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Die
Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zum Dosieren von Pulvern,
insbesondere Medikamentenpulvern, in eine Mulde, mit einer Aufnahmeeinrichtung
zum Aufnehmen von Pulvern aus einem Bereitstellungsbehältnis,
mit einer Positioniereinrichtung zum relativen Positionieren der
Aufnahmeeinrichtung zu dem Bereitstellungsbehältnis und
der Mulde, so dass die Aufnahmeeinrichtung eine Pulverdosis aus
dem Bereitstellungsbehältnis aufnehmen und in die Mulde
abgeben kann. Die Erfindung betrifft ferner ein Dosierverfahren.
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Zur
Dosierung von feinkörnigen Pulvern, beispielsweise Medikamentenpulvern
oder chemischen Pulvern, werden üblicherweise mechanische
Aufnahmeeinrichtungen verwendet. Beispielsweise wird das Pulver
mit einem Dosierröhrchen sozusagen ausgestochen, wobei
das Innenvolumen des Röhrchens die ausgestochene Pulverdosis
definiert. Die Pulverdosis wird allerdings durch an dem Röhrchen
außen anhaftendes Pulver, durch den Kompri mierungsgrad des
ausgestochenen Pulvers und dergleichen beeinflusst.
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Ferner
ist ein schichtweises Befüllen von Dosierbohrungen bekannt.
Das Pulver wird Schritt für Schritt, das heißt
schichtweise, gestopft und schließlich in die zu befüllende
Mulde, beispielsweise eine Medikamentenkapselmulde oder die Mulde
einer Blisterverpackung, ausgestoßen.
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Auch
das Dosieren von Pulvern mittels Vakuum ist bekannt. Dabei wird
ein Dosierbehältnis zur Befüllung mit Unterdruck
und zur anschließenden Entleerung mit Überdruck
beaufschlagt. Die aufgenommene Pulverdosis und somit die Dosiergenauigkeit
hängt beispielsweise davon ab, mit welcher Geschwindigkeit
die mit Vakuum beaufschlagte Dosierkammer an dem Bereitstellungsbehältnis
mit dem Pulver vorbeigeführt wird.
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Bei
allen vorgenannten Verfahren hängt die Dosiergenauigkeit
von der Dichte des Pulvers ab. Wenn das Pulver mechanisch empfindlich
ist, wird es durch den Dosier- und Verpackungsvorgang beeinträchtigt.
Dies ist bei hochwirksamen, in üblicherweise geringen Dosen
verwendeten Pulverwirkstoffen, wie sie zum Beispiel zur Inhalation
verwendet werden, unerwünscht.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dosiervorrichtung
und ein Dosierverfahren bereitzustellen, die eine hohe Dosiergenauigkeit
bei zweckmäßigerweise schonender Behandlung des
zu dosierenden Pulvers gewährleisten.
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Zur
Lösung der Aufgabe ist bei einer Dosiervorrichtung der
eingangs genannten Art vorgesehen, dass sie eine elektrostatische
Aufladeeinrichtung zum elektrostatischen Aufladen mindestens eines Aufnahmekörpers
der Aufnahmeeinrichtung aufweist, so dass der mindestens eine Aufnahmekörper die
Pulverdosis durch elektrostatische Aufladung aufnimmt. Ferner ist
zur Lösung der Aufgabe ein Dosierverfahren gemäß der
technischen Lehre eines weiteren unabhängigen Anspruchs
vorgesehen.
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Durch
die elektrostatische Aufladung wird das Pulver mechanisch nicht
oder kaum belastet. Zudem ist eine exakte Dosierung möglich,
da das Pulver zu Dosierzwecken nicht verdichtet wird. Dadurch ist
die mechanische Belastung des Pulvers gering.
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Über
das Maß der Aufladung, die Eintauchzeit des mindestens
einen Aufnahmenkörpers in das Bereitstellungsbehältnis
und/oder die Geometrie des mindestens einen Aufnahmekörpers
ist eine Dosierung des Medikamentenpulvers möglich. Ferner
ist eine Massenbestimmung des bereits in der Mulde abgelager ten
Pulvers möglich, wie sie beispielsweise in den noch unveröffentlichten
Patentanmeldungen
DE 10
2005 053 656 und
DE
10 2006 023 594 erläutert ist.
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Die
Mulde kann beispielsweise einen Bestandteil eines Transportbehältnisses
für die Pulverdosis, beispielsweise eines Verpackungsbehältnisses,
bilden. Beispielsweise ist die Mulde ein Unterteil einer Kapsel
oder Bestandteil einer Blisterverpackung.
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Der
mindestens eine Aufnahmekörper umfasst z. B. einen elektrostatisch
aufladbaren Aufnahmestab. Beispielsweise ist der Aufnahmekörper
ein Zylinderkörper, zum Beispiel ein kreiszylindrischer Körper,
oder ein prismatischer Körper.
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Eine
besonders effektive Methode zur Ermittlung des an dem mindestens
einen Aufnahmekörper anhaftenden Pulvers wird durch eine
Schwingungserzeugungseinrichtung bereitgestellt, mit der der Aufnahmekörper
zu Mess-Schwingungen anregbar ist. Eine Messanordnung ermittelt
die Masse des an dem Aufnahmekörper elektrostatisch anhaftenden
Pulvers anhand einer Schwingungsantwort des Aufnahmekörpers.
Die Schwingungserzeugungseinrichtung ist beispielsweise ein Piezo-Schwingungserzeuger. Zur
Analyse der Schwingungsantwort ist eine softwarebasierte Realisierung
bevorzugt. Die Schwingungserzeu gungseinrichtung enthält
vorteilhaft ein Piezoelement, z. B. einen Piezoquarz.
