EP0011269B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bepunkten von Formwerkzeugen mittels diskreter Tröpfchen flüssiger oder suspendierter Schmiermittel bei der Herstellung von Formlingen im Pharma-, Lebensmittel- oder Katalysatorenbereich - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Bepunkten von Formwerkzeugen mittels diskreter Tröpfchen flüssiger oder suspendierter Schmiermittel bei der Herstellung von Formlingen im Pharma-, Lebensmittel- oder Katalysatorenbereich Download PDF

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EP0011269B1
EP0011269B1 EP79104448A EP79104448A EP0011269B1 EP 0011269 B1 EP0011269 B1 EP 0011269B1 EP 79104448 A EP79104448 A EP 79104448A EP 79104448 A EP79104448 A EP 79104448A EP 0011269 B1 EP0011269 B1 EP 0011269B1
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EP
European Patent Office
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liquid
channels
lubricant
droplets
piezoelectric
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EP79104448A
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English (en)
French (fr)
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EP0011269A1 (de
Inventor
Gunther M. Voss
Peter Dr. Dipl.-Chem. Gruber
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.)
Boehringer Ingelheim Pharma GmbH and Co KG
Original Assignee
Dr Karl Thomae GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/0005—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing for briquetting presses
    • B30B15/0011—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing for briquetting presses lubricating means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0638—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers spray being produced by discharging the liquid or other fluent material through a plate comprising a plurality of orifices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S425/00—Plastic article or earthenware shaping or treating: apparatus
    • Y10S425/115—Lubricator

Definitions

  • the invention relates to a method and device for intermittent dotting of molds z. B. of tableting machines by means of discrete droplets of liquid or suspended lubricants in the manufacture of moldings in the pharmaceutical, food or catalyst sector.
  • DE-A-2 717 438 describes a method for coating press chambers in tableting machines, which is characterized in that dissolved or melted lubricants are used in a rapid time interval. the briefly (“intermittently") spraying nozzle system is applied to the inner walls of the press chamber before each pressing process.
  • the pulses are generated by piezoelectric transducers.
  • a system suitable for spotting the liquid or suspended lubricant consists, for example, of a whole series of channels in such a way that a tubular piezo oscillator concentrically envelops a section of each channel.
  • Conductive layers e.g. B. silver layers or gold or nickel layers, on the outer surfaces of the tubular piezo oscillator.
  • the outlet openings are aligned in such a way that each one dots fine lubricant droplets onto a specific area of the molds passing by.
  • the individual channels are z. B. connected to a common distributor plate, which is in connection with a storage container, and are supplied from there with lubricant liquid or suspension (see FIG. 1).
  • the backflow of the liquid or suspension in the nozzle channel is complicated, for example, by the fact that the nozzle channel is narrowed towards the outlet opening. Due to the property of piezo oscillators, e.g. B. of piezoceramic masses to suffer an elastic deformation when applying a certain electric field, a shock wave directed at the liquid is created in the tubular piezo oscillators. The associated increase in pressure leads to the shooting out of the smallest amounts of lubricant in the form of a club from the outlet openings, these lubricant clubs taking on a spherical shape after leaving the outlet openings.
  • the diameter of a channel is advantageously approximately 1 mm in its central part, the individual channel is tapered at its outlet opening.
  • the diameter of the outlet opening is, for example, 0.1 mm.
  • the reservoir is lower than the outlet openings, which is why it is called a vacuum system.
  • the height difference creates a static vacuum in the channels. This static negative pressure is overcompensated for a brief moment when the electric field is applied in connection with the capillary action in the channels.
  • the capillary forces in the channels and in the outlet openings prevent the lubricant liquid or suspension from running back.
  • 3000 droplets leave the outlet opening at a drop frequency of 3 kHz and a lubricant viscosity of approx. 20 m Pas.
  • the velocity of the droplets is approx. 4 m / s with a very constant droplet weight of approx. 0.8 gg (0.0008 mg).
  • the drop frequency is between a few hundred Hertz and 50 kHz, preferably 3 kHz.
  • the excitation of the piezo oscillator happens z. B. with a voltage pulse of 120 volts at a pulse duration of 20 microseconds.
  • the channel which is enclosed by the piezoelectric oscillator can be curved in front of or behind it; this configuration serves to better adapt to the spatial conditions such. B. the tablet press.
  • the channel can also be spatially divided into two or more after the piezo oscillator Branch channels so that a piezo oscillator supplies several channels with separate outlet openings.
  • the outlet openings can, for. B. holes in a glass or metal plate. If the channel consists of a glass capillary, the outlet opening can be formed by pulling out the glass tube at its end.
