GRAF, Otto (Mittelpfad 11a, Linkheim-Hochstetten, 76351, DE)
GRIEB, Herbert (Maronenweg 4, Malsch, 76316, DE)
PREUSSE, Christian (Redtenbacher Strasse 9, Karlsruhe, 76133, DE)
ROUGOOR, Jan (Eichkopfallee 83, Liederbach, 65835, DE)
SCHORB, Herbert (Lebrechtstr. 4, Karlsruhe, 76199, DE)
VON DOSKY, Stefan (Grossschneidersweg 2, Karlsruhe, 76149, DE)
BELLM, Hubert (Nibelungenring 6, Stutensee, 76297, DE)
GRAF, Otto (Mittelpfad 11a, Linkheim-Hochstetten, 76351, DE)
GRIEB, Herbert (Maronenweg 4, Malsch, 76316, DE)
PREUSSE, Christian (Redtenbacher Strasse 9, Karlsruhe, 76133, DE)
ROUGOOR, Jan (Eichkopfallee 83, Liederbach, 65835, DE)
SCHORB, Herbert (Lebrechtstr. 4, Karlsruhe, 76199, DE)
VON DOSKY, Stefan (Grossschneidersweg 2, Karlsruhe, 76149, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Überprüfung einer Tablette (30) auf Fehler, die beim Pressvorgang der Tablette entstanden sind, mit einer Aufnahme (31, 33) für die Tablette, dadurch gekennzeichnet, dass ein akustisches Signal in die Tablette eingekoppelt wird, dass ein Antwortsignal auf das eingekoppelte Signal an der Tablette erfasst und ein charakteristisches Merkmal für das Schwingungsverhalten der Tablette in Abhängigkeit des Antwortsignals ermittelt und ausgewertet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eingekoppelte akustische Signal eine Frequenz besitzt, die im Wesentlichen der vorbestimmten Resonanzfrequenz einer fehlerfreien Tablette entspricht, dass das Antwortsignal mit demselben Schallwandler (25) erfasst wird, mit dem das akustische Signal eingekoppelt wird, und dass als charakteristisches Merkmal die Leistungsaufnahme des Schallwandlers (25) ermittelt und zur Auswertung mit einem vorbestimmten Refe- renzwert verglichen wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein akustisches Signal veränderlicher Frequenz eingekoppelt wird, dass das Antwortsignal nach Transmission durch die Tab- lette (30) erfasst wird und dass das Transmissionsspektrum in Abhängigkeit des Antwortsignals ermittelt und zur Auswertung mit einem vorbestimmten Referenzspektrum verglichen wird. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme für die Tablette von einer Tablettenpresse getrennt angeordnet ist. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme für die Tablette in eine Tab- lettenpresse integriert ist. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des akustischen Signals zwischen 110 kHz und 150 kHz liegt. 7. Anordnung zur Überprüfung einer Tablette (30) auf Fehler, die beim Pressvorgang entstanden sind, mit einer Aufnahme (31, 33) für die Tablette, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (32, 34) vorhanden sind zur Einkoppelung eines akustischen Signals in die Tablette und zur Erfassung eines Ant- wortsignals auf das eingekoppelte Signal an der Tablette und dass eine Auswerteeinrichtung (35) dazu ausgebildet ist, ein charakteristisches Merkmal für das Schwingungsverhalten der Tablette in Abhängigkeit des Antwortsignals zu ermitteln und auszuwerten. 8. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer Anordnung nach Anspruch 7 zur Detektion von Lunkern, Inhomogenitäten oder Rissen in der Tablette (30) . |
Verfahren und Anordnung sowie deren Verwendung zur Überprüfung einer Tablette
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Überprüfung einer Tablette auf Fehler, die beim Pressvorgang entstanden sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Anspruchs 7. Weiterhin betrifft die Er- findung deren Verwendung zur Erfassung von Lunkern, Inhomogenitäten oder Rissen in der Tablette.
In der pharmazeutischen Industrie oder der Lebensmittelindustrie werden Tabletten häufig durch Pressen eines pulver- förmigen Materials in einer rotierenden Tablettenpresse hergestellt. Eine derartige Tablettenpresse ist beispielsweise aus dem Aufsatz „Compressing Force: Myth vs Reality" von Fred A. Rowley, Solid Dosage Training, Inc., bekannt, der am 01.08.2008 im Internet unter der Seite www.pharmamanufacturing. com/articles/2008/005. html eingesehen werden konnte. In einer Drehscheibe sind in gleichen Winkelabschnitten Bohrungen angebracht, deren Durchmesser demjenigen der fertigen Tablette entspricht. Während ein erster Stempel bereits von unten in eine Bohrung hineinragt, wird das pulverförmige Material eingefüllt und überschüssiges Material an der Oberseite der Scheibe entfernt. Die Höhe des ersten Stempels bei diesem Vorgang bestimmt das Füllvolumen des pulverförmigen Materials und damit das Tablettengewicht. Von oben wird nun ein zweiter Stempel in die Bohrung einge- führt und das pulverförmige Material zu einer Tablette der gewünschten Dicke verpresst. Dabei werden die Parameter Pressgeschwindigkeit, Tablettengewicht und Tablettendicke überwacht. Aus diesen Parametern wird anschließend auf den Zustand der Tablette geschlossen.
