CN101319733A - 用于粉末状或膏状物质的剂量分配装置 - Google Patents

用于粉末状或膏状物质的剂量分配装置 Download PDF

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Abstract

剂量分配装置设有用于剂量分配单元的容置装置以及驱动单元。驱动单元包括驱动轴。剂量分配单元可安装在驱动单元中和拆下，包括至少一个出料口和至少一个布置在出料口中的关闭元件。在操作状态下，关闭元件与驱动轴连接。关闭元件在出料口中沿关闭元件中心纵轴线直线移动，且由于关闭元件的形状，出料口的开口横截面在关闭位置和最大开启位置之间变化。为使驱动轴与关闭元件连接并开启出料口，驱动单元朝向剂量分配单元以直线运动方式前移。剂量分配单元的关闭元件由关闭弹簧保持关闭，直到关闭元件与驱动轴之间完成连接。为防止在连接过程中出料口过早开启，驱动轴在与所述前移运动相反的方向上相对于驱动单元具有受限的直线可移动性。

Description

用于粉末状或膏状物质的剂量分配装置
技术领域
本发明涉及一种剂量分配装置，其优选用于粉末状或膏状的剂量物质。
背景技术
这种剂量分配装置特别地用于将少量的剂量物质高精度地定量供应到目标容器中。这种目标容器通常设置在天平上，以便于称量从剂量分配装置输送的物质量，从而可以进一步根据给定规程后续处理已分配的物质。举例来说，待分配的物质位于配备有计量头的剂量分配单元中。
用于诸如彩色染料粉末等干燥和/或粉末状散装物质的剂量分配装置属于本领域的公知技术并且目前正在使用。例如，在美国专利US5145009A中描述了一种用于分配已测量的剂量物质的装置，该装置包括剂量分配单元，在剂量分配单元的下侧具有可关闭的出料口。关闭元件构造为直径朝上减小的锥形阀体，该锥形阀体可以竖直向下移动以开启出料口，锥形阀体在处于开启位置时旋转，并且锥形阀体配备有朝出料口推动物质的器具。此外，驱动轴从剂量分配单元的顶部伸出并穿过剂量分配单元，驱动轴在剂量分配单元的顶部与驱动机构连接。剂量分配单元通过位于其下侧的固定凸缘与剂量分配装置的驱动单元相连。几个压力缸抵靠剂量分配单元的盖子，这几个压力缸通过其冲程运动可以影响出料口并因此可以影响剂量分配单元输送物质的输送速度。
该剂量分配装置中的压力缸布置在位于剂量分配单元上方的支承件上，可以通过主轴上下调节剂量分配单元的位置，并且剂量分配单元支承用于可旋转阀体的驱动机构。采用另外的马达驱动该主轴，该主轴与连接至支承件并受到旋转约束的主轴螺母接合，从而支承件、压力缸以及带有离合器的驱动机构沿竖直方向移动。
在操作位置中，压力缸的调节元件与剂量分配单元的盖子接触，或大致接触，从而使得调节元件可以用于开启阀。
于是通过两个不同的驱动系统实现离合器的接合以及阀体的运动。在该驱动单元中可以使用不同高度的剂量物质容器。尽管对于离合器接合以及阀体的开启运动使用分离的驱动系统，但是一直存在如下危险：由于离合器接合阶段中阀体的直线位移，使剂量物质能够从剂量分配单元意外地漏出。举例来说，如果支承件设置在太靠近剂量物质容器的位置处，则可能出现这种情况。此外，当使用形状锁定离合器时，如果离合器两个半部彼此径向偏离或者在其旋转角度上偏离并因此彼此推压而非相互接合，也可能出现意外开启。
尤其是对于有毒物质而言，过早释放物质对于剂量分配装置的使用者来说可能是危险的。对于不危险的物质而言，意外的释放也是不令人期望的。特别是在粉末状混合物由多种粉末构成并且将混合物的各组分从逐一安装在驱动单元中的剂量分配单元分配到同一目标容器中的情况下，这样是令人讨厌的。
如果不使用非常昂贵的控制器和带有位置检测器的昂贵的步进电机，就不得不手动地控制和执行离合器接合。与自动式离合器接合相比，这需要使用者付出较大的注意力并且安装时间非常长。
US5145009A中描述的带有主轴可调式支承件和压力缸的驱动单元其特征在于设计结构非常复杂，并且需要带有位置检测器的非常昂贵的步进电机。位置检测器的位置检测信号由微计算机进行处理，步进电机相应地由微计算机进行控制。由于电机需要在到达离合器位置时立即停止，因此对于机构和电子电路的要求非常高。采用这种驱动单元，还需要至少知道已安装的剂量分配单元的高度，因此需要知道离合器的位置，并且还需要手动将该高度输入控制器中。作为选择，如果要防止出料口过早开启，不得不例如通过光学传感器至少确定离合器的位置。然而，手动输入可能不正确并导致上述问题。此外，由于剂量物质可能附着在敏感元件上，从而使传感器的灵敏度降低，因此尤其是在使用剂量分配装置中，因为存在污染的风险而导致传感器的使用存在问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种剂量分配装置的驱动单元，该驱动单元的特征在于结构简单并且制造成本较低，并且该驱动单元能够以尽可能最高的安全性自动连接到剂量分配单元上。
通过具有独立权利要求中所限定的特征的剂量分配装置以及方法来达到该目的。
