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Tablettenmaschine mit Vorrichtung zur Messung der Presskraft und Ausstosskraft
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tablettenmaschinen mit einer Vorrichtung
zur Messung der Presskraft von Ober-und Unterstempel beim Pressen der Tablette sowie
der Ausstosskraft beim Ausschieben der Tablette.
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Die beim Pressvorgang auf den Pressling ausgeübte Kraft ist einerseits
von Bedeutung für die mechanische Beschaffenheit der gepressten Tablette und andererseits
für die Beanspruchung der Maschine. Bei einer zu schwachen Presskraft fehlt der
Tablette die erforderliche Festigkeit, bei einer zu starken Presskraft leidet die
Maschine unter einem starken Verschleiss. Die Presskraft hängt auch von der Art
des zu pressenden Materials ab.
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Wichtig ist ferner die Kenntnis, der Kraft, die erforderlich ist,
um die gepresste Tablette aus der Pressmatrize herauszudrücken.
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Diese Kraft ist ein Mass für die Wandreibung der Tablette in der Matrize
und gibt daher auch Auskunft über die Beschaffenheit und Erneuerungsbedürftigkeit
der Matrize. Ferner ist die Wandreibungskraft
von Bedeutung für
die unterschiedliche Festigkeit der Tablette an ihrer Ober- und Unterseite. Da beim
Pressvorgang der Oberstempel vonNoben her in die Matrize drückt und der Unterstempel
lediglich als Widerlager wirkt, wird der auf den unteren Teil der Tablette ausgeübte
Druck um so stärker vermindert,. je grösser die Wandreibung ist. Die genaue Kenntnis
und ständige Kontrolle der beim Pressvorgang ausgeübten Press- und Ausstosskräfte
ist daher von grosser Bedeutung.
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Es ist bereits bekannt, die Presskraft mittels Druckmessdosen zu messen.
Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, auch die Ausstosskraft mittels einer Druckmessdose
zu messen. Die Verwendung von Druckmessdosen, die in den Kraftverlauf eingefügt
werden müssen, hat einmal den Nachteil, dass der mechanische Aufbau relativ kompliziert
ist. Die in den Druckmessdosen entstehenden Drücke müssen über Rohrleitungen auf
Manometer übertragen werden. Ein weiterer Nachteil der Druckmessdosen besteht darin,
dass die Messergebnisse nicht sehr genau sind Der vorliegenden Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der beim Pressvorgang auf den Pressling
ausgeübten Kräfte zu entwickeln, die im Aufbau einfacher ist und genauere Messergebnisse
liefert als die bekannten bzw. bereits vorgeschlagenen Mes svorrichtungen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Tablettenmaschine vorgeschlagen
mit einer Vorrichtung zur Messung der Presskraft von Obe r- und Unterstempel beim
Pressen der Tablette sowie der Ausstosskraft beim Ausstossen der Tablette, die dadurch
gekennzeichnet ist, dass Ober- und/oder Unterkolben mit je einer Bohrung
versehen
sind, in der einMessdorn eingepasst ist, der mit seinem der Matrize abgewandten
Ende sich in dem Ober- bzw.
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Unterkolben abstützt, dessen mittlerer axialer Teil einen Aussendurchmesser
hat, der kleiner als der Durchmesser der Kolbenbohrung ist und mit Dehnungsmeßstreifen
belegt ist, und dessen der Matrize zugewandtes Ende den Ober- bzw. Unterstempel
aufnimmt.
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Gemäss der Erfindung kann der Messdorn in seinem verjüngten axialen
Bereich mit einer Innenbohrung versehen sein. Durch den verjüngten Aussendurchmesser
und die Innenbohrung besteht der mittlere Teil des Messdornes aus einem relativ
dünnwandigen Zylinder. Auf diese Weise wird erreicht, dass auch oei kleinen Presskräften
eine relativ starke Materialdehnung und damit ein relativ starkes Ansprechen der
Dehnungsmeßstreifen stattfindet.