  • Another advantageous embodiment for dotting with liquid or suspended lubricants consists in the use of platelet-shaped or planar transducers which work according to the piezoelectric principle and which are preferably arranged concentrically above the entrance of the channels; at the end of the channels there are again tapered outlet openings.
  • the piezoplate is horizontally concentric with the vertically leading channel.
  • the piezoplates lie in or on a chamber for receiving the lubricant liquid or suspension.
  • Several channels can lead away from a common chamber, which in turn is connected to a common liquid supply. So z. B. also a planar oscillator (piezoplate) can simultaneously generate a pressure wave in several channels adjoining the same distributor chamber.
  • a further advantageous, structurally simplified embodiment includes a powerful planar oscillator in the chamber and a channel extending from the chamber, which preferably runs vertically to the planar oscillator, at the end of which there are several, possibly spatially differently oriented nozzles or an entire nozzle ring.
  • a surface can be dotted with a single stroke generated by the piezo oscillator (cf. FIGS. 2a, 2b and 2c).
  • the upper punch or the lower punch with the die runs past the dot system in a few milliseconds. Nevertheless, a channel operating at a drop frequency of a few kHz can deliver not only one but a whole series of lubricant droplets during this period.
  • the control of the dotting system consisting of a larger number of channels with outlet openings, can be carried out in such a way that all channels spray simultaneously when the molds appear or, depending on their geometric arrangement, one after the other at different times. It is also possible to choose the droplet frequency of the channels differently, depending on which area of the molding tools is to be dotted. In this way, more lubricant can be applied to special zones of the molds (e.g. to the pressing zone in the die, to the engraving of the upper or lower punch) than to less stressed areas. Finally, it is possible to feed the channels that dot the die wall with a different lubricant solution than the channels that are provided for the doting of the stamp surfaces.
  • the piezoceramic bodies can also be used as valves if the lubricant liquid or suspension is supplied with pressure to the oscillator or transducer, which opens or closes depending on the control.
  • a slot-shaped opening opens briefly in a channel containing the liquid under pressure, through which the filling material is released in the form of drops; the opening can be made in the vibrator itself, which closes the pressurized space as a valve, or in the edge zone between the vibrator and the material forming the walls of the channel. This process is also possible in the opposite way; when actuated, the oscillator closes the pressurized space.
  • the dot system can be installed anywhere in front of the filling shoe and behind the ejection device of a tableting machine. However, it is particularly useful to arrange the opening of the dot system about 1 mm above the revolver table in which the matrices are located, so that you can point directly from above into the "cup" formed from the die hole and the active surface of the lower punches. It is even possible to point directly into the gap between the die and the lower punch.
  • the control signal for triggering the intermittent and precisely directed point is z. B. with the help of photocells, or inductive or capacitive proximity switches.
  • lubricant melts can be used if the distributor head is heated to the appropriate temperature by a built-in heating plate. A heated reservoir and hose ensure that the lubricant is transported to the spray head.
  • All lubricant liquids are advantageously passed to the channels via a suitable small filter.
  • Figures 1 to 4 are intended to illustrate schematically some possible devices for dotting molds with liquid or suspended lubricants in an exemplary manner.
  • FIG. 1 shows schematically in cross section a dot system with piezoelectric transducers (1), each of which envelops a nozzle channel (8); the nozzle channel ends in a taper (7); the individual tapers (7) are in contact with corresponding openings in an outlet nozzle plate (6), the nozzles formed by the tapers (7) and the openings in the outlet plate (6) emitting liquid droplets (5) when the device is actuated.
  • the nozzle channel (8) is connected to a liquid distribution chamber (2) via a tapered liquid channel (9).
  • the distribution chamber (2) has a ventilation channel (10); the distribution chamber is connected to a liquid reservoir (3) via a filter plate (4).
  • the piezoelectric transducers are electrically controlled via contacts (11).
  • FIGS. 2a, 2b and 2c show cross sections through differently designed dotting heads with planar transducers working according to the piezoelectric principle.
  • (1) is a planar piezoelectric transducer with contacts (11) for electrical control.
  • the planar piezoelectric transducer is located in a liquid chamber (12) which is connected to a storage container via the liquid line (13).
  • FIG. 3 schematically shows a cross section through a modified point system.
  • Liquid is pressed into a nozzle (24) from a liquid storage container (21) by means of a pump (22) through a filter (23).
  • the liquid jet (27) released at the nozzle (24) breaks down into droplets (28) which are charged electrically by a droplet charging ring (25) and deflected in an electrical field by means of a deflection plate (26).
