EP1445093B1

EP1445093B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Rundläufer-Tablettiermaschine

Info

Publication number: EP1445093B1
Application number: EP03090036A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Noack
Original assignee: Korsch AG
Current assignee: Korsch AG
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: JP2007181881A; JP3940401B2; EP1445093A1; DE50300536D1; US7136717B2; JP4549356B2; US20040156940A1; JP2004243413A; ES2242141T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Rundläufer-Tablettiermaschine, wobei ein Rotor durch eine Antriebsmaschine in Rotation versetzbar ist, der Rotor wenigstens eine Matrize mit zugeordneten Oberstempeln und Unterstempeln umfasst und eine auf in die wenigstens eine Matrize eingefüllte Pressmasse wirkende Presskraft ermittelt wird.

Rundläufer-Tablettiermaschinen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Hierbei ist typisch, dass der Rotor durch Starten der Antriebsmaschine aus dem Stillstand auf seine Nenndrehzahl gebracht wird. Über wenigstens einen Füllschuh werden die Matrizen mit der Pressmasse gefüllt und je nach Winkelstellung des Rotors werden über Führungskurven geführte Unterstempel und Oberstempel axial zu den Matrizen verlagert. Die Unter- und Oberstempel werden an wenigstens einer Pressstation, in der Regel an einer Vorpressstation und einer Hauptpressstation, vorbeigeführt. Dort werden die Ober- und Unterstempel an stationär angeordneten Druckrollen im Wesentlichen tangential vorbeigeführt, so dass auf die in den Matrizen eingebrachte Pressmasse eine Presskraft aufbringbar ist.

Es ist bekannt, beispielsweise aus EP 0 698 481 B1, die Presskraft einzustellen und zu messen. Hierbei besteht ein wesentlicher Zusammenhang zwischen gemessener maximaler Presskraft und der Masse der in die Matrizen eingefüllten Pressmasse unter der Voraussetzung gleicher Materialeigenschaften der Pressmasse. Es besteht dabei ein direkter Zusammenhang zwischen dem Tablettengewicht und der für die Fertigung der Tabletten notwendigen Presskraft. In Abhängigkeit vom zu pressenden Material ist jedem Tablettengewicht bei einer durch die Presswerkzeuge vorgegebenen Tablettenform und einer eingestellten Tablettenhöhe eine bestimmte Presskraft zugeordnet. Schwankt bei konstanter Tablettenhöhe die Füllmenge und damit das Tablettengewicht, resultiert daraus in direkter Abhängigkeit eine Presskraftänderung.

Sind bei einer Rundläufer-Tablettiermaschine alle Matrizen bis zur Pressstation (das heißt bis zur Druckrolle) normal mit Pressmasse gefüllt, werden Druckrollen und Rotor beim Hochfahren (Starten) in der selben Zeit auf die Nenndrehzahl beschleunigt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass jeder Stempel durch die Drehbewegung des Rotors unter der Druckrolle vorbei - diese berührend - durchgezogen wird und hierbei über die Rotation der Stempel die Beschleunigung der Druckrolle erfolgt, so dass die Beschleunigung der Druckrolle direkt abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit der Stempel ist.

Dieser Zusammenhang zwischen Beschleunigung des Rotors und Beschleunigung der Druckrollen ist dann nachteilig, wenn die bei Rotation des Rotors an der Pressstation (Druckrollen) ankommenden Matrizen nicht oder nur teilweise mit Pressmasse gefüllt sind. Dies kann beispielsweise bei Start der Rundläufer-Tablettiermaschine nach einer Reinigung oder bei unterbrochenem Nachschub über den oder die Füllschuhe mit Pressmasse der Fall sein.

