Anlagen zur Nadelvereinzelung sind meist für die Produktion hoher Stückzahlen ausgelegt. Eine neue Anlage schließt jetzt die Lücke nach unten für Ausbringungen von maximal 400 Kanülen pro Minute. Fast ohne Stillstandzeiten lassen sich mit Hilfe einer automatischen Magazin-Wechselvorrichtung Nadeln und Kanülen vereinzeln. Dasselbe funktioniert auch mit anderen Rotationsteilen aus Stahl, Edelstahl oder Kunststoff.
Besonderen Wert legte man bei der Entwicklung der Vorrichtung auf ein einfaches, schnelles und kostengünstiges Umrüsten für flexible Produktionsumstellungen.

Am Markt gibt es sehr unterschiedliche Anlagenlösungen zur Nadelvereinzelung, die allesamt jedoch für die Produktion hoher Stückzahlen ausgelegt sind. Nun wurde eine Anlage im Hinblick auf den Trend zu geringeren Losgrößen und höheren Redundanzen und somit zu Mehrfachanlagen mit geringeren Volumina entwickelt. Die neue NFS-Vereinzelungsanlage ermöglicht es den Verarbeitern von Kanülen und Stechhilfen schnell auf ähnliche Produkte umzustellen oder bei Störungen die Produktion flexibel zu gestalten, ohne in Lieferverzug zu geraten oder vorbeugend den Lagerbestand hoch halten zu müssen. Die Anlage von Zahoransky, Freiburg, ist dabei so konzipiert, dass sie sich problemlos für das Einlegen der Nadeln in Automationseinrichtungen, Formen und Spritzgießwerkzeuge verwenden lässt.

Kontamination weitgehend ausgeschlossen

Verschiedene Nadelvereinzelungssysteme, ermöglichen es, 4 bis derzeit 32 Nadeln oder Stechhilfen bei bis zu zwölf Zyklen pro Minute abzuteilen. Ab 0,2 mm Durchmesser können die Nadeln sicher gehandhabt werden. Auch lassen sich Längen bis 40 mm gut verarbeiten. Aber nicht nur Nadeln und Kanülen können mit der Anlage vereinzelt werden, auch andere Rotationsteile aus Stahl, Edelstahl oder Kunststoff sind ausführbar. Generell lässt sich der komplette Funktionsablauf der Vereinzelung in fünf Schritte unterteilen. Im ersten Schritt wird das durch den Verarbeiter oder den Nadel-Lieferanten gefüllte Magazin montiert. Anschließend werden die Nadeln aus diesem Magazin abgeteilt und separiert.

Kontrolle der Vollständigkeit dient der Chargenverfolgung

Daraufhin können sie durch Greifen oder Ansaugen mit sauberer Luft weitergeleitet und einer Greifvorrichtung zugeführt werden. Der nächste Schritt ist die optische Kontrolle: „Alle Nadeln vorhanden“. Zum Abschluss werden die Nadeln mittels eines Greiferkopfes mit einem Linearroboter oder alternativer Automatisierungskomponenten der Spritzgießmaschine oder einer Folgeautomation zum Umspritzen und Weiterverarbeiten zugeführt.

Für die Bevorratung der Nadeln gibt es unterschiedliche Lösungsansätze. Häufig wird ein befülltes Magazin in die Vereinzelungsanlage montiert. Die bessere Lösung ist jedoch die Bevorratung eines zweiten, gefüllten Magazins in der Maschine. Dann ist ein schneller, mechanisch-manueller Wechsel möglich. Die ideale Variante – nahezu ohne Stillstandzeiten – ist eine automatische Magazin-Wechselvorrichtung. Hier sind zusätzlich maximal zwei befüllte Magazine installiert, die sich automatisch wechseln lassen. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass die zu verarbeitenden Nadeln nicht berührt werden, und somit eine Kontamination durch den Menschen weitestgehend ausgeschlossen ist.

Zum Vereinzeln der Nadeln fährt ein sogenannter Abteilschieber, der mit der gewünschten Anzahl von Kerben – passend zur Nadelgröße und -gestaltung – ausgestattet ist, durch eine links-/rechts-Bewegung unterhalb des gefüllten Magazins vorbei. Dabei legt er nacheinander in jeder Kerbe eine Nadel ab. Beim Erreichen der Endlage werden die Nadeln zum Absaugen durch die Röhrchen freigegeben. Nun wiederholt sich der Vereinzelungsvorgang indem der Abteilschieber in die andere Richtung fährt bis er sich vor der zweiten Absaugstation befindet.

