Tablettenpressen: Ein Überblick

Tablettenpressen, und allgemein Rotations-Stempel-Matrizen-Pressen, werden in verschiedenen Industrien eingesetzt, um Pulver und Granulate zu verdichten und anschließend eine Tablette herzustellen, die leicht handhabbar, verkäuflich und vom Kunden konsumierbar ist. Diese Maschinen sind natürlich in der Pharmaindustrie weit verbreitet und zunehmend auch in der wachsenden Nahrungsergänzungsmittelindustrie. Dasselbe Verdichtungsprinzip findet sich jedoch auch in schwereren Industrien, z. B. bei der Herstellung von feuerfesten Steinen, wobei sich die Maschinengröße unterscheidet und es sich eher nicht um Rotationsmaschinen, sondern um Einzelhubmaschinen handelt.

1. Was ist eine Tablettenpresse?

Was ist das Tablettenpressen?

Eine Tablettenpresse ist eine Anlage, die es ermöglicht, Pulver zu agglomerieren, oder Granulate durch Verdichtung zu verpressen. Der trockene Prozess besteht darin, eine Mischung aus Pulver oder Granulat (Pulver, das zuvor einem Granulierschritt wie der Nassagglomeration unterzogen wurde) in eine Matrize einzufüllen und mit einem Paar Stempel einen hohen Druck auszuüben. Der Druck verdichtet das Pulver, verformt es und sorgt dafür, dass es zusammenhaftet.

• Hin- und Herbewegungs-Stempel-Matrizen-Pressen: Die einfachsten Maschinen verfügen über eine einzelne Matrize und arbeiten nach einer hin- und hergehenden Bewegung, bei der obere und untere Stempel abwechselnd schließen und öffnen, um das Pulver zu verdichten und anschließend das verdichtete Pulver in Form einer Tablette oder eines Briketts auszuwerfen. Diese Maschinen haben einen geringen Durchsatz, werden jedoch häufig zur Herstellung von Metallteilen oder feuerfesten Steinen eingesetzt.

• Rotations-Stempel-Matrizen-Pressen: Das Prinzip bleibt dasselbe: Die Stempel schließen sich über dem in einer Matrize enthaltenen Produkt, um es zu verdichten, aber viele Stempel und Matrizen sind auf einem rotierenden Ring montiert, was eine enorme Steigerung der Pressfrequenz ermöglicht. Diese Maschinen werden jedoch hauptsächlich in der Pharmaindustrie eingesetzt und produzieren sehr kleine Pulverpresslinge von wenigen Gramm. Die Anzahl der hergestellten Tabletten ist daher hoch, aber der Massendurchsatz der Maschine bleibt bei einigen Dutzend oder Hundert Kilogramm pro Stunde.

2. Wie haftet das Pulver durch Verdichtung zusammen?

Wie stellt man Tablettenpulver her?

Verdichtung ist im Grunde ein trockener Prozess, bei dem Feststoffpartikel durch die Einwirkung eines hohen Drucks zusammenhaften und eine bestimmte Form beibehalten. Beim Verdichten des Pulvers treten verschiedene Phänomene auf, die zur Bildung einer Tablette oder eines Briketts (bei größeren Maschinen) führen. Diese Phänomene sind nachstehend aufgeführt, wobei jedoch nur einige davon für eine bestimmte Anwendung relevant sein können [Pietsch]:

• Bildung von Feststoffbrücken zwischen Partikeln durch
• Chemische Reaktion
• Schmelzen oder Sintern
• Adsorptionsschichten
• Nichtvalente Assoziationen
• Molekulare, elektrische, magnetische Kräfte zwischen Partikeln (z. B. Van-der-Waals-Kräfte)
• Verzahnung

In jedem Fall müssen die Kompressionskräfte so beschaffen sein, dass die Feststoffpartikel einer plastischen Verformung [Perry] unterliegen, die zu einem sehr engen Kontakt zwischen den Partikeln führt und einige der zuvor genannten Bindungsphänomene bewirkt. Ein typischer Verdichtungszyklus und seine Auswirkungen auf die Feststoffpartikel sind in Grafik 1 dargestellt. Es ist zu beachten, dass sich die Materialien nach der Verdichtung und nach dem Druckabbau aufgrund der Freisetzung von komprimierter Luft und/oder einer Art elastischer Rückstellung des Materials in der Regel leicht ausdehnen [Pietsch].

In einigen Fällen ist die Zugabe eines Bindemittels erforderlich, wenn die Verdichtung der Schüttgüter nur eine schwache Bindung ergibt, die dem Pressling (Tablette, Brikett usw.) nicht ausreichend mechanische Festigkeit verleiht.

3. Funktionsprinzip einer Tablettenpresse

Wie funktioniert eine Tablettenpresse?

Der Verdichtungsprozess in einer Tablettenpresse erfolgt in folgenden Schritten:

• Matrizenfüllung: Das zu verdichtende Pulver fließt aus einem Trichter in die Matrize.
• Volumenanpassung und Matrizenabstreifen: Der untere Stempel wird eingestellt, um das richtige Volumen des Presslings zu messen, und ein Abstreifer entfernt den Produktüberschuss.
• Verdichtung: Der obere und untere Stempel schließen sich und üben einen hohen Druck auf das Pulver aus, was zur Verdichtung führt.
• Stempelrückzug: Der obere Stempel wird angehoben, es wird kein Verdichtungsdruck mehr ausgeübt.
• Tablettenauswurf: Der untere Stempel wird angehoben, um die Tablette auszuwerfen, die dann für die weitere Verarbeitung (typischerweise Verpackung) gesammelt wird. Der Stempel wird anschließend abgesenkt, um für einen neuen Zyklus bereit zu sein.