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Die
Messanordnung umfasst beispielsweise ein Laservibrometer. Das Laservibrometer
arbeitet nach dem Prinzip der Dopplerfrequenzverschiebung. Der schwingende
Aufnahmekörper streut von dem Laservibrometer gesendetes
Laserlicht zurück, was einer Schwingungsantwort entspricht.
Anhand des rückgestreuten Laserlichts beziehungsweise der Schwingungsantwort
ermittelt die Messanordnung Schwingungsfrequenzen und/oder Schwingungsamplituden
des Aufnahmekörpers, die ein Maß für die
Masse des Aufnahmekörpers und des jeweils an diesem anhaftenden
Pulvers sind.
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Ferner
kann die Messanordnung auch einen Dehnungsmessstreifen oder mehrere
Dehnungsmessstreifen umfassen. Der mindestens eine Dehnungsmessstreifen
ist vorteilhaft zwischen dem schwingenden Aufnahmekörper
und einer schwingungsfesten Halterung für diesen positioniert.
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Weiterhin
ist es möglich, dass die Messanordnung Regelungsmittel
zur Regelung der Schwingungen des mindestens einen Aufnahmekörpers
auf dessen aktuelle, von der Beladung mit dem Pulver abhängige
Eigenfrequenz umfasst. Wenn die Soll-Ist-Abweichung zwischen der
aktuellen Schwingungsfrequenz des Aufnahmekörpers und die Soll-Frequenz,
die der Schwingungserzeugungseinrichtung vorgegeben wird, Null oder
unterhalb eines Grenzwerts ist, ist die aktuelle Eigenfrequenz des Aufnahmekörpers
ermittelt.
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Die
Mess-Schwingungen können Biegeschwingungen und/oder Längsschwingungen
des mindestens einen Aufnahmekörpers umfassen.
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Besonders
bevorzugt ist es, dass die Messanordnung die jeweiligen Eigenfrequenzen
des mindestens einen Aufnahmekörpers erfasst. Bei diesen Eigenfrequenzen
ist die Schwingungsamplitude verhältnismäßig
groß, so dass aufgrund der Schwingungsamplitude ein Rückschluss
auf die jeweilige Eigenfrequenz möglich ist. Die Eigenfrequenz
des Aufnahmekörpers hängt vom Beladungszustand
ab. Somit ist es vorteilhaft, wenn die Messanordnung die Eigenfrequenz
des Aufnahmekörpers im unbeladenen Zustand und ferner im
mit der Pulverdosis beladenen Zustand erfasst. Die Messanordnung
enthält beispielsweise Referenzwerte, mit denen sie die
jeweilige Schwingungsantwort des Aufnahmekörpers vergleicht.
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Die
Schwingungserzeugungseinrichtung ist vorteilhafterweise zur Erzeugung
von Schwingungen mit variabler Frequenz bei Variabler oder konstanter Amplitude
ausgestaltet. Durch Ände rung der Frequenz, beispielsweise
im Rahmen sogenannter Chirp-Schwingungen, kann die Eigenfrequenz
sozusagen eingegrenzt werden.
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Zweckmäßigerweise
erfolgt nämlich die Schwingungsanregung als sogenannte
Chirp-Anregung (engl. chirp = zwitschern), d. h. als ein Schwingungssignal,
dessen Frequenz sich zeitlich ändert, z. B. ansteigt. Anhand
der Chirps können kurze Impulse mit hoher Energie erzeugt
werden.
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Vorteilhafterweise
ist die Schwingungserzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Abgabe-Impulsen
zum Abgeben der Pulverdosis von dem mindestens einen Aufnahmekörper
in die Mulde ausgestaltet. Die Pulverdosis wird von dem Aufnahmekörper sozusagen
abgeworfen oder abgeschüttelt.
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Der
Aufnahmekörper ist vorteilhaft einseitig eingespannt, so
dass sein freies, zum Aufnehmen des Pulvers vorgesehenes Ende frei
schwingen kann. Es sind aber auch teilringartige Aufnahmekörper
denkbar, die vorzugsweise zweiseitig eingespannt sind, wobei ein
mittlerer Abschnitt, zwischen den Einspannungen, schwingen kann.
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Das
Pulver wird zweckmäßigerweise in fluidisierter
Form bereitgestellt. So umfasst die Dosiervorrichtung vorteilhaft
Fluidisierungsmittel zum Fluidisieren des Pulvers in dem Be reitstellungsbehältnis, so
dass ein Pulverbad gebildet ist. Die Fluidisierungsmittel umfassen
beispielsweise eine Lufteinströmunganordnung zum Erzeugen
eines in das Pulverbad einströmenden Luftstromes. Dies
ist zum Beispiel möglich, indem Löcher am Boden
des Bereitstellungsbehältnisses vorgesehen sind, durch
die Pressluft einströmen kann. Ferner ist es möglich,
dass das Bereitstellungsbehältnis eine Art Fritte, beispielsweise
aus Glas, Keramik oder Metall, enthält. Die Fritte ist
porös, so dass die Druckluft durch die Fritte hindurch
in das Pulverbad einströmen kann.
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Vorteilhaft
sind Glättungsmittel zum Glätten einer Oberfläche
des Pulverbades zumindest in einem Eintauchbereich des mindestens
einen Aufnahmekörpers vorgesehen. Die Glättungsmittel
umfassen beispielsweise Schwallbleche und/oder Lochbleche. Somit
sind Schwallbewegungen im Eintauchbereich des Aufnahmekörpers
verringert oder unterbunden. Die Lochbleche sind vorteilhaft schottartig
angeordnet.
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Zur
Vermeidung von Pulververschleppungen ist es vorteilhaft, eine Luftblaseeinrichtung
vorzusehen, die einen Luftschleier über der Oberfläche
des Pulverbades erzeugt. Die Luft des Luftschleiers ist vorteilhafterweise
ionisiert.
