Automatisierung Wie die Pharmaindustrie mit intelligenter Formatverstellung schneller umrüstet

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Bei wachsender Produktvielfalt eine hohe Flexibilität der Anlagen gewährleisten. Vor dieser Herausforderung steht die pharmazeutische Produktion. Warum eine intelligente Formatverstellung ein Faktor sein kann, der Umrüstzeiten bei Produktwechseln deutlich reduziert.

In der Pharmaindustrie gilt es, stets die optimalen Maschineneinstellungen zu wählen. Eine Herausforderung ist hierbei, bei wachsender Produktvielfalt und immer geringeren Chargengrößen eine hohe Flexibilität der Anlagen zu gewährleisten. Wettbewerbsvorteile wie Effizienz, Produktqualität und Prozesssicherheit lassen sich deshalb nur mit automatisierten, vernetzen Lösungen bewerkstelligen. Wie gelingt also der Schritt in Richtung Pharma 4.0?

Mit intelligenter Formatverstellung zu Pharma 4.0

Eine intelligente Formatverstellung kann ein entscheidender Faktor in Sachen Anlagenverfügbarkeit sein. Mit einer optimierten Formatverstellung können Umrüstzeiten bei den Produktwechseln reduziert und die Prozesssicherheit erhöht werden. Der Hersteller von Sensoren und Positioniersystemen Siko stellt hierfür verschiedene Möglichkeiten vor – von rein mechanischen Positionsanzeigen, bis hin zu vollautomatisierten Positionierantrieben.

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Automatisiert das Risiko minimieren

In der pharmazeutischen Herstellung findet Formatverstellung überall statt, insbesondere bei Verpackungsprozessen, Kennzeichnung oder der Inspektion von Produkten. Immer wenn für ein neues Produkt die Maße an der Maschine geändert werden müssen, handelt es sich um eine Verstellung des sogenannten Formats – ob händisch über eine Kurbel oder automatisiert per Stellantrieb.

Bei einer Veränderung der Maschineneinstellungen ist stets Vorsicht geboten, da sich Fehler einschleichen und so das Produktergebnis negativ beeinflussen können. Eine überwachte oder gar automatisierte Formatverstellung minimiert das Risiko fehlerhafter Einstellungen und kann Prozesse flexibler gestalten.

Die Vorteile einer optimierten Formatverstellung im Überblick:

• Eine hohe Wiederholgenauigkeit, sodass Medikamente stets in gleicher Form und Qualität produziert werden.

• Schnellere Umrüstzeiten und damit eine höhere Prozessgeschwindigkeit.

• Die Effizienz kann gesteigert und die Kosten gesenkt werden.

• Eine höhere Prozesssicherheit.

Welche Unterschiede es bei der Formatverstellung gibt

Unterschieden wird zwischen manueller, überwachter und automatischer Formatverstellung. Welche Art des Formatwechsels am besten geeignet ist, hängt von den Anforderungen ab: Je häufiger Formate verstellt werden müssen und je qualitativ anspruchsvoller die Produktion ist, desto sinnvoller ist der Einsatz von überwachten oder automatisierten Positioniersystemen.

Die manuelle Formatverstellung:

Bei der manuellen Formatverstellung sind sowohl mechanische als auch elektronische Positionsanzeigen im Einsatz, die den Ist-Wert der aktuellen Position angeben. Sie eignen sich für Basismaschinen mit eher seltenen Verstellungen. Die gängigen mechanisch-digitalen Siko-Positionsanzeigen sind präzise, gut ablesbar und werden für jede Applikation spezifisch konfiguriert.

Elektronische Positionsanzeiger haben gegenüber den mechanischen den Vorteil, dass sie frei programmierbar sind. Parameter wie Spindelsteigung, Kommastellen, Drehrichtung, Einbaulage oder Nutzung im Winkelmodus lassen sich bequem konfigurieren. Dabei sind mechanische und elektronische Varianten anbaukompatibel.

