-
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Tablettierstempels zur Herstellung von Wasch-, Spül-, Reinigungs- und Waschhilfsmitteltabletten, dessen Prägeelement einen von einer ebenen Grundfläche umgebenen Zapfen aufweist. Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung von Preßwerkzeugen zur Herstellung von Wasch-, Spül-, Reinigungs- und Waschhilfsmitteltabletten, mit denen Muldentabletten oder Mulden-Tabs hergestellt werden. Dabei wird in die obere Seite einer großvolumigen Tablette eine Mulde eingeprägt, die in einem anschließenden Konfektioniergang mit einem anderen Material befüllt, insbesondere ausgegossen werden kann.
-
Mulden-Tabs werden insbesondere aus Substanzen hergestellt, die in Kombination mit anderen Substanzen wirksam werden. Häufig ist dabei die Situation gegeben, daß die unterschiedlichen Substanzen dann ihre Wirkung am vorteilhaftesten entfalten, wenn sie in genau definierter Folge während der Anwendung in Lösung gehen, um in gelöster Form zusammenwirken zu können. Ein häufiges Anwendungsgebiet für diese Art der Wirkmittelzugabe ist das maschinelle Geschirrspülen. Um dem Anwender das Portionieren der Spülhilfsmittel oder allgemeiner der Wasch-, Spül-, Reinigungs- und Waschhilfsmittel zu erleichtern, werden die auf die Maschinenkapazität abgestimmten Zugabemengen zu Tabletten verpreßt.
-
Pulverförmige oder körnige Wirkmittel, die wegen der vorbeschriebenen effektiveren Wirkungsentfaltung getrennt zugegeben werden sollen, werden dabei in diskreten Lagen übereinander verpreßt. Wenn eines oder mehrere der Kombinations-Wirkmittel ursprünglich in pastöser oder flüssiger, beispielsweise geschmolzener Form vorliegen, die für eine Verpressung ungeeignet ist, stellt die Einformung einer Mulde in die Tablettenoberfläche eine bewährte Form für die Gestaltung einer sämtliche gewünschten Substanzen einer Wirkmittel-Kombination aufnehmenden Tablette dar. In diese Mulde können die flüssigen, geschmolzenen und/oder pastösen Wirkmittel eingegeben werden und darin nach der Befüllung verfestigen.
-
Für das Preßwerkzeug führt das zu ganz besonderen Problemen, da die Tablettenoberfläche nicht eben, sondern profiliert ist. Daraus ergeben sich für die verschiedenen Oberflächengeometrien des entsprechenden Prägeelementes unterschiedliche Druck- und Abrasionsverhältnisse. Da die Neigung zum Anhaften von zu verpressenden Substanzen am Prägeelement unter anderem vom spezifischen Flächendruck und den von der Oberflächengeometrie bestimmten Druckvektoren abhängig ist, neigen bestimmte Teile eines Prägeelement-Profils besonders zu Anhaftungen oder Anbackungen. Solche Anhaftungen führen in der Abfolge vieler Pressungen zu sich steigernden Rauhigkeiten der Tablettenoberflächen an den entsprechenden Stellen, die zu Abweichungen in den Mengenanteilen der Substanzen und zudem zum Tablettenbruch führen können. Bricht eine Tablette in der Tablettierpresse, führt dies zu erheblichen Beeinträchtigungen des Herstellungsprozesses.
-
Das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht darin, profilierte Prägeelemente von Tablettierstempeln, die zur Herstellung von Wasch-, Spül-, Reinigungs- und Waschhilfsmitteltabletten verwendet werden, so zu gestalten, daß ihre Oberflächen haftvermeidende oder zumindest anhaftreduzierende Eigenschaften aufweisen und ihre Oberfläche derart gestaltet ist, daß die damit hergestellte Tablette eine ausreichende mechanische Stabilität aufweist. Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein eingangs beschriebener Tablettierstempel, der zur Herstellung von Wasch-, Spül-, Reinigungs- und Waschhilfsmitteltabletten verwendet wird, so ausgeführt wird, daß seine ebenen Grundflächen im Preßgang walkbar und der Zapfen inkompressibel und zumindest adhäsionsreduzierend beschichtet ist.
