Linearmotoren von LinMot für eine Verschließmaschine im Pharma-Reinraum

Die modulare Verschließmaschine ­bietet Platz für bis zu sechs Bearbeitungsstationen. Insgesamt 13 Linmot-Linear­motoren ermöglichen einen hohen Durchsatz, Flexibilität und kurze Rüstzeiten.

Roßmann

Wenige Kilometer von Bern entfernt ist in Oberdiessbach seit 1958 ein Hidden Champion der Primärverpackungsindustrie beheimatet: Neopac The Tube. Zum Kundenkreis des Verpackungsspezialisten gehören Unternehmen aus der Pharma-, Kosmetik- und Dentalbranche sowie aus der Nahrungsmittel-, Chemie- und Technik-Industrie.

Insbesondere die bereits 1965 erfundene und ständig weiterentwickelte Polyfoil-Tube ist in diesen Kundenkreisen bis heute eine der bevorzugten Lösungen, wenn es um die Verpackung empfindlicher Produkte geht. Wie schon der Name nahelegt, ist für diesen Tubentyp ein mehrschichtiger Aufbau charakteristisch, wobei eine der inneren Lagen aus Aluminium besteht. Seit 2003 bietet Neopac Polyfoil-Tuben mit 10 mm Durchmesser auch für Pharma-Anwendungen an. Dafür wurde ein Reinraum sowie eine komplette Tubenproduktionsanlage aufgebaut.

Bis eine Tube den Reinraum verlassen kann, muss sie zahlreiche Produktions- und Prüfschritte durchlaufen. Dabei wird zuerst Laminatfolie zu einem zylindrischen Endlosröhrchen verschweißt und in einem Extrusionsprozess mit Polyethylen oder Polypropylen ummantelt. Anschließend wird das Endlosröhrchen auf Länge geschnitten, ein Kopf drauf gespritzt und anschließend der Tubenrumpf bedruckt. Auf einer weiteren Station wird der ­Tubenanguss abgeschnitten und der Verschluss ­auf­geschraubt oder aufgeprellt. Eine Ver­packungs­maschine übernimmt das Finishing der Tuben.

Kurze Umrüstzeiten bei Chargen ­von 10 000 bis mehreren Millionen

Die Reinraum-Tubenproduktionslinie ermöglicht einen kompletten Produktwechsel in weniger als drei Stunden. Roßmann

Zum Standardprogramm von Neopac gehören Köpfe in Form von Kanülen mit Schraubverschluss, ­Verschlüsse mit Kindersicherung oder mit Erstöffnungssiegel. Insgesamt kann der Anwender aus 200 Varianten sowie kundenspezifische Lösungen wählen.

„Die Anlagen müssen wegen der großen Varianten­vielfalt äußerst flexibel sein“, erklärt Petar ­Djurdjevic, Projektleiter bei Neopac. „Hier sind kurze Umrüstzeiten wichtig, zumal der Anteil an Aufträgen mit kleinen Stückzahlen von einigen Tausend Tuben zunimmt.“ Eine komplette Produktumstellung, die auch den Tubendurchmesser mit einschließt, darf nicht länger als drei Stunden dauern, so hat es Neopac dem Anlagenhersteller ins Lastenheft der Anlage geschrieben. Gleichzeitig muss die Anlage in der Lage sein, Chargen mit mehreren Millionen Tuben in einigen Tagen zu bewältigen. Ohne den Einsatz leistungsfähiger Linearmotoren in der Verschließmaschine wären diese Zielvorgaben nicht zu erreichen.
Ausstoß von 300 Tuben pro Minute

Regler vom Typ C1150 steuern über Profinet die Linearmotoren der Verschließmaschine bei Neopac.




Roßmann

Mit einer Grundfläche von etwa 3 x 3 Metern bietet die bei Neopac verbaute modulare Verschließ­maschine Raum für bis zu sechs unterschiedliche, um ein rotierendes Karussell angeordnete Bearbeitungs­stationen. Die über Kettenstifte zur Verschließ­maschine transportierten Tuben laufen in eine ­Vakuumtrommel ein. Von dort setzt sie eine angeschlossene Übergabe­station auf drehbare Vakuum-Dorne an der Kreis­außenlinie des Karussells, die dann den Transport durch die Maschine übernehmen und die Tuben bei Bedarf in Rotation versetzen. In der ­ersten Bearbeitungsstation wird der Anguss abgeschnitten und die Tube dann in weiteren Stationen in Dreh- oder Aufprellprozessen mit dem Verschluss versehen und zum Schluss zum Ausschleusen von den Vakuum-Dornen in einer Entladestation abgestreift. Zahl­reiche Sensoren und industrielle Smart-Kameras überwachen den Prozess. Dabei werden jeweils drei Tuben gleichzeitig mit einer Zykluszeit von 0,6 Sekunden unter Zuhilfenahme von Linmot-Linearmotoren umgesetzt beziehungsweise in den Stationen bearbeitet. Das entspricht einem maximalen Ausstoß der Verschließmaschine von 300 Tuben pro Minute.

