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Die Erfindung betrifft eine Kapselfüllmaschine für die Befüllung von Kapseln der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Zum Schlucken vorgesehene Kapseln werden auf Kapselfüllmaschinen mit ausgewähltem Füllgut befüllt. Hierzu werden die anfänglich lose aufeinander gesteckten Kapselober- und -unterteile voneinander getrennt. Anschließend wird das Kapselunterteil befüllt. Hierzu wir das rieselfähige Füllgut wie Pellets, Granulat, Pulver, Agglomerate aus Pulver oder dergleichen, insbesondere im Bereich der Pharmazie oder der Nahrungsergänzungsmittel, mittels einer Dosiereinrichtung in entsprechende vorbestimmte Mengen aufgeteilt und in das Kapselunterteil überführt. Nachfolgend wird das Kapseloberteil wieder verschlossen.
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Als Dosiereinrichtung werden häufig Walzendosierer eingesetzt, welche pulvrige Produkte in einzeln abgemessene Dosiermengen überführen. Unter Einwirkung von Unterdruck wird Pulver in Dosieröffnungen eingesaugt. Das Volumen der Dosieröffnungen gibt dabei das Volumen der Dosiermenge des Pulvers vor. Die solchermaßen gebildeten Dosiermengen werden dann aus den Dosieröffnungen ausgestoßen und in die Kapseln überführt.
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Nachteilig an Kapselfüllmaschinen mit derartigen Dosiereinrichtungen ist, dass das Füllgut in agglomerierter Form in die Kapseln abgefüllt wird. In dieser Form nimmt das Füllgut ein vergleichsweise großes Volumen ein, wodurch die Kapsel mit weniger Füllgut befüllt werden kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kapselfüllmaschine derart weiterzubilden, dass größere Mengen an Füllgut störungsfrei in die Kapseln überführt werden können.
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Die Aufgabe wird durch eine Kapselfüllmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Kapselfüllmaschine für die Befüllung von Kapseln umfasst mindestens eine Kapselaufnahme zur Aufnahme eines zur Befüllung geöffneten Kapselunterteils sowie eine auf die Kapselaufnahme wirkende Stoßvorrichtung.
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Die Stoßvorrichtung wirkt dabei klopfend auf die Kapselaufnahme. Der von der Stoßvorrichtung ausgehende Schlagimpuls wird über die Kapselaufnahme auf die Kapsel und das in der Kapsel befindliche agglomerierte Füllgut übertragen. Dabei wirkt der Schlagimpuls derart auf die Agglomerate, dass deren Grenzflächenkräfte überwunden werden und sich die Agglomerate wieder in Pulver auflösen. In anderen Worten wird die Kapselaufnahme derart durch die Stoßvorrichtung erschüttert, dass dadurch das Füllgut gegen die Kapselinnenseite schlägt und wieder zu Pulver verfällt. Die zwischen den Agglomeraten gebildeten Leervolumina werden durch das lose Pulver gefüllt, wodurch sich das Füllgut der Kapsel verdichtet. Zudem wird das Füllgut durch den Schlagimpuls und die daraus resultierende Erschütterung der Kapselaufnahme über den gesamten Querschnitt der Kapsel verteilt. Ein Anhäufen des Füllgutes inmitten der Kapsel kann somit vermieden werden. Folglich können größere Mengen an Füllgut in die Kapsel überführt werden.
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Es ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Stoßvorrichtung einen Stößel zum Klopfen gegen die Kapselaufnahme umfasst. Der Stößel wird vorzugsweise durch einen Nockenantrieb der Stoßvorrichtung angetrieben. Der Nockenantrieb wirkt in einer Erregerfrequenz periodisch auf den Stößel und beschleunigt diesen in Richtung der Kapselaufnahme. Der Stößel schlägt gegen die Kapselaufnahme und erzeugt einen gerichteten Schlagimpuls.
