Als sich bei einem Schlafdiagnosesystem in der Praxis herausstellt, dass sich eine Kunststoff-Steckverbindung zu leicht löst, steht fest, dass eine konstruktive Anpassung nötig ist. Ein Hilfsrahmen löst das Problem pragmatisch und zugleich effizient.

Was tun, wenn die Steckverbindung die Anforderungen nicht erfüllt? Der Hilfsrahmen mit und ohne Platine und eingebaut im Gerätegehäuse.

Anschlusstechnikspezialist konfektioniert robuste Steckverbindung für bestehendes Gerät

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

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Silikonkautschuk

Kunststoff Werkstoffe

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Medizinprodukte

Produktentwicklung(sprozess)

Qualitätsmanagement

Gehäuse gerettet – Kosten gespart

Wie B&R Maschinenbauer, Integratoren und Betreiber dabei unterstützt, neue Produktivitätslevel zu erreichen.

Die neue Version der Automatisierungssoftware von B&R bietet verbesserte Engineering-Funktionen und eine Steigerung der Produktivität mithilfe künstlicher Intelligenz.

Software

Cloud

Netzwerke

Programmierung

Digitaler Zwilling

Simulation

KI (Künstliche Intelligenz)

Eine neue Ebene der Produktivität

Das Projekt „PolymerAkustik“ untersucht neue werkstoffliche und fertigungstechnische Lösungen für großserienfähige Gehäusebauteile, die auf verschiedene Art die Schallemissionen aus den Gehäusen verringern können.

Das im Projekt „PolymerAkustik“ gewonnene Know-how kann sowohl ganzheitlich in einer frühen Phase der Bauteilkonzeption als auch als „akustischer Problemlöser“ angewandt werden. 

Projekt „PolymerAkustik“: Ganzheitliche Lösungsansätze für leise Kunststoffbauteile

Schallemissionsprüfgeräte

Messtechnik

Werkstoffprüfung

Elektro-Akustische Messtechnik

Bitte Ruhe

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Aachen erarbeitet zurzeit eine Handlungsempfehlung für die Validierung von Spritzgießprozessen in der Medizintechnik, die das Vorgehen effizienter machen soll.

Hochbelegte Mehr-Kavitäten-Werkzeuge in der Medizintechnik erfordern einen hohen Aufwand bei der Qualitätsprüfung.

16:9

Vorhersage repräsentativer Größen mit statistischer Versuchsplanung und geringem Aufwand

Qualitätssicherung Kunststoff

Qualitätssicherung

Wie lässt sich die Validierung in der Medizintechnik abkürzen?

Im Rahmen des Projekts CAMed der Medizinischen Universität Graz arbeiten Forscher daran, maßgeschneiderte Implantate mit 3D-Druckern direkt in der Klinik herzustellen.

Die 3D-gedruckte Rippe aus PCU hat die nötige Steifigkeit und Passgenauigkeit, um sie direkt in den Brustraum einzusetzen.

Projekt CAMed: Implementierung additiver Fertigung im klinischen Bereich

Doriat, Clemens, Dr.

Additive Fertigung

Arburg Kunststoff Freiformen

Verfahren für die additive Fertigung

Freiraumverfahren

Knochenimplantate in der Klinik drucken

Ergebnisse einer Fallstudie zeigen, dass die biologische Abbaubarkeit von Kunststoffen im Gesundheitssektor kaum Vorteile bietet. Auch der Einsatz biobasierter Rohstoffe kennt Hürden.

Das verwendete Rack in der Natur, mit der es nach Abschluss dieser Studie im Einklang hätte stehen sollen.

Machbarkeitsstudie zu biobasiertem und bioabbaubarem Kunststoff in der In-vitro-Diagnostik

Polylactid

Thermoplaste

Biokunststoffe

Haben Biokunststoffe eine Zukunft im Gesundheitswesen?

Am Stand von Netstal produziert eine vollelektrische Elion Med mit 1750 kN Schließkraft 10-ml-Spritzenzylinder mit Luer-Lock-Adapter aus COC.

