Medizinische Beutel schwebend, schnell und sicher handhaben

Für die schnellere und sichere Handhabung medizinischer Beutel hat Bonfiglioli Engineering in seiner neuesten Verpackungsmaschine IVB Flex zur Leckageerkennung die Magnetschwebetechnologie des intelligenten Transportsystems XPlanar von Beckhoff genutzt. Dabei habe die Zusammenarbeit zwischen den beiden Unternehmen wesentlich zur Erreichung der Projektziele beigetragen.

Bei automatischen Verpackungsmaschinen stellen Qualitätskontrolle und Unversehrtheit der Produkte nicht nur eine hohe Produktionseffizienz sicher, sondern sie sind vor allem eine zuverlässig und nachvollziehbar zu erfüllende gesetzliche Anforderung. Dies gilt insbesondere in der Pharmaindustrie. Bonfiglioli Engineering, Teil der Unternehmensgruppe TASI Test and Automation, hat sich in diesem Bereich in über 50 Jahren eine umfassende Expertise aufgebaut. Das u. a. auf Leckageerkennung spezialisierte Unternehmen hat sein Technologieportfolio im Bereich der Qualitätskontrolle und Integrität pharmazeutischer Verpackungen schrittweise erweitert.

Herausforderungen durch flexible Beutel

Wie Davide Luisari, technischer Direktor von Bonfiglioli Engineering, erklärt, decken hierbei drei sich ergänzende Inspektionstechnologien die für die Branche typischen Qualitätskontrollanforderungen ab: „Die erste Technologie CCIT (Container Closure Integrity Testing) dient der Überprüfung der Integrität des Verschlusses und der Dichtheit der Behälter. Mit der zweiten Technologie AVI (Automatic Visual Inspection) werden optische Mängel sowie Abweichungen im Aussehen oder in der Funktion erkannt. Die dritte Technologie ist HGA (Headspace Gas Analysis) zur Messung der Gase im Behälter-Kopfraum – ein sehr wichtiger Parameter in einigen Verpackungsprozessen.“

Je nach Art der Prüfung kommen eine oder mehrere dieser Inspektionstechnologien zum Einsatz. Die eigentliche Schwierigkeit liegt jedoch in der Behälter-Handhabung. Bei medizinischen Beuteln beispielsweise besteht jedes Mal, wenn einer von ihnen gegriffen und in die Maschine befördert wird, die konkrete Gefahr einer Beschädigung. Genau in diesem Punkt zeichnet sich der Lösungsansatz von Bonfiglioli Engineering aus, wie Davide Luisari erläutert: „Wir verkaufen nicht nur Maschinen, sondern unterstützen den Kunden mit einem umfassenden Beratungsservice. In einem stark regulierten Sektor wie dem medizinischen Bereich liegt der Unterschied nicht nur in der Sicherstellung der Produktqualität, sondern auch in der Gestaltung eines zuverlässigen, wiederholbaren und wirklich produktiven Prozesses.“ Um diesem Bedarf gerecht zu werden, nutzt die Verpackungsmaschine IVB Flex mit XPlanar die Magnetschwebetechnologie, was beim Produkttransport den mechanischen Kontakt und somit den Verschleiß eliminiert und zudem das Risiko einer Beutelbeschädigung drastisch reduziert. Weiterhin ist eine vollständige Rückverfolgbarkeit sichergestellt.

Intelligenter, schwebender Produkttransport

Die Lösung zielt darauf ab, mithilfe der XPlanar-Mover den Transport und die Handhabung des Produkts auf ein Minimum zu reduzieren. Im Inneren der Maschine werden die Leckagetests gleichzeitig über spezielle, von Bonfiglioli Engineering entwickelte Glockensysteme durchgeführt. Dazu werden die Beutel auf die jeweils mit einem passenden Beutelhalter ausgestatteten XPlanar-Mover gelegt und unter die Prüfglocken transportiert. Sobald die korrekte Position erreicht ist, greift das System das Werkzeug, d. h. den Beutelhalter, und hebt es an, bis es an der Basis der Glocke anliegt und auf diese Weise ideale Bedingungen für die Prüfung herrschen.

Ein Test dauert etwa 7 s und erfolgt durch Druckbeaufschlagung des Beutels, wobei sich anhand der Druckdifferenz eventuelle Undichtigkeiten feststellen lassen. Je nach Prüfergebnis wird der Beutel entweder zur Ausgangslinie der Station weitergeleitet oder zum Ausschuss transportiert. Der gesamte Prozess erfolgt ohne direkte Manipulation des Produkts. Sobald der Beutel auf den Mover geladen ist, wird er schonend zwischen den verschiedenen Teststationen transportiert, wodurch seine Unversehrtheit gewährleistet und ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit der Tests garantiert wird. Die Maschine verfügt über sechs Testglocken sowie eine Lade- und eine automatische Entladestation, die alle äußerst kompakt aufgebaut sind und zusammen eine Grundfläche von nur etwas mehr als 5 m² aufweisen.