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Die Kapselaufnahme ist vorteilhaft elastisch gehalten. Durch die elastische Ausgestaltung der Halterung der Kapselaufnahme wird im Wesentlichen eine ungewollte Übertragung des Schlagimpulses auf Anbauteile der Kapselfüllmaschine vermieden. Somit wird übermäßigem Verschleiß der Kapselfüllmaschine vorgebeugt. Zudem wird durch die elastische Halterung ein Nachschwingen der Kapselaufnahme ermöglicht. Dies begünstigt die Pulverisierung der Agglomerate und damit die Verdichtung des Füllgutes. Die Kapselaufnahme ist vorzugsweise über einen Federarm, insbesondere über mindestens ein Federblech gehalten. Es ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Federarm als Parallelogramm-Arm aus zwei parallel zueinander angeordneten Federblechen ausgebildet ist. Die Längsachse der Kapselaufnahme wird bei Schwingungen der Kapselaufnahme durch die Anbindung über den Parallelogramm-Arm nicht geschwenkt. Dies begünstigt den Füllvorgang des Füllgutes in das Kapselunterteil.
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Es ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Stoßvorrichtung mit einer Erregerfrequenz angetrieben ist, wobei die Erregerfrequenz einer Eigenfrequenz der elastisch gehaltenen Kapselaufnahme entspricht. Somit können Resonanzen erzeugt werden, die zu erhöhten Vibrationen der Kapselaufnahme führen und die Pulverisierung der Agglomerate begünstigen.
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An der Kapselaufnahme ist vorzugsweise eine Klemmvorrichtung insbesondere in Form von Noppen zum Halten der Kapsel angeordnet. Die Noppen übertragen den Impuls des Stößels gezielt in das Kapselunterteil. Zudem ist die Kapselaufnahme durch die Noppen geklemmt, so dass ein ungewolltes Herausspringen des Kapselunterteils aus der Kapselaufnahme vermieden wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
- 1 in einer schematischen ausschnittsweisen Schnittdarstellung die erfindungsgemäße Kapselfüllmaschine mit Stoßvorrichtung, Kapselaufnahme und Dosiervorrichtung.
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Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kapselfüllmaschine 1. Die Kapselfüllmaschine 1 ist zum Befüllen von Kapseln mit Füllgut 6, insbesondere von Pulver oder dergleichen vorgesehen. Das trockene Füllgut 6 kann ein pharmazeutisches Füllgut oder beispielsweise auch ein Nahrungsergänzungsmittel sein. Anstelle der Kapseln können auch Blister oder ähnliche Zielbehälter eingesetzt werden.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst die Kapselfüllmaschine 1 eine Dosiervorrichtung 2, eine Kapselaufnahme 3 und eine Stoßvorrichtung 10. In einer nicht dargestellten Station der Kapselfüllmaschine 1 werden die anfänglich lose aufeinander gesteckten Kapseloberteile und Kapselunterteile 5 voneinander getrennt. Das Kapselunterteil 5 wird in der Kapselaufnahme 3 positioniert. Das Füllgut 6 wird mittels der Dosiervorrichtung 2 in entsprechende vorbestimmte Mengen aufgeteilt und in das Kapselunterteil 5 in Form von verdichteten Agglomeraten 29 überführt. Während des Befüllvorganges wirkt die Stoßvorrichtung 10 klopfend auf die Kapselaufnahme 3, wodurch sich die Agglomerate 29 im Kapselunterteil 5 wieder pulverisieren und eine volumeneffiziente Verteilung des Füllgutes 6 im Kapselunterteil 5 erfolgt. Anschließend wird das Kapselunterteil 5 wieder mit dem Kapseloberteil verschlossen und die Kapsel aus der Kapselaufnahme 3 ausgestoßen. Einzelne Baukomponenten der Kapselfüllmaschine 1 sind nachfolgend näher erläutert:
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Wie in 1 gezeigt, sind an der Kapselaufnahme 3 eine Einführbohrung 45 und eine an der Einführbohrung 45 angrenzende Aufnahmebohrung 46 ausgebildet. Die Einführbohrung 45 und die Aufnahmebohrung 46 weisen eine gemeinsame in Gewichtskraftrichtung verlaufende Längsachse 48 auf und sind somit zueinander koaxial angeordnet. Zwischen der Einführbohrung 45 und der Aufnahmebohrung 46 ist ein Anschlag 47 vorgesehen. Zum Befüllen befindet sich das Kapselunterteil 5 in der Einführbohrung 45 und ist entgegen der Schwerkraft an dem Anschlag 47 abgestützt. Ferner sind in der Einführbohrung 45 Noppen 4 angeordnet. Die Noppen 4 bewirken eine Klemmung des Kapselunterteils 5 sowie eine effizientere Übertragung des vom Stößel 11 ausgehenden Schlagimpulses von der Kapselaufnahme 3 auf das Kapselunterteil 5. Im Ausführungsbeispiel sind an der Einführbohrung 45 zwei Noppen 4 ausgebildet, wobei eine andere Anzahl an Noppen 4 ebenfalls zweckmäßig sein kann.
