Mehr Effizienz beim Pillen pressen

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.

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.

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.

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.

Das Maschinenmodell F30i verfügt über einen extrem schnellen Musterzug der ersten Schicht, über den sich das Tablettengewicht präzise überwachen und regeln lässt. Der Mechanismus arbeitet mit einer elektro-pneumatischen Druckrollenverstellung und sorgt dafür, dass beim Musterzug der ersten Schicht schnell ausreichend harte Tabletten produziert werden. Gleichzeitig reduziert er den Produktverlust deutlich.

Fazit

Die Tablettenpresse F30i ist effizient, kompakt, schnell und sehr energiesparend. Der leistungsstarke Doppelrundläufer ist für Zweischichttabletten ausgelegt. Er überzeugt mit seiner Staubdichtigkeit, Containment-Fähigkeit, Systemkompatibilität und der flexiblen Anschlussmöglichkeiten. Die Maschine besitzt ein weites Drehzahlspektrum und ermöglicht dadurch die Herstellung verschiedener Tabletten mit exakter Dosierung. Die Basis dafür liefert ein kompaktes Antriebssystem, das in partnerschaftlicher Zusammenarbeit zwischen Fette Compacting und Baumüller entstanden ist. Es liefert konstante Drehzahlen sowie hohe Rundlaufeigenschaften und sorgt für eine Verbesserung der Energieeffizienz um 15 Prozent.