Automatisierte Montage medizintechnischer Produkte

Nicht erst seit heute hat die Montageautomation den Industriezweig Medizintechnik als ein weiteres Betätigungsfeld entdeckt. Zuführstationen für Vial und Silikon-Membranen unterliegen als elementare Komponenten zur automatisierten Montage von Behältern für Diagnostik-Reagenzflüssigkeit ganz besonderen Anforderungen.

Stationen-Detail aus dem gefrästen Topf aus Edelstahl

Ausgehend davon, dass die zunehmende Überalterung, und damit die steigende Lebenserwartung, einen grösseren Bedarf an neuen Medikamenten und auch an medizinisch-ernährungsphysiologisch orientierten Präparaten bzw. Lebensmitteln mit sich bringen, gilt es für die Herstellung besagter Produkte auch entsprechende Kapazitäten bereitzustellen. Dies wiederum bedeutet nicht nur die Präparatfertigung zu rationalisieren, sondern es gibt auch einen viel grösseren Bedarf an Präparatbehältern.

Mit einem normalen, hygienischen Lebensmittelbehälter haben jene allerdings nicht sehr viel gemein, weil sie zum Teil nicht nur die Behälterfunktion als solche darstellen müssen. Folglich sind auch andere Produktions- und Montageprozesse erforderlich, weshalb sich ein Hersteller von Glasbehältern usw. um die Bereiche Kunststoffspritzgiessen sowie Montage von Präparat- und Medizinbehältern verstärkt hat. Dazu gehört insbesondere ein Spezialist für Kunststoff-Spritzgusstechnik und weiterführende Montageprozesse sowie den entsprechenden Sondermaschinenbau, der sich heute fast ausschliesslich mit Medizintechnik-Lösungen beschäftigt. U.a. lautete eine der zahlreichen anspruchsvollen Aufgaben, eine automatisierte Montagelinie für die rationelle Befüllung von Behältern für Reagenzflüssigkeit in der Diagnostik zu entwickeln und zu bauen. Wohl wissend, dass es mit der automatisierten Montage allein nicht getan ist, weil vor allen Dingen der Teile-Zuführung ein entscheidender Anteil bezüglich Produktivität, Prozesssicherheit und Qualität zukommt, versicherte sich der Sondermaschinenbauer der Unterstützung durch Afag, seit vielen Jahren als Hersteller von Handling-Modulen und Zuführtechnik-Komplettlösungen bekannt.

Montagetechnik-Spezialist setzt auf Zuführtechnik-Spezialist

Afag bietet neben den bekannten Handling-Modulen für Pick-and-Place-Aufgaben und mehr sowohl konventionell gefertigte Zuführtöpfe aus Edelstahl als auch eine ganz besondere Antriebs- und Fördertopftechnologie. Ein absolutes Alleinstellungsmerkmal von Afag stellen die in hoch innovativer 3D-CAD-Technologie konstruierten und CAM-programmierten sowie mittels 5-Achsen-Hochleistungs-Bearbeitungszentren gefertigten Fördertöpfe aus Kunststoffen und aus Metall dar, wie auch am nachfolgenden Beispiel zu sehen ist. Der Sondermaschinenbauer orderte bei Afag je eine komplette Zuführstation „Vial“ und „Silikon-Membran“ und bekam diese Zuführstationen dann als montagefertige (komplett verschlaucht und verdrahtet inklusive Profibus-Schnittstelle), direkt andockbare Einheiten geliefert.

Die beiden Zuführstationen sind in eine automatisierte Montagelinie für Reagenzflüssigkeitsbehälter integriert, in der Vial und Silikon-Membrane u. a. eingelegt und dann versiegelt werden. Die Montagelinie läuft mit einer Taktzeit von 20 Behältern pro Minute. Die Zuführungen leisten bis zu 60 Teilen pro Minute und sichern somit die erforderliche hohe Verfügbarkeit ab. Dabei ist eine sehr hohe Prozesssicherheit gefragt, und sämtliche technischen Einrichtungen und damit auch die beiden Zuführstationen müssen, wie schon eingangs erwähnt, speziellen medizintechnischen Anforderungen genügen: tauglich für Arbeiten in Reinraumklasse ISO 8; Bauteile aus Edelstahl, oder es müssen alle Oberflächen von anderen Teilen korrosionsgeschützt sein, z. B. durch chemische Vernicklung oder durch Eloxieren von Aluminium; es dürfen nur Normteile aus Edelstahl verwendet werden; die Apparate müssen für die nachdrückliche Reinigung leicht zugänglich sein. Folgerichtig gilt dies auch für die Zuführstationen von Afag, weshalb die beiden unterschiedlichen Zuführstationen trotz teilweiser Verwendung von standardisierten Komponenten, z.B. CS-Schlittenmodulen für die Vereinzelung, individuell konfiguriert und gebaut werden mussten.

