[0001] Die Erfindung betrifft einen Stempel für eine Rundläuferpresse, umfassend einen Schaft
mit einer Stempelspitze an einem Ende des Schafts und einem Stempelkopf am anderen
Ende des Schafts, wobei der Stempelkopf eine Spiegelfläche und eine Zylinderfläche
sowie einen Zwischenbereich zwischen Spiegelfläche und Zylinderfläche aufweist.
[0002] Rundläuferpressen weisen eine Vielzahl von oberen und unteren Stempeln auf, die jeweils
paarweise einer Kavität einer Matrizenscheibe des Rotors der Rundläuferpresse zugeordnet
sind. Im Zuge der Drehung des Rotors werden die Kavitäten mit dem zu verpressenden
Füllmaterial befüllt. In einer Druckeinrichtung werden die oberen und unteren Stempel
in den Kavitäten zum Verpressen des Füllmaterials zu Presslingen, insbesondere Tabletten,
gegeneinander gedrückt. Dabei tauchen die Stempelspitzen in die Kavitäten ein, während
die am anderen Ende des Schafts befindlichen Stempelköpfe in der Regel mit Druckrollen
der Druckeinrichtung zusammenwirken. Im Übrigen wird die axiale Bewegung der Stempel
im Zuge der Drehung des Rotors der Rundläuferpresse in der Regel durch mit den Stempelköpfen
zusammenwirkende Steuerkurven gesteuert.
[0003] Der mechanische Kontakt der Oberseite des Stempelkopfes mit den Druckrollen erfolgt
entlang eines sogenannten Kontaktbereichs. Der Kontaktbereich kann in zwei Unterbereiche
eingeteilt werden. Zum einen ist dies der Zwischenbereich zwischen der Zylinderfläche
und der Spiegelfläche des Stempels. In diesem Bereich findet beim Eintritt in die
Druckeinrichtung der erste mechanische Kontakt zwischen der Druckrolle und dem Stempelkopf
statt. Im Zuge des weiteren Eintritts des Stempels in die Druckeinrichtung steigt
die Presskraft bis zum Maximalwert an. Der zweite Unterbereich wird durch die Spiegelfläche
des Stempelkopfes gebildet, also eine ebene Fläche auf der Mitte der Stempelkopfoberseite.
Während des Zusammenwirkens der Druckrolle mit der Spiegelfläche bleibt die Presskraft
auf ihrem Maximalwert. Der Durchmesser der Spiegelfläche bestimmt mithin die sogenannte
Druckhaltezeit. Anschließend sinkt die Presskraft beim Austritt aus der Druckeinrichtung
und dem hiermit verbundenen erneuten Kontakt mit dem Zwischenbereich ab bis der Stempel
aus der Druckeinrichtung und damit aus dem Kontakt mit der Druckrolle ausgetreten
ist.
[0004] Stempelköpfe und insbesondere ihre Spiegelflächen sind Gegenstand der Norm DIN ISO
18084:2012-08. Demnach ist die Spiegelfläche eben und kreisförmig ausgebildet. Stempelköpfe
mit einer solchen Spiegelfläche stellen den häufigsten Anwendungsfall dar. Ein entsprechender
Stempel ist beispielsweise bekannt aus
EP 2 111 972 B1. Die Außenkontur der ebenen Spiegelfläche kann auch von der aus der Norm bekannten
Kreisform abweichen.
[0005] Grundsätzlich zeichnen sich solche Stempel durch eine enorme Stabilität aus, die
problemlos den im Betrieb der Rundläuferpresse durch die sehr hohen Presskräfte auftretenden
Belastungen standhalten. Wenn es zu einem Stempelversagen kommt, hat sich allerdings
gezeigt, dass dieses häufig von der Mitte der Spiegelfläche ausgeht. Außerdem kommt
es bei bekannten Stempeln zu einer Verschleißspur im Bereich der Laufflächenmitte
der Druckrolle, wodurch ein früherer Austausch der Druckrolle bedingt werden kann.
Außerdem überträgt ein defekter Stempel sein Material in die Laufflächen der mit diesem
Stempel zusammenwirkenden Druckrollen. Dies drückt sich dann wiederum in die übrigen
Stempel, wodurch es im Sinne einer Kettenreaktion zu einer Beschädigung des gesamten
Stempelsatzes kommen kann.
[0006] Neben den vorgenannten Stempeln mit geschlossener Spiegelfläche sind auch Sonderstempel
mit durchgehenden Bohrungen im Bereich der Spiegelfläche bekannt. Diese Bohrungen
dienen in der Regel zusätzlichen Funktionen, wie zum Beispiel der Betätigung eines
Spannmechanismus für Stempeleinsätze. Ein solcher Stempel ist beispielsweise bekannt
aus
DE 10 2008 053 453 B4. Problematisch dabei ist, dass durch das Einbringen der Bohrungen mechanische Spannungsüberhöhungen
am Bohrungsrand erzeugt werden. Durch diese Spannungsüberhöhungen reduzieren sich
die maximale Belastbarkeit und damit die Standzeit des Stempels. Die Standzeit der
Druckrolle reduziert sich ebenfalls aufgrund der Spannungsüberhöhung am Bohrungsrand.
Je nach Bohrungstiefe werden die Bereiche Stempelkopf und Stempelschaft durch die
Bohrung geschwächt. Die Reinigbarkeit des Stempels wird durch die durchgehende Bohrung
verschlechtert.