  • the deflected liquid drop (29) points to the pressing tools.
  • the remaining drops (29) are attracted and collected by a suction electrode (100) and returned to the container (21) via the line (110).
  • FIG. 4 shows a cross section through a similar point system, in which the lubricant is conveyed by a transport liquid.
  • the liquid reservoir (31) contains the transport liquid, which is pressed by the pump (32) through a filter (33) into the nozzle (34).
  • the tube (30) contains the lubricant liquid or suspension which is entrained on the nozzle (34a) by the jet (37) of the transport liquid released at the nozzle (30); the combined jet (37) decays into drops (38) which are charged electrically by the drop charging ring (35).
  • the drops (38) are deflected electrostatically in the desired direction as they pass the deflection plates (36), the deflected drops (39) dotting the pressing tools at certain points.
  • the undeflected drops are removed by a suction electrode (100).
  • the converter is not shown, it could e.g. B. in the liquid channel or in the containers (21) or (31).
  • the head for spotting is dimensioned so that it can also be attached to the smallest tablet press or capsule machine.
  • the head can be aligned so that it releases the droplets in all desired directions.
  • the head only emits droplets of the same weight in contrast to a one or two-substance nozzle with a droplet distribution between mist and coarse drops.
  • the fast and precise method of working is to be emphasized; they are suitable for all high-speed tablet presses known to date.
  • the lubricant or suspension can be dispensed in less than a millisecond.
  • the delivery quantities are constant.
  • the lubricant is applied precisely at the points of the tools where the lubricant must be used.
  • the systems known until now e.g. B. spraying lubricant liquids from a nozzle, produce droplet distributions between mist and coarse drops, the coarse drops preventing an even distribution of the lubricant and the mist leading to contamination of the press plate or the tablet machine.
  • the granules are pressed in a double rotary press at a rate of 220,000 tablets / h, the die wall and the active stamp surfaces being scored using a piezoceramic dot system filled with semi-saturated solution of glycerol monostearate in ethanol.
  • the 24 tubes work at a frequency of 10 droplets per millisecond, and the pressing tools can be dotted in passing for about 5 milliseconds.
  • the droplet weight is approximately 0.0006 mg.
  • the maximum achievable breaking strength at the specified tableting speed is 35% higher compared to tablets with 1.0% magnesium stearate in the granulate.
  • a powder mixture for hard gelatin capsules is made from an active ingredient A, milk sugar, corn starch and colloidal silica. Approx. A dotting device is attached 1 mm below the passing filling tube of a capsule filling machine. A planar piezo oscillator is located above the liquid channel of this device; the end of the channel is closed by a nozzle plate with 42 holes with a diameter of 0.06 mm. During a millisecond, 0.1 mg of a 5% alcoholic magnesium stearate suspension is released into the inside of the filling tube that passes by. The tested in vitro release of the active substance from this capsule was significantly faster (90% active substance release in 10 instead of 35 minutes) compared to a capsule manufactured according to conventional technology (with 2% magnesium stearate in the granulate).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum intermittierenden Bepunkten von Formwerkzeugen z. B. von Tablettiermaschinen mittels diskreter Tröpfchen flüssiger oder suspendierter Schmiermittel bei der Herstellung von Formlingen im Pharma-, Lebensmittel- oder Katalysatorenbereich.
  • In der DE-A-2 717 438 wird ein Verfahren zum Beschichten von Preßkammern bei Tablettiermaschinen beschrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß gelöste oder geschmolzene Gleitmittel mittels eines in raschen Zeitabstän- . den kurzzeitig (»intermittierend«) sprühenden Düsensystems vor jedem Preßvorgang auf die Innenwände der Preßkammer aufgebracht werden.
  • Es hat sich in der Zwischenzeit gezeigt, daß bei den neuen Hochleistungstablettiermaschinen ein hydraulisch betriebenes intermittierendes Sprühsystem noch zu träge ist, um vor jedem Preßvorgang die Formwerkzeuge zu beschichten. Außerdem ist es grundsätzlich wünschenswert, die Schmiermittelmenge (zur Erzielung einer optimalen Bioverfügbarkeit, Verpreßbarkeit, klaren und unverzögerten Auflösung von Lösetabletten, z. B. für diagnostische Zwecke oder Brausetabletten) so klein wie möglich zu halten. Es ist deshalb notwendig, daß das Sprühsystem ganz besonders in der Lage ist, in kürzester Zeit, z. B. in wenigen Millisekunden, intermittierend und gerichtet an stark beanspruchte Zonen der Formwerkzeuge (z. B. Preßzone in der Matrize) gezielt die erforderliche Menge an Schmiermittel aufzutragen.
