DE102016113724A1

DE102016113724A1 - Stempel für eine Rundläuferpresse

Info

Publication number: DE102016113724A1
Application number: DE102016113724.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Heinrich; Stefan Lüdemann
Original assignee: Fette Compacting GmbH
Current assignee: Fette Compacting GmbH
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2036-07-27
Also published as: DE102016113724B4; EP3275639B1; PL3275639T3; JP2018015810A; US10343363B2; CN107650419A; US20180029323A1; JP6502425B2; EP3275639A1; CN107650419B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stempel für eine Rundläuferpresse, umfassend einen Schaft mit einer Stempelspitze an einem Ende des Schafts und einem Stempelkopf am anderen Ende des Schafts, wobei der Stempelkopf eine Spiegelfläche und eine Zylinderfläche sowie einen Zwischenbereich zwischen Spiegelfläche und Zylinderfläche aufweist, wobei die Spiegelfläche eine zentrale Vertiefung aufweist, die von einem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt umgeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stempel für eine Rundläuferpresse, umfassend einen Schaft mit einer Stempelspitze an einem Ende des Schafts und einem Stempelkopf am anderen Ende des Schafts, wobei der Stempelkopf eine Spiegelfläche und eine Zylinderfläche sowie einen Zwischenbereich zwischen Spiegelfläche und Zylinderfläche aufweist.
Rundläuferpressen weisen eine Vielzahl von oberen und unteren Stempeln auf, die jeweils paarweise einer Kavität einer Matrizenscheibe des Rotors der Rundläuferpresse zugeordnet sind. Im Zuge der Drehung des Rotors werden die Kavitäten mit dem zu verpressenden Füllmaterial befüllt. In einer Druckeinrichtung werden die oberen und unteren Stempel in den Kavitäten zum Verpressen des Füllmaterials zu Presslingen, insbesondere Tabletten, gegeneinander gedrückt. Dabei tauchen die Stempelspitzen in die Kavitäten ein, während die am anderen Ende des Schafts befindlichen Stempelköpfe in der Regel mit Druckrollen der Druckeinrichtung zusammenwirken. Im Übrigen wird die axiale Bewegung der Stempel im Zuge der Drehung des Rotors der Rundläuferpresse in der Regel durch mit den Stempelköpfen zusammenwirkende Steuerkurven gesteuert.
Der mechanische Kontakt der Oberseite des Stempelkopfes mit den Druckrollen erfolgt entlang eines sogenannten Kontaktbereichs. Der Kontaktbereich kann in zwei Unterbereiche eingeteilt werden. Zum einen ist dies der Zwischenbereich zwischen der Zylinderfläche und der Spiegelfläche des Stempels. In diesem Bereich findet beim Eintritt in die Druckeinrichtung der erste mechanische Kontakt zwischen der Druckrolle und dem Stempelkopf statt. Im Zuge des weiteren Eintritts des Stempels in die Druckeinrichtung steigt die Presskraft bis zum Maximalwert an. Der zweite Unterbereich wird durch die Spiegelfläche des Stempelkopfes gebildet, also eine ebene Fläche auf der Mitte der Stempelkopfoberseite. Während des Zusammenwirkens der Druckrolle mit der Spiegelfläche bleibt die Presskraft auf ihrem Maximalwert. Der Durchmesser der Spiegelfläche bestimmt mithin die sogenannte Druckhaltezeit. Anschließend sinkt die Presskraft beim Austritt aus der Druckeinrichtung und dem hiermit verbundenen erneuten Kontakt mit dem Zwischenbereich ab bis der Stempel aus der Druckeinrichtung und damit aus dem Kontakt mit der Druckrolle ausgetreten ist.
Stempelköpfe und insbesondere ihre Spiegelflächen sind Gegenstand der Norm DIN ISO 18084:2012-08. Demnach ist die Spiegelfläche eben und kreisförmig ausgebildet. Stempelköpfe mit einer solchen Spiegelfläche stellen den häufigsten Anwendungsfall dar. Ein entsprechender Stempel ist beispielsweise bekannt aus EP 2 111 972 B1 . Die Außenkontur der ebenen Spiegelfläche kann auch von der aus der Norm bekannten Kreisform abweichen.
Grundsätzlich zeichnen sich solche Stempel durch eine enorme Stabilität aus, die problemlos den im Betrieb der Rundläuferpresse durch die sehr hohen Presskräfte auftretenden Belastungen standhalten. Wenn es zu einem Stempelversagen kommt, hat sich allerdings gezeigt, dass dieses häufig von der Mitte der Spiegelfläche ausgeht. Außerdem kommt es bei bekannten Stempeln zu einer Verschleißspur im Bereich der Laufflächenmitte der Druckrolle, wodurch ein früherer Austausch der Druckrolle bedingt werden kann. Außerdem überträgt ein defekter Stempel sein Material in die Laufflächen der mit diesem Stempel zusammenwirkenden Druckrollen. Dies drückt sich dann wiederum in die übrigen Stempel, wodurch es im Sinne einer Kettenreaktion zu einer Beschädigung des gesamten Stempelsatzes kommen kann.