[0007] Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Stempel der eingangs genannten Art bereitzustellen, dessen Standzeit erhöht
ist, und der im Betrieb zu einem verringerten Verschleiß der Druckrollen einer Rundläuferpresse
führt.
[0008] Die Erfindung löst die Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung
und den Figuren.
[0009] Für einen Stempel der eingangs genannten Art löst die Erfindung die Aufgabe dadurch,
dass die Spiegelfläche eine zentrale Vertiefung aufweist, die von einem ringförmigen
Spiegelflächenabschnitt umgeben ist.
[0010] Der Stempel umfasst einen Schaft, an dessen einem Ende die im Betrieb der Rundläuferpresse
in die jeweilige Kavität der Matrizenscheibe eintauchende Stempelspitze angeordnet
ist. Am anderen Ende des Schafts befindet sich der Stempelkopf, der eine obere Spiegelfläche
und eine Zylinderfläche aufweist, die über einen vorzugsweise gerundeten Zwischenbereich
miteinander verbunden sind.
[0011] Zwischen der Zylinderfläche und dem Stempelschaft kann ein beispielsweise konischer
Bereich vorgesehen sein. Der Stempelschaft kann dabei einen sich an den Stempelkopf
anschließenden Stempelhals aufweisen, der gegenüber dem übrigen Schaftbereich im Durchmesser
verkleinert sein kann. Zumindest der Stempelkopf, insbesondere der gesamte Stempel,
kann einstückig ausgebildet sein.
[0012] Erfindungsgemäß weist die Spiegelfläche eine zentrale Vertiefung auf, die von einem
insbesondere ebenen ringförmigen Spiegelflächenabschnitt begrenzt ist. Im Bereich
des Spiegelflächenabschnitts ist die Presskraft durch das Zusammenwirken mit Druckrollen
der Rundläuferpresse im Wesentlichen konstant. Die zentrale Vertiefung besitzt nach
Art einer Einbuchtung einen geschlossenen Boden, ist also insbesondere keine Durchgangsbohrung,
in der eine Spannschraube oder ähnliches angeordnet ist. Die Vertiefung kann zum Beispiel
konkav gekrümmt sein. Der Stempelkopf einschließlich seines ringförmigen Spiegelflächenabschnitts
sowie seiner zentralen Vertiefung kann rotationssymmetrisch sein. Die zentrale Vertiefung
kann entsprechend kreisförmig sein und von einem vorzugsweise kreisringförmigen Spiegelflächenabschnitt
umgeben sein. Der Spiegelflächenabschnitt kann aber auch eine von der Kreisringform
abweichende Ringform besitzen.
[0013] Die erfindungsgemäß im Spiegelflächenbereich eingebrachte Vertiefung verbessert die
mechanischen Eigenschaften des Stempelkopfes im Betrieb. Die Vertiefung ist so gestaltet,
dass Schwachstellen der Spiegelfläche verringert werden. Dazu weist die Vertiefung
eine Geometrie auf, die sowohl die Kontaktbedingungen zwischen der Spiegelfläche und
einem Druckelement einer Druckeinrichtung, insbesondere einer Druckrolle, als auch
die Belastbarkeit der Stempelstruktur insgesamt verbessert. Die Vertiefung verbessert
die maximale Belastbarkeit der Spiegelfläche und damit die Standzeit des Stempels
insgesamt. Außerdem wird der Druckrollenverschleiß verringert.
[0014] Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass im Betrieb der Rundläuferpresse von
den Druckrollen immer die Mitte des Stempelkopfes bzw. der Spiegelfläche überrollt
und damit besonders beansprucht wird. Insbesondere bei ungeführten Stempeln, die also
frei drehbar in den jeweiligen Stempelführungen angeordnet sind, führt dies dazu,
dass die Mitte der Spiegelfläche eine besonders hohe Zahl an Pressungen (Deformationszyklen)
erfährt, während der Zwischenbereich und der Rand der Spiegelfläche aufgrund der statistisch
verteilten Drehposition der Stempel in den Stempelführungen weniger stark belastet
werden. Hierdurch wird das eingangs erläuterte von der Mitte der Spiegelfläche ausgehende
Stempelversagen verursacht.
[0015] Zum anderen basiert die Erfindung auf der Erkenntnis, dass sich durch die bei bekannten
Stempeln zusammenhängend ebene Spiegelfläche die reale Kontaktfläche zwischen Stempel
und Druckrolle während des Pressvorgangs erheblich ändert. Wenn die Druckrolle über
der Mitte des Stempels steht, ergibt sich eine über die gesamte Spiegelflächenbreite
verlaufende Kontaktlinie. Steht die Druckrolle hingegen am Anfang oder Ende der Spiegelfläche,
so ist die Kontaktlinie kürzer bis sie im Zwischenbereich zu einem Kontaktpunkt wird.
Es ist eine weitere Erkenntnis der Erfinder, dass diese erhebliche Veränderung der
Kontaktbedingungen ungünstig ist für die mechanische Belastung von Stempel und Druckrolle
und zu einer starken Veränderung der Kontaktsteifigkeit führt, insbesondere da die
Hertz'sche Flächenpressung umgekehrt proportional zur Wurzel der Kontaktlinienlänge
ist.