Eine Elion Med 1750 produziert COC-Spritzen mit Luer-Lock-Anschluss.

Messe Fakuma

kunststoffe-international.com

kunststoffe.de

Medizintechnikanwendung mit lückenloser Qualitätsüberwachung

Die antibakterielle und antivirale Ausrüstung von Textilien und Kunststoffen steht im Fokus von Forschung und Entwicklung. Die Ostthüringischen Materialprüfgesellschaft für Textil- und Kunststoffe mbH (OMPG) konnte die entsprechende Prüfmethode jetzt vereinfachen.

Additive

Chemische, biochemische Werkstoffprüfung

OMPG vereinfacht Prüfungen auf antivirale Wirksamkeit

Untersuchungen zu den Auswirkungen der superkritischen CO2-Kühlung auf das Fräsen von ultrahochmolekularem Polyethylen zeigen eine deutliche Verringerung der Grate, verbesserte Werkstückgenauigkeit und bessere Oberflächenqualität.

Beim Fräsen wird das scCO2, versetzt mit einem medizinisch validierten Kühlschmierstoff, mittels Minimalmengenschmierung durch die Spindel geführt und über kleine Öffnungen im Werkzeughalter auf die Schneidkanten des Fräsers gelenkt.

Optimierte Zerspanung von PE-UHMW durch superkritische CO2-Kühlung

Kühlschmiermittel

Betriebsausrüstung / Betriebsmittel

5-Achs-Bearbeitungszentren

Werkzeugmaschinen für die spanende Fertigung

Bearbeitungszentren

Fräsen

Spanende Verfahren

Polyethylen, ultrahoch-molekulares

Implantate mit glatter Oberfläche

Die aktive IRT ist ein geeignetes Verfahren, um die Restwanddicke eines Bauteils mit Hohlstruktur direkt im Anschluss an den Fertigungsprozess zu messen. Dabei können auch Fehlstellen, die die Strukturintegrität beeinträchtigen, während der Produktion identifiziert werden.

Messaufbau der aktiven IRT-Messung mittels  3D V-Rox. 

Effiziente Methode zur Wanddickenmessung und Fehlererkennung in der Fluidinjektionstechnik

Gasinjektionstechnik

Projektilinjektionstechnik

Computer-Tomografie-Systeme

Thermographie

Messung von Umgebung (Klima)

Fluidinjektionstechnik

Qualitätssicherung von Kanalstrukturen mit aktiver Thermografie

Aktuelle Untersuchungen zeigen: Treibmittelanteil und Expansionsgrad beim Negativprägen bieten das größte Optimierungspotenzial, um Schaumstrukturen zuverlässig und reproduzierbar zu realisieren.

Bild 1. Probenausschnitt einer expandierten glasfaserverstärkten PP-GF30-Schaumplatte. 

Röntgen-CT offenbart Einfluss von Prozessparametern beim Thermoplast-Schaumspritzgießen

Schaumspritzgießen

Zerstörungsfreie 3D-Analyse von Schaumstrukturen

Diffuse politische Weichenstellungen und widersprüchliche Kundenanforderungen: Wie Wirthwein trotz vieler Hürden den Weg zur Nachhaltigkeit gestaltet.

Die 6,8 kg schweren Kabelkanäle aus Kunststoff ersetzen Betonelemente, die 160 kg wiegen.

Wirtschaft

Energieeffizienz

Kreislaufwirtschaft

KFZ-Zulieferer

Dienstleistungen

Das Kreuz mit der Nachhaltigkeit

Ein Besuch bei Mold-Masters zeigt: Heißkanalinnovationen können über den Standard hinaus die Nachhaltigkeit einer Anwendung verbessern. Dabei können sich die Anwendungsfelder einer Technologie beständig weiterentwickeln.

iFlow-Verteiler in 24-fach-Ausführung. Die beiden Platten werden in einem mehrstufigen Prozess zusammengelötet.