剂量分配装置包括至少一个用于剂量分配单元的容置装置以及至少一个驱动单元。驱动单元包括驱动轴。剂量分配单元设计为可以安装在驱动单元中并且可以从驱动单元拆卸下来，并且包括至少一个出料口和至少一个布置在出料口中的关闭元件，在剂量分配装置的操作状态下，所述关闭元件可以与驱动轴连接。由于关闭元件在出料口中沿着关闭元件中心纵轴线的直线可移动性，并且由于关闭元件的形状设置，出料口的开口横截面在关闭位置和最大开启位置之间是变化的。为了使驱动轴与关闭元件连接并且开启出料口，驱动单元构造成可朝向剂量分配单元以直线运动方式前移。剂量分配单元的关闭元件由关闭弹簧保持在关闭位置，直到关闭元件与驱动轴之间的连接接合完成为止。为了防止在连接过程中出料口过早开启，驱动轴在与驱动单元的前移相反的方向上相对于驱动单元具有受限的直线可移动性。
需要限制驱动轴在与驱动单元的前移运动相反的方向上的可移动性的原因在于，驱动单元的直线移动同样会导致用于开启关闭元件的运动。为了实现这一限制，在驱动单元上形成有限位止挡并且在驱动轴上形成有反作用止挡。一旦反作用止挡靠置在限位止挡上，则驱动轴沿着驱动单元的前移方向进一步移动，并且驱动轴沿着直线位移路径推动关闭元件，从而开启出料口。
将关闭元件保持在位的关闭弹簧的力需要大于在与驱动单元的前移运动相反的方向上移动驱动轴所需的反作用力。该反作用力例如对应于驱动轴的重力以及伴随着位移的摩擦力，或者如果驱动轴在弹簧张力作用下克服驱动马达而保持，则该反作用力对应于张紧弹簧的弹力。
因而，不需要特殊的预防措施来靠着剂量分配单元移动和对准驱动单元以连接驱动轴与关闭元件。上述构造补偿了由于各个可互换剂量分配单元的制造公差而产生的长度差、以及在驱动单元的前移运动中例如由于主轴和驱动马达的惯性而产生的不可避免的变化。这使得不需要使用例如位置传感器等昂贵的传感器以及用于进一步处理传感器信号的信号处理单元。
特别是粘性或膏状稠度的剂量物质在不借助于附加机械辅助的情况下不会流过出料口。因此，如果关闭元件和驱动轴构造成可以旋转，则对于输送剂量物质来说是有利的。这导致关闭元件与包括出料口的剂量分配单元的壳体之间产生相对运动。该相对运动促使剂量物质通过出料口。
作为辅助从剂量分配单元输送这类剂量物质的另一手段，剂量分配装置优选地配备有冲击机构，该冲击机构的冲击可以传递至关闭元件。该冲击与关闭元件相对于出料口的当前位置无关，并且与关闭元件的开启运动或关闭运动无关。
已经证明特别有利的是，冲击机构产生的冲击经由驱动轴传递至关闭元件。由于驱动轴和关闭元件自身质量较小，与将冲击施加于剂量分配单元的壳体所需的冲击能相比，本发明所需的冲击能小得多。因而，冲击机构和驱动单元的机械部件可以设计为具有相对较小的尺寸，并且剂量分配装置整体的机械部件的磨损可以降低。此外，对于例如用于控制和调节剂量分配装置以及用于测定分配到目标容器中的物质质量的测力单元等周边装置的影响小得多，对收集测量值的过程的干扰也小得多。此外，对于剂量分配装置所安装的基础结构的减震要求也因此大大地降低。
作为产生冲击的手段，冲击机构优选地具有张紧机构和操纵杆。一旦操纵杆被张紧机构释放，操纵杆就被冲击弹簧或关闭弹簧加速。决定于加速方向，操纵杆可以与形成于驱动轴上的冲击表面区域碰撞，或者与例如属于冲击幅度调节装置的止挡碰撞。冲击产生通过驱动轴传递至关闭元件的冲击波，冲击波使关闭元件非常快速并以相对于距开启的距离非常小的量位移。由于该位移产生大的剪切力，因此至少使剂量物质与关闭元件的表面瞬时分离。由于在输送通道横截面中附着表面积因此减小，在重力和连续几次冲击的影响下可以将剂量物质输送到外部。
为了获得更高的冲击能，操纵杆可以另外包括质量锤。
优选的是，在操纵杆上布置有至少一个间隙调节装置，具体地说为间隙调节螺钉，所述间隙调节装置用于为操纵杆与冲击表面区域之间的冲击运动设定间隙。通过调节冲击运动的自由间隙，由于如此可以改变操纵杆的加速距离，因此可以设定冲击能。
此外，冲击机构还可以包括冲击幅度调节装置，具体地说为操纵杆的可调端部止挡。该端部止挡用于限制冲击运动的幅度。这一方面影响冲击能，另一方面允许对通道横截面的开口误差设定极限。开口误差因为冲击所导致的关闭元件相对于壳体的轴向位置的瞬时变化而产生，并且具有如下效果：在较短时间间隔中设定比对应于驱动单元前移的设置的横截面更大的通道横截面。通过限制冲击幅度，可以预计开口误差并且可以通过减小驱动单元的前移量来考虑该开口误差。如果冲击幅度调节装置本身具有较高弹簧常数的弹性特性，那么在紧随冲击之后将沿着相反方向产生非常高的加速度。这导致更多剂量材料本身与关闭元件分离。
冲击幅度调节装置以及间隙调节装置可以配备有进行自动调节的致动器。
代替具有操纵杆的张紧机构，冲击机构可以具有与驱动轴相连的冲击传递部件以及靠置在容置装置上的冠状套筒。通过冲击传递部件跟随形成于冠状套筒上的锯齿外形的锯齿状轮廓的运动可以产生冲击，并将冲击传递至驱动轴。
