Roboter und Servos sorgen für das richtige Handlingtempo auf minimaler Fläche

Roboter im richtigen Rhythmus

Wirklich wenig Raum bleibt einem Lohnverpacker für das Kartonieren von Vials. Knapp zwei Quadratmeter stehen zur Verfügung. Das reicht völlig aus, sagt der Schweizer Spezialist Robotronic und installiert seine robotergestützte Handlingzelle.

Die Lösung zum Vials-Handling besteht im Wesentlichen aus zwei MRT-Zellen mit je einem Knickarm-Überkopf-Roboter von Mitsubishi Electric und einer Förderlinie, die mit Mitsubishi-Servomotoren ausgestattet ist. (Foto: Mitsubishi)

„Vials“ sind kleine medizinische Fläschchen, die zum Beispiel Impfstoffe enthalten. Sie verfügen über einen speziellen Verschluss, der die Reinheit des Medikaments gewährleistet. Mit der Spritze sticht der Arzt durch eine Gummikappe und kann die Flüssigkeit einfach und sauber aufnehmen. Der Lohnverpacker eines internationalen Pharmakonzerns mit Sitz in Deutschland sucht für eine bereits bestehende Anlage eine Lösung für das Zuführen und Verpacken solcher Vials in unterschiedlichen Größen. Allerdings stehen ihm nicht mehr als knapp zwei Quadratmeter Fläche für den Anbau zur Verfügung.

Robotronic ist auf robotergestützte Handlinganlagen spezialisiert, die minimale Platzanforderungen erfüllen. Das Prinzip dahinter nennt sich modulare Robotertechnik, kurz MRT. Es bezeichnet eine von Robotronic entwickelte, flexible Systembauweise nach dem Baukastenprinzip. Das kompakte Basismodul der MRT-Zelle ist mit 1,0 mal 1,30 Meter Grundfläche etwa so groß wie eine Europalette und dabei zirka 2,20 Meter hoch. Der Lösungsvorschlag besteht im Wesentlichen aus zwei MRT-Zellen mit je einem Knickarm-Überkopf-Roboter von Mitsubishi Electric und einer Förderlinie mit insgesamt acht Positionierschnecken, die von Mitsubishi-Electric-Servomotoren angetrieben werden. Die Anlage, in die die MRT-Zellen eingebaut werden sollen, besteht aus einer vorgelagerten Förderstrecke für die Vials und einer nachgelagerten Kartonierzuführkette. Auf dieser gelangen die mit den Fläschchen bestückten Blister in den Kartonier- und Endverpackungsprozess. Seitlich angegliedert befindet sich eine Tiefziehmaschine, in der die Blister hergestellt werden. Um das Zusammenspiel der einzelnen Bereiche optimal zu gestalten, muss Robotronic zusätzlich zum Bau der Handlinganlage auch die benachbarten Systeme teilweise anpassen. Es entsteht ein maßgeschneidertes Gesamtkonzept mit insgesamt zwölf Mitsubishi-Electric-Servoantrieben.

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Der richtige Moment zählt

Die beiden in den MRTs verbauten Industrieroboter vom Typ Melfa RV-4FL werden mit einer Mitsubishi-Electric-Multi-CPU-Plattform, der iQ-Plattform, betrieben. Sie besteht aus zwei Roboter-CPUs Q172DRCPU, einer Motion-CPU Q172DCPU plus einer SPS CPU Q03UDECPU; sie übernehmen das Handling der Vials. Dazu heben die Roboter mit Vakuumgreifern jeweils zwei Reihen Vials zu je fünf Stück von den Positionierschnecken und setzen sie in die bereitstehenden Blister. Die Packmittel werden anschließend dem weiteren Verpackungsprozess zugeführt. Die Kartonierzuführkette taktet kontinuierlich ohne Unterbrechung. Die Blister müssen also im richtigen Moment in die Zuführkette gelangen. Der vorausgehende Prozess muss entsprechend schnell ablaufen: Die Roboter befüllen pro Minute 60 Blister mit insgesamt 300 Vials.

Die Förderstrecke transportiert die Vials zu den acht mit Positionierschnecken ausgestatteten Aufnahmestationen in den MRTs. Je ein Melservo-MR-J4-Servomotor treibt eine solche Schnecke an, taktet die Fläschchen in die Bahnen ein und stellt sie in Fünfergruppen bereit. Ein neues Positionierungsverfahren, bei dem die Vials zur Ausrichtung direkt auf der Schnecke stehen, spart Platz und unterstützt den kompakten Aufbau der MRTs. Die integrierten Überwachungsfunktionen prüfen die korrekte Anzahl der Fläschchen. Je zwei Bahnen sind einem Roboter zugeordnet, der jeweils zwei Fünferreihen Vials per Vakuumgreifer entnimmt und in die bereitstehenden Blister einsetzt.

Die Dynamik der Mitsubishi-Electric-Servos zeichnet sich insbesondere in der Förderstrecke durch schnelle Beschleunigung und hohe Bremsmomente bei gleichzeitig sanftem Anfahren und Abbremsen aus. Die Funktion zur automatischen Vibrationsunterdrückung verhindert das Aufschwingen des Systems. Ein zusätzlicher Filter blendet mechanische Resonanzen aus. Eine zusätzliche Herausforderung ergibt sich für Robotronic bei der Tiefziehmaschine: Sie ist direkt an die MRT-Zellen angeschlossen und über servogesteuerte Förderstrecken verbunden. Dieses System verwendet mehrere MR-J4-Antriebe zur Bewegung, Vereinzelung und exakten Positionierung der Packmittel.

Die präzise Dynamik der Servoantriebe ist auch bei der Bereitstellung der Blister zur Befüllung durch die Roboter besonders wichtig. Denn das Taktfördersystem muss alle 300 Millisekunden neue Blister positionieren, um mit dem Sekundentakt der Kartonierzuführkette mitzuhalten. Deshalb arbeitet Robotronic mit zwei Robotern, die mit ihrem Doppelarmgreifer gleichzeitig zwei Blister befüllen können. Die Positionierung der Blister muss absolut exakt sein, damit die Roboter die Vials präzise einsetzen können. Wesentliche Merkmale der kompakten Vials-Handlinglösung von Robotronic sind die hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit von 300 Stück pro Minute und die Integration des kompletten Handlingprozesses auf engstem Raum. Der Wechsel zwischen verschiedenen Vials-Formaten ist mithilfe von Wechselgreifern und Schnellwechselwerkzeugen möglich. Außerdem lässt sich die Lösung fast beliebig reproduzieren und ihre Kapazität damit erweitern, indem zusätzliche „Bausteine“ in Form der MRT-Zellen eingebunden werden.

Robotronic zieht Resümee: „Die Aufgabenstellung war für uns dank der kompakten Dimensionen des MRT und der schlanken Überkopf-Robotik von Mitsubishi Electric auch auf der zur Verfügung stehenden Fläche von nur rund zwei Quadratmetern gut realisierbar. Die extremen Freiheitsgrade der Roboter ermöglichen große Flexibilität beim Einbau. Sie arbeiten schnell und gleichzeitig präzise, genau wie die Servos. Nur so lässt sich die hohe Leistung von 300 Vials pro Minute erreichen. Robotronic ist bereits seit Firmengründung 2008 exklusiver Robotics-Vertriebspartner von Mitsubishi Electric für den Schweizer Markt.

bw

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