Ein Gespräch mit Thomas Bechtel vom Heißkanalhersteller Mold-Masters

Normalien und Heißkanaltechnik

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Heißkanalsysteme

Innovation hat keinen Endpunkt

Bei der Herstellung von Kunststoffteilen für die Medizin- und Pharmaindustrie werden die Anforderungen an die Reinraumumgebung immer strenger. In diesem Bereich steigt nicht nur die Nachfrage nach vollelektrischen Spritzgießmaschinen. Auch für die Umsetzung von Werkzeugbewegungen wird verstärkt auf elektrische Antriebe gesetzt, die den hohen Anforderungen an die Reinheit und Zuverlässigkeit gerecht werden.

Bild 1. Lösungen für elektrische Werkzeugbewegungen, hier am Beispiel eines 72+72-fach Etagenwerkzeugs für die Verschlusskonus-Produktion

Elektrische Antriebe in Spritzgießwerkzeugen

Elektrische Antriebe

Antriebe

Spritzgießwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Mess- / Regel- und Prozessleittechnik

Prozessautomation

Mess-, Steuer- und Regelgeräte

Reinraumsysteme / -technik

Echtzeit-Prozessüberwachung in Reinraumumgebungen

Viele Branchen treibt die Suche nach Materialien für gestiegene Leistungsanforderungen und verbesserte Kosteneffizienz an. Gleichzeitig rücken gesellschaftliche und ökologische Trends in den Vordergrund. Dazu zählen die Reduzierung der CO2-Emissionen und die Unterstützung einer alternden Bevölkerung. Wegen seiner Eigenschaften kommt dafür immer öfter der Hochleistungskunststoff Polyetheretherketon zum Einsatz.

In kryogenen Anwendungen kann PEEK Fluorpolymere ersetzen. Advanced Engineering Valves nutzt ein PEEK von Victrex etwa für Dichtungen in Kugelventilen, die bei der Verflüssigung von Erdgas verwendet werden  © Advanced Engineering Valves

Polyetheretherketon (PEEK): Leistungssteigender Ersatz für Metalle und andere Polymere

Elektronik-Fertigung

Elektronik

Polyetherketon

Mikroelektronik

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Hochleistungskunststoffe

Effizient auch in rauen Umgebungen

Toleranzketten verstehen und optimieren mit Cetol 6 Sigma

Anwendungssichere Medizinprodukte, zuverlässig gefertigt

Pharma- und Medizinprodukte, wie sie Gerresheimer produziert, werden umfassend analysiert und dokumentiert – unter anderem mit dem Toleranzmanagementsystem Cetol 6 Sigma, das hier in das CAD/CAM-System Creo integriert ist. Inneo sorgt dafür, dass die komplexen Toleranzanalysen effizient erstellt werden können.

Wo es um die Gesundheit von Menschen geht, ist eine hohe Qualität und sichere Funktion wichtig: Inhalatoren, Autoinjektoren, Pensysteme, Schnelltests und andere Pharma- und Medizinprodukte, wie sie Gerresheimer in Millionenstückzahlen produziert, werden deshalb umfassend analysiert und dokumentiert – unter anderem mit dem Toleranzmanagementsystem Cetol 6 Sigma, das hier in das CAD/CAM-System Creo integriert ist. Inneo sorgt dafür, dass die komplexen Toleranzanalysen effizient erstellt werden können.

Gerresheimer ist in den Branchen Pharmazie, Biotech, Gesundheit und Kosmetik mit einem breiten Produktspektrum für Arzneimittel- und Kosmetikverpackungen sowie sogenannten Drug Delivery Devices präsent. Das Unternehmen ist ein gefragter Anbieter von Komplettlösungen, der seine Ziele durch ein hohes Maß an Innovationskraft, industrieller Kompetenz sowie Konzentration auf Qualität und Kundenfokus erreicht.

Bei der Entwicklung bedarfsgerechter und nachhaltiger Lösungen setzt Gerresheimer auf ein umfassendes internationales Netzwerk mit zahlreichen Innovations- und Produktionszentren in Europa, Amerika und Asien. Das Unternehmen produziert weltweit mit rund 10 000 Mitarbeitern nah beim Kunden und erwirtschaftet einen jährlichen Umsatz von mehr als 1,4 Mrd. EUR. Es spielt mit seinen Produkten und Lösungen eine wesentliche Rolle für die Gesundheit und das Wohlbefinden von Menschen.