Flexibel, kraftvoll und schnell mit Direkt­antriebstechnik

Mehr als Positionieren: Die Linearmotoren lassen sich positions- oder kraftgeregelt ­betreiben. Damit können sie auch für Prellprozesse verwendet werden. Bei der Tuben-­Finishing-Maschine kommt diese Eigenschaft in der Verschließstation für Aufprell­verschlüsse zum Tragen. Roßmann

Insgesamt 13 Linmot-Linearmotoren mit einem Stator vom Typ PS01-48x240F-C verrichten in den Stationen Positionier- und Aufprellaufgaben. Der Stator ist aufgrund einer speziellen Motorwicklung in der Lage, bei einer Nennkraft von 240 N eine Maximalkraft von bis zu 572 N zu entwickeln. Der maximale Hub beträgt 1 830 mm, bei maximalen Verfahrgeschwindigkeiten von 2,9 m/s. Entsprechend dynamische, kraftvolle und schnelle Bewegungen lassen sich mit diesen Motoren realisieren. Regler aus der Serie C1150 steuern die Achsen in der Verschließmaschine, wobei sie über Profinet mit der Maschinensteuerung kommunizieren.

„Zu den größten Vorteilen der Linearmotoren gehört aus unserer Sicht, dass sich Bewegungs- und Kraftverläufe frei programmieren und überwachen lassen“, erklärt Petar Djurdjevic. „Dank dieser Flexibilität können wir die Hubbewegung des Linear­motors beliebig gestalten und flexibel an die Erforder­nisse des Produkts anpassen, sodass die Mechanik rund um den Motor bei einem Produktwechsel unange­tastet bleiben kann.“

Dazu muss der Maschinenführer nur die ent­sprechenden Parameter für Verfahrwege und ­An­­fahr­positionen gemäß dem Produktdatenblatt via Maschinenbedienoberfläche eingeben oder über ein vorbereitetes Rezept aufrufen. „Dabei können wir für die Parameter jeweils eigene Toleranzfelder festlegen. Werden diese überschritten beziehungsweise nicht erreicht, gibt es eine Fehlermeldung und wir schleusen die betroffenen Tuben gezielt aus. Damit unterstützen uns die Motoren bei der Sicherung der ­Qualität und der Rückverfolgbarkeit“, fügt Petar Djurdjevic an.

Weil sich die Motoren positions- oder kraftgeregelt betreiben lassen, war es zudem möglich, den gleichen Linearmotortyp zum einen in der Aufschraubstation für das Positionieren von Schraubverschlüssen und zum anderen in der Aufprellstation für das Auf­pressen von Verschlüssen zu verwenden. Dies bedeutet für den Hersteller beziehungsweise Neopac weniger Aufwand für Lager- und Ersatzteilhaltung.

Zum Einsatz im Reinraum geeignet

Für die Produktion von Tuben im Reinraum zudem ganz entscheidend: Anders als bei einer Linearbewegung mit Kugelspindelantrieben oder einer Kombination aus ­Servomotoren und Zahnriemen fällt bei den Linear­motoren so gut wie kein Abrieb an. Zudem sind die ­Linmot-Linearmotoren und die unterstützenden Linear­führungen auch ohne Einhausung FDA-konform und sehr wartungsarm. „Wir reinigen und kontrollieren die Motoren und Führungen alle vier Wochen“, fügt Petar Djurdjevic an. „Da gibt es so gut wie nie etwas nachzuschmieren und wenn, dann nur winzige ­Mengen.“

Ein weiterer Pluspunkt für Betreiber von Anlagen wie Neopac ist die hohe Verfügbarkeit der Direkt­antriebstechnik aus der Schweiz. „Seit der Inbetriebnahme der ersten Reinraumanlage 2003 haben wir keine nennenswerten Ausfälle oder Probleme mit den Linmot-Produkten erleben müssen. Wir sind rundum zufrieden“, fasst Djurdjevic seine langjährigen Erfahrungen im Umgang und Einsatz mit der Linearmotortechnik zusammen.