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Zu
diesem Zweck ist eine Ionisierungseinrichtung vorteilhaft, die die
Luft für den Luftschleier über dem Pulverbad ionisiert.
Die Ionisierungseinrichtung kann aber auch zum Ionisieren des in
das Pulverbad zum Zwecke des Fluidisierens einströmenden
Luftstromes vorgesehen sein.
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Die
Aufnahmeeinrichtung enthält zweckmäßigerweise
eine Matrix mit mehreren Aufnahmekörpern, die korrelierend
zu einer Matrix von Mulden angeordnet sind. Beispielsweise sind
die Mulden matrixartig bei einer Blisterverpackung angeordnet.
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Das
Ermitteln der Masse des an dem mindestens einen Aufnahmekörper
elektrostatisch anhaftenden Pulvers kann bei mehreren Abschnitten oder
Teilabschnitten des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgen:
Beispielsweise kann die Schwingungsantwort des Aufnahmekörpers
während eines Eintauchens in das Bereitstellungsbehältnis
ermittelt werden, um so bereits während des Eintauchens
die an dem Aufnahmekörper anhaftende Pulverdosis zu bestimmen.
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Durch
Veränderung der elektrostatischen Spannung und/oder durch
Verändern von Amplitude und/oder Frequenz der Schwingungen
des Aufnahmekörpers während des Eintauchens oder
nach dem Eintauchen kann die Pulverdosis verändert werden.
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Es
ist auch möglich, die Schwingungsantwort des Aufnahmekörpers
vor und nach Abgabe des Pulvers in die Mulde zu ermitteln, um so
die in die Mulde abgegebene Pulverdosis zu ermitteln.
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Durch
eine Messung des Aufnahmekörpers, z. B. von dessen Schwingungsantwort,
nach der Abgabe des Pulvers in die Mulde ist es möglich,
die Menge von noch an dem Aufnahmekörper anhaftendem Rest-Pulver
zu ermitteln.
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Zur
Abgabe des Pulvers in die Mulde ist es vorteilhaft, die elektrostatische
Polarität des Aufnahmekörpers zu ändern.
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Aber
auch das Anregen des Aufnahmekörpers zu Schwingungen ist
vorteilhaft, um das an dem Aufnahmekörper anhaftende Pulver
in die Mulde abzugeben und abzuschütteln.
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Die
Beladung des Aufnahmekörpers mit Pulver kann beispielsweise
durch Variation der elektrostatischen Spannung beim oder nach dem
Aufnehmen des Pulvers aus dem Bereitstellungsbehältnis variiert
werden. Durch Verringerung der elektrostatischen Spannung nach dem
Aufnehmen kann beispielsweise Pulver wieder in Richtung des Bereitstellungsbehältnisses
abgegeben werden. Ferner ist es möglich, beispielsweise
eine Teilmenge des Pulvers, das an dem Aufnahmekörper elektrostatisch
anhaftet, durch Schwingungen während oder nach der Aufnahme
des Pulvers in Richtung des Bereitstellungsbehältnisses
sozusagen zurückzugeben. Dies geschieht vorteilhafterweise,
während der mindestens eine Aufnahmekörper noch
oberhalb des Bereitstellungsbehältnisses positioniert ist.
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Auf
einem Verfahrweg des Aufnahmekörpers zwischen dem Bereitstellungsbehältnis
und der Mulde ist es vorteilhaft, wenn die elektrostatische Spannung
erhöht ist.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer ersten Dosiervorrichtung mit einer Positioniereinrichtung zum
Positionieren einer Aufnahmeeinrichtung zwischen einem Bereitstellungsbehältnis
und Mulden, in die die Aufnahmeeinrichtung Pulver abgibt,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Dosiervorrichtung, bei der das Bereitstellungsbehältnis
und die Mulde, in die das Pulver abgegeben wird, durch eine zweite
Positioniereinrichtung unterhalb der Aufnahmeeinrichtung gemäß 1 positionierbar
sind,
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Dosiervorrichtung, bei der mehrere Aufnahmeeinrichtungen an einer
Dreh-Positioniereinrichtung angeordnet sind und durch eine Schwenkbewegung
Pulver aus einem Bereitstellungsbehältnis aufnehmen können,
und
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4 eine
perspektivische Schrägansicht einer matrixartigen Anordnung
von Aufnahmekörpern.
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Bei
den Ausführungsbeispielen sind teilweise gleiche oder ähnliche
Komponenten verwendet, die dieselben Bezugszeichen haben. Ähnliche
oder ähnlichwirkende Komponenten sind bei dem ersten, zweiten
und dritten Ausführungsbeispiel teilweise durch hinzugefügte
Kleinbuchstaben a, b und c kenntlich gemacht.
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Mit
einer in 1 dargestellten Dosiervorrichtung 10a ist
in einem Bereitstellungsbehältnis 11 bereitgestelltes
Pulver 12, beispielsweise ein Medikamentenpulver, dosierbar.
Eine Positioniereinrichtung 13a positioniert eine Aufnahmeeinrichtung 14a zum
Aufnehmen von Pulver 12 aus dem Bereitstellungsbehältnis 11 über
diesem sowie relativ zu Mulden 15a, 15b eines
Verpackungsbehältnisses 16a, beispielsweise einer Blisterverpackung.
Die Aufnahmeeinrichtung 14a nimmt das Pulver 12 elektrostatisch
auf.
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Die
Aufnahmeeinrichtung 14a ist an einem Wagen 17 entlang
einer Linearführung 18, beispielsweise einer Schiene,
linear hin und her verfahrbar. Mit dem Wagen 17 ist die
Aufnahmeeinrichtung 14a zwischen dem Bereitstellungsbehältnis 11 und
den beiden Mulden 15a, 15b linear hin und her
verfahrbar.