Das System verwendet acht 155 x 155 mm große XPlanar-Mover APM4330, die auf einer Fläche aus 13 XPlanar-Kacheln – sieben Mal 320 x 320 mm (APS4244) und sechs Mal 320 x 160 mm (APS4242) – gleiten. Dies ergibt eine hohe Funktionsdichte auf relativ kleinem Raum. Die XPlanar-Mover sind mit austauschbaren Beutelhaltern ausgestattet, die vom Bediener je nach Produkttyp manuell gewechselt werden können. Dabei gestaltet sich der Formatwechsel schnell und intuitiv: Das Werkzeug wird einfach entfernt und durch das für das neue Format geeignete Werkzeug ersetzt. Dieses kann durch Zentrierstifte, welche die korrekte Ausrichtung und Stabilität während der Bewegung gewährleisten, leicht eingehängt werden. Dazu erläutert Davide Luisari: „XPlanar ermöglicht eine Handlinglösung, die eine unvergleichliche Flexibilität bei der Umrüstung für den Formatwechsel erlaubt. So ist es möglich, schnell von kleinen Behältern mit z. B. 50 oder 100 ml Inhalt auf Beutel mit größerem Fassungsvermögen umzusteigen.“ Neben der Prozessflexibilität garantiere IVB Flex zudem durch die hohe Tragfähigkeit der XPlanar-Mover von bis zu 1,8 kg ein hohes Maß an Präzision und Qualität. Dies eröffne einen Spielraum, der einen zuverlässigen Betrieb und umfangreiche Möglichkeiten für die zukünftige Weiterentwicklung der Anlage ergebe.

Komplexe Herausforderung auf einfache Weise gelöst

Das XPlanar-System ermöglichte es laut Davide Luisari, operative Flexibilität, Prozesszuverlässigkeit und Rückverfolgbarkeit zu vereinen. Der Beitrag der Beckhoff Technologie sei allerdings noch weiter gegangen: Der Einsatz einer Automatisierung auf Basis eines Ultra-Kompakt-Industrie-PC C6030 habe zur Vereinfachung der Architektur der IVB Flex beigetragen, insbesondere durch die Verwendung von TwinCAT als Softwareplattform: „Da wir diese Technologien zum ersten Mal einsetzten, haben wir die von Beckhoff angebotenen Schulungen optimal genutzt. Zunächst haben wir an einem Grundkurs teilgenommen, anschließend an einem Fortgeschrittenenkurs, der sich speziell mit dem XPlanar-System befasste. Dabei bestand immer die Möglichkeit, uns bei Hindernissen oder Zweifeln an den Produktspezialisten zu wenden. Auf jeden Fall erwies sich die TwinCAT-Programmierumgebung als benutzerfreundlich, und der Prototyp entstand in nur etwa zehn Monaten – vom Entwurf über die Software-Entwicklung bis hin zur Werksabnahme beim Kunden. Ein Rekord für uns!“

Bei der Integration traten ebenfalls keine Probleme auf. „Trotz einer vom Kunden auferlegten Spezifikationsbeschränkung, die die Verwendung von Drittanbieter-SPSen vorsah, hatten unsere Techniker keine Kompatibilitäts- oder Schnittstellenprobleme“, erklärt Davide Luisari. Auch im Bereich der Fernwartung ergeben sich erhebliche Vorteile. Der Ultra-Kompakt-Industrie-PC von Beckhoff ist für die Verbindung über VPN ausgelegt und ermöglicht einen sicheren Zugriff auf die Maschine, unabhängig vom Installationsort. Dies unterstützt die Durchführung erweiterter Diagnosetätigkeiten, die rechtzeitige Erkennung etwaiger kritischer Punkte und ein schnelles und effektives Eingreifen zur Lösung eventueller Probleme.

Potenzial für die Zukunft

Die Produktivität der Maschine hat laut Davide Luisari die Erwartungen des Kunden, ein Medizinhersteller mit Anlagen im Ausland, übertroffen: „Einen entscheidenden Beitrag leistet die berührungslose Magnetschwebetechnologie, die den mechanischen Verschleiß auf ein Minimum reduziert, weniger Wartung erfordert und – was sehr wichtig ist – aseptische Betriebsbedingungen gewährleistet. Aber bei Bonfiglioli Engineering blicken wir bereits über den Tellerrand hinaus. Die Entwicklung, an der wir arbeiten, ist die Integration der optischen Inspektion in die Maschine selbst. Ähnliche Lösungen gibt es bereits auf dem Markt, aber ihre Kosten und ihr Platzbedarf machen sie unpraktisch und wirtschaftlich unrentabel.“ Eine weitere Herausforderung betreffe die künstliche Intelligenz: „Wir prüfen den Einsatz neuronaler Netze, um die Leckageerkennung und optische Inspektion noch leistungsfähiger zu gestalten und die Anzahl der Fehlbewertungen zu reduzieren, insbesondere bei flexiblen Produkten wie Beuteln.“ Dies seien Entwicklungen, die eine erhebliche Rechenleistung erfordern. Angesichts der verfügbaren CPU-Leistung der Beckhoff Industrie-PCs sei es das Ziel, alles – Echtzeitsteuerung und KI – in einer einzigen Hardware zu integrieren.