上述冲击机构的冲击频率由驱动轴的转速决定。在一些类型粉末的分配过程中，这可能导致剂量分配单元的输送速度降低。因此作为优选设计，冠状套筒被支承在容置装置上从而可以被驱动而旋转。利用驱动冠状套筒旋转的驱动马达，可以自由地选择驱动轴与冠状套筒之间的相对转速。
术语“冠状套筒”还包括冠状齿轮和具有冠状外形的直线构造的装置，例如齿条，合适的器具可以跟随该齿条的齿形以产生冲击。
虽然本发明使得不需要使用传感器，当然可以设置用于监视离合器接合的传感器。该传感器可以用于将反馈信号发送至控制调节单元以确认关闭元件与驱动轴正确地连接。传感器信号还可以用于检测零点。该零点表示正好在出料口的开口横截面不再为零之前，关闭元件相对于剂量分配单元的壳体的轴向位置。在使用不同高度的剂量分配单元并且各自的离合器接合位置互不相同的情况下，这一点是重要的。
由于驱动轴的直线移动的范围受限，传感器可以检测驱动轴相对于端部止挡的位置。于是，驱动轴同时还用作传感器的传感元件。如果驱动单元采用合适的构造，则可以最佳地借助于驱动机构的壳体来保护传感器，以避免传感器受到不利影响以及受到剂量物质的污染，而只有驱动轴暴露于这些影响因素。
作为在防止无意开启出料口方面实现更高安全性的手段，剂量分配单元的关闭元件可以设计为具有圆柱形外形，并且可以具有至少一个用于关闭出料口的关闭部分。关闭元件可以具有与该关闭部分相邻的用于将剂量物质输送至外部的输送部分，其中输送部分具有至少一个从圆柱体的外周凹入的表面凹陷部。
于是，圆柱形关闭元件具有圆柱形关闭部分，该关闭部分可以在出料口中直线移动，并且由于该关闭部分的轴向长度而提供了使关闭元件不容易意外开启的可能性。此外，由于在这种情况下关闭元件的相关轴向移动不会导致出料口开启，该圆柱形关闭部分使得有可能在关闭状态下也将冲击施加给关闭元件。在关闭状态下冲击关闭元件的可能性具有如下优点：可以震掉例如带有静电并且附着在关闭元件下侧的粉末状颗粒。
决定于冲击机构的设计，冲击使驱动轴相对于移动方向产生不同水平的加速度。在下面，由冲击机构或者在某些情况下由关闭弹簧产生的关闭元件的最大可能加速度称为峰值加速度。于是，决定于冲击机构的设计，峰值加速度可能例如仅仅在一个方向上产生，而在相反方向上产生低得多的加速度水平。通过利用不同剂量物质进行大量实验，可以实现逆着重力方向作用于关闭元件上的峰值加速度在某些粉末中产生的输送速度高于峰值加速度沿着与重力相同方向的情况。这可以通过如下事实来解释：如果峰值加速度逆着重力方向，那么填充上述凹陷部的剂量物质因为其惯性而更容易从凹陷部脱落并且更好地与关闭元件分离。如果峰值加速度沿着与重力相同方向，这些粉末更容易变密实，并因此更加牢固地粘附在凹陷部中。
如上所述，峰值加速度对输送速度具有决定性影响。由于关闭弹簧，特别是其弹力是峰值加速度的控制因素，因此可以在剂量分配单元中安装与剂量分配单元中容纳的剂量物质的特性匹配的关闭弹簧。通过适当设计关闭弹簧的尺寸和/或通过采用不同初始张力量偏压关闭弹簧，可以获得不同的弹性特性。通过上述冲击幅度调节装置的影响可以进一步提高输送速度性能。
对于很多粉末还可以观察到，当关闭元件缩入出料口中时，已经仅仅部分地从凹陷部脱离的剂量物质会被出料口的边缘捕捉到并且扫出凹陷部。
不言而喻的是，剂量分配单元中容纳的剂量物质不限于粉末，而是还可以为膏状物或液体。
对于离合器，有各种可分离的形状锁定或接触力类型的离合器，诸如摩擦离合器、齿式离合器等。特别有利的是，使用异型插塞连接器，该连接器例如具有与符合标准EN DIN ISO 14583的螺栓类似的离合器部分的外形。
根据该标准，根据本发明的剂量分配装置的驱动轴可以包括具有六角轮廓的连接部分，关闭元件可以包括具有匹配的内六角轮廓的连接部分。
使用本发明的剂量分配装置准备分配过程的方法可以包括如下步骤：
a.在第一步骤中，将驱动单元设置在用于插入剂量分配单元中的位置，
b.在第二步骤中，将剂量分配单元设置在容置装置中，
c.在第三步骤中，在朝向剂量分配单元的方向上沿着直线位移路径移动驱动单元，驱动轴的离合器部分与关闭元件的离合器部分接合，传感器检测离合器接合的完成并且将指示剂量分配装置准备操作的信号发送至控制调节单元。
附图说明
在对附图所示实施方式所做的说明中描述了根据本发明的剂量分配装置的细节，在附图中：
图1以剖视图示意性地示出剂量分配装置的第一实施方式，其中，驱动轴未与关闭元件相连；
图2以剖视图示出驱动轴与关闭元件相连的图1所示剂量分配装置；
图3以剖视图示意性地示出剂量分配装置的第二实施方式，其中，驱动轴未与关闭元件相连；
图4以剖视图示意性地示出剂量分配装置的第三实施方式，其中，驱动轴未与关闭元件相连；
图5以剖视图示出驱动轴与关闭元件相连的图4所示剂量分配装置；
图6以剖视图示意性地示出剂量分配装置的第四实施方式，其中，驱动轴未与关闭元件相连；
图7采用沿纵剖面将壳体切开的三维视图示出关闭元件处于开启位置的剂量分配单元；
图8示意性地示出在离合器接合、开启和关闭出料口以及离合器脱离的阶段中图3和图4所示剂量分配装置的不同元件所执行的运动序列。