  • Es wurde nun gefunden, daß sich diese Forderungen in vorzüglicher Weise dadurch erfüllen lassen, daß flüssiges oder suspendiertes Schmiermittel vor jedem Preßvorgang in definierten Mengen und in Form von diskreten Tröpfchen von definiertem gleichen Volumen mit definierter Geschwindigkeit auf die beanspruchten Zonen der Preßwerkzeuge mittels piezoelektrischer Wandler durch die geometrische Ausrichtung der Düsen oder durch elektrostatische oder elektromagnetische Ablenkung der Bahn der Tröpfchen gerichtet aufgepunktet wird. Das Aufpunkten geschieht z. B. mittels röhrenförmiger oder plättchenförmiger piezoelektrischer Wandler intermittierend vor jedem Preßvorgang.
  • Die Impulse werden von piezoelektrischen Wandlern erzeugt. Ein zum Aufpunkten des flüssigen oder suspendierten Schmiermittels geeignetes System besteht beispielsweise aus einer ganzen Reihe von Kanälen in der Art, daß ein röhrenförmiger Piezoschwinger einen Abschnitt jeden Kanals konzentrisch umhüllt. Als Elektroden zum Anlegen des elektrischen Feldes dienen leitfähige Schichten, z. B. Silberschichten oder Gold- oder Nickelschichten, auf den Mantelflächen des röhrenförmigen Piezoschwingers.
  • Die Austrittsöffnungen werden so ausgerichtet, daß jede einzelne einen bestimmten Bereich der vorbeilaufenden Formwerkzeuge mit feinen Schmiermitteltröpfchen bepunktet. Die einzelnen Kanäle sind an ihrer Aufgabeseite z. B. an eine gemeinsame Verteilerplatte, die in Verbindung mit einem Vorratsbehälter steht, angeschlossen und werden von dort mit Schmiermittelflüssigkeit oder -suspension versorgt (vgl. Figur 1).
  • Das Zurückfließen der Flüssigkeit oder Suspension in dem Düsenkanal ist beispielsweise dadurch erschwert, daß der Düsenkanal zur Austrittsöffnung hin verengt ist. Infolge der Eigenschaft von Piezoschwingern, z. B. von piezokeramischen Massen, beim Anlegen eines bestimmten elektrischen Feldes eine elastische Deformation zu erleiden, entsteht in den röhrenförmigen Piezoschwingern eine auf die Flüssigkeit gerichtete Stoßwelle. Die damit verbundene Druckerhöhung führt zum Herausschießen kleinster Schmiermittelmengen in Keulenform aus den Austrittsöffnungen, wobei diese Schmiermittelkeulen nach Verlassen der Austrittsöffnungen Kugelform annehmen. Der Durchmesser eines Kanals beträgt vorteilhafterweise cirka 1 mm in seinem Mittelteil, der einzelne Kanal ist an seiner Austrittsöffnung verjüngt. Der Durchmesser der Austrittsöffnung beträgt beispielsweise 0,1 mm.
  • Der Vorratsbehälter liegt tiefer als die Austrittsöffnungen, man spricht deshalb von einem Unterdrucksystem. Durch den Höhenunterschied entsteht ein statischer Unterdruck in den Kanälen. Dieser statische Unterdruck wird beim Anlegen des elektrischen Feldes in Verbindung mit der Kapillarwirkung in den Kanälen für einen kurzen Augenblick überkompensiert. Die Kapillarkräfte in den Kanälen und in den Austrittsöffnungen verhindern ein Zurücklaufen der Schmiermittelflüssigkeit oder -suspension.
  • So verlassen die Austrittsöffnung beispielsweise 3000 Tröpfchen bei einer Tropfenfrequenz von 3 kHz und einer Schmiermittelviskosität von ca. 20 m Pas. Die Geschwindigkeit der Tröpfchen beträgt ca. 4 m/s bei einem sehr konstanten Tröpfchengewicht von ca. 0,8 gg (0,0008 mg). Je nach elektronischer Ansteuerung liegt die Tropfenfrequenz zwischen einigen hundert Hertz und 50 kHz, bevorzugt bei 3 kHz. Die Erregung der Piezoschwinger geschieht z. B. mit einem Spannungsimpuls von 120 Volt bei einer Impulsdauer von 20 Mikrosekunden.