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Mit
einer Hubeinrichtung 19 ist die Aufnahmeeinrichtung 14a vertikal
verstellbar, was insbesondere zum Eintauchen eines Aufnahmekörpers 20a in das
Pulver 12 vorteilhaft ist.
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Eine
Steuereinrichtung 21 steuert und überwacht die
Dosiervorrichtung 10a. Beispielsweise gibt sie Fahrbefehle
an die Positioniereinrichtung 13. Ferner steuert und überwacht
die Steuereinrichtung 21 die Aufnahmeeinrichtung 14a.
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Zum
Dosieren des Pulvers 12 in eine der Mulden 15a, 15b verfährt
die Dosiervorrichtung 10a zunächst den Wagen 17 in
einen Bereich oberhalb des Bereitstellungsbehältnisses 11.
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In
dem Bereitstellungsbehältnis 11 befindet sich
ein Pulverbad 22 mit fluidisiertem Pulver. Das Bereitstellungsbehältnis 11 umfasst
beispielsweise eine Wanne 23, in deren Boden 24 Lufteinströmöffnungen 25 vorhanden
sind, durch die von Druck luftquellen 26 einer zu Fluidisierungsmitteln 91 gehörenden
Lufteinströmungsanordnung 26a erzeugte Druckluft 27 in
die Wanne 23 einströmen kann. Dadurch wird das
Pulver 12 in Bewegung versetzt, so dass ein Pulverfluid
entsteht.
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Die
Bewegung des fluidisierten Pulvers 12 wird durch Lochbleche 28 sozusagen
geglättet, die Bestandteile von Glättungsmitteln 29 bilden.
Durch die Lochbleche 28 hindurch strömt eine durch
Pfeile angedeutete Pulverströmung 30, die jedoch
zweckmäßigerweise langsam ist. Die Lochbleche 28 stehen
von dem Boden 24 nach oben ab, beispielsweise vertikal
oder schräg. Die Lufteinströmöffnungen 25 sind
zweckmäßigerweise zwischen Außenwänden und
den Lochblechen 28 angeordnet. Unterhalb eines Eintauchbereiches 31 für
die Aufnahmeeinrichtung 14a hingegen kann es vorteilhaft
sein, keine Lufteinströmöffnung vorzusehen.
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Mit
einer Vibrationseinrichtung 90, die einen Bestandteil der
Fluidisierungsmittel 91 bildet, sind vorteilhaft Vibrationen
zur Fluidisierung des Pulvers 12 erzeugbar. Die Vibrationseinrichtung 90 arbeitet vorzugsweise
mit niedrigen Frequenzen, z. B. in der Art eines Schüttelns.
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Die
vorgenannten Maßnahmen dienen dazu, dass das Pulverfluid
im Eintauchbereich 31 möglichst wenig Bewegung
aufweist und insbesondere an der Oberfläche geglättet
ist.
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Als
weitere Glättungsmaßnahme ist kann es vorteilhaft,
dass eine Luftblaseeinrichtung 32 einen Luftschleier 33 an
der Oberfläche des Pulverbades 22 erzeugt.
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Der
Luftschleier 33 hat jedoch insbesondere die vorteilhafte
Wirkung, dass von der Aufnahmeeinrichtung 14a aufgenommenes
Pulver 12 nicht verschleppt wird. Der Luftschleier 33 verhindert
z. B., dass Pulver 12 außer an dem Aufnahmekörper 20a an
weiteren Bauteilen der Aufnahmeeinrichtung 14a anhaftet.
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Bei
der Druckluftquelle 26 und/oder der Luftblaseeinrichtung 32 können
Ionisierungseinrichtungen 34, 35 vorgesehen sein,
die die Druckluft 27 oder den Luftschleier 33 ionisieren.
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Der
Aufnahmekörper 20a ist beispielsweise ein Aufnahmestab 36a mit
einem kreisrunden oder elliptischen Querschnitt. Der Aufnahmestab 36a ist beispielsweise
etwa 1 bis 3 cm lang und weist einen Durchmesser von wenigen Millimetern,
beispielsweise 1 mm, auf. Der Aufnahmestab 36a ist vorteilhaft leicht
und wiegt beispielsweise etwa 20 mg.
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Ein
erfindungsgemäßer Aufnahmekörper muss
zumindest teilweise, insbesondere an seiner Oberfläche
elektrisch leitend sein. Beispielsweise besteht der Aufnahmestab 36a aus
Aluminium oder einem sonstigen Metallwerkstoff. Möglich
wäre aber auch ein Aufnahmekörper aus Kunststoff,
der an seiner Oberfläche elektrisch leitend beschichtet
ist oder aus einem elektrisch leitenden Kunststoff besteht.
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Der
Aufnahmestab 36a ist mit Hilfe einer Aufladeeinrichtung 37 elektrostatisch
aufladbar. Die Aufladeeinrichtung 37 enthält beispielsweise
eine Spannungsquelle 38 zum Anlegen einer elektrostatischen Spannung
an dem Aufnahmekörper 20a. Die Spannungshöhe
und Polarität ist an der Aufladeeinrichtung 37 einstellbar,
beispielsweise von der Steuereinrichtung 21. Die Aufnahmeeinrichtung 14a nimmt durch
elektrische Aufladung des Aufnahmestabs 36a eine Pulverdosis 39 des
Pulvers 12 aus dem Bereitstellungsbehältnis 11 auf.