Wird nun eine Rundläufer-Tablettiermaschine mit nicht oder nur teilweise gefüllten Matrizen gestartet, berühren die Ober- beziehungsweise Unterstempel in den Pressstationen die Druckrollen nicht oder nur teilweise. Durch Starten der Antriebsmaschine wird der Rotor mit dem Stempel jedoch auf seine Nenndrehzahl beschleunigt. Gelangt nunmehr ein erster Stempel bei erster ordnungsgemäßer gefüllter Matrize in die Pressstation, trifft der Stempel beziehungsweise das Stempelpaar entsprechend dem bereits auf Nenndrehzahl beschleunigten Rotor auf die noch nicht oder nur unzureichend beschleunigte Druckrolle. Hierbei kommt es zu einem schlagartigen Auftreffen der Stempel auf die Druckrolle, so dass plötzlich eine hohe kinetische Energie von der Druckrolle und den betroffenen Stempeln absorbiert werden muss. Dies kann zu Schädigungen der Druckrollen und/oder der Stempel führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mittels denen derartige Schäden vermieden werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass die ermittelte Presskraft mit einem vorgebbaren Grenzwert verglichen wird und bei Unterschreiten des Grenzwertes die Solldrehzahl des Rotors auf eine Drehzahl unterhalb der Nenndrehzahl reduziert wird, ist vorteilhaft möglich, das Beschleunigen des Rotors und das Beschleunigen der Druckrollen in jeder Betriebssituation auf ihre Nenndrehzahlen zu synchronisieren. Insbesondere wird hierdurch vermieden, dass der Rotor vor den Druckrollen auf seine Nenndrehzahl beschleunigt wird. Somit wird ein schlagartiges Auftreffen der Stempel auf die Druckrollen und somit die beim Stand der Technik bestehenden Beschädigungsmöglichkeiten von Druckrollen und/oder Stempel vermieden.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehzahl des Rotors aus seinem Stillstand oder aus seiner Nenndrehzahl drehzahlgesteuert wird. Hierdurch wird die Vermeidung der genannten Schäden in jeder Betriebssituation der Rundläufer-Tablettiermaschine möglich.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ferner durch eine Vorrichtung zur Steuerung einer Rundläufer-Tablettiermaschine gemäß dem Verfahrens nach Anspruch 1 mit den im Anspruch 8 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass die Rundläufer-Tablettiermaschine ein Steuergerät oder dergleichen zur Ansteuerung einer Antriebsmaschine eines Rotors der Rundläufer-Tablettiermaschine, eine Einrichtung zum Ermitteln einer Presskraft sowie Mittel zum Vergleichen der ermittelten Presskraft mit einer vorgebbaren Presskraft und wenigstens ein Mittel zum Vorgeben einer Solldrehzahl des Rotors in Abhängigkeit des Vergleiches der ermittelten Presskraft mit der vorgebbaren Presskraft umfasst, ist vorteilhaft möglich, in einfacher Weise eine Steuerfunktion in die Rundläufer-Tablettiermaschine zu implementieren, die in Abhängigkeit eines Füllgrades von Matrizen des Rotors eine Solldrehzahl des Rotors steuert. Hierdurch wird insbesondere ein an den Füllgrad der Matrizen angepasstes Hochlaufen des Rotors möglich, so dass insbesondere mechanische Belastungen/Schädigungen von Druckrollen und/oder Pressstempeln vermieden werden können.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine teilweise schematische Darstellung einer Rundläufer-Tablettiermaschine;
Figur 2: ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung der Rundläufer-Tablettiermaschine und
Figur 3: einen Steuerungsablauf.

Rundläufer-Tablettiermaschinen der hier angesprochenen Art sind allgemein bekannt, so dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung auf den grundlegenden Aufbau und grundlegende Funktionen nicht näher eingegangen wird.

Figur 1 zeigt in einer schematisierten Teilansicht die Abwicklung eines Rotors 12 einer insgesamt mit 10 bezeichneten Rundläufer-Tablettiermaschine. Der Rotor 12 besitzt über seinen Umfang eine Vielzahl beabstandeter Matrizen 14. Jeder Matrize 14 ist ein Unterstempel 16 und ein Oberstempel 18 zugeordnet, die über hier angedeutete Führungskurven 20 beziehungsweise 22 geführt sind. Rotor 12 und Unterstempel 16 sowie Oberstempel 18 rotieren hierbei synchron um die Drehachse des Rotors 12. Der Rotor 12 ist durch eine hier nur angedeutete elektrische Antriebsmaschine 24 rotierbar.

In die Matrizen 14 wird über eine Einfülleinrichtung, einem so genannten Einfüllschuh, hier lediglich angedeutete Pressmasse 26 eingefüllt. Im Normalbetrieb der Rundläufer-Tablettiermaschine 10 wird die Pressmasse 26 über die gesamte Höhe der Matrize 14 eingefüllt. Die Füllhöhe kann beispielsweise durch die Höhenlage der Unterstempel 16 an einer nicht dargestellten Abstreifstation definiert werden. Im gezeigten Beispiel ist eine nicht normale Befüllung angenommen. Die Pressmasse 26 ist nur zu einer Teilhöhe in die Matrizen 14 eingefüllt. Denkbar ist auch, dass in die Matrizen 14 - für den hier angenommenen nicht normalen Fall - keinerlei Pressmasse 26 eingefüllt ist. Diese zustände können beispielsweise bei Neuanlauf der Rundläufer-Tablettiermaschine 10 nach einer Reinigung, Wartung oder dergleichen oder nach Unterbrechung des Nachschubes der Pressmasse 26 über die Einfülleinrichtung eintreten.