Abbildung 1: Funktionsprinzip einer Rotations-Stempel-Matrizen-Presse zur Tablettenherstellung

Diese verschiedenen Aktionen können an einer Einzelstempel-Matrizen-Presse durchgeführt werden, z. B. bei Labormaschinen oder zum Verdichten großer Materialmengen. Die verschiedenen Komponenten können jedoch auch auf einem Revolver angeordnet sein, was die Pressfrequenz deutlich erhöht – wenn auch mit einer geringen Materialmenge, wie es in der Pharmaindustrie der Fall ist. Die obige Abbildung zeigt das Funktionsprinzip einer Rotations-Stempel-Matrizen-Presse zur Herstellung von Tabletten in der Pharmazie oder Nahrungsergänzungsmittelindustrie.

4. Faktoren, die die Auswahl und Konstruktion einer Tablettenpresse beeinflussen

Konstruktionsfaktor	Worauf ist zu achten?
Produktionsvolumen und -geschwindigkeit	Bewerten Sie das erforderliche Produktionsvolumen und die Geschwindigkeit, um die Kapazität der Tablettenpresse an die Produktionsanforderungen anzupassen. Hochgeschwindigkeits-Rotationspressen eignen sich für die Großserienproduktion, während Einzelstempelmaschinen für kleinere Chargen ausreichen können.
Werkzeuge und Werkzeugmaterial	Bewerten Sie die verfügbaren Werkzeugoptionen und -materialien für die Presse. Das Design, die Haltbarkeit und die Kompatibilität der Werkzeuge mit den gewünschten Tabletteneigenschaften sind entscheidend für eine erfolgreiche Tablettenproduktion.
Tabletteneigenschaften	Definieren Sie die gewünschten Eigenschaften der Tabletten, einschließlich Größe, Form und Härte. Verschiedene Tablettenpressen können sich in der Herstellung spezifischer Tablettenmerkmale unterscheiden, was die Auswahl der Ausrüstung beeinflusst.
Pulvereigenschaften	Berücksichtigen Sie die Eigenschaften des Pulvers oder der Granulate. Faktoren wie Fließfähigkeit, Verdichtbarkeit und Partikelgrößenverteilung beeinflussen den Verdichtungsprozess und erfordern eine Abstimmung mit den Pressenfähigkeiten.
Integration in nachgelagerte Prozesse	Bewerten Sie, wie gut die Tablettenpresse in nachgelagerte Prozesse wie Beschichtung, Verpackung oder zusätzliche Verarbeitungsschritte integriert werden kann. Eine nahtlose Integration steigert die Gesamtproduktivität.
Einhaltung von Vorschriften	Stellen Sie sicher, dass die ausgewählte Tablettenpresse den Branchenvorschriften und -standards entspricht, insbesondere in pharmazeutischen und Nahrungsergänzungsmittel-Anwendungen. Hersteller mit nachgewiesener Einhaltung regulatorischer Anforderungen sind vorzuziehen (siehe unten).
Wartungsfreundlichkeit	Bewerten Sie die Wartungsfreundlichkeit und die Verfügbarkeit von Ersatzteilen für die Tablettenpresse. Stillstandszeiten für Wartungsarbeiten sollten minimiert werden, und ein schneller Zugang zu Ersatzteilen ist für den kontinuierlichen Betrieb unerlässlich.
Bedienerschulung und benutzerfreundliche Merkmale	Berücksichtigen Sie die Schulungsanforderungen für Bediener sowie das Vorhandensein benutzerfreundlicher Funktionen. Intuitive Steuerungen und klare Dokumentation tragen zu einem effizienten Betrieb und einer effektiven Fehlerbehebung bei.

Diese Überlegungen können als Eingabe für die **Benutzeranforderungsspezifikationen (URS)** bei der Anfrage von Angeboten an Lieferanten verwendet werden.

5. Hersteller von Tablettenpressen

Tablettenpressen werden in großen Branchen wie Pharmazie, Nahrungsergänzungsmitteln oder Keramik eingesetzt, sodass viele Hersteller Tablettenpressen entwickelt haben, um in diesem umfangreichen Markt zu konkurrieren. Folgende Hersteller von Tablettenpressen können genannt werden:

• MYM Maschinenbau
• GEA
• Korsch
• Fette Compacting

Beim Kontakt mit einem Hersteller – ob für eine neue oder gebrauchte (Second-Hand-)Tablettenpresse – sollten Sie dessen Referenzen prüfen und ein detailliertes Gespräch mit dem Vertriebs- und technischen Personal führen, um das Fachwissen des Anbieters zu bewerten und zu klären, wie gut er Sie beim Betrieb und der Wartung der Presse unterstützen kann.

Quelle

[Pietsch] Agglomerationsprozesse (Phänomene, Technologien, Ausrüstung), Pietsch, Wiley-VCH, 2004

[Perry] Perry's Chemical Engineers' Handbook, Abschnitt 21 Fest-Fest-Operationen und -Verarbeitung, Seite 21-105, McGraw-Hill, 2008