CN101391657A - 剂量分配装置和带有静电封闭装置的剂量分配单元 - Google Patents

Abstract

一种用于存储和分配粉末状或颗粒状配料的剂量分配单元，其包括具有至少一个用于配料的容器空间的外壳和连接于容器空间的出口。该剂量分配单元还包括至少一个静电凝结装置，其能够影响出口内由配料构成的封闭塞和/或由配料构成的孔挡板的构建和/或破碎。静电引力和配料的凝聚使得由配料构成的封闭塞或孔挡板构建，从而导致出口的封闭或变窄。

Description

剂量分配装置和带有静电封闭装置的剂量分配单元

技术领域

本发明涉及用于粉末状或颗粒状配料的剂量分配装置。

背景技术

这种类型的剂量分配装置特别地用于以极高精度测量进入小型目标容器中的少量物质如有毒物质。这种目标容器常常被置于天平上从而对剂量分配装置输送的物质量进行称重，这样可根据给定的目的对其进一步操作。

将被分配的物质例如可保存在配有剂量分配头的源容器内。优选将被分配至外部的物质穿过剂量分配装置上的一个小口，这样可以较小的孔截面将物质填充进容器内。

用于干燥和/或粉末状散装材料如染料的剂量分配装置属于现有技术并且已被使用。例如美国专利US 5,145,009中，描述了一种用于输送配料的装置，其包括在上侧具有可封闭出口的源容器。作为封闭元件的是圆锥形阀体，其直径在向上的方向上逐渐减小并且可被竖直降低以打开出口，当在其开放位置时其旋转并且具有朝出口方向推送配料的装置。该源容器还被源容器顶部从后者突起的驱动杆横过并且连接于驱动装置。在剂量分配期间，将被填充的目标容器位于天平上，其称重信号被导向封闭元件的驱动装置内的处理单元。通过使用天平测量被传输的配料量，封闭元件在达到目标重量的正确时刻封闭。

前述的剂量分配装置具有一个缺陷：在剂量分配过程期间它可碾碎配料。但是，这种碾碎效果在生物科技制造活性物质中是绝对不希望见到的，因为特别是这些物质的表面结构是其有效性的关键因素。特别是在新活物质的发展阶段，这些表面结构不能被破坏，否则会导致试验得到错误结果。

为避免这种缺陷开发了多种剂量分配系统。这些剂量分配系统还包括例如美国专利US 7,134,459B2公开的剂量分配装置，其带有类似皮下注射器的剂量分配单元，借助真空从容器中吸取粉末并且借助过压将粉末推进目标容器。但是，这种类型的剂量分配装置仅适合于以克为数量级的较大剂量，非常不准确，并且可用其进行分配的粉末类型极其有限。

此处术语中粉末类型指的是多种特性如粒径、流动性、粘性等彼此不同的多种粉末。

美国专利US 6,340,036公开了一种剂量分配装置，其出口被配料本身封闭。在出口内设置了一个环形的半透膜，将空间与出口隔开。封闭塞的构建是通过在空间内设置真空实现的，同时封闭塞的破碎是通过压力的释放实现的。在抽吸装置的致动后，颗粒被吸附到某一点，于此处在半透膜上构建为几乎不透气的层，从而形成封闭出口的封闭塞。

在美国专利US 7,134,459B2中描述的剂量分配装置的情形一样，美国专利US 6,340,036B1描述的剂量分配装置仅适用于分配有限类型的粉末，并且最糟的情形是根据其特性如粒径、流动性、粘性等设计的半透膜只能用于仅一种粉末。也就是说，如果具有极小颗粒的粉末被分配，半透膜的孔会被堵塞并且甚至压力释放时也不能再次破碎松散。特别是具有坚硬、尖缘的粉末颗粒会发生这种情形。如果分配极大尺寸范围的颗粒，这种剂量分配装置将使得最小的颗粒穿过孔并且导致损害特别是对用于产生过压的系统的污染。此外，当封闭塞被压力释放所瓦解时，大量配料从出口突然喷出，因此传输量很难被精确地控制。

