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Die
Erfindung betrifft eine zweilagige Muldentablette 8, umfassend
eine obere Lage 10 und eine untere Lage 11, welche
aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind und identische
seitliche und obere Grenzkonturen aufweisen, sowie ein Verfahren
zu seiner Herstellung.
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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.
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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.
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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.
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Die ältere deutsche
Patentanmeldung
DE 198
51 426 A1 offenbart ein Herstellungsverfahren für zweilagige
Muldentabletten, deren Unterphase durch Vorverpressen eines teilchenförmigen Vorgemisches
erhalten wird und eine plane, parallel zum Formkörperboden verlaufende Oberseite
aufweist.
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Mehrschichtige
Muldentabletten sind auch aus der deutschen Patentanmeldung
DE 198 22 973 A1 bekannt.
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Mehrschichtige
Seifenstücke
können
nach Lehre der europäischen
Patentanmeldung
EP
0 288 149 A2 durch Stapelung mit entsprechenden Stapelnocken
versehener einschichtiger Seifenstücke erhalten werden.
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Es
besteht daher ein technisches Bedürfnis, profilierte Prägeelemente
von Tablettierstempeln 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 dadurch gelöst,
daß ein
eingangs beschriebener Tablettierstempel so ausgeführt wird,
daß seine
ebenen Grundflächen
im Preßgang
walkbar und der Zapfen inkompressibel und zumindest adhäsionsreduzierend
beschichtet ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
Tablettierstempel, 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.
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In
einer Ausführungsform,
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 Matritze und eine Stabilisierung der Tablettenstruktur.
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Ganz
besondere Vorteile bei der Herstellung des Tablettierstempels und
der Standfestigkeit des Preßwerkzeuges
werden in einer Ausführungsform gewährleistet,
in der das Prägeelement
aus mehreren Einzelteilen besteht. Zweckmäßigerweise werden Umfang und
Zuschnitt der Einzelteile an den unterschiedlichen Materialien bzw.
Materialanforderungen orientiert. So ist die Einzelfertigung des
elipsoidförmigen
Zapfens aus inkompressiblem und an der Außenoberfläche zumindest adhäsionsreduzierend beschichtetem
Material, eines plattenförmigen
Elementes aus walkbarem Material für die Grundfläche und
eines ringförmigen
Elementes aus inkompressiblem Material für den Randstreifen eine vorteilhafte Abgrenzung
für die
Gestaltung der Einzelteile, die sich wegen ihrer unterschiedlichen
Materialien anbietet.
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Wie
weiter oben beschrieben, muß 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 verleihendem Überzug anhaftverhütende und
materialfressen-verhütende
Eigenschaften. Alternativ dazu hat sich auch eine Ausführungsform
für die
adhäsionsreduzierende
Beschichtung bewährt,
bei der das Grundbeschichtungsmaterial statt aus Nickel aus einer
Nickel-Phosphor-Legierung besteht.
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Als
weitere Alternative für
die Oberflächenbeschichtung
mit zumindest adhäsionsreduzierender Wirkung,
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 sind, und die hier gleichzeitig als Binder zur Fixierung
von Diamantpartikeln dient, die ihrerseits der Oberfläche die erforderliche
Härte verleihen.
Versuche mit diesen Oberflächenbeschichtungen
des Zapfens haben gezeigt, daß auch
bei sehr langen Standzeiten der Werkzeuge keine Materialanhaftungen
zu beobachten waren.
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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 Polyuretan-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.
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Die
erwähnten
und weitere Vorteile werden anschaulich verdeutlicht bei der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen,
die in der beigefügten
Zeichnung dargestellt sind. Darin zeigt
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1 den
Querschnitt durch einen Tablettierstempel;
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2 die
Draufsicht auf einen Tablettierstempel gemäß 1;
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3 die
schematische Explosions-Darstellung eines in Einzelteile zerlegten
Tablettier-stempels, dessen Konturen dem Stempel gemäß 1 ähnlich sind,
und
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4 schematisch
die geschnittene Seitenansicht einer Muldentablette, die mit einem
vorgeschlagenen Tablettierstempel hergestellt wurde.
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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 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. 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.
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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 Polyuretane, 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.
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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 angedeuted.
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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 dieser aus Randstreifen 5, davon eingeschlossener Grundfläche 3 und
von dieser umgeben ein Zapfen 4 gebildet wird. Um das Prägeelement 2 herum
ist der kreisförmige
Umriss der Preßstempelbasis zu
erkennen.
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In 3 ist
in schematischer Form dargestellt, wie ein Tablettierstempel 1,
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 elipsoidförmigen 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.
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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.
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In 4 ist
sehr stark vereinfacht der Querschnitt einer Muldentablette oder
eines Muldentab 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
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.
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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 um so 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.
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- 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