SCARA-Roboter für Blistermaschinen

Uhlmann Pac-Sys­teme bietet mit der UPS 5‑Blistermaschine eine Lösung zur Ver­pack­ung von Spritzen-Sets mit vier Kom­po­nen­ten bei ein­er Leis­tung von 200 Stück pro Minute. Das Anla­genkonzept, welch­es hygie­n­egerechte SCARA-Robot­er von Stäubli für tak­tzeitkri­tis­che Hand­habung­sprozesse nutzt, lässt sich mod­u­lar skalieren. Kür­zlich ging die bish­er läng­ste Anlage mit vier Robot­er­sta­tio­nen und High-Speed-Zuführsys­te­men in Betrieb.

Bess­er par­enter­al: Das ist die Devise der Medi­zin­er bei zahlre­ichen Medika­menten. Sie bedeutet, dass man den „Umweg“ über den Magen ver­mei­den möchte und die Wirk­stoffe direkt dort in den Kör­p­er ein­bringt, wo sie wirken sollen – zum Beispiel mit Spritzen, Pens und anderen „Drug deliv­ery devices“.

Für diese Auf­gabe entwick­elt und fer­tigt Uhlmann Pac-Sys­teme die passenden Sekundärver­pack­ungsan­la­gen. Häu­fig wird dabei die Medika­menten­do­sis mit dem Injek­tion­s­gerät als „Ein­mal­do­sis“ in einen Blis­ter ver­packt. Für diese Art der Medika­tion hat Uhlmann die Blis­ter­maschi­nen-Bau­rei­he UPS 5 entwick­elt, die sich ein­fach mod­u­lar erweit­ern und somit an unter­schiedliche Anwen­der­an­forderun­gen anpassen lässt.

Bei dem hier beschriebe­nen Kun­den­pro­jekt set­zte Uhlmann auf SCARA-Robot­er von Stäubli. Die präzisen Vier­achser, die auf dem Maschi­nengestell der jew­eili­gen Sta­tion mon­tiert sind, leg­en ver­schiedene par­enterale Pro­duk­te in die Blis­ter ein, die die UPS 5 formt. Die Zuführung der ver­schiede­nen par­enteralen Pro­duk­te übernehmen die von Uhlmann entwick­el­ten SyPro und LiPro-Sys­teme. Die indi­vidu­ell pro­jek­tierten Robot­er­greifer sind eben­falls Eige­nen­twick­lun­gen. So kön­nen Sets von Spritzen oder Pens mit hoher Geschwindigkeit phar­makon­form ver­packt werden.

Die bish­er läng­ste und leis­tungsstärk­ste UPS 5 hat Uhlmann kür­zlich an ein weltweit tätiges Phar­maun­ternehmen geliefert, das ein Medika­mentenset beste­hend aus Ein­mal­spritze und einem Zweikom­po­nen­ten-Wirk­stoff her­stellt. Das heißt, in jeden Blis­ter gehören vier Bestandteile: eine mit Wirk­stoff 1 befüllte Spritze, zwei Nadeln und ein Vial mit Wirk­stoff 2. Ihre Kom­bi­na­tion ergibt die Ein­mal­do­sis für einen injizierten Wirkstoff.

Den Pro­jek­tin­ge­nieuren von Uhlmann Pac-Sys­teme ist es gelun­gen, diese Ver­pack­ungsauf­gabe mit drei SCARA-Robot­ern vom Typ Stäubli TS2-60 zu lösen und durch den Ein­satz ein­er zusät­zlichen, derzeit nicht genutzten Robot­er­sta­tion ein Höch­st­maß an Flex­i­bil­ität zu gewährleis­ten. Die Anlage wird so aus­ges­tat­tet in der Lage sein, zu einem späteren Zeit­punkt noch kom­plexere Pharmapro­duk­te zu verpacken.

Die erste Arbeitssta­tion der UPS 5 erzeugt den Blis­ter­hof: Eine PET-Folie wird erwärmt und in der soge­nan­nten Form­sta­tion mit Druck­luft in die gewün­schte Form gebracht und wieder abgekühlt – in Sekun­den­schnelle. So kön­nen Blis­ter mit bis zu 40 mm Tiefe real­isiert wer­den. Im hier beschriebe­nen Fall reichen knapp 20 mm. In Summe zehn Blis­ter sind par­al­lel ange­ord­net und wer­den den fol­gen­den Robot­er­sta­tio­nen zugeführt.

An der ersten Robot­er­sta­tion ste­ht das Ein­le­gen befüll­ter Spritzen in die Blis­ter auf dem Pro­gramm. Bere­its hier beste­hen hohe Anforderun­gen an die Dynamik des Stäubli SCARA TS2-60. Beein­druck­ende 200 Spritzen pro Minute legt der hoch­dy­namis­che Robot­er zuver­läs­sig ein. Sie wer­den dem Vier­achser über eine von Uhlmann speziell für empfind­liche Glasspritzen entwick­elte SyPro-Zuführung präsen­tiert. Dabei erfol­gt der Trans­port zunächst hän­gend und erst kurz vor der Ent­nahme wird um 90 Grad so gedreht, dass der Vaku­um­greifer des Robot­ers jew­eils zehn Spritzen aufnehmen und able­gen kann.

In der zweit­en Sta­tion kom­men zwei unter­schiedliche Nadeln – far­blich gekennze­ich­net in zum Beispiel blau und orange – hinzu. Das Tem­po ist dementsprechend noch ein­mal dop­pelt so hoch: 400 Nadeln legt der zweite, bau­gle­iche Robot­er pro Minute in den Blis­ter ein.