  • Der Kanal, der von dem Piezoschwinger umschlossen wird, kann vor oder hinter diesem beliebig gekrümmt sein; diese Ausgestaltung dient zur besseren Anpassung an die räumlichen Gegebenheiten z. B. der Tablettenpresse. Der Kanal kann jedoch auch räumlich nach dem Piezoschwinger sich in zwei oder mehrere Kanäle verzweigen, so daß ein Piezoschwinger mehrere Kanäle mit separaten Austrittsöffnungen versorgt. Die Austrittsöffnungen können z. B. Löcher in einer Glas- oder Metallplatte sein. Besteht der Kanal aus einer Glaskapillare, so kann die Austrittsöffnung durch das Ausziehen des Glasröhrchens an seinem Ende gebildet werden.
  • Eine andere vorteilhafte Ausführungsform zum Bepunkten mit flüssigen oder suspendierten Schmiermitteln besteht in der Verwendung von plättchenförmigen bzw. planaren, nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeitenden Wandlern, die vorzugsweise konzentrisch über dem Eingang der Kanäle angebracht sind; am Ende der Kanäle befinden sich wieder verjüngte Austrittsöffnungen. Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform liegt das Piezoplättchen horizontal konzentrisch zum vertikal wegführenden Kanal. Die Piezoplättchen liegen in oder an einer Kammer zur Aufnahme der Schmiermittelflüssigkeit oder -suspension. Es können mehrere Kanäle von einer gemeinsamen Kammer wegführen, die ihrerseits an einer gemeinsamen Flüssigkeitsversorgung angeschlossen ist. So kann z. B. auch ein planarer Schwinger (Piezoplättchen) gleichzeitig eine Druckwelle in mehreren, sich an die gleiche Verteilerkammer anschließenden Kanälen erzeugen. Eine weitere vorteilhafte, konstruktiv vereinfachte Ausführungsform beinhaltet einen hubstarken planaren Schwinger in der Kammer und einen von der Kammer ausgehenden Kanal, der vorzugsweise vertikal zu dem planaren Schwinger verläuft, an dessen Ende sich mehrere, gegebenenfalls räumlich verschieden ausgerichtete Düsen oder ein ganzer Düsenkranz befinden. Durch eine derartige Anordnung kann mit einem einzigen, von dem Piezoschwinger erzeugten Hub eine Flächenbepunktung erreicht werden (vgl. Fig. 2a, 2b und 2c).
  • Bei Hochleistungs-Tablettiermaschinen läuft der Oberstempel oder der Unterstempel mit der Matrize in wenigen Millisekunden am Bepunktungssystem vorbei. Trotzdem kann ein Kanal, der mit einer Tropfenfrequenz von einigen kHz arbeitet, während dieser Zeitdauer nicht nur einen, sondern eine ganze Reihe von Schmiermitteltröpfchen abgeben. Die Ansteuerung des Bepunktungssystems, bestehend aus einer größeren Anzahl von Kanälen mit Austrittsöffnungen, kann dergestalt erfolgen, daß alle Kanäle beim Auftauchen der Formwerkzeuge gleichzeitig sprühen oder je nach deren geometrischer Anordnung zeitlich versetzt nacheinander. Außerdem ist es möglich, die Tröpfchenfrequenz der Kanäle, je nachdem, welcher Bereich der Formwerkzeuge bepunktet werden soll, unterschiedlich zu wählen. So kann also ganz gerichtet auf spezielle Zonen der Formwerkzeuge (z. B. an die Preßzone in der Matrize, an die Gravur des Ober- oder Unterstempels) mehr Schmiermittel aufgebracht werden als an weniger beanspruchten. Schließlich besteht die Möglichkeit, die Kanäle, welche die Matrizenwand bepunkten, mit einer anderen Schmiermittellösung zu beschicken als die Kanäle, die für das Bepunkten der Stempeloberflächen vorgesehen sind.
  • Um die durch Piezowandler erzeugten Tröpfchen gezielt an die gewünschten Oberflächen der Formwerkzeuge zu bringen, ist es in manchen Fällen von Vorteil, diese nach Verlassen der Austrittsöffnungen durch Anlegung einer elektrischen Spannung aufzuladen, um sie anschließend durch elektrostatische Ablenkung in ihrer Bahn gezielt zu steuern. Diese Steuerung läßt sich mit gebräuchlichen Mitteln durchführen, beispielsweise nach dem Prinzip der Kathodenstrahlablenkung in einer Fernsehröhre.