为实现最精确剂量的传输，美国专利US 5,1450 09A中描述的封闭元件被设计为使得出口的孔截面可在调节的无级范围内变化。特别是对于较小出口的横截面，出口的物质流速变化不随着出口的横截面的变化成比例地变化，并且这些因素需要被考虑在剂量控制的算法内。这种类型的剂量分配系统的物质流速变化受到粉末特性如粒径、颗粒形状以及粉末凝结以及粘附于出口表面的倾向性等的决定性影响。作为额外的重大因素，一种相同类型的粉末的粉末特性可能在例如湿度改变的情形下产生巨大改变。因此，在剂量控制算法中普遍实施的一条规则就是：在传输了一定量的配料后，出口通过封闭元件被减小至只有很小一部分配料被传输出的程度并且当达到目标重量时出口被完全封闭。因此带有这种类型的剂量分配系统的剂量传输非常耗时。

发明内容

本发明的目的在于提供一种剂量分配单元或剂量分配装置，其使得粉末状的配料快速地以精确量被传输至目标容器并且不损坏材料。

通过独立权利要求1的特征实现该目的。

一种用于存储和分配粉末状或颗粒状配料的剂量分配单元，包括具有至少一个用于配料的容器空间的外壳和连接于容器空间的出口。剂量分配单元还包括至少一个静电凝结装置，其影响出口中由配料构成的封闭塞和/或由配料构成的孔挡板的构建和/或破碎。

因此，出口的封闭和变窄通过配料的静电吸附和凝结从而构建由配料构成的封闭塞或孔挡板来完成。为了更明确，吸附和凝结配料的静电操作装置被称为静电凝结装置。当然，很明显如果配料能够被充静电，剂量分配装置将令人满意地工作。大多数绝缘材料如有机化合物具有这些特性。为有助于那些不能被充静电的配料凝结，也可能添加能够静电凝结的惰性(inert)粉末，或者如果粉末颗粒是导电的，为其施加惰性绝缘涂层。

填充在容器空间内的配料可能已经在填充过程中被强力充电，因此它可形成封闭塞而不需致动凝结装置。在这种情形下，或者如果静电凝结装置关闭后封闭塞不自行瓦解，也可能使用静电凝结装置来瓦解封闭塞，如下所述。

在大多数具有良好流动性能的粉末中，封闭塞在静电凝结装置关闭后立即瓦解，从而出口被突然打开。一旦已经分配了目标量的粉末，静电凝结装置被致动从而同样突然地封闭塞形成并且出口封闭。这就决定性地简化了剂量控制算法，因为它不必然涉及出口孔横截面的连续变化及与其相关的问题。此外，突然的打开和关闭与带有机械封闭元件的剂量分配装置相比显著地缩短了剂量传输时间。

如果仅传输最小量的剂量，或者在非常易于流动的粉末和颗粒的情形下，为避免过多的物质被分配，也可仅部分地致动静电凝结装置，因此由配料构成的孔挡板自行建立并且使得出口变窄。剩余的出口现在继续使得物质以降低的速度外流。

所述至少一个静电凝结装置可包括至少一个电极，因此当对电极施加高电压时，配料的颗粒可被静电地吸附于凝结装置并且可被凝结。

一旦电极被通以直流电，颗粒被吸附并形成阻断出口的封闭塞，因此例如在重力的作用下没有配料可流出。根据配料的特性，可能在封闭塞构建后迅速将电极与电压电源分离，在某些情形下可能必须保持所施加的电压。一旦配料将被分配，电极可被设置在地电位，封闭塞瓦解，并且配料开始流出出口。如果将电极接地不足以使得封闭塞瓦解或各自碎裂，也可对电极施加交流电。

