Einen Tubus nutzen Mediziner, um die Atemwege eines Patienten zu sichern. Das Einführen einer entsprechenden Hohlsonde, die Intubation, gilt als Standardmethode in der Anästhesie sowie in der Intensiv- und Rettungsmedizin. Dafür muss das medizinische Hilfsmittel kontrovers anmutende technische Anforderungen erfüllen: Um es einzuführen, muss es steif sein, und es darf sich unter keinen Umständen verengen. Zugleich soll es sich möglichst flexibel der Anatomie des jeweiligen Menschen anpassen.
Um das zu erreichen, bestehen entsprechende Produkte des Medizintechnik-Herstellers Medtronic aus Vier-Schicht-Verbundschläuchen mit einer integrierten Spirale aus dünnem Federstahl. Doch exakt in diesem Verbund liegt die produktionstechnische Tücke. Die Spiraltuben müssen schichtweise von innen nach außen aufgebaut werden. Die Hürden für eine Automation dieses Prozesses sind hoch: Beide Komponenten, sowohl der PVC-Liner als auch die Stahlfeder, sind biegeschlaff und lassen sich nicht einfach handhaben. Das Ergebnis der Montage muss dennoch hohen Qualitätsanforderungen genügen.
Dass sich die Montage der Feder auf dem Schlauchliner bisher nicht automatisieren ließ, stand einer erforderlichen Kapazitätserhöhung im Medtronic-Werk in Dublin aus produktionstechnischer Sicht im Wege. Dort wurde bisher in Handarbeit montiert. Vor kurzem jedoch realisierten Spezialisten des italienischen Unternehmens Elettrosystem eine vollautomatische Montagezelle für diese Aufgabe. Sie sieht die gleichzeitige Teilmontage von vier Spiraltuben vor und besteht aus zwei spiegelbildlich konzipierten Zellen, in denen vier Stäubli-Roboter und jede Menge Linearsysteme zusammenarbeiten.
In der Zelle wird die feine Schraubenfeder aus Stahl auf ein PVC-Röhrchen aufgezogen und das Bauteil mit Kleber ummantelt. Dabei müssen die Windungen der Feder definiert gleichmäßig verteilt werden, was schon eine Herausforderung ist. Die zweite besteht darin, die biegeschlaffen Komponenten zu handhaben. Ein Stäubli RX160 und ein Stäubli TX90 übernehmen diese Ausgabe. Die Montage der Feder erfolgt in einem integrierten Prozesskreislauf, der über Linearsysteme verkettet ist. Die Roboter erfüllen bereits in der Standardkonfiguration die Reinraumklasse ISO 5, was bei der beschriebenen Aufgabe von Vorteil war: So musste Elettrosystem nicht auf spezielle Cleanroom-Ausführungen zurückgreifen.
Gesamt-Fertigungszeit
von 3 s pro Schlauch
Die Zykluszeit beträgt rund 12 s, woraus sich eine Gesamt-Fertigungszeit von etwa 3 s pro Schlauch ergibt. Zwei Bediener überwachen die Arbeit in der Zelle sowie das Zu- und Abführen der Werkstücke.
Es gab jedoch noch einen Aspekt, den es zu beachten galt: Um Patienten vom Kleinkind bis zum größten Erwachsenen mit einem geeigneten Tubus behandeln zu können, gibt es das Produkt in vielen Varianten. Elettrosystem-Entwicklungsingenieur Simone Puccio berichtet: „Wir konnten die Anlage so flexibel auslegen, dass sie die Montage von sieben Varianten mit Schlauchdurchmessern von 5,0 bis 9,5 Millimetern sowie Schläuchen mit unterschiedlicher Länge und Flexibilität erlaubt.“ Die übergeordnete SPS ermöglicht es sogar, dass in den Zwillingszellen gleichzeitig unterschiedliche Varianten bearbeitet werden.
Großer Roboter sichert
dauerhafte Leistung
Der große Sechsachs-Roboter RX160 mutet in diesen Zellen auf den ersten Blick großzügig dimensioniert an. Doch gab es für seine Wahl gute Gründe: Er verfügt über eine Reichweite von 1710 mm und hat ausreichend Tragkraft für das komplexe Vierfachgreifersystem. „Dabei haben uns weniger die Gewichte, als vielmehr die auftretenden Momente des weit ausladenden Greifers Sorge bereitet“, erklärt Puccio. „Sie gehen zu Lasten der Roboterachse.“ Um langfristig die Beanspruchung des Getriebes minimal zu halten, fiel die Wahl auf den kräftigen RX160. „Mit einer nominalen Tragkraft von 34 Kilogramm und den spielfreien Stäubli-Getrieben können wir auf eine dauerhafte Top-Performance des Roboters vertrauen.“
Die pneumatischen Doppelgreifer hat Elettrosystem in Abstimmung mit dem Anwender entwickelt. Sie ermöglichen die zeitgleiche Handhabung zweier unbearbeiteter und zweier federummantelter Schläuche. Zudem lassen sich die Abstände der Greiferzangen über ein Schienensystem variieren und so an die Dimensionen der Werkstückvarianten anpassen. Die Umrüstung ist alles in allem in rund 15 min erledigt. Das Ablängen und die Qualitätsprüfung übernimmt der kleinere Stäubli TX90.
Automatisierte Doppelzelle bearbeitet 900 Schläuch pro Stunde
Auf diese Weise können in der Doppelzelle pro Stunde rund 900 Intubierschläuche mit Federn und Kleber versehen werden. Die Endmontage der nun stabileren Verbund-Bauteile erledigen Folgestationen vollautomatisch.
Durch den Einsatz der weltweit ersten Roboterzelle für diese Aufgabe setzt das irische Werk von Medtronic Maßstäbe. Dabei hat sich nicht nur die Kapazität der Fertigung erhöht, diese wurde auch flexibler, und die Prozesssicherheit stieg.
Die Automatisierungsexperten von Elettrosystem wollen den Unternehmen, für die sie Lösungen entwickeln, langfristig als Partner zur Seite stehen und stellen hohe Ansprüche an die Qualität ihrer Systeme. „Deshalb setzen wir bevorzugt Stäubli-Roboter ein“, sagt Puccio. Deren Präzision sowie Bahntreue und Verlässlichkeit stelle sicher, die Spezifikationen eines Auftraggebers wie Medtronic langfristig erfüllen zu können.
www.staubli.com;
Auf der Messe Fakuma: Halle A1, Stand 1217
Über die Automatisierer
Der italienische Anlagenbauer Elettrosystem aus Asti bei Turin ist auf Automatisierungslösungen für verschiedene Branchen spezialisiert, darunter Medizin und Pharma. Die Vorteile von Industrierobotern nutzt er schon lange in seinen Lösungen.