具体实施方式
图1以剖视图示出第一实施方式的剂量分配装置100。剂量分配装置主要包括容置装置110和驱动单元130。示意性地显示为具有支承件111的容置装置110搁在诸如工作台等支承座上。容置装置110还包括两个直线导轨112，可以沿着这两个直线导轨112以直线移动的方式引导驱动单元130的支架131。
不言而喻的是，为了使驱动单元130能相对于容置装置110进行直线移动，需要在驱动单元130和容置装置110之间布置适当的驱动源。举例来说，这种驱动源可以是自持(独立式)主轴驱动器。术语“自持”是指机械系统的如下特性，即，不会由于外部影响因素(例如，在重力的影响下)而产生运动，而是只有当驱动源被启动时才会产生运动。在本发明中，仅仅通过主轴驱动器的主轴旋转才能实现直线移动或者更准确地说移近至驱动单元所在的位置以及开启和关闭出料口的运动。选择主轴驱动器的运动比，具体地说即选择主轴螺纹的螺距，从而使得主轴和主轴螺母之间的摩擦力大于驱动单元130的重力。
驱动单元130包括马达132，马达132布置在直线导轨112之间且与支架131相连。对于马达132而言，可以采用大多数商业上可以获得的电机、步进电机、齿轮马达、气动马达或液压马达。传动(take-along)套筒133与马达132的马达轴相连，传动套筒133通过传动辊轴134将马达132的力矩传递给驱动轴135，驱动轴135被约束在传动套筒133中，可以进行直线移动且能被驱动而进行旋转运动。驱动轴135的旋转轴线基本上朝向竖直方向。
在该实施方式中，传动辊轴(销)134带有四个被可旋转地支承的辊136、137。靠近旋转轴线布置的内辊136同时还保持在槽138中并用于传递马达的转矩，槽138沿着与旋转轴线垂直的方向横穿传动套筒133。此外，槽138的纵向延伸沿着朝向马达132的方向形成上端止挡部139并沿着背离马达的方向形成下端止挡部140，从而限定了驱动轴135沿轴线方向直线移动的范围。此外，在传动辊轴134和传动套筒133之间设置有偏压弹簧142，偏压弹簧142布置成将内辊136推压在下端止挡部140上。因此，当驱动轴处于未连接状态时，驱动轴135的背离马达的端部一直处在相对于支架131的受限位置处。
外辊137用来将冲击传递给驱动轴135。通过与支架131刚性连接的冠状套筒141产生这些冲击。由于驱动轴135的旋转，外辊137跟随冠状套筒141的齿形冠状外形的轮廓，所以通过与驱动轴135刚性连接的传动辊轴134将振动或冲击施加给驱动轴135。因此，驱动轴135每旋转一周的冲击次数取决于冠状外形的齿数。可以通过设计冠状外形和驱动轴135的转速来选择单次冲击的冲击能。
图1示出处于操作状态的剂量分配装置100，即剂量分配单元120被设置在容置装置110中的适当位置处。剂量分配单元120包括壳体123、关闭元件122和关闭弹簧121。关闭弹簧121使关闭元件122保持在关闭位置，直到驱动轴135施加的推压力克服关闭弹簧121的弹力为止。在关闭位置处，关闭元件122关闭壳体123中形成的出料口124。在下文对图7进行描述时将更详细地说明剂量分配单元120的结构和功能以及关闭元件122的设计。
优选的是，将冠状外形设计为锯齿形式，以至于通过冠状外形的上升面使弹簧件(例如剂量分配单元120的关闭弹簧121)进入压紧状态，而几乎竖直下降的面将弹簧件从其拉紧偏压状态释放。如此设计的冠状外形限定了从动件的方向(即转动方向)，但是允许关闭元件122在下降面处获得非常高的加速度。
位置指示环143布置在传动辊轴134上，通过位置指示环143可以检测驱动轴135相对于支架131的瞬时位置。优选的是，通过诸如光学、电感式或声学传感器等传感器113完成所述检测。对位置进行监控具有各种优点。举例来说，如果采用不同高度的剂量分配单元120，则可以以简单的方式监控离合器接合，特别是可以建立系统的零点。该零点表示关闭元件122相对于壳体123的开启运动的起始点，因此准确地说是内辊136开始与上端止挡部139接触和/或外辊137开始与冠状套筒141接触时的位置。当然，如果接触压力极小，因此滑动区没有磨损或者磨损非常小，则可以采用具有四个滑动区的简单滑动件来代替传动辊轴134和辊136、137。
在图2中再次以剖视图示出了图1所示的剂量分配装置100，其中驱动轴135与关闭元件122相连。支架131前移到如下位置，即，已通过零点，并且在关闭元件122上形成的凹部125位于出料口中以开启出口通道横截面，这使得容纳在壳体123内部的剂量物质900能够从剂量分配单元120流出。
在描述其它附图时，以相同的附图标记表示的部件在与图1和图2所示的部件基本上相同。
如图2清楚显示，关闭弹簧121的弹力推动外辊137靠在冠状套筒的冠状外形上，从而克服了重力和偏压弹簧142的弹力所引起的抵抗力。只要使驱动轴135旋转，通过传动辊轴134与驱动轴相连的外辊137就会跟随冠状外形的轮廓，由此将产生驱动轴135的振动式直线移动并且该直线移动被传递给关闭元件122。