如果电极被通以例如负电压从而构建封闭塞，那么封闭塞的充电就是已知的。作为有助于颗粒流出或甚至从出口拔出封闭塞的方法，吸附充负电颗粒的正电性反电极可被设置在目标容器的底部。当然带有这种构型可能有助于借助被通以脉冲直流电的电极的分配过程。

用不同粉末的试验已经表明，大范围的粉末可用这种剂量分配技术进行操作。特别是带有极低湿度的配料很好地粘附于静电凝结装置。

关于用于剂量分配装置的静电凝结装置的设计和布置，有多种不同可能性。

在第一个实施例中，所述至少一个静电凝结装置可具有杆状并且可设置于外壳内，刚好在出口前面或在出口中。

在第二个实施例中，所述至少一个静电凝结装置可被设置于外壳的外部，刚好在出口前面或在出口中。使用设置于外壳外部并且朝出口定向的离子发生器做试验，该离子发生器的致动同样地导致封闭塞的构建。

在第三个实施例中，所述至少一个静电凝结装置可设置为围绕出口或在出口中的环状。

如果使用一个以上的静电凝结装置，前述的设计变型当然可彼此组合。例如，杆状电极可被设置在外壳内，并且环状电极设置在出口中。

此外，杆状静电凝结装置或杆状封闭元件可借助弹簧元件顶在出口上，从而紧紧地封闭出口。这就避免了当剂量分配单元被填充时和/或当其被设置进入剂量分配装置内时配料从出口不受控地流出。通过杆状静电凝结装置沿其中心纵轴并且逆弹簧力方向的直线移动，能够进行封闭塞和/或环状孔挡板的构建，并且/或者将出口设置成空闲。

所述杆状静电凝结装置或杆状封闭元件沿其中心纵轴的直线移动也可用于改变出口的孔截面。通过该方法，可能使得出口孔截面与将被分配的配料的特性相适应。还可能通过该方法精确地分配甚至最小量的配料。此外，通过减小出口孔截面，需要施加于电极的直流电可降低。

优选外壳还包括连接于容器空间的填充口，其可被封闭盖所封闭或连接于源容器。这就使得剂量分配单元毫无问题地填充以配料，并且因此配料不需要穿过大多数情形下极小的出口被推进容器空间。

为了能够从剂量分配单元传输配料，剂量分配装置需要至少一个驱动单元，至少一个处理单元和至少一个用于连续地测量分配的配料的测量单元。至少一个剂量分配单元可互换地连接于所述剂量分配装置。借助于所述处理单元，至少一个凝结装置可根据测量单元的测量信号被控制，从而可影响封闭塞和/或环状孔挡板的构建和破碎。

测量单元可为重量测量仪器如天平或称重模块，但也可为能够记录和测量目标容器的填充水平或已被分配的体积量的测量系统。

为有助于封闭塞或孔挡板的瓦解，记录分配装置的驱动单元包括至少一个作用于配料的致动器，特别是振动器或搅拌装置。

如果需要分配最小剂量的极易流动的配料，不是必须产生带有静电凝结装置或杆状封闭元件的孔挡板。驱动单元还包括连接于剂量分配单元的保持装置。保持装置可被如此设计从而可被倾斜单元倾斜，特别是考虑到了配料的流动特性。

附图说明

根据本发明的剂量分配单元和剂量分配装置通过附图示出的实施例进行描述，其中：

图1示出根据本发明的带有驱动单元、保持装置以及设置在保持装置内的剂量分配单元的剂量分配装置的透视图；

图2示出带有环形构造的静电凝结装置和杆状封闭元件的剂量分配单元的第一个实施例的剖面图；

图3示出带有源容器、滑阀和杆状静电凝结装置的剂量分配单元的第二个实施例的剖面图。

具体实施方式

图1示出具有驱动装置150的剂量分配装置100的透视图，其中剂量分配单元可被设定在驱动装置内适当位置，并且随后又被卸除。驱动装置150包括保持装置，所述保持装置具有能够朝向彼此和远离彼此地直线运动的上部件157和下部件158。这就使得能够使用不同长度的剂量分配单元110。为了简单地调换剂量分配单元110和进行精确的分配操作，剂量分配单元110和/或保持装置需要配备适宜的机械的、或可能机电的彼此形状互补地结合的连接件149、148。水平卡锁件147和竖直卡锁件146被设置在第二机械连接元件149上，从而确保保持装置内的剂量分配单元110不会掉落。

