EP4034375A1 - Vorrichtung und verfahren zur überwachung einer tablettiermaschine bevorzugt im laufenden betrieb mittels einer an einem pressstempel angebrachten messeinrichtung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur überwachung einer tablettiermaschine bevorzugt im laufenden betrieb mittels einer an einem pressstempel angebrachten messeinrichtung

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Publication number
EP4034375A1
EP4034375A1 EP20780617.5A EP20780617A EP4034375A1 EP 4034375 A1 EP4034375 A1 EP 4034375A1 EP 20780617 A EP20780617 A EP 20780617A EP 4034375 A1 EP4034375 A1 EP 4034375A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring device
sensor
press ram
press
machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20780617.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ingo Klaer
Stephan Mies
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korsch AG
Original Assignee
Korsch AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korsch AG filed Critical Korsch AG
Publication of EP4034375A1 publication Critical patent/EP4034375A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/26—Programme control arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/02—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space
    • B30B11/08—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space co-operating with moulds carried by a turntable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/0094—Press load monitoring means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/06—Platens or press rams
    • B30B15/065—Press rams

Definitions

  • the invention preferably relates to a ram for a tablet machine.
  • the press ram preferably has a measuring device which is energy self-sufficient and can function independently of the voltage supply of the tableting machine.
  • the invention preferably relates to a tabletting machine and a system which contains the above-mentioned press ram.
  • the invention also relates to a method for monitoring a tablet machine with the press ram according to the invention during operation.
  • the measuring device of the press ram preferably has a sensor, a computing unit and a communication unit as well as a memory unit.
  • the sensor of the measuring device records physical or chemical measured values.
  • the communication unit of the measuring device then sends the recorded measured values of the sensor, preferably to a programmable logic controller of the tableting machine and / or to a data processing unit and / or the recorded measured values of the sensor are preferably saved on the memory unit of the measuring device.
  • Tableting machines are mainly used for the production of tablets on an industrial scale. Tableting machines are based on the principle that a die is filled with a powder mixture to be tableted in a first step. The mixture is then compressed into a tablet by the interaction of an upper and lower punch. Modern tablet machines can produce several million tablets per hour with multiple tools.
  • a sensor (also a detector or measuring transducer or measuring probe) is a technical component and preferably the first element of a measuring chain in a measuring device.
  • a sensor can measure physical (e.g. amount of heat, temperature, humidity, pressure, sound field sizes, brightness, Acceleration) or chemical (e.g. pH value, ionic strength, electrochemical potential) properties and / or the material nature of its environment qualitatively or quantitatively as a measured variable. These quantities are recorded using physical or chemical effects and converted into an electrical signal that can be further processed. Sensors within machine tools, in particular forming machines, such as, for example, presses or punching, are well known.
  • the publication DE 102006 002 359 B4 discloses a tableting machine in the form of a rotary press which has a temperature sensor in the immediate vicinity of its die.
  • the sensor is stationary, not rotating with the rotor, for example attached to the machine frame.
  • the sensor particularly records temperature values of the tablets to be produced.
  • a disadvantage of such a tableting machine is that only one physical property can be recorded, namely the temperature in the interior of the press. Furthermore, the temperature can only be measured stationary at one point in the press interior.
  • DE 102005 051 567 B4 discloses a tableting machine - a rotary press - and a method for measuring the path of a press ram.
  • the press rams of the rotary press are equipped with markers. Due to the rotational movement of the press punches, they pass a stationary sensor (outside the rotor). This records the position changes of the markers, which are then evaluated.
  • the document DE 195 02 596 C2 describes sensors and measuring devices for checking the tableting process. Force sensors are attached to both an upper and a lower pressure roller in order to determine the pressing force values of a pair of punches. In connection with the rotor position, the measurements and previously determined machine parameters are used to measure and calculate path-press force assignments.
  • the disadvantage of this arrangement is that the pressing force is not measured directly on the press rams. Components (pressure roller, pressure roller bearings, pressing stations) of different strength and rigidity are located between the sensor and the press ram. These components influence the quality of the force measurement. Another disadvantage is the fact that only one physical property can be recorded on the basis of this sensor arrangement, namely the force which acts on the pressure roller through the press ram.
  • Press rams are an essential element for the functionality of tableting machines, so it is important to monitor them in particular.
  • forming machines, in particular presses are known in some cases, which include a sensor which is set up to monitor pressing forces on a press ram.
  • the known configurations for monitoring pressing forces on pressing rams have significant disadvantages, as will become clear below.
  • the publication DD 294457 A5 describes a sensor for measuring force on presses.
  • a force sensor is built into a piston body.
  • a ram is attached to this piston body so that the force sensor is located above the ram (on the upper ram) or is arranged below (at the lower punch).
  • the force sensor is wired to a voltage source via a corresponding bore in the piston body.
  • Such an arrangement also has disadvantages for eccentric presses.
  • the ram must be held in a specifically designed piston body, whereby, inter alia, no different loads that occur partially within the ram can be measured. These can be disadvantageously obtained, for example, if the press ram does not appear perpendicular to the powder material to be pressed.
  • the document DE 101 35283 C2 discloses a method for pressing powder material. Deformations of the die plate are measured or calculated for various press forces. The sensors for measuring the force are in direct connection with the ram and are attached above (upper ram) and below (lower ram) the press ram.
  • the sensors are attached to the support surface of the die heads of the press dies.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art and to provide a device and a method for tableting machines in order to determine physical and / or chemical properties directly and continuously on and / or in a press ram.
  • the invention relates to a press ram for a tableting machine, characterized in that the press ram has a measuring device which is self-sufficient in terms of energy and functions independently of a voltage supply to the tableting machine.
  • the press ram of the tableting machine has a measuring device, measured variables that are directly related to this press ram can be recorded without having to factor out the influences of other components.
  • it can be attached in a simple manner without a connection to the voltage supply of the tablet machine.
  • the measuring device is advantageously not fixed in a stationary manner at one location of the tableting machine by the rotating punch. This allows physical or chemical properties (e.g. measurement of temperature) to be recorded continuously during the entire rotor rotation of a rotary press.
  • the present invention therefore advantageously enables, contrary to the known devices from the prior art, the recording of measured values before, during and after a pressing process.
  • the tableting machine is preferably a rotary press or an eccentric press.
  • the press ram is preferably designed in such a way that it has a stamp head, a stamp shaft and a stamp tip.
  • a stamp head a stamp shaft and a stamp tip.
  • the measuring device is preferably encompassed or incorporated in the punch shaft.
  • the press ram is characterized in that the measuring device has a sensor for recording physical and / or chemical properties of the press ram and / or its surroundings.
  • Physical properties are defined, for example, by the amount of heat, temperature, humidity, pressure, sound field sizes, brightness, acceleration.
  • Chemical properties are, for example, pH value, ionic strength, electrochemical potential. The properties can be recorded qualitatively or quantitatively as a measured variable.
  • the measuring device particularly preferably comprises several different sensors which record different physical or chemical properties (of the press ram and / or its surroundings) in parallel at the same time.
  • the combination of several different recorded measured values advantageously leads to an increased accuracy of a state statement about components of the tablet machine or the production process
  • the ram is characterized in that the measuring device has a sensor, in particular for receiving a force, a Has temperature or an acceleration of the ram and / or its surroundings.
  • the press ram is characterized in that the measuring device has several sensors which are set up to measure the pressing force, the temperatures of the press ram and the ram tip and to measure the linear and rotary accelerations of the press ram. By measuring these values, statements can be made about the pressing process, the functionality of the press ram and the wear in general
  • the measuring device comprises an active sensor.
  • Active sensors generate a voltage due to their measuring principle and do not require any electrical auxiliary energy.
  • Active sensors can be, for example, thermocouples, light sensors or pressure sensors. The installation of active sensors advantageously leads to lower energy consumption.
  • the sensor of the measuring device is designed as a passive sensor.
  • Passive sensors contain passive components, the parameters of which are changed by the measured variable. These parameters are converted into electrical signals by primary electronics. An externally supplied auxiliary energy is required for this.
  • Passive sensors are e.g. E.g .: load cells, resistance thermometers, strain gauges, magnetic field sensors (Hall probe). Passive sensors advantageously provide particularly accurate measurement results.
  • the senor is a temperature sensor.
  • conclusions can be drawn about the function of the punch guide and the lubrication, which can provide information about wear.
  • conclusions can be drawn about a pressing process.
  • recorded temperature values of the press ram can advantageously be used to monitor or control compression or expansion of the press ram due to temperature fluctuations.
  • the temperature can preferably be recorded in many ways with different sensors and measuring devices. Preferred sensors for recording the Temperature listed. However, the invention is not restricted to the sensors in general, their mode of operation and their method of construction.
  • a preferred temperature sensor comprises an NTC thermistor, i.e. an NTC thermistor. This has a negative temperature coefficient, so that when the temperature rises, the resistance falls and a higher current flows.
  • NTC thermistor i.e. an NTC thermistor.
  • PTC thermistors i.e. PTC thermistors
  • PTC thermistors can preferably also be used, which have a positive temperature coefficient, so that when the temperature rises, the resistance increases and a lower current flows.
  • the temperature sensor is designed as a semiconductor temperature sensor. It generates an electrical quantity proportional to the absolute temperature. This electrical variable can preferably be represented in analog or digital form.
  • the temperature sensor comprises a temperature sensor with a quartz oscillator as the measuring element.
  • the resonance frequency of the oscillating quartz changes depending on the temperature and can be measured very precisely.
  • the temperature sensors are preferably distributed on the outer surface of the press die body and particularly preferably within the press die body.
  • thermocouples are a pair of metallic conductors made of different materials that are connected at one end. They convert a temperature difference into an electrical voltage (Seebeck effect).
  • the temperature sensor can include ferromagnetic temperature sensors.
  • the senor is a displacement sensor or a distance sensor.
  • a displacement sensor advantageously leads to the precise determination of the position of a press ram in the tableting machine, so that positional abnormalities can be noticed immediately. Geometric changes in individual elements of the tablet machine can also be determined.
  • the upper punch and the lower punch preferably cover a path that converges towards one another.
  • a ratio between pressing force and displacement can preferably be determined (in combination with a force sensor) so that properties of the molding compound, such as elasticity, plasticity and porosity, can advantageously be derived from this.
  • the determination of a position, a distance or a path can be achieved on the basis of a large number of measuring principles and, associated therewith, a large number of sensor arrangements.
  • the invention is therefore not limited to the path or distance sensors listed in this document.
  • the measuring device includes both direct and indirect measuring principles for determining the position, the distance or the path.
  • the Measured values are also preferably obtained via the integrability of all conceivable linear position measuring systems in the press die.
  • measured values can be linked to one another in order to improve the accuracy and the information about a state.
  • the exact rotor position in connection with rotary presses helps to improve the distance measurement with the acceleration sensors.
  • a potentiometer transmitter is used in a preferred embodiment of the displacement sensor.
  • the potentiometer transmitter is an electrical resistance component whose resistance values can be changed mechanically (by turning or moving).
  • the potentiometer transmitter is placed in a press ram in such a way that it changes its resistance with each rotation of the entire press ram.
  • Strain gauges which are used in an alternative embodiment of the displacement sensor according to the invention, follow a similar principle.
  • a strain gauge changes its electrical resistance by changing its length and cross-section.
  • Bridge circuits are preferably used to measure resistances. They can be used for the absolute determination of a resistance or for the determination of a relative change in resistance. When measuring with strain gauges, as already mentioned, the relative change in resistance is measured.
  • the person skilled in the art is familiar with the configuration of the bridge circuit in connection with the measurement of changes in resistance of strain gauges as a quarter bridge, half bridge and full bridge.
  • a strain gauge can preferably be used for detecting the expansion in the longitudinal direction of a press ram.
  • Another preferred displacement sensor comprises a capacitive sensor.
  • the capacitive sensor consists of two metal parts isolated from one another. Together with the measurement object, it forms a capacitor with variable capacitance. The measuring effect is based on a geometric change in the distance between the two capacitor surfaces or a lateral displacement of these, which leads to a change in the effective capacitor surface.
  • a displacement sensor can, for example, preferably be an inductive sensor.
  • Inductive sensors basically work with an inductance (open coil), a magnetic field is generated which is changed by an object. With this measuring principle, angles, paths or distances and speeds can advantageously be measured without contact and wear-free. According to the invention, several coils are preferably used.
  • the measuring device comprises a force sensor.
  • the invention is not limited to the sensors listed below for absorbing forces. Any force measurement that can be sensibly integrated into a press ram is conceivable in order to enable it to be used for press force measurement.
  • Force sensors are preferably designed as pressure sensors.
  • the senor comprises a pressure sensor. It has been shown that a pressure sensor within the measuring device leads to good knowledge about the wear of press rams. In addition, using Pressure sensors maximum forces can be determined which, for example, must not be exceeded in order to avoid overloading.
  • the invention can preferably aim at the determination of pressing forces and pressing force profiles.
  • the focus of the determination can be forces within a press ram, which already occur before the press ram hits the pressure rollers.
  • the upper punch can be pressed by the lower punch against the upper pressure roller or winding cam of a rotary press if the settings are incorrect.
  • the continuous information about possible wear of the press ram or cam tracks can guarantee significantly improved quality assurance.
  • an early exchange can be indicated.
  • the operating parameters can be adjusted in order to minimize the progressive wear.
  • piezoresistive pressure sensor is a piezoresistive pressure sensor.
  • Metallic strain gauges or pressure-sensitive semiconductor chips are used in piezoresistive pressure sensors.
  • the person skilled in the art is familiar with the following piezoresistive sensor technologies: ceramic thick-film sensors, metal thin-film sensors, silicon pressure sensors and piezoresistive silicon sensors.
  • Another preferred pressure sensor is a piezoelectric pressure sensor.
