Schmiermittel in die Tablettenpresse dosieren

die dosis macht‘s

10.02.2006 Wer gut schmiert, der gut fährt – so lautet ein bekanntes Sprichwort. Doch bei der Schmiermitteldosierung beim Tablettenpressen gibt es auch ein Zuviel des Guten: Die Tablettenqualität leidet, und es wird unnötig viel Schmiermittel verbraucht. Gravimetrische Doppelschneckendosierer reduzieren die Schmiermittelmenge drastisch und sichern die Produktqualität.

Anzeige

Viele Hersteller von Tabletten in Pharma- und Lebensmittelindustrie haben großes Interesse daran, sowohl Granulat als auch Schmiermittel direkt in die Tablettenpresse einzuführen. Die Dosiermethode ist für einen effizienten und kostengünstigen Pressenbetrieb von wesentlicher Bedeutung. Auf Grund des geringen verfügbaren Raums bei vielen Tablettenpressen wird Granulat oftmals mit Hilfe von Dichtstromförderung in die Presse eingebracht. Darüber hinaus wird immer häufiger Schmiermittel über einen für pharmazeutische Anwendung entwickelten Doppelschnecken-Dosierer und Injektor bei der Tablettenherstellung direkt in die Tablettenpresse eingeblasen.

Wie viel Schmiermittel braucht das Werkzeug?

Schmiermittel, wie beispielsweise Magnesiumstearat, schmieren zum einen das Tablettenwerkzeug, verhindern Produktablagerungen auf dem Werkzeug und erzeugen darüber hinaus eine glatte Oberfläche der Tabletten. Die Dosierung der genauen Menge an Schmiermittel für den Prozess hat einen ganz entscheidenden Einfluss auf die Gesamtproduktqualität. Wenn in den Mischphasen zu viel Schmiermittel hinzugefügt wird, können die Tabletten unter Umständen weicher als gewünscht werden. Dies ist bei Formulierungen von Sprudeltabletten problematisch, bei denen ein zu hoher Schmiermittelanteil dazu führen kann, dass die Tabletten Wasser abweisend werden und damit ihre Auflösungseigenschaften beeinträchtigt sind.

Beim Beimischen von Schmiermittel zum Mischverfahren ist es häufig nicht nur fraglich, wie groß die tatsächlich erforderliche Menge Schmiermittel ist, sondern auch, in welcher Phase des Prozesses sie zugegeben werden sollte. Typische Formulierungen, die dieses Schmiermittel enthalten, können klebrig, fest zusammenhängend und schwer zu pressen sein. Die Zugabe des Schmiermittels direkt in das Werkzeug wird derzeit als eine Methode sowohl zur Verringerung des gesamten Schmiermittelverbrauchs als auch zur Verbesserung der von der Presse produzierten Gesamttablettenqualität eingesetzt.
Bei der direkten Einführung des Schmiermittels in den Mischer wird oftmals eine höhere Menge Schmiermittel verwendet, als für die Endproduktqualität erforderlich ist. Als eine Alternative kann das Schmiermittel mit Hilfe eines speziell dafür entwickelten pharmazeutischen Doppelschnecken-Designs direkt auf das Presswerkzeug gesprüht werden. Die Einführung des Schmiermittels direkt auf das Presswerkzeug stellt sicher, dass das Produkt weniger an der Tablettenpresse klebt und dass weniger Schmiermittel verbraucht wird. Der Schmiermittelverbrauch kann auf diese Weise drastisch reduziert werden.
Das Schmiermittel wird kontinuierlich mit Hilfe eines Doppelschnecken-Dosierers direkt in einen Gasinjektor abgegeben. Doppelschnecken werden nicht nur auf Grund ihrer Eignung zur Förderung fest zusammenhängender Materialien, sondern auch ihrer Dosierkonsistenz ohne Ablagerungen im Schneckentrog eingesetzt. Nachdem das Material aus den Schnecken ausgetreten ist, wird es in einem von dem Injektor erzeugten Gasstrom mitgerissen. Dieser Gasstrom befördert das Schmiermittel zu einer Düse, die an der Tablettenpresse befestigt ist. Die Düse ist so an der Presse angebracht, dass alle Oberflächen der Presswerkzeuge, die mit dem eingehenden Tablettengranulat in Kontakt kommen (die Oberstempel ebenso wie die Unterstempel), gleichmäßig vom Schmiermittel überzogen werden. Aller Staub, der in der Tablettenpresse entsteht, wird mit Hilfe eines internen Entlüftungs- oder Abgassystems entfernt.