Neben den vorgenannten Stempeln mit geschlossener Spiegelfläche sind auch Sonderstempel mit durchgehenden Bohrungen im Bereich der Spiegelfläche bekannt. Diese Bohrungen dienen in der Regel zusätzlichen Funktionen, wie zum Beispiel der Betätigung eines Spannmechanismus für Stempeleinsätze. Ein solcher Stempel ist beispielsweise bekannt aus DE 10 2008 053 453 B4 . Problematisch dabei ist, dass durch das Einbringen der Bohrungen mechanische Spannungsüberhöhungen am Bohrungsrand erzeugt werden. Durch diese Spannungsüberhöhungen reduzieren sich die maximale Belastbarkeit und damit die Standzeit des Stempels. Die Standzeit der Druckrolle reduziert sich ebenfalls aufgrund der Spannungsüberhöhung am Bohrungsrand. Je nach Bohrungstiefe werden die Bereiche Stempelkopf und Stempelschaft durch die Bohrung geschwächt. Die Reinigbarkeit des Stempels wird durch die durchgehende Bohrung verschlechtert.
Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stempel der eingangs genannten Art bereitzustellen, dessen Standzeit erhöht ist, und der im Betrieb zu einem verringerten Verschleiß der Druckrollen einer Rundläuferpresse führt.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Für einen Stempel der eingangs genannten Art löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass die Spiegelfläche eine zentrale Vertiefung aufweist, die von einem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt umgeben ist.
Der Stempel umfasst einen Schaft, an dessen einem Ende die im Betrieb der Rundläuferpresse in die jeweilige Kavität der Matrizenscheibe eintauchende Stempelspitze angeordnet ist. Am anderen Ende des Schafts befindet sich der Stempelkopf, der eine obere Spiegelfläche und eine Zylinderfläche aufweist, die über einen vorzugsweise gerundeten Zwischenbereich miteinander verbunden sind.
Zwischen der Zylinderfläche und dem Stempelschaft kann ein beispielsweise konischer Bereich vorgesehen sein. Der Stempelschaft kann dabei einen sich an den Stempelkopf anschließenden Stempelhals aufweisen, der gegenüber dem übrigen Schaftbereich im Durchmesser verkleinert sein kann. Zumindest der Stempelkopf, insbesondere der gesamte Stempel, kann einstückig ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß weist die Spiegelfläche eine zentrale Vertiefung auf, die von einem insbesondere ebenen ringförmigen Spiegelflächenabschnitt begrenzt ist. Im Bereich des Spiegelflächenabschnitts ist die Presskraft durch das Zusammenwirken mit Druckrollen der Rundläuferpresse im Wesentlichen konstant. Die zentrale Vertiefung besitzt nach Art einer Einbuchtung einen geschlossenen Boden, ist also insbesondere keine Durchgangsbohrung, in der eine Spannschraube oder ähnliches angeordnet ist. Die Vertiefung kann zum Beispiel konkav gekrümmt sein. Der Stempelkopf einschließlich seines ringförmigen Spiegelflächenabschnitts sowie seiner zentralen Vertiefung kann rotationssymmetrisch sein. Die zentrale Vertiefung kann entsprechend kreisförmig sein und von einem vorzugsweise kreisringförmigen Spiegelflächenabschnitt umgeben sein. Der Spiegelflächenabschnitt kann aber auch eine von der Kreisringform abweichende Ringform besitzen.
Die erfindungsgemäß im Spiegelflächenbereich eingebrachte Vertiefung verbessert die mechanischen Eigenschaften des Stempelkopfes im Betrieb. Die Vertiefung ist so gestaltet, dass Schwachstellen der Spiegelfläche verringert werden. Dazu weist die Vertiefung eine Geometrie auf, die sowohl die Kontaktbedingungen zwischen der Spiegelfläche und einem Druckelement einer Druckeinrichtung, insbesondere einer Druckrolle, als auch die Belastbarkeit der Stempelstruktur insgesamt verbessert. Die Vertiefung verbessert die maximale Belastbarkeit der Spiegelfläche und damit die Standzeit des Stempels insgesamt. Außerdem wird der Druckrollenverschleiß verringert.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass im Betrieb der Rundläuferpresse von den Druckrollen immer die Mitte des Stempelkopfes bzw. der Spiegelfläche überrollt und damit besonders beansprucht wird. Insbesondere bei ungeführten Stempeln, die also frei drehbar in den jeweiligen Stempelführungen angeordnet sind, führt dies dazu, dass die Mitte der Spiegelfläche eine besonders hohe Zahl an Pressungen (Deformationszyklen) erfährt, während der Zwischenbereich und der Rand der Spiegelfläche aufgrund der statistisch verteilten Drehposition der Stempel in den Stempelführungen weniger stark belastet werden. Hierdurch wird das eingangs erläuterte von der Mitte der Spiegelfläche ausgehende Stempelversagen verursacht.
Zum anderen basiert die Erfindung auf der Erkenntnis, dass sich durch die bei bekannten Stempeln zusammenhängend ebene Spiegelfläche die reale Kontaktfläche zwischen Stempel und Druckrolle während des Pressvorgangs erheblich ändert. Wenn die Druckrolle über der Mitte des Stempels steht, ergibt sich eine über die gesamte Spiegelflächenbreite verlaufende Kontaktlinie. Steht die Druckrolle hingegen am Anfang oder Ende der Spiegelfläche, so ist die Kontaktlinie kürzer bis sie im Zwischenbereich zu einem Kontaktpunkt wird. Es ist eine weitere Erkenntnis der Erfinder, dass diese erhebliche Veränderung der Kontaktbedingungen ungünstig ist für die mechanische Belastung von Stempel und Druckrolle und zu einer starken Veränderung der Kontaktsteifigkeit führt, insbesondere da die Hertz‘sche Flächenpressung umgekehrt proportional zur Wurzel der Kontaktlinienlänge ist.