-
Das zu Tabletten zu verpressende, meist pulverförmige oder feinkörnige Material wird, wenn nicht besonders aufwendige und die Produktion behindernde Vorkehrungen für eine spezielle Verteilung getroffen werden, bei Einfüllen in der Preßmatrize etwa gleichmäßig verteilt. Dies hat zur Folge, daß das Material an den Stellen, an denen das Profil des Prägeelements die höchsten Erhebungen aufweist, am stärksten komprimiert werden muß. Obwohl das zu verpressende Material den höchsten Druckspitzen durch eine Bewegung in Richtung der weniger hoch beanspruchten Bereiche auszuweichen versucht, treten in den Bereichen der höchsten Profilerhebungen auch die höchsten spezifischen Flächendrücke auf.
-
Besteht das Profil des Prägeelements aus einer ebenen Fläche, beispielsweise der Grundfläche, die einen beispielsweise ellipsoidförmigen Zapfen umgibt, sind die höchsten Flächenbelastungen am Zapfen, und daran in der Ellipsoid-Kuppe zu erwarten. Im Bereich der Kuppe hat die Fläche nur ganz geringe Neigungswinkel in Bezug auf die Grundflächenebene. Diese Neigungswinkel nehmen definitionsgemäß in Richtung zur Ellipsoid-Basis zu und sind beim Übergang in die umgebende Grundfläche am größten. Die Preßkraft wirkt senkrecht zur Grundflächenebene und zum Flächenelement im Mittelpunkt der Ellipsoid-Kuppe. Mit steigendem Abstand von diesem Mittelpunkt-Element ist die Preßkraft auf eine zunehmend geneigte Fläche gerichtet, so daß die Preßkraft in eine entsprechend kleiner werdende, senkrecht auf dem jeweiligen Flächenelement stehende Kraftkomponente und eine wiederum senkrecht darauf gerichtete Kraftkomponente aufgeteilt wird. Diese Querkräfte wirken quasi tangential. Die senkrecht zur Normalkraft stehenden Kraftkomponenten sind ein Maß für die Scher- und Abrasionskräfte, die an der Grenzfläche zwischen Zapfen und zu verpressendem Material wirken. Unter anderem wegen dieser Abrasionskräfte muß der ellipsoidförmige Zapfen aus einem sehr harten, inkompressiblen Material hergestellt sein.
-
Die Anhaftneigung des zu verpressenden Materials auf der Oberfläche des Preßstempels wird unter anderem von den spezifischen Flächendrücken zwischen dem zu verpressendem Material und der Stempeloberfläche sowie von der Oberflächenstruktur bestimmt. Hat die Oberfläche des Preß- oder Tablettierstempels beispielsweise reibungsvermindernde oder schmierende bzw. gleitfördernde Eigenschaften, wird dadurch die Haftneigung verhindert oder zumindest vermindert.
-
Wie schon erwähnt, sind die Preßkräfte senkrecht auf die ebene Grundfläche gerichtet. Da die ebene Grundfläche die niedrigste Höhe im Profil des Prägeelements darstellt, ist in diesem Bereich die geringste Kompression des zu verpressenden Materials gegeben. Dies führt dazu, daß im Bereich der Grundfläche auch geringere Flächendrücke zu erwarten sind als im Bereich des nach oben gewölbten Zapfens. Aus diesen Gründen muß das Material der Grundfläche auch nicht inkompressibel sein, zumal aus der Druckgeomentrie nur Normalkräfte zu erwarten sind.
-
Die Struktur von Schüttungen aus pulverförmigen oder feinkristallinen Substanzen ist zwar in Bezug auf größere Flächen oder Volumina als gleichförmig zu betrachten, im Mikrobereich jedoch durchaus unterschiedlich. Durch diese im Mikrobereich unterschiedlichen Dichteverhältnisse werden den an der Oberfläche des Grundflächenmaterials anstehenden gleichmäßigen Preßkräften unterschiedliche Widerstände des zu verpressenden Materials entgegengesetzt. Dies führt dazu, daß an im Mikrobereich beabstandeten Punkten an der Oberfläche unterschiedliche spezifische Drücke und demzufolge bei kompressiblen Material des Grundflächenelements geringstfügig unterschiedliche Verformungen des Materials auftreten. Diese hier als Walken bezeichnete Erscheinung hat das Entstehen von unterschiedlichen Normal- und Querkräften an der Materialoberfläche zur Folge, wodurch die Neigung zum Anhaften von Material an der Oberfläche des Prägeelements im Bereich der Grundfläche verhindert oder zumindest weitestgehend vermindert wird.
