DE102019202401A1

DE102019202401A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschließen von Gelatinekapseln

Info

Publication number: DE102019202401A1
Application number: DE102019202401.7A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Wieduwilt
Original assignee: Syntegon Technology GmbH
Current assignee: Syntegon Technology GmbH
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-08-27
Also published as: WO2020169628A1; DE112020000216A5

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum flüssigkeitsdichten Verschließen einer Kapsel (2) mit einem Kapselunterteil (21) und einem Kapseloberteil (22), umfassend die Schritte: Befüllen des Kapselunterteils (21) mit einem Produkt, insbesondere einem flüssigen Produkt, Aufsetzen des Kapseloberteils (22) auf das befüllte Kapselunterteil (21), Ausführen einer Relativrotation zwischen dem Kapselunterteil (21) und dem Kapseloberteil (22) zur Erzeugung von Wärme an einem Fügebereich (8) zwischen dem Kapselunterteil (21) und dem Kapseloberteil (22), um eine fluiddichte Verbindung (8) am Fügebereich herzustellen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschließen von Kapseln, und insbesondere zum flüssigkeitsdichten Verschließen von Gelatinekapseln, in welchen ein flüssiges, insbesondere öliges, Medium enthalten ist. Das flüssige Medium ist vorzugsweise ein medizinisches Präparat oder ein Lebensmittel in Form eines Nahrungsergänzungsmittels.
Im medizinischen Bereich werden Kapseln, beispielsweise aus Gelatine, mit Oberteil und Unterteil zum Verabreichen von Medikamenten verwendet. Hierbei wird beispielsweise ein medizinisches Produkt in das Kapselunterteil eingefüllt und dann das Kapseloberteil überlappend auf das Kapselunterteil aufgeschoben, um die Kapsel zu verschließen. Zur Fixierung kann hierbei eine Art Schnappverschluss verwendet werden, bei dem eine Sicke auf der Außenseite des Kapselunterteils und eine entsprechende umlaufende Erhöhung auf der Innenseite des Kapseloberteils vorhanden ist. Derartige Kapseln sind jedoch nicht zum Aufnehmen von Flüssigkeiten geeignet. Weiterhin ist aus der DE 102010002604 A1 eine für Flüssigkeiten geeignete Kapsel bekannt, bei der das Kapselunterteil eine nach außen gewölbte, innen hohle Wulst, umfasst und das Kapseloberteil bis zur Wulst aufgesteckt ist und mit der Wulst verschweißt wird. Dieses Verfahren zur Herstellung von flüssigkeitsdichten Kapseln ist jedoch sehr aufwendig und entsprechend teuer.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum flüssigkeitsdichten Verschließen von Kapseln mit einem Kapseloberteil und einem Kapselunterteil weist dem gegenüber den Vorteil auf, dass Flüssigkeiten, insbesondere ölartige Medien, sicher in der Kapsel aufbewahrt werden können. Die Kapsel ist vorzugsweise aus Gelatine oder dergleichen. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren maschinengerecht, sodass eine besonders günstige Befüllung und ein sicheres Verschließen der Kapseln möglich ist. Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren die Schritte des Befüllens des Kapselunterteils mit einem Produkt, des Aufsetzens eines Kapseloberteils auf das befüllte Kapselunterteil und des gegeneinander Rotieren des Kapselunterteils relativ zum Kapseloberteil. Dadurch wird im Kontaktbereich zwischen dem Kapselunterteil und dem Kapseloberteil Wärme erzeugt, wodurch ein regelbarer Energieeintrag in die Fügestelle zwischen Kapseloberteil und Kapselunterteil eingebracht wird und eine Verbindung zwischen dem Kapseloberteil und dem Kapselunterteil hergestellt wird. Vorzugsweise wird das Kapseloberteil über das Kapselunterteil übergestülpt. Infolge des regelbaren Energieeintrages kann eine Versprödung der Fügestelle vermieden werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Besonders bevorzugt wird die Relativrotation zwischen dem Kapselunterteil und dem Kapseloberteil mittels Ultraschall erzeugt. Ultraschall ist einfach und prozesssicher bereitstellbar und insbesondere kann eine Kontamination des in die Kapsel zu verpackenden Produkts auf ein Minimum reduziert werden.
Das Verfahren umfasst dabei besonders bevorzugt ferner den Schritt des Aufsetzens einer Sonotrode einer Ultraschalleinheit auf das Kapseloberteil und des Hin- und Herrotieren der Sonotrode über einen vorbestimmten Drehwinkelbereich, um die Relativrotation zwischen dem Kapselunterteil und dem Kapseloberteil bereitzustellen. Die eingebrachte Reibwärme kann hierbei beispielsweise einfach durch Wahl der Frequenz und/oder einer Verfahrensdauer und/oder einer Amplitude eingestellt werden. Insbesondere sind dadurch einfache und schnelle Anpassungen an Kapseln aus unterschiedlichen Materialien bzw. mit unterschiedlichen Wasseranteilen möglich.