Durch die erfindungsgemäße Vertiefung wird die Spiegelfläche verkleinert. Der insbesondere ebene Bereich bildet nunmehr eine Ringfläche, gegenüber der die Mitte der Stempelkopfoberseite vertieft ist, so dass sie während des Pressvorgangs keinen Kontakt mehr mit der Druckrolle hat. Dadurch entfällt die im Stand der Technik mechanisch besonders belastete Mitte der Spiegelfläche und es ergibt sich eine längere Standzeit. Außerdem wird die erläuterte, im Stand der Technik während eines Pressvorgangs erfolgende erhebliche Veränderung der Kontaktlinienlänge zwischen Druckrolle und Spiegelfläche durch die erfindungsgemäße Vertiefung verringert. Es ergibt sich insgesamt ein gleichmäßigerer Kontaktverlauf, da sich die Länge der Kontaktlinie im Bereich der Stempelachse um den Durchmesser der Vertiefung verringert. Hierdurch wird eine geringere Dynamik im Betrieb erzeugt und auch die Geräuschentwicklung vermindert.
Außerdem wird erfindungsgemäß die Lauffläche der Druckrolle gleichmäßiger beansprucht, da die im Stand der Technik besonders belastete Mitte der Lauffläche durch die Vertiefung der Spiegelfläche entlastet wird und Bereiche neben der Mitte der Lauffläche zusätzlich belastet werden. Dadurch wird auch der Verschleiß der Druckrollenlauffläche homogener und insgesamt verringert.
Durch die Erfindung werden also mehrere wichtige Vorteile erreicht. Zunächst wird die mechanische Belastbarkeit bzw. die Standzeit der Stempelwerkzeuge erhöht, indem durch die geometrische Gestaltung der Vertiefung ein vorteilhafter Effekt auf die mechanischen Spannungen im Kontaktbereich des Stempels erzeugt wird. Der Stempelkopf wird mechanisch gleichmäßiger belastet. Die Anzahl der Deformationszyklen und die mechanische Belastung des Kontaktbereichs sind homogener verteilt. Durch die geringere Längenänderung der Kontaktlinie während des Pressvorgangs werden gleichmäßigere Kontaktbedingungen erzeugt. Außerdem wird die mechanische Belastung der Rundläuferpresse insgesamt verringert. Durch die gleichmäßigere und geringere Belastung des Stempelkopfes erfolgt auch eine gleichmäßigere und geringere Belastung aller beteiligten Kontaktkomponenten der Rundläuferpresse. Das heißt, Bauteile wie zum Beispiel Druckrollen, Druckschienen, Steuerkurven, Steuerrampen usw. besitzen ebenfalls eine erhöhte Lebensdauer. Die Standzeit und die Wartungsintervalle der Rundläuferpresse erhöhen sich. Aufgrund der geringeren Dynamik wird die Geräuschentwicklung der Rundläuferpresse insgesamt ebenfalls verringert.
Die Vertiefung kann einen Randbereich und einen von dem Randbereich umgebenen Bodenbereich aufweisen. Der Randbereich kann kegelstumpfförmig oder kegelförmig ausgebildet sein. Der Bodenbereich kann grundsätzlich sehr klein sein, im Extremfall im Wesentlichen punktförmig, wenn der Randbereich eine (vollständige) Kegelform besitzt.
Zwischen dem Randbereich und dem Spiegelflächenabschnitt kann weiterhin ein tangentenstetiger Übergangsbereich vorgesehen sein. Es wird damit ein gleichmäßiger und somit wenig belastender Übergang der Druckrollen zwischen dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt und der Vertiefung erreicht. Die mechanische Belastbarkeit wird so weiter erhöht. Erst die Auswahl einer geeigneten Geometrie für die Vertiefung erlaubt das Einbringen derselben ohne die Funktion, insbesondere die mechanische Belastbarkeit des Stempels, zu gefährden. Es ist dabei möglich, dass die Tangentenstetigkeit nur im direkten Übergang von Übergangsbereich in Spiegelflächenabschnitt vorliegt. Es ist aber auch möglich, dass der gesamte Übergangsbereich tangentenstetig ist, insbesondere auch im Übergang zu dem Bodenbereich. Bei Tangentenstetigkeit bleibt der Radius des gerundeten Übergangsbereichs über die gesamte Erstreckung des gerundeten Übergangsbereichs konstant. Es wird dadurch eine weitere Vergleichsmäßigung des Übergangs der Druckrollen zwischen dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt und der Vertiefung und somit eine weiter verbesserte mechanische Belastbarkeit des Stempels erreicht.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann der Übergangsbereich zum Spiegelflächenabschnitt krümmungsstetig sein. Wiederum ist es möglich, dass die Krümmungsstetigkeit nur im direkten Übergang von Übergangsbereich in den Spiegelflächenabschnitt vorliegt. Es ist wiederum aber auch möglich, dass der gesamte Übergangsbereich krümmungsstetig ist. Bei Krümmungsstetigkeit wird der Radius des gerundeten Übergangsbereichs ausgehend von dem Bodenbereich in Richtung des ringförmigen Spiegelflächenabschnitts immer größer und tendiert am Übergang in den ringförmigen Spiegelflächenabschnitt gegen Unendlich. Auf diese Weise wird eine maximale Vergleichmäßigung des Übergangs der Druckrollen zwischen dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt und der Vertiefung und damit verbesserte mechanische Belastbarkeit des Stempels erreicht.
