XPlanar senkt Rüstzeiten bei Kosmetikabfüllung um ein Drittel

Wenn in der Produktion der Platz für klassische Anlagenkonzepte fehlt, sind Kreativität und PC-based Control gefragt. Dementsprechend haben Pro Pharma Automation und Glanzer cosmetic engineering mit XPlanar und TwinCAT eine innovative Abfüllanlage realisiert, welche laut Sigrid Glanzer einen Benchmark in der Abfüllung und im Design von Mehrkomponenten-Kosmetika setzen wird.

Glanzer cosmetic engineering produziert seit über 90 Jahren Kosmetikprodukte für internationale Marken und den Handel. Rund 100 Mitarbeiter entwickeln, produzieren, verfüllen und verpacken hochviskose Öle, Emulsionen, Cremes und Flüssigkeiten auf insgesamt zehn Linien. „Wir bieten als führender Vertragshersteller in Österreich einen Full-Service im Bereich Kosmetika, von der Produktentwicklung und Produktion nach Produktspezifikationen über das Abfüllen bis hin zur Verpackung“, so die geschäftsführende Gesellschafterin Sigrid Glanzer. Die Herausforderungen liegen dabei in immer kürzeren Produktlebenszyklen und teils sehr dynamischen Fertigungslosen. Hinzu kommen Trends wie die Mehrphasen-Abfüllung oder individuelle Muster in den Tiegeln. „In der Kosmetik geht es recht kreativ zu“, bestätigt Walter Steinauer, Betriebsleiter und Mitinhaber des nach IFS-HPC und Kosmetik GMP zertifizierten Unternehmens.

XPlanar für Kompaktheit und Skalierbarkeit

Um die Prämissen eines immer dynamischeren Markts erfüllen zu können, wurde zusammen mit dem auf pharmazeutische und kosmetische Industrie spezialisierten Maschinenbauer Pro Pharma Automation in Elsbach eine neue Abfüll- und Verschlussanlage konzipiert. Flexibilität hinsichtlich Tiegelgrößen, Prozessablauf und Produktpalette hatten dabei oberste Priorität und verlangten einen komplett neuen Ansatz für die Fertigungslinie. Für Pro Pharma kam erschwerend hinzu, dass im Produktionsbereich Feinkosmetik mit seinen hohen Hygieneanforderungen nur die begrenzte Fläche der bisherigen Produktionslinie zur Verfügung stand. „Bei einer Stellfläche von etwa 3 x 1,8 m kann von einer Linie eigentlich keine Rede sein“, skizziert Christian Haslmair, Geschäftsführer von Pro Pharma Automation, das Konzept.

Die Basis der Abfüllanlage bildet das Planarmotorantriebssystem XPlanar von Beckhoff. „Dessen großer Vorteil ist, dass das System eine flächige Nutzung und ein individuelles Layout ermöglicht“, betont Walter Steinauer. Dadurch lassen sich viel mehr Stationen auf wenig Fläche unterbringen als in Anlagen mit klassischen Förderbändern. Zudem entkoppeln die XPlanar-Mover den Prozessablauf. Je nach Produktspezifikation können einzelne Stationen im Ablauf ausgelassen oder mehrmals durchlaufen werden. Ebenso lassen sich Anlagen mit XPlanar durch Parallelisierung einzelner Stationen und mehr Mover nahezu beliebig skalieren. „Der aktuelle Grundriss mit 20 XPlanar-Kacheln und 16 Movern ist für rund 30 Einheiten je Minute ausgelegt“, so Christian Haslmair.

Auf engstem Raum wurden insgesamt 13 Prozessstationen und drei Roboter untergebracht. Der erste Roboter nimmt die Tiegel aus der Zuführung und setzt sie im Übergabe-Bereich auf den XPlanar-Mover mit seiner speziellen Halterung, die das Gebinde präzise fixiert. Das Entspannen der Halterung vor dem Einsetzen des Tiegels durch den Roboter erfolgt ebenfalls automatisch. Danach geht es zur Absaug- bzw. Ausblasstation, die sicherstellt, dass keine Partikel oder Kartonreste in den Tiegeln sind. Dann folgt die Befüllung. Hier hat Glanzer die Möglichkeit, die Tiegel mit zwei Komponenten gleichzeitig zu befüllen oder auch nur mit einer. Bei der Dosierung setzt Pro Pharma auf servogeregelte Schneckenfüller anstatt auf die bislang verbreiteten Kolbenfüller. „Damit können wir extrem viskose Flüssigkeiten und wasserbasierte Emulsionen abfüllen, bei Bedarf zurückziehen oder nachdosieren“, so Christian Haslmair.

