Neue Tablettenpresse mit energieeffizientem Direktantrieb

Mehr Effizienz beim Pillen pressen

Pharmaproduzenten fordern hochflexible, leistungsstarke Maschinen mit Containment-Paket und großem Output. Gleichzeitig sind immer öfter nachhaltige und energieeffiziente Konzepte gefragt, um den CO2-Ausstoß zu reduzieren. Deshalb wurde die neue Tablettenpresse F30i von Fette Compacting mit einem energieeffizienten Antriebssystem ausgestattet. Die Basis dafür legt das Motoren- und Umrichterportfolio von Baumüller.
 Die oberflächengekühlten DSDI-036 Motoren inklusive Umrichter und Schneckengetriebe (links unten) führen dem Pressraum kontinuierlich Pulver zu. Der Hightorque-Motor DST2-315 (rechts) treibt im Zusammenspiel mit dem Servoantrieb b maXX 5534 (links oben) den großen Doppelrundläufer an.
Die oberflächengekühlten DSDI-036 Motoren inklusive Umrichter und Schneckengetriebe (links unten) führen dem Pressraum kontinuierlich Pulver zu. Der Hightorque-Motor DST2-315 (rechts) treibt im Zusammenspiel mit dem Servoantrieb b maXX 5534 (links oben) den großen Doppelrundläufer an.Bild: Baumüller Nürnberg GmbH

Tabletten gibt es in zahlreichen Formen: rund, länglich, oval und sogar in Herz- oder Sternchenform. Die Oberfläche ist meist flach oder konvex und kann Bruchrillen, Prägungen oder ähnliches aufweisen. Pharmaproduzenten nutzen Wirbelschichttrockner zur Pulverherstellung. Das Pulver wird dann unter hohem Druck zu einer Tablette verpresst, und anschließend verpackt. Die Firma Fette Compacting aus Schwarzenbek bei Hamburg ist als Maschinenbauer auf Tablettenpressen und die Pharmaindustrie ausgerichtet. Schon 1948 wurde die erste solche Presse auf den Markt gebracht. Der große Durchbruch kam 1991 mit dem Modell PT3090, der weltweit ersten Tablettenpresse mit wechselbarem Rotor.

Effizienz wird für dem Maschinenbauer zu einem immer wichtigeren Thema. „Die Pharmabranche hat einen extrem hohen Energieverbrauch und will – wie viele andere Branchen auch – ihren CO2-Footprint verbessern“, erklärt Jörg Gierds, Senior Product Manager bei Fette Compacting. „Deshalb haben wir uns bei der Entwicklung der neuen i-Serie und auch beim Maschinenmodell F30i viele Gedanken zur Energieeffizienz gemacht.“ Im Ergebnis setzt das Unternehmen bei seinen Tablettenpressen auf ein effizientes Antriebssystem von Baumüller. Die Lösung besteht aus einem wassergekühlten Hightorque-Motor, einem luftgekühlten Servoumrichter sowie zwei Drehstrom-Synchronmotoren mit integrierter Elektronik und Schneckengetriebe.

 Der Servoumrichter regelt den wassergekühlten Hightorque-Motor und ist platzsparend im Schaltschrank verbaut.
Der Servoumrichter regelt den wassergekühlten Hightorque-Motor und ist platzsparend im Schaltschrank verbaut.Bild: Fette Compacting

Funktionsweise der Tablettenpresse

Die Maschine funktioniert nach folgendem Prinzip: Das Pulver gelangt über einen Fülltrichter in den Füllkegel und wird durch das Füllkegelrad in die vorhandenen Segmentbohrungen gefüllt. Damit genügend Material einfließen kann, werden die Unterstempel in einer Füllkurve nach unten geführt. Anschließend wird das Material ausdosiert. Dabei werden die Unterstempel entlang einer Dosierkurve nach oben geführt und auf die tatsächlich benötigte Materialmenge dosiert. Das überschüssige Material bleibt zur weiteren Nutzung in der Fülleinheit. Produktreste auf der Segmentoberfläche werden durch einen Abstreifer in die Rückführrinne transportiert. Das so aufgefangene Material wird erneut der Fülleinrichtung zugeführt und dient der Vorfüllung. Nach dem Befüllen der Segmentbohrungen wird das Pulver vorkomprimiert. Dabei pressen, in der Vordruckstation, Ober- und Unterstempel die vorhandene Luft aus dem Pulver. Beim anschließenden Hauptdruck wird das bereits vorkomprimierte Material final gepresst. Die Tablette erhält nun ihre endgültige Form und Bruchfestigkeit.