[0016] Durch die erfindungsgemäße Vertiefung wird die Spiegelfläche verkleinert. Der insbesondere
ebene Bereich bildet nunmehr eine Ringfläche, gegenüber der die Mitte der Stempelkopfoberseite
vertieft ist, so dass sie während des Pressvorgangs keinen Kontakt mehr mit der Druckrolle
hat. Dadurch entfällt die im Stand der Technik mechanisch besonders belastete Mitte
der Spiegelfläche und es ergibt sich eine längere Standzeit. Außerdem wird die erläuterte,
im Stand der Technik während eines Pressvorgangs erfolgende erhebliche Veränderung
der Kontaktlinienlänge zwischen Druckrolle und Spiegelfläche durch die erfindungsgemäße
Vertiefung verringert. Es ergibt sich insgesamt ein gleichmäßigerer Kontaktverlauf,
da sich die Länge der Kontaktlinie im Bereich der Stempelachse um den Durchmesser
der Vertiefung verringert. Hierdurch wird eine geringere Dynamik im Betrieb erzeugt
und auch die Geräuschentwicklung vermindert.
[0017] Außerdem wird erfindungsgemäß die Lauffläche der Druckrolle gleichmäßiger beansprucht,
da die im Stand der Technik besonders belastete Mitte der Lauffläche durch die Vertiefung
der Spiegelfläche entlastet wird und Bereiche neben der Mitte der Lauffläche zusätzlich
belastet werden. Dadurch wird auch der Verschleiß der Druckrollenlauffläche homogener
und insgesamt verringert.
[0018] Durch die Erfindung werden also mehrere wichtige Vorteile erreicht. Zunächst wird
die mechanische Belastbarkeit bzw. die Standzeit der Stempelwerkzeuge erhöht, indem
durch die geometrische Gestaltung der Vertiefung ein vorteilhafter Effekt auf die
mechanischen Spannungen im Kontaktbereich des Stempels erzeugt wird. Der Stempelkopf
wird mechanisch gleichmäßiger belastet. Die Anzahl der Deformationszyklen und die
mechanische Belastung des Kontaktbereichs sind homogener verteilt. Durch die geringere
Längenänderung der Kontaktlinie während des Pressvorgangs werden gleichmäßigere Kontaktbedingungen
erzeugt. Außerdem wird die mechanische Belastung der Rundläuferpresse insgesamt verringert.
Durch die gleichmäßigere und geringere Belastung des Stempelkopfes erfolgt auch eine
gleichmäßigere und geringere Belastung aller beteiligten Kontaktkomponenten der Rundläuferpresse.
Das heißt, Bauteile wie zum Beispiel Druckrollen, Druckschienen, Steuerkurven, Steuerrampen
usw. besitzen ebenfalls eine erhöhte Lebensdauer. Die Standzeit und die Wartungsintervalle
der Rundläuferpresse erhöhen sich. Aufgrund der geringeren Dynamik wird die Geräuschentwicklung
der Rundläuferpresse insgesamt ebenfalls verringert.
[0019] Die Vertiefung kann einen Randbereich und einen von dem Randbereich umgebenen Bodenbereich
aufweisen. Der Randbereich kann kegelstumpfförmig oder kegelförmig ausgebildet sein.
Der Bodenbereich kann grundsätzlich sehr klein sein, im Extremfall im Wesentlichen
punktförmig, wenn der Randbereich eine (vollständige) Kegelform besitzt.
[0020] Zwischen dem Randbereich und dem Spiegelflächenabschnitt kann weiterhin ein tangentenstetiger
Übergangsbereich vorgesehen sein. Es wird damit ein gleichmäßiger und somit wenig
belastender Übergang der Druckrollen zwischen dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt
und der Vertiefung erreicht. Die mechanische Belastbarkeit wird so weiter erhöht.
Erst die Auswahl einer geeigneten Geometrie für die Vertiefung erlaubt das Einbringen
derselben ohne die Funktion, insbesondere die mechanische Belastbarkeit des Stempels,
zu gefährden. Es ist dabei möglich, dass die Tangentenstetigkeit nur im direkten Übergang
von Übergangsbereich in Spiegelflächenabschnitt vorliegt. Es ist aber auch möglich,
dass der gesamte Übergangsbereich tangentenstetig ist, insbesondere auch im Übergang
zu dem Bodenbereich. Bei Tangentenstetigkeit bleibt der Radius des gerundeten Übergangsbereichs
über die gesamte Erstreckung des gerundeten Übergangsbereichs konstant. Es wird dadurch
eine weitere Vergleichsmäßigung des Übergangs der Druckrollen zwischen dem ringförmigen
Spiegelflächenabschnitt und der Vertiefung und somit eine weiter verbesserte mechanische
Belastbarkeit des Stempels erreicht.
[0021] Nach einer weiteren Ausgestaltung kann der Übergangsbereich zum Spiegelflächenabschnitt
krümmungsstetig sein. Wiederum ist es möglich, dass die Krümmungsstetigkeit nur im
direkten Übergang von Übergangsbereich in den Spiegelflächenabschnitt vorliegt. Es
ist wiederum aber auch möglich, dass der gesamte Übergangsbereich krümmungsstetig
ist. Bei Krümmungsstetigkeit wird der Radius des gerundeten Übergangsbereichs ausgehend
von dem Bodenbereich in Richtung des ringförmigen Spiegelflächenabschnitts immer größer
und tendiert am Übergang in den ringförmigen Spiegelflächenabschnitt gegen Unendlich.
Auf diese Weise wird eine maximale Vergleichmäßigung des Übergangs der Druckrollen
zwischen dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt und der Vertiefung und damit verbesserte
mechanische Belastbarkeit des Stempels erreicht.