  • a piezoelectric sensor an electrical voltage is generated in a crystal by means of pressure through charge separation (piezoelectric effect). Pressure shifts ions inside the crystal, creating an electrical charge on the surface that is proportional to the force. The charge is converted into a proportional electrical voltage by a charge amplifier. Any pressure can be set as the zero point of the charge amplifier by deriving (short-circuiting) the charge, which means that pressure changes can be measured directly.
  • the pressure sensor comprises a Hall element. This pressure sensor works according to the Hall effect, whereby the magnetic field around the Hall element is changed when pressure is applied.
  • the pressure sensor is a capacitive pressure sensor.
  • Capacitive pressure sensors contain two diffused into a silicon chip Capacitors. When pressure is applied, the distances between a membrane and two opposing capacitor plates are changed in opposite directions, so that the capacities change accordingly.
  • the capacitors are preferably part of an internal amplifier, the output signal of which is dependent on the difference in capacitances.
  • the senor comprises an inductive pressure sensor.
  • Inductive pressure sensors work with an iron core that is connected to a membrane. Changes in pressure create a force on the membrane and move it. As a result, the position of an iron core changes in opposite directions in two coils: the inductance increases in one, and decreases in the other. The difference can advantageously be determined very precisely electrically.
  • the sensor of the measuring device is designed as an acceleration sensor.
  • some of the sensors already mentioned can also assume the purpose of an acceleration sensor.
  • the invention is not limited to the acceleration sensors named below and can definitely have further or different types of sensors for recording an acceleration.
  • a travel of a press ram can preferably be recorded.
  • an acceleration sensor is advantageous because it does not have to have a base as a zero point or reference. Instead, the path is determined indirectly via the integration of the measured acceleration. Nevertheless, sufficiently precise statements about the position path of the punch can be determined, which can be used both for quality assurance of the pressed products and for process optimization.
  • an acceleration sensor can be used in conjunction with the force measurement to provide information about wear.
  • a measuring device comprising an acceleration sensor is used to measure an impact of a press ram.
  • the ram can preferably be used to determine the force-displacement diagram.
  • a path can be calculated from linear and rotary accelerations.
  • a piezoelectric acceleration sensor is preferably used.
  • a piezoceramic sensor plate converts dynamic pressure fluctuations into electrical signals that can be processed accordingly.
  • the pressure fluctuation is generated by a (seismic) mass attached to the piezoceramic and acts on the piezoceramic when the entire system is accelerated.
  • the acceleration sensor can also preferably be formed by a micro-electro-mechanical system (MEMS).
  • MEMS micro-electro-mechanical system
  • This sensor is a spring-mass system in which the “spring” is preferably a silicon bar that is only a few micrometers (gm) wide.
  • the mass is preferably also made of silicon. Due to the deflection during acceleration of the press ram in the tableting machine (e.g. when the rotor starts up or due to the change in direction of the up and down movement of the ram), a change in the electrical capacitance can be measured very sensitively between the spring-mounted part and a fixed reference electrode will.
  • the electronics for evaluating this small change in capacitance are preferably accommodated on the same integrated circuit.
  • a piezoresistive resistor is attached to a bending beam by ion implantation, which changes its resistance according to the bending and thus allows conclusions to be drawn about the acceleration.
  • Ion implantation is known to the person skilled in the art and is preferably used in semiconductor technology in order to change the electrical properties of the base material (here: bending beams).
  • the acceleration sensor comprises a strain gauge.
  • a force on a test mass is determined by determining the deformation of the fastening (e.g. a rod) using strain gauges.
  • the ram can preferably be defined as a test mass.
  • the test mass can, however, likewise preferably be a mass which is different from the press ram and which comprises the measuring device.
  • the acceleration is determined by means of magnetic induction.
  • an electrical voltage is induced in a coil by a magnet.
  • the test mass is preferably a mass which is different from the press ram and which comprises the measuring device.
  • the acceleration sensor is a Ferraris sensor. This measures the relative acceleration without a test mass with the help of eddy currents.
  • the measuring device comprises strain gauge full bridges, integrated MEMS sensors and temperature sensors.
  • the communication unit in the measuring device is preferably used for wireless transmission of data recorded by the sensor.
  • the communication unit is preferably a transmission unit.
  • the communication unit is in particular a transmitting unit and / or a receiving unit.
  • the transmission is preferably carried out by directional or non-directional electromagnetic waves, whereby the range of the frequency band used can vary from a few Hertz (low frequency) to several hundred terahertz (visible light) depending on the application and technology used.
  • the following data transmission methods are preferably used: Bluetooth, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree or WMAX in the radio frequency range as well IrDA and optical radio relay (FSO) in the infrared or optical frequency range.
  • the transmission of data via such a transmission unit can take place wirelessly without loss of information during pressing processes in tableting machines, whereby a sufficient data transmission rate can be obtained.
  • the transmitting unit and / or receiving unit it comprises an antenna.
  • wired transmission can also be provided in addition or as an alternative to wireless data transmission.
  • the measuring device comprises analog and digital outputs (USB, RS232, fieldbus) for the transmission of data via signal conductors.
  • the signal conductor preferably transmits, on the one hand, the recorded measurement data to a programmable logic controller of the tableting machine and / or to a data processing unit, and on the other hand, control commands are preferably transmitted to the outputs of the measuring device via the signal conductor.
  • the press ram is characterized in that the measuring device comprises a sensor, a communication unit, a storage unit, an energy store and a computing unit, wherein the measured values obtained as raw data can be processed by means of the computing unit.
  • data high-resolution measurements
  • the storage unit of the measuring device is used in particular to back up or store data.
  • preferably recorded measurement data of the sensor are saved in the memory unit.
  • the storage unit is preferably an electronic data carrier.
  • a flash memory is particularly suitable for compact integration of an electronic data carrier into the trade fair submission, although other data carriers may also be preferred.
  • the measuring device comprises a computing unit.
  • the computing unit of the measuring device preferably comprises a processor unit.
  • the processor unit preferably comprises, in particular, a graphics processor (GPU) and / or a central processor unit (CPU). Both processors are known to the person skilled in the art.
  • GPU graphics processor
  • CPU central processor unit
  • Many arithmetic operations on the raw data can thereby preferably be carried out in a decentralized manner on the measuring device.
  • the measurement signal can be scanned, in particular at a high frequency.
  • Mean values and min / max values can be determined from the raw data by means of the computing unit and transmitted to a data processing unit and / or programmable logic controller of the tableting machine via a communication unit. This advantageously saves energy and bandwidth.
  • the measuring device is set up to process recorded measured values as raw data by means of a computing unit and then to store them in the memory of the measuring device and / or to transfer them to a data processing unit and / or programmable logic controller of the tablet machine using the communication unit, preferably via Bluetooth.
  • the preparation of the raw data can, for example, result in a conversion of the measurement data into a required format represent or the reduction to particularly relevant statements (such as mean values,
  • the measuring device preferably comprises a cable output at which a preconditioned measuring signal is output as a universal analog or digital signal (e.g. 0-10 V, serial).
  • a universal analog or digital signal e.g. 0-10 V, serial
  • various trigger options are available for the storage unit and computing unit of the measuring device to control the measurement data acquisition, e.g. in particular after certain time intervals or when threshold values (force / acceleration / temperature) are exceeded.
  • threshold values force / acceleration / temperature
  • This ensures that a data logger only saves data when certain events, such as particularly high loads, are present. In this way, accumulated stress collectives can be absorbed in a stressed component.
  • the stored measured values can be read out, for example, after completion of the measurement by means of a data processing unit (e.g. PC) and / or a programmable logic controller of the tablet machine via a simple USB connection.
  • the measuring device preferably its computing unit, is set up for control and / or access to data by a data processing unit and / or a programmable logic controller of the tableting machine.
  • control parameters for carrying out the measurement can be sent to the measuring device.
  • the control parameters can, for example, relate to the type of measurement or a selection of active sensors (in the case of several sensors), a timing of the measurement or instructions for the preparation or preliminary evaluation of the raw data.
  • the data processing unit can be, for example, a tablet computer, smartphone or PC, with a computer program product (application / “app”) for control and / or access to the data being preferably installed on the same.
  • application / “app” a computer program product for control and / or access to the data being preferably installed on the same.
  • a data exchange between the app and the measuring device is preferably ensured by means of the communication unit of the measuring device, the app preferably transmitting control commands to the measuring device, which can be processed by the computing unit included in the measuring device.
  • the app is preferably set up to access data from the measuring device (or [processed] measured values are transmitted to the communication unit of a tablet computer or smartphone using the communication unit of the measuring device) and to visualize and / or save this data.
  • the measuring device preferably has different transmission modes, preferably two or more, which differ in terms of bandwidth and power consumption.
  • a first transmission mode is preferably defined by direct communication between the measuring device and an external device (smartphone, tablet PC or programmable logic controller of the tableting machine). According to the invention this transmission mode is called streaming. In particular, the transmission mode is characterized by a high data rate.
  • the measured values of the measuring device are preferably transmitted to a distribution unit.
  • the distribution unit is connected to a large number of external devices (smartphone, tablet PC or programmable logic controller of the tableting machine, whereby these can access the data of the distribution unit.
  • This transmission mode is preferably referred to as broadcasting, with a high internal sampling rate (500 Hz) the Measured variables are recorded and a live mean value and a minimum / maximum value are formed therefrom, so that no high data rate is necessary.
  • the distribution unit can preferably likewise be a data processing unit.
  • a preferred measuring device enables time-synchronous transmission and storage of recorded measured values from two sensors with strain gauge measuring bridges.
  • a speed and 3-axis acceleration are preferably measured by integrated MEMS sensors.
  • An integrated processor unit preferably processes the sensor data already on the measuring device and thus advantageously significantly reduces the amount of data to be transmitted.
  • the measuring device preferably enables simple and continuous monitoring of processes.
  • the recorded measurement data and interpreted states are preferably transmitted to a distribution unit by means of Bluetooth, preferably Bluetooth Low Energy 4.2.
  • a multiplicity of measuring devices can preferably be connected to the distributor unit in a time-synchronized manner.
  • the transmission range is up to 30 meters, with up to 50 devices connected to the distribution unit.
  • all measurement data are displayed in the application of a tablet computer or smartphone and optionally saved.
  • a calibration value of the measuring device is preferably set with the application and the outputs of a gateway are configured.
  • the measuring device is preferably supplied with energy via a Li-Ion battery and charged via a USB power supply unit.
  • the measuring device also preferably has the external dimensions 50mm x 13mm x 9mm.
  • the measuring device preferably has a flash memory with up to 8 Gb.
  • the measuring device has strain gage sensors in addition to MEMS sensors, so that in addition to a force measurement, it is also possible to record accelerations and rotational speeds, as well as the orientation.
  • Modern MEMS sensors include an integrated temperature sensor, which means that the temperature can also be recorded by the measuring device.
  • the measuring device is energy self-sufficient.
  • the measuring device can thus be used independently of the voltage supply of the tableting machine. It has been found that energy-self-sufficient measuring devices are particularly easy to use in tableting machines which, according to the Work concentricity principle, let use. In addition, if a sensor energy source fails, only one sensor is affected, so that all sensors are independent of one another.
  • the measuring device preferably comprises a battery and / or an accumulator as an energy store, so that the measuring device is energy self-sufficient in the sense of the invention.
  • a battery and / or an accumulator preferably supplies sufficient energy for the communication unit to transmit the data.
  • the battery or the accumulator preferably supplies energy for the functionality of the measuring device.
  • the computing unit, the communication unit and the sensor are supplied with sufficient energy at the same time.
  • the measuring device preferably comprises an output for a charging connection for charging the accumulator.
  • an integrated overcharge and discharge protection of the accumulator is included in the measuring device for the safe operation of the measuring device.
  • the accumulator is designed as a Li-Ion or Li-Po accumulator.
  • the measuring device can comprise an LED display.
  • the measuring device is energy self-sufficient in relation to the voltage supply of the tablet machine by generating induction current / induction.
  • the magnetic field can preferably be generated by a coil attached inside and / or outside the rotor. The movement of the conductor induces a current which is used to operate the measuring device
  • the measuring device comprises a photovoltaic cell (solar cell), which also reacts well to artificial light in machine shops. Using the photoelectric effect, light energy is converted into electrical energy and the measuring device can be operated self-sufficient in accordance with the invention. The electricity generated is preferably used directly for measuring operations.
  • a photovoltaic cell solar cell
  • the electricity generated is stored in the above-mentioned accumulators.
  • the measuring device of a press ram is connected to at least one second measuring device of a second press ram.
  • the connection is designed by a signal conductor.
  • the connection is made wirelessly via the communication unit. Power and / or data can preferably be transmitted via the connection of the measuring devices.
  • all measuring devices can preferably be connected to a distribution unit.
  • the press ram is characterized in that the measuring device is introduced within the press ram body.
  • the press die body is preferably defined as the press die shaft, Press die tip and press die head, the press die body preferably being designed as a thick-walled hollow body or as a solid body.
  • the measuring device is introduced with an accurate fit into a press die designed as a solid body.
  • the press ram is processed with separating manufacturing processes in such a way that the measuring device can be inserted into the press ram in a subsequent assembly process.
  • Connection means can also preferably be used here.
  • the measuring device can therefore preferably be introduced into the press ram with a material fit, force fit and / or form fit.
  • the measuring device is attached to the inner wall of the thick-walled hollow body of a press ram.
  • Access to the measuring device can preferably be provided via a transverse bore to the longitudinal axis of the press ram, in order to be able to connect signal lines or to be able to lead out antennas.
  • the measuring device is placed in a press die with a jacket diameter of 25.4 mm or in a press die with a jacket diameter of 19 mm.
  • the computing unit of the measuring device is connected to one or more data processing units and / or a programmable logic controller of a tablet machine.
  • a data processing unit is present as a component configured externally from the tableting machine, which component is configured as an independent device - independent of the tableting machine.