Es ist weiter möglich, dass die Vertiefung am Übergang in den ringförmigen Spiegelflächenabschnitt einen Tangentenwinkel gegenüber dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt von weniger als 20°, bevorzugt weniger als 10°, besitzt. Der vorgenannte Tangentenwinkel ergibt sich zwischen einer direkt im Übergang zwischen Vertiefung und Spiegelflächenabschnitt angelegten Tangente und der durch den insbesondere ebenen Spiegelflächenabschnitt aufgespannten Ebene, im Betrieb der Rundläuferpresse einer horizontalen Ebene. Der Tangentenwinkel ist bei der vorgenannten Ausgestaltung relativ gering, nämlich kleiner als 20°, vorzugsweise kleiner als 10° (und größer Null). Die Vertiefung fällt gegenüber dem Spiegelflächenabschnitt also nur leicht ab. Durch die erfindungsgemäße Vertiefung muss lediglich sichergestellt sein, dass während eines Pressvorgangs im Bereich der Vertiefung kein Kontakt mit der Druckrolle bei maximaler Presskraft entsteht und somit die im Stand der Technik erfolgende mechanische Schwächung der Stempelstruktur ausbleibt. Durch die kleine Tangentenwinkeldifferenz am Übergang zwischen ebener Spiegelflache und Vertiefung von kleiner 20° entsteht eine belastungsoptimierte Kante. Belastungsoptimiert bedeutet hierbei, dass der Kraftfluss Richtung Stempelachse nahezu ungehindert erfolgen kann und die Kante so stumpf ist, dass bei Kantenbelastung eine gute mechanische Abstützung gegeben ist. Durch die gute Kantenabstützung treten im Gegensatz zu einer vertikalen Bohrung mit einem Tangentenwinkel von 90° nur geringe Spannungsüberhöhungen unter Belastung (Presskraft) auf.
Auch zwischen dem Randbereich und dem Bodenbereich kann ein (zweiter) gerundeter Übergangsbereich vorgesehen sein. Der Bodenbereich der Vertiefung kann außerdem (konkav) gekrümmt sein. Durch eine Verrundung des Grunds der Vertiefung, beispielsweise mit einem Verrundungsdurchmesser größer als 1 mm, und durch den gerundeten Übergangsbereich zwischen Randbereich und Bodenbereich wir die Reinigung der Vertiefung vereinfacht, da etwaige Kanten vermieden werden. Eine Kerbwirkung wird außerdem ausgeschlossen.
Die Tiefe der Vertiefung gegenüber dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt weniger als 4 mm, bevorzugt weniger als 2 mm, weiter bevorzugt weniger als 1 mm, beträgt. Auf diese Weise wird die mechanische Schwächung des Stempelkopfes durch die Vertiefung minimiert und die Reinigbarkeit weiter verbessert. Wie erläutert, liegt eine Minimalanforderung an die Tiefe der Vertiefung darin, dass der Boden der Vertiefung im Betrieb keinen Kontakt mit den Druckrollen einer mit den Stempeln ausgestatteten Rundläuferpresse hat.
Das Verhältnis von Tiefe der Vertiefung zu Durchmesser der Vertiefung kann nach einer weiteren Ausgestaltung kleiner als 2 sein. Wiederum wird hierdurch eine mechanische Schwächung der Stempelstruktur weitestgehend vermieden und die Reinigung der Vertiefung weiter vereinfacht.
Das Verhältnis von Durchmesser der Vertiefung zu Durchmesser des ringförmigen Spiegelflächenabschnitts kann nach einer weiteren, die Reinigbarkeit verbessernden Ausgestaltung, kleiner als 0,8 sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Außenkontur der Vertiefung innerhalb eines Hüllkreises liegen, dessen Durchmesser nicht größer ist als die Hälfte des Durchmessers des sich an den Stempelkopf anschließenden Bereichs des Schafts. Der Hüllkreis ist der kleinste Kreis, der die Außenkontur der Vertiefung (insbesondere in der Draufsicht auf den Stempelkopf) einschließt. Die Außenkontur der Vertiefung wird dabei von dem Übergang in den Spiegelflächenabschnitt gebildet. Der sich an den Stempelkopf anschließende Bereich des Schafts kann ein Stempelhals sein. Durch Einhaltung der vorgenannten Beziehung wird sichergestellt, dass die Presskraft symmetrisch zwischen Stempelachse und Schaftaußendurchmesser abfließen kann, wie nachfolgend noch näher erläutert werden wird. Der Kraftfluss durch den Übergangsbereich zwischen Stempelkopf und Stempelschaft, der wie eine Kerbe wirkt, wird hierdurch minimiert. Die Belastbarkeit des Stempelkopfes wird folglich erhöht.
