Autonomes Robotersystem zum Handling von Tablettencontainern
| von Dr. Hubertus Rehbaum ist wissenschaftlicher Leiter bei L.B. Bohle
  • Werden Tablettenkerne unmittelbar nach dem Tablettieren gecoatet, dann können sich im Filmüberzug Risse bilden, wenn die Tablette expandiert. Deshalb müssen die Tablettenkerne erst zwischengelagert werden.
  • Um das Handling zwischen Tablettenpresse und Coater zu automatisieren, wurde ein Robotersystem entwickelt, das sowohl in kontinuierlichen als auch in Batchprozessen zum Einsatz kommt.
  • Mit dem ROB 50 werden diese Transportprozesse vollständig automatisiert. Die integrierte Steuerungssoftware verfügt über ein Inventursystem für sämtliche Container und Containerpositionen.

Mit dem autonomen Robotersystem ROB 50 wird sowohl in kontinuierlichen als auch in batchorientierten Feststoffprozessen die Lücke zwischen Tablettenpresse und Filmcoater geschlossen.

Ursprünglich war das Robotersystem von L.B. Bohle zum Einsatz in der kontinuierlichen Fertigungslinie (gemeinsame Entwicklung der Gericke AG, Korsch AG und L.B. Bohle) im Technology Center am Hauptsitz des Unternehmens in Ennigerloh entwickelt worden. Während des gesamten Produktionsprozesses, von der Rohmaterialdosierung bis hin zum Filmüberzug der hergestellten Tabletten, wird ein kontinuierlicher Materialfluss angestrebt.

Werden nun die Tablettenkerne unmittelbar nach dem Tablettiervorgang in den Coatingprozess übertragen, besteht aufgrund der Expansion des Tablettenkerns nach dem Tablettiervorgang ein hohes Risiko für Riss-/Spaltenbildung im Filmüberzug. Denn das Coating bildet eine Schale um den Kern, wobei sich der Kern über einen Zeitraum von Minuten oder sogar Stunden ausdehnt und dabei von innen gegen diese Schale drückt (Bild 2a). Da der Filmüberzug nur begrenzt elastisch ist, entstehen an den schwächsten Stellen Risse. Solche Risse sind ein nicht akzeptabler Qualitätsmangel und können bei funktionellen Filmüberzügen sogar den therapeutischen Effekt des pharmazeutischen Produkts beeinträchtigen.

Dieses Problem kann umgangen werden, indem zwischen dem Tablettier- und dem Coatingprozess eine Entspannungszeit zur Ausdehnung der Kerne eingeplant wird (Bild 2b). Die erforderliche Entspannungszeit ist dabei produktabhängig und kann wenige Minuten bis mehrere Stunden betragen.

Einsatz in Konti- und Batchproduktion möglich
Bei der Batchproduktion sieht der Arbeitsablauf zur Freigabe der Tablettenkerne als Zwischenprodukt bereits ausreichend Zeit im Lager zur Ausdehnung der Tablettenkerne vor. Das Konzept der kontinuierlichen Produktion zielt jedoch darauf ab, Produktbewegungen zwischen dem Produktionsbereich und dem Lager zu vermeiden, um die Durchlaufzeit zu optimieren und im Idealfall Produktfreigabe als „Real Time Release“ zu ermöglichen.

Diese Problemstellung war Anlass zur Entwicklung und Implementierung des ROB 50 als autonomes Handling-System für Tablettenkerne, (Bild 1). Herzstück der Einheit bildet die automatische Hubsäule mit verlängertem Arm und Andocksystem, durch den Tablettencontainer aufgenommen und transportiert werden können. Durch die zwei Freiheitsgrade (Rotation und vertikale Position, Bild 3a) kann das System die Aufnahmevorrichtung am Ende des Arms in einem zylindrischen Bereich um das Antriebssystem herum bewegen. Mithilfe der Aufnahmevorrichtung werden Tablettencontainer automatisch aufgenommen (Bild 3b). Diese verfügen an der Oberseite über einen Deckel mit Einfüllstutzen sowie über eine Entleerklappe an der Unterseite. Bei der Aufnahme eines Containers stellt der Roboter eine Verbindung zur Steuerung der Entleerklappe her.

Innerhalb des Arbeitsbereichs des Systems können die folgenden drei Positionen angesteuert werden: Befüllposition (1), Containerlager (2), Entleerung in den Filmcoater (3). Die Befüllposition (1) mit zwei Containeraufnahmen befindet sich am Auslass des Tablettenentstaubers der Tablettenpresse. Der Tablettenfluss wird durch eine Produktweiche am Auslass des Tablettenentstaubers in einen der zwei darunter platzierten Container geleitet. Ist der aktuell verwendete Container voll, wechselt die Produktweiche den Tablettenfluss in den Container in der anderen Aufnahme um. Der Roboter kann nun den vollen Container aufnehmen und durch einen leeren Container ersetzen. Container mit Tablettenkernen, die sich noch ausdehnen müssen, sowie leere Container, die wieder zur Befüllposition transportiert werden können, werden im Containerlager (2) abgelegt. Die erforderliche Lagergröße ist so zu wählen, dass bei vorgegebener Durchsatzrate der Tablettenpresse und des Filmcoaters die erforderliche produktspezifische Entspannungszeit erreicht wird. In der dritten Position wird die Entleerung in den Filmcoater (3) vorgenommen. Um die Tablettenkerne in den Coater zu geben, wird ein voller Container über dem Füllstutzen des Coaters platziert und die Entleerklappe an der Unterseite des Containers geöffnet. Hierfür eignen sich am besten Coater, die von oben befüllt werden können, wie z. B. die Koco Produktreihe von L.B. Bohle.

Transportprozesse werden vollständig automatisiert
Mit dem ROB 50 werden diese Transportprozesse vollständig automatisiert. Die integrierte Steuerungssoftware verfügt über ein Inventursystem für sämtliche Container und Containerpositionen. Durch Schnittstellen zur Tablettenpresse und zum Tablettencoater plant die Steuerungseinheit die verschiedenen Transportaufgaben und optimiert den Materialfluss nach vordefinierten Priorisierungen. Dadurch wird die optimierte Aufgabenplanung erreicht. Zudem wird die Einhaltung der vordefinierten Ausdehnungszeiten sichergestellt, die für die Produktqualität von entscheidender Bedeutung sind.

Der Roboter wurde ursprünglich für den Einsatz in der kontinuierlichen Produktion entwickelt. Das System kann aber ebenso den Produkttransfer in der Batchproduktion automatisieren und damit die Lücke zwischen Tablettenpresse und Filmcoater schließen. Hierfür werden Produktvarianten für größere Container angeboten. Sind beim Filmcoating lange Verarbeitungszeiten vorgesehen, kann der Roboter ebenfalls zwei nebeneinander platzierte Coater abwechselnd beschicken. Auch anwendungsspezifisch angepasste Varianten mit einem zusätzlichen Freiheitsgrad sowie Produktversionen für höhere Durchsatzraten oder längere Ausdehnungszeiten sind verfügbar.

Fazit: Mit dem autonomen Robotersystem kann die Produktionszeit beschichteter Tabletten optimiert werden. Das System trägt gleichzeitig zur Kostensenkung im Produkt-Handling und zur Vermeidung von Risiken im Produktionsablauf bei.

 

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