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Eine
Halterung 40a des Aufnahmestabes 36a ist an einem
Piezoelement 42a befestigt, z. B. ein Piezoquarz oder eine
Piezokeramik. Zwischen der Halterung 40a und dem Piezoelement 42a ist
eine elektrische Isolation 41a angeordnet. Mit dem Piezoelement 42a einer
Schwingungserzeugungseinrichtung 43a kann der Aufnahmekörper 20a zu Mess-Schwingungen 44 zur
Bestimmung der Masse des an dem Aufnahmekörper 20a jeweils
anhaftenden Pulvers 12 angeregt werden.
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Ferner
sind mit der Schwingungserzeugungseinrichtung 43a vorteilhaft
Abgabe-Impulse 45 oder Abgabe-Schwingungen erzeugbar, um
an dem Aufnahmekörper 20a anhaftendes Pulver 12 in
das Bereitstellungsbehältnis 11 zurück
oder in eine der Mulden 15a, 15b sozusagen abzuschütteln.
Zur Erzeugung der Abgabe-Impulse 45 kann auch eine separate
Schwingungserzeugungseinrichtung vorgesehen sein.
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Es
ist zweckmäßig, wenn die Steuereinrichtung 21 die
Aufladeeinrichtung 37 dazu ansteuert, die Polarität
der elektrostatischen Spannung am Aufnahmekörper 20a zur
Abgabe des Pulvers 12 in eine der Mulden 15a, 15b umzupolen.
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Das
Piezoelement 42a wird durch Anlegen einer Wechselspannung
einer Spannungsquelle 46 zu den Mess-Schwingungen 44 und/oder
Abgabe-Impulsen 45 angesteuert. Die Spannungsquelle 46 ist
von der Steuereinrichtung 21 steuerbar.
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Zwar
wäre es möglich, die Schwingungserzeugungseinrichtung 43a schwingungsfest
zu haltern, beispielsweise unmittelbar an einer Hubstange 47 der
Hubeinrichtung 19. Bei der Dosiervorrichtung 10a kann
der Aufnahmekörper 20a jedoch frei schwingen.
Dazu ist eine Schwingungs-Entkopplungseinrichtung 48, die
beispielsweise eine Federanordnung umfasst, zwischen dem Piezoelement 42a und
der im Wesentlichen schwingungsfreien Hubstange 47 angeordnet.
Dadurch kann der Aufnahmekörper 20a im Wesentlichen
frei schwingen, zumindest im Frequenzbereich der Mess-Schwingungen 44.
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Ein
Dosiervorgang mit der Dosiervorrichtung 10a läuft
nun beispielsweise folgendermaßen ab:
Ein Steuermodul 49 der
Steuereinrichtung 21 steuert die Positioniereinrichtung 13a so
an, dass sie den Wagen 17 oberhalb des Bereitstellungsbehältnisses 11 positioniert.
Das Steuermodul 49 enthält Programmcode, der von
einem Prozessor 50 der Steuereinrichtung 21, beispielsweise
einem Personal Computer, ausführbar ist. Neben dem Steuermodul 49 ist ein
Messmodul 52 einer Messanordnung 53 in einem Speicher 51 der
Steuereinrichtung 21 gespeichert. Auch das Messmodul 52 enthält
Programmcode, der vom Prozessor 50 ausführbar
ist.
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Das
Steuermodul 49 steuert die Hubeinrichtung 19 so
an, dass sie die Aufnahmeeinrichtung 14a nach unten verlagert
und der Aufnahmekörper 20a in das Pulverbad 22 eintaucht.
Zudem steuert das Steuermodul 49 die Aufladeeinrichtung 37 an,
dass sie den Aufnahmestab 36a elektrostatisch auflädt.
Dadurch haftet Pulver 12 an dem Aufnahmestab 36a außen
an.
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Beispielsweise
durch Veränderung der Eintauchtiefe und/oder Eintauchdauer
in dem Pulverbad 22 ist die Menge des an dem Aufnahmestab 36a anhaftenden
Pulvers 12 einstellbar.
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Mit
Hilfe der Messanordnung 53 bestimmt die Dosiervorrichtung 10a die
Masse des Pulvers 12 am Aufnahmestab 36a.
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Dazu
erzeugt die Schwingungserzeugungseinrichtung 43a die Mess-Schwingungen 44,
zweckmäßigerweise im Bereich einer Eigenfrequenz
des Aufnahmestabes 36a mit einer anhaftenden Soll-Masse
von Pulver 12 beziehungsweise bei einer Soll-Pulverdosis 39.
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Ein
Laservibrometer 54 der Messanordnung 53 misst
die jeweilige Schwingungsantwort 54b des Aufnahmestabes 36a auf
die Anregung mit den Mess-Schwingungen 44. Das Laservibrometer 54 richtet
einen Laserstrahl 54a auf den Aufnahmestab 36a und
misst die Schwingungen des von dem Aufnahmestab 36a reflektierten
Lichtes, die der Schwingungsantwort 54b des Aufnahmekörpers 20a entsprechen.
Das Messmodul 52 ermittelt sodann anhand der ermittelten
Schwingungsfrequenzen und/oder Schwingungsamplituden die Eigenfrequenz des
mit dem Pulver 12 beladenen Aufnahmestabs 36a und
anhand dessen in der Folge die Masse des Pulvers 12, das
am Aufnahmestab 36a anhaftet. Bei der Eigenfrequenz sind
die Schwingungsamplituden hoch. Zur Analyse der Schwingungsantworten 54b sind
vorteilhaft Referenzwerte oder Referenztabellen in dem Speicher 51 gespeichert.
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Anstelle
des Laservibrometers 54 kann auch ein sonstiges optisches
und/oder elektrisches Messmittel zur Erfassung von Frequenz und/oder
Amplitude eines schwingenden Körpers eingesetzt werden.
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Die
vorgenannte Messung kann zweckmäßigerweise noch
während des Eintauchens des Aufnahmestabes 36a in
das Pulverbad 22 erfolgen. Durch Veränderung der
elektrostatischen Spannung am Aufnahmestab 36a kann die
Menge des aufgenommenen Pulvers 12 dann noch verändert
werden.
