DE102010011995A1

DE102010011995A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verpressen von Pulver und Granulat

Info

Publication number: DE102010011995A1
Application number: DE102010011995A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-09-22

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Pressvorrichtung mit der Pulver und/oder Granulate zu Formlingen in der Matrize einer Presse mit mindestens einem Stempel verpresst und durch eine Ausstoßeinheit ausgestoßen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die sich beim Verpressen des Pulvers und/oder Granulates zum Formkörper aufbauende radiale Verspannung des Formkörpers gegenüber der Wand der Matrize (5) gemessen wird und als eine Steuergröße für Pressparameter und/oder Struktur und Zusammensetzung des Pulvers und/oder Granulates verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verpressen von pulverförmigen Materialien und/oder Granulat zu Formkörpern, insbesondere die Herstellung von Tabletten.
Tabletten im hier gebrauchten Sinne sind dabei nicht nur pharmazeutische Tabletten, sondern auch tablettierte Düngemittel, Waschmittel, Futtermittel sowie andere derartig gepresste Produkte.
Pressvorrichtungen für pulverförmige Materialien und/oder Granulat sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Sie bestehen gewöhnlich aus einer Matrize mit mindestens einer Öffnung, in die das zu verpressende Pulver und/oder Granulat eingebracht wird und mindestens einem Stempel, der das Pulver und/oder Granulat dann verpresst. Der so hergestellte Formkörper, die Tablette, wird ausgestoßen, gewöhnlich durch den Unterstempel bei einer Pressvorrichtung mit Ober- und Unterstempel.
Aus dem EP 0 879 140 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen und Regeln einer Tablettenpresse bekannt, bei der die Kompressionskräfte gemessen werden, um das Gewicht der Tablette zu steuern. Die Kompressionskräfte sind dabei die Presskräfte, die auf die Stempel während der Tablettenpressung aufgebracht werden.
In der DE 199 58 999 A1 wird ein Verfahren zur Regelung von Tablettenpressen vorgeschlagen, das die Schwankungen bei der Bruchfestigkeit von gepressten Tabletten minimieren soll. Die Verwendung allein der Presskraft als Regelsignal wird als ungeeignet beschrieben. Stattdessen wir die Verwendung der Pressenergie als Regelsignal zur Steuerung der Tablettenpresse genutzt. Die Pressenergie wird dabei bestimmt als Produkt aus Presskraft und Stempelweg und abgewandelt aus Presskraft und Presszeit, wobei ein Soll-Ist-Wertvergleich stattfindet.
Der Presskraftverlauf von Ober- und Unterstempel verläuft gemäß der Darstellung der DE 199 58 599 A1 im Wesentlichen gleich jedoch mit einer Zeitverzögerung des Kraftanstiegs beim Unterstempel gegenüber dem Oberstempel. Die Ursache dafür wird in der Reibung des Vorgemisches an der Matrizenwand gesehen, wodurch die Kraftübertragung von Ober- zum Unterstempel verzögert erfolgt.
Ferner bleibt beim Unterstempel in der Entspannungsphase (dem Kompressionsmaximum folgend) über eine längere Zeit eine Restkraft bestehen, die erst mit dem Ausstoß der Tablette auf null abfällt. Die Ursache besteht in der Haftreibung der fertigen Tablette und der radialen Verspannung infolge des Pressvorganges.
Anstelle oder zusätzlich zur Presskraftmessung wird auch die vertikale Positionierung von Ober- und Unterstempel zu Steuerungszwecken genutzt ( DE 10 2008 015 820 A1 ).
In der DE 10 2007 052 552 B4 wird auch die Ausstoßkraftmessung in die Ermittlung von Steuer- und Regelparametern für Tablettenpressen einbezogen.
Hohe Ausstoßkräfte sind nicht nur nachteilig im Hinblick auf den Maschinenverschleiß allgemein und den Matrizenverschleiß im Besonderen, sondern können auch zum Zerstören des gepressten Formlinges, der Tablette, führen.
Zur Verringerung der Reibung zwischen Tablette und Matrizenwand werden deshalb in bestimmten Fällen dem Pulver und/oder Granulat Schmiermittel beigefügt z. B. Magnesiumstearat.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Pressvorgang und das Pulver und/oder Granulat aufeinander abstimmbar zu machen, so dass der geforderten Formlingsqualität bei optimalen, möglichst geringen Ausstoßkräften entsprochen wird.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1, ein Kalibrierverfahren beschreibt Anspruch 15 und eine Pressvorrichtung wird im Anspruch 7 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum Betrieb einer Pressvorrichtung mit der Pulver und/oder Granulate zu Formlingen in der Matrize einer Presse mit mindestens einem Stempel verpresst und durch eine Ausstoßeinheit ausgestoßen werden, vorgeschlagen, dass die sich beim Verpressen des Pulvers und/oder Granulates zum Formkörper aufbauende radiale Verspannung des Formkörpers gegenüber der Wand der Matrize gemessen wird und als eine Steuergröße für Pressparameter und/oder Struktur und Zusammensetzung des Pulvers und/oder Granulates verwendet wird.