Der Standort in Wackersdorf gehört seit der Übernahme der Wilden Group im Jahr 2007 zum Bereich Gerresheimer Medical Systems. Hier im Technischen Competence Center (TCC) schlägt das technische Herz dieser Geschäftseinheit. Im TCC sind rund 450 Angestellte damit befasst, den gesamten Entstehungsprozess von Drug Delivery Devices wie Inhalatoren, Pensystemen und Autoinjektoren sowie Diagnostik- und Medizinprodukten wie Schnelltests, Laboreinmalartikeln und Infusionssets bis zur Serienproduktion abzubilden. Ein großer Teil – 120 Mitarbeiter – arbeitet im ebenfalls in Wackersdorf ansässigen Werkzeugbau.

Das Unternehmen deckt den gesamten Produktlebenszyklus ab, von der Konzeptentwicklung über die Produkt- und Prozessentwicklung, Simulation und Verifikation bis hin zur Klein- und Vorserienfertigung – und schließlich zur Industrialisierung und Großserienfertigung. Udo Leuschner, Teamleiter Produktentwicklung in Wackersdorf, sagt: „Die Kunden können in jeder Prozessphase einsteigen. Manchmal liefern wir schon die Grundidee für das neue Produkt, in anderen Fällen kommen Kunden mit fertigen Konstruktionen und wir übernehmen die Erstellung des Serienequipments und den Transfer in die Serienfertigung. Für eine reibungslose und qualitativ hochwertige Serienfertigung bringen wir natürlich unsere Expertise ein.“

Die 80 Mitarbeiter der Entwicklungsabteilung, die auf drei Standorte weltweit verteilt ist, nutzen unter anderem das CAD-System PTC Creo und vertrauen dabei seit vielen Jahren auf Inneo als Ansprechpartner für Updates, Support und Schulungen. Neben dem CAD-System kommen Applikationen für die Spritzgießsimulation, strukturmechanische Berechnungen, statistische Toleranzanalysen und Strömungsanalysen zum Einsatz. Seit 2007 verwenden die Gerresheimer-Spezialisten für die statistische Toleranzanalyse das Programm Cetol 6 Sigma von Sigmetrix, das ebenfalls von Inneo betreut wird. Cetol ist eng mit dem CAD-System Creo verknüpft, sodass Geometrien und Bemaßungen direkt aus dem 3D-CAD-Modell übernommen werden können. So werden Übertragungsfehler vermieden.

„Toleranzen sind extrem wichtig für uns“, erklärt Leuschner. „Auf der einen Seite fertigen wir sehr hohe Stückzahlen, von manchen Produkten über 100 Millionen Stück pro Jahr. Auf der anderen Seite sind die Anforderungen an die Produkte enorm hoch, denn es geht immer um den menschlichen Körper und die menschliche Gesundheit. Beispielsweise müssen Injektoren absolut sicher auslösen und dabei eine genau definierte Medikamentenmenge abgeben. Dabei ist eine vorab festgelegte Stechtiefe einzuhalten. Inhalatoren müssen die verbleibende Anzahl an Dosen genau anzeigen und genau definierte Wirkstoffmengen abgeben.“

Die hohen Stückzahlen vereinfachen die Arbeit nicht gerade, da beispielsweise bei den dort genutzten Multi-Kavitäten-Spritzgießwerkzeugen immer auch zwischen den einzelnen Formnestern Abweichungen entstehen, die berücksichtigt werden müssen. Auch die Werkstückträger, die in der automatisierten Montage zum Einsatz kommen, und die Fertigung an verschiedenen Standorten bringen zusätzliche Möglichkeiten für Abweichungen ins Spiel.