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Insbesondere
aber nach der Aufnahme des Pulvers 12, wenn die Positioniereinrichtung 13a den Aufnahmestab 36a bereits
aus dem Pulverbad 22 herausgezogen hat, ist diese Messung
vorteilhaft. Erst wenn die Pulverdosis am Aufnahmestab 36a einer Soll-Pulverdosis
möglichst exakt entspricht, wobei vorbestimmte Toleranzgrenzen
möglich sind, steuert das Steuermodul 49 die Positioniereinrichtung 13a zur
Positionierung der Aufnahmeeinrichtung 14a oberhalb einer
der Mulden 15a oder 15b an. Sodann erzeugt die
Schwingungserzeugungseinrichtung 43a einen oder mehrere
Abgabe-Impulse 45. Es ist aber auch denk bar, dass die Positioniereinrichtung 13a die
Aufnahmeeinrichtung 14a schwenkt oder in sonstiger Weise
bewegt, so dass das Pulver 12 vom Aufnahmestab 36a in
eine der Mulden 15a, 15b herabfällt.
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Die
Messanordnung 53 enthält optional weitere Messmittel:
einen Dehnungsmessstreifen 55 und eine Regelung 56.
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Der
Dehnungsmessstreifen 55 wird durch die Mess-Schwingungen 44 des
Aufnahmekörpers 20a gedehnt, so dass das Messmodul 52 anhand
der Messstreifen die Frequenz und/oder die Amplitude der Mess-Schwingungen 44 erfassen
kann.
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Die
Regelung 56, beispielsweise eine PLL-Schaltung (Phase-Locked-Loop),
synchronisiert die Schwingungen des Aufnahmekörpers 20a auf
die aktuelle Eigenfrequenz. Beispielsweise stellt die Regelung 56,
die beispielsweise ein Softwaremodul mit vom Prozessor 50 ausführbarem
Programmcode aufweist, die Soll-Frequenz der Schwingungserzeugungseinrichtung 43a so
lange nach, bis sie der Ist-Frequenz entspricht, der die jeweilige
Eigenfrequenz des Aufnahmekörpers 20a entspricht,
die von seinem jeweiligen Beladezustand mit dem Pulver 12 abhängig
ist.
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Die
Messanordnung 53 enthält weiterhin einen Drucksensor 57 zur
unmittelbaren Gewichts- oder Mengenbestimmung des an dem Aufnahmekörper 20a anhaftenden
Pulvers 12.
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Mit
Hilfe des Drucksensors 57 ist das jeweilige Pulvergewicht
z. B. direkt ermittelbar. Es ist aber auch vorteilhaft möglich,
mit Hilfe des Drucksensors 57 die Frequenz und/oder Amplitude
der Mess-Schwingungen 44 zu ermitteln, so dass das Messmodul 52 am
Schwingungsverhalten des mit Pulver 12 beladenen Aufnahmekörpers 20a die
Menge dieses Pulvers ermitteln kann.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Aufnahmeeinrichtung 14a nach
der Abgabe des Pulvers 12 in eine der Mulden 15a oder 15b sozusagen neu
zu kalibrieren.
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Zwar
wird üblicherweise durch die Abgabe-Impulse 45 und/oder
durch elektrostatische Umpolung des Aufnahmekörpers 20a das
Pulver 12 im Wesentlichen vollständig von dem
Aufnahmekörper 20a über der Mulde 15a oder 15b abgegeben.
Trotz dieser Maßnahmen ist nicht auszuschließen,
dass noch restliches Pulver 12 am Aufnahmekörper 20a anhaftet.
Dann ist es vorteilhaft, wenn die Dosiervorrichtung 10a die
Masse des mit dem Rest-Pulvers 12 beladenen Aufnahmekörpers 20a beispielsweise
anhand einer der vorgenannten Schwingungsmessungen neu be stimmt,
bevor der Aufnahmekörper 20a zur Aufnahme einer
weiteren Pulverdosis 39 wieder in das Pulverbad 22 eintaucht.
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Ferner
kann anhand von Masse-Messungen des Aufnahmekörpers 20a vor
und nach der Pulverabgabe in die Mulde 15a, 15b die
Menge des tatsächlich in die Mulden 15a, 15b abgegebenen
Pulvers 12 bestimmt werden.
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Nach
der Befüllung der Mulden 15a, 15b transportiert
eine Transporteinrichtung 58, die beispielsweise ein Förderband 59 enthält,
das mit dem Pulver 12 befüllte Verpackungsbehältnis 16a aus dem
Arbeitsbereich der Dosiervorrichtung 10a weg und stellt
ein noch unbefülltes Verpackungsbehältnis 16a zur
Befüllung durch die Dosiervorrichtung 10a bereit.
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Die
Steuereinrichtung 21 ist drahtlos oder drahtgebunden, beispielsweise über
Steuer- und Überwachungsleitungen 60, 61,
mit den Komponenten der Dosiervorrichtung 10a verbunden,
beispielsweise mit der Positioniereinrichtung 13a und der
Aufnahmeeinrichtung 14a sowie den dort angeordneten Komponenten
der Messanordnung 53, zum Beispiel dem Laservibrometer 54 und
dem Dehnungsmessstreifen 55.
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Bei
der Dosiervorrichtung 10a sind mehrere Messmittel vorgesehen,
bei denen jedes für sich zur Massenbestimmung des an dem
Aufnahmekörper 20a anhaftenden Pulvers 12 ausreichend
ge eignet ist, so zum Beispiel die Regelung 56, die ein
Regelungsmittel 62 bildet, und das Laservibrometer 54.