Entsprechend dem Verlauf der Führungskurven 20 und 22 tauchen die Unterstempel 16 und die Oberstempel 18 in die Matrize 14 ein und verpressen die Pressmasse 26 zu der gewünschten Tablette oder dergleichen. Hierzu werden die Unterstempel 16 und die Oberstempel 18 an wenigstens einer Pressstation 28 vorbeigeführt, die ortsfest angeordnete Druckrollen 30 umfasst. Die Druckrollen 30 sind jeweils um eine Drehachse 32 drehbar gelagert. Der Abstand der Druckrollen 30 zueinander ist definiert und bestimmt letztendlich die Höhe der zu pressenden Tablette. Ein Antrieb der Druckrollen 30 in Pfeilrichtung 34 - die obere Druckrolle 30 entgegen dem Uhrzeigersinn, die untere Druckrolle 30 in Uhrzeigersinn - erfolgt durch Vorbeiführen der Unterstempel 16 beziehungsweise Oberstempel 18 entsprechend der Bewegungsrichtung 36 des Rotors 12. Die Unterstempel 16 beziehungsweise Oberstempel 18 gelangen hierbei in Anlagekontakt mit der Umfangsfläche 38 der Druckrollen 30 und versetzen diese somit, quasi durch Mitnahme, in Rotation. Der Rotor 12 rotiert hierbei mit einer Drehzahl n_R, während die Druckrollen 30 mit einer Drehzahl n_D rotieren.

Infolge der nicht beziehungsweise nur teilweise gefüllten Matrizen 14 setzt die zu verpressende Pressmasse 26 den Stempeln 16 beziehungsweise 18 in der Pressstation 28 beziehungsweise in dem der Pressstation 28 unmittelbar vorgelagerten Bereich nur eine unzureichende Gegenkraft entgegen. Dies führt dazu, dass die Stempel 16 und 18 durch Rotation des Rotors 12 zwar auf die Nenndrehzahl des Rotors 12 beschleunigt werden, jedoch infolge ungenügenden Anlagekontaktes an den Druckrollen 30 diese nicht auf ihre Nenndrehzahl beschleunigt werden. Trifft in diesem, nicht normalen Betriebszustand nunmehr ein erstes Stempelpaar - der Stempel 16 und 18 - bei einer normal gefüllten Matrize 14 auf die Druckrollen 30 auf, ergibt sich ein wesentlicher Unterschied zwischen den momentanen Drehzahlen des Rotors 12 beziehungsweise der Druckrollen 30. Während der Rotor 12 schon auf seine Nenndrehzahl n_Rnenn beschleunigt ist, besitzen die Druckrollen 30 lediglich eine weit unterhalb ihrer Nenndrehzahl n_Dnenn liegenden Istdrehzahl n_DIST. Dies führt dazu, dass die Stempel 16, 18 mit großer Beschleunigung auf die Umfangsflächen 38 der Druckrollen 30 auftreffen, so dass hierdurch erhebliche kinetische Energie absorbiert werden muss. Dies kann zu mechanischen Beschädigungen sowohl der Oberflächen 38 der Druckrollen 30 als auch der Stempel 16 beziehungsweise 18 führen.

Um diese mechanische Belastung zu verhindern, wird Folgendes vorgesehen:

Die Druckrollen 30 sind in an sich bekannter Weise mit Messwertaufnehmern 40 versehen, mittels denen die momentane Presskraft PK gemessen wird. Anhand der schematischen Darstellung in Figur 2 wird die Erfindung weiter verdeutlicht.

Figur 2 zeigt den durch die elektrische Antriebsmaschine 24 antreibbaren Rotor 12 sowie die dem Rotor 12 zugeordneten Druckrollen 30. Auf die Darstellung der Stempel wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Der Rundläufer-Tablettiermaschine 10 ist ein Steuergerät 42 zugeordnet, das eine Vielzahl von Steuer- und Regelfunktionen übernehmen kann. Anschließend wird nur der für die Erfindung wesentliche Aufbau und Funktion des Steuergerätes 42 beschrieben.