图3以剖视图示意性地示出第二实施方式的剂量分配装置200，其中驱动轴135未与关闭元件122相连。代替通过螺钉与支架131刚性相连的冠状套筒，第二实施方式具有设计为可以响应旋转驱动源而旋转的冠状套筒241。冠状套筒241通过旋转式止推轴承214抵靠支架131，并且可以由马达215驱动。在图示实施方式中，可以响应旋转驱动源而旋转的冠状套筒241被布置为与驱动轴135同轴对齐。然而，这并不是绝对要求的；冠状套筒241的旋转轴线还可以布置为与驱动轴135的中心纵轴线成任意角度。为了产生冲击，并非必须使该实施方式中的驱动轴135进行旋转运动，而是可以根据需要分别选择驱动轴135的旋转和冲击频率。
驱动轴135和关闭元件122的旋转可以导致磨碎出料口区域中的粉末状微粒。尤其是对于容易受破坏的粉末，例如药品的活性成分，由于表面积增大或者表面结构受到破坏，活性成分的药效可能会因为仅仅粉末颗粒的磨碎而发生巨大变化。采用具有可以响应旋转驱动源而旋转的冠状套筒241的第二实施方式，可以很大程度地避免这种后果。
冲击的强度及其时间间隔和幅度决定于旋转速度以及冠状外形。该因素大大地限制了冲击能的可调节性。为了提供可以更好地适应剂量材料的剂量分配装置，提出了如图4至图6所示的变形实施方式。
图4以剖视图示意性地示出第三实施方式的剂量分配装置300，其中驱动轴135未与关闭元件122相连。代替冠状套筒和外辊，第三实施方式配备有冲击机构360。
冲击机构360包括操纵杆367和张紧机构361，张紧机构361的冠状轮362受马达驱动。操纵杆367的第一端被可枢转地支承在支架331上，操纵杆367的相对的第二端带有接触辊368，张紧机构361的动作传递至接触辊368。在驱动轴135上形成有冲击表面区域336。在将驱动轴135连接到关闭元件122上的过程中，使驱动轴135相对于传动套筒333沿直线移动，直到冲击表面区域336接触间隙调节装置365为止，从而推动操纵杆367的接触辊368与张紧机构361的冠状轮362接触。随着支架331的进一步前移，因为接触辊368靠置在冠状轮362上，驱动轴135不能逆着支架的移动方向进一步移动，结果，关闭弹簧121的弹力被克服，并且开启出料口124。
一旦马达使冠状轮362旋转，接触辊368就跟随冠状外形的轮廓并经由操纵杆367将如此产生的冲击传递至驱动轴135。采用冲击幅度调节装置366，在接触辊368到达冠状外形凹槽的底部之前，通过使操纵杆367靠置在冲击幅度调节装置366上，可以限制冲击幅度。
图5以剖视图基本上示出图4的剂量分配装置300，其中驱动轴135与关闭元件122相连。与图4相对照，很容易明白关闭弹簧121如何将接触辊368推压在冠状轮362上。一旦冠状轮362开始旋转，接触辊368就跟随冠状轮362的冠状外形，从而产生冲击，该冲击经由操纵杆367传递至驱动轴135和关闭元件122。如图中进一步示出，冲击幅度调节装置366与调节致动器390相连，该调节致动器使得能够在操作中调节冲击能和冲击幅度。冲击幅度调节装置366本身具有较高弹簧常数的弹性特性，在图5中由形成于支架331中的厚度缩小的挠性部分369示意性地表示。与鞭梢类似，由于冲击幅度调节装置366的该弹性特性，使得紧随冲击之后操纵杆367、驱动轴135和关闭元件122沿着相反方向产生非常高的加速度。这导致更多剂量材料本身与关闭元件122分离。
一旦驱动轴135与关闭元件122相连，支架331沿着前移方向的进一步移动将使关闭元件122相对于壳体123移位，并且开启出料口124。当然，还可能使冠状轮362是沿着竖直直线路径可调节的。这种调节的可能性可以用于开启出料口124或者对出料口124的横截面进行微调。在该情况下，可以降低对于支架331的驱动机构(图中未示出)的需求。特别是可以降低对于支架前移驱动器的定位精度的要求。
同样，间隙调节装置365当然也可以配备有致动器，从而使得在剂量分配装置300的操作中还可以进行单独的调节。
上述实施方式全部都具有以如下方式对驱动轴施加冲击的冲击机构：即，使每种情况下的峰值加速度都朝向与重力方向相反的方向。下面描述如下的剂量分配装置设计：其中，冲击机构使驱动轴产生方向与重力方向相同的峰值加速度。
图6以剖视图示意性地示出第四实施方式的剂量分配装置400，其中驱动轴135未与关闭元件122相连。代替冠状套筒和外辊，第四实施方式配备有冲击机构460。冲击机构460包括张紧机构461，该张紧机构用于逆着重力和冲击弹簧464弹力的合力偏压质量锤463，并随后释放质量锤。为了引导质量锤463的运动，将质量锤刚性地连接到操纵杆467上，该操纵杆具有与支架431可枢转地连接的第一操纵杆端和载有接触辊468的第二操纵杆端，张紧机构461的动作传递至接触辊468。当然，还可以想到其它引导质量锤463运动的方式，例如采用直线导轨。