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Entsprechend den zu erwartenden Presskräften kann die Innenbohrung
des Messdornes grösser oder kleiner gehalten werden.
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Je geringer die zu erwartenden Kräfte sind, um so dünner muss die
Wand des mittleren zylindrischen Teiles des Messdornes sein.
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Die Befestigung des Messdornes in den Kolbenbohrungen kann durch eine
Axialschraube vorgenommen werden.
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Der Messdorn kann mit zwei Dehnungsmeßstreifen versehen sein; die
um 1800 radial gegeneinander versetzt sind. Auf diese Weise können durch entsprechende
Einfügung der beiden Dehnungsmeßstreifenwiderstände in eine elektrische Mes sbrücke
Messfehler eliminiert werden, die durch eine unterschiedliche Dehnung oder Stauchung
gegenüberliegender Wandteile des Messdornes auftreten können. Ausser diesem Paar
von Deimungsmeßstreifen kann ein zweites Paar von Dehnungsmeßstreifen vorgesehen
sein, wobei
diese Streifen mit ihrer ansprechempfindlichen Richtung
nicht in Längsrichtung, sondern radial und einander gegenüberliegend um den Messdorn
angeordnet sind. Auf diese Weise werden durch Zusammenschaltung der vier Dehnungsmeßstreifen
in einer Messbrücke Temperatureinflüsse ausgeschaltet, die andernfalls zu Fehlanzeigen
führen würden.
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Bei Verwendung in Exzenterpressen werden erfindungsgemäss die Messdorne
und der Ober- und Unterkolben mit Zuführungskanälen für die Anschlusskabel der Dehnungsmeßstreifen
versehen.
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Bei Verwendung von Rundlaufpressen, bei denen sich die Kolben mit
den Stempeln auf einer Kreisbahn bewegen, sind gemäss der Erfindung am feststehenden
Maschinenteil ortsfeste Schleifringsegmente vorhanden und die elektrischen Anschlüsse
der Dehnungsmeßstreifen sind an umlaufende federnde Kontakte angeschlossen, die
beim Vorbeilaufen des SchleifringseRentes mit diesen elektrisch leitende Verbindungen
bilden.
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Die Messdorne können so bemessen sein, dass sie sowohl im Oberkolben
wie im Unterkolben verwendet werden können.
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Durch die Verwendung der erfindungsgemässen Messdorne wird erreicht,
dass die Dehnungsmeßstreifen völlig staubfrei örtlich gekapselt eingebaut sind und
somit keinerlei Wartung im Betrieb bedürfen. Die Werkzeuge können ausgewechselt
werden, ohne dass in die Anordnung der Messdorne und die Herausführung der elektrischen
Leitungen eingegriffen zu werden braucht. Durch die Messvorrichtung nach der Erfindung
können folgende Kräfte in einfacher Weise gemessen werden: Die Presskraft des Oberstempels,
die Presskraft des Unterstempels,
die auftretende Differenz zwischen
den beiden eben genannten Presskräften, die durch die Wandreibung in der Matrize
bedingt ist, und die Ausstosskraft für das Ausschieben der Presslinge.
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Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung
soll diese nunmehr näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt den oberen Teil und teilweise auch den unteren Teil einer
Exzenterpresse mit einer Messvorrichtung gemäss der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt den Querschnitt durch den Messdorn entlang der Linie
II-II in Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch den Messdorn entlang der Linie
111-111 in Fig. 1.
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Fig. 4 zeigt den unteren Teil einer Exzenterpresse mit der Messvorrichtung
gemäss der Erfindung.
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Fig. 5 zeigt die elektrische Messbrücke, in der die Dehnungsmess streifen
des Messdornes eingefügt sind.
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Fig. 6 zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung an einer Rundlaufpresse.
