Maximale Sicherheit ohne Überraschungen

Maximale Sicherheit ohne Überraschungen

Vollautomatisierte Küvettenproduktion aus einer Hand

Auf Dauer reproduzierbar, präzise und stabil: So lauteten die wichtigsten Ziele, mit denen Sonoco Crellin im vergangenen Jahr in den Ausbau seiner Küvetten-Fertigung investierte. Für den Anlagenlieferanten ENGEL bedeutete dies zweierlei: Bewährtes bewahren und Unnötiges vermeiden.

Die vier Zentimeter hohen Probengefäße für die medizinische Diagnostik aus glasklarem PMMA gehören seit vielen Jahren zum festen Auftragsbestand von Sonoco Crellin im niederländischen Berkel en Rodenrijs. Nur wenige Autominuten von Rotterdam entfernt ist die Medizintechniksparte der Sonoco Plastics Division zu Hause. Der Contract Manufacturer erfüllt dort in einem Reinraum der Klasse ISO 8 die unterschiedlichsten Kundenwünsche. „Unsere Stärke ist, dass wir uns sehr schnell auf neue Anforderungen einstellen können, und das auf höchstem Qualitätsniveau“, betont Michael Müller, Geschäftsführer von Sonoco Crellin in Berkel en Rodenrijs. „Your taste. Our skills.“, lautet das Motto. „Your taste, das sind die Anforderungen unserer Kunden. Our skills, das steht für unsere Kompetenz, die Kundenanforderungen effektiv umzusetzen“, so Müller.

Und so sind es die großen, namhaften Unternehmen der Medizintechnik-, Pharma- und Diagnostikbranche, die in Berkel en Rodenrijs fertigen lassen. Unter ihnen Alfa Wassermann, der Auftraggeber für die PMMA-Küvetten. Lange Zeit verteilte der global tätige Ausrüster von Laboratorien in Arztpraxen und Krankenhäusern sein Auftragsvolumen auf zwei Kunststoffverarbeiter. Neben Sonoco fertigte ein weiteres Unternehmen in den USA die gleichen Produkte. 2009 jedoch änderte Alfa Wassermann seine Strategie und konzentrierte das Gesamtvolumen auf die Niederländer. „Dafür forderte unser Kunde von uns natürlich eine langfristige Liefersicherheit“, berichtet Müller. „Wir mussten ihm garantieren, dass wir auch höhere Stückzahlen in konstanter Qualität über viele Jahre zuverlässig liefern können.“ Die bestehende Fertigungslinie stieß damit an ihre Grenzen, die Flexibilität des Contract Manufacturers war einmal mehr herausgefordert.

Um den Auftrag annehmen zu können, investierte Sonoco in den Ausbau und die Modernisierung der bestehenden Fertigung. Seit Juli vergangenen Jahres produzieren statt einer nun zwei Fertigungslinien parallel. Sie kommen auf 60 Millionen Küvetten pro Jahr, in Peakzeiten können es mehr sein, auch das war eine wichtige Anforderung des Kunden. Beide Fertigungslinien sind so genannte dedicated lines. So nennt der Contract Manufacturer Anlagen, die auf ein Produkt zugeschnitten sind und nicht für andere Aufträge zwischendurch umgerüstet werden. „Wir gehen davon aus, dass die Anlagen über die nächsten sechs, sieben Jahre mit der Küvettenproduktion ausgelastet sein werden“, plant Müller.

Bewährtes bewahren

Die Linien bestehen jeweils aus einer Spritzgießmaschine vom Typ ENGEL e-motion 55, einem Linearroboter vom Typ ENGEL ERC 23 F und einer ebenfalls von ENGEL individuell ausgelegten Automatisierungslösung zum Verpacken der Küvetten. Das Gesamtpaket wurde als Turn-key-Anlage geliefert, inklusive dreijähriger Performance-Garantie.

