Besser direkt gepresst

Möglichst schnell, möglichst viel, bei möglichst geringen Kosten: Dieser Anspruch ist kennzeichnend für die industrielle Produktion. Das gilt auch für die Pharma- und Medizintechnikbranche. Seit einiger Zeit rücken Themen wie Energieeffizienz im Produktionsprozess und geringe Lebenszykluskosten bei der Entscheidung für eine Maschine immer stärker in den Vordergrund. Gründe dafür sind die steigenden Energiekosten, die dazu beitragen, dass, über ein Maschinenleben betrachtet, weniger die einmaligen Anschaffungskosten ins Gewicht fallen als vielmehr die Folge- und Betriebskosten.

Da auch ökonomisch konzipierte Tablettenpressen geringere Lebenszykluskosten verursachen, ist es wesentlich, bei der Tablettenherstellung beim wichtigsten Fertigungsschritt anzusetzen. Das ist hier das Verpressen des Pulvers oder Granulats zu Tabletten, das extrem kraftvolle Bewegungen mit höchster Präzision erfordert. Nur so ist die Qualität des Endprodukts in Bezug auf Größe, Gewicht und Aussehen garantiert.

Bisher haben Hersteller von Tablettenpressen vor allem auf Motor-Getriebe-Kombinationen gesetzt. Bei diesem Antriebspaket erfolgt die Bewegungsübertragung durch Riemen, Ketten oder Spindeln. Diese mechanischen Komponenten sind verschleißanfällig und müssen regelmäßig gewartet werden. In der Regel sind Getriebemotoren in der Anschaffung günstig, doch über den gesamten Lebenszyklus einer Maschine betrachtet weisen sie gegenüber anderen Antriebskonzepten Nachteile auf.

Ein Ansatz, der mehr Wirtschaftlichkeit bei der Tablettierung verschiedener Wirkstoffe verspricht, ist der Torque-Direktantrieb DST der Baumüller Holding GmbH & Co. KG, Nürnberg. Bei Einsatz dieser Antriebslösung entfallen die mechanischen Übertragungselemente. Daraus ergibt sich eine Reihe von Vorteilen gegenüber Motor-Getriebe-Lösungen. Ein wesentlicher Punkt ist, dass sich die zeit- und kostenintensiven Wartungsintervalle der Maschine verlängern, da weder regelmäßig verschleißbehaftete Teile getauscht noch Ölwechsel durchgeführt werden müssen. Damit verringern sich die Lebenszykluskosten und es verkürzt sich die Stillstandszeit.

In mit Direktantrieben konzipierten Tablettiermaschinen sitzt der permanenterregte, hochpolige Synchronmotor näher an der zu bewegenden Last als bei der klassischen Motor-Getriebe-Kombination. Daraus resultiert ein weiterer Pluspunkt für diese Antriebslösung, denn auf diese Weise reduzieren sich das mechanische Spiel und die Getriebeverluste. Der Getriebemotor erzeugt dagegen Ungenauigkeiten im Reversierbetrieb, da die Übertragung des Drehmoments vom Antrieb zur Last spielbehaftet ist. Das hat Einfluss auf die Regelgüte und Prozessabläufe.

Ein Direktantrieb arbeitet deutlich präziser und mit besserer Wiederholgenauigkeit, was eine höhere Produktivität der Maschine ermöglicht. Dabei erzielt der eingesetzte Drehstrom-Synchronmotor bereits bei kleinen Drehzahlen sehr hohe Drehmomentdichten und Wirkungsgrade. Eine zusätzliche Arbeitsstrombremse ist nicht mehr notwendig, da das Herabbremsen vom Motor selbst übernommen wird. Diese Eigenschaften machen den Torque-Direktantrieb besonders geeignet für das Verpressen von Pulvern und Granulaten in unterschiedliche Formen. Zudem sorgen seine guten Rundlaufeigenschaften für einen vibrationsarmen Betrieb und sichern damit eine hohe Qualität der Endprodukte.

Neben den geringeren Service- und Wartungskosten spielt auch der Energieverbrauch in die Berechnung der Lebenszykluskosten eines Motors mit hinein. Auch hier kann der Direktantrieb gegenüber dem Getriebemotor punkten. Seine Reibungsverluste sind geringer, und er weist einen höheren Wirkungsgrad im Teillastbereich bei konstanter Drehzahl auf, was auf die dominierenden Kupferverluste zurückzuführen ist. Somit arbeitet diese Antriebsform auch bei häufigem Wechsel zwischen Teil- und Nennlast noch wirtschaftlich. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen lässt sich mit diesem Antriebskonzept in Tablettenpressen bis zu 50 % Energie einsparen. Dabei büßt die Maschine nicht an Dynamik ein. Der Motor verfügt über ein dynamisches Anfahrverhalten und kann schnell auf die für die Anwendung optimale Leistung beschleunigen.

Das Mehr an Komponenten bei Motor-Getriebe-Kombinationen bedeutet auch, dass ein größerer Bauraum beansprucht wird und mehr Artikel für das Servicekonzept berücksichtigt werden müssen. Mit der Verwendung eines Direktantriebs erhöht sich dagegen der Integrationsgrad in die Tablettenpresse, was eine kompaktere Konstruktion der Maschine erlaubt. Durch ein optional integriertes Wasserkühlsystem ist der Motor auch für extreme Produktionsanforderungen gerüstet, da es eine effiziente Wärmeabfuhr bei hohen Presskräften sicherstellt. Sowohl Oberflächenwärme als auch Wärmeeintrag in die Maschine reduzieren sich durch die Wasserkühlung und erhöhen zusätzlich die Leistungsdichte. Da eine Lüfterkühlung auf diese Weise nicht mehr erforderlich ist, verringern sich zudem die Geräuschemissionen.

Bei der Überlegung, Maschinen auf Direktantriebstechnik umzurüsten, sollte jedoch grundsätzlich beachtet werden, dass ihr Einsatz nicht nur durch die technischen Vorteile begründet werden darf, sondern in erster Linie auch wirtschaftlich sein muss. In Abhängigkeit von den Anforderungen der jeweiligen Applikation an die Positioniergenauigkeit, Systemdynamik und an das Instandhaltungs-und Servicekonzept ist der Einsatz von Direktantrieben daher stets sorgfältig gegen eine langsam laufende Motor-Getriebe-Kombination abzuwägen.

Verena Rathmann-Eisele Baumüller, Nürnberg

Präzise arbeitende Direktantriebe eignen sich besonders für die Tablettenpresse