Anschließend wird die fertige Tablette über den Auswerfer mittels Unterstempel aus dem Segment gehoben. Tabletten die außerhalb von Toleranzgrenzen liegen werden automatisch aussortiert und in den Schlecht-Kanal des Tablettenablaufs geleitet. Alle Tabletten die innerhalb der Toleranzgrenzen liegen, werden durch den Tablettenabstreifer in den Gut-Kanal des Tablettenablaufs befördert und aus der Maschine geführt. Der untere Stempel wird zurückgezogen und der Prozess startet von vorne.

Eine Probe kann jederzeit gezogen werden, um die Härte, Dicke und das Gewicht der Tablette zu prüfen. Ziel ist es, jede Tablette genau gleich zu fertigen, damit überall die gleiche Menge an Wirkstoff enthalten ist. Die Doppelrundläufer-Tablettenpresse F30i besitzt bis zu 110 Stempel, die bis zu 800.000 Tabletten pro Stunde und pro Pressstation pressen können. Das heißt bis 1,6 Millionen Tabletten können pro Stunde hergestellt werden.

 Die Matrizen und Stempel auf der Matrizenscheibe sorgen für die Form und Größe der Tablette und können ausgetauscht werden.
Die Matrizen und Stempel auf der Matrizenscheibe sorgen für die Form und Größe der Tablette und können ausgetauscht werden.Bild: Fette Compacting

Konstante Drehzahlen für hohe Produktivität

Zum Einsatz kommen zwei oberflächengekühlte DSDI-036-Motoren inklusive Umrichter und Schneckengetriebe. Herausfordernd hierbei war, das Motordesign so zu konstruieren, dass es möglichst kompakt ist und exakt in die vorgesehene Abmessung passt. Die beiden Füllantriebe sorgen dafür, dass kontinuierlich Pulver dem Pressraum zugeführt wird, daher sind hier konstante Drehzahlen entscheidend. Um den großen Doppelrundläufer anzutreiben, wird ein Direktantrieb eingesetzt – genauer gesagt ein Sackloch-Hohlwellenmotor. Dadurch kann die Maschinenspindel direkt in den Motor eintauchen. Zudem ist ein koaxialer Geberanbau über ein vormontiertes Encoder Kit möglich. Diese mechanische Einheit kann bei Bedarf schnell getauscht werden. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass dabei die Rastlage, also die Stellung des Rotors im Stator, nicht neu eingerichtet werden muss. Der Servoumrichter b maXX 5534 regelt den wassergekühlten Hightorque-Motor DST2-315. Die Kombination wurde passend auf die Tablettenpresse F30i abgestimmt. Baumüller übernahm darüber hinaus die Antriebsdimensionierung und Erstinbetriebnahme der Tablettenpresse.

Je nach Produkt werden unterschiedlich hohe Presskräfte benötigt. Eine Brausetablette benötigt etwa eine hohe Presskraft von 100kN, wo hingegen weiche Tabletten nur mit 3 bis 4kN gepresst werden, da sie sonst zerbrechen. Die Presskraft ist auch ein wichtiger Indikator, um Tabletten auszusortieren, die nicht der Norm entsprechen. Die Punch-saving-Funktion erkennt selbst sehr geringe Presskraftschwankungen und gibt einer Luftdüse ein Signal, damit diese die fehlerhafte Tablette in den Schlecht-Kanal ausleitet. Der Direktantrieb ist für solch variable Einsätze sehr gut geeignet und zudem wartungsarm, leise und robust.

Bild: Baumüller Nürnberg GmbH

Mit Teamwork zu Effizienz

Bei der Entwicklung der Tablettenpresse F30i arbeitete Fette Compacting mit Baumüller als kompetenten Partner zusammen. Durch das abgestimmte Zusammenspiel von Regler und Motor können die Maschinen einen Output bis 1,6 Millionen Tabletten pro Stunde realisieren. Im Vergleich zu Tablettenpressen der Vorgängerserie spart die neue Maschinengeneration mehr als 15 Prozent Energie ein. Das haben Energiemessungen bestätigt, die vom Hersteller durchgeführt wurden: „Bei unseren Anwendungen unter hohen Presskräften und auch bei hohen Drehzahlen macht sich der hohe Wirkungsgrad des Antriebs in Kombination mit dem Frequenzumrichter positiv bemerkbar“, erklärt Senior Product Manager Jörg Gierds. Grund für die hohe Energieeffizienz des Systems ist der Direktantrieb. Er bietet nicht nur einen hohen Wirkungsgrad, sondern auch eine präzise Regelung. Als weiteren Vorteil ergibt sich durch die kompakte Bauform eine unkomplizierte Integration in die Maschine. Das System kommt in Summe also auf eine hohe Leistungsdichte und ermöglicht einen sehr präzisen Prozess. Der Energieverbrauch der Maschine kann von Endanwendern auf dem Dashboard des Touchpanels jederzeit eingesehen und angepasst werden.

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Baumüller Nürnberg GmbH

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