Das Steuergerät 42 ist über eine Signalleitung 44 mit den Presskraftaufnehmern 40 verbunden und erhält ein der Istpresskraft PK_IST proportionales Signal pk _IST . Das Steuergerät 42 ist ferner mit der elektrischen Antriebsmaschine 24 über eine Signalleitung 46 verbunden, über die die elektrische Antriebsmaschine 24 ein Steuersignal n _R erhält, das der einzustellenden Solldrehzahl des Rotors 12 entspricht.

Das Steuergerät 42 umfasst eine Recheneinheit 48, der das Signal pk _IST und ein von einem Speichermittel 50 bereitgestelltes Signal pk _SOLL zugeführt wird, dass der Sollpresskraft PK_SOLL an den Druckrollen 30 entspricht.

Entsprechend dem in Figur 3 dargestellten Schema erfolgt folgende Signalverarbeitung.

In einem Schritt 52 werden die von den Presskraftaufnehmern 40 gelieferten Istsignale pk _IST und das von dem Speichermittel 50 gelieferte Sollsignal pk _SOLL verarbeitet. Hierbei wird eine Differenz zwischen dem Signal pk _SOLL und dem Signal pk _IST ermittelt. Dieses Differenzsignal pk _diff wird in einem weiteren Schritt 54 mit einem Signal pk _grenz verknüpft. Das Signal pk _grenz wird beispielsweise ebenfalls von dem Speichermittel 50 bereitgestellt. Hierbei kann beispielsweise variabel festlegbar sein, in welchem Maß die dem Signal pk _grenz entsprechende Presskraft PK_GRENZ von der Sollpresskraft PK_SOLL abweichen kann. Diese Differenz zwischen dem Presskraft-Grenzwert und dem Presskraft-Sollwert kann beispielsweise 10 % des Presskraft-Sollwertes betragen.

Wird nun im Schritt 54 festgestellt, dass die Differenz zwischen dem Presskraft-Istwert und dem Presskraft-Sollwert größer ist als die Differenz zwischen dem Presskraft-Sollwert und dem Presskraft-Grenzwert, das heißt, der Presskraft-Istwert unterschreitet den Presskraft-Grenzwert, wird ein Signal n _rsoll generiert, das einer Solldrehzahl n_R des Rotors 12 entspricht. Diese Solldrehzahl ist geringer als die Nenndrehzahl des Rotors 12 im Normalbetrieb. Im Schritt 56 wird das der Solldrehzahl entsprechende Signal n _rsoll mit einem der Istdrehzahl des Rotors 12 entsprechenden Signal n _rist verknüpft. Entsprechend einer Abweichung zwischen Istdrehzahl und Solldrehzahl des Rotors 12 wird das Drehzahlsignal n _R generiert und der Antriebsmaschine 24 zur Verfügung gestellt. Diese beschleunigt dann den Rotor 12 auf die vorgegebene Drehzahl n_R.

Anhand der vorstehenden Erläuterungen wird deutlich, dass eine Drehzahlsteuerung des Rotors 12 in Abhängigkeit der Presskraft erfolgt. Hierdurch wird erreicht, dass bei angenommener geringerer Presskraft PK als die Sollpresskraft PK_SOLL der Rotor 12 nicht mit seiner Nenndrehzahl rotiert. Insbesondere bei dem erläuterten Fall, dass die Matrizen 14 nicht oder nur teilweise mit Pressmasse 26 gefüllt sind, ergibt dies, dass der Rotor 12 mit einer vorgebbaren Minimaldrehzahl n_R rotiert. Hierdurch wird vermieden, dass bei erstmaligem Auftreffen von Unterstempel 16 und Oberstempel 18 einer ordnungsgemäß gefüllten Matrize 14 diese bereits mit der Nenndrehzahl des Rotors 12 auf die Druckrollen 30 auftreffen. Somit wird die mechanische Belastung zu diesem Zeitpunkt erheblich reduziert. Treffen die Stempel 16 und 18 einer ordnungsgemäß gefüllten Matrize 14 auf die Druckrollen 30, führt dies automatisch zu einer Erhöhung der Presskraft PK, die als Istpresskraft PK_IST über die Presskraftaufnehmer 40 gemessen wird. Hierdurch verringert sich die Differenz zwischen Istpresskraft und der Sollpresskraft, so dass entsprechend dem in Figur 2 und 3 dargestellten Schema die Drehzahl des Rotors 12 hochgefahren wird, bis dieser seine Nenndrehzahl erreicht.