  • a data processing unit is present as an internal data processing unit.
  • An internal data processing unit can preferably be part of the tableting machine and be integrated, for example, in the frame of a tableting machine. It is preferably also designed as a programmable logic controller for the tableting machine and is preferably also referred to as a machine controller.
  • the measuring device can communicate with one or more of the data processing units (e.g. external: PC, smartphone, tablet or internal: machine control).
  • the data processing units e.g. external: PC, smartphone, tablet or internal: machine control.
  • Direct communication between the measuring device and the machine control enables the operating parameters of the tableting machine to be adjusted quickly on the basis of the measurement results. For example, in order to avoid wear when predefined force limits are exceeded, the machine control system could adapt the operating parameters on the basis of the transmitted information.
  • the measuring device it is particularly preferable for the measuring device to communicate with an (external) data processing unit, for example a PC, a tablet computer, Smartphone.
  • a data processing unit can therefore particularly preferably also be designed as an external component (for example tablet computer, smartphone).
  • the external component preferably communicates both with the measuring device and with the machine control.
  • the (preprocessed) measurement results of the measurement unit can first be transmitted to a data processing unit in the form of a PC, tablet computer, etc. or a computer program installed on it.
  • the external components can be used to evaluate the measurement results more extensively, for example for monitoring and / or logging the tableting process.
  • the operating parameters can then, for example, be adjusted by sending appropriate control commands to the machine control system.
  • the possibility of acquiring and recording the data of the measuring device on the data processing unit offers a number of advantages regardless of a possible adjustment of the operating parameters.
  • the recording of measurement data can, in particular, ensure logging and thus quality assurance of the production process. If predefined tolerance limits for the pressing forces are exceeded, the corresponding pressed products can, for example, be marked for further checking.
  • the recording of the measurement data also enables wear to be recognized at an early stage. On the basis of the information, a repair or replacement of the respective components can be displayed or the maintenance interval can be adjusted.
  • the invention also relates to a tableting machine comprising a press ram of the type mentioned at the beginning.
  • the invention relates to a tabletting machine comprising a programmable logic controller, which consists of at least one arithmetic unit, a communication unit and a memory unit, and the measuring device of the ram includes a communication unit, characterized in that the communication unit of the programmable logic controller is compatible with the communication unit of the measuring device of the ram is.
  • the communication unit of the programmable logic controller can be designed as a transmitting and / or receiving unit.
  • compatibility of the communication units means that they are able to communicate with one another.
  • both communication units use the same data transmission methods already mentioned above, so that data can be sent or sent to one another.
  • the tablet machine is designed as a rotary press or eccentric press.
  • a rotary press preferably comprises a press ram of the type mentioned at the beginning, a rotor, a die plate, a Stamp guide for holding press stamps, a power supply and an upper and lower pressure roller.
  • An eccentric press preferably comprises a press die of the type mentioned at the beginning, a die and a voltage supply.
  • a data processing unit such as, for example, a smartphone or tablet computer, has a computing unit, a communication unit and a storage unit.
  • the communication unit of the data processing unit also serves to receive data from the communication unit of the measuring device and / or the programmable logic controller of the tableting machine (and / or to send data to these devices).
  • the communication unit can receive / send the data in a wired manner, but in particular the data is transmitted wirelessly.
  • the communication unit of the data processing unit and / or the programmable logic controller of the tableting machine preferably sends data for controlling the measuring device to the communication unit of the measuring device.
  • the communication unit of the data processing unit and / or the programmable logic controller of the tableting machine can send control parameters to the measuring device for carrying out a measurement.
  • the control parameters can, for example, relate to a type of measurement or a selection of active sensors (in the case of several sensors).
  • a timing of the measurement, a preferred transmission mode or instructions for the preparation or preliminary evaluation of the raw data can also be specified.
  • the communication unit of the measuring device sends data, preferably preprocessed measurement data, to the communication unit of the (external) data processing unit and / or the programmable controller of the tableting machine.
  • the data transmitted by the measuring device are preferably stored on the memory unit of the data processing unit and / or the programmable controller of the tablet machine.
  • the memory unit of the data processing unit and / or the programmable logic controller of the tableting machine is preferably used to back up or store data.
  • preferably recorded measurement data of the sensor are saved in the memory unit. This applies to both the data obtained directly via the measuring device and the analysis results of the data processing unit and / or the programmable logic controller of the tablet machine itself.
  • software programs and, among other things, instruction sequences, mathematical and statistical models are also saved on the memory unit, which as described for Control of the measuring device and / or for accessing (reading out) the data of the measuring device can be provided.
  • the storage unit is preferably an electronic data carrier.
  • the computing unit of the data processing unit and / or the programmable logic controller of the tableting machine preferably comprises a processor unit.
  • the processor unit preferably comprises a graphics processor (GPU) and / or a central processor unit (CPU).
  • At least one measuring device is attached to at least any element of the tableting machine.
  • Any element preferably means press ram, rotor, die plate, ram guide for receiving press rams, power supply and an upper and lower pressure roller of a rotary press.
  • the invention relates to a system comprising a data processing unit and a tableting machine of the type described above, the measuring device of the press ram comprising a communication unit and the tableting machine comprising a programmable logic controller, characterized in that the data processing unit and / or the programmable logic controller of the tableting machine is set up for this purpose is
  • Such a system is advantageously suitable for monitoring tableting processes, since the measurement data can be processed (visualized and / or analyzed) on a device external to the measuring device with increased storage and computing capacity, whereas the measuring device can be kept very compact and has only a few components must include. This means that the evaluation of the data can preferably take place online (immediately) without the measuring device having to be removed or read out manually.
  • the measuring device advantageously records measured values directly on the press ram, so that particularly precise and detailed statements can be made about the pressing process.
  • the measuring device can receive control commands from users (or automatically) via external devices (data processing units or programmable logic controller of the tablet machine) so that certain parameters (e.g. sampling rates) can be set from a remote position.
  • the invention relates to a method for monitoring a tabletting machine using a press ram of the type mentioned at the beginning, the measuring device of the press ram comprising a sensor, a computing unit, a communication unit and a memory unit, and the tableting machine thereby comprising a programmable logic controller with a communication unit characterized in that the sensor of the measuring device records physical and / or chemical properties; the measured values recorded as raw data are processed by the computing unit of the measuring device; the processed measured values are sent via the communication unit of the measuring device to the programmable logic controller of the tableting machine and / or data processing unit and / or the processed measured values are saved on the storage unit of the measuring device.
  • the advantage of a method according to the invention is the possibility of monitoring and analyzing the state of the tablet machine during the operating state and / or in the idle state.
  • monitoring of the tableting machine is preferably technical monitoring.
  • Such monitoring is set up on the one hand to avoid incidents and to enable timely measures or repairs. On the other hand, it is an effective way of further technical development and of preventing environmental damage.
  • the method is characterized in that the sensor of the measuring device in particular records a force, temperature or acceleration of the press ram and / or its surroundings and / or the speed of the rotor.
  • the recorded measured values are saved in the memory unit of the data processing unit and / or in the memory unit of the programmable logic controller and / or in the memory unit of the measuring device.
  • the method is characterized in that the programmable logic controller of the tablet machine and / or the data processing unit, preferably a tablet computer and / or a smartphone, preferably using a computer program product (application / app) installed on these devices, sends control commands to the Can transmit measuring device.
  • the programmable logic controller of the tablet machine and / or the data processing unit preferably a tablet computer and / or a smartphone, preferably using a computer program product (application / app) installed on these devices, sends control commands to the Can transmit measuring device.
  • the saved measurement data are preferably analyzed by algorithms.
  • the storage unit of the measuring device is detachably attached so that a user of the machine can manually connect the data to be evaluated to a programmable controller of the tablet machine and / or the data processing unit.
  • the arithmetic unit of the data processing unit and / or the programmable logic controller directly accesses the measurement data saved in the memory unit of the data processing unit and / or the programmable controller memory unit and carries out the algorithms for the analysis of the data which are also saved in the memory unit Measurement data.
  • the method is characterized in that the recorded measured values of the measuring device are analyzed using machine learning algorithms.
  • external parameters and / or measured values from a press ram flow into the analysis of the method for monitoring a tablet machine.
  • These can be determined by measuring devices that are independent of the measuring device according to the invention.
  • recorded measurement data of the pressure roller e.g. pressing forces
  • the rotor e.g. revolutions
  • the ambient temperature of the tableting machine can also be saved in a storage unit of the data processing unit of the tableting machine and then by subsequent algorithms to be analyzed.
  • a large number of differently recorded data enables a comprehensive analysis with few errors.
  • the method is characterized in that the recorded measured values of the measuring device are analyzed in combination with externally recorded and / or provided measured values using algorithms (preferably machine learning algorithms).
  • machine learning algorithms are a sub-area of artificial intelligence.
  • Machine learning uses mathematical and statistical models to “learn” from data.
  • machine learning algorithms have the advantage that information that is too complex for a human observer can be automatically extracted from a large data set.
  • supervised learning is used to analyze or process the stored measurement data.
  • a so-called training process is first carried out.
  • training data are provided in the form of input data together with the corresponding target data.
  • the purpose of training in machine learning processes is generally to adapt parameters of a function in such a way that the function is then able to determine the target value with high accuracy from the corresponding input value.
  • the customized function is then used after the training process to predict target data for previously invisible input data.
  • the function is described by a mathematical and / or statistical model.
  • the function here is implemented by a support vector machine, Bayesian networks and / or decision trees.
  • The is particularly preferred Function described by an artificial neural network.
  • the artificial neural networks can have different architectures.
  • the input data are preferably defined by machine parameters, environmental parameters and / or measured data of the measuring device.
  • Machine parameters are preferably the speed of the rotor, various material properties and / or key figures of the components, running time or operating time, age of the machine, number of punches or other components, etc.
  • Ambient parameters are preferably ambient temperature, humidity, etc.
  • the measured data are preferably used as input data by different measuring devices equipped with different sensors for measuring different physical and / or chemical properties.
  • target data are preferably designed in terms of a probability of the occurrence of damage, the failure of a component or an incorrect implementation of a pressing process.
  • the unsupervised learning method is used for the analysis or processing of the stored measurement data.
  • the algorithm tries to identify patterns in the input data that deviate from structureless noise.
  • the function in the training process is based only on the similarities of the input data and adjusts its parameters accordingly so that no output data is used for the training process.
  • the unsupervised learning method is used to segment or cluster the input data or, preferably, to compress the input data.
  • the unsupervised learning algorithm preferably comprises the principal component analysis (PCA) and / or the K-means algorithm and / or at least one neural network.
  • PCA principal component analysis
  • the reinforcement learning method is used to analyze or process the stored measurement data.
  • the training process takes place continuously even after the parameters of a function have been adjusted. "Trial and error" is used to observe and evaluate the effects of various statements based on the adapted function for previously unknown input data.
  • the algorithm receives feedback, presented abstractly in the form of a reward or punishment. Whereupon the algorithm further optimizes the function based on its parameters. Accordingly, the algorithm continuously adapts or changes the function of the machine learning process.
  • Reinforcement learning can use the Q-learning method and / or the above-mentioned neural networks and / or other neural networks as well as other algorithms known to the person skilled in the art.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Pressstempel für eine Tablettiermaschine. Der Pressstempel weist dabei bevorzugt eine Messeinrichtung auf, die energieautark unabhängig von der Spannungsversorgung der Tablettiermaschine funktionsfähig ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Tablettiermaschine, die den oben benannten Pressstempel beinhaltet sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Tablettiermaschine mit dem erfindungsgemäßen Pressstempel im laufenden Betrieb.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ÜBERWACHUNG EINER TABLETTIERMASCHINE BEVORZUGT IM LAUFENDEN BETRIEB MITTELS EINER AN EINEM PRESSSTEMPEL ANGEBRACHTEN MESSEINRICHTUNG
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft bevorzugt einen Pressstempel für eine Tablettiermaschine. Der Pressstempel weist dabei bevorzugt eine Messeinrichtung auf, die energieautark unabhängig von der Spannungsversorgung der Tablettiermaschine funktionsfähig ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung bevorzugt eine Tablettiermaschine und ein System, welche den oben benannten Pressstempel beinhaltet.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Tablettiermaschine mit dem erfindungsgemäßen Pressstempel im laufenden Betrieb. Die Messeinrichtung des Presstempels weist bevorzugt einen Sensor, eine Recheneinheit und eine Kommunikationseinheit sowie eine Speichereinheit auf. Der Sensor der Messeinrichtung nimmt physikalische oder chemische Messwerte auf. Anschließend sendet die Kommunikationseinheit der Messeinrichtung die aufgenommenen Messwerte des Sensors bevorzugt an eine speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine und/oder an eine Datenverarbeitungseinheit und/oder die aufgenommen Messwerte des Sensors werden bevorzugt auf der Speichereinheit der Messeinrichtung gesichert.
Stand der Technik
Tablettiermaschinen werden vornehmlich für die Herstellung von Tabletten im Industriemaßstab genutzt. Tablettiermaschinen basieren auf dem Prinzip, dass eine Matrize in einem ersten Schritt mit einer zu tablettierenden Pulvermischung gefüllt wird. Anschließend wird die Mischung durch das Zusammenwirken von einem Ober- und Unterstempel zu einer Tablette verpresst. Moderne Tablettiermaschinen können mit Mehrfachwerkzeugen mehrere Millionen Tabletten pro Stunde hersteilen.
Die große Anzahl an Pressvorgängen führt zu Verschleiß an den Presswerkzeugen und kann auch Verschleiß an verschiedenen Komponenten der Tablettiermaschine erzeugen. Weiterhin können sich eingestellte Maschinenparameter im Laufe des Betriebs beispielsweise durch Temperaturänderungen der Maschinenumgebung und/oder durch Vibrationen als nicht mehr optimal geeignet für den Pressvorgang erweisen. Sowohl Verschleiß als auch ungeeignete Betriebsparameter können daher zu fehlerhaften Pressvorgängen führen und Komponenten der Tablettiermaschine in ihrer Gesamtheit beschädigen. Für die Überwachung solcher Fehler werden im Stand der Technik verschiedene Arten von Messeinrichtungen eingesetzt. Wesentlicher Bestandteil einer Messeinrichtung ist ein Sensor.