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Die Kapselaufnahme 3 ist mittels eines Federarms 7 elastisch gelagert. Dadurch kann die Kapselaufnahme 3 durch die Stoßvorrichtung 10 zum Schwingen angeregt werden, wodurch die Pulverisierung der Agglomerate 29 begünstigt wird. Im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Federarm 7 als ein Parallelogramm-Arm mit zwei parallel zueinander verlaufenden Federblechen 8 ausgebildet. Durch den Parallelogramm-Arm ist die Kapselaufnahme 3 derart gehalten, dass bei auftretenden Schwingungen an der Kapselaufnahme 3 ein Schwenken der Längsachse 48 vermieden werden kann. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Befüllung des Kapselunterteils 5 mit entsprechendem Füllgut 6 aus. Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei der Befüllung des Kapselunterteils 5 das Füllgut 6 vollständig in das Kapselunterteil 5 überführt wird. In einem alternativen, ebenfalls erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann es zweckmäßig sein, die Halterung der Kapselaufnahme 3 in Form eines anderen Federelementes, beispielsweise als ein einzelnes Federblech 8, auszubilden. Zudem sind durch die elastische Aufhängung der Kapselaufnahme 3 weitere Anbauteile der Kapselfüllmaschine 1 von den Stößen der Stoßvorrichtung 10 entkoppelt, wodurch ungewollte Schäden an der Kapselfüllmaschine 1 vermieden werden können.
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Wie in 1 gezeigt, ist die Dosiervorrichtung 2 als ein Walzendosierer 16 ausgeführt, welcher zur Erzeugung einzelner Dosiermengen des pulvrigen Füllgutes 6 und zur Überführung solcher einzelner Dosiermengen in das Kapselunterteil 5 dient. Der Walzendosierer 16 umfasst einen Produktvorrat 17 und eine Dosierwalze 18. Im trichterförmigen Produktvorrat 17 wird das Füllgut 6 zur Abmessung bereitgehalten. Mittels der Dosierwalze 18 werden aus dem Produktvorrat 17 Teilmengen des Füllgutes 6 entnommen und daraus volumetrisch exakt definierte Dosiermengen gebildet. Umfangsseitig weist die Dosierwalze 18 mindestens eine Dosieröffnung 19 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Dosierwalze 18 mit vier Dosieröffnungen 19 versehen. Die Dosieröffnungen 19 sind in gleichen Winkelabständen, im Ausführungsbeispiel in 90° zueinander positioniert. In Umfangsrichtung können aber auch abweichende Anzahlen von Dosieröffnungen 19 zweckmäßig sein.
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Die Dosierwalze 18 weist einen zentralen Spannkern 20 mit radialem Abstand umschließenden Walzenmantel 21 auf. Der Walzenmantel 21 ist ein hohlzylindrischer Mantelkörper. Die Dosieröffnung 19 ist als den Walzenmantel 21 radial durchgreifende Bohrung mit kreisförmigem Grundriss ausgebildet. Es können aber auch andere Grundrissformen, beispielsweise rund, oval, viereckig, rechteckig oder quadratisch, zweckmäßig sein. Radial nach innen, also an einer Innenseite 22 des Walzenmantels 21 ist die Dosieröffnung 19 mittels eines Filterelements 23 begrenzt, welches in Größe und Form dem Querschnitt der Dosieröffnung 19 entspricht und deren Boden bildet. Korrespondierend zur Anzahl der oben genannten Dosieröffnungen 19 weist der Spannkern 20 eine Anzahl von achsparallel zur Drehachse 24 verlaufenden Aufnahmenuten 40 auf, in denen je eine Filterleiste 25 gehalten ist. Zwischen der Filterleiste 25 und der Innenseite 22 des Walzenmantels 21 ist eine Dichtung 26 angebracht.