Warum in jeden Blis­ter zwei unter­schiedliche Nadeln gehören, erläutert Jan­i­na Triska, Pro­jek­t­man­agerin bei Uhlmann Pac-Sys­teme: „Bei diesem Injek­tion­swirk­stoff müssen, wie auch bei vie­len anderen par­enter­al verabre­icht­en Medika­menten, zwei Kom­po­nen­ten vor dem Verabre­ichen gemis­cht wer­den. Erst dann ent­fal­tet sich der Wirk­stoff. Hier sind die bei­den Kom­po­nen­ten zum einen in der Spritze und zum anderen im Vial enthal­ten. Mit der einen Nadel zieht man den Inhalt des Vials in den Spritzenkör­p­er, die andere dient der Medikamentenverabreichung.“

An dieser Sta­tion kommt ein zweites SyPro-Zuführungssys­tem zur Anwen­dung, das allerd­ings ein anderes Trans­portkonzept nutzt und die Nadeln nebeneinan­der liegend zuführt. Bei genauem Blick auf den Ein­lege­prozess fällt auf, dass der Robot­er – der jew­eils zehn Nadeln greift und ein­legt – zwei ver­schiedene Zyklen fährt. Jan­i­na Triska: „Nur so kön­nen wir die geforderte hohe Leis­tung über die bei­den Blis­ter­rei­hen hin­weg erre­ichen und sich­er­stellen, dass jew­eils 200 blaue und 200 orange Nadeln ein­gelegt werden.“

An dieser Sta­tion legt der dritte bau­gle­iche Robot­er Vials mit dem zweit­en Wirk­stoff in die Blis­ter ein. Hier wer­den die Vials ste­hend auf ein­er ser­vo­ges­teuerten LiPro-Zuführung trans­portiert und beim Abnah­mepunkt um 90° Grad gedreht. Der TS2-60 ent­nimmt mit seinem Vaku­um­greifer zehn Vials auf ein­mal und legt sie gle­ichzeit­ig in die entsprechen­den Blis­ter ab. Die fer­tig bestück­ten Blis­ter wer­den in den näch­sten Schrit­ten per Bild­ver­ar­beitung kon­trol­liert, ver­siegelt und in der Stanzs­ta­tion separi­ert. Nur per­fek­te Blis­ter wer­den an den Kar­tonier­er weit­ergegeben, der diese in Faltschachteln verpackt.

Auch eine vierte Zuführein­heit der Blis­ter­mas­chine ist bere­its mit einem Robot­er aus­gerüstet, bleibt aber vor­erst ohne Funk­tion. Warum erk­lärt Jan­i­na Triska: „Der Kunde wün­schte nicht nur eine sehr leis­tungs­fähige, son­dern auch eine sehr flex­i­ble Anlage. Deshalb haben wir die Mas­chine so kon­stru­iert, dass sie noch eine weit­ere Kom­po­nente ein­le­gen kön­nte. Diese Funk­tion wird aber zurzeit nicht genutzt.“

Dass an allen vier Sta­tio­nen – und generell in den UPS 5‑Anlagen – SCARA-Robot­er vom Typ Stäubli TS2-60 zum Ein­satz kom­men, hat gute Gründe: Dieser Robot­er­typ ist ger­ade in der Pharmapro­duk­tion weit ver­bre­it­et. Auss­chlaggebend dafür sind – neben dem über­lege­nen Hygien­edesign – die hohe Präzi­sion, die lange Lebens­dauer und die beein­druck­ende Dynamik, die hier entschei­dend zur Ein­hal­tung der Tak­tzeitvor­gaben beiträgt.

Die Bedi­enung der Anlage ist so ein­fach und intu­itiv wie möglich gehal­ten. Die Robot­er­s­teuerung kom­mu­niziert mit der über­ge­ord­neten Schnei­der-SPS, und als Men­sch-Mas­chine-Schnittstelle wird das „Smart Con­trol“ von Uhlmann genutzt: Es ist intu­itiv ganz ähn­lich wie eine App bedi­en­bar, weil der Anwen­der ein 3D-Mod­ell der Anlage vor sich sieht und sich per Klick in die Bere­iche und Funk­tio­nen hinein­zoomen kann, die er beobacht­en oder bee­in­flussen möchte.

Die – natür­lich GMP-kon­forme – Anlage ist knapp 15 Meter lang und damit die läng­ste, die Uhlmann bish­er pro­jek­tiert und gebaut hat: Es gibt auch weniger kom­plexe Blis­ter­maschi­nen, die mit einem Platzange­bot von weni­gen Quadrat­metern auskommen.

Den­noch ist diese Anlage nicht nur wegen ihrer Dimen­sio­nen beein­druck­end. Jan­i­na Triska: „Die Mas­chine ver­packt ver­schiedene Kom­po­nen­ten über ver­schiedene Zuführun­gen im Schicht­be­trieb bei sehr hoher Geschwindigkeit. Die Robot­er und die son­stige Automa­tisierungskom­po­nen­ten bestechen durch her­aus­ra­gende Per­for­mance. Das ist schon beein­druck­end und das Ergeb­nis hoher Kom­pe­tenz, die in den Detail­lö­sun­gen steckt.“ Die Vor­gaben und Ziele des Anwen­ders ließen sich so hun­dert­prozentig erfüllen.