Ein Sensor (auch Detektor oder Messaufnehmer oder Messfühler) ist ein technisches Bauteil und bevorzugt das erste Element einer Messkette in einer Messeinrichtung. Ein Sensor kann physikalische (z.B. Wärmemenge, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schallfeldgrößen, Helligkeit, Beschleunigung) oder chemische (z. B. pH-Wert, lonenstärke, elektrochemisches Potential) Eigenschaften und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ ermitteln. Diese Größen werden mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und in ein weiter verarbeitbares elektrisches Signal umgewandelt. Sensoren innerhalb von Werkzeugmaschinen insbesondere Umformmaschinen, wie bspw. Pressen oder Stanzen, sind dabei hinlänglich bekannt.
Die Druckschrift DE 102006 002 359 B4 offenbart eine Tablettiermaschine in Ausgestaltung einer Rundlaufpresse, die einen Temperatursensor in unmittelbarer Nähe ihrer Matrize aufweist. Der Sensor ist dabei stationär, nicht mit dem Rotor mitrotierend, bspw. am Maschinengestell angebracht. Dabei nimmt der Sensor zur Überwachung des Produktionsprozesses insbesondere Temperaturwerte der zu produzierenden Tabletten auf.
Nachteilig an einer derartigen Tablettiermaschine ist, dass nur eine physikalische Eigenschaft aufgenommen werden kann, nämlich die Temperatur im Presseninnenraum. Ferner kann die Temperatur nur stationär an einem Punkt im Presseninnenraum gemessen werden.
Die DE 102005 051 567 B4 offenbart eine Tablettiermaschine - eine Rundlaufpresse - sowie ein Verfahren zur Wegemessung eines Pressstempels. Hierbei sind die Pressstempel der Rundlaufpresse mit Markern ausgestattet. Durch die Rotationsbewegung der Presstempel führen diese an einen, ortsfesten (außerhalb des Rotors) angebrachten Sensor vorbei. Dieser nimmt die Positionsänderungen der Marker auf, welche im Anschluss ausgewertet werden.
Das Dokument DE 195 02 596 C2 beschreibt Sensoren und Messeinrichtungen zur Überprüfung des Tablettiervorgangs. Dabei sind Kraftsensoren sowohl an einer oberen als auch an einer unteren Druckrolle angebracht, um Presskraftwerte eines Stempelpaares zu ermitteln. In Verbindung mit der Rotorposition werden die Messungen und vorher ermittelte Maschinenparameter zur Messung und Berechnung von Weg-Presskraft-Zuordnungen benutzt.
Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass die Presskraft nicht unmittelbar an den Pressstempeln gemessen wird. Zwischen Sensor und Pressstempel liegen Komponenten (Druckrolle, Druckrollenlagerung, Pressstationen) unterschiedlicher Festigkeit und Steifigkeit vor. Diese Komponenten beeinflussen die Qualität der Kraftmessung. Ein weiterer Nachteil ist die Tatsache, dass anhand dieser Sensor-Anordnung nur eine physikalische Eigenschaft aufgenommen werden kann, nämlich die Kraft, die durch den Pressstempel auf die Druckrolle wirkt.
Ein wesentliches Element für die Funktionsfähigkeit von Tablettiermaschinen sind Pressstempel, daher gilt es diese im besonderen Maße zu überwachen. Im Stand der Technik sind teilweise Umformmaschinen, insbesondere Pressen, bekannt, die einen Sensor umfassen, der dazu eingerichtet ist, Presskräfte an einem Pressstempels zu überwachen. Die bekannten Ausgestaltungen zur Überwachung von Presskräften an Pressstempeln weisen jedoch wesentliche Nachteile auf, wie im Folgenden deutlich wird.
Die Druckschrift DD 294457 A5 beschreibt einen Sensor zur Kraftmessung an Pressen. Hierbei ist ein Kraftsensor in einem Kolbenkörper eingebaut. An diesem Kolbenkörper ist ein Pressstempel befestigt, sodass der Kraftsensor oberhalb des Stempels (beim Oberstempel) bzw. unterhalb (beim Unterstempel) angeordnet ist. Der Kraftsensor ist über eine entsprechende Bohrung im Kolbenkörper mit einer Spannungsquelle verkabelt.
Der Nachteil der Kraftmessung mit einer solchen Anordnung ist, dass die Umsetzung für Tablettiermaschinen, die als Rundlaufpressen ausgebildet sind, praktisch nicht realisierbar ist. Pressstempel in Rundlaufpressen werden unmittelbar von Steuerkurven geführt. Es ist nicht praktikabel, jeden Presstempel in einem Kolbenkörper zu haltern und darüber hinaus die externe Energieversorgung der Pressstempel sicherzustellen. Zudem ist diese Anordnung der Sensoren in der DD 294457 A5 ausschließlich vorgesehen, um Kräfte während eines Pressvorgangs zu ermitteln. Die Erfassung von auftretenden Kräften, die vor oder nach einem Pressvorgang in einem Pressstempel auftreten können, sind anhand der in dem Dokument beschriebenen Anordnung nicht zu erfassen. Ferner ist die Beschleunigung oder Temperatur des Pressstempels allein durch die Position des Sensors ebenfalls nicht möglich.
Auch für Exzenterpressen bringt eine solche Anordnung Nachteile mit sich. So muss der Pressstempel in einen spezifisch ausgestalten Kolbenkörper gehaltert werden, wobei unter anderem keine innerhalb des Pressstempels partiell auftretenden unterschiedlichen Belastungen gemessen werden können. Diese können beispielsweise nachteilig erhalten werden, wenn der Presstempel nicht senkrecht auf das zu verpressende Pulvermaterial auftritt.
Das Dokument DE 101 35283 C2 offenbart ein Verfahren zum Verpressen von Pulvermaterial. Für verschiedene Presskräfte werden Verformungen der Matrizenplatte gemessen oder errechnet. Die Sensoren zur Kraftmessung stehen in direkter Verbindung mit den Pressstempeln und sind oberhalb (Oberstempel) und unterhalb (Unterstempel) der Pressstempel angebracht.
Die Sensoren sind auf der Auflagefläche der Stempelköpfe der Pressstempel angebracht.
Ein solches Verfahren ist ebenfalls für Tablettiermaschinen, die als Rundlaufpressen ausgebildet sind, in praktischer Hinsicht nicht realisierbar, da in Rundlaufpressen die Pressstempel über Steuerkurven geführt werden. Die Stempel treten mit ihrem Stempelkopf in direkten Kontakt mit den Druckrollen der Rundlaufpresse, sodass es nicht sinnvoll ist auf dem Stempelkopf einen Sensor anzubringen.
Es besteht mithin ein Bedarf an Verbesserung zur Bereitstellung von Messtechniken, welche auf einfache und robuste Weise in eine Tablettiermaschine bzw. -prozess integrieren lassen und eine kontinuierliche Messung und Überwachung von Prozessparametern ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Vorrichtung sowie ein Verfahren für Tablettiermaschinen bereitzustellen, um physikalische und/oder chemische Eigenschaften unmittelbar sowie kontinuierlich an und/oder in einem Pressstempel zu ermitteln. Insbesondere war es eine Aufgabe der Erfindung Mittel zur Integration von Messvorrichtungen in einer Tablettiermaschine bereitzustellen, welche sich durch ein hohes Maß an Flexibilität und Genauigkeit auszeichnet, um kontinuierliche Messungen und/oder Überwachung eine Vielzahl von Prozessparametern in Bezug auf einen Pressstempel in einem Tablettierprozess zu ermöglichen. Zusammenfassung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung betrifft in einer bevorzugten Ausführungsform einen Pressstempel für eine Tablettiermaschine dadurch gekennzeichnet, dass der Pressstempel eine Messeinrichtung aufweist, die energieautark, unabhängig von einer Spannungsversorgung der Tablettiermaschine, funktionsfähig ist.
Dadurch, dass der Pressstempel der Tablettiermaschine eine Messeinrichtung aufweist, können Messgrößen, die im direkten Bezug zu diesem Pressstempel stehen, aufgenommen werden ohne Einflüsse anderer Komponenten herausrechnen zu müssen. Zudem ist die Anbringung in einfacherWeise ohne Verbindung zur Spannungsversorgung der Tablettiermaschine möglich. Ferner ist die Messeinrichtung, durch den rotierenden Stempel im Falle einer Rundlaufpresse, vorteilhaft nicht stationär an einem Ort der Tablettiermaschine festgesetzt. Dadurch können physikalische oder chemische Eigenschaften (z.B. Messung der Temperatur) während der gesamten Rotordrehung einer Rundlaufpresse kontinuierlich aufgenommen werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht demnach vorteilhaft entgegen der bekannten Vorrichtungen aus dem Stand der Technik die Aufnahme von Messwerten vor-, während und nach einem Pressvorgangs.
Im Sinne der Erfindung ist die Tablettiermaschine bevorzugt eine Rundlaufpresse oder eine Exzenterpresse.
Erfindungsgemäß ist der Pressstempel bevorzugt so ausgestaltet, dass er einen Stempelkopf, einen Stempelschaft und eine Stempelspitze aufweist. Dem Fachmann sind dabei die Begriffe Stempelkopf, Stempelschaft und Stempelspitze geläufig. Die Messeinrichtung ist bevorzugt im Stempelschaft umfasst bzw. in diesem eingebracht.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Pressstempel dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen Sensor zur Aufnahme von physikalischen und/ oder chemischen Eigenschaften des Pressstempels und/oder seiner Umgebung aufweist. Physikalische Eigenschaften definieren sich dabei bspw. durch Wärmemenge, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schallfeldgrößen, Helligkeit, Beschleunigung. Chemische Eigenschaften sind zum Beispiel pH- Wert, lonenstärke, elektrochemisches Potential. Die Eigenschaften können sowohl qualitativ oder als Messgröße guantitativ aufgenommen werden.
Besonders bevorzugt umfasst die Messeinrichtung mehrere unterschiedliche Sensoren, welche unterschiedliche physikalische oder chemische Eigenschaften (des Pressstempels und/oder seiner Umgebung) parallel zur gleichen Zeit aufnehmen. Die Kombination mehrerer unterschiedlicher aufgenommener Messwerte führt vorteilhaft zu einer erhöhten Genauigkeit einer Zustandsaussage über Komponenten der Tablettiermaschine oder des Produktionsprozesses
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Pressstempel dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen Sensor insbesondere zur Aufnahme von einer Kraft, einer Temperatur oder einer Beschleunigung des Pressstempels und/oder seiner Umgebung aufweist. Durch Aufnahme dieser Werte kann vorteilhaft eine Aussage über den Verschleiß und die Funktionsfähigkeit des Pressstempels und/oder der Tablettiermaschine im Allgemeinen getätigt werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Pressstempel dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung über mehrere Sensoren verfügt, welche zur Messung der Presskraft, der Temperaturen von Pressstempel und Stempelspitze und zur Messung der linearen und rotativen Beschleunigungen des Pressstempels eingerichtet sind. Durch die Messung dieser Werte können vorteilhaft Aussagen über den Pressvorgang, die Funktionsfähigkeit des Pressstempels und den Verschleiß im Allgemeinen getätigt werden
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messeinrichtung einen aktiven Sensor. Aktive Sensoren erzeugen eine Spannung aufgrund ihres Messprinzips und benötigen keine elektrische Hilfsenergie. Bei aktiven Sensoren kann es sich bspw. um Thermoelemente, Lichtsensoren oder Drucksensoren handeln. Der Einbau von aktiven Sensoren führt vorteilhafterweise zu einem geringeren Energieverbrauch.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor der Messeinrichtung als passiver Sensor ausgestaltet. Passive Sensoren enthalten passive Bauteile, deren Parameter durch die Messgröße verändert werden. Durch eine Primärelektronik werden diese Parameter in elektrische Signale umgeformt. Dabei wird eine von außen zugeführte Hilfsenergie benötigt. Passive Sensoren sind z. B.: Wägezellen, Widerstandsthermometer, Dehnungsmessstreifen, Magnetfeldsensoren (Hall-Sonde). Passive Sensoren liefern vorteilhaft besonders genaue Messergebnisse.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Messeinrichtung ist der Sensor ein Temperatursensor. Durch die Erfassung einer Temperatur lassen sich Rückschlüsse auf die Funktion der Stempelführung und der Schmierung ziehen, die Auskunft über den Verschleiß geben können. Über die Erfassung der Temperatur und des Temperaturverlaufs der Stempelspitze lassen sich entsprechend Rückschlüsse auf einen Pressvorgang ziehen.
Weiterhin können durch die Überwachung der Temperatur des Pressstempels und/oder seiner Umgebung bevorzugt Rückschlüsse über Temperaturwerte zu den verpressenden Materialen erfolgen. Bei einem Tablettierprozess für temperatursensitive Pressmaterialien ist dies von hoher Relevanz. Das Pressen von temperatursensitive Pressmaterialien kann nur in bestimmten Temperaturbereichen bewerkstelligt werden. Der Pressprozess kann demnach durch die aufgenommenen Werte angepasst und/oder auch abgebrochen werden, sollten diese Werte einen Schwellenwert über- bzw. unterschreiten.
Ferner können aufgenommene Temperaturwerte des Pressstempels vorteilhaft dazu genutzt werden, um Stauchung oder Dehnungen des Pressstempels aufgrund von Temperaturschwankungen zu überwachen bzw. zu kontrollieren.