„Wir haben mit verschiedenen Anbietern gesprochen, und dabei hat sich ENGEL als derjenige herauskristallisiert, der sich am besten auf unsere Wünsche einstellte“, betont Müller, dem es vor allem darauf ankam, nicht einen komplett neuen Fertigungsprozess zu entwerfen. „Die alte Anlage hatte ihre Schwächen, aber auch ihre Stärken und genau die wollten wir erhalten. Deshalb suchten wir einen Partner, der uns auf Basis des bestehenden Prozesses eine State-of-the-art-Lösung anbietet.“ Herausgefordert wurde dabei vor allem das Automatisierungs-Know-how von ENGEL, denn in diesem Bereich machten die Projektverantwortlichen von Sonoco das größte Optimierungspotenzial aus.

„Das alte Teilehandling- und -verpackungssystem war enorm komplex. Es gab unzählige Schalter und Sensoren, die sich als anfällig erwiesen und häufig Störungen verursachten“, berichtet John Ballijns, Engineering Manager bei Sonoco Crellin. Daraus resultierte der Wunsch, das neue System so einfach wie möglich zu halten. Für die Experten von ENGEL Automatisierungstechnik Deutschland in Hagen bedeutete dies, Sinn und Funktion jeder Komponente des Altsystems zu hinterfragen. So zeigte sich zum Beispiel, dass in der neuen Lösung auf Kamerasysteme verzichtet werden kann.

Verpackt werden die Küvetten in so genannten Sleeves, flachen, in der Mitte unterteilten Kunststoffschienen, die rechts und links jeweils zehn Küvetten aufnehmen. Diese Sleeves dienen dazu, die Küvetten den Analysegeräten zuzuführen, ein weltweiter Standard für Küvetten. Das Besondere der Sleeves: Die Küvetten liegen auf der einen Seite mit der Öffnung nach vorne und auf der anderen mit der Öffnung nach hinten in der Schiene. Für die Automation bedeutet dies, dass die Hälfte der Küvetten nach dem Spritzguss gedreht und die Schienen von beiden Seiten bestückt werden müssen. Dafür sind die Sleeves zentral platziert, wobei sich rechts und links Zuführschienen aus Edelstahl befinden. In diesen werden die Küvetten nach dem Spritzguss gesammelt, um jeweils fünf-Stück-weise in die Kunststoffschiene überführt zu werden. Der Greifer des ENGEL-ERC-Roboters entnimmt also die Küvetten aus dem 16-fach-Werkzeug, übergibt die Hälfte davon an einen weiteren, außerhalb des Werkzeugbereichs platzierten Greifer und legt die übrigen acht Küvetten rechts vom Sleeve in der Zuführstation ab. Gleichzeitig dreht sich der externe Greifer um 90° und legt seine acht Küvetten links v om Sleeve ab.

Empfindliche Leichtgewichte sicher greifen

Beim Greifen, Ablegen und Schieben der Küvetten mussten die Automatisierungsexperten darauf achten, dass zu keiner Zeit die Seitenwände der Küvetten berührt werden. Dort befinden sich die Sichtfenster, durch die später im Labor für die Analyse von zum Beispiel Blut Licht im sichtbaren und ultravioletten Wellenlängenbereich geleitet wird. Selbst feinste Kratzer könnten das Ergebnis der Spektroskopie verfälschen. So musste der Greifer gezielt an diese Einschränkung angepasst werden, denn die Flächen, die für das Handling zur Verfügung stehen, verlaufen konisch. Eine weitere Herausforderung für das Greifersystem stellte das geringe Gewicht der Küvetten von lediglich 0,2 Gramm dar.

Dass die Küvetten nicht direkt nach der Entnahme aus dem Werkzeug in den Kunststoffschienen platziert werden, liegt nicht alleine daran, dass pro Zyklus weniger Küvetten gespritzt werden als im Sleeve Platz finden. Vielmehr geht es bei der Trennung zwischen Spritzguss und Verpackung um die Prozesssicherheit. Das Puffern in den Zuführschienen gewährleistet, dass jederzeit exakt 20 Küvetten in die Sleeves geschoben werden, selbst dann, wenn einzelne Kavitäten des Werkzeugs gesperrt sind.