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Bei der Exzenterpresse, deren oberer Teil in Fig. 1 dargestellt ist,
wird der Pressdruck durch einen Exzenterantrieb aufgebracht, der als solcher bekannt
ist und nicht zum Gegenstand der Erfindung gehört. Er ist im oberen Teil des Maschinenständers
1 angeordnet und wirkt auf den Oberstempel 2. Der Exzenterantrieb besteht aus einem
Antriebsmotor 4, der über ein Antriebsritzel 5 das Hauptstirnrad 6 antreibt. Auf
der Welle 7 sitzt ein Exzenterstein 8 mit einem Exzenterbügel 9,
der
über den Kugelbolzen 11 den Oberkolben 12 aüf und ab bewegt.
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Der Oberkolben 12 gleitet in einer Oberkolbenführungsbuchse 13, die
im Maschinenständer 1 gelagert ist. Zur Drehsicherung des Oberkolbens 12 ist dieser
mit einer Nut 14 versehen, in die ein Führungsbolzen 15 eingreift.
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Erfindungsgemäss ist der Oberkolben 12 mit einer Bohrung 16 versehen,
in die der Messdorn 18 eingepasst ist. Der Durchmesser 19 des Messdornes 18 ist
in seinem mittleren axialen Teil/kleiner als der Bohrungsdurchmesser des Oberkolbens
12. In diesem Bereich sind zwei Paare von Dehnungsmeßstreifen 21 bis 24 aufgebracht.
Aus den Fig. 2 und 3 ist zu erkennen, wie sich diese Dehnungsmeßstreifen über den
Umfang des querschnittsverjüngten Teiles des Messdornes 18 erstrecken. Die Dehnungsmeßstreifen
21 und 23 (Fig. 2) liegen einander am Umfang gegenüber. Sie sind in Längsrichtung
auf dem Messdorn angebracht, sprechen also auf Längenänderungen des Messdornes an.
Die beiden Dehnungsmeßstreifen 22 und 24 (Fig. 3) sind unterhalb des ersten Paares
von Dehnungsmeßstreifen auf dem Messdorn 18 angebracht. Auch diese beiden Dehnungsmeßstreifen
22 und 24 liegen einander am Umfang des Messdornes gegenüber. Sie sind in dem Ausführungsbeispiel
zugleich um 900 gegenüber dem Dehnungsmeßstreifenpaar 21 und 23 radial versetzt.
Die Dehnungsmeßstreifen 22 und 24 erstrecken sich mit ihrer ansprechempfindlichen
Richtung radial um den Messdorn. Sie sprechen also auf eine Längendehnung des Messdornes
nicht an. Sie dienen zur Kompensation fälschlicher Anzeigen infolge einer Wärmedehnung
des Messdornes. Die elektrischen Zuführungen zu den Dehnungsmeßstreifen liegen in
einem Kanal 25, der sich durch den Messdorn 18 und den Oberkolben 12 erstreckt.
Der Messdorn stützt sich mit seiner der Matrize 26 abgewandten Bundseite 29 gegen
den
Oberkolben ab und ist hier mittels eines Bolzens 30 befestigt. Um ein Eindringen
von Schmieröl vom Exzenterantrieb her zum Messdorn zu verhindern, ist ein Dichtring
10 im oberen Teil des Oberkolbens 12 vorgesehen. Die der Matrize 26 zugewandte Bundseite
31 des Messdornes 18 ist mit einer Aufnahmebohrung für den Oberstempel 2 versehen,
der mittels einer Spannschraube 31a festgesetzt wird. Zwischen der Bundseite 31
und dem Oberkolben 12 befindet sich ein Luftspalt 32, so dass an dieser Stelle keine
Kraft zwischen dem Oberkolben und dem Messdorn übertragen wird. Der Messdorn ist
in seinem mittleren querschnitts verjüngten Teil}9 ist einer Bohrung 33 versehen,
deren Durchmesser um so grösser ist, je kleiner die zu messenden Kräfte sind. Durch
entsprechende Wahl der Bohrung 33 und de s des Aussendurchmessers des mittleren
Teiles 19 des Messdornes kann eine den zu messenden Kräften angepasste Ansprechempfindlichkeit
erreicht werden.
