Robotergestützte Endverpackung medizintechnischer Produkte

High Speed mit 300 Desinfektionskappen pro Minute. Eine Endverpackungslinie von PKM Packaging setzt mit einem Output von über 400.000 Einheiten täglich Maßstäbe. Bei der wegweisenden Anlage, die Desinfektionskappen für die Verwendung in der Dialyse verpackt, spielt Flexibilität keine Rolle. Was zählt, ist Dynamik. Und dafür sorgen fünf ultraschnelle YASKAWA-Roboter.

Die Anzahl der Patienten, die auf eine Dialysebehandlung angewiesen sind, steigt unaufhaltsam. Waren es Ende 2017 rund 3,2 Millionen Menschen weltweit, sollen es Schätzungen zufolge im Jahr 2025 bereits knapp fünf Millionen sein. Gründe dafür sind unter anderem eine älter werdende Bevölkerung einhergehend mit einer größeren Anzahl an Menschen, die an Diabetes und Bluthochdruck, den Vorboten für terminales Nierenversagen, leiden. Der Bedarf an Dialyseprodukten wird dadurch mit Sicherheit weiter steigen, weshalb sich Fresenius Medical Care intensiv in diesem Markt engagiert.

Wie groß der Bedarf bereits heute ist, verdeutlicht eine 2019 am Fresenius Standort St. Wendel in Betrieb genommene Endverpackungsanlage mit einem beeindruckenden Output von annähernd 300 Desinfektionskappen pro Minute. Für die Realisierung der komplexen Linie beauftragte Fresenius den Verpackungstechnikspezialisten PKM Packaging.

Anspruchsvolle Aufgabenstellung

Das Pirmasenser Unternehmen ist eine der ersten Adresse für intelligente Automatisierungslösungen und fokussiert dabei insbesondere auf die Bereiche Medical, Pharma, Consumer und Food. Für Applikationen, die sich mit Standardanlagen nicht wirtschaftlich automatisieren lassen, entwickelt und konstruiert PKM maßgeschneiderte Lösungen mit höchster Produktivität.

Im konkreten Fall ging es darum, 300 Dialysekappen pro Minute, die die Verpackungsanlage in Blistern über fünf Zuführbänder erreichen, zunächst in sogenannte Spenderkartons zu verpacken. Abschließend sind jeweils zehn Spenderkartons in einem Versandkarton abzulegen. Was sich einfach anhört, wird unter den vorgegebenen Taktzeiten schnell zur echten Herausforderung.

Peter Dreher, Vertriebsleiter bei PKM, erinnert sich: „Das Problem bestand in den Faktoren Komplexität und Zeit. Die Anlage muss die Blister in Spenderkartons verpacken. Diese liegen nur als Zuschnitte vor, die beleimt, aufzurichten, zu bedrucken und zu etikettieren sind. Gleichzeitig sind die Versandkartons abzuholen, mit den Spenerkartons zu bestücken und zu verschließen. Und: In die Linie waren jede Menge Abfragen und kamerabasierte Prüfschritte zu integrieren.“

Dass es PKM trotz der hohen Anforderungen gelungen ist, eine prozesssichere und gleichzeitig hochwirtschaftliche Lösung zu finden, beweist der Blick auf die Endverpackungslinie, die angesichts der komplexen Arbeitsinhalte mit erstaunlich geringem Platzbedarf auskommt.

In der Anlage arbeiten insgesamt fünf YASKAWA-Roboter auf engstem Raum, darunter vier baugleiche Sechsachser vom Typ MOTOMAN GP12 und ein Deltaroboter MOTOMAN MPP3. Während die Sechsachser für die komplette Handhabung der Kartons innerhalb der Anlage zuständig sind, übernimmt der ultraschnelle Picker das Abgreifen der Blister mit anschließender Ablage in die Spenderkartons.

Die Funktionsweise der Endverpackung im Überblick

Wie durchdacht die Lösung ist, zeigt der komplette Ablauf in der Praxis. Auf einer Anlagenseite beginnt dies mit dem Abholen der Zuschnitte für die Spenderkartons. Herr dieser Zelle ist ein MOTOMAN GP12, ausgestattet mit einem Vakuumgreifer, mit dem er jeweils einen Zuschnitt aus dem Magazin abholt und an einer BV-Station prüft. Anschließend fährt der Roboter an eine Station, an der die Beleimung des Zuschnitts erfolgt. Danach drückt der Sechsachser den Zuschnitt in ein Formwerkzeug und legt den fertigen Spenderkarton auf dem darunter laufenden Band ab.