图1的剂量分配单元110基本为圆柱形。但是特别地，具有不同形状如正方形、六边形或八边形内外截面的剂量分配单元都是同样可能的。位于驱动单元150内的剂量分配单元110的纵轴竖直定向。由于保持装置通过倾斜单元156可倾斜地连接于竖直可移动单元159，保持装置可绕水平轴旋转至倾斜位置。通过保持装置或尤其是剂量分配单元110的倾斜，可能影响从出口排出的配料的流动速度。该倾斜轴优选与剂量分配单元110的出口(此处不可见)位于同一个平面内。因此，甚至当剂量分配单元110被倾斜至倾斜位置时，出口的孔截面的中央也将始终保持在同一个平面内，从而目标容器180可始终被设定在同样的位置。竖直可移动单元159连接于基板155，基板155又结合有测量单元190。竖直可移动单元159使得出口与位于出口横截面的中心点竖直下方的测量单元190之间的距离可调节。这就使得能填充不同高度的目标容器180。

此处示出的剂量分配单元110的设计构造在图2中详细公开。除了与保持装置的连接外，剂量分配单元110具有两个接口元件，一个表示为杆状封闭元件111的端部，另一个表示为从剂量分配单元突起的电连接件123的端部。杆状封闭元件111的该端部连接至驱动装置154，驱动装置154被固定至上部件157并且提供了产生精确地受控的直线位移的能力。当然，封闭元件111也可包括用于粉碎容器空间内的粉末桥接(powder bridges)的搅拌装置。如果存在搅拌装置，驱动装置154可执行使封闭元件111旋转的附加功能。电连接件123可被插入连接插座152内。

如图1所示，剂量分配装置100还具有滑动致动器装置153，其驱动源结合在下部件158中，并且其产生水平运动。这就使得能够使用配备有如图3所示的滑动挡板的剂量分配单元。当然，滑动致动器装置153也可用于减少出口的开启从而产生孔隙控制效应。

为了有助于由配料构成的封闭塞的破碎，剂量分配装置100可包括致动器145，其能够产生作用于剂量分配单元110的适宜动作类型。

图2透视图所示的剂量分配单元110具有包含用于配料的容器空间114的外壳113和连接于容器空间114的出口117。容器空间114可用封闭盖115封闭。在封闭盖115中设置杆状封闭元件111，杆状封闭元件111可沿其中央纵轴移动。同样位于封闭盖115中的弹簧元件116的弹簧力顶在设置于封闭元件111上的凸缘118上并且沿着朝向出口117的方向推动封闭元件111。只要封闭元件111不连接于图1上下文所示的驱动装置，出口117就被封闭元件111紧密封闭。在封闭元件111远离出口的端部形成结合沟槽120，使得能够与驱动装置形状配合地接合。在结合连接形成后，驱动装置能够通过封闭元件111与弹簧力相反的直线移动开启出口117。

封闭盖115可被去除从而填充容器空间114。但是，封闭元件111应当保持在容器空间114中，因此出口117保持封闭。另一个填充容器空间的可能方式由图2所示的双部件外壳113所提供，其中两个部件为此目的在形成于外壳113上的凸缘112的区域可彼此分离。

