Mit gezielten Vibrationen zum optimalen Materialfluss

Viele pharmazeutische Pulver haben kohäsive Eigenschaften und fließen während des Dosiervorgangs nicht gleichmäßig aus dem Trichter nach. Dazu gehören beispielsweise mikronisierte Laktose, Magnesium Stearat sowie diverse aktive pharmazeutische Wirkstoffe oder API. Die schlechten Fließeigenschaften führen zur Bildung von Kaminen oder sogar Materialbrücken, was die präzise Materialzufuhr in den Produktionsprozess erschwert. Dies ist besonders wichtig bei der Dosierung in kontinuierlichen Prozessen wie zum Beispiel kontinuierliche Direktkompression, Granulierung, Extrusion oder Beschichtung. Abhilfe schafft die ActiFlow™-Technologie von Coperion K-Tron. Diese Schüttgut-Fließhilfe stellt die konstant präzise Materialzufuhr sicher, erfordert keinen zusätzlichen Reinigungsaufwand und bringt keine negativen Auswirkungen auf die Produkteigenschaften mit sich.

Schlecht fließendes Schüttgut kann die Dosierung beeinträchtigen
Ein Materialkamin, oder auch “Rattenloch”, ist ein schmaler, vertikal nach unten gerichteter Tunnel im Schüttgut eines Dosierertrichters, der sich von der Schüttgutoberfläche bis zum Austragsorgan des Dosierers erstreckt. Durch diesen kann zwar Material nachfließen, die Austragsleistung des Dosierers ist jedoch erheblich verringert und Material bleibt im Trichter auf unbestimmte Zeit liegen. Nach dem Entstehen einer Materialbrücke wird der Materialfluss im Trichter meist sogar gänzlich unterbrochen.

Üblicherweise wird in solchen Situationen ein Vertikalrührwerk im Dosierertrichter eingesetzt. Auf der einen Seite ist diese Lösung sehr zuverlässig, auf der anderen Seite hat sie auch einige Nachteile, wie beispielsweise einen großen Reinigungsaufwand oder den großen freien Kopfraum, der über dem Dosierer benötigt wird. Zudem können eventuelle, durch das Vertikalrührwerk erzeugte Pulsationen Fluktuationen beim Dosieren nicht ausgeschlossen werden.

Geregelte Vibrationen halten das Schüttgut in Bewegung
Die einzigartige ActiFlow Schüttgut-Fließhilfe von Coperion K-Tron verhindert zuverlässig die Bildung von Materialbrücken sogar bei sehr schwer fließenden Materialien. Sie besteht im Wesentlichen aus dem ActiFlow-Gerät, das an der Außenseite des Edelstahltrichters angebracht ist, und der ActiFlow-Steuerung, welche eng mit der KCM-Dosierersteuerung zusammenarbeitet. Das ActiFlow-Gerät regt das Material im Trichter schonend mit einer optimierten Amplitude und Frequenz an, während das KCM zusammen mit der ActiFlow-Steuerung sicherstellt, dass stets Materialfluss im Trichter herrscht. Dies sorgt wiederum für eine konstante und hochgenaue Dosierung.

Wie ActiFlow den Vertikalrührer übertrumpft
Die wesentlichen Vorteile des ActiFlow gegenüber herkömmlichen Vertikalrührern sind nicht nur die Zeitersparnis und die Kostenreduktion, sondern auch eine Verbesserung der Endproduktqualität. ActiFlow hat keine produktberührten Teile, was Bedenken bezüglich Reinigung und Hygiene ausräumt. Außerdem verbleiben mit dem Vertikalrührer auch nach dem Leerfahren noch Produktreste im Trichter. Kunden berichten, dass mit dem ActiFlow die Reinigung im Vergleich viel weniger aufwändig ist. Während der Vertikalrührer mühsam ausgebaut und nach oben wegmanövriert werden muss, verbleibt der ActiFlow einfach am Trichter und braucht keinen höheren Kopfraum. Bei gewissen Produkten kann der maximale Austrag des Dosierers wesentlich höher sein als mit einem Vertikalrührwerk. Dadurch kann die Linienleistung um bis zu 50% erhöht werden. Zudem treten z. B. bei schlecht fließenden Produkten weniger Unterbrechungen auf und das Material im Trichter wird weder kompaktiert noch mechanisch überbeansprucht.

