Vials beziehungsweise mit dem Nest direkt in Berührung kommen. 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 hat B+S deshalb gut abnehmbare und abgedichtete Einhausungen beziehungsweise Ummantelungen mit geschlossener Oberfläche für die Greifer gewählt, um einen Partikeleintrag in den Prozess zu vermeiden.

Ein entscheidendes Kriterium war für B+S auch die Flexibilität der Greifer, da die Anlage selbst auch sehr adaptiv beziehungs­weise modular aufgebaut ist. Und die Verpackungsgrößen können später in der Anwendung jederzeit variieren. So hat der Maschinenhersteller mit den beiden Modellen GEH6180IL und GEH6040IL die zwei für die jeweilige Tätigkeit am besten passenden Greifer aus dem umfangreichen Portfolio der Zimmer Group ausgewählt: Beide elektrischen Greifer verfügen neben einem großen Hub über einen Servoantrieb mit integriertem Controller.

Sicherheit durch mechanische Selbsthemmung

Die bürstenlose Antriebstechnik garantiert neben einer individuellen Krafteinstellung noch zusätzlich eine Positions- und Geschwindigkeitsregelung. Auch die Sicherheit der Anlage galt als wichtiger Aspekt, 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.

B+S kam sehr entgegen, dass die Zimmer Group in der Lage war, binnen kürzester Zeit auf notwendige Modifikationen zu reagieren, beispielsweise für einen seitlichen Anschluss mittels Einbausteckverbinder beim GEH6180IL. Zudem kommen die Greifer mit einem einzigen Kabelabgang aus. Das stellt bei den sehr beengten Platzverhältnissen im Reinraum einen enormen Vorteil dar. Die Ausrüstung mit IO-Link erleichtert darüber hinaus das Auslesen von spezifischen Daten, zum Beispiel Temperaturmessung, Position oder die Zyklusanzahl.

Noch bis vor wenigen Jahren wurde in der Fertigung das Öffnen und Denesten von Tubs manuell gehandhabt. So haben Pharmahersteller früher eigens einen 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 % In-Prozess-Kontrolle (IPC) bei voller Maschinenausbringung mit bis zu 60 Tubs pro Stunde laufen. Die Vollautomatisierung erzielt also neben einer Kosteneinsparung durch geringeren Personalaufwand vor allem auch eine Erhöhung der Prozesssicherheit.

„Besonders die einfache Parametrisierung und die vielen Zusatzfeatures der GEH-Greifer konnten uns sehr überzeugen“, kommentieren Philip Messerschmidt und Andreas Höppel, Entwickler bei Bausch+Ströbel. „Der rege und offene Austausch zwischen den Experten der Zimmer Group 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. So überrascht es kaum, dass sich der Maschinenhersteller und der Greifer-Spezialist bereits über eventuelle nächste Projekte austauschen.

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