Kunststoff-Medizinteile entladen: Spritzen, Kappen und Nadelhalter vom Werkzeug bis zur Montage

Ein gespritztes Medizinteil verlässt das Werkzeug in der Regel geladen, und auf dem isolierenden Kunststoff bleibt diese Ladung, bis sie gezielt neutralisiert wird. In der Medizintechnik zeigt sie sich selten als Schlag. Sie zeigt sich als Staub auf einer Spritze, als Kappe, die am Band klebt, als Teil, das schief im Tray liegt, oder als Zuführung, die stockt. Dieser Beitrag richtet sich an Prozessingenieure in Spritzgießbetrieben für Medizinprodukte und an Montageingenieure, die Pens, Inhalationsgeräte und Einwegteile fertigen. Er folgt dem Teil durch die Stationen: Werkzeug, Kiste und Tray, Band, Rütteltopf, Montage und die Übergabe vor dem Reinraum. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen. Kunststoffteile ohne medizinische Zweckbestimmung behandelt der Beitrag zu Spritzgussteilen in der Kunststoffverarbeitung.

Wichtige Punkte im Überblick

Eine Entladestelle am Werkzeug nimmt dem Teil die Ladung aus dem Entformen, doch an Rutsche, Führung, Kiste und Band lädt es sich erneut auf.
Ein Stab quer über dem Band erfasst jedes Teil einmal auf voller Breite, ein Stab entlang der Förderrichtung wirkt länger auf dasselbe Teil auf einer schmalen Spur.
Ein Rütteltopf aus Metall leitet die Ladung auf dem Kunststoffteil nicht ab, geladene Teile haften an der Wand oder richten sich in der Schikane nicht mehr auf.
In der Montage gehört die Entladung unmittelbar vor die Fügestelle, weil ein leichtes Teil wie eine Feder sonst dem Feld des geladenen Kunststoffteils folgt.
Für den Handschritt vor dem Reinraum kommt eine Druckluft-Ausblaspistole mit Entladungsfunktion der Modellreihe SJ-LG in Frage, denn ein beim Abblasen zugleich entladenes Teil gibt Partikel leichter ab.

Im Werkzeug und direkt danach: wie viel Ladung das Teil mitnimmt

Wie hoch die Ladung am frisch entformten Teil sein kann, zeigt ein gespritztes medizinisches Röhrchen, das im Werkzeug hängen bleibt: Gemessen wurden dort über 50 kV. Gefragt ist eine Lösung, bei der niemand das Röhrchen von Hand lösen muss.

Bei Spritzen, die direkt aus dem Werkzeug kommen und linear geführt weiterlaufen, sind die Teile zylindrisch und etwa 10 bis 100 mm lang. Der Anwender beschreibt zwei Folgen der Ladung: Staub, der sich auf den Spritzen absetzt, und das Risiko kleiner Schläge. Der Staub ist in dieser Branche das größere Thema, weil die Spritze ihn bis in die Packung trägt.

Aus beiden Fällen folgt eine Regel für die Planung. Eine Entladestelle direkt am Werkzeug nimmt dem Teil die Ladung aus dem Entformen, doch danach reibt es an Rutsche, Führung, Kiste und Band und lädt sich erneut auf. Gehen Sie die Stationen deshalb in der Reihenfolge durch, in der das Teil sie erreicht, und klären Sie an jeder drei Punkte: Liegt das Teil dort frei, wie viel Platz ist vorhanden, und darf an dieser Stelle Luft strömen?

Kiste und Tray: die erste Stelle hinter der Maschine

In Kiste und Tray liegen viele geladene Teile dicht beieinander. Sie ziehen sich gegenseitig an oder stoßen sich ab, und ein Teil, das nicht in seiner Mulde liegt, stört die nächste Station oder das Verpacken. Ein Hersteller von Medizinteilen aus dem Spritzguss nennt als Entladestellen eine Kiste und als nächsten Schritt Förderbänder. Für die offene Fläche über einer Kiste kommen ein Multi-Sensor Ionisator der Modellreihe SJ-F700 oder ein Entladungsgebläse in Frage, weil beide aus einem Abstand auf eine Fläche wirken, statt nur auf eine Linie.