-
Ein Tablettierstempel, der zur Herstellung von Wasch-, Spül-, Reinigungs- und Waschhilfsmitteltabletten verwendet wird und dessen Prägeelement in der beschriebenen Form ausgeführt ist, ist in vorteilhafter Weise anhaftverhütend oder zumindest adhäsionsreduzierend. Mit einem solchen Preßwerkzeug können lange Werkzeugstandzeiten und einwandfreie Tablettenoberflächen erreicht werden.
-
In einer Ausführungsform der Verwendung, in der das Prägeelement des Tablettierstempels seitlich nicht von der Grundfläche begrenzt sein soll, und diese von einem im Wesentlichen gleichmäßigen, inkompressiblen Randstreifen umgeben ist, werden Rückwirkungen des Kompressions- und Verformungsgeschehens an der Matrizeninnenwand auf die kompressible Grundfläche ausgeschlossen. Eine nach außen ansteigende Abschrägung des Randstreifens bewirkt dabei in vorteilhafter Weise eine saubere Materialverteilung in der Matrize und eine Stabilisierung der Tablettenstruktur.
-
Wie weiter oben beschrieben, muß bei der Verwendung des Tablettierstempels die Beschichtung des Zapfens zugleich hart und widerstandsfähig gegen hohe Flächenbelastungen sein, zum anderen aber auch eine reibungsmindernde oder schmierende Eigenschaft aufweisen. Hierzu haben sich nickelhaltige Oberflächenbeschichtungen als sehr geeignet erwiesen, in denen feinste PTFE-Partikel (Teflon) eingeschlossen sind. Diese verleihen dem Überzug anhaftverhütende und materialfressen-verhütende Eigenschaften. Alternativ dazu hat sich auch eine Ausführungsform für die adhäsionsreduzierende Beschichtung der Verwendung bewährt, bei der das Grundbeschichtungsmaterial statt aus Nickel aus einer Nickel-Phosphor-Legierung besteht.
-
Als weitere Alternative für die Oberflächenbeschichtung mit zumindest adhäsionsreduzierender Wirkung für die Verwendung des Tablettierstempels, die aber auch ansonsten die Anforderungen an Härte und Beständigkeit erfüllt, hat sich eine Beschichtung aus Diamantpartikel enthaltendem Graphit bewährt. Dabei wird die Oberfläche des Zapfens mit einer Graphitlage beschichtet, die als schmierend oder gleitfördernd bekannt ist, und die hier gleichzeitig als Binder zur Fixierung von Diamantpartikeln dient, die ihrerseits der Oberfläche die erforderliche Harte verleihen. Versuche mit diesen Oberflächenbeschichtungen des Zapfens haben gezeigt, daß auch bei sehr langen Standzeiten der Werkzeuge keine Materialanhaftungen zu beobachten waren.
-
Die haftungsverhindernde oder zumindest haftungs- oder adhäsionsreduzierende Wirkung des walkbaren Materials für die Bildung der Grundfläche wurde vorstehend beschrieben.
-
In Versuchen hat sich gezeigt, daß beispielsweise mit dem Polyurethan-Werkstoff Vulkollan oder dem PVC-Werkstoff Mipolam sehr gute Ergebnisse erzielt werden konnten. Über Einsatzzeiten von mehreren tausend Pressungen wurden keinerlei Anhaftungen an dem Grundflächenmaterial festgestellt.
-
Die erwähnten und weiteren Vorteile werden anschaulich verdeutlicht bei der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. Darin zeigt
-
1 den Querschnitt durch einen Tablettierstempel;
-
2 die Draufsicht auf einen Tablettierstempel gemäß 1;
-
3 die schematische Explosions-Darstellung eines in Einzelteile zerlegten Tablettierstempels, dessen Konturen dem Stempel gemäß 1 ähnlich sind, und
-
4 schematisch die geschnittene Seitenansicht einer Muldentablette, die mit einem vorgeschlagenen Tablettierstempel hergestellt wurde.