Die Anforderungen an die Produkte sind beileibe nicht einheitlich, wie Leuschner weiter erläutert: „Je nach Einsatzzweck und Art der Applikation sind die Ansprüche der Kunden und der Zulassungsbehörden sehr unterschiedlich. Geht es beispielsweise darum, ein Medikament im Notfall sicher verabreichen zu können, muss der Autoinjektor hundertprozentig sicher die richtige Medikamentenmenge applizieren und auslösen – und nicht zuletzt einfach bedienbar sein. Bei weniger kritischen Anwendungen kann es akzeptabel sein, wenn ein geringer Anteil der produzierten Geräte Toleranzabweichungen einzelner Funktionen aufweist, wenn dies mit Kunde und Zulassungsbehörde abgestimmt ist. Es gibt Einweg- und Mehrwegprodukte, letztere müssen dann eben auch nach längerer Nutzung noch einwandfrei funktionieren.“

„Die große Schwierigkeit bei Toleranzen ist, dass sie aufeinander aufbauen, sich addieren und gegenseitig beeinflussen“, sagt Entwickler und Cetol-Spezialist Jörg Großer. „Ein Auslegen von Geräten oder Baugruppen nach dem Worst-Case-Prinzip ist bei hochvolumigen Produktionen nicht realisierbar. Bei dem risikobasierten Ansatz werden die einzelnen Funktionen in ihrer Kritikalität bewertet. Je nach Bewertung ist eine definierte Ausschussrate zulässig. Um diese Ausschussrate zu berechnen, nutzt man statistische Tools wie Cetol 6 Sigma.“

Hochkomplexe dreidimensionale Toleranzanalyse

Cetol arbeitet mit 3D-Modellen; dies ermöglicht es, Toleranzen ganzheitlich zu analysieren. Im Gegensatz zu 1D- oder 2D-Toleranzberechnungen, die sich in einer Tabellenkalkulation berechnen lassen, ist dreidimensionale Toleranzanalyse hochkomplex und an die Verfügbarkeit von 3D-Modellen gekoppelt. Der Cetol-Anwender importiert diese Modelle aus Creo, wobei geometrische Zusammenhänge direkt mit übernommen werden. Während der Erstellung des Berechnungsmodells werden Messungen, Lager und verschiedene Verbauzustände definiert, um das Produkt und seine Funktion gesamtheitlich zu analysieren und letztendlich eine robuste Fertigung in hohen Stückzahlen bei sicherer Funktion zu gewährleisten.

So lassen sich in Cetol die Anteile berechnen, mit denen bestimmte Toleranzen an der Einhaltung der Vorgaben beteiligt sind. Zeigt sich in einer Toleranzkette, dass ein bestimmtes Maß einen sehr großen Einfluss hat, kann man gezielt an dieser Toleranz arbeiten: Lassen sich durch Änderungen an der Produktkonstruktion oder durch Verschieben von Toleranzweiten in der Toleranzkette kritische Maße entschärfen, sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass Ausschuss produziert wird, und die Prozessqualität steigt. Damit können in vielen Fällen die Produktsicherheit erhöht und gleichzeitig die Produktionskosten gesenkt werden.

Nach Änderungen muss nicht die gesamte Toleranzkette neu aufgebaut werden, sondern es werden lediglich die Geometrie und die geänderten Werte aktualisiert. Nach der Berechnung der Abhängigkeiten liefert Cetol dann das Ergebnis der Änderungen und der Anwender kann bewerten, ob die Änderung Erfolg verspricht. Cetol ermöglicht es zudem, mehrere Konfigurationen zu definieren und parallel zu berechnen, um eine möglichst optimale Toleranzverteilung zu identifizieren. So lassen sich in einem Iterationsprozess Produkt und Produktionsaufwand optimieren, indem die Toleranzen so verteilt werden, dass einerseits die Funktion erfüllt beziehungsweise der Ausschuss minimiert werden kann und andererseits teure Präzisionsbearbeitungen möglichst vermieden werden.