在出口117的区域中，设置可通过电连接件123供给其电压的环形静电凝结装置119。

通过参照图1和图2，现在来解释典型的剂量分配过程如下：在填充了配料的剂量分配单元110被设置在驱动单元150中并且机械和电连接件已被结合在一起后，从剂量分配单元110分配配料的过程就开始了。在第一个步骤中，向静电凝结装置119施加电压。在第二步骤中，封闭元件111的直线移动机械地打开出口，同时，在施加给凝结装置119的电压的作用下形成由配料构成的封闭塞。在第三步骤中，施加的电压被减小或容器空间内的静电凝结装置119与电源电压分离，使得封闭塞破裂并且配料在重力的影响下开始流出剂量分配单元110。如果提供各自的性能，通过对静电凝结装置119施加交替电压可影响配料的流动特性，或者，借助图1上下文所示的致动器145可影响封闭塞的破碎和配料的流动特性。代替致动器145或者与其结合，也可能通过驱动装置154将振动传至封闭元件111。

一旦测量单元190指示配料的分配量等于目标重量，静电凝结装置119立刻被供给直流电并且出口117关闭。根据自由落体高度和配料的流速，可能通过测量剂量传送期间的物质流速并且将自由落体高度计算在内从而将在剂量分配单元110与目标容器180的底部之间自由落体的配料考虑在内，因此在达到目标重量之前致动静电凝结装置119。

对应特别容易流动的配料来说，静电凝结装置可仅被部分致动，从而出口被由配料构成的孔挡板部分封闭。通过减小电压或对形成在静电凝结装置内的电极的分段设计和可选分段控制来实现部分致动。

图3示出根据本发明的第二个实施例的剂量分配单元210的透视剖切图。所述剂量分配单元210具有外壳213，在其上端形成有填充口212。出口217形成于外壳213的下端。在外壳213内出口217与填充口212之间具有用于配料的容器空间214。通过填充口212，源容器225可连接于剂量分配单元210的外壳213。为避免污染物进入，填充口具有密封件222，当源容器225连接于外壳213时密封件222形成用于源容器225密封面221的紧配合密封并且密封该接缝从而避免外界影响和/或配料的流出。

在容器空间214内设置杆状静电凝结装置219，其下端位于出口217的区域中。上端连接于与杆状凝结装置219的中心纵轴成直角并且伸出外壳213的电连接件223。

如图3所示，杆状凝结装置219包括被绝缘厚层包裹的中心导体211。球形电极218设置于凝结装置219的下端并且连接于中心导体211。当然可以想到使用很多不同形状的电极，如星形电极、栅电极、带有圆柱形孔的筛电极及类似图案。

还包括设置于出口217的区域中的滑动挡板216，滑动挡板216带有通道口215。一旦通过改变挡板216的位置而使通道口215移入出口217的区域中，出口217就打开并且配料可流出剂量分配单元210。为避免无意地发生这种情况，在移动滑动挡板216之前也可为静电凝结装置219通上电压。

当然，图2和3所示的实施例可彼此组合。带有杆状和环状电极组装体的剂量分配单元也是可以想到的。此外，不使用封闭元件，杆状电极可被设置为具有直线移动性。此外，封闭元件和滑动挡板的组合对于特别是有毒物质的存储和操作是非常优选的。

附图标记列表

100             剂量分配装置

210，110        剂量分配单元

111             杆状封闭元件

112             凸缘

213，113        外壳

214，114        容器空间

115             封闭盖

116             弹簧元件

217，117        出口

118             凸缘

119             环状静电凝结装置

120             结合沟槽

223，123        电连接件

145             致动器

146             竖直卡锁件

147             水平卡锁件

148             第一连接元件

149             第二连接元件

150             驱动单元

152             连接插座

153          滑动致动器装置

154          驱动装置

155          基板

156          倾斜单元

157          上部件

158          下部件

159          竖直可移动单元

180          目标容器

190          测量单元

211          中心导体

212          填充口

215          通道口

216          滑动挡板

218          球形电极

219          杆状凝结装置

221          密封面

222          密封件

225          源容器

Claims (14)

