Untersuchungen zur externen Schmierung, Bauteiloptimierung und Intrumentierung mit inkrementalen Wegtastern an einer Rundlauftablettenpresse

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der externen Schmierung, die Bauteiloptimierung sowie die Instrumentierung mit inkrementalen Wegtastern an einer Rundlauftablettenpresse. Nachfolgend sind die inhaltlich zusammenhängenden Abschnitte der Arbeit zusammengefasst.<br /><em>Vergleich der beiden Presskammerbeschichtungsanlagen PKB I und PKB II </em><br /> Bei dem Vergleich der beiden Presskammerbeschichtungsanlagen PKB I und PKB II handelt es sich um externe Schmiersysteme, die kontinuierlich pulverförmiges Magnesiumstearat auf die mit dem Komprimat in Berührung kommenden Matrizen- und Stempeloberflächen sprühen. Die Sprühmenge wird bei dem volumetrischen Betrieb der PKB I über die Drehzahl der Transportschnecke reguliert. Da das externe, volumetrisch dosierende Schmiersystem über kein Rückkopplungssystem verfügt, wird dem Prozess keine konstante Menge an Schmiermittel zugeführt. Im Gegensatz dazu ist die PKB II sowohl für den volumetrischen und den gravimerischen Betrieb konzipiert. Im volumetrischen Betrieb wird die Schmiermittelmenge über die regelbare Drehzahl des Motors konstant gehalten, während im gravimetrischen Modus die Menge über die Zeit mit Hilfe einer Waage überprüft wird. Bei Unter- oder Überschreitung der Austragungsmenge wird die Drehzahl der Transportschnecke automatisch angepasst. Die Versuchsergebnisse belegen, dass der Einsatz der PKB II zur externen Schmierung durch die vorhandenen Steuerungs- und Überwachungsmechanismen eindeutige Vorteile gegenüber der PKB I aufweist. Die konstante Schmiermittelzufuhr der PKB II äußert sich in deutlich geringeren Standardabweichungen bei der Ausstoßkraftmessung. Dementsprechend sind auch die Grenzen, in denen sich die Schmiermittelmengen der einzelnen Presslinge bewegen, deutlich enger als bei Nutzung der PKB I. Gegenüber der klassischen, internen Schmierung ist eine Senkung der Schmier-mittelkonzentrationen von über 90 % möglich, mit entsprechend positiven Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften der Tabletten. <br /><em>Vergleich der beiden Schmiermittel Magnesiumstearat und Natriumstearylfumarat zur externen und internen Schmierung</em><br /> Bei der externen Schmierung erfolgt die Einstellung der Sprührate mit Hilfe der Ausstoßkräfte. Da die Ausstoßkräfte von der Reibung zwischen Komprimat und Matrize abhängig sind und Schmiermittel diese Reibung reduzieren, besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Sprührate und Ausstoßkraftniveau. Hinsichtlich der erforderlichen Sprührate, Ausstoßkraft und Abnahme der Ausstoßkraft bei Erhöhung der Sprührate weisen die eingesetzten Hilfsstoffe deutliche Unterschiede auf. Dennoch lässt sich festhalten, dass das amorphe Magnesiumstearat Pharma veg mit seinen unregelmäßig geformten, schollenartigen Bruchstücken bei der externen Schmierung im Vergleich zu dem kristallinen, plättchenförmigen Mallinckrodt Stearat die besseren Ergebnisse liefert. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass Natriumstearylfumarat für die externe Schmierung ebenfalls geeignet ist und das Pruv gegenüber den getesteten Stearaten bei der Nutzung der PKB sogar überlegen ist. Die durch Atomabsorptionsspektroskopie bestimmte Magnesiumstearatkonzentration der Tabletten liegt bei allen Sprühraten deutlich unterhalb der Konzentrationen, die bei der klassischen, internen Schmierung benötigt wird. Die Verwendung der PKB führt, wie schon erwähnt, zu einer Senkung der Schmiermittelmenge von über 90 %. Die Senkung der Schmiermittelkonzentration in den Tabletten