Die Zuführstation „Vial“

Die Zuführstation „Vial“ besteht aus einem Vibrationsbunker, ausgeführt in Edelstahl, der die Vorratsware aufnimmt. Diese gelangt dann sukzessive in den Vibrationsfördertopf, der einen Durchmesser von 500 mm aufweist und aus dem Topfrohling CAD-/CAM gefräst ist. Als Material wurde hier FDA Polyamid (zugelassener Werkstoff nach US-/FDA-Bestimmungen) verwendet. Nach dem Vereinzeln und der lagerichtigen Orientierung über spezielle Schikanen aus Edelstahl, kommen die Vials auf zwei ebenfalls aus gefrästen Edelstahlteilen bestehende Förderschienen mit 300 mm Länge und an deren Ende tritt schliesslich der Afag CS 12/30 Kompaktschlitten zum Vereinzeln durch seitliches Abteilen in Aktion. Wie gehabt, sind hier sämtliche produktberührenden Komponenten aus Edelstahl und dasselbe gilt auch für die Systemeinhausung, die zusätzlich mit einer Makrolon-Abdeckung verschlossen ist. Die Zuführstation „Vial“ ist in der Lage, drei Vialtypen zu verarbeiten. Zudem finden im Vereinzelungsbereich eine Typenabfrage und eine Farbabfrage statt, um eine fehlerhafte Vialmontage und vor allem auch -befüllung von vorneherein ausschliessen zu können. Der Typenwechsel selbst geht per Schnellentleerung rasch vonstatten, so dass bei einem Produktwechsel keine Wartezeiten anstehen.

Die Zuführstation „Silikon-Membrane“

Die Zuführstation „Silikon-Membrane“ besteht ebenfalls aus einem Vibrationsbunker in Edelstahlausführung zur Aufnahme von Vorratsware, einem Vibrationsfördertopf aus Edelstahl mit 300 mm Durchmesser, der aus dem Topfrohling CAD-/CAM gefräst ist, einer Förderschiene in Edelstahl mit 450 mm Länge, und schliesslich einer Vereinzelungseinheit mit einem Afag CS 12/30 Kompaktschlitten zum seitlichen Abteilen. Selbstredend sind auch hier alle produktberührenden Komponenten aus Edelstahl gefertigt.

Diese Zuführstation ist für Verarbeitung von zwei Typen Silikon-Membranen ausgelegt, wobei das Fördern von solchen Silikonteilen besondere Oberflächenstrukturen verlangt, da die Teile zur elektrostatischen Aufladung und zum „Zusammenkleben“ (Adhäsionseffekt) neigen. Dies wiederum könnte die Prozesssicherheit beeinträchtigen, weshalb zur Kompensation der möglichen elektrostatischen Aufladung zusätzlich ein Ionisiergerät installiert wurde. Auch hier gibt es zur Qualitätssicherung eine Farbabfrage und der Typwechsel lässt sich per Schnellentleerung ebenfalls rasch durchführen. Natürlich ist auch diese Station komplett mit einer Edelstahl-Umhausung inklusive Makrolon-Abdeckung ausgestattet.

Reproduzierbare Fertigungsqualität

Mit der hochentwickelten Technologie der 3D-CAD-Konstruktion plus CAM-Programm und 5-Achsen-Hochleistungsfräsen ist Afag in der Lage, selbst ausgefallene Kundenwünsche in reproduzierbarer Fertigungsqualität zu realisieren. Das ist nicht ganz unwichtig bei Produkten mit sehr hohen Fertigungsstückzahlen, die im Normalfall im Mehrschichtbetrieb entstehen und wobei die Produktions- und Montageeinrichtungen doch einer enormen Dauerbelastung standhalten müssen. Zum einen ist die 3D-Technologie der Garant für die Lösung kniffliger Zuführaufgaben, zum anderen gibt die CAM-/CNC-5-Achsen-Technologie die Gewähr, dass ein Ersatzfördertopf genauso effizient arbeitet wie der zu ersetzende Vorgänger.