  • Die piezokeramischen Körper können auch als Ventile zum Einsatz kommen, wenn man die Schmiermittelflüssigkeit oder -suspension mit Druck dem Schwinger bzw. Wandler zuführt, der sich je nach Ansteuerung öffnet oder schließt. Beim Ansteuern öffnet sich kurzfristig beispielsweise eine schlitzförmige Öffnung in einem, die Flüssigkeit unter Druck enthaltenden Kanal, durch die das Füllgut in Tropfenform abgegeben wird; die Öffnung kann in dem Schwinger selbst, der als Ventil den unter Druck stehenden Raum schließt, oder in der Randzone zwischen dem Schwinger und dem die Wände des Kanals bildenden Material angebracht sein. Dieser Vorgang ist auch in umgekehrter Weise möglich, bei Ansteuerung verschließt der Schwinger den unter Druck stehenden Raum.
  • Bei Hochleistungstablettiermaschinen kann es aber auch von Vorteil sein, daß die diskreten Schmiermitteltröpfchen auf ihrem Weg zu den Formwerkzeugen durch einen gerichteten und dosierten Luftstrom beschleunigt werden. Dieser gerichtete Luftstrom läßt sich beispielsweise leicht einer an ein Druckluftsystem angeschlossenen kontaktgesteuerten Düse entnehmen.
  • Das Bepunktungssystem kann überall vor dem Füllschuh und hinter der Ausstoßvorrichtung einer Tablettiermaschine angebracht werden. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, die Öffnung des Bepunktungssystems etwa 1 mm über dem Revolvertisch anzuordnen, in welchem sich die Matrizen befinden, so daß man direkt von oben in die aus Matrizenbohrung und aktiver Fläche der Unterstempel gebildeten »Becher« hineinpunkten kann. Es ist sogar möglich, direkt in den Spalt zwischen Matrize und Unterstempel hineinzupunkten.
  • Das Steuersignal für die Auslösung des intermittierenden und präzis gerichteten Punktens wird z. B. mit Hilfe von Photozellen, oder induktiven oder kapazitiven Annäherungsschaltern erhalten.
  • Neben Schmiermittellösungen und -suspensionen können sogar Schmiermittelschmelzen eingesetzt werden, wenn der Verteilerkopf durch eine eingebaute Heizplatte auf die entsprechende Temperatur erwärmt wird. Ein beheizter Vorratsbehälter und Schlauch sorgen für den Transport des Schmiermittels an den Sprühkopf.
  • Alle Schmiermittel-Flüssigkeiten werden vorteilhafterweise über ein geeignetes kleines Filter zu den Kanälen geleitet.
  • Die Figuren 1 bis 4 sollen in beispielhafter Weise schematisch einige mögliche Vorrichtungen zum Bepunkten von Formwerkzeugen mit flüssigen oder suspendierten Schmiermitteln verdeutlichen.
  • Die Figur 1 zeigt schematisch im Querschnitt ein Bepunktungssystem mit piezoelektrischen Wandlern (1), die jeweils einen Düsenkanal (8) umhüllen; der Düsenkanal endet in einer Verjüngung (7); die einzelnen Verjüngungen (7) stehen an entsprechenden Öffnungen einer Austrittsdüsenplatte (6) an, wobei die durch die Verjüngungen (7) und die Öffnungen der Austrittsplatte (6) gebildeten Düsen bei Betätigung der Vorrichtung Flüssigkeitströpfchen (5) abgeben. Der Düsenkanal (8) ist über einen verjüngten Flüssigkeitskanal (9) an eine Flüssigkeitsverteilerkammer (2) angeschlossen. Die Verteilerkammer (2) weist einen Entlüftungskanal (10) auf; die Verteilerkammer ist über eine Filterplatte (4) mit einem Flüssigkeitsvorratsbehälter (3) verbunden. Die elektrische Ansteuerung der piezoelektrischen Wandler erfolgt über Kontakte (11).
  • Die Figuren 2a, 2b und 2c zeigen Querschnitte durch verschieden konstruierte Bepunktungsköpfe mit planaren, nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeitenden Wandlern. Hierbei ist (1) ein planarer piezoelektrischer Wandler mit Kontakten (11) zur elektrischen Ansteuerung. Der planare piezoelektrische Wandler liegt in einer Flüssigkeitskammer (12), die über die Flüssigkeitsleitung (13) mit einem Vorratsbehälter verbunden ist. Von der Kammer (12) geht ein oder mehrere Düsenkanäle (18) ab, deren Verjüngungen (17) an einer Austrittsdüsenplatte (6) enden; (5) stellen die freigesetzten Flüssigkeitströpfchen dar.