[0022] Es ist weiter möglich, dass die Vertiefung am Übergang in den ringförmigen Spiegelflächenabschnitt
einen Tangentenwinkel gegenüber dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt von weniger
als 20°, bevorzugt weniger als 10°, besitzt. Der vorgenannte Tangentenwinkel ergibt
sich zwischen einer direkt im Übergang zwischen Vertiefung und Spiegelflächenabschnitt
angelegten Tangente und der durch den insbesondere ebenen Spiegelflächenabschnitt
aufgespannten Ebene, im Betrieb der Rundläuferpresse einer horizontalen Ebene. Der
Tangentenwinkel ist bei der vorgenannten Ausgestaltung relativ gering, nämlich kleiner
als 20°, vorzugsweise kleiner als 10° (und größer Null). Die Vertiefung fällt gegenüber
dem Spiegelflächenabschnitt also nur leicht ab. Durch die erfindungsgemäße Vertiefung
muss lediglich sichergestellt sein, dass während eines Pressvorgangs im Bereich der
Vertiefung kein Kontakt mit der Druckrolle bei maximaler Presskraft entsteht und somit
die im Stand der Technik erfolgende mechanische Schwächung der Stempelstruktur ausbleibt.
Durch die kleine Tangentenwinkeldifferenz am Übergang zwischen ebener Spiegelflache
und Vertiefung von kleiner 20° entsteht eine belastungsoptimierte Kante. Belastungsoptimiert
bedeutet hierbei, dass der Kraftfluss Richtung Stempelachse nahezu ungehindert erfolgen
kann und die Kante so stumpf ist, dass bei Kantenbelastung eine gute mechanische Abstützung
gegeben ist. Durch die gute Kantenabstützung treten im Gegensatz zu einer vertikalen
Bohrung mit einem Tangentenwinkel von 90° nur geringe Spannungsüberhöhungen unter
Belastung (Presskraft) auf.
[0023] Auch zwischen dem Randbereich und dem Bodenbereich kann ein (zweiter) gerundeter
Übergangsbereich vorgesehen sein. Der Bodenbereich der Vertiefung kann außerdem (konkav)
gekrümmt sein. Durch eine Verrundung des Grunds der Vertiefung, beispielsweise mit
einem Verrundungsdurchmesser größer als 1 mm, und durch den gerundeten Übergangsbereich
zwischen Randbereich und Bodenbereich wir die Reinigung der Vertiefung vereinfacht,
da etwaige Kanten vermieden werden. Eine Kerbwirkung wird außerdem ausgeschlossen.
[0024] Die Tiefe der Vertiefung gegenüber dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt weniger
als 4 mm, bevorzugt weniger als 2 mm, weiter bevorzugt weniger als 1 mm, beträgt.
Auf diese Weise wird die mechanische Schwächung des Stempelkopfes durch die Vertiefung
minimiert und die Reinigbarkeit weiter verbessert. Wie erläutert, liegt eine Minimalanforderung
an die Tiefe der Vertiefung darin, dass der Boden der Vertiefung im Betrieb keinen
Kontakt mit den Druckrollen einer mit den Stempeln ausgestatteten Rundläuferpresse
hat.
[0025] Das Verhältnis von Tiefe der Vertiefung zu Durchmesser der Vertiefung kann nach einer
weiteren Ausgestaltung kleiner als 2 sein. Wiederum wird hierdurch eine mechanische
Schwächung der Stempelstruktur weitestgehend vermieden und die Reinigung der Vertiefung
weiter vereinfacht.
[0026] Das Verhältnis von Durchmesser der Vertiefung zu Durchmesser des ringförmigen Spiegelflächenabschnitts
kann nach einer weiteren, die Reinigbarkeit verbessernden Ausgestaltung, kleiner als
0,8 sein.
[0027] Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Außenkontur der Vertiefung innerhalb eines
Hüllkreises liegen, dessen Durchmesser nicht größer ist als die Hälfte des Durchmessers
des sich an den Stempelkopf anschließenden Bereichs des Schafts. Der Hüllkreis ist
der kleinste Kreis, der die Außenkontur der Vertiefung (insbesondere in der Draufsicht
auf den Stempelkopf) einschließt. Die Außenkontur der Vertiefung wird dabei von dem
Übergang in den Spiegelflächenabschnitt gebildet. Der sich an den Stempelkopf anschließende
Bereich des Schafts kann ein Stempelhals sein. Durch Einhaltung der vorgenannten Beziehung
wird sichergestellt, dass die Presskraft symmetrisch zwischen Stempelachse und Schaftaußendurchmesser
abfließen kann, wie nachfolgend noch näher erläutert werden wird. Der Kraftfluss durch
den Übergangsbereich zwischen Stempelkopf und Stempelschaft, der wie eine Kerbe wirkt,
wird hierdurch minimiert. Die Belastbarkeit des Stempelkopfes wird folglich erhöht.
[0028] Nach einer weiteren diesbezüglichen Ausgestaltung kann die (gesamte) Kontur der Vertiefung
in einem Hüllkegel oder Hüllkegelstumpf liegen mit einem Kegelwinkel (Öffnungswinkel)
von mindestens 140° und einem größten Durchmesser (Durchmesser des Rands der Kegelöffnung),
der nicht größer ist als die Hälfte des Durchmessers des sich an den Stempelkopf anschließenden
Bereichs des Schafts. Wiederum kann dieser sich an den Stempelkopf anschließende Bereich
des Schafts durch einen Stempelhals gebildet sein. Wenn die gesamte Vertiefung von
einem solchen Kegel bzw. Kegelstumpf umschlossen wird, kann der Kraftfluss weiter
optimiert werden. Der so definierte Volumenbereich für die Vertiefung stellt sicher,
dass die Presskraft sich vom Punkt der Krafteinleitung in einem Winkel von jeweils
70° frei Richtung Stempelachse ausbreiten kann. Dies führt zu geringeren mechanischen
Spannungen und somit auch zu einer höheren Belastbarkeit des Stempelkopfes.