Volumetrische oder gravimetrische Schmiermittelzuführung?

Die Wahl zwischen volumetrischer und gravimetrischer (oder Loss-in-weight) Dosierung für die Zufuhr des Schmiermittels hängt von der Notwendigkeit ab, den genauen Massenstrom des zugeführten Schmiermittels kennen zu müssen. Ein gravimetrischer Dosierer ermöglicht das Überprüfen und Protokollieren des Produktmassenstroms und damit eine höhere Genauigkeit.

Gravimetrische Dosierer messen das Gewicht des Massenstroms und passen die Dosiererleistung so an, dass der gewünschte Sollwert erreicht und beibehalten wird. Volumetrische Dosierer wiederum wägen den Massenstrom nicht. Ihr Funktionsprinzip beruht auf der Zufuhr eines bestimmten Materialvolumens pro Zeiteinheit, das dann mit Hilfe abgetasteter Kalibrierung in einen abgeleiteten massenbasierten Austrag übertragen wird. Dosierungsänderungen werden über die Anpassung der Schneckendrehzahl erreicht. Es steht eine Auswahl an Schneckenausführungen, -größen und -geometrien sowie Rührsystemen zur Verfügung, um die Zufuhr eines bestimmten Materials zu optimieren.
Volumetrische Dosierer sindim Gegensatz zu gravimetrischen Dosierern und daher relativ kostengünstig, können also keine Schwankungen der Materialdichte erkennen oder kompensieren. Bei solchen Materialien, deren Dichte nicht stark schwankt, sind volumetrische Dosierer hinsichtlich der Genauigkeit jedoch ausreichend.
Die komplizierten Fließeigenschaften eines Schmiermittels wie Magnesiumstearat können unter Umständen zu Ablagerungen oder Brückenbildung führen. Da volumetrische Dosierer keine Gewichte erfasen können, ändern vor allem Materialablagerungen auf den Dosierschnecken das Verhältnis von Volumen pro Umdrehung, und volumetrische Dosierer verlieren damit ohne sichtbare Anzeichen ihre Kalibrierungsgenauigkeit. Gravimetrische Dosierer erkennen auf Grund der Gewichtsabnahme diese Zustände und führen entsprechende Anpassungen durch.
Volumetrische Dosierer erkennen keine Zufuhrschwierigkeiten, es sei denn, man rüstet diese mit Füllstandsonden aus. Die Regelung der gravimetrischen Dosierer erkennt via Gewichtssignal Schwierigkeiten oder das Ausbleiben einer Nachfüllung und signalisieren diese.
Bei der Loss-in-weight-Technologie ist es zwingend erforderlich, eine hochgenaue Wägezelle sowie einen hochgenauen Wägemechanismus einzusetzen. Gravimetrische Dosiergeräte mit der sogenannten Smart-Force-Transducers (SFT)-Wägezellentechnologie gewährleisten, dass das zu dosierende Schmiermittel genau und konstant ausgetragen wird. Die integrierte Steuerung hält die Gewichtsreduzierung pro Zeiteinheit durch Anpassung der Schneckendrehzahl des Doppelschnecken-Dosierers konstant.Durch die Änderung der Drehzahl zum Erhalt eines beständigen Massenstroms – oder Gewichts pro Zeit – kann die Anlage nachweislich eine stetige und gleichmäßige Schmiermittelzufuhr an die Presse liefern.
Darüber hinaus stellt eine hohe Kurzzeitgenauigkeit auf Grund der kurzen Zeitspanne (Millisekunden), während derer die Presswerkzeuge geschmiert werden können, einen wesentlichen Vorteil dar. Die höheren Investitionskosten der gravimetrischen Ausführung werden durch die Einsparungen beim Schmiermittel ausgeglichen, weil der Schmiermittelverbrauch deutlich reduziert werden kann.