  • Die Figur 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein abgewandeltes Bepunktungssystem. Aus einem Flüssigkeitsvorratsbehälter (21) wird mittels Pumpe (22) durch ein Filter (23) Flüssigkeit in die Düse (24) gepreßt. Der an der Düse (24) freigesetzte Flüssigkeitsstrahl (27) zerfällt in Tropfen (28), die durch einen Tropfenaufladering (25) elektrisch geladen und mittels einer Ablenkplatte (26) in einem elektrischen Feld abgelenkt werden. Der abgelenkte Flüssigkeitstropfen (29) bepunktet die Preßwerkzeuge. Die übrigen Tropfen (29) werden durch eine Absaugelektrode (100) angezogen und gesammelt und über die Leitung (110) wieder in den Behälter (21) zurückgeführt.
  • Die Figur 4 stellt einen Querschnitt durch ein ähnliches Bepunktungssystem dar, bei welchem das Schmiermittel durch eine Transportflüssigkeit befördert wird. Der Flüssigkeitsvorratsbehälter (31) enthält die Transportflüssigkeit, die durch die Pumpe (32) durch ein Filter (33) in die Düse (34) gepreßt wird. Das Röhrchen (30) enthält die Schmiermittelflüssigkeit oder -suspension, die an der Düse (34a) durch den Strahl (37) der an der Düse (30) freigesetzten Transportflüssigkeit mitgerissen wird; der vereinigte Strahl (37) zerfällt in Tropfen (38), die durch den Tropfenaufladering (35) elektrisch geladen werden. Die Tropfen (38) werden beim Passieren der Ablenkplatten (36) elektrostatisch in die gewünschte Richtung abgelenkt, wobei die abgelenkten Tropfen (39) die Preßwerkzeuge an bestimmten Stellen bepunkten. Die nichtabgelenkten Tropfen werden durch eine Absaugelektrode (100) entfernt. In Figur 3 und 4 ist der Wandler nicht dargestellt, er könnte z. B. im Flüssigkeitskanal oder in den Behältern (21) bzw. (31) untergebracht sein.
  • Insgesamt sind folgende Vorteile dieses Bepunktungssystems hervorzuheben:
    • Das System bei Verwendung von Piezoschwingern arbeitet ohne jegliche Mechanik und ist daher praktisch keinem Verschleiß unterworfen. Selbst der Zufluß der zu verpunktenden Flüssigkeit erfolgt selbständig infolge der Kapillarkräfte der Kanäle. Die Tröpfchenbildung ist stabil und von höchster Präzision, unabhängig davon, ob einige Hundert oder 15 000 Tröpfchen je Sekunde vom Kanal abgegeben werden.
  • Der Kopf zur Bepunktung ist so dimensioniert, daß er auch an der kleinsten Tablettenpresse bzw. Kapselmaschine angebracht werden kann.
  • Der Kopf kann so ausgerichtet werden, daß er nach allen gewünschten Richtungen die Tröpfchen abgibt.
  • Der Kopf gibt nur Tröpfchen gleichen Gewichtes ab im Gegensatz zu einer Ein- oder Zweistoffdüse mit einer Tröpfchenverteilung zwischen Nebel und groben Tropfen.
  • Bei den beschriebenen Bepunktungssystemen ist hervorzuheben die schnelle und exakte Arbeitsweise, sie sind für alle bis jetzt bekannten schnellaufenden Tablettenpressen geeignet. Die Abgabe der Schmierflüssigkeit oder -suspension kann in weniger als einer Millisekunde erfolgen. Die Abgabemengen sind konstant. Die Applizierung des Schmiermittels erfolgt exakt an den Stellen der Werkzeuge, wo das Schmiermittel unbedingt zum Einsatz kommen muß. Die bis jetzt bekannten Systeme, z. B. Versprühen von Schmiermittelflüssigkeiten aus einer Düse, erzeugen Tröpfchenverteilungen zwischen Nebel und groben Tropfen, wobei die groben Tropfen eine gleichmäßige Verteilung des Schmiermittels verhindern und der Nebel zu einer Verschmutzung des Preßtellers bzw. der Tablettenmaschine führt. Mit Hilfe der bisher bekannten Systeme war es auch nicht möglich, gezielt an die besonders beanspruchten Zonen der Preßwerkzeuge in reproduzierbarer Weise mehr Schmiermittel aufzubringen als an weniger beanspruchten Stellen.
    • Beispiel 1
  • 40 kg Indomethacin, 159 kg Milchzucker, 200 kg Maisstärke, 14 kg kolloidale Kieselsäure und 6 kg Polyvinylpyrrolidon werden nach intensiver Mischung in üblicher Weise granuliert; hierzu wird eine wäßrige Lösung von 10kg löslicher Stärke eingesetzt.