Nach dem Pressvorgang können die Tabletten zur Qualitätssicherung einer optischen Kontrolle unterzogen werden, die beispielsweise visuell oder mit Hilfe eines automatischen Bild- Verarbeitungssystems erfolgt. Diese hat jedoch den Nachteil, dass lediglich Abweichungen bezüglich der Oberflächenbeschaffenheit oder bereits zerbrochene Tabletten identifiziert werden können.
Eine andere Möglichkeit zur Überprüfung der Fertigungsqualität gepresster Tabletten bietet die Messstation Checkmaster 4.1, die von der Wilhelm Fette GmbH vertrieben wird. Mit dieser Messstation werden Gewicht, Dicke, Durchmesser und Härte von Tabletten bestimmt. Diese Messstation hat jedoch den
Nachteil, dass nur wenige Tabletten untersucht werden können, da die Messgeschwindigkeit deutlich unter der Pressgeschwindigkeit von rotierenden Tablettenpressen liegt, die beispielsweise etwa 100 Tabletten pro Sekunde beträgt. Es sind daher nur Stichproben mit Hilfe der Messstation überprüfbar. Bei der Härteprüfung mit Hilfe des Checkmasters 4.1 wird zudem ein Druck auf die Tablette solange erhöht, bis diese bricht. Ein Prüfverfahren, das zur Zerstörung der Tablette führt, ist selbstverständlich nur zur stichprobenartigen Überprüfung der Produktqualität einsetzbar. Ein weiterer
Nachteil der bekannten Messstation ist, dass diese gesondert von der Tablettenpresse angeordnet werden muss und damit nicht in diese integriert werden kann.
Beispielsweise aus der WO 86/05743 Al, der DE-AS 2 141 382 und der US 2007/0241127 Al sind Tablettenpressen bekannt, in welchen zur Verbesserung der Produktqualität die Presskraft, mit welcher ein pulverförmiges Material in die Form der Tablette gepresst wird, geregelt wird.
In dem Aufsatz „Ultrasonics Beats Optical Methods for Measu- ring Some Critical Attributes" von Evgeny Kudryashov und Breda O'Driscoll, Ultrasonic Scientific, der am 01.08.2008 im Internet auf der Seite www.pharmamanufacturing.com/articles/2005/200.html einsehbar war, ist ein Verfahren zur Überprüfung von pharmazeutischen Produkten mittels Ultraschallspektroskopie beschrieben. Diese Technik basiert auf der exakten Messung von Parametern akus- tisch ' er Wellen, die durch das zu untersuchende Material laufen. Schwerpunkt der Analyse sind hier jedoch die Zusammensetzung des Produkts, die Analyse von Partikeln in Flüssigkeiten sowie die Messung der Materialkonzentration.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Überprüfung einer Tablette zu schaffen, mit welchem Fehler und Defekte der Tablette, die bei ihrem Pressvorgang entstanden sind, zuverlässiger feststellbar sind. Eine weitere Aufgabe ist es zu ermöglichen, dass Lunker, Inhomogenitäten oder Risse in Tabletten festgestellt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Verfahren der ein- gangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, in Anspruch 7 eine Anordnung zur Überprüfung einer Tablette und in Anspruch 8 eine Verwendung des Verfahrens bzw. der Anordnung beschrie- ben.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Überprüfung der Tablette auf Fehler, die beim Pressvorgang der Tablette entstanden sind, nur vergleichsweise kurze Zeit beansprucht und da- her online an jeder produzierten Tablette, das heißt nicht nur stichprobenartig, durchgeführt werden kann. Bei der Überprüfung wird in vorteilhafter Weise nicht nur die äußere Erscheinung der Tablette analysiert, sondern zusätzlich wichtige Produktmerkmale im Innern, die bisher nicht erkennbar wa- ren, nämlich Lunker, Inhomogenitäten und Risse. Selbstverständlich sind auch äußere Defekte, wie zum Beispiel Grate oder Kantenfehler, vergleichsweise zuverlässig feststellbar. Werden Lunker oder Inhomogenitäten in einem Ausmaß erkannt, welches einen zulässigen Toleranzbereich überschreitet, kön- nen derart fehlerhafte Tabletten aus dem Produktionsprozess ausgesondert werden. Da Lunker oder Inhomogenitäten zudem Auswirkungen auf den Wirkstoffgehalt der Tablette haben, wird durch diese Maßnahme gleichzeitig sichergestellt, dass Tab- letten der pharmazeutischen Industrie mit verbesserter Zuverlässigkeit den deklarierten Wirkstoffgehalt aufweisen.
