Abb.1: Der amerikanische Pharmakonzern Hospira vertreibt einen Teil seiner Arzneimittel in anwendungsfertigen Einmalgebrauchs-Spritzen. Für diese Produktlinie wurde eine neue Applikationseinheit aus Ampullenaufnahme, Kolbenstange und Sicherungsclips entwickelt, die als Mehrkomponenten-Spritzgießteil produziert wird.

Dass Querdenken zu außergewöhnlichen Ergebnissen führen kann, demonstriert die mit dem Designpreis der amerikanischen Vereinigung der Kunststoffverarbeiter ausgezeichnete "1 ml - iSecure-Einmalgebrauchs-spritze" der Firma Hospira Inc. Sie besteht aus einer Wirkstoffampulle samt Kolben und Kanüle und einer separaten Applikationseinheit mit allen Bedien- und Sicherheitsfunktionen. Letztere besteht aus vier Einzelteilen, die durch eine innovative Spritzgießlösung als Verbundbauteil hergestellt werden kann. Wesentlichen Anteil an der Wettbewerbsfähigkeit des Produkts hat das von der österreichischen KTW-Gruppe entwickelte Mehrkomponenten-Spritzgießwerkzeug. Bei diesem Projekt konnte KTW, an sich Spezialist für Hochleistungs-Werkzeuge für Behälterverschlüsse, auf spezifische Erfahrungen aus dem Verpackungs-Spritzguss zurückgreifen und so ein bisher in dieser Teileklasse unerreichtes Leistungsniveau erschließen. Das Ergebnis: Eine Zykluszeit von weniger als 10 Sekunden inklusive automatischer Entnahme. Das Werkzeugkonzept und die innovativen Detaillösungen überzeugten nicht nur die Jury, sondern nicht zuletzt auch die Hospira Inc., die ihr Typenprogramm um weitere Größen ausbaut.

Der amerikanische Pharmakonzern Hospira geht beim Vertrieb seiner flüssigen Impf- und Wirkstoffe neue Wege. Die Wirkstoffampullen werden zukünftig nicht mehr ausschließlich als separate Einheiten, sondern in Kombination mit einer Applikationseinheit, die für den Einmalgebrauch ausgelegt ist, angeboten. Leitgedanken waren dabei einerseits die Anwendungssicherheit, andererseits die Vermeidung von zusätzlichem Verpackungs- und Logistikaufwand.
Die neue Hospira-Wirkstoff-Spritze besteht aus zwei Grundmodulen: Modul Eins ist die mit Wirkstoff befüllte Ampulle samt Zylinderkolben und Luerkonus-Anschluss für eine Injektionsnadel bzw. eine Schlauchkanüle. Modul Zwei ist die Applikationseinheit, bestehend aus einem Gehäuse zur Aufnahme der Ampulle, der Kolbenstange, die mit einem Originalitätsschutzband gesichert ist und einem im Gehäuse integrierten Clip zur Arretierung der Ampulle (Abb.1). Alle vier Einzelteile werden im Spritzgießwerkzeug zu einem Verbundbauteil kombiniert, können aber zum Gebrauch leicht voneinander gelöst und zu einer Einwegspritze kombiniert werden. Die beiden Funktionsmodule werden separat produziert und in einer Montagemaschine zur verkaufsfertigen Einheit kombiniert.