Es versteht sich, dass jeweils eines dieser Messmittel für eine
Massenbestimmung des Pulvers 12 ausreichend ist.
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Bei
der in 2 dargestellten Dosiervorrichtung 10b ist
beispielsweise nur der Drucksensor 57 zur Erfassung von
Frequenz und/oder Amplitude von Schwingungen, die eine Schwingungserzeugungseinrichtung 43b erzeugt,
vorhanden. Die Schwingungserzeugungseinrichtung 43b enthält
ein Piezoelement 42b, der den bei der Dosiervorrichtung 10b senkrecht
gehalterten Aufnahmekörper 20a zu den Mess-Schwingungen 44 und/oder
zu Abgabe-Impulsen 45 anregt.
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Die
Schwingungserzeugungseinrichtungen 43a, 43b erzeugen
vorteilhaft Schwingungen im Schall- oder Ultraschallbereich.
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Während
bei der Aufnahmeeinrichtung 14a die Halterung 40a,
die Isolation 41a und das Piezoelement 42a horizontal
geschichtet übereinanderliegen, ist bei der Aufnahmeeinrichtung 14b der
Dosiervorrichtung 10b eine vertikale Schichtung vorhanden.
Das Piezoelement 42b ist durch die Entkopplungseinrichtung 48 schwingungsentkoppelt
an der Hubstange 47 befestigt. An der Halterung 40b befindet
sich eine Isolation 41b, die vertikal verläuft
und an der wiederum die Halterung 40b für den
Aufnahmestab 36a befestigt ist.
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Es
versteht sich, dass die Piezoelemente 42a, 42b auch
als Piezoelement-Anordnungen bezeichnet werden können.
In Abhängigkeit von der gewünschten Messgenauigkeit
bei der Ermittlung der Pulverdosis 39, der Geometrie des
jeweiligen Aufnahmestabes oder Aufnahmekörpers und dergleichen
kann eine jeweilige Schwingungserzeugungseinrichtung, beispielsweise
eine Piezoelement-Anordnung mit geschichteten Piezoelementen zur Schwingungserzeugung
in unterschiedlichen Richtungen, gewählt werden. Die Piezoelemente
umfassen z. B. Dickenschwinger, Querdehnelemente oder Bimorphe,
d. h. eine Kombination aus zwei Querdehnelementen. Die Schwingungserzeugungseinrichtung
erzeugt beispielsweise nur vertikale Schwingungen, nur horizontale
Schwingungen, nur Biegeschwingungen oder beliebige Kombinationen
der vorgenannten Schwingungsarten.
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Die
Hubeinrichtung 19 ist bei der Dosiervorrichtung 10b ortsfest.
Positionieraufgaben werden im wesentlichen von einer Positioniereinrichtung 13b wahrgenommen.
Eine Platte 64 ist durch einen Drehantrieb 63 drehbar
angetrieben. Auf der Platte 64 sind das Bereitstellungsbehältnis 11 sowie
ein jeweils zu befüllendes Verpackungsbehältnis 16b mit
einer Mulde 15a, 15b angeordnet. Der Drehantrieb 63 dreht
nun zum Aufnehmen des Pulvers 12 zunächst das
Bereitstellungsbehältnis 11 in einen Bereich unterhalb
der Aufnahmeeinrichtung 14b. Die Hubeinrichtung 19 senkt
sodann den Aufnahmekörper 20a in das Pulverbad 22.
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Der
Aufnahmestab 36a nimmt dann Pulver 12 durch elektrostatische
Aufladung auf, wobei während und/oder nach der Aufnahme
eine Messung des Beladungszustandes des Aufnahmestabs 36a mit Pulver 12 zweckmäßig
ist.
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Die
Hubeinrichtung 19 hebt den Aufnahmestab 36a aus
dem Pulverbad 22 heraus. Die Positioniereinrichtung 13b dreht
nun die Platte 64, so dass das Verpackungsbehältnis 16b unter
den mit Pulver 12 beladenen Aufnahmestab 36a geschwenkt wird.
Sodann gibt die Aufnahmeeinrichtung 14b das Pulver 12 in
eine der Mulden 15a oder 15b, die sich jeweils
unterhalb des Aufnahmestabs 36a befindet, ab. Mit Hilfe
eines Greifers 65 oder einer sonstigen Handhabungseinrichtung
werden mit Pulver 12 befüllte Verpackungsbehältnisse 16b von
der Platte 64 weggenommen oder auf der Platte 64 positioniert.
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Es
wäre auch denkbar, die Aufnahmeeinrichtung 14b vollständig
ortsfest, das heißt ohne eine Hubeinrichtung 19,
anzuordnen, wobei dann die Hoch-Tiefbewegung zur Aufnahme von Pulver 12 aus
dem Bereitstellungsbehältnis 11 auch durch eine entsprechend
modifizierte Positioniereinrichtung 13b erfüllt
wird.
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Eine
weitere Alternative einer Positioniereinrichtung ist bei einer Dosiervorrichtung 10c in 3 dargestellt.
An einer Drehhalterung 66, die durch einen Drehantrieb 67 angetrieben
ist, sind Aufnahmeeinrichtungen 14b schwenkbeweglich angeordnet. Die
Drehhalterung 66 dreht die Aufnahmeeinrichtungen 14b,
beispielsweise drei Aufnahmeeinrichtungen 14b, zwischen
Bereichen zum Aufnehmen von Pulver 12 und zum Abgeben von
Pulver 12. Beispielsweise nimmt eine Aufnahmeeinrichtung 14b Pulver 12 aus
dem ortsfest angeordneten Bereitstellungsbehältnis 11 Pulver 12 auf,
während eine andere Aufnahmeeinrichtung 14b das
Pulver 12 in eine der bereitgestellten Mulden 15a oder 15b abgibt.