Lunker oder Inhomogenitäten bewirken in besonderem Maße eine Verschiebung der Resonanzfrequenz der Tablette gegenüber einem fehlerfreien Zustand, für welchen in einer vor der Überprüfung der Tabletten durchgeführten Referenzmessung ein Sollwert der Resonanzfrequenz vorbestimmt werden kann. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung entspricht daher die Frequenz des eingekoppelten akustischen Signals im Wesentlichen dieser vorbestimmten Resonanzfrequenz und es wird als charakteristisches Merkmal die Leistungsaufnahme des Schallwandlers ermittelt und zur Auswertung mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen. Weicht die Resonanzfrequenz der überprüften Tablette von der vorbestimmten ab, ändert sich auch die Leistungsaufnahme des Wandlers und Fehler können in einfacher Weise anhand der Leistungsaufnahme detek- tiert werden. Für diese Art der Überprüfung genügt zudem in vorteilhafter Weise nur ein Schallwandler, da das Antwortsig- nal mit demselben Schallwandler erfasst werden kann, mit welchem auch das akustische Signal in die zu prüfende Tablette eingekoppelt wird. Beispielsweise kann ein Spannungssignal der vorbestimmten Frequenz an den Wandler angelegt werden und der dabei aufgenommene Strom als Antwortsignal erfasst und ausgewertet werden. Bei einer korrekt gepressten Tablette ist die Leistungsaufnahme des Wandlers maximal, bei einer fehlerbehafteten Tablette sinkt die Leistungsaufnahme durch Verschiebung der Resonanzfrequenz.
In einer alternativen Ausführungsform wird ein akustisches
Signal veränderlicher Frequenz in die Tablette eingekoppelt, anhand des Antwortsignals das Transmissionsspektrum ermittelt und zur Auswertung mit einem vorbestimmten Referenzspektrum verglichen. Diese Überprüfung ist prinzipiell ebenfalls mit lediglich einem Wandler durchführbar, da zumindest ein Teil des Schallsignals an der gegenüberliegenden Grenzfläche zwischen Tablette und Pressstempel reflektiert wird. Mit einem vom Sendewandler getrennten, diesem gegenüberliegenden Emp- fangswandler ist jedoch in vorteilhafter Weise eine genauere Erfassung des Transmissionsspektrums möglich. Diese Art der Überprüfung ermöglicht die Detektion einer vom Sollzustand abweichenden Produktqualität anhand weiterer Parameter des Transmissionsspektrums, die im Frequenzbereich für verschiedene Defekte charakteristisch sind. Beispielsweise deutet eine Dämpfung gewisser Spektralbereiche auf lokale Fehlstellen, zum Beispiel Risse, hin.
Eine von der Tablettenpresse getrennte Anordnung der zur
Überprüfung der Tablette vorgesehenen Aufnahme hat den Vorteil, dass aufgrund der fehlenden akustischen Kopplung zwischen Presse und Prüfanordnung Störungen des Prüfvorgangs durch beim Pressen entstehende Schwingungen praktisch voll- ständig vermieden werden können. Eine derartige Anordnung ist jedoch mit einem vergleichweise hohen Aufwand verbunden.
Alternativ dazu kann die zur Überprüfung der Tablette dienende Aufnahme in die Tablettenpresse integriert und dort sogar in die Stempel der Tablettenpresse eingebaut werden. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass keine gesonderte Prüfstation und kein zusätzliches Handling der Tablette zu ihrer Überprüfung erforderlich sind.
Die Verwendung einer Frequenz des akustischen Signals zwischen 110 kHz und 150 kHz hat insbesondere bei einer Integration der Aufnahme in die Tablettenpresse den Vorteil, dass die Überprüfung nur in geringem Maße durch beim Pressvorgang entstehende Schwingungen beeinflusst wird, da die Störfre- quenzen der Presse wesentlich niedriger sind und daher ein erheblicher Abstand zwischen den zur Überprüfung ausgewerteten Frequenzen und den Störfrequenzen besteht. Zudem schließt ein derartiges Frequenzband häufig die Resonanzfrequenz zu prüfender Tabletten ein.
Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert. Es zeigen :
Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer rotierenden Tablettenpresse,
Figur 2 ein Beispiel einer Aufnahme mit einem Schallwandler,
Figur 3 ein Beispiel einer Aufnahme mit zwei Schallwandlern und
Figur 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Abhängigkeit der Resonanzfrequenz einer Tablette vom Lunkervolumenanteil .
