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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dosierung von
Flüssigkeiten
mit einer Einrichtung zur Entfernung von anhaftender Flüssigkeit
an einem Dosierelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren
zum genauen Dosieren von Flüssigkeiten.
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Vorrichtungen
zur Dosierung von Flüssigkeiten
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise im Nahrungsmittelbereich
oder im Bereich von Medikamenten zum Befüllen von Behältnissen
verwendet. Ferner werden Vorrichtungen zur Dosierung von Flüssigkeiten
insbesondere bei Mischvorgängen
eingesetzt, bei denen zwei oder mehrere Flüssigkeiten in einem Gefäß gemischt
werden. Hierbei gibt es Anwendungen, beispielsweise bei Medikamenten,
bei welchen eine hohe Genauigkeit der zu mischenden Dosiermengen notwendig
ist. Ferner werden Vorrichtungen zur Dosierung von Flüssigkeiten
zum Aufbringen von Tropfen, beispielsweise eines Klebstoffs, auf
ein Substrat verwendet. Der Klebstoff kann dabei ein elektrisch leitfähiger Klebstoff
sein, der mittels der Vorrichtung zur Dosierung auf eine Leiterplatte aufgebracht
wird. Auch hier muss sichergestellt werden, dass exakte Mengen des
Klebstoffs auf das Substrat aufgebracht werden.
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Bei
bekannten Vorrichtungen zur Dosierung von Flüssigkeiten ergibt sich bei
der Dosierung jedoch das Problem, dass ein Tropfen der zu dosierenden
Flüssigkeit
an dem Dosierelement, z.B. einer Kapillare, anhaftet. Dieser anhaftende
Tropfen führt
bei der Dosierung zu Ungenauigkeiten, welche für Anwendungen zur hochgenauen
Dosierung nicht akzeptabel sind.
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Eine
Möglichkeit,
den an dem Dosierelement anhaftenden Tropfen (Flüssigkeitsmeniskus) zu verringern,
kann beispielsweise durch einen Kontakt des Tropfens mit einer Wand
ermöglicht
werden. In der Prozesstechnik ist hierfür jedoch ein zusätzlicher
Arbeitsschritt des Abstreifens des Tropfens notwendig. Ferner kann
insbesondere im Medikamentenbereich durch den Kontakt des Tropfens
mit einer Wand eine Verunreinigung am Dosierelement auftreten. Aus
der
DE 102 30 831
A1 ist eine Vorrichtung zum Dispensen eines Fluids bekannt,
bei der eine Stirnfläche
des Dosierelements mit einer fluidabweisenden Oberflächenbeschichtung
versehen ist. Hierdurch kann der an dem Dosierelement anhaftende
Tropfen reduziert werden, jedoch ist eine derartige Oberflächenbeschichtung
sehr teuer und aufwendig in der Herstellung.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Dosieren von Flüssigkeiten
gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie
eine Einrichtung aufweist, welche eine an einem Dosierelement anhaftende
Flüssigkeitsmenge
schnell und kostengünstig entfernen
kann. Dies wird erfindungsgemäß durch
eine Drucklufteinrichtung erreicht, welche einen Druckluftstoß an ein Ende
des Dosierelements richtet. Durch diesen zeitlich begrenzten Druckluftstoß kann ein
am Ende des Dosierelements anhaftender Flüssigkeitsmeniskus abgeblasen
werden. Hierdurch wird einerseits verhindert, dass die Flüssigkeit
bzw. das Dosierelement mit einem anderen Bauteil in Kontakt kommt
und andererseits kann ein Prozessablauf in einer Dosiermaschine
zeitoptimal ausgelegt werden. Die erfindungsgemäße Drucklufteinrichtung hat
weiterhin den Vorteil, dass sie auch bei bereits bestehenden Dosiersystemen
einfach nachgerüstet
werden kann. Weiterhin hat die erfindungsgemäße Drucklufteinrichtung den
Vorteil, dass das Dosierelement der Vorrichtung zum Dosieren sehr
einfach und kostengünstig
aufgebaut werden kann. Beispielsweise ermöglicht die Erfindung ein Dosieren
aus einer Wegwerfspritze. Weiterhin kann durch die Drucklufteinrichtung
der vorliegenden Erfindung auch Flüssigkeit am Dosierelement abgeblasen
werden, welche an der Außenfläche des
Dosierelements hochkriecht. Dies verbessert die Dosiergenauigkeit
der Dosiervorrichtung noch weiter.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
Dauer des Druckluftstoßes
liegt vorzugsweise zwischen 0,001 s und 0,1 s. Durch diese kurze Dauer
des Druckluftstoßes
können
die Zeitdauern zwischen zwei aufeinanderfolgenden Dosiervorgängen sehr
klein gehalten werden. Dies ermöglicht
einen kurzen Prozessablauf.