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Fig. 4 zeigt den Unterteil einer Exzenterpresse, die mit der Messvorrichtung
gemäss der Erfindung ausgerüstet ist. Die bereits in Fig. 1 vorhandenen Teile sind
in Fig. 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Da der Aufbau des im Unterteil
verwendeten Messdornes identisch mit dem des Messdornes im oberen Teil ist, sind
auch insoweit die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der Unterkolben 40 wird im Maschinenständer
1 geführt. Als Drehsicherung dient die Nut 41 mit dem Bolzen 42. Der Unterkolben
40 ist wie der Oberkolben 12 mit einer Bohrung 16 versehen, in die der Messdorn
18 eingepasst ist. Der Messdorn ist am Boden der Bohrungmittels eines Bolzens 43
befestigt. Der Kabelkanal 44 für die zu den Dehnungsmeßstreifen führenden elektrischen
Leitungen verläuft in axialer Richtung durch den Unterkolben. Die Kabel werden an
eine Steckverbindung 45 angeschlossen. Der Unterkolben 40 ist mit einem Aussengewinde
46 versehen, auf dem sich eine Druckmutter 48 befindet, mittels derer der
Unterkolben
die Presskraft auf den Maschinenständer 1 überträgt.
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Ferner wird der Unterkolben von dem Ausheber 49 umfasst, der über
die Aushebestange 34 von dem iIauptstirnrad 6 gesteuert wird. Zu diesem Zweck befindet
sich in dem Hauptstirnrad eine exzentrische Aushebekurve 36, in die die Aushebestange
mit einer Rolle 35 eingreift. Oberhalb des Aushebers 49 befindet sich auf dem Aussengewinde
des Unterkolbens 40 eine Rundmutter 50, die mittels eines Klemmringes 51 festgesetzt
werden kann. Der Klemmring 51 und der Ausheber 49 werden auf dem Führungsbolzen
52 geführt. Zwischen dem oberen Rand des Unterkolbens 40 und dem Messdorn 18 befindet
sich ebenfalls ein Luftspalt 53. Der Messdorn beaufschlagt den Unterkolben 40 mit
seiner unteren Stirnfläche 54 Das Material in der Matrizenbohrung ist mit 55 bezeichnet.
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Die Messvorrichtung gemäss der Erfindung arbeitet in folgender Weise:
Wenn infolge der Drehung der Welle 7 der Exzenterstein 8 den Oberkolben 12 in Richtung
zur Matrize 26 bewegt, befindet sich der Unterstempel 3 in der in den Fig. 1 und
4 dargestellten Stellung. Das in der Matrizenbohrung befindliche Material 55 wird
durch den Oberstempel 2 gegen den Unterstempel 3 gedrückt.
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Dabei verläuft die vom Oberstempel auf den Pressling ausgeübte Kraft
über die gesamte Länge des Messdornes 18 und wird erst mittels des Bundes 29 des
Messdornes 18 auf den Oberkolben 12 übertragen. Der Luftspalt 32 verhindert, dass
ein Teil der Kraft an dem mittleren Teil des Messdornes vorbei in den Oberkolben
geleitet wird. Die dadurch entstehende Längenänderung des mittleren Teiles des Messdornes
wird von den Dehnungsmessstreifen erfasst und durch eine elektrische Brücke ausgewertet.