Die Erfassung der Temperatur kann bevorzugt auf viele Arten mit unterschiedlichen Sensoren und Messeinrichtungen erfolgen. Nachfolgend werden bevorzugte Sensoren zur Aufnahme der Temperatur aufgeführt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Sensoren im Allgemeinen, ihre Funktionsweise und ihre Konstruktionsweise beschränkt.
Ein bevorzugter Temperatursensor umfasst ein NTC-Thermistor d.h. einen Heißleiter. Dieser besitzt einen negativen Temperaturkoeffizienten, sodass bei einer Erhöhung der Temperatur der Widerstand fällt und ein höherer Strom fließt. Es können bevorzugt aber auch Kaltleiter, d.h. PTC-Thermistoren verwendet werden, welche einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzen, sodass bei einer Erhöhung der Temperatur der Wderstand steigt und ein niedriger Strom fließt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Temperatursensor als Halbleiter- Temperatur-Sensor ausgebildet. Er erzeugt eine zur absoluten Temperatur proportionale elektrische Größe. Diese elektrische Größe kann bevorzugt analog oder digital dargestellt sein.
In einerweiteren bevorzugten Variante umfasst der Temperatursensor einen Temperaturfühler mit Schwingquarz als Messelement. Die Resonanzfrequenz des schwingenden Quarzes verändert sich dabei abhängig von der Temperatur und kann sehr präzise gemessen werden. Erfindungsgemäß sind die Temperaturfühler bevorzugt an der Außenfläche des Pressstempelkörpers und besonders bevorzugt innerhalb des Pressstempelkörpers verteilt.
In einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung des Temperatursensors ist dieser als Thermoelement realisiert. Bei Thermoelementen handelt es sich um ein Paar metallischer Leiter aus unterschiedlichem Material, die an einem Ende verbunden sind. Sie wandeln eine Temperaturdifferenz in eine elektrische Spannung um (Seebeck-Effekt).
Weitere erfindungsgemäße Alternativen für den Temperatursensor können ferromagnetische Temperatursensoren umfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Messeinrichtung ist der Sensor ein Wegsensor bzw. Abstandsensor. Vorteilhafterweise führt ein Wegsensor zur genauen Bestimmung der Position eines Pressstempels in der Tablettiermaschine, sodass Positionsauffälligkeiten unmittelbar bemerkt werden können. Ebenso können geometrische Veränderungen einzelner Elemente der Tablettiermaschine ermittelt werden.
In einem Pressvorgang einer Tablettiermaschine legen Oberstempel und Unterstempel bevorzugt einen aufeinanderzulaufenden Weg zurück. Durch die Messung dieses Weges über Wegsensoren bzw. Abstandsensoren kann bevorzugt (in Kombination mit einem Kraftsensor) ein Verhältnis zwischen Presskraft und Weg ermittelt werden, sodass daraus folgend vorteilhaft Eigenschaften der Pressmasse, wie beispielsweise Elastizität, Plastizität und Porosität, abgeleitet werden können.
Die Ermittlung einer Position, eines Abstandes bzw. eines Weges ist anhand einer Vielzahl von Messprinzipien und damit einhergehend einer Vielzahl Sensoranordnungen zu erreichen. Die Erfindung ist demnach nicht auf die in diesem Dokument aufgeführten Weg bzw. Abstandsensoren beschränkt.
Es ist bevorzugt, dass die Messeinrichtung sowohl direkte als auch indirekte Messprinzipien für die Ermittlung der Position, des Abstandes bzw. des Weges umfasst. Überdies können die Messwerte ebenfalls bevorzugt über die Integrierbarkeit aller denkbaren linearen Wegmesssysteme in den Presstempel erhalten werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform können Messwerte miteinander verknüpft werden, um die Genauigkeit und die Aussage über einen Zustand zu verbessern. Beispielweise hilft die exakte Rotorposition im Zusammenhang mit Rundlaufpressen, die Wegmessung mit den Beschleunigungssensoren zu verbessern.
Ein Potentiometergeber wird in einer bevorzugten Ausgestaltung des Wegsensors verwendet. Der Potentiometergeber ist ein elektrisches Widerstandsbauelement, dessen Widerstandswerte mechanisch (durch Drehen oder Verschieben) veränderbar sind. Erfindungsgemäß ist der Potentiometergeber so in einem Pressstempel eingebracht, dass dieser seinen Widerstand bei jeder Verdrehung des gesamten Pressstempels ändert.
Einem ähnlich gelagerten Prinzip folgen Dehnungsmessstreifen, die in einer alternativen erfindungsmäßen Ausgestaltung des Wegsensors eingesetzt werden. Ein Dehnungsmessstreifen verändert seinen elektrischen Widerstand durch Längen- und Querschnittsänderung. Brückenschaltungen werden bevorzugt eingesetzt um Widerstände zu Messen. Sie können eingesetzt werden zur absoluten Bestimmung eines Widerstandes oder zur Bestimmung einer relativen Widerstandsänderung. Bei der Messung mit Dehnungsmessstreifen wird dabei, wie schon erwähnt, die relative Änderung des Widerstands gemessen. Dem Fachmann ist dabei die Ausgestaltung der Brückenschaltung im Zusammenhang mit der Messung von Widerstandsänderungen von Dehnungsmessstreifen als Viertelbrücke, Halbbrücke und Vollbrücke bekannt. Ein Dehnungsmessstreifen kann bevorzugt für das Erfassen der Ausdehnung in Längsrichtung eines Pressstempels verwendet werden.
Ein weiterer bevorzugter Wegsensor umfasst einen kapazitiven Sensor. Der kapazitive Sensor besteht aus zwei voneinander isolierten metallischen Teilen. Er bildet mit dem Messobjekt einen Kondensator mit variabler Kapazität. Der Messeffekt beruht dabei auf einer geometrischen Veränderung des Abstandes der beiden Kondensatorflächen untereinander oder einer seitlichen Verschiebung dieser, was zu einer Veränderung der effektiv wirksamen Kondensatorfläche führt.
Eine weitere Ausführungsform eines Wegsensors kann zum Beispiel bevorzugt ein induktiver Sensor sein. Induktive Sensoren arbeiten grundsätzlich mit einer Induktivität (offene Spule), es wird ein Magnetfeld erzeugt, welches durch ein Objekt verändert wird. Durch dieses Messprinzip lassen sich vorteilhaft berührungslos und verschleißfrei Winkel, Wege bzw. Abstände und Geschwindigkeiten Messen. Bevorzugt werden erfindungsgemäß mehrere Spulen eingesetzt.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messeinrichtung einen Kraftsensor. Die Erfindung ist auf die nachfolgend aufgeführten Sensoren zur Aufnahme von Kräften nicht beschränkt. Jede sinnvoll in einen Presstempel integrierbare Kraftmessung ist denkbar, um die Verwendung für die Presskraftmessung zu ermöglichen. Vorzugsweise sind Kraftsensoren als Drucksensoren ausgestaltet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Messeinrichtung umfasst der Sensor einen Drucksensor. Es hat sich gezeigt, dass ein Drucksensor innerhalb der Messeinrichtung zu guten Erkenntnissen über den Verschleiß von Pressstempeln führt. Zudem können anhand von Drucksensoren Maximalkräfte bestimmt werden, die zum Beispiel nicht überschritten werden dürfen, um eine Überbelastung zu vermeiden.
Die Erfindung kann bevorzugt auf die Ermittlung von Presskräften und Presskraftverläufen abzielen. Im Fokus der Ermittlung können dabei beispielsweise Kräfte innerhalb eines Pressstempels sein, welche bereits vor dem Anschlägen des Pressstempels an Druckrollen auftreten.
In Abhängigkeit des zu verpressenden Pulvers und Füllung findet eine Pressung schon in der Niederzugskurve einer Rundlaufpresse statt. Dies ist nicht erstrebenswert, allerdings unvermeidbar. Darüber hinaus kann der Oberstempel vom Unterstempel gegen die obere Druckrolle oder Aufzugkurve einer Rundlaufpresse bei falschen Einstellungen gedrückt werden.
Anhand einer Messung eines Presskraftverlaufes während einer vollständigen Drehung einer Tablettiermaschine, welche als Rundlaufpressse ausgestaltet ist, werden Effekte / Kräfte erkennbar, die im Stand der Technik bisher nicht messbar waren. Dadurch kann unter anderem Verschleiß an Pressstempeln und Kurvenbahnen erkannt werden, der sonst nicht durch Messungen zugänglich ist. Derartige Messungen können jedoch aufzeigen, welche Kräfte beim Anschlägen an die Druckrolle entstehen und wie sich die Presskraft bei unterschiedlichen Pressmaterialien entwickelt, weil unmittelbar gemessen werden kann.
Durch die kontinuierlichen Informationen über einen möglichen Verschleiß der Pressstempel oder Kurvenbahnen kann eine deutliche verbesserte Qualitätssicherung gewährleistet werden. Einerseits kann ein frühes Austauschen angezeigt sein. Andererseits können die Betriebsparameter angepasst werden, um den fortschreitenden Verschleiß zu minimieren.
Ein weiterer bevorzugter Drucksensor ist ein piezoresistiver Drucksensor. Bei piezoresistiven Drucksensoren kommen metallische Dehnungsmessstreifen oder druckempfindliche Halbleiterchips zum Einsatz. Dem Fachmann sind folgende piezoresistive Sensortechniken geläufig: Keramik-Dickschichtsensoren, Metall-Dünnfilmsensoren, Silizium-Drucksensoren und Piezoresistive Siliziumsensoren.
Ein weiterer bevorzugter Drucksensor ist ein piezoelektrischer Drucksensor. Bei einem piezoelektrischen Sensor wird mittels Druckes durch Ladungstrennung eine elektrische Spannung in einem Kristall erzeugt (piezoelektrischer Effekt). Durch Druck verschieben sich im Inneren des Kristalls Ionen, wodurch sich an der Oberfläche elektrische Ladung proportional zur Kraft bildet. Die Ladung wird durch einen Ladungsverstärker in eine proportionale elektrische Spannung umgeformt. Jeder beliebige Druck kann durch Ableitung (Kurzschluss) der Ladung als Nullpunkt des Ladungsverstärkers eingestellt werden, dadurch werden Druckänderungen direkt messbar.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Drucksensor ein Hallelement. Dieser Drucksensor arbeitet nach dem Hall-Effekt, wobei bei Druckbelastung das Magnetfeld um das Hall-Element geändert wird.
In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Drucksensor ein kapazitiver Drucksensor. Kapazitive Drucksensoren enthalten zwei in einen Siliziumchip eindiffundierte Kondensatoren. Bei Druckbeaufschlagung werden die Abstände einer Membran zu zwei beidseitig gegenüberliegenden Kondensatorplatten gegenläufig verändert, sodass sich die Kapazitäten dementsprechend verändern. Bevorzugt sind die Kondensatoren dabei Teil eines internen Verstärkers, dessen Ausgangssignal von der Differenz der Kapazitäten abhängig ist.
In einerweiteren bevorzugten Variante umfasst der Sensor einen induktiven Drucksensor. Induktive Drucksensoren arbeiten mit einem Eisenkern, welcher mit einer Membran verbunden ist. Druckänderungen erzeugen eine Kraft auf die Membran und bewegen diese. Dadurch ändert sich die Position eines Eisenkerns gegensinnig in zwei Spulen: In einer steigt die Induktivität, in der anderen sinkt sie. Der Unterschied kann vorteilhaft elektrisch sehr genau bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor der Messeinrichtung als Beschleunigungssensor ausgestaltet. Auch einige der schon benannten Sensoren können in einer bevorzugten Ausgestaltung den Verwendungszweck eines Beschleunigungssensors annehmen.
Die Erfindung ist auf die nachfolgend benannten Beschleunigungssensoren nicht beschränkt und kann durchaus weitere bzw. andersartige Sensoren zur Aufnahme einer Beschleunigung aufweisen.
Mit einer bevorzugten Messeinrichtung umfassend einen Beschleunigungssensor kann bevorzugt ein Weg eines Pressstempels erfasst werden. Der Einsatz eines Beschleunigungssensor ist vorteilhaft dazu geeignet, da dieser keine Basis als Nullpunkt oder Referenz aufweisen muss. Stattdessen erfolgt die Wegbestimmung mithin indirekt über die Integration der gemessenen Beschleunigung. Nichtdestotrotz können hinreichend genaue Aussagen über den Positionsweg des Stempels ermittelt werden, welche sowohl für die Qualitätssicherung der Pressprodukte als auch Prozessoptimierung eingesetzt werden können.
Weiterhin bevorzugt ist die Verknüpfung dieser Messwerte mit einem oder mehreren weiteren Messwerten, welche bevorzugt durch andere Messeinrichtungen und/oder Sensoren aufgenommen werden. Dies führt zu einer verbesserten Genauigkeit und Aussagekraft. Bei Rundlaufpressen kann bspw. die exakte Rotorposition dabei helfen, die Wegmessung mit den Beschleunigungssensoren zu verbessern.
Ferner kann ein Beschleunigungssensor in Verbindung mit der Kraftmessung für die Aussage über einen Verschleiß herangezogen werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Messeinrichtung umfassend einen Beschleunigungssensor zur Messung eines Anpralls eines Pressstempels genutzt. Darüber hinaus kann der Pressstempel bevorzugt zur Ermittlung eines das Kraft-Weg-Diagramm verwendet werden. Insbesondere kann aus linearen und rotativen Beschleunigungen ein Weg berechnet werden.
Im Sinne der Erfindung wird bevorzugt ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor verwendet. Hierbei wandelt ein piezokeramisches Sensorplättchen dynamische Druckschwankungen in elektrische Signale um, die entsprechend weiterverarbeitet werden können. Die Druckschwankung wird durch eine an der Piezokeramik befestigte (seismische) Masse erzeugt und wirkt bei einer Beschleunigung des Gesamtsystems auf die Piezokeramik.