Bei Dentaltupfern sind zwei Entladestellen vorgesehen, eine direkt nach dem Spritzen und eine beim Ablegen auf dem Tray; im Set liegen die Teile nur wenige Millimeter auseinander. Für Nadelhalter, die ein Roboter in Röhrchen abwirft und die sich am Rand des Einwurfs stapelten, wurde nach einem Test ein Druckluftfreier Stabionisator der Modellreihe SJ-H als Lösung für die Station gewählt.

Greift ein Roboter das Teil aus dem Werkzeug, zieht ein geladenes Teil auch dort Partikel an; die Auslegung der Ionisierung am Greifer selbst behandelt der Beitrag zur statischen Aufladung in der Roboterzelle.

Auf dem Band: wenn sich Spritzen anziehen und Kappen haften

Auf dem Band kommt eine zweite Ladungsquelle hinzu: das Teil liegt auf dem Gurt, wird geschoben und stößt an Führungen. In einem Spritzgießwerk für Spritzen ziehen sich die Spritzen auf dem Auslaufband gegenseitig an, und größere Spritzen fallen am Trayeinlauf nicht richtig ins Tray. Gefragt ist dort ein Stab ohne Druckluft über einem Band von rund 600 mm Breite. Für die volle Bandbreite kommt dafür der Stabionisator ohne Druckluft in Frage, der über dem Band montiert wird.

Die Lage des Stabs folgt aus der Aufgabe. Ein Stab quer über dem Band erfasst jedes Teil einmal auf voller Breite. Ein Stab entlang der Förderrichtung wirkt länger auf dasselbe Teil und eignet sich dort, wo Teile auf einer schmalen Spur laufen. Für Kappen von Insulinspritzen, die am Förderband haften, sind Stabionisatoren entlang der Förderrichtung vorgesehen, die der Maschinenbauer in die Anlage integriert.

Wie lange ein Teil unter dem Stab liegt, hängt von der Bandgeschwindigkeit ab. Rechnen Sie deshalb mit der Bandgeschwindigkeit nach, ob das Teil lange genug im Wirkbereich bleibt, bevor es die nächste Station erreicht.

Im Rütteltopf und an der Zuführung: wenn sich Bauteile nicht mehr aufrichten

Im Rütteltopf reiben die Teile ständig an der Wand und aneinander. Geladene Teile haften an der Wand, hängen aneinander oder kippen, statt sich in der Schikane auszurichten. In einem Fördertopf aus unbeschichtetem Edelstahl richten sich Filterteile mit rund 150 V nicht mehr auf; ein Topf aus Metall leitet zwar eigene Ladung ab, nicht aber die Ladung auf dem Kunststoffteil.

Eine Zuführung in einem Pharmabetrieb besteht aus Rütteltopf, Förderstrecke und Auswurf. Jede der drei Stellen ist ein eigener Entladeort mit eigenem Bauraum: über dem Topf ist wenig Platz, über dem Band eher eine Linie, am Auswerfer ein einzelner Punkt. In einem anderen Werk ist ein Entladungsgebläse von KEYENCE im Rütteltopf für Adapter von Spritzenkappen im Einsatz.

Für den engen Bauraum am Topf kommt ein Kompakter Düsen-Ionisator der Modellreihe SJ-LM in Frage, der gezielt auf eine Stelle wirkt. Für kleine Teile und wenig Platz eignet sich ein Kompaktes Entladungsgebläse der Modellreihe SJ-LF, das laut Katalog ohne Druckluft mit eingebautem Lüfter arbeitet.

In der Montage: Feder, Septum und kleine Spitzen

In der Montage kommt es auf den Moment des Fügens an. Ein leichtes Teil wie eine Feder oder eine Membran folgt dem Feld eines geladenen Kunststoffteils und landet neben der Fügestelle. Die Entladung gehört deshalb unmittelbar vor diese Station und nicht an den Anfang der Linie, wo das Teil auf dem Weg zur Fügestelle wieder Ladung aufnehmen kann.

Beim Einsetzen einer Feder in ein Inhalationsgerät bleibt die Feder am Rand des geladenen Kunststoffs hängen; im Test schnitt ein Entladungsgebläse dort sehr gut ab. Bei Septum-Pads, die sich stark aufladen, sind mehrere Ionisatoren von KEYENCE im Einsatz. Für Spitzen aus einer Mikroautomation mit einigen hundert Volt auf einer Fläche von etwa 100 x 150 mm kommt das kompakte Entladungsgebläse in Frage.