[0029] Nach einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Höhe aller zum Spiegelflächenabschnitt
senkrechten Wandabschnitte der Vertiefung kleiner als 1 mm ist. Die Vertiefung kann
keinen, einen oder mehrere beispielsweise durch Kegelstumpfabschnitte verbundene Wandabschnitte
aufweisen, die senkrecht zum Spiegelflächenabschnitt verlaufen. Solche Wandabschnitte
können insbesondere senkrechte Kreiszylinder bilden. Bei der vorgenannten Ausgestaltung
ist die gesamte Höhe etwaiger solcher Wandabschnitte kleiner als 1 mm. Sofern die
Vertiefung mehrere solcher Wandabschnitte aufweist, ergibt sich die gesamte Höhe aus
der Summe der Einzelhöhen. Besitzt die Vertiefung nur einen solchen Wandabschnitt,
entspricht die gesamte Höhe der Höhe dieses einen Wandabschnitts. Besitzt die Vertiefung
keine solchen Wandabschnitte ist die Höhe Null. Grundsätzlich verschlechtern senkrecht
zylindrische Anteile der Vertiefung den Kraftfluss im Stempelkopf. Kräfte, die vom
Stempelkopf in Richtung Pressflache fließen, werden durch die senkrecht zylindrischen
Anteile umgelenkt und der Kraftfluss somit behindert, wie nachfolgend noch erläutert
werden wird. Durch möglichst kleine senkrechte Wandabschnitte kann ein nahezu ungehinderter
Kraftfluss vom Kopf zur Pressachse erfolgen. Bestenfalls besitzt die Vertiefung gar
keine senkrechten Wandabschnitte.
[0030] Die Erfindung betrifft auch eine Rundläuferpresse umfassend einen mittels eines Drehantriebs
drehbaren Rotor, wobei der Rotor eine obere Stempelführung für obere Stempel der Rundläuferpresse
und eine untere Stempelführung für untere Stempel der Rundläuferpresse sowie eine
zwischen den Stempelführungen angeordnete Matrizenschreibe aufweist, wobei die Stempel
mit Kavitäten der Matrizenscheibe zusammenwirken, weiter umfassend eine Fülleinrichtung,
durch die zu verpressendes Füllmaterial in die Kavitäten der Matrizenscheibe gefüllt
wird, weiter umfassend mindestens eine obere Druckeinrichtung und mindestens eine
untere Druckeinrichtung, die im Betrieb mit den oberen Stempeln und mit den unteren
Stempeln zum Verpressen des Füllmaterials in den Kavitäten der Matrizenscheibe zusammenwirken,
und umfassend eine Auswurfeinrichtung, in der in den Kavitäten erzeugte Presslinge
aus der Rundläuferpresse ausgeworfen werden, wobei die oberen und unteren Stempel
in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet sind.
[0031] Die mindestens eine Druckeinrichtung der Rundläuferpresse kann insbesondere obere
und untere Druckrollen aufweisen, die mit den Stempelköpfen der oberen und unteren
Stempel in der eingangs erläuterten Weise zusammenwirken. Außerdem können die Stempel
frei drehbar in den Stempelführungen angeordnet sein. Die erfindungsgemäßen Stempel
können also einen kreiszylindrischen Schaft ohne Passfedern oder ähnliche Formschlusselemente
besitzen. Der Rotor einer solchen Rundläuferpresse besitzt in bekannter Weise einen
Drehantrieb, der den Rotor, insbesondere die Matrizenscheibe mit den oberen und unteren
Stempeln, beispielsweise über eine Antriebswelle drehend antreibt. Die Matrizenscheibe
kann einstückig ausgebildet sein oder aus Matrizensegmenten aufgebaut sein. Die Kavitäten
der Matrizenscheibe können durch unmittelbar in die Matrizenscheibe eingebrachte Bohrungen
oder durch in Aufnahmen der Matrizenscheibe eingesetzte lösbare Matrizen gebildet
sein. In der Fülleinrichtung werden die Kavitäten der Matrizenscheibe in bekannter
Weise mit einem beispielsweise pulverförmigen Füllmaterial befüllt. Anschließend wird
das Füllmaterial in ebenfalls bekannter Weise durch die oberen und unteren Stempel
der Rundläuferpresse in den Kavitäten zu einem Pressling, insbesondere einer Tablette,
verpresst. Nach dem Ausstoßen der Presslinge aus den Kavitäten, beispielsweise durch
die unteren Stempel der Rundläuferpresse, werden die Presslinge in einer Auswerferstation
aus der Rundläuferpresse ausgeworfen. Die Auswerferstation kann beispielsweise einen
unmittelbar oberhalb der Matrizenscheibe angeordneten Abstreifer umfassen, der die
ausgestoßenen Presslinge von der unter dem Abstreifer hindurchdrehenden Matrizenscheibe
in Richtung eines Ablaufkanals abstreift.
