Saubere Sache - Spritzgießmaschine mit integriertem Roboter unter Reinraumbedingungen

Saubere Sache - Spritzgießmaschine mit integriertem Roboter unter Reinraumbedingungen

Die Herstellung medizintechnischer Produkte gehört zu den sensibelsten Bereichen im Maschinen- und Anlagenbau. Hundertprozentige Beherrschung der Produktionsprozesse unter Reinraumbedingungen heißt eine der zentralen Anforderungen im Medical-Bereich, die eine Spritzgießzelle von Engel mit integriertem Reinraum-Roboter von Stäubli sicher erfüllt.

Die Premiere einer für Reinraumanforderungen konzipierten Engel e-victory 50 auf der Kunststoff-Weltleitmesse K 2007 sorgte beim Fachpublikum für Aufsehen. Die Gesamtlösung für die Produktion medizintechnischer Komponenten und medizinischer Massenartikel bietet den Anwendern eine interessante und wirtschaftliche Lösung aus einer Hand. Die Spritzgießmaschine mit 500 kN Schließkraft ist nach GMP für den Einsatz im Reinraum qualifiziert.

Den entscheidenden Vorteil für Anwender bringt Dipl.-Ing. Christoph Lhota, Leiter Geschäftsbereich Medical bei Engel Austria, auf den Punkt: ?Unsere Kunden bekommen von uns auf Wunsch eine funktionierende, schlüsselfertige Spritzgießzelle mit allen Komponenten aus einer Hand. Nach dem Motto Plug & Play kann der Anwender damit sofort mit der Produktion seiner medizintechnischen Teile beginnen. Ändert sich das Teilespektrum, lässt sich die Zelle dank hoher Flexibilität, die nicht zuletzt durch den Einsatz eines Sechsachs-Roboters für das Teilehandling erreicht wird, schnell und unkompliziert dem neuen Aufgabenspektrum anpassen.?

Das Teilespektrum, das auf der Maschine gespritzt werden kann, ist breit gefächert. Grundsätzlich handelt es sich um medizintechnische Produkte für den Einmalgebrauch. Das Spektrum reicht von Medikamentenzuführsystemen wie Spritzen, Infusionssets, Transfusions- und Dialyseequipment über Zentrifugen, Blutfilter, Inhalatoren, Diabetes-Care-Produkte bis hin zu Implantaten zur Fixierung von Frakturen. Bei der Messepremiere auf der Düsseldorfer K produzierte die Maschine unter höchsten Reinheitsbedingungen mikrofluidische Testelemente, sog. ?Labs on a chip? (LOC), die noch im Reinraum in Beutel verpackt wurden. Diese LOC´s dienen zur schnellen Analyse von Körperflüssigkeiten vor Ort, was heute in großen Labors möglich ist.

Die Maschine hat Engel nach c´GMP-Bestimmungen (current Good Manufacturing Practice) der US-amerikanischen FDA (Food and Drug Administration) entwickelt. Um die Entwicklungsarbeiten unter Realbedingungen realisieren zu können, haben die Österreicher im anwendungstechnischen Zentrum im Stammwerk Schwertberg in einen Reinraum der Klasse 6 nach DIN EN ISO 14644-1 investiert. ?Rund 95 Prozent der Medical-Anwendungen in der Kunststofftechnik laufen unter Reinraumklasse GMP C+D, was ISO 7 und 8 entspricht. Die Reinraumtauglichkeit unserer Maschinen erfüllt diese Anforderungen uneingeschränkt. Bei Bedarf können wir auch strengere Anforderungen erfüllen. Für den eingesetzten Stäubli TX 40 in Reinraumausführung ist die Einhaltung dieser Reinraumklasse kein Problem?, so Lhota. Der Roboter erreicht sogar die viel anspruchsvollere Reinraumklasse
ISO 4.

Holmlose Schließeinheit mit signifikanten Vorteilen

Die Besonderheit der Engel-victory Spritzgießmaschinen besteht in der holmlosen Schließeinheit. Diese Bauform, die so laut Aussage von Christoph Lhota nur Engel anbietet, birgt einige entscheidende Vorteile. Dazu gehören der frei zugängliche Einbauraum für das Werkzeug und viel Platz für die Integration des Roboters innerhalb der Maschine. Weiteres Plus der holmlosen Konstruktion: Sie bietet ideale Voraussetzungen für den Einsatz in Reinräumen, weil die Holme als Schmutzfänger entfallen und Verwirbelungen durch Störkonturen im laminaren Reinraumluftfluss vermieden werden.