Positionsanzeige-

Verpackungsanlagen in Position gebracht mit IO-Link

Die überwachte Formatverstellung:

Eine überwachte Formatverstellung wird durch busfähige elektronische Positionsanzeigen mit Soll-Wert-Vorgabe ermöglicht, die in die Maschinensteuerung eingebunden sind. Ist- und Soll-Werte werden zwischen den einzelnen Positionsanzeigen und der übergeordneten Steuerung mit Hilfe einer Rezeptverwaltung ausgetauscht und abgeglichen. Die Anlage wird erst dann wieder angefahren, wenn alle Soll- und Ist-Werte an den Anzeigen übereinstimmen. Ausschuss oder Beschädigungen an Anlagenteilen werden so vermieden. Die Verstellung der Achsen wird bei dieser Variante immer noch manuell durchgeführt; die Überwachung der korrekten Einstellungen erfolgt elektronisch.

Die elektronischen Positionsanzeigen verfügen über LED-Leuchten, die den Positionsstatus für den Bediener darstellen: Grüne Leuchten stehen für „Position korrekt“, rote Leuchten signalisieren „Position nicht korrekt“. Zudem beinhaltet das Display eine integrierte Pfeilrichtungsanzeige, die angibt, in welche Richtung die Verstellung zu erfolgen hat.

Eine überwachte Formatverstellung kann in der pharmazeutischen Produktion beispielsweise bei häufig zu verstellenden Anlagen für Kartoniermaschinen oder bei der Kennzeichnung von Produkten hilfreich sein. Eine relativ neue Entwicklung sind Track & Trace-Anlagen, über die verschreibungspflichtige Arzneien mit einer nachverfolgbaren Kennzeichnung versehen werden müssen. Dabei werden verschiedenste Prozesse wie Drucken, Lesen, Etikettieren und Wiegen und damit zahlreiche Verstellungen durchlaufen. Die Prozesssicherheit kann mit der überwachten Formatverstellung erhöht werden.

Die automatische Formatverstellung:

Erfolgt die Verstellung von Achsen ohne jegliche manuelle Eingriffe, spricht man von automatischer Formatverstellung über Kompaktstellantriebe. Der mit der Maschinensteuerung vernetzte Stellantrieb fährt die geforderte Position direkt an. Mit der Automatisierung werden die Umrüstzeiten weiter reduziert. Diese Art ist sinnvoll, wenn häufig schwer zugängliche Anlagenteile verstellt werden müssen.

Der Stellantrieb vereint in einem Gerät einen bürstenlosen Gleichstrommotor (der verschleißfrei ist), ein spielarmes und leistungsstarkes Getriebe sowie Positionsgeber und Leistungs- und Steuerungselektronik. Für die Integration des Stellantriebs in die Maschinensteuerung sowie die Kommunikation mit der Steuerung stehen die gängigen Standardschnittstellen zur Verfügung. Dazu zählen Profibus- oder Profinet-Schnittstellen, serielle Schnittstellen wie RS485 und CAN, IO-Link sowie Industrial-Ethernet-Schnittstellen.

Je nach Anforderung der Anwendung kommen verschiedene Leistungsklassen der Stellantriebe in Frage: von kleinen Antrieben mit geringem Leistungsbedarf für eine Feinjustage bei einem Faltschachtelmagazin bis zu Zuführsystemen für große Kartonagen, bei denen ganze Maschinenaggregate mit Stellantrieben mit hohen Drehmomenten bewegt werden müssen.

Enabler der Konstruktion

Hexapoden positionieren mit maximaler Freiheit

Antrieb mit Diagnosefunktion überwachen

Eine weitere Funktionalität des Kompaktstellantriebs ermöglicht es, Rückschlüsse auf den Betriebszustand einerseits des Antriebs selbst als auch der Anlage an sich zu ziehen: die Diagnosefähigkeit. Durch das Sammeln und Überwachen verschiedener Parameter, wie Stromaufnahme im Motor, Temperatur oder Spannungswerten an Steuer- und Laststromkreis, lassen sich frühzeitig Unregelmäßigkeiten und damit ein Wartungsbedarf erkennen. Bei Überschreiten von festgelegten Werten können direkt Maßnahmen eingeleitet werden.

Fazit: Peripheriebausteinen wie Positionsanzeigen und Stellmotoren kommt im Zuge der zunehmenden Automatisierung und Digitalisierung ein immer höherer Stellenwert zu. Zusätzliche Leistungen wie Datensammlung, Eigendiagnosen und Lebensdauerüberwachung der Komponenten machen die smarte Formatverstellung zu einem Bestandteil von Pharma 4.0.

* Jürgen Schuh, Leiter Geschäftsbereich Changeover Solutions, Siko

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