[0032] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
- Fig. 1
- eine erfindungsgemäße Rundläuferpresse in einer abgewickelten Darstellung des Rotors,
- Fig. 2
- eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung eines Pressstempels und einer Druckrolle
der in Fig. 1 gezeigten Rundläuferpresse,
- Fig. 3
- eine ausschnittsweise Vergrößerung eines Stempels der in Fig. 1 gezeigten Rundläuferpresse
in einer ersten perspektivischen Ansicht,
- Fig. 4
- die Darstellung aus Fig. 3 in einer weiteren perspektivischen Ansicht,
- Fig. 5
- die Darstellung aus Fig. 3 in einer Seitenansicht,
- Fig. 6
- eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in Fig. 5,
- Fig. 7
- eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 2,
- Fig. 8
- das Detail D aus Fig. 7 in einer vergrößerten Darstellung,
- Fig. 9
- eine Schnittansicht entsprechend der Darstellung der Fig. 6 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- Fig. 10
- das Detail F aus Fig. 9 in einer vergrößerten Darstellung, und
- Fig. 11
- das Detail G aus Fig. 9 in einer vergrößerten Darstellung.
[0033] Soweit nichts anderes angegeben ist, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen
gleiche Gegenstände.
[0034] Die in Figur 1 gezeigte Rundläuferpresse, insbesondere Rundläufer-Tablettenpresse,
umfasst einen durch einen nicht näher dargestellten Drehantrieb drehend angetriebenen
Rotor mit einer Matrizenscheibe 10, die eine Mehrzahl von Kavitäten 12 aufweist. Die
Kavitäten 12 können beispielsweise durch Bohrungen der Matrizenscheibe 10 gebildet
sein. Weiter umfasst der Rotor eine Mehrzahl von oberen Stempeln 14 und unteren Stempeln
16, die mit der Matrizenscheibe 10 synchron umlaufen. Jeweils ein Paar aus oberem
Stempel 14 und unterem Stempel 16 ist dabei einer Kavität 12 zugeordnet. Die axiale
Bewegung der oberen Stempel 14 und unteren Stempel 16 im Zuge der Drehung des Rotors
wird durch obere Steuerkurvenelemente 18 und untere Steuerkurvenelemente 20 gesteuert.
Die Rundläuferpresse umfasst weiterhin eine Fülleinrichtung 22, die eine Füllkammer
24 aufweist. Die Fülleinrichtung 22 umfasst darüber hinaus ein trichterförmiges Füllmaterialreservoir
26, das über einen Zuführabschnitt 28 mit der Füllkammer 24 in Verbindung steht. Auf
diese Weise gelangt in dem vorliegenden Beispiel pulverförmiges Füllmaterial aus dem
Füllmaterialreservoir 26 über den Zuführabschnitt 28 schwerkraftbedingt in die Füllkammer
24 und aus dieser über eine an der Unterseite der Füllkammer 24 vorgesehene Befüllöffnung
wiederum schwerkraftbedingt in die Kavitäten 12 der Matrizenscheibe 10.
[0035] Außerdem umfasst die Rundläuferpresse eine Druckstation 30. Die Druckstation 30 besitzt
eine Vordruckeinrichtung mit einer oberen Vordruckrolle 32 und einer unteren Vordruckrolle
34 sowie eine Hauptdruckeinrichtung mit einer oberen Hauptdruckrolle 36 und einer
unteren Hauptdruckrolle 38. Darüber hinaus umfasst die Rundläuferpresse eine Auswerferstation
40, vorliegend mit einem Abstreifer 42, der die in der Rundläuferpresse hergestellten
Presslinge 44, insbesondere Tabletten, einem Presslingsablauf 46 zur weiteren Verarbeitung
zuführt.
[0036] Eine Steuereinrichtung zum Betrieb der Rundläuferpresse ist bei dem Bezugszeichen
48 gezeigt. Die Steuereinrichtung 48 ist über nicht näher dargestellte Leitungen unter
anderem mit dem Drehantrieb des Rotors verbunden.
[0037] In Fig. 2 ist in vergrößerter Darstellung ein Teil eines oberen Pressstempels 14
gezeigt, wie dieser mit einer oberen Druckrolle 32 zusammenwirkt.
[0038] In den Figuren 3 bis 8 ist beispielhaft und ausschnittsweise ein oberer Stempel 14
der in Fig. 1 gezeigten Rundläuferpresse gezeigt. Die Ausgestaltung der Stempel 14,
16 der Rundläuferpresse wird im Folgenden anhand eines oberen Stempels 14 erläutert.
Die unteren Stempel 16 sind in dem gezeigten Beispiel insoweit identisch ausgebildet.
[0039] Wie in den Figuren 1 bis 8 zu erkennen, weist jeder obere Stempel 14 einen Stempelkopf
50 an einem Ende eines Stempelschafts 52 auf. Der Stempelschaft 52 weist in dem gezeigten
Beispiel einen im Querschnitt gegenüber dem übrigen Stempelschaftabschnitt verkleinerten
Stempelhals 54 auf. Am anderen Ende des Stempelschafts 52 ist die im Betrieb in die
Kavitäten 12 der Rundläuferpresse eintauchende Stempelspitze 56 ausgebildet. Die Stempel
14, 16 der Rundläuferpresse sind rotationssymmetrisch ausgebildet und frei drehbar
in der oberen bzw. unteren Stempelführung 58, 60 geführt.
