Oktober 2010

Die Herstellung eines Inhalators für die kontrollierte Dosierung von Medikamenten zur Bekämpfung von Atemwegserkrankungen ist typisch für das Produktportfolio von Forteq Healthcare. Die Einzelteile dazu stellt Forteq hochautomatisiert im Reinraum her. Diese Teile werden anschließend auf vollautomatischen Montagelinien zu verkaufsfertigen Geräten komplettiert. Die Anlagen produzieren Präzisionsteile, unter anderem Zahnräder mit 0,02 Gramm Gewicht, die im Zählwerk des Inhalators zum Einsatz kommen, damit der Benutzer den Füllstand des Geräts überwachen kann. Die korrekte Anzeige des Zählwerks ist für den Patienten unabdingbar, dessen Gesundheit die genau dosierte, regelmäßige Inhalation des Wirkstoffs verlangt.

Das Teilespektrum für den Inhalator umfasst zehn Teile, von denen neun auf Werkzeugen mit Heißläufersystemen gespritzt werden. Fünf dieser Teile werden in sechs Produktionszellen hergestellt. Die Automatisierungsanlagen kommen von Wittmann Kunststofftechnik aus Kaltbrunn in der Schweiz.
Da bei einem derart geringen Teilegewicht einzelne, nicht konforme Kavitäten der Mehrfach-Werkzeuge nicht abgeschaltet werden können, ist die Entnahme des kompletten Schusses zwingend. Das Signal Gut/Schlecht verarbeitet der Roboter und legt dann die Teile – je nach Werkzeug 16 bis zu 32 Stück pro Schuss – geordnet in die Aufnahme zur Separierung oder in die Ausschussrinne. Bei der Entnahme dieser hochempfindlichen Teile muss der Greifer mittels Indexbolzen auf 0,2 mm genau am Werkzeug positioniert werden, damit die Schieber und Auswerferstifte das noch zirka 90°C warme, hochempfindliche Teil nicht beschädigen. Die stabilen Greifer sind gewichtsoptimiert, um die Entnahmezeit im Werkzeug so kurz wie möglich zu halten. Es ist also im wahrsten Sinne des Wortes Schweizer Präzisionsarbeit notwendig, die der Greiferbau der Wittmann Kunststoff in Kaltbrunn leistet. „Die Qualität und Leistung der Wittmann Automatisierung ist ein Grund für unsere jahrelange Lieferantentreue“, so Dr. Joachim Franke, Geschäftsführer von Forteq Healthcare.

Zuverlässigkeit und Wartungsarmut entscheidend

Forteq ist ein junges Unternehmen mit langer Tradition, das aus der ehemaligen Mikron Plastic Technology hervorgegangen ist. Neben der Spritzgießtechnologie spielt im Medizinbereich die Reinraumproduktion eine Schlüsselrolle. Die Herstellung der Produkte findet konsequent in einem Reinraum der Klasse ISO 8 statt. Zu den Kunden gehören nicht nur Medizinaltechnik- und Diagnostik-Unternehmen, sondern auch die Pharmaindustrie. Es werden überwiegend technische Kunststoffe und Polypropylen in Anlagen verarbeitet, die Zykluszeiten von 4,4 Sekunden ohne und 7,9 Sekunden mit Roboterentnahme erreichen.

Um höchsten Qualitätsansprüchen gerecht zu werden,eröffnet Forteq bei jeder Entwicklung ein Entwicklungsfile als Teil des Design- und Entwicklungsprozesses. Durch die Überwachung der Einhaltung der Vorschriften und Normen wird die Dokumentation aller Änderungen und der in Betracht gezogenen Alternativen während der Entwicklungsphase gewährleistet. Produziert wird dann nach cGMP-Richtlinien. Forteq unterhält ein Qualitätsmanagementsystem nach ISO 9001:2000 sowie ISO 13485:2003. Diesem Ansatz lag auch die Entscheidung beim Kauf der Produktionszellen zu Grunde. Für Franke und sein Team sind vor allem die Zuverlässigkeit und die Wartungsarmut der Temperiergeräte, Roboter und peripheren Einrichtungen wichtig.
Mittelpunkt der Automatisierung sind sechs Wittmann-Robotsysteme von unterschiedlichem technischen Stand und aus verschiedenen Produktionsjahren. Eines ist ihnen jedoch gemeinsam, ein störungsfreier Betrieb an sieben Tagen à 24 Stunden, Woche für Woche, der nur durch die notwendigen Wartungsarbeiten an den Produktionszellen und den Reinraumeinrichtungen unterbrochen wird. Die erreichten Zykluszeiten unter-schreiten mittlerweile zum Teil die Acht-Sekunden-Grenze. Die W-Drive genannten hochdynamischen Antriebe aus Wittmann eigener Entwicklung sind dabei bis zur Höchstleistung gefordert. Dennoch kann die Entnahme durch präzises Andocken an das Werkzeug und der zwingend notwendigen Abfrage, ob jedes einzelne Teil sicher aus dem Werkzeug entfernt wurde, durchaus bis zu zwei Sekunden benötigen. „Der Werkzeugschutz der Spritzgießmaschine kann bei derart winzigen Teilen nicht zuverlässig ansprechen und ein Schaden durch ein im Werkzeug verbliebenes Teil kann immense Kosten verursachen“, erklärt Walter Reinmann, Abteilungsleiter Komponentenfertigung bei Forteq:„Da akzeptieren wir lieber die aus der größeren Masse des soliden Greifsystems resultierende, um ein paar Zehntel Sekunden höhere Entnahmezeit, sparen aber unterm Strich mit Sicherheit viele Franken durch den störungsfreien, kontinuierliche Lauf und spezifikationskonforme Endprodukte.“
Die entnommenen Teile legt der Robotergreifer in Separiereinrichtungen ab von denen aus sie über ein Rohrsystem den Verpackungsbeuteln zugeführt und ohne weiteres Umpacken oder Handhaben zu den Montagemaschinen gebracht werden. Prüfteile für die Qualitätssicherung werden entweder über die Roboter-Software in bestimmten festgelegten Abständen regelmäßig oder durch einen handbetätigten Taster außerhalb der Schutzeinhausung sporadisch angefordert. Die Ablage erfolgt in speziellen Schubladen, die ohne Störung der Produktionszelle jederzeit entleert werden können.