Auf dem Bild ist das ActiFlow-Gerät an der Rückseite des Trichters befestigt. Der rote Pfeil zeigt die Richtung der Trichteranregung. Die Position und Richtung dieser Anregung wurde in vielen Dosierversuchen im Labor optimiert, um einerseits die Auswirkung auf das Wägesystem zu minimieren und gleichzeitig den Schüttgutfluss zu maximieren.

Vibrations-unempfindliches Wägen
Die Filter-Algorithmen im Wägesystem des Dosierers sind in der Lage, Vibrationen wirksam zu filtern. Somit wird jederzeit ein genaues Gewichtssignal sichergestellt, auch wenn der ActiFlow das Schüttgut mit maximaler Leistung anregt.

Agieren statt reagieren
Das Konzept des ActiFlows heißt: Agieren statt reagieren. Dies ist ein bedeutender Vorteil im Vergleich zu den üblichen Vibratoren oder Klopfern, deren Wirkung nicht gezielt geregelt wird. Die Dosiersteuerung ist in der Lage, einen sich verschlechternden Materialfluss im Trichter vor der Entstehung eines möglichen Massenflussfehlers zu erkennen. In einer solchen Situation erhöht der ActiFlow die Anregung des Materials im Trichter und stellt sicher, dass keine Dosierstörung auftreten kann. Dank der aktiven Steuerung des Vibrators in Zusammenarbeit mit der Dosiersteuerung wird gleichzeitig dem Verdichten des Materials im Trichter vorgebeugt, was bei herkömmlichen Vibratoren oft eine Gefahr ist.

Sobald die Steuerung feststellt, dass sich der Materialfluss im Trichter wieder normalisiert hat, wird die Anregung des Materials durch den ActiFlow verringert. Das Steuersystem benutzt ‚real-time‘ Leistungs-Daten vom Wägemodul, um die Vibrationen genau nach Bedarf zu steuern. Dank eines speziell entwickelten und zum Patent angemeldeten Steueralgorithmus wird das Material im Trichter nur so stark angeregt, wie erforderlich, und nicht so stark wie möglich. Eine weitere Besonderheit ist ein im ActiFlow integrierter Sensor, der als Positionsfeedback für die Steuerung dient. Damit können Anregungsamplitude und Frequenz exakt überwacht und geregelt werden.

Start-up einer Anlage
Sobald die Anlage aufgebaut ist, sind noch zwei Schritte für die Inbetriebnahme notwendig: Damit der ActiFlow effektiv und energiesparsam läuft, muss die Resonanzfrequenz des Gesamtsystems gesucht werden. Dazu wird der Trichter bis zur oberen Nachfüllgrenze mit Material gefüllt. Beim Initialisieren des Dosierers wird nun eine kurze Frequenzsuche durchgeführt und die gefundene Resonanzfrequenz gespeichert. Außerdem muss einmalig eine abgeschätzte Materialfließeigenschaft in der Dosiersteuerung KCM definiert werden. Zur Auswahl stehen: einfach, mittel und schwer. Dieser Wert definiert eine untere Grenze der Materialanregung im Trichter durch den ActiFlow. Wenn die Anlage einmal in Betrieb ist, sind keine weiteren Eingaben mehr notwendig; der ActiFlow stellt sich von nun an selbst ein. Wird das zu dosierende Material geändert, müssen die beiden Inbetriebnahmeschritte neu ausgeführt werden.

Erfolgreich im Einsatz
Nach nun über zehn Jahren im Markt hat die ActiFlow™ Schüttgut-Fließhilfe ihre Effizienz in vielen Installationen bei den unterschiedlichsten Pharma-Anwendungen weltweit unter Beweis gestellt. Der ActiFlow kann bei allen Differentialdosierern von Coperion K-Tron eingesetzt werden, die mit einem Coperion K-Tron Steuermodul (KCM) und asymmetrischen 4D- oder 6D-Trichtern bis 180 dm³ (6.4 ft³) ausgestattet sind.