Dicht- oder Dünnstromförderung?

Der relative geringe verfügbare Raum bei vielen Prozessanlagen ist häufig eine Herausforderung für die Zufuhr des Granulats in die Tablettenpresse. Es wird daher oft eine pneumatische Vakuumförderung mit besonderen Sammelbehältern und Aufnahmemethoden eingesetzt. Zusätzlich wird für die empfindlichsten Granulatförderanwendungen das Prinzip der Dichtstrom-Vakuumförderung eingesetzt. Bei den meisten Anwendungen ist das verwendete Gas Luft. In der Pharmaindustrie wird jedoch auf Grund seiner inerten Eigenschaften sowie der natürlichen Reinheit des Gases auch häufig Stickstoff eingesetzt.

Dünnstromförderung sollte bei solchen Produkten verwendet werden, bei denen Entmischen oder Pulverisieren in der Förderlinie kein Problem darstellen. Vergleichbare Gas-/Luft-Geschwindigkeiten in einem 3“-Rohr für Dünnstromanwendungen könnendurchaus von 15 bis 36m/s reichen. Bei Dichtstromanwendungen wird eine reduzierte Gasgeschwindigkeit zwischen 0,4 und höchstens 8,6m/s eingesetzt.
Auf Grund der niedrigeren Gasgeschwindigkeit, die bei Dichtstromförderung verwendet wird, übt der Gasstrom eine deutlich sanftere Wirkung auf das geförderte Pulver oder Granulat aus. Diese sanfte Wirkung reduziert auch die Entmischungsprobleme, die häufig beim aggressiveren Dünnstrombetrieb auftreten. Dennoch hat die Dichtstromförderungsmethode auch ihre Grenzen. Dazu gehören Entfernungen von mehr als 3,7m in vertikaler und über 4,6m in horizontaler Richtung sowie das Fördern von Materialien, die kohäsiv oder hygroskopisch sind bzw. eine zu grobe Partikelgröße aufweisen, die eine Klumpenbildung bisweilen verhindert.

Wieviel Gas verträgt das Produkt?

Dichtstromförderung bedeutet per Definition ein größeres Verhältnis von Produkt zu Gas oder das Verwenden einer kleineren Menge Gas für die Förderung einer großen Produktmenge. Je geringer die benötigte Gasmenge ist, umso weniger Leistung wird von der Saug- oder Vakuumpumpe verlangt. Typischerweise wird das Material aus dem Auslass eines Spezialtrichters aufgenommen, der die im Produktstrom mitgerissene Luftmenge minimiert und die Bildung von Produktklumpen erlaubt. Darüber hinaus verfügt der Trichter auch über eine Art Aufsatzlufteinlass, der die Klumpenbildung unterstützt, während das Material durch die Förderlinie strömt und pulsiert. Die Kombination aus der relativ niedrigen Luftgeschwindigkeit und einer erweiterten Liniengröße führt zu einem „siphonähnlichen“ Effekt für die Förderung zum Vakuumsammelbehälter und verursacht weniger Pulverisierung und Entmischung.

Ungeachtet der eingesetzten Fördertechnik wird das Material direkt in einen Vakuumsammelbehälter zugeführt, der das Vakuum unterbricht und das Produkt aus dem Gasstrom freisetzt. Dieser Sammelbehälter besitzt einen umgekehrten Düsenfilter, der bei der Unterbrechung des Vakuums mit einem Gasstoß durchblasen wird, um das Filtermedium zu reinigen. Der Auslass des Sammelbehälters enthält entweder ein Klappenventil oder ein Drehschieberventil. Dieses Ventil wird derart geschaltet, dass es nach der Unterbrechung des Vakuums und der Pulsreinigung des Filters öffnet und das Produkt dem darunter befindlichen Prozess zuführt.

Heftausgabe: Januar-Februar 2006
Anzeige

Über den Autor

Sharon Nowak , Business Development Manager, K-Tron
Loader-Icon