Der Abteilschieber wird hierbei servomotorisch angetrieben, um eine schnelle, präzise und reproduzierbare Bewegung zu erreichen. Ein links und rechts vom Zuführmagazin installierter Sensor kontrolliert die Nadeln beim Vorbeifahren auf Vollständigkeit. Dabei prüft er bei der Fahrbewegung in Richtung Endlage, ob die entsprechende Anzahl von Nadeln vorhanden ist. Fährt der Abteilschieber wieder zurück wird kontrolliert, ob alle Nadeln zur Weiterverarbeitung entnommen wurden.
Das Vereinzeln aus dem Magazin folgt dabei dem First-In-First-Out-Prinzip (FIFO). Dies sichert die Chargenverarbeitung der Nadeln – für eine eventuell spätere Rückverfolgung der Chargen ein wichtiger Aspekt. Üblich ist eine Produktion in den medizinischen Klassen 1 und 2 aber auch der Klasse 3.

Die durch den Abteilschieber separierten Nadeln werden zeitgleich abgesaugt. Dazu dockt eine Übernahmestation mit den Röhrchen, die zu dem Greiferkopf oder der Übergabeeinheit führen, an die separierten Nadeln an.

Einfaches und schnelles Umrüsten bei Produktwechsel

Zum Absaugen dockt am anderen Ende des Röhrchens der Greiferkopf an und löst einen Saugimpuls aus, wodurch die Nadeln ohne Beschädigung der Spitze oder des Schliffes transportiert werden. Das entstandene Vakuum positioniert die Nadeln durch den entsprechenden Anschlag im Greiferkopf. Alle produktberührenden Teile unterliegen den strengen FDA- und GMP-Regularien und sind korrosionsbeständig oder produktverträglich ausgelegt.

Besonderen Wert legte man bei der Entwicklung auf eine einfache, schnelle und kostengünstige Umrüstung bei einer Produktionsumstellung. Bei einem Produktwechsel können wesentliche Komponenten der NFS-Anlage für den späteren Einsatz wieder verwendet werden. Gerade bei der Produktion kleiner und mittlerer Losgrößen ist diese Flexibilität ein erheblicher Kostenvorteil gegenüber starren Systemen, die nur jeweils auf ein Produkt ausgelegt sind. Nach der Übergabe der vereinzelten Nadeln an einen Greiferkopf werden diese entweder zur Direktverarbeitung dem Spritzgießwerkzeug oder aber einer weiteren Automationseinrichtung zugeführt. Denkbare Folgearbeitsschritte könnten zum Beispiel ein System zum Biegen der Nadeln für höhere Auszugskräfte, ein Aufbördeln des dumpfen Endes für bessere Haltbarkeit beim Stechen oder eine Ausrichtung der geschliffenen Kanülenspitzen sein.

Das Entnehmen, Zuführen und wieder Einlegen der bearbeiteten Nadeln geschieht dann wiederum servomotorisch, je nach Anwendung entweder mit einem 6-Achs-Roboter oder einem Linear-Handlinggerät. Werden die Nadeln jedoch direkt zum Umspritzen in die Spritzgießform transportiert, erfolgt dies mittels einer Linearachse. Vor dem Weitertransport in die Nachfolgeeinrichtung, wie zum Beispiel eine Spritzgießmaschine, werden die Nadeln in der Regel auf Vollständigkeit geprüft. Ist wider Erwarten der Einlegegreifer nicht vollständig gefüllt, entscheidet das Maschinenpersonal oder die zuvor festgelegten Abläufe in der Anlagensteuerung, ob die fehlende Nadel nachbestückt oder der komplette Inhalt des Greiferkopfes aussortiert wird. Zusätzlich kann als weitere Option in einer Zwischenstation die vollautomatische Orientierung angeschliffener Nadeln erfolgen.

Das Befüllen der Magazine

Für das Befüllen der kompakten, transportsicheren Magazine gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Entweder der Anwender befüllt das jeweilige Magazin selbst, oder aber er lässt es von seinem Nadellieferanten befüllen. Das Nadelmagazin wird hierbei als interne oder externe wieder verwendbare Transporteinheit eingesetzt. So ist auch ein sicherer Transport der Nadeln bis zur Verarbeitung gegeben. Befüllt man das Magazin erst nach der Leerung neu, bedeutet dies entsprechende Stillstandzeiten und gegebenenfalls auch eine Folgebearbeitung.

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Über den Autor

Harry Pruner ist freier Journalist in Kenzingen. pruner-marketing-services@t-online.de