Mit dem hohen Automatisierungsgrad stellt die Produktion von Injektionspens hohe Anforderungen an die Präzision der Spritzgießverarbeitung. (Bild: Ypsomed)
Die Zahl der an Diabetes erkrankten Menschen steigt weltweit jährlich um neun Prozent. Für Ypsomed, einem Schweizer Entwickler und Hersteller von Injektions- und Infusionssystemen für die Selbstmedikation, bedeutet dies einen steigenden Absatz. Zuletzt wurde im Norddeutschen Schwerin ein komplett neues Werk mit 13.500 m² Produktionsfläche für Spritzguss und Montage errichtet. Das Unternehmen produziert für die großen, namhaften Pharmaunternehmen Pens, Autoinjektoren und Pumpensysteme zum Verabreichen von flüssigen Medikamenten, wie beispielsweise Insulin.
Die Entwicklung neuer Produkte und Herstellungsprozesse findet am Stammsitz in Burgdorf statt. Dort befindet sich auch der eigene Werkzeugbau und das Technikum, wo neue Prozesse eingefahren werden, bevor sie in den weltweiten Werken in Serie gehen.
Größter Vorteil ist schnelle Industrialisierung
Zuletzt errichtete Ypsomed in Schwerin ein neues Produktionswerk. (Bildquelle: Ypsomed)
Lange Zeit bestand der globale Spritzgießmaschinenpark aus Maschinen unterschiedlicher Typen und Marken. „Das passte mit unserer Expansionsstrategie nicht mehr zusammen“, berichtet Frank Mengis, Chief Operating Officer (COO) von Ypsomed. Vor fünf Jahren fiel deshalb die Entscheidung zur Standardisierung. „Ziel der neuen Plattformstrategie ist es, die Effizienz, Sicherheit und Qualität weiter zu steigern und dabei zugleich unsere Prozesse zu vereinfachen.“
„Die Standardisierung entwickelt sich in der Medizintechnikindustrie zu einem Trend, und das nicht nur bei den Big Playern“, beobachtet Christoph Lhota, Leiter der Business Unit Medical des Spritzgießmaschinenbauers Engel. „Ypsomed ist hierfür beispielgebend. Wir haben schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt gemeinsam alle Spezifikationen bis ins Detail definiert, intensiv am Lastenheft gearbeitet und dieses dann konsequent umgesetzt.“
Mehr als 100 vollelektrische E-Motion Spritzgießmaschinen wurden auf dieser Basis bislang für die weltweiten Standorte des Medizintechnikunternehmens geliefert. Die Schließkräfte variieren – 800, 1600 und 2800 kN –, doch ansonsten gleicht eine Maschine der anderen. Bei der Auswahl der Optionen wurde in die Zukunft gedacht. Nicht alle Maschinen nutzen von Beginn an das gesamte Spektrum. Ziel war es vielmehr, spätere Nachrüstungen und die damit verbundenen Requalifizierungen zu vermeiden. Auf diese Weise spart die Plattformstrategie im laufenden Betrieb Zeit und Geld.
„Dank Standardisierung bringen wir neue Maschinen und neue Prozesse deutlich schneller in die Serie.“ – Frank Mengis, COO von Ypsomed. (Bildquelle: Ypsomed)
„Wir können jetzt an allen Standorten weltweit Spritzgießmaschinen quasi von der Stange bestellen“, sagt Mengis. „Der größte Vorteil aber ist die schnelle Industrialisierung. Die Qualifizierungspläne sind für alle neuen Maschinen identisch. Damit bringen wir neue Maschinen und neue Prozesse deutlich schneller in die Serie.“
Mit den vollelektrischen Maschinen sichert sich der Medizintechnikhersteller eine hochpräzise Null-Fehler-Produktion. Eine wichtige Voraussetzung für wettbewerbsfähige Stückkosten und störungsfreies Weiterverarbeiten der Spitzgießteile. Ein Pen beispielsweise besteht – je nach Modell – aus elf bis 15 Teilen, die vollautomatisiert montiert werden.