Verbundspritzguss auf höchstem Niveau
Die eigentliche Innovation des Systems ist die Kombination der Einzelteile der Applikationseinheit zu einem integrierten Mehrkomponenten-Spritzgussteil.
KTW-Projektleiter Michael Traxler erinnert sich an die erste Projektanfrage: "Obwohl die Konstruktionszeichnungen und Prototypteile etwas abseits unseres Spezialgebiets "Verschlüsse" waren, gab es doch einige Parallelen, wie das Originalitätsschutzband und die dichte Integration von Funktionselementen. Beim Kernproblem, nämlich eine rationelle Produktionsmethode zur "Spritzgießmontage" der Einzelteile zu finden, konnten wir auf einen reichen Erfahrungsschatz aus zahlreichen Verpackungsspritzguss-Projekten zurückgreifen. Letztendlich entschieden wir uns für ein Werkzeugsystem mit der SpinStack® -Dreheinsatztechnik. Es arbeitet mit einem oder mehreren quaderförmigen Werkstückträgern, die um eine vertikale Drehachse um jeweils 90 Grad gedreht werden können und so auf engstem Raum vier unterschiedliche Bearbeitungen zulassen. Im konkreten Fall ging es um drei Spritzgießvorgänge und eine Entnahmeposition, beginnend mit dem Gehäuse aus PET, dazu der Kolben aus blau eingefärbtem PP. In Station 3 werden gleichzeitig das Originalitätsschutzband und der Fixierclip aus LDPE hinzugefügt (Abb.2). Als ich auf die Frage nach der möglichen Zykluszeit, zehn Sekunden genannt und dies später auch garantiert hatte, stieß ich bei meinem Gegenüber vorerst auf Skepsis. Nach eingehender Diskussion wandelte sich diese Skepsis aber in ein Vertrauen auf unsere Leistungsfähigkeit um."
Tatsächlich konnten die Prognosen in der Realität bestätigt werden. Das für die Zykluszeitreduktion entscheidende Potenzial des Verfahrens ist die Möglichkeit zur Überlappung der einzelnen Kühlzeiten. Beim Gehäuse, das in Station Eins gefertigt wird, wirkt die Kühlung während drei Arbeitstakten, im konkreten Fall annähernd 30 Sekunden, bei der Kolbenstange zwei Arbeitstakte oder rund 20 Sekunden. Eine Wandstärken- und Designoptimierung half mit, das Taktzeitoptimum von etwas weniger als zehn Sekunden zu erreichen.

US-Designpreis geht an Projektteam
Das Ergebnis der interkontinentalen Zusammenarbeit der Projektteams aus den USA und Österreich wurde von der Jury der SPI Alliance of Plastics Processors auf der NPE 2009 mit dem Design-Award ausgezeichnet. Ausgezeichnet wurde damit nicht nur das Produktdesign der „iSecure-Einwegspritze“, sondern auch die technische Lösung für eine wirtschaftliche Serienproduktion. Der Preis ging demnach sowohl an die Hospira Inc, als Generalunternehmer, die All West Plastics Inc., als beauftragten Spritzgießbetrieb, beide Illinois /USA, als auch an den österreichischen Werkzeugbauer KTW / Waidhofen an der Thaya, und last but least auch die amerikanischen Produktdesigner John Domkowski und Robert Oshgan.
www.plasticsdesign.org

Weitere Auskünfte:
Michael Traxler
Kunststofftechnik Waidhofen an der Thaya GmbH
Tel.: +43 2842 52861-129
E-mail: michael.traxler@ktw-group.com

Redaktioneller Kontakt:
Dipl.- Ing. Reinhard Bauer - TECHNOKOMM
E-Mail: office@technokomm.at

Abb.2: Das aus vier Einzelkomponenten bestehende Gehäuse der Einwegspritze wird in einem Spritzgießwerkzeug mit drei Einspritzstationen und einer Entnahmeposition hergestellt. In Station 1 wird das Gehäuse aus PET hergestellt, in Station 2 wird der Kolben aus PP hinzugefügt und in Station 3 das Sicherungsband und der Clip aus LDPE. Im Vordergrund befindet sich das fertige Produkt.

Abb.3: Die zentrale Komponente des 3-Komponenten-Werkzeugs ist eine zentrale Drehwürfeleinheit, die als Kernträger fungiert. Durch eine getaktete Drehung in 90 Grad Schritten werden die drei Materialkomponenten sequentiell addiert. In Station Vier erfolgt die Teileentnahme. Vor jedem Drehschritt wird das Werkzeug analog zu einem Etagenwerkzeug in zwei Trennebenen geöffnet.

Abb.4: Das Konzept und die Produktionslösung der "iSecure-Einwegspritze" wurde dem Design Preis 2009 der amerikanischen Vereinigung der Kunststoffverarbeiter ausgezeichnet. Der Teampreis ging an die Hospira Inc, als Generalunternehmer, den beauftragten Spritzgießer, die All West Plastics Inc., den Werkzeugbauer KTW,
und last but least die Produktdesigner John Domkowski und Robert Oshgan.