Mover-Rotation und Präzision generieren USP

Da Glanzer cosmetic engineering perspektivisch auch kleine Flacons abfüllen möchte, ist Präzision gefragt. „Wir benötigen eine Positioniergenauigkeit von 0,1 mm“, so Walter Steinauer. „XPlanar ist mit einer Positionsauflösung von 1 µm und einer typischen Wiederholgenauigkeit von 5 µm weitaus präziser“, so David Kittl, und erfülle darüber hinaus eine weitere Funktion: Bei Produkten mit zwei Komponenten kann der Mover den Tiegel synchron zum Dosiervorgang drehen. „Das ergibt bei unterschiedlichen Komponenten ein schönes Spiral-Muster, das unseren Kunden Differenzierungsmöglichkeiten bietet und die Aufmerksamkeit der Verbraucher am Point of Sale erhöht“, zeigt Sigrid Glanzer ein interessantes Feature der Anlage auf. „PC-based Control und XPlanar setzen der Kreativität der Kosmetikindustrie mit Sicherheit keine Grenzen“, bestätigt David Kittl, Vertrieb Beckhoff Österreich.

Nach der Befüllung geht es zur Versiegelung und der Verschlussstation mit dem zweiten Roboter und seiner speziellen Greifermechanik. Hier spielen die Halterung und die präzise Positionierung der Mover eine wichtige Rolle. „Sind die Tiegel nicht genau zentrisch in Position, kann der Roboter den Verschluss nicht richtig aufsetzen und das nachfolgende kontrollierte Zudrehen des Deckels geht schief. Der Spielraum ist hier sehr gering“, so Walter Steinauer. Zum Schluss fahren die Mover zum dritten Roboter, der die befüllten Tiegel für die Endkontrolle auf einem Transportband absetzt.

Alles geregelt mit TwinCAT 3

Die Koordination aller Bewegungen übernimmt TwinCAT 3 XPlanar (TF5890). „Trotz der vielen Mover auf engstem Raum verhindern dessen integriertes Trackmanagement und die Kollisionsvermeidung Rempler“, stellt David Kittl heraus. Für die Steuerung der Prozessstationen, Antriebsachsen und Koordination der Roboter setzt Christian Haslmair auf TwinCAT 3 PLC/NC PTP (TC1250) sowie auf das Multiachs-Servosystem AX8000 und Synchron-Servomotoren AM8000. Sämtliche Abläufe und die Visualisierung sowie die Datenerfassung aller Fertigungsschritte erfolgen auf einem Schaltschrank-Industrie-Server C6670.

Kontrolle und Dokumentation der Prozessabläufe ist im Kosmetik- und Pharmabereich gemäß ISO13485 wichtig. Deshalb verfügt jeder Mover APM4330 über einen XPlanar-ID-Bumper, über den die individuelle Seriennummer des Movers an den Stationen ausgelesen wird. So lässt sich bei Bedarf für jeden Tiegel der Weg durch die Anlage protokollieren und dokumentieren – auch nach einem Ausfall der Energieversorgung. Darüber hinaus können Referenzfahrten zum Anlagenstart bei entsprechender Programmierung ebenfalls entfallen.

Ebenso wichtig für den Betrieb ist die leichte Reinigung der Anlage. Hier bietet das XPlanar-System klare Vorteile gegenüber anderen Systemen: Die XPlanar-Kacheln sind auf einer Aluminiumplatte montiert und mit einer FDA-zertifizierten Folie abgedeckt, ohne die Funktion und Genauigkeit einzuschränken. Um die vorgegebenen Verarbeitungstemperaturen der Kosmetika in dem geschlossenen System einzuhalten, hat Pro Pharma eine interessante Lösung implementiert. „Wir haben auf der Unterseite der Arbeitsfläche an der XPlanar-Elektronik eine Wasserkühlung eingebaut und halten darüber die Temperatur in der Anlage niedrig“, so Christian Haslmair. Je nach Kachelgröße kommen dabei unterschiedlich große Kühlflächen zum Einsatz.

Kleine Chargen, kurze Rüstzeiten

Bei immer kleineren Chargen wird die Rüstzeit zu einem wichtigen Faktor in der Effizienzbetrachtung. „Wenn nach drei Stunden die nächste Charge oder eine andere Tiegelgröße befüllt werden soll, darf die Umrüstung keinen halben Tag dauern“, bringt es Walter Steinauer auf den Punkt. Dafür sorgen die zwei Übergabestationen und der weitgehend automatisierte Produktwechsel, der über das kundenspezifische Edelstahl-Multitouch-Control-Panel CP3921 und TwinCAT HMI angestoßen wird. „Für exakte Zahlen ist es noch zu früh, aber wir rechnen mit einem Drittel weniger Rüstzeit im Vergleich zu unseren Bestandslinien“, betont Walter Steinauer. Sigrid Glanzer ist sich sicher, dass sich die Investition lohnt: „Unser Vertrieb reißt mir die Muster praktisch aus der Hand, um damit zum Kunden zu fahren.“