Nach einer weiteren diesbezüglichen Ausgestaltung kann die (gesamte) Kontur der Vertiefung in einem Hüllkegel oder Hüllkegelstumpf liegen mit einem Kegelwinkel (Öffnungswinkel) von mindestens 140° und einem größten Durchmesser (Durchmesser des Rands der Kegelöffnung), der nicht größer ist als die Hälfte des Durchmessers des sich an den Stempelkopf anschließenden Bereichs des Schafts. Wiederum kann dieser sich an den Stempelkopf anschließende Bereich des Schafts durch einen Stempelhals gebildet sein. Wenn die gesamte Vertiefung von einem solchen Kegel bzw. Kegelstumpf umschlossen wird, kann der Kraftfluss weiter optimiert werden. Der so definierte Volumenbereich für die Vertiefung stellt sicher, dass die Presskraft sich vom Punkt der Krafteinleitung in einem Winkel von jeweils 70° frei Richtung Stempelachse ausbreiten kann. Dies führt zu geringeren mechanischen Spannungen und somit auch zu einer höheren Belastbarkeit des Stempelkopfes.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Höhe aller zum Spiegelflächenabschnitt senkrechten Wandabschnitte der Vertiefung kleiner als 1 mm ist. Die Vertiefung kann keinen, einen oder mehrere beispielsweise durch Kegelstumpfabschnitte verbundene Wandabschnitte aufweisen, die senkrecht zum Spiegelflächenabschnitt verlaufen. Solche Wandabschnitte können insbesondere senkrechte Kreiszylinder bilden. Bei der vorgenannten Ausgestaltung ist die gesamte Höhe etwaiger solcher Wandabschnitte kleiner als 1 mm. Sofern die Vertiefung mehrere solcher Wandabschnitte aufweist, ergibt sich die gesamte Höhe aus der Summe der Einzelhöhen. Besitzt die Vertiefung nur einen solchen Wandabschnitt, entspricht die gesamte Höhe der Höhe dieses einen Wandabschnitts. Besitzt die Vertiefung keine solchen Wandabschnitte ist die Höhe Null. Grundsätzlich verschlechtern senkrecht zylindrische Anteile der Vertiefung den Kraftfluss im Stempelkopf. Kräfte, die vom Stempelkopf in Richtung Pressflache fließen, werden durch die senkrecht zylindrischen Anteile umgelenkt und der Kraftfluss somit behindert, wie nachfolgend noch erläutert werden wird. Durch möglichst kleine senkrechte Wandabschnitte kann ein nahezu ungehinderter Kraftfluss vom Kopf zur Pressachse erfolgen. Bestenfalls besitzt die Vertiefung gar keine senkrechten Wandabschnitte.
Die Erfindung betrifft auch eine Rundläuferpresse umfassend einen mittels eines Drehantriebs drehbaren Rotor, wobei der Rotor eine obere Stempelführung für obere Stempel der Rundläuferpresse und eine untere Stempelführung für untere Stempel der Rundläuferpresse sowie eine zwischen den Stempelführungen angeordnete Matrizenschreibe aufweist, wobei die Stempel mit Kavitäten der Matrizenscheibe zusammenwirken, weiter umfassend eine Fülleinrichtung, durch die zu verpressendes Füllmaterial in die Kavitäten der Matrizenscheibe gefüllt wird, weiter umfassend mindestens eine obere Druckeinrichtung und mindestens eine untere Druckeinrichtung, die im Betrieb mit den oberen Stempeln und mit den unteren Stempeln zum Verpressen des Füllmaterials in den Kavitäten der Matrizenscheibe zusammenwirken, und umfassend eine Auswurfeinrichtung, in der in den Kavitäten erzeugte Presslinge aus der Rundläuferpresse ausgeworfen werden, wobei die oberen und unteren Stempel in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet sind.
Die mindestens eine Druckeinrichtung der Rundläuferpresse kann insbesondere obere und untere Druckrollen aufweisen, die mit den Stempelköpfen der oberen und unteren Stempel in der eingangs erläuterten Weise zusammenwirken. Außerdem können die Stempel frei drehbar in den Stempelführungen angeordnet sein. Die erfindungsgemäßen Stempel können also einen kreiszylindrischen Schaft ohne Passfedern oder ähnliche Formschlusselemente besitzen. Der Rotor einer solchen Rundläuferpresse besitzt in bekannter Weise einen Drehantrieb, der den Rotor, insbesondere die Matrizenscheibe mit den oberen und unteren Stempeln, beispielsweise über eine Antriebswelle drehend antreibt. Die Matrizenscheibe kann einstückig ausgebildet sein oder aus Matrizensegmenten aufgebaut sein. Die Kavitäten der Matrizenscheibe können durch unmittelbar in die Matrizenscheibe eingebrachte Bohrungen oder durch in Aufnahmen der Matrizenscheibe eingesetzte lösbare Matrizen gebildet sein. In der Fülleinrichtung werden die Kavitäten der Matrizenscheibe in bekannter Weise mit einem beispielsweise pulverförmigen Füllmaterial befüllt. Anschließend wird das Füllmaterial in ebenfalls bekannter Weise durch die oberen und unteren Stempel der Rundläuferpresse in den Kavitäten zu einem Pressling, insbesondere einer Tablette, verpresst. Nach dem Ausstoßen der Presslinge aus den Kavitäten, beispielsweise durch die unteren Stempel der Rundläuferpresse, werden die Presslinge in einer Auswerferstation aus der Rundläuferpresse ausgeworfen. Die Auswerferstation kann beispielsweise einen unmittelbar oberhalb der Matrizenscheibe angeordneten Abstreifer umfassen, der die ausgestoßenen Presslinge von der unter dem Abstreifer hindurchdrehenden Matrizenscheibe in Richtung eines Ablaufkanals abstreift.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch:
1 eine erfindungsgemäße Rundläuferpresse in einer abgewickelten Darstellung des Rotors,
2 eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung eines Pressstempels und einer Druckrolle der in 1 gezeigten Rundläuferpresse,
3 eine ausschnittsweise Vergrößerung eines Stempels der in 1 gezeigten Rundläuferpresse in einer ersten perspektivischen Ansicht,
4 die Darstellung aus 3 in einer weiteren perspektivischen Ansicht,
5 die Darstellung aus 3 in einer Seitenansicht,
6 eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in 5,
7 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 2,
8 das Detail D aus 7 in einer vergrößerten Darstellung,
9 eine Schnittansicht entsprechend der Darstellung der 6 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
10 das Detail F aus 9 in einer vergrößerten Darstellung, und
11 das Detail G aus 9 in einer vergrößerten Darstellung.