Automatisierung auf kleinster Fläche
Die Spritzgießmaschinen machten den Anfang. Inzwischen hat das Unternehmen auch für die Automatisierung der Spritzgießprozesse mit der Standardisierung begonnen.
Die Maschinen werden jetzt mit Engel Viper Linearrobotern ausgerüstet. Zudem spielt die neue Compact Cell des Maschinenbauers eine Schlüsselrolle. Durch ihren standardisierten Aufbau macht die neue Automatisierungszelle die Integration der unterschiedlichsten Automatisierungskomponenten sowie weiterer Downstream-Prozesseinheiten besonders einfach. Sie umschließt alle Elemente und ist dabei deutlich schmaler als eine Standard-Schutzumwehrung.
„In Bezug auf die Stellfläche ist die Compact Cell unschlagbar“, betont Marlon Trachsel, Process Manager Production Technology bei Ypsomed in der Schweiz. „Wir haben uns die neue Lösung auf der K angeschaut und sofort gesehen, welche Vorteile sie uns bietet.“
Einheitliche Bedienlogik
„Wo heute fünf Fertigungszellen stehen, werden es nach dem Umstieg auf die Compact Cell sechs Anlagen sein.“ – Marlon Trachsel, Process Manager Production Technology bei Ypsomed. (Bildquelle: Ypsomed)
Wie bei den Maschinen werden alle Zellen identisch ausgeführt, um eine größtmögliche Flexibilität zu erreichen. Damit nicht bei jedem Werkzeugwechsel auch die Peripherie umgerüstet werden muss, sind sowohl für frei fallende Teile als auch für die Softablage mittels Roboter alle notwendigen Komponenten integriert. Frei fallende Teile wie Nadelhalter, die in Millionenstückzahlen produziert werden, werden über ein Förderband und eine Dreiwegeweiche direkt in Boxen transferiert. Für die Gehäuseteile, die vom Roboter aus den Kavitäten entnommen werden, werden automatisch Trays in zwei unterschiedlichen Größen bereitgestellt. Boxen- und Traywechsel erfolgen automatisch.
Ungeachtet des hohen Integrationsgrads stellt die Zelle sicher, dass sich die Maschinenbediener jederzeit schnell Zugang zum Werkzeugraum verschaffen können. Hierfür werden beim Öffnen Boxen- und Traywechsler zur Seite geschoben.
Die Prozesseinheiten für Schüttgut und Softablage sind übereinander angeordnet. „Wo heute fünf Fertigungszellen stehen, werden es nach dem Umstieg auf die standardisierten Automatisierungszellen sechs Anlagen sein“, berichtet Trachsel. Besonders im Reinraum steigt damit deutlich die Kosteneffizienz.
Ein weiterer Vorteil der Standardisierung ist die einheitliche Bedienlogik über die gesamte Fertigungszelle. Die Roboter und weiteren Automatisierungseinheiten sind vollständig in die CC300 Steuerung der Spritzgießmaschinen integriert. Damit lässt sich der Gesamtprozess über das Maschinendisplay einstellen und beobachten. Die Produktionsmitarbeiter müssen sich für die Automatisierung nicht in eine weitere Steuerungsphilosophie einarbeiten. Mit dem Trend zu immer komplexeren Produktionsprozessen wird dieser Aspekt bedeutender. Eine einfache Bedienung reduziert das Fehlerrisiko und macht es umso einfacher, eine konstant gute Qualität zu produzieren.
