Von Michael Roick

Zu den Standardverpackungen auf dem Medikamentenmarkt zählen Blisteroder Durchdrückpackungen. Die Tabletten werden in einzelne Blister eingelegt und anschließend mit einer Aluminiumfolie versiegelt. Diese Art der Verpackung ist besonders hygienisch und verhindert unerwünschte Einflüsse der Medikamente durch hohe Luftfeuchtigkeit oder Schmutz. Grundsätzlich lassen sich für diese Verpackungen auch Folien aus anderen Materialien verwenden, beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenchlorid (PVDC) und Polypropylen (PP). PVC-Folien sind kostengünstig, glasklar und sie haben hervorragende Eigenschaften wie chemische Beständigkeit, gute Verarbeitbarkeit und geringe Schrumpfung. Aufgrund des Chlorgehalts gilt PVC jedoch als ökologisch bedenklich: Bei der PVC-Produktion können Dioxine entstehen und bei einigen Recyclingverfahren sowie bei der thermischen Verwertung in Müllverbrennungsanlagen können Chlorverbindungen Korrosion und schädliche Emissionen verursachen.

Ganz anders Polypropylen (PP), das sehr gut recycelbar ist und weitere positive Eigenschaften aufweist wie eine hohe Barrierewirkung gegen Wasserdampf, Temperaturbeständigkeit sowie Sterilisierbarkeit in Autoklaven.

Beim Pharma-Unternehmen Bayer Healthcare in Leverkusen, das den größten Teil seiner Medikamente in Leverkusen selbst verpackt, hat Umweltschutz in der Produktion seit Jahren hohen Stellenwert. Daher setzt das Unternehmen auf Polypropylen bei der Tablettenverpackung und hat erheblich in die Umrüstung bestehender Produktionsanlagen für Blister-Verpackungen investiert.

Zu den kürzlich umgerüsteten Anlagen gehört eine Verpackungsmaschine TLT 2600 von Bosch Packaging. Bayer Healthcare verpackt mit der 1993 gebauten Anlage ausschließlich feste Stoffe wie Tabletten.

So umweltfreundlich Polypropylen auch ist, seine Verarbeitung ist kompliziert: Polypropylen-Folien sind beispielsweise sehr empfindlich in Bezug auf die Verarbeitungstemperatur und können nur in einem engen Temperaturbereich verformt werden. Die Umrüstung einer Verpackungslinie erfordert daher erhebliches Prozess-Know-how sowie eine ausgeklügelte Regelungstechnik. Entscheidende Parameter bei der Blister-Produktion sind gleichmäßiges Erwärmen und eine einheitliche Oberflächentemperatur der Werkzeuge. Entsprechend wichtig ist der Temperaturregler für den gesamten Verpackungsprozess. Der nachgerüstete Hutschienen-Regler R6000 vom GMC-I Gossen Metrawatt muss zwei wesentliche Aufgaben erfüllen:

• ein überschwingungsfreies, gleichmäßiges Anfahrverhalten der Soll-Temperatur beim Start der Produktion
• sowie eine Temperaturabweichung von maximal ±3 °C.

Anfahren und Lastwechsel im Griff

Temperaturverlauf der Heizkanäle 1 und 2: Ohne Störgrößenaufschaltung (oben) liegt die Temperaturschwankung bei akzeptablen 2,5

Kritische Momente im Produktionsprozess sind das Hochfahren der Anlage sowie die für eine getaktete Anlage typischen Lastwechsel: Durch zyklisches Öffnen und Schließen der Heizplatten und das Aufheizen der PP-Folie wird den Heizplatten prozessnah Energie entzogen. Gleichzeitig ist bei Maschinenstillstand ein Überschwingen der Temperatur zu vermeiden, da die physikalischen Eigenschaften der PP-Folien nur einen geringen Temperaturbereich von ±3 °C zum Verformen aufweisen.

Die von GMC-I auf diese Prozessanforderungen hin entwickelte Lösung besteht aus dem 8-kanaligen Temperaturregler R6000 und einem 10,4-Zoll-Bedienterminal. Beide Komponenten sind als Insellösungen aufgebaut und damit autark gegenüber der eigentlichen Maschinensteuerung. Die Ist-Temperatur der Heizplatten wird mit acht Pt100-Widerstandsthermometern erfasst, die an den prozesskritischen Stellen auf den Heizplatten angeordnet sind. Die Regler-Ausgänge steuern über handelsübliche Halbleiter-Relais die einzelnen Heizkreise der Platten.

Das in der Pharmaindustrie unabdingbare Qualitätsmanagement übernimmt der integrierte Datenlogger des Reglers. Er zeichnet in einem einstellbaren Intervall von sechs Minuten bis zu zwölf Tagen sämtliche Ist- und Sollwerte auf, so dass Abweichungen schnell nachzuvollziehen sind. Zu den erfassten Daten gehören auch die Alarm-Historie inklusive der Einträge des Fehlerstatus mit zugehörigem Zeitstempel sowie die Alarmwert-Protokollierung. Über das abgesetzte Bedienterminal können die Mitarbeiter in der Produktion die Messwerte kontrollieren. Das Terminal ist über Modbus mit dem Regler verbunden. Gossen Metrawatt hat die Bedienoberfläche des Terminals speziell für den Regler R6000 entwickelt.

Ein Tag für Inbetriebnahme und Optimierung

Bei Bayer Healthcare wurde das komplette System innerhalb eines Tages in Betrieb genommen und das Anfahren der Maschine gelang ohne Temperatur-Überschwinger. Anfangs, noch ohne Optimierungsmaßnahmen, betrug die Temperaturschwankung beim Lastwechsel von Stopp auf Betrieb etwa 2,5 °C. Um diese Abweichung zu reduzieren, wurde eine zusätzliche Störgrößenaufschaltung konfiguriert:

Die Steuerung der Verpackungsmaschine erzeugt dazu ein binäres Betriebssignal, das den Arbeitspunkt des Reglers situationsabhängig verschiebt. Dies verringert die Temperaturabweichung beim Lastwechsel auf nur noch 1,2 °C. Die hohe Regelgüte wird durch einen spezifischen überschwingungsfreien PDPI-Algorithmus erreicht. Aufgrund der Selbstoptimierung waren keine zusätzlichen Einstellungen der Regel-Parameter notwendig. Mittlerweile sind bereits weitere Maschinen umgerüstet worden.

Autor

Michael Roick ist Produktmanager Regler und Reglersysteme bei GMC-I Gossen Metrawatt in Nürnberg.