Von dort nimmt ihn ein zweiter Roboter auf und steuert einen Wolke-Drucker an, der einen Barcode aufdruckt. Zusätzlich wird noch ein Etikett aufgebracht. Nun fährt der MOTOMAN GP12 mit dem leeren Spenderkarton ein stationäres Bildverarbeitungssystem an, das Barcode und Etikett prüft. Damit ist der Karton fertig zum Befüllen und wird weitergetaktet zur Schlüsselstation der gesamten Anlage.

High Speed-Blisterverpackung mit zwei Robotern

Bei der Verpackung der Blister arbeiten zwei MOTOMAN Roboter, ein Sechsachser und ein Picker, Hand in Hand. „Die Station ist mit zwei Aufnahmen für Spenderkartons ausgestattet, so dass diese im Wechsel befüllt werden können und der Picker kontinuierlich arbeiten kann. Nur so konnten wir die vorgegebenen Taktzeiten einhalten“, betont Dreher.

Der MOTOMAN MPP3 ist mit einem komplexen 5-fach Sauggreifer ausgestattet, der es ihm erlaubt, fünf Blister gleichzeitig von der fünfspurigen Zuführung abzugreifen und nach einem ausgeklügelten Bewegungsablauf in die Spenderkartons einzulegen. Den Vorgang wiederholt der Deltaroboter insgesamt acht Mal bis der Spenderkarton mit 40 Dialysekappen komplett befüllt ist. Die enorme Geschwindigkeit des MOTOMAN MPP3 ist entscheidend für den Output der Anlage.

Parallel dazu ist der sechsachsige MOTOMAN GP12 an dieser Station mit der Bereitstellung leerer Kartons für den Picker und dem Abgreifen befüllter Spenderkartons beschäftigt, die er mit einem formschlüssigen Spezialgreifer einem Kartonschließer zuführt. Anschließend steht eine Inprozesskontrolle auf dem Programm. Die fertig verschlossenen Kartons werden aus dem Schließer ausgeschoben und in fünf Zweierreihen gruppiert. Die insgesamt zehn Spenderkartons entsprechen einer Lage im Versandkarton.

Der letzte Arbeitsschritt, das Verpacken der Spenderkartons in Versandkartons übernimmt der vierte MOTOMAN GP12. Dazu holt der Sechsachser einen leeren Versandkarton ab und fährt mit ihm zu einem Bildverarbeitungssystem, das eine Anwesenheitskontrolle der aufgeklebten Etiketten durchgeführt.

Danach erfolgt die Befüllung, bei der der Roboter mit seinem Vakuumgreifer jeweils zehn bereitstehende Spenderkartons aufnimmt und diese im Top-Loading in den Versandkarton einlegt. Dieser Zyklus wiederholt sich drei Mal, ehe der Versandkarton mit 30 Spenderkartons a 40 Dialysekappen aus der Anlage ausgeschleust wird.

Verfügbarkeit und Output auf höchstem Level

Trotz ihrer Komplexität, die hier nur zum Teil beschrieben ist, muss die Endverpackungslinie höchste Anforderungen hinsichtlich Verfügbarkeit erfüllen. „Um die Uptime auf die Spitze zu treiben, haben wir nur die besten verfügbaren Komponenten in der Anlage eingesetzt. Im Roboterbereich fiel die Entscheidung hier auf YASKAWA.

Nicht zuletzt deshalb, weil wir mit diesen Robotern bislang nur beste Erfahrungen gemacht haben. Sie sind schnell, genau und zuverlässig und genau das brauchten wir bei dieser Applikation“, so Dreher.

Eine gute Entscheidung, wie sich heute zeigt. Die Anlage läuft rund um die Uhr im Dreischichtbetrieb. Ausfälle kennt sie dabei nicht. Auch in allen anderen Punkten, darunter insbesondere die hohe Ausbringleistung, erfüllt die Endverpackungslinie die hohen Erwartungen des Betreibers.

Überraschend ist das nicht, denn YASKAWA konnte PKM mit zuverlässigen Echtzeitsimulationen und Taktzeitstudien bereits während der Konstruktionsphase unterstützen. „Gemeinsam sind wir stark und erreichen beinahe jedes Ziel, was wir mit dieser wegweisenden Lösung einmal mehr belegen“, so Dreher abschließend.

www.yaskawa.com

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