Vorzugsweise ist ein Wassergehalt des Kapselunterteils und/oder des Kapseloberteils in einem Bereich von 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% und beträgt vorzugsweise 15 Gew.-%.
Ein besonders kostengünstiges und schnell und insbesondere maschinentauglich ausführbares Verfahren wird erreicht, wenn zwischen der Sonotrode und dem Kapseloberteil nur eine Reibverbindung während des Fixiervorgangs vorhanden ist.
Weiter bevorzugt wird bei dem Gegeneinanderrotieren von Kapseloberteil und Kapselunterteil zusätzlich noch eine vorbestimmte Fügekraft in Axialrichtung der Kapsel, insbesondere von oben, erzeugt. Die Kraft wird bevorzugt kontinuierlich erzeugt.
Besonders bevorzugt wird die Sonotrode mit einer Frequenz in einem Bereich von 20 bis 70 kHz, insbesondere 40 bis 50 kHz, betrieben.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Verschließen von Kapseln mit einem Kapselunterteil und einem Kapseloberteil. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Aufnahme zum Aufnehmen des Kapselunterteils und eine Einrichtung zum Ausführen einer Relativrotation zwischen dem Kapselunterteil und dem Kapseloberteil, wenn das Kapseloberteil auf das Kapselunterteil aufgesteckt ist. Mittels der Relativrotation kann Wärme in den Fügebereich zwischen dem Kapselunterteil und dem Kapseloberteil eingebracht werden. Hierbei ist eine einfache Steuerung der Vorrichtung möglich, indem eine Amplitude und/oder eine Frequenz der Relativrotation eingestellt wird. Die Kapseln sind vorzugsweise Gelatinekapseln und weisen insbesondere einen Wassergehalt von 10 bis 20 Gew.-% auf. Die Relativrotation wird hierbei z.B. über einen vorbestimmten Drehwinkelbereich, was der Amplitude entspricht, ausgeführt, beispielsweise 90°.
Die Einrichtung zur Erzeugung einer Relativrotation umfasst vorzugsweise eine Ultraschalleinheit mit einem Ultraschall-Generator, einem Konverter und einer Sonotrode. Der Ultraschall-Generator wandelt dabei elektrische Energie in insbesondere eine hochfrequente Sinusschwingung, der Konverter wandelt die vom Ultraschall-Generator erzeugten elektrischen Schwingungen in mechanische Schallwellen um. Die Sonotrode ist mit dem Konverter verbunden und befindet sich mit dem Kapseloberteil in Kontakt, um die Relativrotation zwischen Kapseloberteil und Kapselunterteil auszuführen. Durch die Verwendung der Ultraschalleinheit kann insbesondere eine Frequenz und damit die in den Fügebereich zwischen Kapselunterteil und Kapseloberteil eingebrachte Wärme sehr einfach und schnell reguliert werden. Hierdurch sind schnelle und einfache Anpassungen, beispielsweise an unterschiedliche Kapselmaterialien und/oder unterschiedliche Wassergehalte von Kapseln, möglich.
Besonders bevorzugt ist zwischen dem Konverter und der Sonotrode eine Reibschlussverbindung vorhanden. Hierdurch kann eine Ausgestaltung der Ultraschalleinheit sehr einfach und kostengünstig sein.
Weiter bevorzugt weist die Sonotrode einen Zylinderbereich auf, welcher mit dem Konverter in direktem Kontakt steht. Somit kann eine Linearbewegung des Konverters durch Kontakt mit dem Zylinderbereich, wenn der Konverter wie eine Tangente an den Zylinderbereich anliegt, durch Reibung in eine Rotation der Sonotrode überführt werden.
Vorzugsweise weist die Sonotrode eine Ausnehmung auf, in welche das geschlossene Ende des Kapseloberteils der Kapsel teilweise angeordnet ist. Die Ausnehmung weist vorzugsweise eine Form auf, welche dem Ende des Kapseloberteils der Kapsel entspricht, insbesondere eine Halbkugelform, oder alternativ weist die Ausnehmung eine Form eines Kegels auf. Hierdurch ergibt sich ein Linienkontakt zwischen der Sonotrode und dem Kapseloberteil.
Figurenliste
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum fluiddichten Verschließen von Kapseln,
2 eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung von 1,
3 eine schematische Darstellung einer geöffneten, befüllten Kapsel, welche mit der Vorrichtung von 1 und 2 verschließbar ist,
4 eine schematische Darstellung der Kapsel von 3 im fluiddicht verschlossenen Zustand, und
5 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
Wie aus der Übersicht von 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorrichtung 1 zum Verschließen von Kapseln 2 eine Vorrichtung 3 zum Erzeugen einer Relativrotation zwischen einem Kapselunterteil 21 und einem Kapseloberteil 22 der Kapsel.