图6所示的张紧机构461主要包括马达和冠状轮462。当然，还可以使用其它方案来实现质量锤463的张紧和释放。在张紧机构461已经释放质量锤463之后，重力和冲击弹簧464弹力的合力将使质量锤朝向形成于驱动轴135上的冲击表面区域436加速，直到质量锤与冲击表面区域436碰撞并且在驱动轴135中产生冲击波为止。
质量锤463优选地具有至少一个用于调节质量锤463与冲击表面区域463之间的冲击间隙的间隙调节装置465，具体地说即可以锁定在固定位置的间隙调节螺钉。通过调节冲击间隙，因为质量锤463的加速距离可以以间隙的增大量变化，因此可以调节质量锤463的冲击能。
此外，冲击机构460还可以包括冲击幅度调节装置466，具体地说即质量锤463的可调端部止挡。该端部止挡用于限制冲击运动的幅度。这一方面影响冲击能，另一方面允许对出料口124的通道横截面的开口误差设定极限。开口误差因为冲击所导致的关闭元件122相对于壳体123的轴向位置的瞬时变化而产生。通过限制冲击幅度，可以预计开口误差并且可以通过减小支架431和驱动轴135的前移量来考虑该开口误差。
驱动轴135被约束在与图4所示传动套筒类似的传动套筒433中，可以进行直线移动。传动套筒433同样由马达432驱动。
图示各实施方式中的驱动轴的旋转轴线朝向竖直方向。不言而喻，驱动轴相对于竖直方向以任何期望的角度布置的本发明的实施方式也是可行的。
图7示出剂量分配单元120，其中关闭元件122以三维视图示出，剂量分配单元120的壳体123沿纵剖面切开。出料口124部分地开启。关闭元件122具有圆柱形的形状，并且沿着剂量分配单元120的中心纵轴线129延伸。关闭元件122设计为能够围绕中心纵轴线129旋转并且能够沿着中心纵轴线129直线移动。头部128相对于操作位置位于关闭元件122的上端，在头部128中形成有离合器半部126，该图6中该离合器半部由六角盲孔构成。驱动轴(在该图中未示出)可以插入该离合器半部中。
关闭弹簧121布置在头部128和壳体123之间，在非连接状态下，通过该关闭弹簧121的弹力将关闭元件122保持在关闭位置，此时形成于关闭元件122上的凸缘127靠置在壳体123上，从而限定剂量分配单元120的关闭位置。
关闭元件122具有设计成圆柱形的关闭部分621，该关闭状态下，该关闭部分通过精确的配合截止出料口。在分配物质的位置中，出料口124至少部分地开启，并因此形成代表有效孔口的通道开口。在该情况下，关闭元件122的邻近关闭部分621设置的输送部分622到达出料口124中。
圆柱形关闭部分621沿中心纵轴线129越长，在离合器的接合状态中剂量分配单元120就越不容易意外地开启。此外，将关闭部分621设计为较长使得即使在出料口124关闭的情况下也可以将冲击施加给关闭元件122，而出料口124不会因为冲击而开启。此外在关闭出料口的过程中一些剂量物质还可能发生聚积并且滞留在凸缘127与壳体123之间，从而使得关闭元件122不能相对于壳体123完全地返回到初始关闭位置。通过将关闭部分621设计为较长，同样可以解决因为剂量物质滞留而导致剂量分配单元120不能再次完全关闭的问题。
在输送部分622中，关闭元件122具有为凹陷部125的形状的表面凹陷。凹陷部125的表面是连续的并且形成输送表面区域624。该实施方式中的关闭部分621相对于操作位置位于输送部分622下方，这意味着关闭部分621形成关闭元件122的底端。于是，形成关闭元件122底端的端面可以在齐平对准的状态下关闭剂量分配单元120的出料口124。该实施方式中的出料口124的直径大致等于关闭部分621的直径，因此关闭元件122可以以精确的配合移动进出出料口124，从而可以完全地关闭出料口124。
图8示意性示出在图3和图4所示的剂量分配装置的离合器接合、开启、关闭和离合器脱离循环中，不同元件进行移动的时间分布ZC、ZT、ZR、ZV以及出料口的横截面变化AV的时间函数。时间分布ZC、ZT、ZR、ZV被细分为阶段A至H。在时间分布ZC、ZT、ZR、ZV的曲线图下方，示出图7所示剂量分配单元120在每一阶段的剖视图，其中关闭元件122的位置是各阶段的代表性位置。
分布曲线ZC示出支架移入和移出操作位置的移动。在阶段A中，由于关闭元件122和驱动轴135还没有相互连接，可以将剂量分配单元120设置在容置装置(图中未示出)中。在阶段B中，支架朝向剂量分配单元120前移，从而使得如驱动轴的分布曲线ZR所示，驱动轴135接近剂量分配单元120。优选的是，为了有助于离合器接合，驱动轴135同时还进行旋转。如图1至8所示，在使用可插拔的形状锁定离合器连接关闭元件122与驱动轴135的情况下，这一点尤其重要。假定例如仅仅在彼此间隔60°的离散旋转位置处，驱动轴的六角轮廓才可以插入内六角轮廓中，这里，驱动轴135的最低转速决定于支架朝向操作位置前移的速度、以及驱动轴135在与支架前移相反的方向上的受限直线移动量。朝向阶段B的终点到达接合点ZK，如图4和图5可以看出，这意味着驱动轴135与关闭元件122连接，并且驱动轴135将设置在操纵杆上的接触辊推压在冠状外形上。驱动轴135的重量现在支承在关闭弹簧121上。如阶段B所示，决定于支架在其前移运动中的位置，接触辊逐渐地跟随冠状外形的轮廓，从而产生冲击机构的冲击并且将冲击传递至驱动轴135。为了更好地示出运动分布ZC、ZT、ZR、ZV如何进行，与支架的前移运动的时间分布ZC相比，在图8中示出的冲击机构产生的冲击的时间分布ZT被夸大很多。如图8中的关闭元件的运动分布ZV所示，一旦冲击机构产生冲击，该冲击就传递至与驱动轴135连接的关闭元件122。然而，因为冲击的幅度较小，此时出料口124还没有开启。