  • Das Granulat wird in einer Doppelrundläuferpresse mit einer Leistung von 220 000 Tabletten/h verpreßt, wobei die Matrizenwand und die aktiven Stempeloberflächen mittels eines mit halbgesättigter Lösung von Glycerinmonostearat in Äthanol gefüllten piezokeramisch arbeitenden Bepunktungssystems bepunktet werden. Dabei arbeiten die 24 Röhrchen mit einer Frequenz von 10 Tröpfchen je Millisekunde, wobei sich die Preßwerkzeuge im Vorbeilauf für ca. 5 Millisekunden bepunkten lassen. Das Tröpfchengewicht liegt bei ca. 0,0006 mg. Die maximal erreichbare Bruchfestigkeit bei der angegebenen Tablettiergeschwindigkeit ist um 35% höher im Vergleich zu Tabletten mit 1,0% Magnesiumstearat im Granulat.
    • Beispiel 2
  • Aus einem Wirkstoff A, Milchzucker, Maisstärke und kolloidaler Kieselsäure wird eine Pulvermischung für Hartgelatine-Steckkapseln hergestellt. Ca. 1 mm unterhalb des vorbeilaufenden Füllrohres einer Kapselfüllmaschine wird eine Bepunktungseinrichtung angebracht. Oberhalb des Flüssigkeitskanals dieser Vorrichtung befindet sich ein planarer Piezoschwinger; das Ende des Kanals wird von einer Düsenplatte mit 42 Bohrungen von 0,06 mm Durchmesser verschlossen. Während einer Millisekunde werden 0,1 mg einer 5%igen alkoholischen Magnesiumstearatsuspension in das Innere des vorbeilaufenden Füllrohres abgegeben. Die geprüfte in vitro-Freigabe des Wirkstoffes aus dieser Kapsel war gegenüber einer nach herkömmlicher Technologie hergestellten Kapsel (mit 2% Magnesiumstearat im Granulat) wesentlich schneller (90% Wirkstoff-Freisetzung in 10 statt 35 Minuten).

Claims (8)

1. Verfahren zur intermittierenden Beschichtung von Formwerkzeugen zur Herstellung von Formlingen im Pharma-, Lebensmittel- oder Katalysatorenbereich mit flüssigem odersuspendiertem Schmiermittel vor jedem Preßvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel in definierten Mengen und in Form diskreter Tröpfchen (5, 28, 38) von definiertem gleichen Volumen mit definierter Geschwindigkeit auf die beanspruchten Zonen der Preßwerkzeuge mittels piezoelektrischer Wandler (1) durch die geometrische Ausrichtung der Düsen (6, 7) oder durch elektrostatische oder elektromagnetische Ablenkung (29, 39) der Bahn der Tröpfchen innerhalb weniger Millisekunden gerichtet aufgepunktet wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufpunkten des flüssigen oder suspendierten Schmiermittels unter Verwendung von die Düsenkanäle (8) umgebenden piezoelektrischen Wandlern (1) erfolgt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Bereiche der Formwerkzeuge unabhängig voneinander mit einer auf den jeweiligen Bereich abgestimmten Anzahl von Schmiermitteltröpfchen bepunktet werden.
4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bepunkten mit einem piezoelektrischen Wandler (1), der selbst eine Austrittsöffnung teilweise oder ganz umschließt, in der Weise erfolgt, daß die Freisetzung von Tröpfchen aus einer unter Druck stehenden Flüssigkeit durch gesteuertes Öffnen dieser Austrittsöffnung erfolgt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 bis 4: dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem oder mehreren piezoelektrischen Wandlern (1) besteht, die jeweils einen oder mehrere Kanäle (8), welche punkt- oder schlitzförmige Austrittsstellen seitwärts oder an einem ihrer Enden (6) enthalten, ganz oder teilweise umschließen, die Kanäle an einer verjüngten Austrittsöffnung (7) enden, und die Kanäle mit einem Vorratsbehälter (3) für die Flüssigkeit in Verbindung stehen.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Wandler (1) selbst, gegebenenfalls als integrierter Bestandteil eines Flüssigkeitskanals (8), eine oder mehrere punkt- oder schlitzförmige Austrittsstellen enthalten.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (8) vor oder hinter dem piezoelektrischen Wandler (1) gekrümmt ist und/oder sich nach dem piezoelektrischen Wandler in zwei oder mehrere Kanäle verzweigt und ein piezoelektrischer Wandler gegebenenfalls durch einen zweiten oder durch mehrere unterstützt wird.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Anordnung der Kanäle der Geometrie der Stempel und Matrizen angepaßt ist.
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