Der Beschleunigungssensor kann ebenfalls bevorzugt durch ein mikro-elektro-mechanisches System (MEMS) ausgebildet sein. Dieser Sensor ist ein Feder-Masse-System, bei dem die „Feder“ bevorzugt nur ein wenige Mikrometer (gm) breiter Silizium-Steg ist. Zudem ist die Masse bevorzugt ebenfalls aus Silizium hergestellt. Durch die Auslenkung bei einer Beschleunigung des Pressstempels in der Tablettiermaschine (bspw. beim Anfahren des Rotors oder durch die Richtungsänderung der Auf- und Ab-Bewegung des Stempels) kann zwischen dem gefedert aufgehängten Teil und einer festen Bezugselektrode eine Änderung der elektrischen Kapazität sehr sensitiv gemessen werden. Die Elektronik zur Auswertung dieser kleinen Kapazitätsänderung wird bevorzugt auf demselben integrierten Schaltkreis untergebracht.
In einer bevorzugten Variante des MEMS ist auf einem Biegebalken ein piezoresistiver Widerstand durch Ionenimplantation angebracht, der entsprechend der Biegung seinen Wderstand ändert und so auf die Beschleunigung zurückschließen lassen. Ionenimplantation ist dem Fachmann bekannt und wird bevorzugt in der Halbleitertechnik genutzt, um die elektrischen Eigenschaften des Grundmaterials (hier: Biegebalken) zu verändern.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Beschleunigungssensor einen Dehnungsmessstreifen. Es wird eine Kraft auf eine Testmasse bestimmt, indem die Verformung der Befestigung (z. B. eines Stabes) mittels Dehnungsmessstreifen ermittelt wird. Im Sinne der Erfindung kann der Pressstempel bevorzugt als Testmasse definiert sein. Die Testmasse kann aber ebenfalls bevorzugt eine vom Pressstempel verschiedene Masse sein, die die Messeinrichtung umfasst.
In einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung des Beschleunigungssensors wird die Beschleunigung über magnetische Induktion ermittelt. Bei der Bewegung der an einer Feder aufgehängten Testmasse wird durch einen Magneten in einer Spule eine elektrische Spannung induziert. Die Testmasse ist bevorzugt eine vom Pressstempel verschiedene Masse, die die Messeinrichtung umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Beschleunigungssensor ein Ferraris-Sensor. Dieser misst die Relativbeschleunigung ohne Testmasse mit Hilfe von Wrbelströmen.
In einerweiteren besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messeinrichtung Dehnungsmessstreifen-Vollbrücken, integrierte MEMS-Sensoren und Temperatursensoren.
Im Sinne der Erfindung dient die Kommunikationseinheit in der Messeinrichtung bevorzugt dem drahtlosen Senden von aufgenommen Daten des Sensors. Demnach ist die Kommunikationseinheit bevorzugt eine Sendeeinheit. In einerweiteren Ausgestaltung ist Kommunikationseinheit insbesondere eine Sendeeinheit und/oder eine Empfangseinheit. Die Übertragung erfolgt bevorzugt durch gerichtete oder ungerichtete elektromagnetische Wellen, wobei der Bereich des genutzten Frequenzbands je nach Anwendung und verwendeter Technik von wenigen Hertz (Niederfrequenz) bis hin zu mehreren hundert Terahertz (sichtbares Licht) variieren kann. Erfindungsgemäß werden bevorzugt folgende Datenübertragungsverfahren genutzt: Bluetooth, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree oder WMAX im Radiofrequenzbereich sowie IrDA und optischer Richtfunk (FSO) im infraroten bzw. optischen Frequenzbereich. Es hat sich vorteilhaft gezeigt, dass durch das Senden über eine solche Sendeeinheit die Übertragung von Daten ohne Verlust von Informationen bei Pressvorgängen in Tablettiermaschinen drahtlos erfolgen kann, wobei eine ausreichende Datenübertragungsrate erhalten werden kann. In einer weiteren Ausgestaltung der Sendeeinheit und/oder Empfangseinheit umfasst diese eine Antenne.
In einer Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ zu einer drahtlosen Datenübertragung auch eine kabelgebundene Übertragung vorgesehen sein. In einer Ausführungsform umfasst die Messeinrichtung analoge und digitale Ausgänge (USB, RS232, Feldbus) für eine Übertragung von Daten über Signalleiter. Der Signalleiter überträgt bevorzugt zum einen die aufgenommenen Messdaten zu einer speicherprogrammierbaren Steuerung der Tablettiermaschine und/oder zu einer Datenverarbeitungseinheit zum anderen werden bevorzugt über den Signalleiter Steuerbefehle an die Ausgänge der Messeinrichtung übertragen.
In einer bevorzugten Variante ist der Pressstempel dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen Sensor, eine Kommunikationseinheit, eine Speichereinheit, einen Energiespeicher und eine Recheneinheit umfasst, wobei die als Rohdaten erhaltenen Messwerte mittels der Recheneinheit bearbeitbar sind. Vorteilhafterweise können Daten (hoch aufgelöste Messungen) über die Speichereinheit gesichert werden, sodass diese zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden können.
Im Sinne der Erfindung dient die Speichereinheit der Messeinrichtung insbesondere zur Sicherung bzw. Speicherung von Daten. Erfindungsgemäß werden bevorzugt aufgenommene Messdaten des Sensors in der Speichereinheit gesichert. Dabei handelt es sich bei der Speichereinheit bevorzugt um einen elektronischen Datenträger. Für eine kompakte Integrationen eines elektronischen Datenträgers in die Messeinreichung eignet sich insbesondere ein Flashspeicher, wobei auch andere Datenträger bevorzugt sein können.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messeinrichtung eine Recheneinheit. Erfindungsgemäß umfasst die Recheneinheit der Messeinrichtung bevorzugt eine Prozessoreinheit. Die Prozessoreinheit umfasst dabei bevorzugt insbesondere einen Grafikprozessor (GPU) und/oder eine Zentrale Prozessoreinheit (CPU). Beide Prozessoren sind dem Fachmann bekannt. Viele Rechenoperationen der Rohdaten können dadurch bevorzugt bereits dezentral auf der Messeinrichtung durchgeführt werden. So kann bspw. insbesondere mit hoher Frequenz das Messignal abgetastet werden. Aus den Rohdaten kann mittels der Recheneinheit Mittelwerte, sowie Min/Max-Werte bestimmt und über eine Kommunikationseinheit an eine Datenverarbeitungseinheit und/oder speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine übertragen werden. Vorteilhaft lässt sich hierdurch Energie und Bandbreite sparen.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Messeinrichtung dazu eingerichtet aufgenommene Messwerte als Rohdaten mittels Recheneinheit aufzubereiten und anschließend im Speicher der Messeinrichtung zu speichern und/oder anhand der Kommunikationseinheit, bevorzugt mittels Bluetooth, an eine Datenverarbeitungseinheit und/oder speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine zu übertragen. Die Aufbereitung der Rohdaten kann sich bspw. in einer Wandlung der Messdaten in ein gefordertes Format darstellen oder die Reduktion auf besonders relevante Aussagen (s.o. Mittelwerte,
Überschreitung definierter Schwellwerte für Kraft/Beschleunigung/Temperatur/Abstand etc.).
Bevorzugt umfasst die Messeinrichtung einen Kabelausgang, an dem ein vorkonditioniertes Messsignal als universelles Analog- oder Digital Signal ausgegeben wird (z.B. 0 - 10 V, seriell).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stehen zur Steuerung der Messdatenerfassung diverse Triggermöglichkeiten für die Speichereinheit und Recheneinheit der Messeinrichtung zur Verfügung, z.B. insbesondere nach bestimmten Zeitintervallen oder bei Überschreiten von Schwellwerten (Kraft/Beschleunigung/Temperatur). So wird sichergestellt, dass ein Datenlogger nur dann Daten abspeichert, wenn bestimmte Events, wie z.B. insbesondere eine hohe Belastung, vorliegen. So können bereits kumulierte Beanspruchungskollektive in einem beanspruchten Bauteil aufgenommen werden. Das Auslesen der abgespeicherten Messwerte kann beispielsweise nach Beendigung der Messung mittels einer Datenverarbeitungseinheit (z.B. PC) und/oder einer speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine über eine einfache USB-Verbindung.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Messeinrichtung, bevorzugt deren Recheneinheit, für eine Steuerung und/oder einen Zugriff auf Daten durch eine Datenverarbeitungseinheit und/oder eine speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine eingerichtet. Hierzu können beispielsweise der Messeinrichtung Steuerparameter für die Durchführung der Messung zugesandt werden. Die Steuerparameter können z.B. die Art der Messung bzw. eine Auswahl aktiver Sensoren (im Falle mehrere Sensoren), eine Taktung der Messung oder auch Instruktionen für die Aufbereitung bzw. Vorauswertung der Rohdaten betreffen.
Die Datenverarbeitungseinheit kann beispielsweise ein Tablet-Computer, Smartphone oder eine PC sein, wobei auf selbigen bevorzugt Computerprogrammprodukt (Applikation/ „App“) zur Steuerung und/oder für den Zugriff auf die Daten installiert vorliegt.
Bevorzugt wird mittels der Kommunikationseinheit der Messeinrichtung ein Datenaustausch zwischen der App und Messeinrichtung gewährleistet, wobei die App bevorzugt Steuerbefehle an die Messeinrichtung übermittelt, welche von der in der Messeinrichtung umfassten Recheneinheit verarbeitet werden kann.
Neben der Steuerung der Messeinrichtung ist die App bevorzugt dazu eingerichtet, auf Daten der Messeinrichtung zuzugreifen (bzw. [aufgearbeitete] Messwerte werden anhand der Kommunikationseinheit der Messeinrichtung zur Kommunikationseinheit eines Tablet-Computers oder Smartphones übertragen) und diese Daten zu visualisieren und/oderzu speichern.
Weiterhin bevorzugt weist die Messeinrichtung verschiedene Übertragungsmodi, vorzugsweise zwei oder mehr, auf, die sich hinsichtlich Bandbreite und Stromverbrauch unterscheiden.
Ein erster Übertragungsmodus ist bevorzugt durch eine direkte Kommunikation zwischen Messeinrichtung und einem externen Gerät (Smartphone, Tablet PC oder speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine) definiert. Im Sinne der Erfindung wird dieser Übertragungsmodus Streaming bezeichnet. Insbesondere zeichnet sich der Übertragungsmodus durch eine hohe Datenrate aus.
In einem zweiten Übertragungsmodus werden die Messwerte der Messeinrichtung bevorzugt an eine Verteilereinheit übertragen. Die Verteilereinheit ist dabei mit einer Vielzahl von externen Geräten (Smartphone, Tablet PC oder speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine verbunden, wobei diese auf die Daten der Verteilereinheit zugreifen können. Dieser Übertragungsmodus wird bevorzugt Broadcasting bezeichnet, wobei mit einer hohen internen Abtastrate (500 Hz )die Messgrößen erfasst und daraus ein Live-Mittelwert, sowie ein der Min/Max-Wert gebildet, sodass keine hohe Datenrate notwendig ist. Die Verteilereinheit kann bevorzugt ebenfalls eine Datenverarbeitungseinheit sein.
Im Folgenden wird eine konkrete Ausgestaltung sowie Anwendung einer bevorzugten Messeinrichtung beschrieben. Die Erfindung ist auf diese Ausführungsform nicht beschränkt.
Eine bevorzugte Messeinrichtung ermöglicht eine zeitsynchrone Übertragung und Speicherung von aufgenommenen Messwerten zweier Sensoren mit DMS-Messbrücken. Zusätzlich werden durch integrierte MEMS-Sensoren bevorzugt eine Drehzahl sowie eine 3-Achsen Beschleunigung gemessen. Eine integrierte Prozessoreinheit verarbeitet bevorzugt die Sensordaten bereits auf der Messeinrichtung und reduziert damit vorteilhaft deutlich die zu übertragene Datenmengen.
Die Messeinrichtung ermöglicht bevorzugt eine einfache und kontinuierliche Überwachung von Prozessen. Die aufgenommen Messdaten und interpretierten Zustände werden bevorzugt mittels Bluetooth, bevorzugt Bluetooth Low Energy 4.2, an eine Verteilereinheit übertragen. Dabei können bevorzugt eine Vielzahl von Messeinrichtungen zeitsynchron mit der Verteilereinheit verbunden werden.
Unter idealen Bedingungen weist die Reichweite der Übertragung bis zu 30 Meter auf, wobei bis mehr als 50 Geräte mit der Verteilereinheit verbunden sein können. Gleichzeitig werden alle Messdaten in der Applikation eines Tablet-Computers oder Smartphones angezeigt und wahlweise gespeichert. Mit der Applikation wird bevorzugt ein Kalibrierwert der Messeinrichtung eingestellt und die Ausgänge eines Gateways konfiguriert. Die Messeinrichtung wird darüber hinaus bevorzugt über einen Li-Ion Akku mit Energie versorgt und über ein USB-Netzteil geladen. Die Messeinrichtung weist zudem bevorzugt die Außenmaße 50mm x 13mm x 9mm auf. Weiterhin weist die Messeinrichtung bevorzugt einen Flash Speicher mit bis zu 8 Gb auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Messeinrichtung DMS-Sensoren in Ergänzung mit MEMS-Sensoren auf, sodass zusätzlich neben einer Kraftmessung eine Erfassung von Beschleunigungen und Drehzahlen, sowie der Orientierung möglich ist. Moderne MEMS- Sensoren umfassen dabei einen integrierten Temperatursensor, demnach kann ebenfalls die Temperatur durch die Messeinrichtung erfasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Messeinrichtung energieautark funktionsfähig. Im Hinblick auf die Erfindung ist die Messeinrichtung damit unabhängig von der Spannungsversorgung der Tablettiermaschine einsetzbar. Es hat sich herausgestellt, dass sich energieautarke Messeinrichtungen besonders einfach in Tablettiermaschinen, die nach dem Rundlaufprinzip arbeiten, einsetzen lassen. Überdies ist bei Ausfall einer Sensorenergiequelle auch nur ein Sensor davon betroffen, sodass alle Sensoren unabhängig voneinander sind.