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Vorzugsweise
umfasst die Drucklufteinrichtung eine erste Druckluftabgabeeinheit
und eine zweite Druckluftabgabeeinheit. Die Druckluftabgabeeinheiten
sind vorzugsweise Düsen.
Hierdurch kann das Dosierelement von wenigstens zwei unterschiedlichen
Richtungen mit Druckluft beaufschlagt werden. Es ist auch möglich, drei
oder mehr Druckluftabgabeeinrichtungen vorzusehen. Besonders gute
Ergebnisse bei der Entfernung des Flüssigkeitsmeniskus an dem Dosierelement
lassen sich erreichen, wenn die Druckluftabgabeeinrichtungen einander
gegenüberliegend
am Dosierelement angeordnet sind. Hierbei kann ein Druckluftstoß gleichzeitig
oder nacheinander oder teilweise überlappend abgegeben werden.
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Weiter
bevorzugt umfasst die Drucklufteinrichtung ein Ringelement als Druckluftabgabeeinrichtung,
welches einen Versorgungsanschluss zur Versorgung von Druckluft
und eine Ringleitung im Inneren des Ringelements aufweist. Von der
Ringleitung gehen eine oder mehrere Abblasöffnungen ab, durch welche die
Druckluft in Richtung des Endes des Dosierelements gerichtet werden
kann. Das Dosierelement ist dabei in einer mittleren Öffnung des
Ringelements angeordnet. Die Verwendung des Ringelements ermöglicht es,
dass lediglich eine einzige Druckluftzuleitung vorgesehen wird und
die Druckluft trotzdem bei Vorsehen mehrerer Abblasöffnungen am
Ringelement von mehreren Seiten auf das Dosierelement gerichtet
werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Ringelement derart
ausgebildet, dass die Abblasöffnungen
als bogenförmige,
offene Bereiche der Ringleitung ausgebildet sind. Somit weisen die
Abblasöffnungen
keine Düsenform
auf, sondern sind als offene Bereiche ausgebildet, so dass die Luftströmung entsprechend
der Ausbildung der offenen Bereiche zum Dosierelement gerichtet werden
kann. Dadurch kann insbesondere ein breites Zerstäuben des Flüssigkeitsmeniskus
während des
Abblasvorgangs vermieden werden.
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Das
Dosierelement ist vorzugsweise eine Kapillare oder eine Nadel.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Dosieren von Flüssigkeiten
ist dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Schritt zum Abgeben eines
Flüssigkeitsvolumens
ein an einem Dosierelement anhaftender Flüssigkeitsmeniskus mittels eines
zeitlich begrenzten Druckluftstoßes abgeblasen wird. Vorzugsweise
ist die Dauer des Druckluftstoßes
zwischen 0,001 s und 0,1 s, bevorzugt 0,010 s. Der von der Drucklufteinrichtung
verwendete Druck ist vorzugsweise ca. 8 × 105 Pa.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung
ist.
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1 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Dosierung von Flüssigkeiten
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Dosierung von Flüssigkeiten
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Ringelements für eine Vorrichtung zur Dosierung
von Flüssigkeiten
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und
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4 eine
perspektivische geschnittene Ansicht des in 3 gezeigten
Ringelements.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 1 eine Vorrichtung
zur Dosierung von Flüssigkeiten
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst die Vorrichtung 1 zur
Dosierung von Flüssigkeiten
eine Spritzeneinheit 2, welche als Wegwerfspritze ausgebildet
ist und einen Zylinder 3 und einen Kolben 4 umfasst. Ferner
ist ein Dosierelement 5 in Form einer Kapillare an der
Spritzeneinheit 2 angeordnet. Die Spritzeneinheit 2 ist
mit einer Flüssigkeit 6 gefüllt, welche
mit hoher Genauigkeit in ein Gefäß 10 dosiert
werden soll. Hierzu werden leere Gefäße 10 mittels einer
Fördereinrichtung
unterhalb der Spritzeneinheit 2 positioniert und anschließend wird
der Kolben 4 der Spritzeneinheit 2 betätigt, um
den Dosiervorgang aus dem Dosierelement 5 auszuführen.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, verbleibt nach einem erfolgten
Dosiervorgang ein Flüssigkeitsmeniskus 7 am
Dosierelement 5. Der Flüssigkeitsmeniskus 7 weist
im Wesentlichen eine halbkugelförmige Form
auf, dessen Volumen von der Art der Flüssigkeit, insbesondere der
Viskosität
und Oberflächenspannung,
abhängt.