Die erfindungsgemäße Lösung ist auch geeignet, bei mit Nenndrehzahl rotierendem Rotor 12 zu erkennen, ob der Füllungsgrad der Matrizen 14 mit der Pressmasse 26 abnimmt. Durch Verringerung des Füllgrades mit Pressmasse 26 sinkt aufgrund der direkten Zusammenhänge die Presskraft PK an den Druckrollen 30. Entsprechend dem in Figur 3 dargestellten Ablauf führt auch dieses Absinken der Istpresskraft zu einer Reduzierung der Solldrehzahl n_R des Rotors 12. Hierbei kann gemäß unterschiedlicher Ausführungsvarianten entweder eine stufenweise oder kontinuierliche Reduzierung der Solldrehzahl n_R vorgesehen sein. So kann die Solldrehzahl n_R beispielsweise gleich auf eine vorgebbare Minimaldrehzahl n_Rmin oder in Zwischenschritten von der Nenndrehzahl n_Rnenn bis zur Minimaldrehzahl n_Rmin reduziert werden.

Bezugszeichenliste

10: Rundläufer-Tablettiermaschine
12: Rotor
14: Matrize
16: Unterstempel
18: Oberstempel
20: Führungskurve
22: Führungskurve
24: elektrische Antriebsmaschine
26: Pressmasse
28: Pressstation
30: Druckrollen
32: Drehachse
34: Pfeilrichtung
36: Bewegungsrichtung
38: Umfangsfläche
40: Messwertaufnehmer
42: Signalleitung
44: Signalleitung
46: Signalleitung
48: Recheneinheit
50: Speichermittel
52: Schritt
54: Schritt
56: Schritt

PK: Presskraft
PKSOLL: Sollpresskraft
PKIST: Istpresskraft
PKGRENZ: Presskraft-Grenzwert
nD: Drehzahl der Druckrollen
nDnenn: Nenndrehzahl
nDIST: Istdrehzahl
nR: Drehzahl des Rotors
nRmin: Minimaldrehzahl
nRnenn: Nenndrehzahl
pkIST: proportionales Signal
pkSOLL: Sollsignal
nR: Steuersignal
nrsoll: Signal
nrist: Signal
pkdiff: Differenzsignal

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Rundläufer-Tablettiermaschine (10), wobei ein Rotor (12) durch eine Antriebsmaschine (24) in Rotation versetzbar ist, der Rotor (12) wenigstens eine Matrize (14) mit zugeordneten Oberstempeln (18) und Unterstempeln (16) umfasst und eine auf in die wenigstens eine Matrize (14) eingefüllte Pressmasse (26) wirkende Presskraft (PK) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Presskraft (PK_IST) mit einem vorgebbaren Grenzwert (Pk_GRENZ) verglichen wird und bei Unterschreiten des Grenzwertes (PK_GRENZ) die Solldrehzahl (n_R) des Rotors (12) auf eine Drehzahl unterhalb der Nenndrehzahl (n_RNENN) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Presskraft (PK) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen dem Grenzwert (PK_GRENZ) und einer Sollpresskraft (PK_SOLL) eingestellt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen 1 % und 50 %, insbesondere zwischen 5 % und 20 %, vorzugsweise zwischen 8 % und 12 %, beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldrehzahl (n_R) des Rotors (12) mit einer Istdrehzahl des Rotors (12) verglichen wird; und der Rotor (12) auf die Solldrehzahl (n_R) geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) aus dem Stillstand drehzahlgesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) aus seiner Nenndrehzahl drehzahlgesteuert wird.
Vorrichtung zur Steuerung einer Rundläufer-Tablettiermaschine (10), gemäß dem Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Steuergerät (42) oder dergleichen zur Ansteuerung einer Antriebsmaschine (24) eines Rotors (12) der Rundläufer-Tablettiermaschine (10), einer Einrichtung (40) zum Ermitteln einer auf eine Pressmasse (26) wirkenden Presskraft (PK) sowie Mittel zum Vergleichen der ermittelten Presskraft (PK_IST) mit einer vorgebbaren Presskraft (PK_GRENZ) und wenigstens einem Mittel zum Vorgeben einer Solldrehzahl (n_R) des Rotors (12) in Abhängigkeit des Vergleichs der ermittelten Presskraft (PK_IST) mit der vorgebbaren Presskraft (PK_GRENZ) .