Bevorzugt umfasst die Messeinrichtung eine Batterie und/oder einen Akkumulator als Energiespeicher, womit die Messeinrichtung im Sinne der Erfindung energieautark ist. Eine Batterie und/oder ein Akkumulator liefert dabei bevorzugt ausreichend Energie für die Kommunikationseinheit zur Übertragung der Daten.
In einer weiteren Ausführungsform liefert die Batterie oder der Akkumulator bevorzugt Energie für die Funktionsfähigkeit der Messeinrichtung. Insbesondere die Recheneinheit, die Kommunikationseinheit und der Sensor werden gleichzeitig mit ausreichend Energie versorgt. Bevorzugt umfasst die Messeinrichtung einen Ausgang für einen Ladeanschluss, zum Aufladen des Akkumulators.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist für den sicheren Betrieb der Messeinrichtung ein integrierter Überlade- und Entladeschutz des Akkumulators in der Messeinrichtung umfasst.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Akkumulator als Li-Ion oder Li-Po Akku ausgestaltet. Darüber hinaus kann die Messeinrichtung eine LED-Anzeige umfassen.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Messeinrichtung durch Erbringung von Induktionsstrom/ Induktion energieautark gegenüber der Spannungsversorgung der Tablettiermaschine. In einer bevorzugten Ausgestaltung befindet sich ein elektrischer Leiter im Pressstempel, der sich in einem Magnetfeld bewegt. Das Magnetfeld kann bevorzugt durch eine innerhalb und/oder außerhalb des Rotors angebrachte Spule erzeugt werden. Durch die Bewegung des Leiters wird ein Strom induziert, welcher für den Betrieb der Messeinrichtung verwendet wird
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messeinrichtung eine photovoltaische Zelle (Solarzelle), die auch auf künstliches Licht in Maschinenhallen gut reagiert Anhand des photoelektrischen Effekts wird Lichtenergie in elektrische Energie gewandelt und die Messeinrichtung kann erfindungsgemäß energieautark betrieben werden. Die erzeugte Elektrizität wird bevorzugt direkt für den Messbetrieb genutzt.
In einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die erzeugte Elektrizität in oben genannte Akkumulatoren gespeichert.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform steht die Messeinrichtung eines Pressstempels mit mindestens einer zweiten Messeinrichtung eines zweiten Pressstempels in Verbindung. In einer bevorzugten Variante ist die Verbindung durch einen Signalleiter ausgestaltet. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Verbindung drahtlos über die Kommunikationseinheit. Über die Verbindung der Messeinrichtungen können bevorzugt Strom und/oder Daten übertragen werden. Weiterhin bevorzugt können alle Messeinrichtungen mit einer Verteilereinheit verbunden sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Pressstempel dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung innerhalb des Pressstempelkörpers eingebracht ist. Pressstempelkörper definiert sich erfindungsgemäß bevorzugt aus Pressstempelschaft, Pressstempelspitze und Pressstempelkopf, wobei der Pressstempelkörper bevorzugt als dickwandiger Hohlkörper oder als Vollkörper ausgestaltet ist. Der Vorteil einer integrierten Messeinrichtung ist, dass der Pressstempel in seiner Außengeometrie nicht verändert ist, sodass die geometrischen Parameter einer Tablettiermaschine aufgrund des Pressstempels nicht verändert werden müssen.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Messeinrichtung passgenau in einen als Vollkörper ausgestalteten Presstempel eingebracht. Der Pressstempel wird dabei mit trennenden Fertigungsverfahren in der Art bearbeitet, dass die Messeinrichtung in einem nachgängigen Montageverfahren in den Presstempel eingesetzt werden kann. Bevorzugt können hierbei auch Verbindungsmittel eingesetzt werden. Die Messeinrichtung kann demnach bevorzugt stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig im Pressstempel eingebracht sein.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Alternative ist die Messeinrichtung an der Innenwand des dickwandigen Hohlkörpers eines Pressstempels angebracht. Bevorzugt kann über eine Querbohrung zur Längsachse des Pressstempels ein Zugang zur Messeinrichtung bereitgestellt werden, um Signalleitungen anschließen oder Antennen herausführen zu können.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Messeinrichtung in Presstempel mit einem Manteldurchmesser 25,4mm oder in einen Pressstempel mit einem Manteldurchmesser 19mm eingebracht.
In bevorzugten Ausführungsformen steht die Recheneinheit des Messeinrichtung mit einer oder mehrere Datenverarbeitungseinheiten und/oder einer speicherprogrammierbaren Steuerung einer Tablettiermaschine Verbindung.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt eine Datenverarbeitungseinheit als eine extern von der Tablettiermaschine ausgestaltete Komponente vor, welche als eine eigenständige Vorrichtung - unabhängig von der Tablettiermaschine - ausgestaltet ist.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform liegt eine Datenverarbeitungseinheit als interne Datenverarbeitungseinheit vor. Eine interne Datenverarbeitungseinheit kann bevorzugt Bestandteil der Tablettiermaschine sein und beispielsweise im Gestell einer Tablettiermaschine integriert vorliegen. Sie ist bevorzugt auch als speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine ausgestaltet und wird bevorzugt auch als Maschinensteuerung bezeichnet.
In bevorzugten Ausführungsformen kann die Messeinrichtung mit einer oder mehrerer der Datenverarbeitungseinheiten (z.B. extern: PC, Smartphone, Tablet oder intern: Maschinensteuerung) kommunizieren.
Eine unmittelbare Kommunikation der Messeinrichtung mit der Maschinensteuerung, erlaubt eine schnelle Anpassung von Betriebsparametern der Tablettiermaschine auf Basis der Messergebnisse. Beispielsweise könnten zur Vermeidung von Verschleiß bei Überschreitung vordefinierter Kraftgrenzen die Maschinensteuerung auf Basis der übermittelten Information die Betriebsparameter anpassen.
Besonders bevorzugt erfolgt jedoch eine Kommunikation der Messeinrichtung mit einer (externen) Datenverarbeitungseinheit beispielsweise einem PC, einem Tablet-Computer, Smartphone. Eine Datenverarbeitungseinheit kann somit besonders bevorzugt auch als externe Komponente (bspw. Tablet-Computer, Smartphone) ausgestaltet sein. Bevorzugt kommuniziert die externe Komponente sowohl mit der Messeinrichtung als auch mit der Maschinensteuerung.
Beispielsweise können die (vorverarbeiteten) Messergebnisse der Messeinheit zunächst an eine Datenverarbeitungseinheit in Form eines PC, Tablet-Computers etc. bzw. einem darauf installierten Computerprogramm übermittelt werden. Mittels der externen Komponenten kann eine umfangreichere Auswertung der Messergebnisse beispielsweise zur Überwachung und/oder Protokollierung des Tablettierprozesses erfolgen.
Anhand der Auswertung und Überprüfung durch das Personal, kann beispielsweise im Anschluss eine Anpassung der Betriebsparameter durch Übersendung entsprechender Steuerbefehle an die Maschinensteuerung erfolgen.
Die Möglichkeit der Erfassung und Aufzeichnung der Daten der Messeinrichtung auf der Datenverarbeitung bietet allerdings bereits unabhängig von einer möglichen Anpassung der Betriebsparameter eine Reihe von Vorteilen. So kann das Aufzeichnen Messdaten insbesondere Protokollierung und somit Qualitätssicherung des Produktionsprozesses gewährleisten. Bei Überschreitung vordefinierter Toleranzgrenzen für die Presskräfte, kann beispielsweise die entsprechenden Pressprodukte zur weiteren Überprüfung gekennzeichnet werden. Auch erlaubt die Aufzeichnung der Messdaten, wie obig erläutert, ein frühzeitiges Erkennen von Verschleiß. Auf Basis der Information kann eine Reparatur - oder Austausch der jeweiligen Komponenten angezeigt oder eine Anpassung des Wartungsintervall vorgenommen werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Tablettiermaschine umfassend einen Pressstempel der eingangs genannten Art.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Tablettiermaschine umfassend eine speicherprogrammierbare Steuerung, wobei diese mindestens aus einer Recheneinheit, einer Kommunikationseinheit sowie einer Speichereinheit besteht und wobei die Messeinrichtung des Pressstempels eine Kommunikationseinheit umfasst dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit der speicherprogrammierbare Steuerung kompatibel zur Kommunikationseinheit der Messeinrichtung des Pressstempels ist. Erfindungsgemäß kann die Kommunikationseinheit der speicherprogrammierbare Steuerung als Sende- und/oder Empfangseinheit ausgebildet sein. Der Vorteil der Integration des erfindungsgemäßen Pressstempel in die Tablettiermaschine ist insbesondere die Möglichkeit einer Überwachung der Tablettiermaschine während des Betriebszustands und/oder im Ruhezustand.
Im Sinne der Erfindung bedeutet Kompatibilität der Kommunikationseinheiten, dass diese fähig sind miteinander zu kommunizieren. Im Sinne der Erfindung nutzen beide Kommunikationseinheiten die gleichen bereits oben genannten Datenübertragungsverfahren, sodass gegenseitig Daten gesendet bzw. versendet werden können.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Tablettiermaschine als Rundlaufpresse oder Exzenterpresse ausgestaltet. Eine Rundlaufpresse umfasst dabei bevorzugt einen Pressstempel der eingangs genannten Art, einen Rotor, eine Matrizenscheibe, eine Stempelführung zur Aufnahme von Pressstempeln, eine Spannungsversorgung sowie eine obere und untere Druckrolle.
Eine Exzenterpresse umfasst bevorzugt einen Presstempel der eingangs genannten Art, eine Matrize und eine Spannungsversorgung.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist eine Datenverarbeitungseinheit, wie bspw. ein Smartphone oder Tablet-Computer, eine Recheneinheit, eine Kommunikationseinheit sowie einer Speichereinheit auf. Erfindungsgemäß dient die Kommunikationseinheit der Datenverarbeitungseinheit ebenfalls dazu, um Daten von der Kommunikationseinheit der Messeinrichtung und/oder der speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine zu empfangen (und/oder um Daten an diese Vorrichtungen zu senden). Die Kommunikationseinheit kann die Daten kabelgebunden empfangen/senden, besonders erfolgt jedoch eine drahtlose Übertragung der Daten.
In einer bevorzugten Ausführungsform sendet die Kommunikationseinheit der Datenverarbeitungseinheit und/ oder speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine bevorzugt Daten zur Steuerung der Messeinrichtung an die Kommunikationseinheit der Messeinrichtung.
Beispielsweise kann die Kommunikationseinheit der Datenverarbeitungseinheit und/oder der speicherprogrammierbaren Steuerung der Tablettiermaschine an die Messeinrichtung Steuerparameter für die Durchführung einer Messung zusenden. Die Steuerparameter können z.B. eine Art der Messung bzw. eine Auswahl aktiver Sensoren betreffen (im Falle mehrere Sensoren). Auch kann eine Taktung der Messung, ein bevorzugter Übertragungsmodus oder auch Instruktionen für die Aufbereitung bzw. Vorauswertung der Rohdaten festgelegt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sendet die Kommunikationseinheit der Messeinrichtung Daten, bevorzugt vorverarbeitete Messdaten, an die Kommunikationseinheit der (externen) Datenverarbeitungseinheit und/oder der speicherprogrammierbaren Steuerung der Tablettiermaschine.
Die von der Messeinrichtung übertragenen Daten werden bevorzugt auf der Speichereinheit der Datenverarbeitungseinheit und/oder speicherprogrammierbaren Steuerung der Tablettiermaschine gespeichert. Im Sinne der Erfindung dient die Speichereinheit der Datenverarbeitungseinheit und/oder speicherprogrammierbaren Steuerung der Tablettiermaschine bevorzugt zur Sicherung bzw. Speicherung von Daten. Erfindungsgemäß werden bevorzugt aufgenommenen Messdaten des Sensors in der Speichereinheit gesichert. Dies betrifft sowohl die unmittelbar über die Messeinrichtung erhaltenen Daten als auch die Analyseergebnisse der Datenverarbeitungseinheit und/oder speicherprogrammierbaren Steuerung der Tablettiermaschine selbst. Bevorzugt sind darüber hinaus ebenfalls Softwareprogramme sowie unter anderem auch Befehlsabfolgen, mathematische und statistische Modelle auf der Speichereinheit gesichert, welche wie beschrieben zur Steuerung der Messeinrichtung und/oder für eine Zugriff (Auslesen) der Daten der Messeinrichtung vorgesehen sein können. Dabei handelt es sich bei der Speichereinheit bevorzugt um einen elektronischen Datenträger. Die Recheneinheit der Datenverarbeitungseinheit und/oder speicherprogrammierbaren Steuerung der Tablettiermaschine umfasst bevorzugt eine Prozessoreinheit. Die Prozessoreinheit umfasst dabei bevorzugt einen Grafikprozessor (GPU) und/oder eine Zentrale Prozessoreinheit (CPU).
In einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Messeinrichtung an wenigstens einem beliebigen Element der Tablettiermaschine angebracht. Bevorzugt ist mit beliebigen Element Pressstempel, Rotor, Matrizenscheibe, Stempelführung zur Aufnahme von Pressstempeln, Spannungsversorgung sowie eine obere und untere Druckrolle einer Rundlaufpresse gemeint.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein System umfassend eine Datenverarbeitungseinheit und eine Tablettiermaschine der oben beschriebenen Art, wobei die Messeinrichtung des Pressstempels eine Kommunikationseinheit und die Tablettiermaschine eine speicherprogrammierbare Steuerung umfasst dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit und/oder die speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine dazu eingerichtet ist,
Messwerte der Messeinrichtung, bevorzugt aufbereitete Rohdaten, zu empfangen und weiter zu verarbeiten und/oder
Steuerbefehle an die Messeinrichtung zu übertragen.