Vor dem Reinraum: Teile abblasen, abpacken und sauber übergeben

Was vor dem Reinraum am Teil haftet, gelangt mit in den Reinraum oder in die Packung. Ein geladenes Teil hält Partikel fest. Ein Luftstrom allein löst sie deshalb schlechter, als wenn das Teil im selben Schritt entladen wird.

Für einen Handschritt, in dem Prototypen von Einwegteilen für die Zell- und Gentherapie vor dem Reinraum abgeblasen werden, kommt eine Druckluft-Ausblaspistole mit Entladungsfunktion der Modellreihe SJ-LG in Frage, bei Bedarf später ein Stab, der in die automatisierte Anlage eingebaut werden kann. Für Formteile, die direkt an der Spritzgießmaschine für den Reinraum abgepackt werden, ist ein Präziser High-Speed Stabionisator der Modellreihe SJ-Q vorgesehen.

Die Übergabe ist der letzte Punkt, an dem sich Ladung ohne Eingriff in den Reinraum entfernen lässt. Planen Sie die Entladung deshalb an der Stelle, an der das Teil zuletzt frei liegt, bevor es in Beutel oder Behälter geht.

Stab, Gebläse oder Düse: nach Bauraum und Luft wählen

Der Bauraum entscheidet zuerst. Über einem breiten Band oder einer Reihe von Trays passt ein Stab. Über einer Kiste oder einer offenen Fläche wirkt ein Ionisator mit Abstand oder ein Gebläse. Am Rütteltopf, am Auswerfer und an der Fügestelle passen Düse oder kompaktes Gebläse.

Danach folgt die Luftfrage. Wo Luft unerwünscht ist, etwa weil sie Partikel auf andere Teile verteilen würde, kommt der Stabionisator ohne Druckluft in Frage. Ein Gebläse mit eingebautem Lüfter braucht keine Druckluft, bewegt aber Luft; ob das an der Stelle stört, ist vorher zu klären. Für einen Handschritt mit Druckluft ist die Ausblaspistole gedacht. Liegt die Station nah am Werkzeug, ist die Temperatur dort vor der Auswahl zu klären.

Die Anleitungen der Ionisatoren nennen medizinische Ausrüstung als Einsatzbereich, für den die Geräte nicht vorgesehen sind. Alle Beispiele in diesem Beitrag betreffen deshalb die Anlagen, in denen Medizinteile gespritzt, gefördert und montiert werden.

Häufige Fragen

F Warum reicht eine Entladestelle am Werkzeug oft nicht aus?

Das Teil verliert dort die Ladung aus dem Entformen, reibt danach aber an Rutsche, Kiste, Band und Topf und lädt sich erneut auf. Dokumentierte Anwendungen nennen deshalb zwei oder mehr Stellen, etwa nach dem Spritzen und beim Ablegen auf dem Tray. Maßgeblich ist die Stelle, an der die Störung auftritt.

F Welcher Ionisator passt an einen Rütteltopf?

Am Topf ist meist wenig Platz. Dafür kommen ein Kompakter Düsen-Ionisator der Modellreihe SJ-LM oder ein Kompaktes Entladungsgebläse der Modellreihe SJ-LF in Frage. Ein Topf aus Metall leitet die Ladung des Kunststoffteils nicht ab.

F Welcher Ionisator arbeitet über einem Band ohne Druckluft?

Über einem Band kommt ein Druckluftfreier Stabionisator der Modellreihe SJ-H in Frage, quer zum Band für die volle Breite oder entlang der Förderrichtung für eine schmale Spur. Ob das Teil lange genug im Wirkbereich liegt, ergibt sich aus der Bandgeschwindigkeit.

F Wie werden Medizinteile vor dem Reinraum von Partikeln befreit?

Ein Teil, das beim Abblasen zugleich entladen wird, gibt Partikel leichter ab. Für einen Handschritt kommt eine Druckluft-Ausblaspistole mit Entladungsfunktion der Modellreihe SJ-LG in Frage, an der Maschine ein Stabionisator an der letzten freien Stelle vor dem Abpacken.

F Darf ein Ionisator Teil eines Medizingeräts werden?

Laut ihren Anleitungen sind Ionisatoren dafür nicht vorgesehen; sie sind für allgemeine Industriebranchen ausgelegt. Ionisatoren gehören in die Produktions- und Montageanlagen, in denen Medizinteile entstehen.

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