Eine prozesssichere, also stillstandfreie Montage mit einer direkten Verkettung des vorgelagerten Spritzgießens – dieses hohe Ziel hatte Kunststoffteilehersteller Gindele GmbH aus Neuhausen bei Pforzheim vor Augen, um den Großauftrag des Schweizer Unternehmens Medela AG, Baar, für einen medizinischen Sekretbeutel zu erfüllen. „Wir sind verglichen zu Medela ein kleines Unternehmen mit knapp 60 Mitarbeitern und mussten uns das Vertrauen des Großkunden erst erarbeiten, aber die Chemie stimmte von Anfang an“, erinnert sich Matthias Gindele an den Beginn der Zusammenarbeit mit Medela. Er suchte sich Partner für die Umsetzung des Auftrags – und setzte schließlich gemeinsam mit der Robomotion GmbH, Leinfelden-Echterdingen, und der Herrmann Ultraschall GmbH & Co.KG, Karlsbad, eine große Anlage mit vier 6-Arm-Robotern und über 50 Montageschritten als Grauraumproduktion um.
Dabei waren die Vorgaben alles andere als einfach: Die direkte Montage des Sekretbeutels erfordert einen Ablauf aus insgesamt 52 Einzelschritten. Dies sind zum Teil einfache Schritte wie Umorientierungen von Bauteilen in Drehstationen, aber auch komplexe Operationen, wie die Montage eines Rückschlagventils oder das zu 100 % dichte Verschweißen eines Filterdeckels.
Als Fügetechniken spezifizierte der Auftraggeber Medela das Heißschweißen und das Ultraschallschweißen, da beide Verfahren bereits validiert sind. Ebenfalls wichtig war der Nachhaltigkeitsaspekt der Anlage: Jedes Teilstück soll vorab auf Qualität geprüft werden – dadurch ist eine frühzeitige Ausschleusung möglich, und die teure Weiterbearbeitung von defekten Teilen wird unterbunden. Nach diesen Vorgaben legte der Automationsspezialist Robomotion aus Leinfelden-Echterdingen die Anlage nach folgendem Raster aus:
- Spritzgießen von Deckel, Filterdeckel sowie Kleinteilen,
- Förder- und Greifer-Technik: Vier 6-Arm-Roboter von Kuka sind auf der Anlage im Einsatz,
- Beutelmontage inklusive des vorspezifizierten Heißschweißens,
- Zuführung eines Filtermediums,
- 100-%-dichte Ultraschallverschweißung des Filterdeckels sowie
- Qualitätsprüfung – optisch und mittels Druckluft.
Anschließend erfolgt in der Anlage die Bedruckung der Sekretbeutel, um die Einzelrückverfolgbarkeit pro Stück (Traceability) garantieren zu können, sowie das Ablegen und Verpacken der Produkte.
Hoher Entwicklungsaufwand für Mehrfach-Werkzeug
Das Spritzgießwerkzeug für den Auftrag stellte Gindele selbst her, denn mit Feinwerktechnik ist das Unternehmen groß geworden. Für den Sekretbeutel baute es ein Mehrfach-Werkzeug und steckte sehr viel Entwicklungsarbeit hinein. Das Werkzeug ist ausgelegt für die Deckel-Einzelteile, die später miteinander verschweißt werden. Die unterschiedlichen Schussgewichte waren die erste Herausforderung. Die zweite Herausforderung war die Zykluszeit und die damit verbundene Optimierung der Kühlung.
Mit dem 2,8 t schweren Werkzeug konnte das Unternehmen alle gestellten Anforderungen erfüllen und schnelle Zykluszeiten erreichen: Ein Filterstück, das für die Belüftung zuständig ist, wird in eine Aussparung im Deckel des Sekret Beutels eingelegt. Die Fügeaufgabe ist das Verschweißen des Filterdeckels mit dem Deckel. Dabei muss die Schweißnaht einer Druckprüfung standhalten und absolut dicht sein. Zudem müssen die Oberflächen nach der Schweißung optisch einwandfrei aussehen.
Als Fügeverfahren für den Filterdeckel wird das Ultraschallschweißen eingesetzt, da die in der Medizintechnik erforderlichen Validierungen bereits vorhanden sind. Auch die Nahtgestaltung war vorgegeben. Gindele holte sich als Technologielieferanten für diese Aufgaben Herrmann Ultraschall ins Boot: In Karlsbad wurde eine Vorschubeinheit mit 20 kHz konzipiert sowie das zugehörige Schweißwerkzeug, Sonotrode genannt.
Eine vorhandene Validierung zu verwenden heißt, vorgegebene Prozessfenster einzuhalten. Allerdings mussten aufgrund der Materialchargen von verschiedenen Herstellern Prozessanpassungen vorgenommen werden, denn die Materialien schweißen unterschiedlich. Und bei unterschiedlichen Kunststoffen unterstützen die Parametrierungsmöglichkeiten des Ultraschallschweißens den Prozess. Das Fazit der Experten: Kaum ein anderes Fügeverfahren kann so feinfühlig eingestellt werden. Die Anlage arbeitet nun an sieben Tagen rund um die Uhr mit einer gewünscht hohen Gesamtanlageneffektivität. Alle fünf Sekunden wird ein Beutel produziert. Vor einer direkten Prozessverkettung mit dem Spritzgießen schrecken Automatisierer eigentlich zurück. Das Zauberwort bei dieser Anwendung heißt Synchronität – erreicht durch Teamwork und verlässliche Absprachen.
Zum Auftraggeber
Die Medela AG mit Sitz im Kanton Zug/Schweiz wurde 1961 von Olle Larsson gegründet. Das Unternehmen wird heute von seinem Sohn Michael Larsson geleitet. Medela hat zwei Unternehmensbereiche, „Human Milk“, mit weltweit anerkannter Grundlagenforschung und führend in der Entwicklung und Herstellung von Stillprodukten und Gesamtlösungen, und „Healthcare“, spezialisiert auf die Entwicklung und Herstellung von hochwertigen medizinischen Vakuumtechnologielösungen. Das Unternehmen mit 19 Tochtergesellschaften in Europa, Nordamerika und Asien, vertreibt seine Produkte in über 100 Länder und beschäftigt weltweit über 1700 Mitarbeitende.