Warum Engel Austria  unter anderem den Stäubli TX 40 in dieser Zelle einsetzt, bringt Dipl.-Ing. Christoph Lhota auf den Punkt: ?Ein Kriterium war natürlich die werksseitig gegebene Reinraumtauglichkeit des TX 40. Hinzu kommt aber die äußerst kompakte Bauweise dieses Roboters, die eine einfache Integration innerhalb der Maschine erlaubt und zwar an optimaler Position. Das heißt, wir müssen den Roboter nicht über dem Produkt platzieren, sondern können ihn auf einer Ebene mit dem Produkt aufstellen, was den Laminarfluss der Luft, der in Reinräumen zu über 90 Prozent der Fälle von oben nach unten verläuft, nicht negativ beeinflusst.?
Außerdem verfüge Stäubli gerade im Medizinbereich über ein besonders gutes Image. Grundsätzlich könne Engel aber auch Roboter anderer Hersteller integrieren, allerdings nur unter der Voraussetzung, dass diese Roboter die geforderte Reinraumtauglichkeit aufweisen.

Einfache Bedienung des Roboters

Die Integration des Stäubli Roboters in die e-victory Maschine macht sich in einem weiteren Punkt, der einfachen Bedienung, bezahlt. Mit VALplast bietet Stäubli eine in Eigenregie entwickelte Anwendungssoftware, die die Bedienung und Programmierung der Roboter im Spritzgießbereich stark vereinfacht. Die Anbindung an Spritzgießautomaten erfolgt schnell und einfach über die standardisierte Euromap-Schnittstelle. Die intuitive und benutzerfreundliche Oberfläche erlaubt die schnelle Programmierung der Roboter. Vordefinierte Funktionen und Bausteine erleichtern die Erstellung von Programmen und Bewegungsabläufen erheblich. Tiefgehende Spezialkenntnisse sind deshalb nicht erforderlich.

Der Aufgabenbereich des Roboters innerhalb der Maschine ist auf reine Handlingoperationen begrenzt.  Der TX40 übernimmt die Entnahme der Teile aus der Form und das Ablegen auf ein Förderband. Mit dem erhöhten Temperaturniveau in der Spritzgießzelle kommt der Sechsachser dabei bestens zurecht. Auch Temperaturschwankungen zwischen Anlauf bei Schichtbeginn und der Arbeit nach einigen Produktionsstunden lassen den Roboter kalt. Die hohe Präzision des Roboters ist für diese Applikationen bei weitem ausreichend. Neben der Kompaktheit und Reinraumtauglichkeit hatte für Engel die Zuverlässigkeit der Stäubli Maschinen oberste Priorität. ?Steht der Roboter, steht auch die ganze Maschine. Und Produktionsausfälle können und wollen wir uns überhaupt nicht leisten?, so Lhota.

Linearsysteme contra Roboter

Engel baut über 1000 eigene Linear-Handlingsysteme für Spritzgießmaschinen jährlich selbst. Dass man sich bei dieser Maschine zur Integration eines Sechsachsroboters entschied, erklärt Christoph Lhota: ?Die Anwendung bestimmt bei uns die eingesetzte Komponente. Wir setzen unsere Linearsysteme normalerweise ein, wenn deren Steuerung komplett in die Maschinensteuerung integriert werden muss und wenn es auf extrem kurze Taktzeiten ankommt. Sechsachs-Roboter hingegen kommen dann zum Einsatz, wenn unter Reinraumbedingungen gearbeitet werden muss und wenn die Zelle sehr kompakt sein muss, das Entnahme-Handling also innerhalb der Zelle zu integrieren ist. Ein weiterer Grund für den Einsatz von Sechsachsern kann auch in der Übernahme von Nachfolgeoperationen am Spritzgussteil und natürlich allgemein in der hohen Flexibilität liegen.?

Konstruktion und Fertigung von Greifern übernehmen die Österreicher ebenfalls gerne in Eigenregie. Dabei greift man schon einmal auf ein Standardmodul der bekannten Hersteller zurück, alle weitere Adaptions- und Individualisierungsarbeiten erledigt man dann aber im eigenen Haus. Hohe Fertigungstiefe, die hierzulande oft als Manko missverstanden wird, nutzt man in Österreich konsequent zum eigenen Vorteil. Man ist schnell, flexibel, unabhängig. Und das nicht nur beim Bau von Greifern.

Bild: Die holmlose Schließeinheit birgt einige entscheidende Vorteile wie frei zugänglichen Einbauraum für das Werkzeug und viel Platz für die Integration des Roboters innerhalb der Maschine.