[0040] In den Figuren 3 bis 5 sind zur Veranschaulichung Höhenlinien auf der Oberseite des
Stempelkopfes 50 dargestellt. Der Stempelkopf 50 umfasst eine Zylinderfläche 62, die
über einen beispielsweise konischen Zwischenbereich 64 in den Stempelhals 54 des Stempelschafts
52 übergeht. Auf der Oberseite des Stempelkopfes 50 befindet sich ein ebener ringförmiger
Spiegelflächenabschnitt 66. Der Spiegelflächenabschnitt 66 und die Zylinderfläche
62 sind über einen gerundeten Zwischenbereich 68 miteinander verbunden. Der ebene
ringförmige Spiegelflächenabschnitt 66 begrenzt eine zentrale Vertiefung 70. Die Vertiefung
70 besitzt einen geschlossenen Bodenbereich 72 und einen in den Spiegelflächenabschnitt
66 mündenden Randbereich 74, der in dem gezeigten Beispiel kegelförmig bzw. kegelstumpfförmig
ausgebildet ist. Insbesondere in der Schnittdarstellung der Fig. 6 ist zu erkennen,
dass in dem gezeigten Beispiel die gesamte Vertiefung 70 eine Kegelform bzw. Kegelstumpfform
aufweist. Zwischen dem Randbereich 74 und dem Spiegelflächenabschnitt 66 kann aber
auch ein gerundeter Übergangsbereich vorgesehen sein, der zum Spiegelflächenabschnitt
66 insbesondere tangentenstetig oder krümmungsstetig sein kann.
[0041] Wie weiterhin insbesondere in Fig. 6 zu erkennen, liegt die Kontur der Vertiefung
70 innerhalb eines Kegels mit einem Kegelwinkel α (Öffnungswinkel), der in dem gezeigten
Beispiel etwa 140° beträgt. Die Außenkontur der Vertiefung 70, die in dem gezeigten
Beispiel durch den die Vertiefung 70 begrenzenden inneren Rand des Spiegelflächenabschnitts
66 gebildet ist, liegt auf einem Hüllkreis mit dem Durchmesser d1 (siehe Figuren 6
und 8). In Fig. 8 ist außerdem zu erkennen, dass der Stempelhals 54 einen Durchmesser
d2 aufweist. In dem dargestellten Beispiel gilt d1= ½ d2. Durch diese Ausgestaltung
können im Betrieb während des Zusammenwirkens mit der Druckrolle 32 in den Stempelkopf,
insbesondere im Bereich des Rands der Vertiefung 70 eingeleitete Presskräfte besonders
gleichmäßig in den Stempelschaft 52, insbesondere den Stempelhals 54, eingeleitet
werden, wie in Fig. 8 durch die Kraftlinien 76 veranschaulicht. So teilt sich die
im Betrieb auftretende Presskraft gleichmäßig links und rechts der Vertiefung 70 auf
und wird homogen in den Stempelschaft abgeleitet. Sofern d1 kleiner d2 wird, erfolgt
verstärkt eine Einleitung der Presskraft in Richtung der Schaftachse. Dies ist ebenfalls
für die Stabilität des Stempels 14 grundsätzlich nicht problematisch.
[0042] In den Figuren 9 bis 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines oberen Stempels
14' gezeigt, wie er in der Rundläuferpresse gemäß Fig. 1 eingesetzt werden kann. Gleiches
gilt entsprechend für die nicht gezeigten unteren Stempel.
[0043] Der in den Figuren 9 bis 11 gezeigte Stempel 14' unterscheidet sich von dem in den
Figuren 1 bis 8 gezeigten Stempel 14 lediglich hinsichtlich der Geometrie der Vertiefung.
So ist der Randbereich 74' der Vertiefung 70' leicht konkav gekrümmt und die Vertiefung
70' besitzt eine zentrale Bohrung mit einem senkrecht zylindrischen Wandabschnitt
80 sowie einem Bodenbereich 72'. Wie insbesondere in Fig. 10 zu erkennen, besitzt
die Vertiefung 70' am Übergang in den ringförmigen Spiegelflächenabschnitt 66 einen
Tangentenwinkel β zwischen einer in diesem Bereich angelegten Tangente 78 und dem
ebenen Spiegelflächenabschnitt 66 von weniger als 20°. Auf diese Weise wird eine starke
Kante im Bereich des Übergangs vermieden, die anderenfalls zu Belastungsspitzen und
damit der Gefahr eines vorzeitigen Versagens des Stempelkopfes führen könnte.
[0044] Wie in Fig. 11 zu erkennen, ist außerdem die Höhe h des gegenüber dem ebenen Spiegelflächenabschnitt
66 senkrechten Wandabschnitt 80 relativ klein, im vorliegenden Beispiel kleiner als
1 mm. Solche senkrechten Wandabschnitte stellen grundsätzlich eine Barriere für die
eingeleiteten Kräfte dar, wie anhand der in Fig. 11 eingezeichneten Kraftlinien 76
zu erkennen. So führt der senkrechte Wandabschnitt 80 zu einer zwangsweisen Umlenkung
der eingeleiteten Kräfte, die sich ungünstig auswirken kann. Daher sollte die Höhe
h, sofern überhaupt senkrechte Wandabschnitt vorgesehen sind, möglichst gering sein.
[0045] Durch das Vorsehen der Vertiefungen 70, 70' in den Stempelköpfen wird eine gleichmäßigere
Belastung der Stempelköpfe und der mit diesen zusammenwirkenden Druckrollen 32, 34,
36, 38 erreicht, so dass die Standzeit der Stempel 14, 14', 16 erhöht wird ohne die
Belastbarkeit der Stempel 14, 14', 16 zu beeinträchtigen. Der Verschließ der Druckrollen
32, 34, 36, 38 und der Rundläuferpresse insgesamt wird verringert und die Geräuschentwicklung
vermindert.