Da der Flüssigkeitsmeniskus 7 nach
jedem erfolgten Dosiervorgang ein unterschiedliches Volumen aufweisen
kann, können
sich daraus Abweichungen hinsichtlich der Dosiermenge ergeben.
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Um
derartige Abweichungen zu verhindern, ist eine Drucklufteinrichtung 8 vorgesehen,
welche über
eine Düse 9 Druckluft 11 in
Richtung des Flüssigkeitsmeniskus 7 ausstoßen kann.
Die Druckluft wird dabei in einem zeitlich begrenzten Druckluftstoß ausgestoßen, so
dass der am Dosierelement 5 anhaftende Flüssigkeitsmeniskus
abgeblasen werden kann. Die Düse 9 der
Drucklufteinrichtung 8 ist dabei derart zum Dosierelement 5 ausgerichtet,
dass die ausgestoßene
Druckluft auch noch einen unteren Bereich des Dosierelements 5 trifft,
an welchem die zu dosierende Flüssigkeit,
ausgehend vom Flüssigkeitsmeniskus 7 noch
oben hochkriechen kann. Dadurch kann diese hochkriechende Flüssigkeit
ebenfalls abgeblasen werden. Die Länge des Druckluftimpulses liegt
dabei üblicherweise
zwischen 0,001 s und 0,1 s.
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Somit
kann erfindungsgemäß der Flüssigkeitsmeniskus 7 von
dem Dosierelement 5 entfernt werden, ohne dass eine Berührung des
Dosierelements 5 bzw. des Flüssigkeitsmeniskus 7 mit
einer Wand o.ä.
notwendig ist. Dadurch kann eine Kontamination der sich noch an
dem Dosierelement 5 befindlichen Flüssigkeit verhindert werden.
Erfindungsgemäß kann somit
ein Flüssigkeitsmeniskus
minimiert werden, wobei weiterhin sichergestellt ist, dass aufgrund
der gleich bleibenden kurzen Impulsdauer des Druckluftstoßes ein
am Dosierelement 5 verbleibendes Restvolumen konstant ist.
Die erfindungsgemäße Drucklufteinrichtung
kann einfach an vorhandene Dosiersysteme angebaut bzw. integriert
werden. Auch ist eine einfache Nachrüstung derartiger Systeme möglich. Weiterhin
ermöglicht
die erfindungsgemäße Drucklufteinrichtung,
dass eine einfache Wegwerfspritze als Dosiervorrichtung verwendet werden
kann.
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Hinsichtlich
des Verfahrensvorgangs in einem Dosiersystem, sei angemerkt, dass
ein guter Zeitpunkt zum Abblasen des Flüssigkeitsmeniskus 7 nach
einer erfolgten Dosierung dann gegeben ist, wenn das mit Flüssigkeit
gefüllte
Gefäß 10 von
einer Fördereinrichtung
weitertransportiert wurde und ein leeres neues Gefäß 10 noch
nicht unterhalb der Dosiervorrichtung angeordnet ist. Dadurch kann
verhindert werden, dass die durch das Abblasen erzeugte zerstäubte Flüssigkeit
noch zusätzlich
in das bereits dosierte Gefäß gelangt
bzw. in ein leeres Gefäß gelangt.
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Nachfolgend
wird eine Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Gleiche bzw.
funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen
wie im ersten Ausführungsbeispiel
bezeichnet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Drucklufteinrichtung
beim zweiten Ausführungsbeispiel
derart aufgebaut, dass sie eine erste Düse 9 und eine zweite
Düse 12 umfasst.