Die 3 und 4 zeigen schematisch übliche Kapseln 2, welche nach dem Befüllen des Kapselunterteils 21 mit einem Produkt 7 durch Aufstecken des Kapseloberteils 22 auf das Kapselunterteil 21 verschlossen werden (Pfeil C). Durch das Aufstecken ist die Kapsel jedoch noch nicht fluiddicht, wozu eine spezielle Verbindung zwischen dem Kapselunterteil 21 und dem Kapseloberteil 22 notwendig ist.
Diese fluiddichte Verbindung kann mittels der Vorrichtung 1 hergestellt werden. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner die Vorrichtung 3 zur Erzeugung einer Relativrotation, welche einen Ultraschall-Generator 30, einen Konverter 31 und die Sonotrode 32 umfasst. Der Ultraschall-Erzeuger 30 erzeugt elektrische Schwingungen der gewählten Frequenz, welche zum Konverter übertragen werden. Der Ultraschall-Konverter wandelt dann die vom Ultraschall-Generator 30 erzeugten elektrischen Schwingungen in mechanische Schallwellen um. Hierdurch wird der Konverter 31 linear in Richtung des Doppelpfeils A hin- und herbewegt.
Wie in 2 gezeigt, ist an einem Punkt 33 zwischen der Sonotrode 32 und dem Konverter 31 ein Kontaktpunkt ausgebildet. Somit wird bei Linearbewegung des Konverters 31 in Richtung des Doppelpfeils A die Sonotrode 32 durch Reibschluss um eine vertikale Achse 6 rotiert, was in 1 und 2 durch den Doppelpfeil B angedeutet ist.
Zwischen der Sonotrode 32 und dem Kapseloberteil 22 herrscht eine reibschlüssige Verbindung, sodass bei Rotation der Sonotrode 32 sich das Kapseloberteil 22 mit dreht. Im Gegensatz dazu ist das Kapselunterteil 21 drehfest in der Aufnahme 4 fixiert. Somit erzeugt die Vorrichtung 3 eine Relativrotation zwischen dem Kapselunterteil 21 und dem Kapseloberteil 22.
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird zuerst das Kapselunterteil 21 mit dem Produkt 7 befüllt und das befüllte Kapselunterteil in der Aufnahme 4 angeordnet und z.B. durch Klemmen fixiert.
Wie aus 2 ersichtlich ist, weist die Aufnahme 4 eine Form auf, welche der äußeren Form des Kapselunterteils 21 entspricht. In einem nächsten Schritt wird das Kapseloberteil 22 über das Kapselunterteil 21 übergestülpt. Hierbei sei angemerkt, dass auch eine derart vorbereitete Kapsel, d. h. mit auf das Kapselunterteil 21 übergestülptem Kapseloberteil 22, in der Aufnahme 4 positioniert werden kann. Anschließend wird die Sonotrode 32 über das Kapseloberteil 22 platziert. Hierbei weist die Sonotrode 32 eine Ausnehmung 5 auf. Wie aus 2 ersichtlich ist, weist die Ausnehmung 5 eine Form auf, welche dem Ende des Kapseloberteils 22 entspricht, in diesem Ausführungsbeispiel eine Halbkugelform. Das Kapselunterteil 21 kann in der Aufnahme 4 beispielsweise durch Klemmen fixiert werden.
Die Kapseln 2 sind beispielsweise aus Gelatine hergestellt. Die Gelatinekapseln weisen hierbei einen gewissen Grad an Feuchtigkeit, beispielsweise 15 Gew.-% Wasser, auf. Durch die Relativrotation zwischen dem Kapselunterteil 21 und dem Kapseloberteil 22 wird in einem Kontaktbereich zwischen dem Kapselunterteil und dem Kapseloberteil Wärme erzeugt. Durch die entstehende Wärme werden die Fügeflächen des Kapselunterteils 21 und des Kapseloberteils 22 leicht angeschmolzen. Hierdurch bilden sich klebrige Fügeflächen, welche sich nach Abkühlung zu einer flüssigkeitsdichten Fügeverbindung 8 aushärten.
Um den Wärmeeintrag in den Fügebereich möglichst schnell einbringen zu können, wird vorzugsweise noch eine Druckkraft F in Richtung der vertikalen Achse 6 der Kapsel auf die Sonotrode 32 ausgeübt. Ferner kann die Wärme einfach und schnell durch Anpassung der Frequenz des Ultraschall-Generators 30 und einer Verfahrensdauer bestimmt werden. Bevorzugte Frequenzen liegen hier in einem Bereich von 20 bis 70 kHz.