Digitalisierung und servoelektrische Werkzeuge
Feierte auf der K 2019 ihre Premiere: Die Compact Cell. Sie umschließt alle Automatisierungskomponenten und ist dabei deutlich schmaler als eine Standard-Schutzumwehrung. (Bildquelle: Engel)
Auf der K wurde die Compact Cell bereits mit einer Medizintechnikanwendung präsentiert. Auf einer E-Motion Spritzgießmaschine wurden Gehäuseteile für medizinische Devices produziert. Die technologische Innovation liegt bei dieser Anwendung im Aufsplitten des Spritzgießprozesses in zwei Komponenten mit dem Ziel, kürzere Zykluszeit zu erreichen. Da die Wanddicke der zylindrischen Devices aus Stabilitätsgründen nicht reduziert werden kann, eröffnet nur der Zwei-Komponentenprozess die Chance auf kürzere Kühl- und damit Zykluszeit. In einem 8-fach-Werkzeug in Vario-Spinstack-Technologie von Hack Formenbau, Kirchheim unter Teck, das eine vertikale Indexwelle mit vier Positionen besitzt, wird zunächst der Basiskörper aus Polypropylen geformt. Die zweite Position dient zum Kühlen und in der dritten wird eine weitere Schicht Polypropylen aufgespritzt, denn zwei dünne Schichten kühlen in Summe schneller ab als eine dicke. Entnommen werden die Teile in der vierten Position aus dem geschlossenen Werkzeug parallel zum Spritzgießprozess, was einen zusätzlichen Beitrag zu der sehr kurzen Zykluszeit leistet.
Servoelektrische Werkzeuge werden vor allem in der Medizintechnik stärker nachgefragt. Ein Treiber hierfür ist die Digitalisierung der Fertigungsprozesse. (Bildquelle: Engel)
Das 2-Komponenten–Präzisionswerkzeug wird in dieser Anwendung vollständig servoelektrisch angetrieben, wobei eine vom Maschinenhersteller neu entwickelte Software zum Einsatz kommt. Diese sorgt dafür, dass sich die servoelektrischen Bewegungen, zum Beispiel der Kernzüge, genauso steuern lassen wie hydraulische. Damit kann der Anwender ohne Zusatzqualifikationen die servoelektrischen Bewegungen selbst programmieren.
Mit der Software ebnet der Maschinenbauer dem verstärkten Einsatz von servoelektrischen Werkzeugen den Weg. Vorreiter für diesen Trend ist die Medizintechnik. Gründe für deren Einsatz liegen in der besonders hohen Präzision der Bewegungen, der kompletten Ölfreiheit und immer öfter in der Digitalisierungsstrategie. „Servoelektrische Motoren bieten mehr Möglichkeiten für ein sensitives Monitoring qualitätskritischer Prozessparameter, um Störungen, Stillstände und anstehende Wartungsarbeiten früh detektieren zu können“, macht Gunnar Hack, Geschäftsführender Gesellschafter von Hack Formenbau, deutlich. Auf der K zeigte das Moldlife Sense System des Formenbauers das große Potenzial der Digitalisierung für die Werkzeugtechnik auf. Ähnlich wie es bei Spritzgießmaschinen intelligente Assistenzsysteme, wie IQ Weight Control oder IQ Flow Control, leisten, wird es auch beim Werkzeug in Zukunft möglich sein, kritischen Zuständen entgegenzuwirken, noch bevor Ausschuss produziert wird oder ein Schaden durch Verschleiß entsteht.
Chancen von Big Data und Künstlicher Intelligenz stärker nutzen
Assistenz und Künstliche Intelligenz halten zunehmend Einzug in die Spritzgießproduktion. Sind die Systemwelten von Spritzgießmaschine und Werkzeug bislang noch voneinander getrennt, wird es in Zukunft möglich sein, die Datenwelten miteinander zu verschmelzen.
Auch bei Ypsomed ist das ein großes Thema. Die Standardisierung ist dort in der Digitalisierungsstrategie bereits verankert. Um die Chancen von Big Data und Künstlicher Intelligenz stärker nutzen zu können, arbeitet das Unternehmen daran, die IT-Systeme der einzelnen Abteilungen im Unternehmen immer stärker miteinander zu verknüpfen. „Die Menge der generierten Daten steigt an, aber die Nutzung der Daten noch nicht“, führt Uwe Herbert, IT Manager von Ypsomed aus. „Wenn wir dieses Potenzial besser ausschöpfen, können wir die Qualität der Produkte und zugleich die Effizienz der Fertigungsprozesse noch weiter steigern.“