Die beiden Düsen 9, 12 sind
derart am Dosierelement 5 angeordnet, dass sie einander
gegenüberliegend
positioniert sind. Somit wird der anhaftende Flüssigkeitsmeniskus 7 vom
Dosierelement 5 von zwei Seiten abgeblasen, wobei insbesondere
ein im Wesentlichen horizontaler Querimpuls, welcher auf den Flüssigkeitsmeniskus 7 wirkt, verhindert
werden kann. Der Flüssigkeitsmeniskus 7 kann
somit bei einer gleichzeitigen Betätigung im Wesentlichen nach
unten abgeblasen werden. Die beiden Düsen 9, 12 werden
dabei vorzugsweise von einer gemeinsamen Versorgungsleitung (nicht
dargestellt) versorgt.
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Es
sei angemerkt, dass es auch möglich
ist, die beiden Düsen 9, 12 nacheinander
zu betätigen bzw.
die Druckluftstöße der beiden
Düsen 9, 12 derart
vorzusehen, dass mit einer der Düsen
begonnen wird, anschließend
ein überlappender
Bereich vorgesehen ist, in welchem beide Düsen betrieben werden, und abschließend nur
noch eine der beiden Düsen betrieben
wird. Die Impulsdauer der beiden Düsen kann dabei gleich oder
unterschiedlich sein.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 eine
Vorrichtung 1 gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile
sind dabei wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen
bezeichnet.
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Wie
aus den 3 und 4 ersichtlich
ist, umfasst die Drucklufteinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
ein Ringelement 13, welches aus einem Deckel 13a und
einem Basiselement 13b besteht. Der Deckel 13a ist
mit dem Basiselement 13b mittels Schrauben 18 verschraubt.
Im Ringelement 13 ist ferner eine Durchgangsbohrung 16 vorgesehen,
welche in der Mitte des Ringelements 13 angeordnet ist.
Wie aus 4 ersichtlich ist, ist ein Dosierelement 5 durch
die Durchgangsbohrung 16 geführt.
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Im
Ringelement 13 ist ferner ein Ringkanal 15 vorgesehen,
welcher über
einen Versorgungsanschluss 14 mit Druckluft versorgt wird.
Vom Ringkanal 15 ausgehend, ist wenigstens eine Abblasbohrung 17 ausgebildet,
welche in die Durchgangsbohrung 16 mündet. Hierbei weist die Abblasbohrung 17 im
Mündungsbereich
zur Durchgangsbohrung 16 eine Düse 9 mit kleinem Durchmesser
auf. Somit strömt
die über
den Versorgungsanschluss 14 zugeführte Druckluft über den
Ringkanal 15 in die Abblasbohrung 17 und durch
die Düse 9 in die
Durchgangsbohrung 16. Die Mündung der Düse 9 im Ringelement 13 liegt
dabei auf einer Höhe,
auf der auch das Ende des Dosierelements 5 bzw. der Flüssigkeitsmeniskus 7 am
Dosierelement 5 positioniert ist.
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Wenn
somit Druckluft über
den Versorgungsanschluss 14 für einen kurzen Zeitraum zugeführt wird,
wird der Druckluftstoß durch
den Ringkanal 15, die Abblasbohrung 17 und die
Düse 9 zum
Ende des Dosierelements 5 geleitet, um den Flüssigkeitsmeniskus 7 abzublasen.
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Da
sich bei der Anordnung gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
der Flüssigkeitsmeniskus 7 noch
innerhalb des Bereichs der Durchgangsbohrung 16 befindet,
wird verhindert, dass beim Abblasen des Flüssigkeitsmeniskus 7 das
im Flüssigkeitsmeniskus
enthaltene Flüssigkeitsvolumen
in die Umgebung zerstreut wird, sondern gegen die Innenwand der
Durchgangsbohrung 16 geblasen wird. Dadurch kann die abgeblasene
Flüssigkeitsmenge
kontrolliert abgeführt
werden.
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Es
sei angemerkt, dass gemäß einer
Alternative zum dritten Ausführungsbeispiel
zwei oder mehrere Abblasbohrungen, ausgehend vom Ringkanal 15 in
die Durchgangsbohrung 16 geführt werden können. Bei
Vorsehen von mehreren Abblasbohrungen, ausgehend vom Ringkanal 15,
ist es besonders vorteilhaft, dass die Mündungen der Abblasbohrungen 17 derart
angeordnet sind, dass sie in der Durchgangsbohrung 16 einander
gegenüberliegend
positioniert sind. Somit ist eine Anzahl von zwei oder vier Abblasbohrungen 17 besonders
vorteilhaft.
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Im
Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen
möglich,
ohne den Umfang der Erfindung wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, zu verlassen.