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Von
der Drehhalterung 66 stehen Halter 68 nach unten
vor, an denen Schwenkantriebe 69 zum Schwenken der Aufnahmeeinrichtungen 14b angeordnet
sind. Wenn sich die jeweilige Aufnahmeeinrichtung 14b im
Eintauchbereich 31 des Bereitstellungsbehältnisses 11 befindet,
schwenkt der jeweilige Schwenkantrieb 69 die Aufnahmeeinrichtung 14b durch
das Pulverbad 22 zur Aufnahme der Pulverdosis 39 hindurch.
Durch die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung, die Verweildauer
in dem Pulverbad 22, die elektrostatische Aufladung des
Aufnahmekörpers 20a und dergleichen ist die aus
dem Pulverbad 22 jeweils aufgenommene Pulverdosis 39 beeinflussbar.
Dabei werden mit Vorteil eine oder mehrere der vorgenannten Messmethoden
angewendet, insbesondere die Schwingungsmessmethode zur Massenbestimmung
des am Aufnahmekörper 20a anhaftenden Pulvers 12.
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Es
ist aber auch möglich, auf diese Massenbestimmung des Aufnahmekörpers
zu verzichten oder bei dieser Massenbestimmung beispielsweise eine
größere Massentoleranz zuzulassen.
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Bei
der Dosiervorrichtung 10c ist nämlich zusätzlich
eine Messanordnung 70 zur Bestimmung der jeweils in einer
Verpackungsmulde 15a oder 15b befindlichen Pulverdosis 39 vorgesehen.
Die Steuereinrichtung 21 misst beispielsweise vor und/oder
während und/oder nach Abgabe des Pulvers 12 von
der über der Mulde 15a oder 15b befindlichen
Aufnahmeeinrichtung 14b die in der jeweiligen Mulde 15a oder 15b bereits
befindliche Menge des Pulvers 12. Dazu regt eine Schwingungserzeugungseinrichtung 71, beispielsweise
ein Piezoelement, die Mulde 15a oder 15b zu Schwingungen
insbesondere im Ultraschallbereich an. Ein Laservibrometer 72 ermittelt
anhand der Schwingungsantwort der Mulde 15a oder 15b die jeweils
in der Mulde 15a, 15b befindliche Menge des Pulvers 12.
In Abhängigkeit von dieser Pulvermenge ändert
sich die Eigenfrequenz der Mulde 15a, 15b, so dass
die Steuereinrichtung 21 anhand der jeweiligen Eigenfrequenz
die in der Mulde 15a, 15b befindliche Pulvermenge
bestimmen kann.
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Zweckmäßigerweise
steuert die Steuereinrichtung 21 die Aufnahmeeinrichtung 14b in
Abhängigkeit von der bereits in der Mulde 15a oder 15b befindlichen
Pulvermenge an. Wenn die Soll-Pulverdosis 39 in der Mulde 15a, 15b ist,
schaltet die Steuereinrichtung 21 beispielsweise die Abgabe-Impulse 45 ab
und/oder polt die elektrostatische Spannung am Aufnahmestab 36a so,
dass kein weiteres Pulver 12 von dem Aufnahmestab 36a in
die Mulde 15a oder 15b fällt.
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Während
bei den Aufnahmeeinrichten 14a, 14b nur ein einziger
Aufnahmekörper 20a vorhanden ist, hat eine in 4 dargestellte
Aufnahmeeinrichtung 14d einer Dosiervorrichtung 10d insgesamt
vier Aufnahmekörper 20d. Die Aufnahmekörper 20d sind beispielsweise
durch prismatische Aufnahmestäbe 36d gebildet.
Die Aufnahmestäbe 36d werden von Halterungen 40d gehalten,
die zweckmäßigerweise mit Hilfe von Entkopplungseinrichtungen 48d an
einer gemeinsamen Halterung 80 schwingungsentkoppelt angeordnet
sind. Die Aufnahmestäbe 36d sind prismatisch.
Die Aufnahmekörper 20d sind in der Art einer Matrix 81 angeordnet.
Die Anordnung und Position der Aufnahmestäbe 36d korreliert
mit den Positionen von Mulden 15d eines Verpackungsbehältnisses 16d,
beispielsweise einer Blisterverpackung oder eines Tablars zum Weiterbefördern
von dosiertem Pulver 12.
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Die
Aufnahmeeinrichtung 14d könnte beispielsweise
anstelle der Aufnahmeeinrichtung 14a an der Hubeinrichtung 19 befestigt
werden, so dass jeweils vier Mulden 15d gleichzeitig mit
Pulver 12 befüllbar sind.
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Die
Aufnahmekörper 20d sind zur Aufnahme von Pulver 12 durch
nicht dargestellte Aufladeeinrichtungen elektrostatisch aufladbar.
Zweckmäßigerweise ist jeder Aufnahmestab 36 individuell
elektrostatisch aufladbar, so dass die vom jeweiligen Aufnahmestab 36d aufgenommene
Pulverdosis 39 individuell einstellbar ist. Ferner ist
es vorteilhaft, jedem Aufnahmestab 36d Messmittel zuzuordnen,
um die am Aufnahmestab 36d anhaftende Pulverdosis 39 zu bestimmen.
Durch Variation der elektrostatischen Ladung des jeweiligen Aufnahmestabes 36d beispielsweise
während und/oder nach der Aufnahme des Pulvers 12 kann
die vom jeweiligen Aufnahmestab 36d aufgenommene Pulverdosis 39 in
der vorgenannten Art eingestellt werden. An jeder der Halterungen 40d kann
beispielsweise eine Schwingungserzeugungseinrichtung der Art der
Schwingungserzeugungseinrichtungen 43a oder 43b angeordnet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005053656 [0009]
- - DE 102006023594 [0009]