Radial im erfindungsgemäßen Sinne bedeutet quer zur Stempelbewegungsrichtung, wobei quer rechtwinklig zur Stempelbewegungsrichtung einschließt, aber nicht darauf beschränkt ist.
Radiale Verspannung im erfindungsgemäßen Sinn sind Kräfte oder dem entsprechende Spannungen, die in radialer Richtung eine Formänderung der Matrize erreichen wollen oder erreichen.
Neben der Messung der radialen Verspannung werden als weitere Steuergrößen die Presskraft und die Ausstoßkraft gemessen und in die Weiterverarbeitung einbezogen.
Die zu steuernden Pressparameter sind dabei insbesondere die Presskraft, der Pressweg, die Presszeit, die Tablettendicke, die Härte und Dichte des Press- bzw. Formlings.
Struktur und Zusammensetzung betreffen insbesondere die Korngröße, Schmiermittel und Schüttdichte.
Ziel ist es, dass unter Einbeziehung der Messgröße radiale Verspannung die Pressparameter und/oder die Struktur und Zusammensetzung des zu verpressenden Pulvers und/oder Granulates so eingestellt werden, dass die radiale Verspannung einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt.
Darüberhinaus kann die radial wirkende Flächenlast auf die Wand der Matrize während des Ausstoßens dargestellt und somit optimiert werden.
In einer bevorzugten Ausführung wird die radiale Matrizenverformung zur Ermittlung der radialen Verspannung genutzt.
Dies kann in einer Ausführung die positiv radiale Umfangsausdehnung der Wand der Matrize sein, also ihre Ausbeulung gegenüber dem Pressraum.
Die Umfangsausdehnung ist dabei das Resultat der auf die Wand der Matrize wirkenden radialen Kräfte, so dass bei einer weiteren Ausführung auch die auf die Wand der Matrize beim Pressvorgang wirkenden radialen Kräfte punktuell oder flächenmäßig und direkt gemessen werden können.
Das vorgeschlagene Verfahren lässt sich vorteilhaft bei einer Pressvorrichtung zur Herstellung von Formkörpern anwenden, bei der das Verpressen von Pulver und/oder Granulaten in einer Matrize mit mindestens einem Stempel erfolgt, der zum Pressen in die Matrize ein- und ausfahrbar ist und die eine Ausstoßeinrichtung für den gepressten Formling aufweist, indem die Wand der Matrize oder Teile der Wand elastisch verformbar ausgebildet sind, so dass durch die radialen Kräfte bzw. Spannung des Formkörpers eine Formänderung der Matrize bewirkbar ist und die Matrize über eine Messeinrichtung zur Messung der Formänderung verfügt und/oder in der Wand der Matrize mindestens eine Druckmesseinrichtung zum Messen der radialen Kräfte beim Pressvorgang angeordnet ist und die jeweiligen Messergebnisse einer Auswerteeinheit zuleitbar sind.
Die dabei gemessene Formänderung ist bevorzugt die radiale Formänderung.
Die Matrize wird dabei in einer vorteilhaften Ausführung als elastische Buchse ausgeführt.
Dabei kann die Matrize im Querschnitt ein U-Profil besitzt, wobei der die U-Schenkel verbindende Steg die Wand der Matrize darstellt. Hier lässt sich besonders einfach die positive radiale Umfangsausdehnung beim Pressen ermitteln, indem an der Wand der Matrize innerhalb des durch das U-Profil geschaffenen Hohlringes partiell oder umlaufend eine Messeinrichtung zur Messung der Umfangsausdehnung angeordnet wird, vorzugsweise ein Dehnmessstreifen.
Wird die Matrize mit dem U-förmigem Querschnitt abgedichtet in einer Matrizenaufnahme eingesetzt, ist der so gebildete ringförmige Hohlraum mit einer Druckflüssigkeit verfüllbar, die sowohl zu Messzwecken für die radiale Verspannung nutzbar ist als auch um auf die Verformbarkeit der Wand der Matrize selbst Einfluss zu nehmen, indem beim Pressen ein Gegendruck hergestellt oder aufrecht erhalten wird. Die Verformung der Matrizenwand hängt so nicht ausschließlich vom gewählten Matrizenwandmaterial ab.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung verfügt ein Stempel über eine verschließbare Zuleitung für Kalibrierflüssigkeit in den Pressraum. Über diese Zuleitung eines Stempels lässt sich eine Flüssigkeit in den Pressraum der Matrize einbringen, die dann nach dem Verschließen der Zuleitung durch mindestens einen Stempel mit einer Presskraft (F) beaufschlagt wird. Der hydraulische Druck aus Presskraft (F) und Stempelfläche (A) lässt sich berechnen und daraus unter Verwendung der Wandfläche (AR) der Matrize des Pressraumes die auf die Wand der Matrize wirkende Kraft. Diese Kraft lässt sich als Kalibriergröße nutzen.
