Energieverbrauch um 15 Prozent reduziert
Baumüller lieferte energieeffizienten Direktantrieb für neuentwickelte Tablettenpresse von Fette Compacting
Die Pharmaindustrie fordert nachhaltige und energieeffiziente Konzepte, um künftig weniger CO2-Ausstöße zu verzeichnen. Die Tablettenpresse F30i wurde daher wie alle Maschinen der neuen i Serie mit einem energieeffizienten Antriebssystem ausgestattet. Pharmaproduzenten legen Wert auf eine hochflexible, leistungsstarke Maschine mit Containment-Paket und hohem Output.
Tabletten sind feste Arzneiformen, die einen oder mehrere medizinische Wirkstoffe enthalten können. Es gibt sie in zahlreichen Formen: Rund, länglich, oval, in Herz- oder Sternchenform und vieles mehr. Die Oberfläche ist meist flach oder konvex und kann Bruchrillen, Prägungen oder ähnliches aufweisen. Pharmaproduzenten nutzen Wirbelschichttrockner zur Pulverherstellung. Das Pulver wird unter hohem Druck zu einer Tablette verpresst, von einem Vertikalentstauber entstaubt bzw. entgratet und anschließend verpackt. Die Medikamente werden in Apotheken verkauft bzw. in Krankenhäusern oder anderen Einrichtungen an Patienten ausgegeben.
Die Matrizen und Stempel auf der Matrizenscheibe sorgen für die Form und Größe der Tablette und können ausgetauscht werden / Bild: Fette Compacting
Kleiner Footprint – Große Wirkung
Fette Compacting mit Sitz in Schwarzenbek bei Hamburg ist mit über 5.000 installierten Anlagen Weltmarktführer für Tablettenpressen in der Pharmaindustrie. 1948 wurde die erste Tablettenpresse aus dem Hause Fette Compacting auf den Markt gebracht. Der große Durchbruch kam 1991 mit der PT3090, der weltweit ersten Tablettenpresse mit wechselbarem Rotor. Seit 2016 werden auch Spezialmaschinen für die Kapselbefüllung hergestellt.
Der Klimawandel ist auch für Fette Compacting ein wichtiges globales Thema. „Die Pharmabranche hat einen extrem hohen Energieverbrauch. Und es sind wie in anderen Branchen auch Schritte notwendig, um den CO2-Footprint zu verbessern. Deshalb haben wir uns bei der Entwicklung der neuen i Serie und auch bei der F30i Gedanken zur Energieeffizienz gemacht, um unsere Kunden bei Ihren Nachhaltigkeitsinitiativen zu unterstützen“, erklärt Jörg Gierds, Senior Product Manager bei Fette Compacting.
Daher setzt das Unternehmen bei seinen Tablettenpressen auf ein effizientes Antriebssystem von Baumüller. Die Lösung besteht aus einem wassergekühlten High-Torque Motor DST2-315, einem luftgekühlten Servoumrichter b maXX 5534 sowie zwei Drehstrom-Synchronmotoren mit integrierter Elektronik (DSDI-036) 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. D.h. bis 1,6 Millionen Tabletten können pro Stunde hergestellt werden.
Die oberflächengekühlten DSDI-036 Motoren inklusive Umrichter und Schneckengetriebe (links unten) führen dem Pressraum kontinuierlich Pulver zu. Der High-Torque-Motor DST2-315 (rechts) treibt im Zusammenspiel mit dem b maXX 5534 Servoantrieb (links oben) den großen Doppelrundläufer an.
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 (High-Torque-Motor) eingesetzt. Verwendet wurde ein Sacklochhohlwellenmotor. Dadurch kann die Maschinenspindel direkt in den Motor eintauchen. Zudem ist ein koaxialer Geberanbau über ein vormontiertes Geber-Kit möglich. Das Geber-Kit ist eine mechanische Einheit, die in die Maschine eingebaut wird und bei Bedarf schnell getauscht werden kann. Weiterer Pluspunkt ist, dass dabei die Rast-Lage, also die Stellung des Rotors im Stator, nicht neu eingerichtet werden muss.