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Gleichzeitig wird die auf den Unterstempel 3 ausgeübte Kraft
von
dem Messdorn 18 im Unterteil der Presse erfasst. Hier verläuft die Kraft über den
Unterstempel 3, den Messdorn 18 und von der unteren Stirnfläche 54 des Messdornes
18 in den Unterkolben 40 und von dort über die Druckmutter 48 in den Maschinenständer
1. Nachdem der Obersten-pel zurückgezogen worden ist, wird die Aushebestange 34
durch die Aushebekurve 36 im Sinne der Zeichnung nach oben gehoben. Dadurch wird
über den Ausheber 49 und die obere Rundmutter 50 der Unterkolben 40 mitsamt dem
Messdorn 18 und dem Unterstempel 3 gehoben, so dass der Pressling aus der Matrize
herausgeschoben wird. Die hierbei aufzuwendende Ausstosskraft verläuft über folgende
Maschinenteile: Ausheber 49, obere Rundmutter 50, durch die Mantelfläche des Unterkolbens
40 im Sinne der Zeichnung nach unten, über die untere Stirnfläche 54 des Messdornes
18, durch den Messdorn 18 und den Unterstempel 3.
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Die vier Dehnungsmeßstreifen 21 bis 24 sind zu einer Messbrücke zusammenges-chaltet,
wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Als Speisespannung U der Brücke wird vorzugsweise
eine Spannung von 220 Volt und 50 Hertz verwendet. Die Nullspannung 8 U wird über
einen Messverstärker einem Anzeigegerät oder einem Oszillographen zugeführt. Mittels
eines Oszillators, an dem die Nullspannung angelegt wird, können die feinsten Schwankungen
der Presskraft erkannt werden. Da alle vier Widerstände der Brücke die gleichen
temperaturabhängigen Veränderungen mitmachen, kann eine Fehlanzeige durch eine Wärmedehnung
des Messdornes nicht stattfinden. Die Dehnungsmeßstreifen 22 und 24 sprechen dagegen
auf eine presskraftbedingte Dehnung des Messdornes nicht an.
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Die in den Fig. 1 und 4 dargestellte Exzenterpresse kann selbstverständlich
auch
mit mehreren Unter- und Oberstempeln ausgerüstet sein, so dass während einer Arbeitsperiode
gleichzeitig mehrere Tabletten gepresst werden.
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In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei
dem die Erfindung auf eine Rundlaufpresse angewendet wird.
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Die Besonderheit dieser an sich bekannten Rundlaufpresse besteht darin,
dass mehrere Paare von Ober- und Unterstempeln auf einem Kreis angeordnet sind und
im Zuge der Arbeitsfolge auf diesem Kreise wandern. Die Oberstempel- und Unterstempelschäfte
70 und 71 sind mit den Messdornen 18 und den Ober-und Unterstempeln 2 und 3 in einem
Matrizentisch 73 gelagert.
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Dieser Matrizentisch wird über ein aus Schnecke und Schneckenrad bestehendes
Schneckengetriebe 74, 75 gedreht. An einer bestimmten Stelle des Umfanges erfolgt
der Press- und Aushebevorgang, der durch Druckrollen 76 gesteuert wird. Zu dieser
Zeit müssen die Messwerte von den Dehnungsmeßstreifen abgenommen werden. Zu diesem
Zwecke befinden sich an der nicht mitdrehenden zentralen Hauptachse 77 Schleifringsegmente
78.
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Die Kabel der Dehnungsmeßstreifen sind mit federnden Kontakten verbunden,
die an den Ober- und Unterstempelschäften 70 und 71 fest montiert sind und beim
Vorbeilaufen an den Segmenten 78 mit diesen eine elektrischleitende Verbindung herstellen.
Die Federkontakte sind in der Fig. 6 schematisch dargestellt und mit 79 bezeichnet.
Bei der Rundlaufpresse können sämtliche Stempelpaare oder nur ein einziges Stempelpaar
mit Messvorrichtungen gemäss der Erfindung versehen sein. Von den Schleifringsegmenten
78 werden die Messwerte zu der Messbrücke weitergeleitet.
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Patentansprüche: