DE4333459A1 - Verfahren und Anordnung zur Regelung und Kontrolle von fertigungstechnologischen Vorgängen bzw. zur Bestimmung von deren Endpunkten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung und Kontrolle von fertigungstechnologischen Vor­ gängen bzw. zur Bestimmung von deren Endpunkten bei durch veränderliche Schallemissionen begleiteten Vorgängen.

Im Interesse der Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und Wirk­ samkeit von technologischen Vorgängen wird deren Automati­ sierung angestrebt. Dies trifft aber auf zahlreichen Gebie­ ten auf Schwierigkeiten. Ein typisches Beispiel dafür ist der wichtige Verarbeitungsvorgang bei Medikamentenproduk­ tion, das Dragieren. Im Verlaufe des Dragierungprozesses wird der Drageekern mit einem oder mehreren äußeren Schich­ ten überzogen, um den gegen Feuchtigkeit oder Licht empfindlichen Wirkstoff zu schützen, den unangenehmen Ge­ schmack oder Geruch einzelner Medikamente zu verdecken bzw. das Unterscheiden der einzelnen Arzneien auch durch eine Farbgebung zu erleichtern.

Dragees werden im allgemeinen in einem aus Kupfer oder Edelstahl gefertigten, kugelschalenförmigen, um eine schrägstehende Achse mit verstellbarem Neigungswinkel drehbaren Dragierkessel mit offener Mündung hergestellt, der mit einem zum Einblasen von Luft mit regelbarer Tempe­ ratur, Menge und Geschwindigkeit geeigneten Apparat ausge­ rüstet ist.

Die technologischen Schritte des Dragierungsprozesses sind folgende:

• - Erwärmen der Kerne,
• - Auftragen der Überzugsflüssigkeit,
• - Trocknen,
• - Auftragen der Überzugsflüssigkeit,
• - Trocknen.

Der Vorgang ist also von dem zweiten Schritt an zyklisch, bzw. kontinuierlich, wenn die Zuführungsgeschwindigkeit der Überzugsflüssigkeit und die Trocknungsgeschwindigkeit im Gleichgewicht sind. Die Verwirklichung und Kontrolle der sich schnell ändernden Zyklen des Dragierens sind manuell schwerfällig oder direkt unmöglich. Der über große Erfah­ rung und viel Übung verfügende Dragier-Facharbeiter ent­ scheidet in subjektiver Weise mit seiner Hand in den Kessel eingreifend, obwohl wegen bestehender Sicherheitsricht­ linien absolut verboten, wann er den nächsten Überzug zuführt.

Nach der sich mit dem Thema beschäftigenden Fachliteratur (z. B. Dr. Rácz, István, Selmeczi, B´la; Arzneimittel- Technologie, Universitätslehrbuch, MEDICINA, Budapest 1991, 2. Band, Seite 86-87) kann die Automatisierung des Arbeits­ ganges Dragieren auf dreierlei Weise gelöst werden:

• - aufgrund des Zeitzyklus,
• - aufgrund der Messung des Feuchtigkeitsgehaltes der Drag´es, wodurch der Beginn des Auftragens des nächstfolgenden Überzugs bestimmt wird,
• - aufgrund der Kontrolle des relativen Feuchtig­ keitsgehaltes der die Drag´es umgebenden Luft in dem Dragierkessel.

Da die Messung des Feuchtigkeitsgehaltes der Drag´es außerordentlich langwierig sowie die Änderung des relativen Feuchtigkeitsgehaltes der Luft in der Diffusionsphase der Trocknung geringfügig ist, kann die einzige in Betracht ziehbare praktische Lösung nur auf der Kontrolle und Pro­ grammierung des Zeitzyklus beruhen. Die auf diese Weise gelöste Automatisierung hat aber den Nachteil, daß sie zum Überzug eines gegebenen Korpus bestimmte, unveränderte physikalische Kennwerte voraussetzt, und nicht fähig ist, die Abweichung der das Dragieren beeinflussenden Kennwerte (relativer Feuchtigkeitsgehalt in dem Kessel, Feuchtig­ keitsgehalt der Drag´es) von dem Standard zu berücksichti­ gen.

Ähnliche Schwierigkeiten entstehen z. B. auch bei dem Ver­ mahlen. Die Zerkleinerung von Feststoffen erfolgt mit Inanspruchnahme fremder Energiequellen. Im Verlaufe der Zerkleinerung vermindert sich die Korngröße und erhöht sich die Oberfläche der Stoffe. Zur Charakterisierung des zer­ kleinerten Gutes können die Korngröße und die Größenver­ teilung, die Kornform (das Ausmaß der Abweichung von der äquivalenten Kugelform) sowie die gelockerte und die ver­ dichtete Volumenmasse der Kornmenge herangezogen werden. Diese Parameter charakterisieren jedoch den Vorgang erst nachträglich und sind für die kontinuierliche Kontrolle bzw. Regelung des Vermahlens nicht geeignet.

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der Nachteile der bekannten Lösungen und die Erarbeitung eines Automatisie­ rungsverfahrens und einer Anordnung, mit denen ein einheit­ liches und konstante Qualität aufweisendes Produkt herge­ stellt und der technologische Zyklus optimalisiert werden kann.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es techno­ logische Vorgänge gibt, in derem Verlauf sich Intensität und/oder das Spektrum des emittierten (entstehenden) Schalles synchron zu den einzelnen Schritten des techno­ logischen Vorganges verändert. Der Ton bzw. Schall kann auch ein außerhalb des Hörbarkeitsbereiches liegender Infra- oder Ultraschall sein.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen den die fertigungstechnologischen Vorgänge beeinflussenden physikalischen Kennwerten und der Intensität und/oder dem Spektrum des im Verlaufe des Vorganges entstehenden und/ oder emittierten Schalles mittels vorhergehender Messungen ein funktioneller Zusammenhang bestimmt, die Funktion und/ oder deren den fertigungstechnologischen Vorgang kennzeich­ nende kritische Punkte und/oder Grenzwerte werden gespei­ chert, die Intensität und/oder das Spektrum des im Verlaufe des fertigungstechnologischen Vorganges entstehenden und/ oder emittierten Schalles bzw. Tones erfaßt, diese mit der gespeicherten Funktion und/oder den kritischen Punkten und/ oder den Grenzwerten vergleichend ausgewertet und bei Ab­ weichung von der Funktion und/oder bei Erreichen der kriti­ schen Punkte bzw. Grenzwerte wird in den fertigungstechno­ logischen Vorgang eingegriffen.

Die erfindungsgemäße Anordnung enthält einen Schallmesser, eine mit dem Ausgang desselben verbundene Meß- und Aus­ werteeinheit und ein an deren Ausgang angeschlossenes Stellglied. Die Meß- und Auswerteeinheit ist vorzugsweise ein mit einer Festplatte versehener Computer. Der Ausgang des Schallmessers ist zweckdienlich über einen Verstärker und/oder Signalkonditionierer mit dem Eingang der Meß- und Auswerteeinheit verbunden.

Die Erfindung wird im weiteren anhand von Ausführungs­ beispielen und Zeichnungen detaillierter beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein in einem Zyklus des Dragierens die Änderung des Schallintensität veranschaulichendes Dia­ gramm;

Fig. 2 ein in einem Zyklus des Dragierens die Änderung des Schallspektrums veranschaulichendes Dia­ gramm;

Fig. 3 eine zur Untersuchung der Schallintensität dienende Meßanordnung;

Fig. 4 eine Anordnung, die aufgrund der Schallintensi­ tät zur Regelung des technologischen Vorganges dient;

Fig. 5 eine zweckdienliche Ausführungsform der Anord­ nung nach Fig. 4;

Fig. 6 eine zur Untersuchung des Schallspektrums die­ nende Messanordnung;

Fig. 7 eine andere Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Anordnung zu sehen.

Das Diagramm nach Fig. 1 zeigt die Änderung der Intensität I des Schalles in Abhängigkeit von der Zeit in einem Zyklus des Dragierens. Das sich im Kessel bewegende Kernbett gibt während der Erwärmung einen charakteristischen Grundschall ab. Die Überzugsflüssigkeit wird auf die Kerne vom Zeit­ punkt t0 beginnend mit einem Gießverfahren oder durch Zer­ stäuben aufgetragen. Bei dem Auftragen der Überzugsflüssig­ keit vermindert sich die Schallintensität I. Zum Zeitpunkt t1 kommt das Auftragen der Überzugsflüssigkeit zum Ab­ schluß und das Trocknen beginnt. Die Intensität des durch das sich bewegende Korpusbett hervorgerufenen Schalles steigt synchron (zeitgleich) mit dem Trocknen der Kerne rasch an. Als Ende der intensiven Trocknungsphase kann der Zeitpunkt t2 angesehen werden. Sich dem Zeitpunkt t3 nähernd wird die Änderung der Intensität während der Zeit­ einheit immer geringer. In dieser Phase ist die warme Luft dem Korpusbett zuzuführen, wobei dann, sobald die Kerne vollständig getrocknet sind, sich die Intensität des registrierten Schalles auf einen Pegel einstellt und nicht mehr verändert. Dies gibt das Signal dafür, daß der nächste technologische Schritt beginnen kann, d. h. daß vom Zeit­ punkt t3 an die entsprechende Menge Überzugsflüssigkeit wieder aufgetragen werden kann. Damit beginnt ein weiterer Zyklus. Die Intensität des emittierten Schalles verändert sich synchron (zeitgleich) mit der Zyklizität der techno­ logischen Schritte, das heißt, daß ein genau bestimmbarer funktioneller Zusammenhang zwischen der Intensität des Schalles und den die technologischen Vorgänge beeinflussen­ den physikalischen Kennwerte besteht.

Nicht nur zwischen der Intensität des Schalles, sondern auch seines Spektrums und den die fertigungstechnologischen Vorgänge beeinflussenden physikalischen Kennwerten besteht ein eindeutiger funktioneller Zusammenhang. In Fig. 2 ist das Spektrum von im Verlaufe des Dragierens zu drei ver­ schiedenen Zeitpunkten entstehenden Schalles zu sehen. Die im Bereich "a" niederer Frequenz f des Schallspektrums meß­ bare Amplitude A kommt von dem Motorgeräusch und verändert sich im Verlaufe der Messung nicht. Der Bereich "b" mittlerer (Zwischen-) Frequenz und der Bereich "c" hoher Frequenz entwickeln sich jedoch bereits kennzeichnend für den technologischen Vorgang. Von den drei übereinander verlaufenden Kurven kann die untere im Zeitpunkt t1 gemäß Fig. 1 gemessen werden, unmittelbar nach Eingießen der Überzugsflüssigkeit, wenn das Material naß und der techno­ logische Vorgang am ruhigsten verläuft. Die mittlere Kurve kann am Ende der intensiven Trocknungsphase, im Zeitpunkt t2 gemessen werden. Sich dem Ende des Trocknens nähernd vermindert sich die Änderung dem Spektrums in der Zeitein­ heit immer mehr. Auf dieser Grundlage kann bestimmt werden, wann die Warmluft dem Kernbett zuzuführen ist. Das im Zeit­ punkt t3 aufgenommene Spektrum hat bereits in einem breiten Frequenzbereich sein Maximum erreicht und verändert sich nicht mehr weiter. Dies zeigt sich dadurch, daß der Stoff trocken wird, d. h. ein Zyklus abgeschlossen wurde und eine weitere Überzugsflüssigkeitsmenge zugeführt werden kann, bzw. daß nach der entsprechenden Zyklenzahl der Vorgang zum Ende kommt.

Dem Dragieren ähnlich kann die Messung der Intensität und der Höhe des emittierten Schalles auch bei dem Vermahlen gut genutzt werden. Die emittierten sonischen Signale stehen mit den mechanischen Eigenschaften des zu zerklei­ nernden Materials (Zerkleinerungs-Resistenz), mit der Aufenthaltszeit im Mahlraum und dadurch mit der Dimension, der Maßverteilung und dem Gemengevolumen des entstandenen Produktes im Zusammenhang. Die Kornform wird durch die zum Einsatz kommende Einrichtung bestimmt. Die entstehende Schallenergie ist für die verwendete Einrichtung und den Mahlvorgang in gleicher Weise kennzeichnend.

Fig. 3 zeigt ein Schema der zur Messung der Schallintensi­ tät dienenden Anordnung, mit welcher der funktionelle Zu­ sammenhang zwischen den die fertigungstechnologischen Vor­ gänge beeinflussenden physikalischen Kennwerten und der Intensität des im Verlaufe des Vorganges entstehenden und/oder emittierten Schalles bestimmt werden kann. Der Ausgang des Schallmessgliedes 1 - z. B. eines Studiomikro­ phons mit Nierencharakteristik - ist über den Verstärker 2 und einen Spitzenwertgleichrichter 3 mit dem Eingang eines Pegelschreibers 4 verbunden. Das eine Größenordnung von 1-2 mV erreichende Signal des Mikrophons wird durch den Verstärker 2 auf 1-10 V verstärkt. Der Spitzenwertgleich­ richter 3 stellt eine zum Höchstwert des eingehenden Signals proportionale Gleichspannung her, die sich zur Steuerung des Pegelschreibers 4 eignet. Der Pegelschreiber 4 hält die Änderung der Schallintensität in Abhängigkeit von der Zeit, z. B. in der Form eines Diagramms nach Fig. 1 fest.

Die Anordnung nach Fig. 4 dient zur Regelung des techno­ logischen Vorganges aufgrund der Schallintensität. Der Ausgang des in der Nähe der Schallquelle 5 angeordneten Schallmeßgliedes 1 ist über den Signalkonditionierer 6 an den Eingang der Meß- und Auswerteeinheit 7 angeschlossen. Der Ausgang der Meß- und Auswerteeinheit 7 ist mit dem Ein­ gang des Stellgliedes 8 verbunden.

In Fig. 5 ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 4 zu sehen. Die Schallquelle 5 ist in diesem Beispiel ein Dragierkessel, vor dem ein mittels eines Mikrophons M verwirklichtes Schallmeßglied 1 angeord­ net ist. Der an den Ausgang des Schallmeßgliedes 1 ange­ schlossene Signal-Konditionierer 6 enthält den das Hochpaß­ filter bildenden Kondensator C und einen Widerstand R1, sowie einen mit dem Rückkopplungs-Widerstand R2 versehenen Operationsverstärker U1. Die an den Ausgang des Signal­ konditionierers 6 angeschlossene Meß- und Auswerteeinheit 7 enthält eine den Spitzenwertgleichrichter bildende Diode D, den Kondensator C2 und einen Widerstand R3, weiterhin einen mit dem Ausgang des Spitzenwertgleichrichters über den Widerstand R4 verbundenen Operationsverstärker U2, der mit einem Rückkopplungswiderstand R5 versehen ist.

Das an den Ausgang der Meß- und Auswerteeinheit 7 ange­ schlossene Stellglied B ist eine die Überzugsflüssigkeit in den Dragierkessel zuführende Pumpe.

Im Verlaufe des Dragierens wird die Intensität des im Dra­ gierkessel entstehenden Schalles mittels des Schallmeßglie­ des 1 wahrgenommen. Aus dem erhaltenen Signal werden im Signalkonditionierer 6 die hinsichtlich der Messung stören­ den Niederfrequenz-Signale ausgesiebt und dann das gefil­ terte Signal bis auf einen zur weiteren Verarbeitung geeigneten Pegel verstärkt. In der Meß- und Auswerteeinheit 7 wird ein zum Spitzenwert des Signals proportionales Signal hergestellt und dieses soweit verstärkt, daß damit das Stellglied 8, d. h. die die Überzugsflüssigkeit fördern­ de Pumpe gesteuert werden kann.

Die vorstehend beschriebene einfache Ausführungsform nach Fig. 5 ist eine automatisierte Dragieranlage. In diesem Falle gelangt stets soviel Überzugsflüssigkeit in den Kessel, daß das Ausmaß der Kernfeuchtigkeit und so auch die Schallintensität konstant bleibt. Gelangt nämlich mehr Überzugsflüssigkeit in den Kessel als erforderlich, so wer­ den die Kerne feuchter, weshalb die Schallintensität zu­ rückgeht, demzufolge die Pumpe ein kleineres Steuersignal erhält und weniger Überzugsflüssigkeit dem Kessel zuführt. Durch vorhergehende Messungen ist zu bestimmen, welche Schallintensität und durchschnittlich welche Flüssigkeits­ zuführung zum gewünschten Ausmaß der Kernfeuchtigkeit ge­ hört. Der so festgestellte funktionelle Zusammenhang kann durch entsprechende Wahl der Elemente der Anordnung reali­ siert werden. Durch den Einsatz veränderlicher Elemente (z. B. Potentiometer) kann der funktionelle Zusammenhang dem Bedarf entsprechend angepaßt werden.

Soweit man in den technologischen Vorgang bei dem Erreichen von im voraus bestimmten kritischen Punkten bzw. Grenz­ werten einzugreifen wünscht, enthält die Meß- und Auswerte­ einheit 7 zweckdienlicherweise Komparatoren (Vergleicher).

Zur Prüfung des Schallspektrums dient die aus Fig. 6 er­ sichtliche Anordnung, in der der Ausgang des Schallmeßglie­ des 1 über den Verstärker 2 mit dem Eingang des Einzweckge­ rätes 9, dessen Ausgang hingegen mit dem Drucker 10 verbun­ den ist. Vorzugsweise ist das Spektrum des aufgenommenen Schalles darstellende Einzweckgerät ein dFT-Analysator, mit dessen Hilfe der funktionelle Zusammenhang zwischen den die fertigungstechnologischen Vorgänge beeinflussenden physika­ lischen Kennwerten und dem Spektrum des im Verlaufe des Vorganges entstehenden und/oder emittierten Schalles bestimmt werden kann, z. B. in der Form eines Diagrammes nach Fig. 2.

Die Anordnung nach Fig. 7 kann in erster Linie zweckdien­ lich zu der von einer Spektrummessung abhängigen Regelung verwendet werden. Die Anordnung enthält das in der Nähe der Schallquelle 5 anbringbare Schallmeßglied 1, die mit dessen Ausgang über den Verstärker 2 verbundene Meß- und Auswerteeinheit 7, weiterhin die an den Ausgang der letzte­ ren über den D/A Wandler 12 bzw. den Schalter 13 ange­ schlossenen Stellglieder 8. Bei dieser Ausführungsform ist die Meß- und Auswerteeinheit 7 ein Computer, der eine CPU 71, einen das verstärkte Ausgangssignal des Schallmeßglie­ des 1 digitalisierenden A/D Wandler 72 und eine Ausgangs- Anpassungseinheit 73 enthält. Der die Grundlage der Regelung bildende funktionelle Zusammenhang und/oder die kritischen Punkte bzw. Grenzwerte, sowie die übrigen erfor­ derlichen Daten werden von einer Programmdiskette 11 in den Computer eingegeben. In dem dargestellten Beispiel gehören zu den Stellgliedern 8 die die Überzugsflüssigkeit zu­ führende (dosierende) und über den D/A Wandler 12 gesteuer­ te Pumpe 81 sowie der über den Schalter 13 gesteuerte Trockenventilator 82. Mit dieser Anordnung können auch außerordentlich komplizierte Regelungsaufgaben gelöst werden.

Im Falle des im vorstehenden als Beispiel erwähnten Dra­ gierens können mit dem beschriebenen Verfahren und der zugehörigen Anordnung für jeden Fertigungsabschnitt gleiche Qualität aufweisende Überzüge erzielt und die Chargenzeiten optimal gestaltet werden; die Kerne werden nicht zu stark ausgetrocknet bzw. eine Überdosierung der Überzugsflüssig­ keit kann vermieden werden.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß auf Grund des beschriebenen Verfahrens jeder Fertigungsvorgang über­ wacht und/oder geregelt werden kann, dessen Verlauf mit den einzelnen Schritten und den Änderungen der physikalischen Kennwerte des technologischen Vorganges synchron, d. h. zeitgleich sich die Intensität und/oder das Spektrum des entstandenen Schalles ändert oder das Endprodukt des tech­ nologischen Vorganges durch die Änderung der Intensität und/oder des Spektrums des entstandenen Schalles angezeigt wird.

Claims (4)

1. Verfahren zur Regelung und Kontrolle von fertigungs­ technologischen Vorgängen bzw. zur Bestimmung von deren Endpunkten bei durch veränderliche Schaller­ scheinungen begleiteten Vorgängen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zwischen den die fertigungstechnologischen Vorgänge beeinflussenden physikalischen Kenn­ werten und der Intensität und/oder des Spek­ trums des im Verlaufe des Vorganges entstehen­ den und/oder emittierten Schalles mittels vor­ hergehender Messungen ein funktioneller Zusam­ menhang bestimmt wird,
• - die Funktion und/oder deren den fertigungs­ technologischen Vorgang kennzeichnende kritische Punkte und/oder Grenzwerte gespeichert werden,
• - im Verlaufe des fertigungstechnologischen Vor­ ganges die Intensität und/oder das Spektrum des entstandenen und/oder emittierten Schalles ge­ messen, mit der gespeicherten Funktion und/oder den kritischen Punkten und/oder dem Grenzwert verglichen und ausgewertet, und bei Abweichung von der Funktion und/oder bei Erreichen der kri­ tischen Punkte bzw. der Grenzwerte in den ferti­ gungstechnologischen Vorgang eingegriffen wird.

2. Anordnung zur Regelung und Kontrolle von fertigungs­ technologischen Vorgängen bzw. zur Bestimmung von deren Endpunkten bei durch veränderliche Schaller­ scheinungen begleiteten Vorgängen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie ein Schallmeßglied (1), eine mit dem Ausgang des Schallmeßgliedes (1) verbundene Meß- und Auswerteeinheit (7) und ein an den Ausgang derselben angeschlossenes Stellglied (8) enthält.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Auswerteeinheit (7) ein mit einer Festplatte versehener Computer ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 bzw. 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgang des Schallmeßgliedes (1) über einen Verstärker (2) und/oder Signalkonditionie­ rer (6) mit dem Eingang der Meß- und Auswerteeinheit (7) verbunden ist.