Der Servoumrichter b maXX 5534 regelt den wassergekühlten High-Torque-Motor DST2-315. Die Kombination wurde optimal auf die Tablettenpresse F30i abgestimmt. Baumüller übernahm darüber hinaus die Antriebsdimensionierung und Erstinbetriebnahme der Tablettenpresse.
Der Servoumrichter b maXX 5534 regelt den wassergekühlten High-Torque-Motor DST2-315 und ist platzsparend im Schaltschrank verbaut / Bild: Fette Compacting
Je nach Produkt werden unterschiedlich hohe Presskräfte benötigt. Eine Brause-Tablette beispielsweise benötigt eine hohe Presskraft von 100 kN, wo hingegen weiche Tabletten nur mit 3 bis 4 kN gepresst werden können, da diese sonst zerbrechen. Die Presskraft ist auch ein wichtiger Indikator, um Tabletten auszusortieren, die nicht der Norm entsprechen. Die Punch-saving-Funktion erkennt die geringsten Presskraftschwankungen und gibt der Luftaussortierdüse ein Signal, damit diese die fehlerhafte Tablette in den „Schlecht-Kanal“ ausleitet. Der Direktantrieb ist für solch variable Einsätze bestens geeignet und ist zudem wartungsarm, leise und robust.
So sehen die fertigen Tabletten nach dem Pressvorgang aus / Bild: Fette Compacting
Smartes Teamwork
Bei der Entwicklung der Tablettenpresse F30i arbeitete Fette Compacting mit Baumüller als kompetenten Partner zusammen. Durch das perfekte Zusammenspiel von Regler und Motor konnte eine Maschine mit einem Output von bis zu 1,6 Millionen Tabletten pro Stunde realisiert werden. Im Vergleich zu anderen Tablettenpressen der Vorgängerserie spart die neue Maschinengeneration mehr als 15 Prozent Energie ein. Dies haben Energiemessungen bestätigt, die von Fette Compacting 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 Jörg Gierds, Senior Product Manager Fette Compacting GmbH. Grund für die hohe Energieeffizienz des Systems ist der Direktantrieb. Dieser punktet nicht nur mit einem hohen Wirkungsgrad, sondern auch mit einer präzisen Regelung. Als weiteren Vorteil ergibt sich durch die kompakte Bauform eine perfekte Integration in die Maschine. Das System hat also eine hohe Leistungsdichte und ermöglicht Präzision im Prozess. Der Energieverbrauch der Maschine kann von Endanwendern auf dem Dashboard des Touchpanels jederzeit eingesehen und optimiert werden.
Die Tablettenpresse F30i ist effizient, kompakt, schnell und extrem energiesparend. Die Energieeffizienz des Systems konnte durch ein ausgeklügeltes Antriebssystem um 15 Prozent gesteigert werden / Bild: Fette Compacting
Die Zusammenarbeit mit Baumüller besteht seit nur mehr 15 Jahren und basiert auf Vertrauen und einem offenen und ehrlichen miteinander!
Jörg Gierds, Senior Product Manager Fette Compacting GmbH
Die 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 auf ein Minimum. Einen weiteren Schwerpunkt legt die F30i auf den Bedienerschutz und auf eine hohe Benutzerfreundlichkeit.
Fazit
Die Tablettenpresse F30i ist effizient, kompakt, schnell und extrem energiesparend. Der leistungsstarke Doppelrundläufer ist für Zweischichttabletten optimiert. Er überzeugt mit seiner Staubdichtigkeit, Containment-Fähigkeit, Systemkompatibilität und der Anschlussfähigkeit an Pharma 4.0. Die Maschine besitzt ein weites Drehzahlspektrum und ermöglicht dadurch die Herstellung verschiedenster Tabletten mit exakter Dosierung. In guter und partnerschaftlicher Zusammenarbeit zwischen Fette Compacting und Baumüller ist ein kompaktes Antriebssystem entstanden, das von konstanten Drehzahlen und hohen Rundlaufeigenschaften profitiert, die Energieeffizienz des Systems um 15 Prozent steigert und den ökologischen Footprint verbessert.
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