在阶段C中，支架没有发生前移运动。如果剂量分配单元120中的剂量物质需要在分配过程之前例如通过搅拌或振动进行调整，则可能需要支架进行前移运动。当然，支架也可以无中断地进行前移运动，在该情况下，阶段D紧跟在阶段B后面。
在阶段D中，支架继续朝向剂量分配单元120前移，但是由于驱动轴135现在抵靠在操纵杆上并且接触辊抵靠在冠状轮上，驱动轴135不能沿着与支架前移运动相反的方向进一步移动。因此驱动轴135沿着朝向剂量分配单元120的方向继续移动，更准确地说，由于关闭弹簧121正在受到压缩，开启阶段启动，出料口124开启并且开口横截面AV增大。在图8所示的阶段D中，出料口124的开启存在延迟S，该延迟是由关闭元件122的关闭部分的长度X所引起的。
在阶段E中，剂量分配单元120的出料口124完全开启，这意味着此时只产生开口横截面AV的纯振荡式振动，该振动由冲击机构的冲击频率决定。
一旦剂量物质的分配量接近目标量，如阶段F所示，支架沿着前移运动的相反方向的运动就启动，更具体地说，即关闭运动启动。支架沿着前移运动的相反方向的运动分布ZC显示为图8中曲线的非线性段。这旨在举例说明开启运动和关闭运动并非一定为线性函数。在到达离合器接合点的时刻之前，决定于关闭部分的长度X，出料口124关闭。
在阶段G中，剂量分配装置具有与阶段C相同的初始位置。作为示例，如果颗粒粘附在关闭元件122的底面上，通过冲击机构产生的冲击，可以振动颗粒从而使其从关闭元件122脱离。阶段G可以是通过阶段D至F进一步输送剂量物质的初始位置。如果不再分配剂量物质，则可以通过使支架沿着前移运动的相反方向移动来使关闭元件122与驱动轴135分离。
虽然已经通过提供具体实施方式描述了本发明，但是不言而喻的是，例如通过将各个实施方式的特征相互组合和/或通过互换各个实施方式各自的功能单元，可以根据本发明的教导产生多种进一步的变形实施方式。具体地说，可以想到具有作用于驱动轴上以及例如还作用在剂量分配单元的壳体上的两个或更多个冲击机构的实施方式。同样还可以想到冲击机构具有两个张紧机构或者至少两个冠状轮或冠状套筒。与可手动释放的离合器以及双稳态关闭弹簧相结合，这种冲击机构能够获得沿着和逆着重力方向的高加速度。因此，这种组合和可选方案也被认为是本发明的一部分。
附图标记列表：
400、300、200、100剂量分配装置
110容置装置
112直线导轨
113传感器
120剂量分配单元
121关闭弹簧
122关闭元件
123壳体
124出料口
125凹部，凹陷部
126离合器半部
127凸缘
128头部
129中心纵轴线
130驱动单元
431、331、131支架
432、332、215、132马达
433、333、133传动套筒
134传动辊轴
135驱动轴
136内辊
137外辊
138槽
139上端止挡部
140下端止挡部
241、141冠状套筒
142偏压弹簧
143位置指示环
214旋转轴承
436、336冲击表面区域
460、360冲击机构
461、361张紧机构
462、362冠状轮
465、365间隙调节装置
466、366冲击幅度调节装置
467、367操纵杆
468、368接触辊
369厚度缩小的挠性部分
390调节致动器
463质量锤
464冲击弹簧
621关闭部分
622输送部分
624输送表面
900剂量物质
S延迟
X关闭部分621的长度
AV出料口的开口变化
ZC支架运动的运动分布
ZK离合器接合完成点
ZR驱动轴运动的时间分布
ZT冲击机构运动的分布
ZV关闭元件运动的分布

Claims (17)

1、一种剂量分配装置(100，200，300，400)，包括至少一个用于剂量分配单元(120)的容置装置(110)，以及至少一个驱动单元(130)，其中，驱动单元(130)包括驱动轴(135)，剂量分配单元(120)包括至少一个出料口(124)和至少一个布置在出料口(124)中的关闭元件(122)，在剂量分配装置(100，200，300，400)的操作状态下，所述关闭元件(122)可与驱动轴(135)连接；由于关闭元件(122)可在出料口(124)中沿着关闭元件(122)中心纵轴线(129)直线移动，并且由于关闭元件(122)的形状设置，出料口(124)的开口横截面在关闭位置和最大开启位置之间是变化的，