Am Beispiel einer Pressvorrichtung für Pulver und/oder Granulate mit Ober- und Unterstempel soll die Erfindung erläutert werden.
1 zeigt einen Ausschnitt einer Exenterpressvorrichtung im Schnitt.
Am Pressengestell 1 angeordnet und geführt sind der Oberstempel 2 und der Unterstempel 3. Ferner ist am Pressengestell 1 die Matrize 5 mit der Matrizenaufnahme 7 angeordnet. Der Ober- und der Unterstempel 2, 3 sind zum Pressen in die Matrize 5 einfahrbar und bilden so den Pressraum 4, der mit Pulver und/oder Granulat befüllbar ist.
Die Matrize 5 ist als elastische Buchse 5.1 ausgebildet, hier mit einem U-Profilquerschnitt, wobei der die U-Schenkel verbindende Steg die Wand der Matrize 5 darstellt.
Als Matrizenmaterialen haben sich als geeignet erwiesen: Werkzeugstahl, Chromstahl, Keramik, GFK-Werkstoffe und Kunststoffe, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt werden soll. Es versteht sich, dass die Wandstärken der Matrize beim Messen deren Ausdehnung so ausgelegt sein müssen, dass auch eine signifikante Ausdehnung während des Pressens stattfinden kann.
Um die Wand der Matrize 5, die beim Pressen eine positive radiale Umfangsausdehnung erfährt, ist innerhalb des ringförmigen Holraumes 5.2 umlaufend eine Messeinrichtung 6, hier ein Dehnmessstreifen, zur Messung der Umfangsausdehnung angeordnet.
Bei der beschriebenen Pressvorrichtung lässt sich so die beim Verpressen des Pulvers und/oder Granulates zum Formkörper aufbauende radiale Verspannung des Formkörpers gegenüber der Wand der Matrize 5 messen und als eine Steuergröße für Pressparameter und/oder Struktur und Zusammensetzung des Pulvers und/oder Granulates verwenden.
Die Pressparameter und/oder die Struktur und Zusammensetzung des zu verpressenden Pulvers und/oder Granulates lassen sich so einstellen, dass die radiale Verspannung einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt. Neben der Messung der radialen Verspannung werden bevorzugt die Presskraft und die Ausstoßkraft gemessen und zusammen mit der ermittelten Verspannung einer Weiterverarbeitung unterzogen.
Weiter wird gezeigt, dass über den Oberstempel 2 geführt eine verschließbare Zuleitung 8 für Kalibrierflüssigkeit in dem Pressraum 4 vorhanden ist. Dichtungen 9 am Ober- und Unterstempel 2, 3 dichten die Stempel gegenüber der Matrizenwand und damit den Pressraum ab.
Zur Kalibrierung der Pressvorrichtung kann wie folgt verfahren werden. Der Unterstempel 3 wird auf eine vorgegebene Fülltiefe (hier 16 mm) gefahren und der Oberstempel zum Eingriff in die Matrize 5 gebracht. Über die Zuleitung 8 des Oberstempels 2 wird Hydrauliköl in die Matrize eingelassen, bis diese verfüllt ist.
Der Oberstempel 2 wird dann weiter in die Matrize 5 eingefahren, bis der Pressraum die vorgesehene Höhe erreicht hat, hier 10 mm, wobei überschüssiges Öl über die Zuleitung 8 zurückläuft, die Zuleitung aber mit Öl gefüllt bleibt. Die Zuleitung 8 wird dann verschlossen.
Der Pressraum 4 zum Kalibrieren ist nun mit Öl gefüllt und gegenüber der Mittelebene der Matrize 5 nicht zentrisch, sondern etwas verschoben nach oben angeordnet, was einer typischen Maschineneinstellung beim Pressen mit Ober- und Unterstempel 2, 3 entspricht.
Nach dem Schließen der Zuleitung 8 wird eine definierte Presskraft (F) eingeleitet. P_Öl = F/A_{Stempelfläche} F_{Matrizenringfläche} = P_Öl × A_Ringfläche
Die Flächenkraft F_{Matrizenringfläche} wirkt gleichmäßig auf die Innenfläche der Matrize und bildet so die Kalibriergröße in Form der Ausgangsspannung für den Dehnmessstreifen der Messeinrichtung 6.