-
In 1 ist der Tablettierstempel 1 in geschnittener Seitenansicht dargestellt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel hat einen Zapfen 4 in Form eines Halbellipsoiden und eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche 3. Darin sind deutlich zu erkennen die Grundfläche 3, der um die Grundfläche 3 herum angeordnete Randstreifen 5 und der von der Grundfläche umgebene Zapfen 4, der hier als halbes Elipsoid ausgebildet ist. Auf dem Zapfen 4 ist eine Oberflächenbeschichtung 12 erkennbar. Der Tablettierstempel 1, der zur Herstellung von Wasch-, Spül-, Reinigungs- und Waschhilfsmitteltabletten verwendet wird, weist im Stempelkörper und – schaft Justier- und Zentrierbohrungen 7 auf, die seine exakte Ausrichtung in Bezug auf die Tablettierpresse und die komplementären Tablettierwerkzeuge ermöglichen. Bei der dargestellten Ausführungsform des Tablettierstempels 1 handelt es sich um einen Oberstempel. Dies entspricht der bevorzugten Ausführungsform der Verwendung. Randstreifen 5, Grundfläche 3 und Zapfen 4, die zusammen das Prägeelement 2 bilden, stehen beim Preßvorgang mit dem zu verpressenden Material in Berührung. Um ein Anhaften des zu verpressenden Materials zu vermeiden oder zumindest zu vermindern, ist die Oberfläche des Zapfens 4 mit einer Antihaftschicht 12 beschichtet.
-
Auf der Grundfläche 3 wird das Anhaften von zu verpressendem Material dadurch verhindert, daß das Material der Grundfläche aus einem sehr festen und glatten, aber walkbaren Werkstoff hergestellt wird. Geeignete Werkstoffe hierfür sind beispielsweise Polyurethane, vorzugsweise Vulkollan, und PVC-Werkstoffe, beispielsweise Mipolam. Das Material des Randstreifens 5 ist inkompressibel und die abgeschrägte Oberfläche sehr glatt. Ihre anhaftverhindernde Ausgestaltung kann beispielsweise durch eine Hartverchromung oder durch eine Oberflächenbeschichtung mit Ni-PTFE, Ni-P-PTFE oder C-Diamant unterstützt werden.
-
Die Schicht 12, mit der die Oberfläche des Zapfens 4 und ggf. des Randstreifens 5 zum Zwecke der Verhinderung oder zumindest der Verminderung des Anhaftens von zu verpressendem Material beschichtet ist, muß zumindest zwei Eigenschaften aufweisen. Sie muß hart und inkompressibel sein, ähnlich dem Grundmaterial des Zapfens, und zum anderen die Gleitung zwischen dem Zapfen und dem zu verpressenden Material unterstützen oder erleichtern. Diese Gleiteigenschaften sind zur Vermeidung von Anhaftungen besonders wichtig, damit die aufgrund der Neigung gegenüber der Ausrichtung der Preßkraft quasi tangential angreifenden Querkräfte eine in Richtung dieser Querkräfte gerichtete Materialbewegung im Mikrobereich unterstützen oder zumindest nicht behindern. Durch diese Relativbewegungen im Mikrobereich wird der Anhaftung des zu verpressenden Materials entgegengewirkt. Die alternative Beschichtung auch des Randstreifens 5 mit der Schicht 12 ist durch die gestrichelte Darstellung angedeutet.
-
In 2 ist die Draufsicht auf den Tablettierstempel 1 gemäß 1 dargestellt. Deutlich zu erkennen ist die im Wesentlichen rechteckige, aber an den Ecken abgerundete Form des Prägeelementes 2, das aus Randstreifen 5, davon eingeschlossener Grundfläche 3 und von dieser umgebendem Zapfen 4 gebildet wird. Um das Prägeelement 2 herum ist der kreisförmige Umriss der Preßstempelbasis zu erkennen.
-
In 3 ist in schematischer Form dargestellt, wie ein Tablettierstempel 1, der zur erfindungsgemäßen Verwendung geeignet ist und der dem in 1 und 2 dargestellten Tablettierstift ähnlich ist, in Einzelteile gegliedert werden kann. Im schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel sind ein pilzförmiges Teil mit einem Kopf in Form des elipsoidformigen Zapfens 4 und eine ringförmige Lage 6, deren nichtabgedeckten äußeren Oberflächenteile die Grundfläche 3 bilden, und ein Rahmenelement, dessen äußere Begrenzung durch eine Wand gebildet wird, deren oberer Teil dem Randstreifen 5 entspricht, die Einzelteile. Diese hier in explodierter Form dargestellten Einzelteile bilden in zusammengefügter Form den Tablettierstempel 1 mit dem Prägeelement 2.
-
Diese Ausführungsform ist so konzipiert, daß die Teile, an die unterschiedliche Oberflächenanforderungen gestellt sind, mit unterschiedlichen Materialien oder Materialbearbeitungen jeweils als ein Einzelteil ausgebildet sind. Auf diese Weise können die unterschiedlichen Anforderungsprofile an die verschiedenen Teile des Prägeelements 2 in einfacher und technisch klar beherrschbarer Form dargestellt werden. Die Einzelteile werden in zusammengefügter Form gegeneinander verriegelt, so daß die Unverrückbarkeit und die Stabilität des Tablettierstempels 1 gewährleistet ist.
-
In 4 ist sehr stark vereinfacht der Querschnitt einer Muldentablette oder eines Muldentabs 8 gezeigt. Das hier dargestellte Muldentab 8 ist aus zwei unterschiedlichen Materialien hergestellt, die getrennt voneinander verpresst wurden und in den beiden Schichten, der unteren Lage 11 und der oberen Lage 10, deutlich zueinander abgegrenzt erkennbar sind. Da beide Lagen 10, 11 mit demselben Preßwerkzeug, das heißt in derselben Matrize, in die nacheinander zunächst das Material der unteren Lage 11 und vor dem zweiten Preßgang das Material der oberen Lage 10 eingefüllt wurde, und mit demselben zur erfindungsgemäßen Verwendung geeigneten Tablettierstempel 1 hergestellt sind, haben beide Lagen 10, 11 identische seitliche und obere Grenzkonturen. Dabei sind die durch den Randstreifen 5 des Prägeelements 2 und eine entsprechende Profilierung der nicht dargestellten Matritze gebildeten Facetten 13 deutlich erkennbar.
-
Sehr anschaulich ist an der oberen Grenzkontur auch nachvollziehbar, daß die Kompression des zu verpressenden Materials, das in etwa gleichmäßiger Höhe in die Preßmatrize eingefüllt wird, entsprechend der Profilierung des Prägeelementes 2 sehr unterschiedlich ist. Die geringste Kompression erfolgt im Bereich der Grundfläche 3. In diesem Bereich treten zudem die Preßkräfte senkrecht auf die Oberfläche auf. Eine größere Kompression erfolgt im Bereich des Randstreifens 5 und des Zapfens 4, wobei die Kompression umso größer ist, je weiter die Teile des Prägeelements 2 in Richtung der Preßkraft vorstehen. Dabei steht die Preßkraft nur genau im Mittelpunkt des Zapfens beziehungsweise im Mittelpunkt der durch den Zapfen 4 im zu verpressenden Material gebildeten Mulde 9 exakt senkrecht auf dem zu verpressenden Material. In allen anderen Bereichen wird die Preßkraft in einen senkrecht auf der abgeschrägten Fläche stehenden Normalkraft- und in einen Querkraftanteil aufgeteilt. Dieser ist quasi tangential ausgerichtet und bewirkt eine gewisse Scherbeanspruchung auf das zu verpressende Material. Bei der Konfektionierung des Muldentabs 8 wird die Mulde 9 nach dem Preßvorgang mit einer dritten Substanz befüllt, die entweder pastenförmig oder flüssig beziehungsweise geschmolzen eingefüllt wird und in der Mulde erstarrt beziehungsweise sich verfestigt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Tablettierstempel
- 2
- Prägeelement
- 3
- Grundfläche
- 4
- Zapfen
- 5
- Randstreifen
- 6
- ringförmige Lage
- 7
- Justier- und Zentrierbohrung
- 8
- Muldentab
- 9
- Mulde
- 10
- obere Lage
- 11
- untere Lage
- 12
- Oberflächenbeschichtung
- 13
- Facette