Soweit nichts anderes angegeben ist, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände.
Die in 1 gezeigte Rundläuferpresse, insbesondere Rundläufer-Tablettenpresse, umfasst einen durch einen nicht näher dargestellten Drehantrieb drehend angetriebenen Rotor mit einer Matrizenscheibe 10, die eine Mehrzahl von Kavitäten 12 aufweist. Die Kavitäten 12 können beispielsweise durch Bohrungen der Matrizenscheibe 10 gebildet sein. Weiter umfasst der Rotor eine Mehrzahl von oberen Stempeln 14 und unteren Stempeln 16, die mit der Matrizenscheibe 10 synchron umlaufen. Jeweils ein Paar aus oberem Stempel 14 und unterem Stempel 16 ist dabei einer Kavität 12 zugeordnet. Die axiale Bewegung der oberen Stempel 14 und unteren Stempel 16 im Zuge der Drehung des Rotors wird durch obere Steuerkurvenelemente 18 und untere Steuerkurvenelemente 20 gesteuert. Die Rundläuferpresse umfasst weiterhin eine Fülleinrichtung 22, die eine Füllkammer 24 aufweist. Die Fülleinrichtung 22 umfasst darüber hinaus ein trichterförmiges Füllmaterialreservoir 26, das über einen Zuführabschnitt 28 mit der Füllkammer 24 in Verbindung steht. Auf diese Weise gelangt in dem vorliegenden Beispiel pulverförmiges Füllmaterial aus dem Füllmaterialreservoir 26 über den Zuführabschnitt 28 schwerkraftbedingt in die Füllkammer 24 und aus dieser über eine an der Unterseite der Füllkammer 24 vorgesehene Befüllöffnung wiederum schwerkraftbedingt in die Kavitäten 12 der Matrizenscheibe 10.
Außerdem umfasst die Rundläuferpresse eine Druckstation 30. Die Druckstation 30 besitzt eine Vordruckeinrichtung mit einer oberen Vordruckrolle 32 und einer unteren Vordruckrolle 34 sowie eine Hauptdruckeinrichtung mit einer oberen Hauptdruckrolle 36 und einer unteren Hauptdruckrolle 38. Darüber hinaus umfasst die Rundläuferpresse eine Auswerferstation 40, vorliegend mit einem Abstreifer 42, der die in der Rundläuferpresse hergestellten Presslinge 44, insbesondere Tabletten, einem Presslingsablauf 46 zur weiteren Verarbeitung zuführt.
Eine Steuereinrichtung zum Betrieb der Rundläuferpresse ist bei dem Bezugszeichen 48 gezeigt. Die Steuereinrichtung 48 ist über nicht näher dargestellte Leitungen unter anderem mit dem Drehantrieb des Rotors verbunden.
In 2 ist in vergrößerter Darstellung ein Teil eines oberen Pressstempels 14 gezeigt, wie dieser mit einer oberen Druckrolle 32 zusammenwirkt.
In den 3 bis 8 ist beispielhaft und ausschnittsweise ein oberer Stempel 14 der in 1 gezeigten Rundläuferpresse gezeigt. Die Ausgestaltung der Stempel 14, 16 der Rundläuferpresse wird im Folgenden anhand eines oberen Stempels 14 erläutert. Die unteren Stempel 16 sind in dem gezeigten Beispiel insoweit identisch ausgebildet.
Wie in den 1 bis 8 zu erkennen, weist jeder obere Stempel 14 einen Stempelkopf 50 an einem Ende eines Stempelschafts 52 auf. Der Stempelschaft 52 weist in dem gezeigten Beispiel einen im Querschnitt gegenüber dem übrigen Stempelschaftabschnitt verkleinerten Stempelhals 54 auf. Am anderen Ende des Stempelschafts 52 ist die im Betrieb in die Kavitäten 12 der Rundläuferpresse eintauchende Stempelspitze 56 ausgebildet. Die Stempel 14, 16 der Rundläuferpresse sind rotationssymmetrisch ausgebildet und frei drehbar in der oberen bzw. unteren Stempelführung 58, 60 geführt.