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In den Filterleisten 25 ist je ein verzweigter Druckkanal 27 ausgebildet, welcher durch die Filterelemente 23 hindurch in korrespondierende Dosieröffnungen 19 hineinmündet. Die Dosierwalze 18 ist um ihre Drehachse 24 drehbar gelagert und mit einem zugehörigen, hier nicht dargestellten Drehantrieb versehen. Im Betrieb wird die Dosierwalze 18 getaktet gedreht, wobei die einzelnen Dosieröffnungen 19 mit mindestens zwei Takten zyklisch in einer in Gewichtskraftrichtung oberen und in einer Gewichtskraftrichtung unteren Ausstoßposition zu liegen kommen. Anstelle einer getakteten Bewegung kann auch eine kontinuierliche Drehung zweckmäßig sein.
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In einer oberen Füllposition 30 wird die jeweilige Dosieröffnung 19 mit dem pulvrigen Produkt unter Bildung einer Dosiermenge aus dem Produktvorrat 17 heraus befüllt. In einer nachfolgenden ersten Zwischenposition 31 kann optional eine Füllstandskontrolle vorgenommen werden. In der unteren Ausstoßposition 32 wird die Dosiermenge aus der Dosieröffnung 19 ausgestoßen und dem Kapselunterteil 5 zugeführt. Die nunmehr entleerte Dosieröffnung 19 wird zu einer zweiten Zwischenposition 33 weiterbewegt und kann dort optional beispielsweise durch Ausblasen gereinigt werden. Durch den herrschenden Unterdruck stellt sich ein Verdichtungsgrad des pulvrigen Produktes ein, wobei beim Ausstoß der Dosiermenge das Füllgut 6 als Agglomerat 29 in das Kapselunterteil 5 überführt wird.
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Um das Kapselunterteil im Wesentlichen vollständig zu befüllen, sind mehrere Dosiermengen notwendig. Die aufeinander liegenden, gestapelten Agglomerate 29 weisen eine vergleichsweise geringe Fülldichte auf, welche auf die zwischen den Agglomeraten 29 entstehenden Leervolumina zurückzuführen ist. Um auch diese Leervolumina zu befüllen, sind die Agglomerate 29 wieder in die pulvrige Form überzuführen. Hierzu dient die nachfolgend beschriebene Stoßvorrichtung 10.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst die Stoßvorrichtung 10 einen Stößel 11. Der Stößel 11 ist in einer Stößelführung 15 linear geführt. Die Stoßvorrichtung 10 umfasst zudem einen den Stößel 11 antreibenden Nockenantrieb 12. Der Nockenantrieb 12 umfasst ein um eine Drehachse 35 drehbares Nockenrad 13 mit mindestens einer Nocke 14. Im Ausführungsbeispiel sind am Nockenrad 13 zwei Nocken 14 ausgebildet, wobei auch eine andere Anzahl an Nocken 14 zweckmäßig sein kann. Das Nockenrad 13 ist von einem nicht dargestellten Antriebsmotor angetrieben. Der Stößel 11 liegt unter Wirkung der Schwerkraft auf einer Umfangsseite 41 des Nockenrads 13 auf. Bei Drehung des Nockenrads 13 um die Drehachse 35 wird der Stößel 11 durch die Nocken 14 translatorisch in Richtung zur Kapselaufnahme 3 bewegt. Dabei stößt der Stößel 11 gegen die Unterseite 42 der Kapselaufnahme 3 und bewirkt einen Schlagimpuls auf die Kapselaufnahme 3. Der Schlagimpuls wirkt über die Kapselaufnahme 3, das Kapselunterteil 5 auf das Füllgut 6. Das Füllgut 6 liegt unmittelbar nach der Überführung in das Kapselunterteil 5 als Agglomerat 29 vor. Die Agglomerate 