Leuschner erläutert: „Früher kannte man den Begriff der Angsttoleranz. Der Konstrukteur definiert Toleranzen enger als sie technisch notwendig sind, um die Funktion sicherzustellen. Solche übertriebenen Vorgaben können sich zum Problem auswachsen, wenn sie in einer Toleranzkette andere Toleranzen beeinflussen – sie verursachen in der Produktion unnötige Kosten.“

Großer fährt fort: „Diese Angsttoleranzen lassen sich in Cetol zuverlässig identifizieren und eliminieren. So stellen wir am Ende sicher, dass alle Toleranzen so eng wie nötig und so weit wie möglich sind.“

Automatisierter Input für die Dokumentationspflichten

Ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung pharmazeutischer und medizintechnischer Produkte sind die umfangreichen Dokumentationspflichten. Cetol bietet hier Reportformate an, die allerdings an die Anforderungen für Medizin- und Pharmaprodukte angepasst werden müssen. Cetol-Hersteller Sigmetrix bietet einen Baukasten, mit dem sich Ergebnisse automatisch auslesen und darstellen lassen. Großer erinnert sich: „Wir haben gemeinsam mit Inneo und Sigmetrix eine Lösung entwickelt, die unseren Dokumentationsaufwand verringert und beispielsweise Berechnungswerte automatisch ausliest und formatiert. Das ist eine große Erleichterung.“ Leuschner ergänzt: „Wir müssen ein Design History File führen, in dem genau dokumentiert wird, wer wann was warum verändert hat. Da liefern die Cetol-Berichte automatisierten Input.“

Inneo lieferte die Toleranzanalysen mit Cetol ursprünglich als Dienstleistung, es zeigte sich aber, dass Gerresheimer MDS diese Arbeit aufgrund des immer häufigeren Einsatzes von Cetol und der Komplexität der Geräte besser im eigenen Haus machen sollte. So entschlossen die Gerresheimer-Verantwortlichen sich, mit Unterstützung von Inneo Cetol einzuführen, dabei veranstaltete Inneo unter anderem Schulungen, Workshops und Updateschulungen.

Den Aufbau der ersten Berechnungsmodelle und Toleranzketten habe Christoph Bruns von Inneo tatkräftig und kompetent unterstützt, wie Großer sagt: „Wir nutzen Cetol 6 Sigma dank der Zusammenarbeit mit Inneo effizient und die Toleranzanalyse ist zu einem der Key-Tools in der Entwicklung bei Gerresheimer geworden.“

Udo Leuschner schließt: „Mit Cetol erreichen wir zwei wichtige Ziele: Einerseits liefern wir dem Patienten Produkte, auf die er sich verlassen kann. Andererseits ist es bei den riesigen Stückzahlen, die wir fertigen, durchaus erheblich, ob wir 0,08 oder 0,09 Prozent Ausschuss erreichen. Cetol ermöglicht zahlenbasierte Optimierungen und ein tiefes Verständnis der Zusammenhänge in den Toleranzketten.“

INNEO Solutions GmbH  

https://www.inneo.de

Gerresheimer Regensburg GmbH  

https://www.gerresheimer.com

Ausgabenartikel KU10-22

Gerresheimer Medical Systems entwickelt und fertigt in Wackersdorf unter anderem medizinische Inhalatoren, Pensysteme und Autoinjektoren in Millionenstückzahlen.

Medizinische Produkte müssen absolut zuverlässig funktionieren – dazu dürfen die Toleranzen zwischen Schwesterwerkzeugen nur minimal sein.

Cetol 6 Sigma ermöglicht die Analyse komplexer Toleranzketten. So lassen sich besonders heikle Toleranzen schnell identifizieren.

Inneo unterstützt Gerresheimer bei der Nutzung der Toleranzanalyse und damit bei einer störungsfreien, effizienten Fertigung. 

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Gerresheimer: Toleranzketten verstehen und optimieren mit Cetol 6 Sigma

Dipl.-Ing. Ralf Steck ist freier Fachjournalist für die Bereiche CAD/CAM, IT und Maschinenbau in Friedrichshafen; <a href="mailto:rsteck@die-textwerkstatt.de">rsteck@die-textwerkstatt.de</a>

Weitere Informationen zu Software und Anwender: <a href="http://www.inneo.de/cetol" target="_blank">www.inneo.de/cetol</a> <a href="http://www.gerresheimer.com" target="_blank">www.gerresheimer.com</a>