SchnellerReturn on Invest durch kürzere Zykluszeiten

Die eingesetzten Roboter der Typen W 721 CSS3 und W 732 CSS3 sind Drei-Achsen-Servo-Roboter, die gegenüber ihren Vorgängern, die nach und nach ausgetauscht werden, deutliche Zykluszeitgewinne gebracht haben. So wurde die Reduzierung von Zykluszeiten von 12,5 auf acht Sekunden bei völlig gleicher Zuverlässigkeit und Präzision der Geräte erreicht. Dieser Zeitgewinn erlaubt bei mindestens 48 Betriebswochen pro Jahr einen sehr kurzfristigen Return of Investment.

Die 7.2-Steuerung von Wittmann ermöglicht die Teach-In-Programmierung. Die Befehlsliste lässt sich durch Sonderfunktionen ergänzen, um speziellen Anforderungen gerecht zu werden. Eine dieser Sonderfunktionen ist die Anzeige aufgetretener Fehler oder Fehlfunktionen im Klartext auf der Teach-Box. Alle Sensoren bzw. Steuerungseingänge, die bestimmte Positionen der mechanischen Elemente abfragen, können über die Software in Echtzeit überwacht werden und bei Fehlen des Signals innerhalb eines festgelegten Zeitfensters einen Alarm ausgeben. Durch die Klartextausgabe wird der Ort, an dem der Defekt aufgetreten ist, für den Bediener der Anlage sofort erkennbar. „Dass der Text der Anzeige von unseren Bedienern gegebenenfalls auch in verschiedenen Sprachen selbst eingegeben werden kann, erleichtert die Erkennung der Problemzone enorm. Auch dies ist ein weiterer Beitrag, die Verfügbarkeit der Anlagen zu steigern“, so Walter Reinmann.
Wenn sich bei Zykluszeiten von beispielsweise sechs Sekunden bei 48 Produktionswochen die Arbeitszyklen pro Jahr und Gerät auf fast fünf Millionen steigern lassen, ist eine optimale Programmgestaltung zwingend. Höchste Beschleunigung und Geschwindigkeit werden nur dort eingesetzt, wo sie helfen den Gesamtzyklus so kurz wie möglich zu halten, um den Abrieb von Pneumatikschläuchen und Kabelschlepp zu minimieren und damit die Kontaminierung des Reinraums zu reduzieren. Der weitere Ablauf wird ökonomisch gestaltet, das heißt, jede Bewegung ist so kurz wie möglich und so langsam wie vertretbar. Die intelligente Programmstruktur der Software erlaubt einen solchen Programmaufbau in wenigen einfachen Schritten und ist damit ein weiteres Argument für den Einsatz von Linearrobotern im Reinraum.

Die optimale Produktion von in verschiedener Hinsicht extrem empfindlichen Teilen erfordert eine perfekte „Teamarbeit“ von Menschen und Maschinen. „Nur mit einer hochqualifizierte Mannschaft erfahrener Fachleute und ausgewählt effizienten, zuverlässigen Maschinen und Anlagen lassen sich die sehr hohen Ansprüche der Pharma- und Medizintechnikindustrie auf Dauer erfüllen“ stellt Geschäftsführer Dr. Joachim Franke abschließend fest.

Kosteneffizienz
Mit nur wenigen Ergänzungen fit für den Reinraum

Es erfordert für die Roboter und Automatisierungskomponenten nur wenige aber wichtige Ergänzungen gegenüber den Standardgeräten, um die Eignung zur Produktion in der Medizinteile-Fertigung zu erreichen. So kommen alle Geräte aus dem Lieferwerk schon mit reinraumtauglicher Pneumatikverschlauchung, geschlossener Schleppkette und FDA-Schmierung. Es werden Vakuumpumpen mit gesammelter Abluft und Ölabscheider statt Venturisystemen eingesetzt. Dies dient im Falle Forteq Healthcare nicht nur der Reinraum-Qualifikation sondern auch der Kostenersparnis. Da bis zu 32 Teile pro Schuss mit Vakuum entnommen und gegebenenfalls getrennt abgelegt werden, würde aus den dazu notwendigen Venturidüsen ein zu großer Druckluftverbrauch mit entsprechend hohen Energiekosten resultieren. Druckluft ist bekanntlich ein sehr teures Medium.

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