Sein Ziel, durch eine Vereinfachung des Teilehandlings die Produktivität und Verfügbarkeit der Fertigungsanlage zu steigern, hat Sonoco Crellin voll und ganz erreicht. Maximal zwei Störungen in 48 Stunden, so lautete die Vorgabe, die heute sogar unterschritten wird. „Wir wollen produzieren und keine Störungen beseitigen“, betont Müller: „Stabile Prozesse sind bei der Herstellung medizintechnischer Einwegprodukte die Voraussetzung für höchste Produktqualität und Reproduzierbarkeit.“

Benötigt die Automation dennoch einmal manuelle Hilfe, ist die Gesamtanlage so ausgelegt, dass sich die Sicherheitseinhausung des Teilehandlings bei laufender Spritzgießmaschine öffnen lässt. „Es ist günstiger, während dieser Zeit Ausschuss zu produzieren, als den Spritzgießprozess nach einer Störung komplett neu starten zu müssen“, so Ballijns.

Kürzere Zyklen, weniger Energieverbrauch

Mit der Steigerung der Produktivität wird Sonoco Crellin nicht nur den neuen Kundenanforderungen gerecht, die höhere Effizienz ist auch ein wichtiger Baustein zum Return on Invest der Anlage. „Wir garantieren unserem Kunden eine Preisstabilität“, sagt Müller: „Um auch bei weiterhin schwankenden Rohstoffpreisen an dem Auftrag zu verdienen, müssen wir an bestimmten Stellen einsparen.“

Neben der höheren Anlagenverfügbarkeit betrifft dies vor allem die Zykluszeit des Spritzgießprozesses. Mit aktuell 9,7 Sekunden ist es Sonoco gemeinsam mit seinem Partner ENGEL gelungen, die Zykluszeit der Altanlage um 20 Prozent zu unterbieten. Davon entfallen 7,2 Prozent auf das Einspritzen und Kühlen, während der Roboter 2,5 Sekunden für das Entformen benötigt. „Wir wollten durch die Automation keine Zeit verlieren“, betont Ballijns. Bei der Auswahl des Entnahmeroboters fiel die Entscheidung deshalb auf den ERC 23 mit dem Antriebspaket speed. „Damit erreichen wir eine besonders hohe Geschwindigkeit der Z-Achse“, so Matthias Hölscher, Projektingenieur bei ENGEL Automatisierungstechnik in Hagen.

Auch die vollelektrischen Antriebe der ENGEL e-motion Spritzgießmaschinen tragen ihren Teil zum Sparpaket bei. „Wir sind gerade dabei, unseren gesamten Reinraum auf vollelektrische Maschinen umzustellen“, so Müller. „Damit sparen wir zwischen 30 und 40 Prozent Energie ein.“

Insgesamt 15 Maschinen stehen derzeit im Reinraum in Berkel en Rodenrijs, neun davon arbeiten bereits vollelektrisch. Neben den beiden e-motion-Maschinen der Küvetten-Fertigungslinien, sind dies unter anderem zwei weitere ENGEL e-motion sowie zwei ENGEL e-max-Maschinen. Ein ölfreier Reinraum, das bedeutet für Michael Müller allerdings mehr als Energieeffizienz. „Wir hatten in der Vergangenheit eine Ölleckage im Reinraum“, berichtet er: „Das kostete uns nicht nur richtig viel Geld, sondern auch eine komplette Woche, die wir für die Reinigung und die erneute Validierung benötigten. Diesen Risikofaktor wollen wir komplett ausschalten.“

Nicht zuletzt auch, um im harten Wettbewerb der Contract Manufacturer die eigenen Vorteile weiter auszubauen. Wer weiß, auf welche Kundenanforderungen sich Michael Müller und sein Team als nächstes werden schnell und flexibel einstellen müssen.

Bild: Das Automatisierungssystem für die Verpackung der spritzgegossenen Küvetten ist das Herzstück der Systemlösung, die ENGEL aus einer Hand lieferte.