Packaging Kompetenz unter Beweis gestellt

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.

Drei Roboter, vier Komponenten, ein Blister

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.

Erste Roboterstation: Einlegen befüllter Spritzen

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.

Zweite Station: Handling von 2 x 200 Nadeln pro Minute

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.“

Station 3: Die Vials kommen

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.“

Stäubli Roboter: Referenz in Pharma-Anwendungen

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.

Eine besondere Anlage auf Basis eines erprobten Standards

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.