Bezugszeichenliste
[0046]
- 10
- Matrizenscheibe
- 12
- Kavitäten
- 14
- Oberer Stempel
- 14'
- Oberer Stempel
- 16
- Unterer Stempel
- 18
- Obere Steuerkurvenelemente
- 20
- Untere Steuerkurvenelemente
- 22
- Fülleinrichtung
- 24
- Füllkammer
- 26
- Füllmaterialreservoir
- 28
- Zuführabschnitt
- 30
- Druckstation
- 32
- Obere Vordruckrolle
- 34
- Untere Vordruckrolle
- 36
- Obere Hauptdruckrolle
- 38
- Untere Hauptdruckrolle
- 40
- Auswerferstation
- 42
- Abstreifer
- 44
- Presslinge
- 46
- Presslingsablauf
- 48
- Steuereinrichtung
- 50
- Stempelkopf
- 52
- Stempelschaft
- 54
- Stempelhals
- 56
- Stempelspitze
- 58
- Obere Stempelführung
- 60
- Untere Stempelführung
- 62
- Zylinderfläche
- 64
- Konischer Zwischenbereich
- 66
- Spiegelflächenabschnitt
- 68
- Zwischenbereich
- 70
- Vertiefung
- 70'
- Vertiefung
- 72
- Bodenbereich
- 72'
- Bodenbereich
- 74
- Randbereich
- 74'
- Randbereich
- 76
- Kraftlinien
- 78
- Tangente
- 80
- Wandabschnitt
1. Stempel für eine Rundläuferpresse, umfassend einen Schaft (52) mit einer Stempelspitze
(56) an einem Ende des Schafts (52) und einem Stempelkopf (50) am anderen Ende des
Schafts (52), wobei der Stempelkopf (50) eine Spiegelfläche und eine Zylinderfläche
(62) sowie einen Zwischenbereich (68) zwischen Spiegelfläche und Zylinderfläche (62)
aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfläche eine zentrale Vertiefung (70, 70') aufweist, die von einem ringförmigen
Spiegelflächenabschnitt (66) umgeben ist.
2. Stempel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (70, 70') einen Randbereich (74, 74') und einen von dem Randbereich
(74, 74') umgebenen Bodenbereich (72, 72') aufweist.
3. Stempel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (74, 74') kegelstumpfförmig oder kegelförmig ausgebildet ist.
4. Stempel nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Randbereich (74, 74') und dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt (66)
ein tangentenstetiger Übergangsbereich vorgesehen ist.
5. Stempel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Randbereich (74, 74') und dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt (66)
ein krümmungsstetiger Übergangsbereich vorgesehen ist.
6. Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (70, 70') am Übergang in den ringförmigen Spiegelflächenabschnitt
(66) einen Tangentenwinkel (β) gegenüber dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt
(66) von weniger als 20°, bevorzugt weniger als 10°, besitzt.
7. Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Vertiefung (70, 70') gegenüber dem ringförmigen Spiegelflächenabschnitt
(66) weniger als 4 mm, bevorzugt weniger als 2 mm, weiter bevorzugt weniger als 1
mm, beträgt.
8. Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Tiefe der Vertiefung (70, 70') zu Durchmesser (d1) der Vertiefung
(70) kleiner als 2 ist.
9. Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Durchmesser (d1) der Vertiefung (70, 70') zu Durchmesser des ringförmigen
Spiegelflächenabschnitts (66) kleiner als 0,8 ist.
10. Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur der Vertiefung (70, 70') innerhalb eines Hüllkreises liegt, dessen
Durchmesser (d1) nicht größer ist als die Hälfte des Durchmessers (d2) des sich an
den Stempelkopf anschließenden Bereichs des Schafts (52).
11. Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Vertiefung (70, 70') in einem Hüllkegel oder Hüllkegelstumpf liegt
mit einem Kegelwinkel (α) von mindestens 140° und einem größten Durchmesser (d1),
der nicht größer ist als die Hälfte des Durchmessers (d2) des sich an den Stempelkopf
anschließenden Bereichs des Schafts (52).
12. Stempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) aller zum Spiegelflächenabschnitt (66) senkrechten Wandabschnitte der
Vertiefung (70, 70') kleiner als 1 mm ist.
13. Rundläuferpresse umfassend einen mittels eines Drehantriebs drehbaren Rotor, wobei
der Rotor eine obere Stempelführung (58) für obere Stempel (14) der Rundläuferpresse
und eine untere Stempelführung (60) für untere Stempel (16) der Rundläuferpresse sowie
eine zwischen den Stempelführungen (58, 60) angeordnete Matrizenschreibe (10) aufweist,
wobei die Stempel mit Kavitäten (12) der Matrizenscheibe (10) zusammenwirken, weiter
umfassend eine Fülleinrichtung (22), durch die zu verpressendes Füllmaterial in die
Kavitäten (12) der Matrizenscheibe (10) gefüllt wird, weiter umfassend mindestens
eine obere Druckeinrichtung (30) und mindestens eine untere Druckeinrichtung (30),
die im Betrieb mit den oberen Stempeln (14) und mit den unteren Stempeln (16) zum
Verpressen des Füllmaterials in den Kavitäten (12) der Matrizenscheibe (10) zusammenwirken,
und umfassend eine Auswurfeinrichtung, in der in den Kavitäten (12) erzeugte Presslinge
(44) aus der Rundläuferpresse ausgeworfen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Stempel (14, 16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche
ausgebildet sind.