所述剂量分配装置(100，200，300，400)的特征在于，用于实现所述连接并且实现所述出料口(124)的开启的驱动单元(130)可朝向剂量分配单元(120)以直线运动方式前移，剂量分配单元(120)的关闭元件(122)由关闭弹簧(121)保持在关闭位置，直到关闭元件(122)与驱动轴(135)之间的离合器接合过程完成为止；为了防止在所述离合器接合过程中出料口(124)过早开启，驱动轴(135)可在与驱动单元的所述前移运动相反的方向上相对于驱动单元(130)进行受限的直线移动。
2、根据权利要求1所述的剂量分配装置(100，200，300，400)，其特征在于，关闭元件(122)和驱动轴(135)设计成可受驱动而进行旋转运动。
3、根据权利要求1或2所述的剂量分配装置(300，400)，其特征在于，剂量分配装置(300，400)包括冲击机构(360，460)，该冲击机构(360，460)的冲击可传递至关闭元件(122)，而与关闭元件(122)相对于出料口(124)的瞬时位置无关，并且与关闭元件(122)的开启运动或关闭运动无关。
4、根据权利要求3所述的剂量分配装置(300，400)，其特征在于，冲击机构(360，460)产生的冲击可经由驱动轴(135)传递至关闭元件(122)。
5、根据权利要求3或4所述的剂量分配装置(300，400)，其特征在于，冲击机构(360，460)包括张紧机构(361，461)和操纵杆(367，467)。
6、根据权利要求5所述的剂量分配装置(300，400)，其特征在于，驱动轴(135)具有冲击表面区域(336，436)，操纵杆(367，467)具有至少一个间隙调节装置(365，465)，具体地说为间隙调节螺钉，所述间隙调节装置(365，465)用于调节操纵杆(367，467)与冲击表面区域之间的冲击间隙。
7、根据权利要求3至6中任一项所述的剂量分配装置(300，400)，其特征在于，冲击机构(360，460)包括冲击幅度调节装置(366，466)，具体地说为操纵杆(367，467)的可调端部止挡。
8、根据权利要求7所述的剂量分配装置(300，400)，其特征在于，冲击幅度调节装置(366，466)和/或间隙调节装置(365，465)包括调节致动器(390)。
9、根据权利要求3至8中任一项所述的剂量分配装置(300，400)，其特征在于，操纵杆(367，467)上布置有质量锤(463)。
10、根据权利要求3或4所述的剂量分配装置(100，200)，其特征在于，冲击机构包括与驱动轴(135)相连的冲击传递部件以及由容置装置(110)支承的冠状套筒(141，241)，通过冲击传递部件跟随形成于冠状套筒(141，241)上的锯齿轮廓可产生冲击，并将冲击传递至驱动轴(135)。
11、根据权利要求10所述的剂量分配装置(200)，其特征在于，冠状套筒(241)被支承在容置装置(110)上从而可被驱动而旋转。
12、根据权利要求1至11中任一项所述的剂量分配装置(100，200，300，400)，其特征在于，设置有用于监视离合器接合过程的传感器(113)。
13、根据权利要求1至12中任一项所述的剂量分配装置(100，200，300，400)，其特征在于，剂量分配单元(120)的关闭元件(122)设计为具有基本圆柱形外形，并且包括用于关闭出料口(124)的关闭部分(621)，还包括与该关闭部分(621)相邻布置的用于输送剂量物质(900)的输送部分(624)，输送部分(624)设置有至少一个从圆柱体的外周凹入的凹陷部(125)。
14、根据权利要求1至13中任一项所述的剂量分配装置(100，200，300，400)，其特征在于，剂量分配单元(120)中容纳的剂量物质(900)为粉末、膏状物或液体。
15、根据权利要求1至14中任一项所述的剂量分配装置(100，200，300，400)，其特征在于，关闭弹簧(121)，更具体地说，关闭弹簧的弹力，与剂量分配单元(120)中容纳的剂量物质(900)的特性匹配。
16、根据权利要求1至15中任一项所述的剂量分配装置(100，200，300，400)，其特征在于，驱动轴(135)包括具有六角轮廓的连接部分，关闭元件(122)包括具有与所述六角轮廓匹配的内六角轮廓的连接部分。
17、一种将权利要求1至16中任一项所述的剂量分配装置(100，200，300，400)设置于使剂量分配装置准备分配物质的状态的方法，其特征在于，
a.在第一步骤中，将驱动单元(130)设置在用于插入剂量分配单元中的位置，
b.在第二步骤中，将剂量分配单元(120)设置在容置装置(110)中，
c.在第三步骤中，在朝向剂量分配单元(120)的方向上沿着直线位移路径移动驱动单元(130)，使驱动轴(135)缓慢旋转，直到驱动轴(135)的离合器部分与关闭元件(122)的离合器部分接合，传感器(113)检测离合器接合的完成并且将指示剂量分配装置(100，200，300，400)准备操作的信号发送至剂量分配装置(100，200，300，400)的控制调节单元。
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