In Figur 1 sind die verschiedenen Phasen des Pressvorgangs in einer rotierenden Tablettenpresse veranschaulicht. Es handelt sich dabei um eine nicht maßstabsgetreue Prinzipdarstellung. In eine Drehscheibe 1 sind in gleichen Winkelabständen Boh- rungen eingebracht, in welche von unten Stempel 2...6 und von oben Stempel 7...11 beim Pressvorgang eingeführt werden. Vor dem Pressen wird pulverförmiges Material 12 in bekannter Weise derart in die Bohrungen eingebracht, dass die in der Bohrung verbleibende Menge dem gewünschten Tablettengewicht ent- spricht. In einer Phase des Pressvorgangs, die in' Figur 1 durch einen Kreis 13 markiert ist, findet mit Hilfe einer in die Tablettenpresse integrierten Anordnung eine Überprüfung der Tablette auf Fehler, die beim Pressen der Tablette entstanden sind, statt. Falls eine Tablette 14 als fehlerhaft erkannt wurde, wird diese durch eine in Figur 1 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellte Entnahmevorrichtung aus dem Produktionsprozess entfernt.
Figur 2 zeigt ein erstes Beispiel einer Aufnahme für eine Tablette 21 in vergrößerter Darstellung. Ein erster Stempel 20 drückt von unten gegen die Tablette 21 und ein zweiter Stempel 22 von oben. Die Tablette 21 befindet sich bei der Überprüfung noch in einer Bohrung 23 in einer Drehscheibe 24. In dem oberen Stempel 22 befindet sich ein Schallwandler 25, der sowohl zur Einkopplung eines akustischen Signals in die Tablette 21 als auch zur Erfassung eines Antwortsignals auf das eingekoppelte Signal dient. Mit Hilfe einer in Figur 2 nicht dargestellten Auswerteeinrichtung wird anhand des Antwortsignals die Leistungsaufnahme des Schallwandlers 25 als für das Schwingungsverhalten der Tablette 21 charakteristisches Merkmal ermittelt und mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen. Liegt die Leistungsaufnahme außerhalb eines zulässigen Bereichs, so wird eine defekte Tablette erkannt und später aussortiert. Alternativ dazu ist mit der dargestellten Aufnahme eine Erfassung und Auswertung des Transmissionsspektrums möglich, da in die Tablette 21 eingekoppelte Schallsignale an der Grenzfläche zwischen Tablette 21 und Stempel 20 zurückreflektiert werden.
In Figur 3 ist eine Aufnahme für eine Tablette 30 dargestellt, bei welcher in einen oberen Stempel 31 ein Sendewandler 32 und in einen unteren Stempel 33 ein Empfangswandler 34 eingebaut sind. Mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung 35 wird der Sendewandler 32 zur Einkoppelung eines akustischen Signals in die Tablette 30 angesteuert. Der Empfangswandler 34 erfasst das Antwortsignal auf das eingekoppelte Schallsignal, welches die Tablette 30 durchlaufen hat. Anhand des Antwort- Signals wird in einer Signalverarbeitungseinrichtung 36 der Auswerteeinrichtung 35 ein Transmissionsspektrum ermittelt und mit einem vorbestimmten Referenzspektrum verglichen, welches in einem Speicher 37 der Auswerteeinrichtung 35 hinterlegt ist. Weichen die beiden Spektren in unzulässiger Weise voneinander ab, so wird über einen Feldbus 38 eine entsprechende Meldung an eine übergeordnete Steuerung ausgegeben, durch welche geeignete Maßnahmen zur Behandlung des Fehlers eingeleitet werden. Beispielsweise wird die auf diese Weise als fehlerhaft erkannte Tablette aus der Produktion aussor- tiert.
In dem Diagramm gemäß Figur 4 sind die Resonanzfrequenz f in der Einheit kHz auf der Ordinate und der Lunkervolumenanteil L in % des Tablettengesamtvolumens auf der Abszisse aufgetragen. Die Resonanzfrequenz wurde beispielhaft für eine Tablette der Dicke 2,9 mm, des Durchmessers 6 mm, des Gesamtvolumens 59,5 mm 3 , der Masse 82 mg, des Elastizitätsmoduls 3xlO 10 Pa und der Querkontraktionszahl 0,2 für verschiedene Lunkervolumenanteile mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode berechnet. Es ist an der Kurve 40 gut erkennbar, dass mit steigendem Lunkervolumenanteil die Resonanzfrequenz der Tablette deutlich sinkt. Daraus ergibt sich, dass eine Änderung der Eigenfrequenz, die bei der beschriebenen Überprüfung der Tablette mittels eines akustischen Signals in besonders effektiver Weise festgestellt werden kann, ein charakteristisches Merkmal des Schwingungsverhaltens der Tablette darstellt, dessen Auswertung eine zuverlässige Aussage über das Vorhandensein von Lunkern ermöglicht.