29 werden durch den Schlagimpuls in dem Kapselunterteil 5 derart erschüttert, dass deren Grenzschichtkräfte überwunden werden und die Agglomerate 29 wieder in eine Pulverform übergehen. Die von den Agglomeraten 29 gebildeten Zwischenvolumina werden durch das in Pulverform vorliegende Füllgut 6 verschlossen, wodurch der Gesamtinhalt des Kapselunterteils 5 verdichtet wird. Weiteres Füllgut 6 in Form von dosierten Teilmengen als Agglomerate 29 können in das Kapselunterteil 5 nachgefüllt werden. Da die Kapselaufnahme 3 elastisch gehalten ist, wird diese durch die Schlagimpulse der Stoßvorrichtung 10 zusätzlich zum Schwingen angeregt. Die Schwingungen wirken auf die Agglomerate 29. Dabei begünstigen diese die Pulverisierung der Agglomerate 29 sowie die Verteilung des pulverisierten Füllgutes im Kapselunterteil 5.
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Aus der Drehgeschwindigkeit des Nockenrads 13 und der Anzahl der Nocken 14 ergibt sich eine Erregerfrequenz, mit welcher die Stoßvorrichtung 10 auf die Kapselaufnahme 3 wirkt. Bei besonders hoher Drehgeschwindigkeit kann es zweckmäßig sein, den Stößel 11 durch ein nicht dargestelltes Federelement gegen die Umfangsseite 41 des Nockenrads 13 vorzuspannen. Dadurch kann der Kontakt zwischen dem Stößel 11 und der Umfangsseite 41 des Nockenrads 13 sichergestellt und eine periodische Erregerfrequenz gewährleistet werden. Im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weist die elastisch gehaltene Kapselaufnahme 3 eine Eigenfrequenz auf. Zur Erzeugung möglichst großer Schwingungen entspricht die Erregerfrequenz des Nockenradantriebs 12 der Eigenfrequenz der Kapselaufnahme 3. Dadurch wird eine Resonanz erzielt, welche zu besonders hohen Schwingungen der Kapselaufnahme 3 führt. Die erhöhten Schwingungen bewirken Erschütterungen der Agglomerate 29 in dem Kapselunterteil 5, die sich vorteilhaft auf die Pulverisierung der Agglomerate 29 auswirken können.
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Im Ausführungsbeispiel übt der Stößel 11 vertikal verlaufende Stöße auf die Kapselaufnahme 3 in Richtung des Pfeils 9 aus. Es kann auch zweckmäßig sein, die Stoßvorrichtung 10 derart zu gestalten, dass diese in eine andere Stoßrichtung, beispielsweise in eine horizontale Richtung auf die Kapselaufnahme 3 wirkt.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren mit der Kapselfüllmaschine 1 für die Befüllung von Kapseln, wobei die Kapselfüllmaschine 1 mindestens eine Kapselaufnahme 3 zur Aufnahme eines zur Befüllung geöffneten Kapselunterteils 5 und eine auf die Kapselaufnahme 3 wirkende Stoßvorrichtung 10 umfasst, umfassend die nachfolgenden Schritte:
- • Befüllung des in der Kapselaufnahme 3 angeordneten Kapselunterteils 5 mit Füllgut 6,
- • Klopfen der Stoßvorrichtung 10 gegen die Kapselaufnahme 3 und
- • erneutes Befüllen des Kapselunterteils 5 mit Füllgut 6.
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Es kann zweckmäßig sein, den Befüllvorgang des Kapselunterteils 5 mit Füllgut 6 und das Klopfen der Stoßvorrichtung 10 gegen die Kapselaufnahme 3, abwechselnd mehrfach zu wiederholen, bis das Kapselunterteil 5 mit der vorgegebenen Füllmenge befüllt ist.