Bezugszeichenliste

1: Pressengestell
2: Oberstempel
3: Unterstempel
4: Pressraum
5: Matrize
5.1: Buchse
5.2: ringförmiger Hohlraum
6: Messeinrichtung z. B. Dehnmessstreifen
7: Matrizenaufnahme
8: Zuleitung Kalibrierflüssigkeit
9: Dichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0879140 B1 [0004]
DE 19958999 A1 [0005]
DE 19958599 A1 [0006]
DE 102008015820 A1 [0008]
DE 102007052552 B4 [0009]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Pressvorrichtung mit der Pulver und/oder Granulate zu Formlingen in der Matrize einer Presse mit mindestens einem Stempel verpresst und durch eine Ausstoßeinheit ausgestoßen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die sich beim Verpressen des Pulvers und/oder Granulates zum Formkörper aufbauende radiale Verspannung des Formkörpers gegenüber der Wand der Matrize (5) gemessen wird und als eine Steuergröße für Pressparameter und/oder Struktur und Zusammensetzung des Pulvers und/oder Granulates verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressparameter und/oder die Struktur und Zusammensetzung des zu verpressenden Pulvers und/oder Granulates so eingestellt werden, dass die radiale Verspannung einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine radiale Matrizenverformung zur Ermittlung der radialen Verspannung genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine positiv radiale Umfangsausdehnung der Wand der Matrize (5) zur Ermittlung der radialen Verspannung genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Wand der Matrize (5) beim Pressvorgang wirkenden radialen Kräfte punktuell oder flächenmäßig ermittelt werden als Maß für die radiale Verspannung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Messung der radialen Verspannung die Presskraft und die Ausstoßkraft gemessen und einer Weiterverarbeitung unterzogen werden.
Pressvorrichtung zur Herstellung von Formkörpern durch das Verpressen von Pulver und/oder Granulaten in einer Matrize (5) mit mindestens einem Stempel (2, 3), der zum Pressen in die Matrize (5) ein- und ausfahrbar ist und einer Ausstoßeinrichtung für den gepressten Formling, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand der Matrize (5) oder Teile der Wand elastisch verformbar sind, so dass durch die radiale Verspannung des Formkörpers eine Formänderung der Matrize (5) bewirkbar ist und die Matrize (5) über eine Messeinrichtung (6) zur Messung der Formänderung verfügt und/oder in der Wand der Matrize (5) mindestens eine Druckmesseinrichtung zum Messen der radialen Kräfte beim Pressvorgang angeordnet ist und die jeweiligen Messergebnisse einer Auswerteeinheit zuleitbar sind.
Pressvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Formänderung, die gemessen wird, eine radiale Formänderung ist.
Pressvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (5) als elastische Buchse (5.1) ausgebildet ist.
Pressvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (5) im Querschnitt ein U-Profil besitzt, wobei der die U-Schenkel verbindende Steg die Wand der Matrize (5) darstellt.
Pressvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (5) mit U-förmigem Querschnitt abgedichtet in einer Matrizenaufnahme (7) einsetzbar ist und der so gebildete ringförmige Hohlraum (5.2) mit einer Druckflüssigkeit verfüllbar ist.
Pressvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand der Matrize (5), die beim Pressen eine positive radiale Umfangsausdehnung erfährt, partiell oder umlaufend eine Messeinrichtung (6) zur Messung der Umfangsausdehnung, vorzugsweise einen Dehnmessstreifen, aufweist.
Pressvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Stempel (2, 3) geführt eine verschließbare Zuleitung (8) für Kalibrierflüssigkeit in dem Pressraum (4) vorhanden ist.
Pressvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stempel (2, 3) durch eine Dichtung (9) gegenüber der Wand der Matrize (5) abgedichtet ist.
Verfahren zur Kalibrierung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Zuleitung (8) eines Stempels (2, 3) eine Flüssigkeit in den Pressraum (4) der Matrize (5) eingebracht wird, mindestens ein Stempel (2, 3) mit einer Presskraft (F) beaufschlagt wird, der hydraulische Druck aus Presskraft (F) und Stempelfläche (A) berechnet wird und daraus unter Verwendung der Wandfläche (AR) der Matrize (5) des Pressraumes (4) die auf die Wand der Matrize (5) wirkende Kraft berechnet und diese Kraft als Kalibriergröße genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Pressen mit Ober- und Unterstempel (2, 3) der Pressraum (4) zum Kalibrieren gegenüber der Mittelebene der Matrize (5) nicht zentrisch, sondern etwas verschoben nach oben ausgewählt wird.