1、一种用于存储和分配粉末状配料的剂量分配单元(110，210)，所述剂量分配单元(110，210)包括具有至少一个用于配料的容器空间(114，214)的外壳(113，213)和连接于容器空间(114，214)的出口(117，217)，其特征在于：剂量分配单元(110，210)包括至少一个静电凝结装置(119，219)，其影响出口(117，217)中由配料构成的封闭塞和/或由配料构成的孔挡板的构建和/或破碎。

2、如权利要求1所述的剂量分配单元(110，210)，其特征在于：所述至少一个静电凝结装置(119，219)包括至少一个电极(218)，其中通过对电极施加高电压，配料的颗粒可被吸附于静电凝结装置(119，219)并且凝聚。

3、如权利要求1或2所述的剂量分配单元(110，210)，其特征在于：为了构建和/或保持由配料构成的封闭塞或孔挡板，所述至少一个静电凝结装置(119，219)可被设置在直流电下工作。

4、如权利要求1-3任意一项所述的剂量分配单元(110，210)，其特征在于：为了破碎由配料构成的封闭塞或孔挡板，所述至少一个静电凝结装置(119，219)可被设置在交流电下工作。

5、如权利要求1-4任意一项所述的剂量分配单元(110，210)，其特征在于：所述至少一个静电凝结装置(119)被设计为杆状并且被设置在外壳(113，213)内，刚好在出口(117，217)之前或在出口中。

6、如权利要求1-5任意一项所述的剂量分配单元(110，210)，其特征在于：所述至少一个静电凝结装置(119)被设置在外壳(113，213)的外部，刚好在出口(117，217)之前或在出口中。

7、如权利要求1-6任意一项所述的剂量分配单元(110，210)，其特征在于：所述至少一个静电凝结装置(219)被布置成围绕出口(117，217)外部或在出口(117，217)内的环状。

8、如权利要求7所述的剂量分配单元(110，210)，其特征在于：杆状的静电凝结装置(119)或杆状的封闭元件(111)被弹簧元件(116)顶在出口(117，217)上并且紧密地封闭出口(117，217)，其中，借助杆状的静电凝结装置(119)或杆状的封闭元件(111)沿其中心纵轴并且逆弹簧力方向的直线移动，能够构建封闭塞和/或环状的孔挡板和/或将出口(117，217)设置成空闲。

9、如权利要求1-8任意一项所述的剂量分配单元(110，210)，其特征在于：出口(117，217)的孔截面可借助杆状的静电凝结装置(119)或杆状的封闭元件(111)通过所述杆状的静电凝结装置(119)或杆状的封闭元件(111)沿其中心纵轴的直线移动而被改变。

10、如权利要求1-9任意一项所述的剂量分配单元(110，210)，其特征在于：外壳(113，213)还包括连接于容器空间(114，214)的填充口(212)，其可被封闭盖(115)或源容器(225)所封闭。

11、如权利要求1-10任意一项所述的剂量分配单元(110，210)，其特征在于：出口(117，217)配备有用于封闭出口(117，217)的滑动挡板(216)。

12、一种剂量分配装置(100)，其包括至少一个驱动单元(150)，至少一个处理单元和至少一个用于连续地测量分配的配料的测量单元(190)，其特征在于：根据权利要求1-11任一所述的至少一个剂量分配单元(110，210)可互换地连接于所述剂量分配装置(100)，并且，通过所述处理单元，所述至少一个凝结装置(119，219)可根据测量单元(190)的测量信号被控制，从而可影响封闭塞和/或环状孔挡板的构建和破碎。

13、如权利要求12所述的剂量分配装置(100)，其特征在于：驱动单元(150)包括至少一个作用于配料的致动器(145)，特别是振动器或搅拌装置。

14、如权利要求12或13所述的剂量分配装置(100)，其特征在于：驱动单元(150)包括保持装置(157，158)，竖直可移动单元(159)，以及设置在竖直可移动单元(159)与保持装置(157，158)之间的倾斜单元(156)，其中，剂量分配单元(110，210)可连接于所述保持装置(157，158)并且保持装置(157，158)可相对于竖直可移动单元(159)倾斜。

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