wirkt sich zudem sehr positiv auf die physikalischen Eigenschaften der Tabletten aus. In einem letzten Schritt konnte gezeigt werden, dass Natriumstearylfumarat bei der internen Schmierung den Magnesiumstearaten unterlegen ist, während es bei der externen Schmierung im Vergleich zu den Stearaten bessere Resultate liefert. <br /><em>Fill-O-Matik Untersuchungen </em><br /> Eine optimale, gleichmäßige Befüllung der Matrizen ist Voraussetzung zur Produktion von Tabletten, die den Anforderungen des Europäischen Arzneibuches bezüglich Gleichförmigkeit der Masse beziehungsweise Gleichförmigkeit des Gehaltes entsprechen. Die Güte der Matrizenbefüllung hängt neben der Fließfähigkeit der Tablettiermischung und der Rotordrehzahl in entscheidendem Maße vom Füllschuhsystem, der sogenannten Fill-O-Matik, ab. Es konnte nachgewiesen werden, dass bedingt durch die Bauweise der beiden Fill-O-Matik Bautypen sowie der standardmäßigen Drehrichtung des Zuteilrades gegen den Uhrzeigersinn die Verweildauer des Azofarbstoffes bei der punktuellen Auftragung auf der linken Seite am kürzesten ist. Die Zeit, die der Farbstoff im Füllschuh verbleibt, nimmt mit der Reihenfolge der äußeren, inneren und rechten Auftragsposition weiter zu. Des Weiteren wird bei allen durchgeführten Versuchen auch bei Versuchsende noch Azofarbstoff in den Tabletten nachgewiesen. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass das Dosierrad das aus der Matrize gedrückte, überschüssige Pulver abnimmt und dem Füllprozeß wieder zuführt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Auswahl des Radtypes und des Dichtesegmentes sowie die Ermittlung der optimalen Rührflügelgeschwindigkeit einen entscheidenden Einfluss auf die Befüllungsgüte der Matrizen haben. Dementsprechend müssen die möglichen Varianten und Parameter für jede Tablettiermischung individuell ermittelt werden. <br /><em>Wegmessung mit inkrementalen Wegtastern </em><br /> Die Instrumentierung der Rundlauftablettenpresse 102i mit inkrementalen Wegtastern zur Wegmessung ist im Einzeltablettenmodus möglich. Aufgrund der Funktionsweise von Rundlauftablettenpressen, bei denen die Stempel in schienenartigen Bahnen und Führungsschienen auf- und abbewegt werden, spielt die Baugröße und -form der Wegtaster eine entscheidende Rolle. Die Sensoren müssen in den zum Messstempel benachbarten Stempelaufnahmen fixiert werden. Aus diesem Grund dürfen die Wegtaster inklusive der notwendigen Kabelaufwicklung die Länge der Stempel nicht überschreiten, um zu vermeiden, dass die Kabel in den Führungsschienen beschädigt werden. Die Aufwicklung der Sensorkabel um den rotierenden Matrizentisch stellt eine weitere Herausforderung dar, die durch die Anbringung von Metallhalterungen gelöst wurde. So waren im Einzeltablettenmodus zwei aufeinanderfolgende Messungen möglich, ehe die Verlängerungskabel von den Metallhalterungen gewickelt werden mussten. Ein nicht zu vernachlässigender Punkt ist die Ermittlung des Referenzwertes. Da bei der 102i eine Stempel-auf-Stempelpressung zur Referenzpunktbestimmung nicht möglich ist, wurde zu dessen Ermittlung ein Metallplättchen verwendet. Die Messung des Referenzpunktes erfolgte dynamisch bei der Kompressionsgeschwindigkeit, die auch bei den späteren Versuchen verwendet wird. Die Bestimmung des Referenzwertes muss während der Messreihe in regelmäßigen Abständen wiederholt werden. Als Modellsubstanzen wurden Tablettierhilfsstoffe ausgewählt, die die drei Verformungsmechanismen (Sprödbruch, plastische und viskoelastische Deformation) repräsentieren. Die erhaltenen Heckel-Plots der untersuchten Substanzen stimmen mit den in der Literatur beschriebenen Verformungsmechanismen überein.