In den 3 bis 5 sind zur Veranschaulichung Höhenlinien auf der Oberseite des Stempelkopfes 50 dargestellt. Der Stempelkopf 50 umfasst eine Zylinderfläche 62, die über einen beispielsweise konischen Zwischenbereich 64 in den Stempelhals 54 des Stempelschafts 52 übergeht. Auf der Oberseite des Stempelkopfes 50 befindet sich ein ebener ringförmiger Spiegelflächenabschnitt 66. Der Spiegelflächenabschnitt 66 und die Zylinderfläche 62 sind über einen gerundeten Zwischenbereich 68 miteinander verbunden. Der ebene ringförmige Spiegelflächenabschnitt 66 begrenzt eine zentrale Vertiefung 70. Die Vertiefung 70 besitzt einen geschlossenen Bodenbereich 72 und einen in den Spiegelflächenabschnitt 66 mündenden Randbereich 74, der in dem gezeigten Beispiel kegelförmig bzw. kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Insbesondere in der Schnittdarstellung der 6 ist zu erkennen, dass in dem gezeigten Beispiel die gesamte Vertiefung 70 eine Kegelform bzw. Kegelstumpfform aufweist. Zwischen dem Randbereich 74 und dem Spiegelflächenabschnitt 66 kann aber auch ein gerundeter Übergangsbereich vorgesehen sein, der zum Spiegelflächenabschnitt 66 insbesondere tangentenstetig oder krümmungsstetig sein kann.
Wie weiterhin insbesondere in 6 zu erkennen, liegt die Kontur der Vertiefung 70 innerhalb eines Kegels mit einem Kegelwinkel α (Öffnungswinkel), der in dem gezeigten Beispiel etwa 140° beträgt. Die Außenkontur der Vertiefung 70, die in dem gezeigten Beispiel durch den die Vertiefung 70 begrenzenden inneren Rand des Spiegelflächenabschnitts 66 gebildet ist, liegt auf einem Hüllkreis mit dem Durchmesser d1 (siehe 6 und 8). In 8 ist außerdem zu erkennen, dass der Stempelhals 54 einen Durchmesser d2 aufweist. In dem dargestellten Beispiel gilt d1 = ½d2. Durch diese Ausgestaltung können im Betrieb während des Zusammenwirkens mit der Druckrolle 32 in den Stempelkopf, insbesondere im Bereich des Rands der Vertiefung 70 eingeleitete Presskräfte besonders gleichmäßig in den Stempelschaft 52, insbesondere den Stempelhals 54, eingeleitet werden, wie in 8 durch die Kraftlinien 76 veranschaulicht. So teilt sich die im Betrieb auftretende Presskraft gleichmäßig links und rechts der Vertiefung 70 auf und wird homogen in den Stempelschaft abgeleitet. Sofern d1 kleiner d2 wird, erfolgt verstärkt eine Einleitung der Presskraft in Richtung der Schaftachse. Dies ist ebenfalls für die Stabilität des Stempels 14 grundsätzlich nicht problematisch.
In den 9 bis 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines oberen Stempels 14' gezeigt, wie er in der Rundläuferpresse gemäß 1 eingesetzt werden kann. Gleiches gilt entsprechend für die nicht gezeigten unteren Stempel.
Der in den 9 bis 11 gezeigte Stempel 14' unterscheidet sich von dem in den 1 bis 8 gezeigten Stempel 14 lediglich hinsichtlich der Geometrie der Vertiefung. So ist der Randbereich 74' der Vertiefung 70' leicht konkav gekrümmt und die Vertiefung 70' besitzt eine zentrale Bohrung mit einem senkrecht zylindrischen Wandabschnitt 80 sowie einem Bodenbereich 72'. Wie insbesondere in 10 zu erkennen, besitzt die Vertiefung 70' am Übergang in den ringförmigen Spiegelflächenabschnitt 66 einen Tangentenwinkel β zwischen einer in diesem Bereich angelegten Tangente 78 und dem ebenen Spiegelflächenabschnitt 66 von weniger als 20°. Auf diese Weise wird eine starke Kante im Bereich des Übergangs vermieden, die anderenfalls zu Belastungsspitzen und damit der Gefahr eines vorzeitigen Versagens des Stempelkopfes führen könnte.
Wie in 11 zu erkennen, ist außerdem die Höhe h des gegenüber dem ebenen Spiegelflächenabschnitt 66 senkrechten Wandabschnitt 80 relativ klein, im vorliegenden Beispiel kleiner als 1 mm. Solche senkrechten Wandabschnitte stellen grundsätzlich eine Barriere für die eingeleiteten Kräfte dar, wie anhand der in 11 eingezeichneten Kraftlinien 76 zu erkennen. So führt der senkrechte Wandabschnitt 80 zu einer zwangsweisen Umlenkung der eingeleiteten Kräfte, die sich ungünstig auswirken kann. Daher sollte die Höhe h, sofern überhaupt senkrechte Wandabschnitt vorgesehen sind, möglichst gering sein.
Durch das Vorsehen der Vertiefungen 70, 70' in den Stempelköpfen wird eine gleichmäßigere Belastung der Stempelköpfe und der mit diesen zusammenwirkenden Druckrollen 32, 34, 36, 38 erreicht, so dass die Standzeit der Stempel 14, 14', 16 erhöht wird ohne die Belastbarkeit der Stempel 14, 14', 16 zu beeinträchtigen. Der Verschließ der Druckrollen 32, 34, 36, 38 und der Rundläuferpresse insgesamt wird verringert und die Geräuschentwicklung vermindert.