Durch die Herstellung der fluiddichten Fügeverbindung 8 zwischen dem Kapselunterteil 21 und dem Kapseloberteil 22 kann eine Restfeuchte im Bereich der Fügeverbindung auf 10 bis 12 Gew.-% reduziert werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass der Wassergehalt nicht zu stark reduziert wird, um eine Versprödung einer Kapsel durch zu großen Wasserentzug zu vermeiden.
Nach Herstellen der fluiddichten Fügeverbindung 8 wird die Sonotrode 32 von dem Kapseloberteil 22 wieder zurückgefahren und die fluiddicht verschlossene Kapsel kann beispielsweise mittels eines Auswerfers aus der Aufnahme 4 entfernt werden.
5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung 1, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel die Ausnehmung 5` in der Sonotrode 32 kegelförmig ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich ein Linienkontakt zwischen der Sonotrode 32 und dem Kapseloberteil 22. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, sodass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010002604 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum flüssigkeitsdichten Verschließen einer Kapsel (2) mit einem Kapselunterteil (21) und einem Kapseloberteil (22), umfassend die Schritte: - Befüllen des Kapselunterteils (21) mit einem Produkt, insbesondere einem flüssigen Produkt, - Aufsetzen des Kapseloberteils (22) auf das befüllte Kapselunterteil (21), - Ausführen einer Relativrotation zwischen dem Kapselunterteil (21) und dem Kapseloberteil (22) zur Erzeugung von Wärme an einem Fügebereich (8) zwischen dem Kapselunterteil (21) und dem Kapseloberteil (22), um eine fluiddichte Verbindung (8) am Fügebereich herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Relativrotation zwischen dem Kapselunterteil (21) und dem Kapseloberteil (22) mittels Ultraschall erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verfahren ferner die Schritte umfasst: - Aufsetzen einer Sonotrode (32) einer Ultraschalleinheit (3) auf das Kapseloberteil (22) und - Hin- und Herrotieren der Sonotrode in einem vorbestimmten Drehwinkelbereich, wobei das Kapseloberteil (22) gemeinsam mit der Sonotrode gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei gleichzeitig mit dem Erzeugen der Relativrotation zwischen dem Kapselunterteil (21) und dem Kapseloberteil (22) eine vorbestimmte Kraft (F) in Axialrichtung (6) der Kapsel (2) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine Reibverbindung zwischen der Sonotrode (32) und dem Kapseloberteil (22) vorhanden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kapselunterteil (21) und/oder das Kapseloberteil (22) einen Wassergehalt in einem Bereich von 10 Gew.-% bis 20 Gew.-%, insbesondere 15 Gew.-%, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Sonotrode (32) in einem Frequenzbereich von 20 bis 70 kHz bewegt wird.
Vorrichtung zum fluiddichten Verschließen von Kapseln mit einem Kapselunterteil (21) und einem aufgesteckten Kapseloberteil (22), umfassend - eine Aufnahme (4) zum Aufnehmen des Kapselunterteils (21), - eine Vorrichtung (3) zur Erzeugung einer Relativrotation zwischen dem Kapselunterteil (21) und dem aufgesteckten Kapseloberteil (22) derart, dass Wärme in einen Fügebereich zwischen dem Kapselunterteil (21) und dem Kapseloberteil (22) erzeugt wird, um ein Anschmelzen der Fügeflächen am Kapselunterteil und/oder am Kapseloberteil zu erreichen, sodass nach Abkühlen des Kapselunterteils und des Kapseloberteils eine fluiddichte Verbindung (8) zwischen dem Kapselunterteil und dem Kapseloberteil vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung (3) zur Erzeugung einer Relativbewegung eine Ultraschalleinheit mit einem Ultraschallgenerator (30), einem Konverter (31) und einer Sonotrode (32) umfasst, wobei die Sonotrode (32) drehbar angeordnet ist und derart mit dem Konverter (31) verbunden ist, dass eine vom Konverter ausgeführte lineare Hin- und Herbewegung in eine reversible Hin- und Herdrehung der Sonotrode (32) umgesetzt wird und sich das Kapseloberteil (22) gemeinsam mit der Sonotrode dreht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei zwischen dem Konverter (31) und der Sonotrode (32) eine Reibverbindung vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Sonotrode (32) einen Zylinderbereich aufweist, welcher mit dem Konverter (31) direkt in Kontakt steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Sonotrode (32) eine Ausnehmung (5) aufweist, in welcher das Kapseloberteil (22) zumindest teilweise angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Ausnehmung (5) eine Form aufweist, welche einem Endbereich des Kapseloberteils (22) entspricht, insbesondere eine Kugelform oder wobei die Ausnehmung (5') eine Kegelform aufweist.