Ein US-amerikanisches Unternehmen hatte das Ziel gesteckt: Es galt, täglich 600 000 Impfstoffbehälter für Covid-19-Vakzine herzustellen. Was dafür gebraucht wurde? Elf Spritzblasmaschinen mit den Möglichkeiten zur automatisierten Handhabung und Qualitätssicherung an den Anlagen – soll heißen, es wurden am Ende 53 Roboter und 120 Bildverarbeitungssysteme gebraucht, die in Betrieb genommen werden mussten und zusammenspielen sollten. Zeithorizont: So schnell es irgend geht.
Impfstoffbehälter: Elf Spritzblasmaschinen gut ausgelastet
Die Zahoransky Automation & Molds GmbH aus Freiburg hat den Auftrag zur Automatisierung 2020 umgesetzt und dabei alle Register der modernen Fertigung gezogen. Dabei war die Herstellung der Behälter auf Spritzblasmaschinen das kleinste Problem. Jede der im Endausbau elf eingesetzten Maschinen produziert alle 17 s zehn Vials – wobei in diesem Fall nanobeschichtete Kunststoff-Ampullen aus COP (Cyclo-Olefin-Polymer) gefordert waren. Die Vorteile dieser transparenten, mit Siliziumdioxid beschichteten Behälter sind unter anderem die höhere Bruchsicherheit im Vergleich zu Glas sowie eine verbesserte Sauerstoffbarriere, was die Tieftemperaturlagerung erleichtert. Der Wirkstoff im Kunststoffbehälter ist damit sicher zu transportieren und länger haltbar. Aber: All diese Vials müssen direkt nach der Produktion zahlreiche Prozessschritte durchlaufen, ehe sie die Nanobeschichtung erhalten.
Als Zahoransky die Anfrage für die Automation erhielt, war zunächst die Rede von zwei Spritzblasmaschinen – doch es wurden von Gespräch zu Gespräch mehr, bis klar war, dass die Anforderung zeitlich so nicht mehr umsetzbar war. Mit dem Ziel, den US-Kunden dennoch bestmöglich zu unterstützen, entwickelte Zahoransky eigens ein Logistikkonzept für ein Maximum an Output. „Jede helfende Hand wie auch jeder Quadratmeter in Produktion und Lager“ wurde gebraucht, inklusive der Standorte in Todtnau und im spanischen Logroño, so beschreibt es Michael Schmidt, Geschäftsführer bei Zahoransky. Im ersten Schritt sollten zehn reine Entnahmezellen geliefert werden, bei denen die nachgelagerten Prozessschritte nicht integriert sein würden. Direkt im Anschluss wurden elf weitere Komplettlinien nachgeschoben.
Drei Standardzellen halfen, die Entwicklung zu beschleunigen
Die ganze Sache ließ sich unter anderem deshalb beschleunigen, weil die komplette Automatisierung der Spritzblasmaschinen auf drei Standardzellen basiert, die Zahoransky aus einem modularen Baukasten zusammenstellt. Die Standard-Zellen Z.Siroc, Z.Mistral und Z.Lodos ermöglichen aber eine Individualisierung, was im Projekt eine Rolle spielte.
Komplexer als die reinen Entnahmezellen waren die Komplettlinien, die jeweils drei Vier- und -Sechsachsroboter beinhalten. Die insgesamt 53 Vier- und Sechsachsroboter, die für die Automatisierung gebraucht wurden, kamen von Stäubli Robotics – und um das trotz Corona-bedingter Kurzarbeit und der starken Nachfrage aus Asien im zweiten Halbjahr 2020 in kurzer Zeit leisten zu können, wurden „selbst Roboter, die für unsere eigene Schulungs- und Präsentationszellen gedacht waren, abgezogen“, sagt Peter Pühringer, Geschäftsführer Stäubli Robotics.
Eingesetzt werden sie in Kombination mit den Standardmodulen Z.Siroc, Z.Mistral und Z.Lodos. Diese wurden für den Einsatz in den Linien nahtlos verbunden. So ließ sich die komplette Linie mit Überdruck beaufschlagen, um ein konstantes Reinraumniveau der Klasse ISO 8 einzuhalten. Die direkte Schnittstelle zur Spritzblasmaschine bildet das Z.Siroc-Modul, das mit zwei Stäubli-Robotern ausgestattet ist. Der erste Roboter, ein Sechsachser vom Typ TX2-60L CS9, greift jeweils zehn Behälter aus der Maschine und legt sie lageorientiert in speziellen Aufnahmen auf einem Kühlband ab. Darin durchlaufen die heißen Container eine Kühlstrecke, ehe sie dann ein ultraschneller Scara TS2-80 CS9 paarweise abgreift und auf einem Drehtisch ablegt, über den die Container dann das nächste Modul, das Z.Mistral, erreichen.
Qualitätssicherung: Jeder Schritt ist rückverfolgbar
Dort erfolgen Lasercodierung, Gewichtskontrolle, Gewindevermessung und Oberflächenanalysen aus unterschiedlichen Kameraperspektiven, bei denen auf Fehlstellen geprüft wird. Die Qualitätssicherung wird dokumentiert, sodass sich jeder Prozessschritt rückverfolgen lässt.
Danach erreichen die Vials eine definierte Übernahmeposition, und ein weitere Scara TS2-60, der im Z.Lodos-Modul installiert ist, übernimmt die Vials und legt sie in Tubs ab, in denen sie zur Nanobeschichtung ausgeschleust werden. Zahoransky-Geschäftsführer Schmidt lobt die Dynamik und Zuverlässigkeit der Roboter ebenso wie das Hygienedesign. „Die Roboter erfüllen bereits in Standardausführung die hier geltende Reinraumklassifizierung, sodass wir auf den Einsatz der teureren Cleanroom-Varianten verzichten konnten”, betont er.
Unter enormem Zeitdruck fand auch die Lieferung in die Vereinigten Staaten statt. Jede Anlage wurde noch am Tag ihrer Fertigstellung per Luftfracht auf den Weg gebracht. Für die schnelle Inbetriebnahme und den reibungslosen Betrieb der Anlagen rund um die Uhr wurde qualifiziertes Personal gebraucht. „Dafür haben wir eine kleine Mannschaft für den Einsatz abgestellt und auch Mitarbeiter vor Ort geschult“, berichtet Schmidt. „Für einfachere Arbeiten haben wir externe Unternehmen mit an Bord genommen.”
Digitaler Zwilling brachte enormen Zeitgewinn
Als entscheidender Zeitfaktor erwies sich die Programmierung am digitalen Zwilling. „Wir konnten komplette Anlagen von unserem Standort hier im Schwarzwald eins zu eins virtuell programmieren, während sich die realen Zellen noch im Aufbau befanden“, so der Geschäftsführer. „Diese Kompetenz im eigenen Haus verschaffte uns einen enormen Zeitgewinn von bis zu acht Wochen. Ohne die virtuelle Programmierung hätten wir das gesamte Projekt in dieser Zeit nicht realisieren können.”
Die Expertise der Zahoransky-Mannschaft für sämtliche Belange des Produktionsprozesses war es auch, die den Auftraggeber zu seiner Entscheidung für die Freiburger bewogen hatte. Michael Schmidt: „Bei diesem Projekt galt es, unterschiedliche Anforderungen abzudecken – angefangen bei der Integration der Spritzblasmaschinen des Kunden über eine lückenlose Dokumentation sowie Rückverfolgbarkeit, also Track & Trace, mittels Laserbeschriftung und Einbindung ins MES-System bis hin zu einer durchgängigen Kamerakontrolle mit speziell entwickelten Algorithmen.“
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