Bezugszeichenliste

10: Matrizenscheibe
12: Kavitäten
14: Oberer Stempel
14': Oberer Stempel
16: Unterer Stempel
18: Obere Steuerkurvenelemente
20: Untere Steuerkurvenelemente
22: Fülleinrichtung
24: Füllkammer
26: Füllmaterialreservoir
28: Zuführabschnitt
30: Druckstation
32: Obere Vordruckrolle
34: Untere Vordruckrolle
36: Obere Hauptdruckrolle
38: Untere Hauptdruckrolle
40: Auswerferstation
42: Abstreifer
44: Presslinge
46: Presslingsablauf
48: Steuereinrichtung
50: Stempelkopf
52: Stempelschaft
54: Stempelhals
56: Stempelspitze
58: Obere Stempelführung
60: Untere Stempelführung
62: Zylinderfläche
64: Konischer Zwischenbereich
66: Spiegelflächenabschnitt
68: Zwischenbereich
70: Vertiefung
70': Vertiefung
72: Bodenbereich
72': Bodenbereich
74: Randbereich
74': Randbereich
76: Kraftlinien
78: Tangente
80: Wandabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2111972 B1 [0004]
DE 102008053453 B4 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm DIN ISO 18084:2012-08 [0004]

Claims

Stempel für eine Rundläuferpresse, umfassend einen Schaft (52) mit einer Stempelspitze (56) an einem Ende des Schafts (52) und einem Stempelkopf (50) am anderen Ende des Schafts (52), wobei der Stempelkopf (50) eine Spiegelfläche und eine Zylinderfläche (62) sowie einen Zwischenbereich (68) zwischen Spiegelfläche und Zylinderfläche (62) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfläche eine zentrale Vertiefung (70, 70‘) aufweist, die von einem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt (66) umgeben ist.
Stempel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (70, 70‘) einen Randbereich (74, 74‘) und einen von dem Randbereich (74, 74‘) umgebenen Bodenbereich (72, 72‘) aufweist.
Stempel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (74, 74‘) kegelstumpfförmig oder kegelförmig ausgebildet ist.
Stempel nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Randbereich (74, 74‘) und dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt (66) ein tangentenstetiger Übergangsbereich vorgesehen ist.
Stempel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Randbereich (74, 74‘) und dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt (66) ein krümmungsstetiger Übergangsbereich vorgesehen ist.
Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (70, 70‘) am Übergang in den ringförmigen Spiegelflächenabschnitt (66) einen Tangentenwinkel (β) gegenüber dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt (66) von weniger als 20°, bevorzugt weniger als 10°, besitzt.
Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Vertiefung (70, 70‘) gegenüber dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt (66) weniger als 4 mm, bevorzugt weniger als 2 mm, weiter bevorzugt weniger als 1 mm, beträgt.
Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Tiefe der Vertiefung (70, 70‘) zu Durchmesser (d1) der Vertiefung (70) kleiner als 2 ist.
Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Durchmesser (d1) der Vertiefung (70, 70‘) zu Durchmesser des ringförmigen Spiegelflächenabschnitts (66) kleiner als 0,8 ist.
Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur der Vertiefung (70, 70‘) innerhalb eines Hüllkreises liegt, dessen Durchmesser (d1) nicht größer ist als die Hälfte des Durchmessers (d2) des sich an den Stempelkopf anschließenden Bereichs des Schafts (52).
Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Vertiefung (70, 70‘) in einem Hüllkegel oder Hüllkegelstumpf liegt mit einem Kegelwinkel (α) von mindestens 140° und einem größten Durchmesser (d1), der nicht größer ist als die Hälfte des Durchmessers (d2) des sich an den Stempelkopf anschließenden Bereichs des Schafts (52).
Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) aller zum Spiegelflächenabschnitt (66) senkrechten Wandabschnitte der Vertiefung (70, 70‘) kleiner als 1 mm ist.
Rundläuferpresse umfassend einen mittels eines Drehantriebs drehbaren Rotor, wobei der Rotor eine obere Stempelführung (58) für obere Stempel (14) der Rundläuferpresse und eine untere Stempelführung (60) für untere Stempel (16) der Rundläuferpresse sowie eine zwischen den Stempelführungen (58, 60) angeordnete Matrizenschreibe (10) aufweist, wobei die Stempel mit Kavitäten (12) der Matrizenscheibe (10) zusammenwirken, weiter umfassend eine Fülleinrichtung (22), durch die zu verpressendes Füllmaterial in die Kavitäten (12) der Matrizenscheibe (10) gefüllt wird, weiter umfassend mindestens eine obere Druckeinrichtung (30) und mindestens eine untere Druckeinrichtung (30), die im Betrieb mit den oberen Stempeln (14) und mit den unteren Stempeln (16) zum Verpressen des Füllmaterials in den Kavitäten (12) der Matrizenscheibe (10) zusammenwirken, und umfassend eine Auswurfeinrichtung, in der in den Kavitäten (12) erzeugte Presslinge (44) aus der Rundläuferpresse ausgeworfen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Stempel (14, 16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.