Ein derartiges System eignet sich vorteilhaft zur Überwachung von Tablettierprozessen, da die Messdaten auf einem von der Messeinrichtung externen Gerät mit erhöhter Speicher- und Rechenkapazität verarbeitet (visualisiert und/oder analysiert) werden können, wohingegen die Messeinrichtung sehr kompakt gehalten werden kann und nur wenige Bauteile umfassen muss. Dies führt dazu, dass die Auswertung der Daten vorzugsweise online (unmittelbar) geschehen kann, ohne dass die Messeinrichtung ausgebaut oder manuell ausgelesen werden muss.
Darüber hinaus nimmt die Messeinrichtung vorteilhaft Messwerte unmittelbar am Presstempel auf, sodass besonders präzise und detailreiche Aussagen über den Pressvorgang getätigt werden können. Ferner kann die Messeinrichtung Steuerbefehle von Nutzern (oder automatisch) über externe Geräte (Datenverarbeitungseinheiten oder speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine) empfangen, sodass bestimmte Parameter (bspw. Abtastraten) für von einer fernliegenden Position getätigt werden können.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Tablettiermaschine unter Verwendung eines Presstempels der eingangs genannten Art, wobei die Messeinrichtung des Pressstempels einen Sensor, eine Recheneinheit, eine Kommunikationseinheit und eine Speichereinheit umfasst und die Tablettiermaschine eine speicherprogrammierbare Steuerung mit einer Kommunikationseinheit umfasst dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor der Messeinrichtung physikalische und/oder chemische Eigenschaften aufnimmt; die als Rohdaten aufgenommenen Messwerte durch die Recheneinheit der Messeinrichtung aufbereitet werden; die aufbereiteten Messwerte über die Kommunikationseinheit der Messeinrichtung an die speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine und/oder Datenverarbeitungseinheit gesendet werden und/oder die aufbereiteten Messwerte auf der Speichereinheit der Messeinrichtung gesichert werden.
Der Vorteil eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Möglichkeit einer Überwachung und Analyse des Zustands der Tablettiermaschine während des Betriebszustands und/oder im Ruhezustand.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei einer Überwachung der Tablettiermaschine bevorzugt um eine technische Überwachung oder Monitoring. Ein derartiges Monitoring ist dafür eingerichtet einerseits Störfälle zu vermeiden und rechtzeitige Maßnahmen oder Reparaturen zu ermöglichen. Andererseits ist es eine effektive Möglichkeit zur technischen Weiterentwicklung und zur Vorbeugung gegen Umweltschäden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor der Messeinrichtung insbesondere eine Kraft, Temperatur oder Beschleunigung des Pressstempels und/oder seiner Umgebung und/oder die Drehzahl des Rotors aufnimmt.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform werden die aufgenommenen Messwerte in der Speichereinheit der Datenverarbeitungseinheit und/oder in der Speichereinheit der speicherprogrammierbaren Steuerung und/ oder in der Speichereinheit der Messeinrichtung gesichert.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine und/oder die Datenverarbeitungseinheit, bevorzugt ein Tablet-Computer und/oder ein Smartphone, bevorzugt anhand eines auf diesen Geräten installierten Computerprogrammprodukts (Applikation/ App), Steuerbefehle an die Messeinrichtung übermitteln kann.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die gesicherten Messdaten bevorzugt durch Algorithmen analysiert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Speichereinheit der Messeinrichtung lösbar angebracht, sodass ein Nutzer der Maschine die auszuwertenden Daten an eine die speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine und/oder die Datenverarbeitungseinheit manuell anschließen kann.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung greift die Recheneinheit der Datenverarbeitungseinheit und/oder der speicherprogrammierbaren Steuerung direkt auf die in der Speichereinheit der Datenverarbeitungseinheit und/oder in der Speichereinheit speicherprogrammierbaren Steuerung gesicherten Messdaten zu und führt die in der ebenfalls in der Speichereinheit gesicherten Algorithmen zur Analyse der Messdaten aus. Durch die Analyse der Messdaten mithilfe von Algorithmen können überaus früh Fehler, Verschleiß und Ausfälle eines Pressstempels und/oder andere Komponenten einer Tablettiermaschine erkannt werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommen Messwerte der Messeinrichtung über Machine Learning Algorithmen analysiert werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform fließen von einem Pressstempel externe Parameter und/oder Messwerte in die Analyse des Verfahrens zur Überwachung einer Tablettiermaschine mit ein. Diese können durch Messeinrichtungen ermittelt werden, die von der erfindungsgemäßen Messeinrichtung unabhängig sind. Beispielweise können im Falle von Rundlaufpressen aufgenommene Messdaten der Druckrolle (z.B. Presskräfte), des Rotors (z.B. Umdrehungen), der Matrizenscheibe oder aber auch in einem simplen Fall die Umgebungstemperatur der Tablettiermaschine ebenfalls in einer Speichereinheit der Datenverarbeitungseinheit der Tablettiermaschine gesichert werden und anschließend durch nachfolgende Algorithmen analysiert werden. Eine große Anzahl an verschieden aufgenommenen Daten ermöglicht eine umfassende und mit wenig Fehlern behaftetet Analyse.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommen Messwerte der Messeinrichtung in Kombination mit extern aufgenommenen und /oder bereitgestellten Messwerten über Algorithmen (bevorzugt Machine Learning Algorithmen) analysiert werden.
Im Sinne der Erfindung sind Machine Learning Algorithmen ein Teilbereich der künstlichen Intelligenz (Artificial Intelligence). Machine Learning nutzt dabei mathematische und statistische Modelle, um aus Datenbeständen zu „lernen“. Im Allgemeinen haben Machine Learning Algorithmen den Vorteil, dass Informationen, die für einen menschlichen Beobachter zu komplex sind, automatisch aus einem großen Datensatz extrahiert werden können. Es gibt eine Vielzahl von Machine Learning Algorithmen, die sich im Wesentlichen in drei unterschiedliche Lernverfahren unterscheiden lassen: Supervised Learning, Unsupervised Learning und Reinforcement Learning.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Supervised Learning für die Analyse oder Verarbeitung der gespeicherten Messdaten genutzt. Beim Supervised Learning Verfahren wird zunächst ein sogenannter Trainingsprozess durchgeführt. Hierbei werden Trainingsdaten in Form von Eingabedaten zusammen mit den entsprechenden Zieldaten bereitgestellt. Der Zweck eines Trainings ist allg. in Machine Learning Verfahren, Parameter einer Funktion so anzupassen, dass die Funktion anschließend in der Lage ist, den Zielwert mit hoher Genauigkeit von dem entsprechenden Eingabewert zu bestimmen. Die angepasste Funktion wird dann nach dem Trainingsprozess zur Vorhersage von Zieldaten für zuvor nicht sichtbare Eingabedaten verwendet. Die Funktion wird dabei durch ein mathematisches und/oder statistisches Modell beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird hierbei die Funktion durch Support Vektor Machine, Bayes Netze und/oder Entscheidungsbäume ausgestaltet. Besonders bevorzugt wird die Funktion durch ein künstliches neuronales Netz beschrieben. Hierbei können die künstlichen neuronalen Netze erfindungsgemäß verschiedene Architekturen aufweisen.
Im Sinne der Erfindung sind die Eingabedaten bevorzugt durch Maschinenparameter, Umgebungsparameter und/oder gemessenen Daten der Messeinrichtung definiert. Maschinenparameter sind bevorzugt Drehzahl des Rotors, verschiedene Materiaeigenschaften und/oder Kennzahlen der Komponenten, Laufzeit bzw. Betriebszeit, Alter der Maschine, Anzahl der Stempel oder anderer Komponenten etc. Umgebungsparameter sind bevorzugt Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit, etc.
Bevorzugt werden die gemessenen Daten von verschiedenen Messeinrichtungen, ausgestattet mit unterschiedlichen Sensoren zur Messung verschiedener physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften, als Eingabedaten genutzt.
Erfindungsgemäß sind Zieldaten bevorzugt durch eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Schadens, den Ausfall einer Komponente oder für eine fehlerhafte Durchführung eines Pressvorgangs ausgestaltet.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren des Unsupervised Learning für die Analyse oder Verarbeitung der gespeicherten Messdaten genutzt. Beim Unsupervised Learning versucht der Algorithmus in den Eingabedaten Muster zu erkennen, die von einem strukturlosen Rauschen abweichen. Die Funktion im Trainingsprozess orientiert sich dabei nur an den Ähnlichkeiten der Eingabedaten und passt ihre Parameter dementsprechend an, sodass keine Ausgabedaten für den Trainingsprozess verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden anhand des Unsupervised Learning Verfahrens Segmentierungen bzw. Clustering der Eingabedaten oder aber auch bevorzugt Komprimierungen der Eingabedaten durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Unsupervised Learning Algorithmus bevorzugt die Hauptkomponentenanalyse (Principal Component Analysis (PCA)) und/oder den K- Means-Algorithmus und/oder mindestens ein neuronales Netz.
Wie schon beschrieben werden in beiden oben benannten Verfahren in einem ersten Schritt sogenannte Trainingsprozesse zum Ermitteln von optimalen Parametern einer o.g. Machine Learning Funktion durchgeführt. Anhand der angepassten Funktion werden nach dem Training verschiedene Aussagen für vorher unbekannte Eingabedaten getätigt.
In einerweiteren bevorzugten Variante wird das Verfahren des Reinforcement Learning für die Analyse oder Verarbeitung der gespeicherten Messdaten genutzt. Beim Reinforcement Learning (Lernen durch Verstärkung) Verfahren findet hingegen der Trainingsprozess kontinuierlich auch nach Anpassung der Parameter einer Funktion statt. Über "Trial and Error" werden Auswirkungen verschiedener Aussagen anhand der angepassten Funktion für bisher unbekannte Eingabedaten beobachtet und bewertet. Als Reaktion auf diese Aussagen erhält der Algorithmus ein Feedback, abstrakt dargestellt in Form einer Belohnung oder Bestrafung. Woraufhin der Algorithmus die Funktion anhand ihrer Parameter weiter optimiert. Dementsprechend passt der Algorithmus die Funktion des Machine Learning Verfahrens kontinuierlich an bzw. verändert diesen. Bevorzugt kann da Reinforcement Learning die Q-Learning Methode und/oder o.g. neuronale Netze und/oder weitere neuronale Netze sowie weitere für den Fachmann bekannte Algorithmen nutzen.

Claims

Patentansprüche
1. Pressstempel für eine T ablettiermaschine dadurch gekennzeichnet, dass der Pressstempel eine Messeinrichtung aufweist, die energieautark, unabhängig von einer Spannungsversorgung der Tablettiermaschine, funktionsfähig ist.
2. Pressstempel gemäß dem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung innerhalb des Pressstempelkörpers eingebracht ist.
3. Pressstempel gemäß einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen Sensor, eine Kommunikationseinheit, eine Speichereinheit, einen Energiespeicher und eine Recheneinheit umfasst, wobei die als Rohdaten erhaltenen Messwerte bevorzugt mittels der Recheneinheit bearbeitbar sind.
4. Pressstempel gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen Sensor zur Aufnahme von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften aufweist.
5. Pressstempel gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen Sensor zur Aufnahme von einer Kraft, einer Temperatur und/oder einer Beschleunigung des Pressstempels und/oder seiner Umgebung aufweist.
6. Pressstempel gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Tablettiermaschine eine Rundlaufpresse oder Exzenterpresse ist.
7. Tablettiermaschine umfassend einen Pressstempel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
8. System umfassend a. eine Tablettiermaschine umfassend einen Pressstempel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1-6 b. eine Datenverarbeitungseinheit, wobei die Messeinrichtung des Pressstempels eine Kommunikationseinheit und die Tablettiermaschine eine speicherprogrammierbare Steuerung umfasst dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit und/oder die speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine dazu eingerichtet sind, Messwerte, bevorzugt aufbereitete Rohdaten, der Messeinrichtung zu empfangen und weiter zu verarbeiten und/oder
Steuerbefehle an die Messeinrichtung zu übertragen.
9. Verfahren zur Überwachung einer Tablettiermaschine unter Verwendung eines Presstempels gemäß Anspruch 1 bis 6, wobei die Messeinrichtung des Pressstempels einen Sensor, eine Kommunikationseinheit, eine Recheneinheit und eine Speichereinheit umfasst und die Tablettiermaschine eine speicherprogrammierbare Steuerung mit einer Kommunikationseinheit umfasst dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor der Messeinrichtung physikalische oder chemische Eigenschaften aufnimmt die als Rohdaten aufgenommenen Messwerte durch die Recheneinheit der Messeinrichtung aufbereitet werden die aufbereiteten Messwerte über die Kommunikationseinheit der Messeinrichtung an die speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine und/oder Datenverarbeitungseinheit gesendet werden und/oder die aufbereiteten Messwerte auf der Speichereinheit der Messeinrichtung gesichert werden.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor der Messeinrichtung eine Kraft, Temperatur oder Beschleunigung des Pressstempels und/oder seiner Umgebung aufnimmt.
11. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 9 - 10 dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare Steuerung der Tablettiermaschine und/oder die Datenverarbeitungseinheit, bevorzugt ein Tablet-Computer und/oder ein Smartphone, bevorzugt anhand eines auf diesen Geräten installierten Computerprogrammprodukts (Applikation/ App), Steuerbefehle an die Messeinrichtung übermitteln kann.
12. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 9 - 11 dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommenen Messwerte der Messeinrichtung analysiert werden.
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